土木工程桥梁课程设计32资料

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1、桥梁工程概论课程设计第1页桥梁工程课程设计题目：装配式钢筋混凝土简支T 形梁桥设计（上部结构）专业：土木工程学号：32姓名：指导老师：桥梁工程概论课程设计第2页目 录第一章设计任务书1.1基本设计资料 .41.1.1跨度和桥面宽度 .41.1.2技 术 标准 .41.1.3主要材料 .41.1.4构造形式及截面尺寸 .4第二章主梁的荷载横向分布系数计算 .62.1荷载横向分布系数的计算 .62.1.1刚性横梁法计算横向分布系数 .62.1.2杠杆原理法计算梁端剪力横向分布系数 .9第三章主梁的内力计算 .93.1永久作用效应 .103.1.1永久荷载： .103.1.2永久作用效应计算 .11

2、3.2可变作用效应 .113.2.1汽车荷载冲击系数计算： .113.2.2公路 - 级均布荷载 q K .123.2.3可变作用弯矩效应计算 .123.2.4可变作用剪力效应计算 .13第四章主梁截面设计、配筋及验算 .184.1主梁受力钢筋配置 .184.2截面抗弯承载力验算 .204.3斜截面弯起钢筋箍筋的配筋及验算 .204.3.1斜截面抗剪承载力计算 .204.3.2弯起钢筋设计 .214.3.3箍筋设计 .244.3.4斜截面抗剪验算 .26第五章主梁的裂缝宽度验算 .30桥梁工程概论课程设计第3页第六章主梁的挠度验算32第七章设计总结35桥梁工程概论课程设计第4页第一章设计任务书

3、1.1基本设计资料跨度和桥面宽度1) 标 准跨 径： 23.20m （ 墩中 心距 离 ）2) 计 算跨 径： 22.70m （ 支座 中心 距离 ）3) 主 梁全 长： 23.16m （ 主梁 预制 长度 ）4 ）桥 面净 空：净 7m（ 行车 道） 2 1m 人 行道技术标准1) 设 计荷 载标 准： 公路 级，人行道和栏杆自重线密度按单侧6kN/m 计 算， 人群 荷载 3kN/m 22) 环境标准：类环境3）设计安全等级：二级主要材料1) 混凝土：混凝土简支 T梁及横梁采用 C40混凝土；桥面铺装 上层 采用 0.03m 沥 青混 凝土 ，下层为 0.06 0.13m 的 C30 混

4、凝土 ，沥青 混凝 土重度 按 23kN/m 3 , 混 凝土 重度 按 25kN/m 3计 。2）钢筋：主筋用 HRB335，其它用 R235构造形式及截面尺寸桥梁工程概论课程设计第5页图 1 桥梁横断面和主梁纵断面图（单位：cm ）如图 1 所 示， 全桥 共由 5 片 T 形 梁 组成 ，单 片 T 形梁 高为 1.4m ，宽 1.8m ； 桥上 的横 坡为 双 向 2%，坡 度 由 C30 混 凝土 混凝 土桥 面铺 装控制；设有 5根横梁。第二章主梁的荷载横向分布系数计算2.1 荷载横向分布系数的计算刚性横梁法计算横向分布系数桥梁工程概论课程设计第6页图 2.1 主梁抗弯惯性矩计算图

5、式（单位：cm）1. 求主梁截面的重心位置 x（见图 2.1 ）翼缘板厚按平均厚度计算，其平均厚度为h=0.5 （1016）cm =13cm则(18018)131314018140x(18018)2140182 cm=41.09cm132. 抗弯惯性矩 I 为I C =1 (180-18)13 3 +(180-18) (41.09-13) 2122+ 1 18 140 3 +18140( 140 -41.09) 2cm4122=8771607 cm4因为每一片 T 型梁的截面形式完全一样，所以：52ij1/ nai e/aii 1桥梁工程概论课程设计第7页52222=32.4 m 2式中， n

6、=5，（3.61.8ai=2）mi1表 2.1ij值计算表梁号i 1i 2i3i 4i 510.60.40.20-0.220.40.30.20.1030.20.20.20.20.2计算横向分布系数：根据最不利荷载位置分别布置荷载。布置荷载时，汽车荷载距人行道边缘距离不小于 0.5m，人群荷载取 3KN/m2 , 栏杆及人行道板每延米重取6.0KN/m，人行道板重以横向分布系数的方式分配到各主梁上。桥梁工程概论课程设计第8页图 2.2横向分布系数计算图式（单位： mm）从而可以各梁在不同荷载作用下的分布系数：汽车荷载：1汽 =0.5 (0.5333+0.3333+0.1889-0.0111)=0

7、.52222 汽 =0.5 (0.3667+0.2667+0.1944+0.0944)=0.46113汽 =0.5 (0.2+0.2+0.2+0.2)=0.4人群荷载：1人 =0.6444 m 2 人 =0.42113 人 =0.2 2=0.4人行道板：1板 =0.6489-0.2489=0.42 板 =0.4244-0.0244=0.43板 =0.2+0.2=0.4杠杆原理法计算梁端剪力横向分布系数桥梁工程概论课程设计第9页图 2.3梁端剪力横向分布系数计算图式（尺寸单位：mm）汽车荷载：/=0.50.6667=0.3334/=0.5 1.0=0.51汽2汽3/汽 =0.5 (0.9444+

8、0.3333)=0.6389人群荷载：/=1.2222/=01人2 人 =-0.22223人第三章主梁的内力计算3.1永久作用效应桥梁工程概论课程设计第10页永久荷载：假定桥面构造各部分重力平均分配给主梁承担，则永久荷载计算结果如下表所示表 3.1钢筋混凝土T 形梁永久荷载计算表构建名构件尺寸（ mm）单位长度体积重度每米延重1800主梁中横梁隔梁000611810 0041180031000017091410.46262511.56500.06258251.5645边180梁18000539前面铺装180栏杆及人行道0.03129250.7822沥青混凝土（3cm） 0.054231.242

9、0混凝土垫层(9.5cm)0.171254.27505.51706人行道重力按人行道板横向分布系数分配至各梁的板重为：由于横向分布系数均相同，=0.4 ，则板 q= 0.46 KN/M=2.4KN/M桥梁工程概论课程设计第11页各梁的永久荷载汇总结果见表3.2表 3.2各梁的永久荷载值 ( 单位（ KN/m）梁号主梁横隔梁栏杆及人行道桥面铺装层总计1(5)11.5650.78222.45.51720.26422(4)11.5651.56452.45.51721.0465311.5651.56452.45.51721.0465永久作用效应计算表 3.4影响线面积计算表项目计算面积影响线面积M1/

10、2M1/4l401ll1 l 2=67.04/248l613l321ll =50.28/0l163232200/1V1/ 2V012/1(11l11 l =2.83)2222801l1022.6 11.58223.2可变作用效应汽车荷载冲击系数计算：结构的冲击系数和结构的基频 f 相关，计算公式为桥梁工程概论课程设计第12页mcG0.4626 25 103kg / m1178.899kg / mg9.81fEI c3.2510 100.0877162mc2 22.62Hz 4.780Hz2l1178.899由于 1.5Hz f14Hz , 故可由下式计算汽车荷载的冲击系数：0.1767Inf0

11、.01570.261由此可得： 1+=1+0.261=1.261公路 - 级均布荷载 q Kq K =10.5 0.75KN/m=7.875KN/m计算弯矩时： PK =36018022.6 5 180 0.75KN/m =187.8KN/m505计算剪力是： PK =187.5 1.2=225.36KN/m表 3.5公路 - 级车道荷载及其影响线面积计算表项目顶点位置q KPK0M1/2l/2处7.875187.863.85M1/4l/4处7.875187.847.88V1/ 2l/2处7.875225.411.3V0支点处7.875225.42.83每延米人群荷载： q 人 =31KN/m

12、=3KN/m可变作用弯矩效应计算弯矩计算公式： M1qK0PK yk ，由于只能布置两车道，则车道荷载横向折减系数为 1，荷载横向分布系数沿主梁纵向均匀变化，因此沿主梁的纵向相同。表 3.6公路 - 级车道荷载产生的弯矩计算表桥梁工程概论课程设计第13页梁号内力1+q K0PKy kMM 1/20.522267.045.651029.81171M 1/40.522250.284.2375772.3199M 1/20.46111.2617.87567.04187.85.65909.31862M 1/40.461150.284.2375681.9546M 1/20.467.045.65788.19

13、993M 1/40.450.284.2375591.5893表 3.7人群荷载产生的弯矩计算表梁号内力q 人0MM 1/20.644463.85123.43481M 1/40.644447.8892.5616M 1/20.4211363.8580.66172M 1/40.421147.8860.4868M 1/20.463.8576.62003M 1/40.447.8857.4560永久荷载作用分项系数：Gi1.2汽车荷载作用分项系数： Q11.4人群荷载作用分项系数：Qj1.4基本组合公式如下：mn0 Sud0gi SgikQ1 SQ1kcQj SQjk（ c0.8 ）i 1j2可变作用剪力

14、效应计算在进行可变作用的剪力计算时，应计入横向分布系数沿主梁纵向桥跨方向的影响。通常按如下方法处理：先按跨中的由等代荷载计算跨中剪力效应; 再用支点剪力荷载分布系数/ 并考虑支点至l/4为直线变化来计算剪力效应。桥梁工程概论课程设计第14页表 3.8永久作用效应计算表M1/2M1/4V0梁号qqq0q 00q 00q 01（ 5）20.264263.851293.767820.264247.88970.25020.264211.3228.98552（ 4）21.046563.851343.819021.046547.881007.7121.046511.3237.8255321.046563.

15、851343.819021.046547.881007.7121.046511.3237.8255表 3.9 弯矩基本组合计算表梁号内力永久荷载人群荷载汽车荷载弯矩组合值M1/21293.7678123.43481029.81173132.50471970.249992.5616772.31992349.2167M1/4M1/21343.819080.6617909.31862975.970021007.706460.4868681.95462231.7272M1/4M1/21343.819076.6200788.99902801.877131007.706457.4560591.589321

16、01.8213M1/41） 跨中截面剪力 Vl / 2的计算公式为： V1qk 0Pk yk表 3.10公路 - 级车道荷载产生的跨中剪力计算表Vl / 2梁号内力1+q K0PKy k剪力1vl / 20.52221.2617.8752.83225.360.588.87452vl / 20.46111.2617.8752.83225.360.578.47573vl / 20.41.2617.8752.83225.360.568.0770表 3.11人群荷载产生的剪力计算表桥梁工程概论课程设计第15页梁号内力q 人0剪力效应1vl / 20.644432.835.47102vl / 20.42

17、1132.833.57513vl / 20.432.833.39602） 支点处剪力 V0 的计算图 3.1汽车荷载产生的支点剪力效应计算图式桥梁工程概论课程设计第16页图 3.2 人群荷载产生的支点剪力计算图式（尺寸单位：cm）支点剪力效应横向分布系数取值为： 支点处为按杠杆原理法求得的 l/4 l3/4段为跨中荷载的横向分布系数 支点到 l/4及 3l/4到另一支点段在和之间按照直线规律变化 ，如图 3.1 、3.2 所示梁端剪力效应计算：桥梁工程概论课程设计第17页在汽车荷载作用下，横向分布系数如图3.1 所示 , 支点处剪力计算如下：1 号梁：V0 = 225.36 1.0 0.333

18、4+7.875 22.60.5222 - 110.5222 0.3334 22.6 11122.62120.52220.3334KN=115.0540KN4212242 号梁：22.60.461111V0 = 225.36 1.0 0.5+7.875 0.5 0.461122.6 11122.62120.5 0.4611KN=154.5782KN4212243 号梁：V0 = 225.36 1.0 0.6389+7.875 22.60.4000 0.75 0.6389 0.4 222.6 10.25122.60.63890.42KN=184.4498KN42243在人群荷载作用下，横向分布系数

19、如图3.2 所示，支点处剪力计算如下：1 号梁：V0 1人 = 0.5 22.6 0.6444 3+0.5 22.61.2222 0.6444311+0.5 22.61412KN=26.7418KN1.2222 0.6444 31242 号梁：V0 2人=（ 0.5 3.70 0.4211 30.8042+ 22.6 0.4211 0.5 313.70 0.4211223 0.1958 ）KN=9.4747KN3 号梁：V0 3人=（ 0.522.6 0.4 3-0.5 22.6 0.4 3 11 -0.5 22.6 0.4412413）KN=10.17KN3) 剪力效应基本组合基本组合公式为

20、：nn0 Sud0Gi SGikQ1k SqikcQj SQjki 1j2各分项系数和弯矩基本组合相同。桥梁工程概论课程设计第18页表 3.12剪力效应节本组合表 ( 单位： KN)梁号内力永久荷载人群汽车荷载基本组合值V0228.98526.7418151.0660516.22521V1/ 205.471088.8745130.5518V0237.82559.4747202.9612580.14792V1/ 203.575178.4757113.8701V0237.825510.17242.1826635.83663V1/ 203.39668.077099.1113由表 3.12可以看出，剪

21、力效应以 3 号梁控制设计第四章主梁截面设计、配筋及验算4.1主梁受力钢筋配置由弯矩基本组合计算表9 可以知道， 1 号梁 Md =3132.5047KNm最大，因此按 1 号梁的弯矩进行配筋计算。设钢筋净保护层厚度为30mm，钢筋重心至底边距离为as =180mm，则主梁的有效截面高度为：h0 =h- as =1400-180=1220mm。T 形梁受弯构件翼缘计算跨度b/f 的确定：按计算跨度 l0 考虑： b /f =l0 /3=22600/3=7533.3mm按梁净间距sn 考虑：b /f=b+ sn =1620+180=1800mm按翼缘高度h/f考虑：h/f/h0 =130/122

22、0=0.11 0.1 ，不受此项限制所以b/f =1800mm.采用C40 的混凝土，则1 =1.0 ，fc =19.1MPa.1f cb /fh/f(h0 -0.5 h/f)=1.019.1 1800130(1220-0.5130)桥梁工程概论课程设计第19页=5162.157KNmMd =3132.5047KNm所以该 T 形截面为第一类 T 形截面，应按宽度为 b /f 的矩形截面进行正截面抗弯承载力计算。设混凝土截面受压区高度为x，则利用下式计算：o M f cd bf/ x h0x即21.03132.5047 18400x1.8x(1.22 - )2x 22.44 x0.18920解

23、得 x=0.062m9463 mm180.000.0.1610.041桥梁工程概论课程设计第20页图 4.1钢筋布置图（单位：cm）钢筋布置图如图4.1 所示，钢筋的重心位置：as =asi yi=2 （ 35.9 6.12+28.9 6.12+21 12.57+12.9 12.57+asi4.812.57 ）/ （46.12+6 12.57 ） =17.68cm4.2截面抗弯承载力验算按照截面实际配筋面积计算截面受压区高度x 为：f y As280 100.03x1 fcd b f/=8.457cm=84.57mm1.0 18.4 180截面抗弯极限状态承载力为：Mf cd b/f x h0

24、x2=18.4 18000.08457 （ 1.2232-0.08457/2）=3307.694KN m 3132.5047KNm抗弯承载力满足要求。4.3 斜截面弯起钢筋箍筋的配筋及验算斜截面抗剪承载力计算由表11剪力基本组合表可以知道，支点剪力以3 号梁为最大，考虑安全因素，一律采用3 号梁的剪力值进行抗剪计算，跨中剪力以1 号梁为最大， 一律以1 号梁的剪力值进行计算。Vd 0=635.8366KNVd1 / 2=130.5518KN假设最下排 2 根钢筋没有弯起而直接通过支点，则有：a=4.8cm，ho=h-a=140-4.8=135.2cm0.51 10 3f cu,k bh00.5

25、110 340 1801352 784.96KN0Vd1.0635.8366635.8366KN端部抗剪截面尺寸满足要求。若满足条件0Vd 0.510 32 f td bho ，可不需要进行斜截面抗剪强度计算，仅按构造要求设置钢筋桥梁工程概论课程设计第21页0Vd1.0 635.8366 635.8366 KN0.5 10 32 f td bh o0.510 3 1.0 1.65 180 1352 200.77 KN因此， 0Vd 0.5103fbh ，应进行持久状况斜截面抗剪承载力验算。2td0弯起钢筋设计（1）最大剪力 Vd/ 取用距支座中心 h/2 处截面的数值，其中混凝土与箍筋共同承担

26、的剪力 VCS/ 不小于 60%Vd/ ，弯起钢筋（按 45弯起）承担剪力 Vsb/ 不大于 40%Vd/ 。（2）计算第一排（从支座向跨中计算）弯起钢筋时，取用距支座中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。（ 3）计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋下面弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。弯起钢筋配置及计算图式如下图所示：图 4.2 弯起钢筋配置及计算图式（尺寸单位：mm）由内插法可得，距支座中心h/2 处的剪力效应 Vd 为桥梁工程概论课程设计第22页Vd635.8366 130.5518 11.3 0.7130.5518 KN=604.5378KN11.3则，

27、 Vcs0.6Vd =0.6 604.5378KN=362.7227KNVsb0.4Vd =0.4 604.5378KN=241.8151KN相应各排弯起钢筋的位置及承担的剪力值见于下表：表 4.1弯起钢筋的位置与承担的剪力值计算表钢筋排次弯起钢筋距支座中心距离（ m）承担的剪力值（ KN）11.213241.815122.345220.256033.398171.161544.381120.196555.30874.7805各排弯起钢筋的计算。与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪承载力按下式计算：Vsb0.7510 3 f sd Asbsins式中，f cd 弯起钢筋的抗拉设计强度（MPa）Asb

28、在一个弯起钢筋平面内弯起钢筋的总面积（mm2）s弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角f sd =300MPa，s=45，所以各排弯起钢筋的面积计算公式如下：oVsbVsbVsbAsb3 f sd sin s0.75 10 3280 sin 450.148570.75 10计算得每排弯起钢筋的面积如下表：表 4 2 每排弯起钢筋面积计算表每排弯起钢筋计算面每排弯起钢筋实际弯起排次2 ）弯起钢筋数目2）积面积Asb （mmAsb （mm11627.61732B402513桥梁工程概论课程设计第23页21482.50662B40251331152.05962B2812324809.62272B2812325

29、503.33512B16402.1在靠近跨中处，增设2B16 的辅助斜钢筋，面积为Asb5 =402.1mm2主筋弯起后持久状况承载力极限状态正截面承载力验算：计算每一弯起截面的抵抗弯矩时，由于钢筋根数不同，则钢筋的重心位置也不同，有效高度 ho 的值也不同。为了简化计算，可用同一数值，影响不会很大。2B40 钢筋的抵抗弯矩M1 为M 12f s As1（ hox ）= 228010312.56610 4 （1.22320.0846）22=830.99KNm2B28 钢筋的抵抗弯矩 M2 为M 2（x ）2801036.158104（1.22320.08462f sAs1 h o= 2）22=

30、407.23KNm跨中截面的钢筋抵抗弯矩M280 103100.03 10 4(1.22320.0846 ) =3307.51KN2全梁抗弯承载力校核见下图桥梁工程概论课程设计第24页图 4.3全梁抗弯承载力验算图式（尺寸单位：cm）第一排钢筋弯起处正截面承载力为M 13307.512830.992407.23831.07KN第二排钢筋弯起处正截面承载力为M 23307.51 1 830.99 2 407.23 1662.06KN第三排钢筋弯起处正截面承载力为M 33307.512407.232493.05KN第四排钢筋弯起处正截面承载力为M 43307.51 1 407.23 2900.28

31、1KN第五排钢筋弯起处正截面承载力为M 53307.51KN箍筋设计220.2106( 20.6P) f cu,k Asv fsv bho箍筋间距计算公式为13SV2（o AVd）式子中，1 异号弯矩影响系数，取1.03 受压翼缘板的影响系数，取值1.1桥梁工程概论课程设计第25页P 斜截面内纵向受拉钢筋百分率， P=100， = A/( bh) ，当SoP2.5时，取 P=2.52Asv 同一截面上箍筋的总截面面积（mm）f sv 箍筋的抗拉强度设计值，选用HRB235箍筋，则 f sv =195MPab用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的梁腹宽度（mm）ho 用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的有

32、效高度（mm）用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值分配于混凝土和箍筋共同承担的分配系数，取值为0.6Vd 用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值（KN）选用 2A10 双肢箍筋，则面积Asv =1.57cm2；距支座中心 ho /2 处是主筋为2B40，As=25.13cm2；有效高度 ho=140-2.8-d/2=140-3-4/2=135.2cm；= AS /( bho ) =25.13 100%/(18135.2)=1.034%, 则 P=100=1.034 ，最大剪力设计值 Vd =635.8366KN把相应参数值代入上式得1.021.120.2 10 6(2 0.61.034)40 157 1

33、95 180 13522Sv（0.6 1.02635.8366）=276.75mm参照有关箍筋的构造要求，选用Sv=250mm在支座中心向跨中方向长度不小于1 倍梁高范围内，箍筋间距取用100mm由上述计算，箍筋的配置如下：全梁箍筋的配置为210 双肢箍筋，在由支座中心至距支点2.508m 段，箍筋间距可取为100mm，其他梁段箍筋间距为250mm。箍筋配筋率为：当间距 Sv=100mm时， sv = Asv /( bSv ) =157100%/(100180)=0.872%当间距 Sv=250mm时， sv = Asv /( bSv ) =157100%/(250180)=0.349%桥梁工

34、程概论课程设计第26页均满足最小配箍率HRB235钢筋不小于 0.18&的要求。斜截面抗剪验算斜截面抗剪强度验算位置为：（1）距支座中心 h/2 处截面。（2）受拉区弯起钢筋弯起点处截面。(3 ）锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面。（4）箍筋数量或间距有改变处的截面。（5）构件腹板宽度改变处的截面。因此，进行斜截面抗剪强度验算的截面包括（见下图）：图 4.4斜截面抗剪验算截面图式（尺寸单位：cm）距支点 h/2 处截面 1 1，相应的剪力和弯矩设计值分别为：Vd =604.54KNM d =400.54KN m桥梁工程概论课程设计第27页距支点中心 1.213m 处截面 22（第一排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯矩设计值分别为：Vd =581.84KNM d =669.11KNm距支点中心 2.345m 处截面 33（第二排弯起钢筋弯起点及箍筋间距变化处），相应的剪力和弯矩设计值分别为：Vd =531.20KNM d =1211.74KNm距支点中心 3.398m 处截面 44（第三排弯起钢筋弯起点），相应的剪力和弯矩设计值分别为：Vd =484.08KNM d =1648.504KN m距支点