桥梁工程课程设计——T形截面简支梁桥设计.docx

桥梁工程课程设计题目：T形截面简支梁桥设计一、设计题目和内容1、设计题目T形截面简支梁桥设计2、设计资料（I）单跨公路钢筋混凝土简支梁桥主梁结构尺寸：A、计算跨径：19.8mB、桥面宽度:净7+2xl.5=1OmC、车辆荷载：公路一级D、设计安全等级：二级E、桥面铺装：5cm沥青混凝土（23KNm3）,6cm厚水泥混凝土（24KN/n?）,主梁混凝土25KNm3F、横隔梁数量自定3、设计内容及要求（1）桥梁总体布置图（含平面图、立面图、剖面图）（2）桥面构造横截面图，主梁（边梁、中梁）纵、横截面布置图（3）荷载横向分布系数计算（4）主梁内力计算及配筋（5）行车道板内力计算及配筋（6）横隔梁内力计算及配筋4、主要参考规范Otgboi-2014公路工程技术标准OTGD60-2015公路桥涵设计通用规范JTG3362-2018公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范五、设计成果的编制1、设计任务书；2、设计计算说明书；3、桥梁设计图纸。要求计算书计算准确、文字通顺、书写工整。要求图纸、图面布置合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定，用工程字注文。一恒载及其内力(1)每延米板上的恒载g沥青表面 混凝土垫层T梁翼板自重g1:0.05×1.0X23=1.15kNmg20.06×1.0×24=1.44kN/mg3=X1.0X25=2.7SkN/m合计：905.34fcVm2)每米宽板条的恒载内力悬臂板长I0=(16；18)=071m弯矩MAg=-gl2=-×5.34X(0.71)2=-1.35kN租剪力QAg=gl。5.34X0.71=3.79kN汽车车辆荷载产生的内力1)将车辆荷载后轮作用于较缝轴线上，后轴作用力为140kN,轮压分布宽度如图5所示，车辆荷载后轮着地长度为a=0.20m,宽度b2=0.6QI=Q2+2H=0.2+2M0.22=0.64b1=b2+2H=0.6+2×0.22=1.0Q=_(1+4)2=1.3×=28.52kN"P'4a4×3.24(三)内力组合1)承载能力极限状态内力组合计算Mud=1.2%+IAMxp=1.2×(-1.35)+1.4X(-14.18)=-21.47kNmQst=1.2Qa+IAQap=1.2X3.79+1.4X28.52=44.48/cN总2)正常使用极限状态内力组合计算Mud=MAg+0.7Map=-1.35+0.7X(-14.18)=-11.28fcVmQUd=QAg+0.7Qap=3.79+0.7X28.52=23.75fcV行车道板配筋设计悬臂杆根部厚度为14cm,保护层为3cm,若选用012的钢筋，则有效高度A0=0.107cm.YoMd<fcdbx(0-f)1.0×21,4726.8×IO3x(0.107-|)解的x=0.0078mA0=0.518×0.107=0.055m0.0078mAs组出=26.8xi02xs78=6.97cm2查阅资料后，当钢筋直径为12mm间距为16Cm时As=7.07cm26.97cm2,此时满足要求，经验算后合理，故采用直径为12mm的钢筋，间距为16Cm放置。根据规范，应满足Y0Vd=44.480.51X10-3M0=587.82kV满足最小截面尺寸yoVo0.5X103afudbA0跨中弯矩组合梁号怛载组合值汽车人群1.5995.21144.4163.42979.42.4998.4276.890.71836.93998.4978.658.02782.8跨中剪力组合梁号恒)三组合值汽车人群1,5096.97.1143.62.4024.93.939.23086.32.52123.6二主梁的计算桥跨内设有5道横隔梁，具有可靠的横向联系。计算主梁的抗弯和抗扭惯性矩I和It：主梁界面重心位置X：翼缘板厚按平均厚度计算有:H1=1/2x(10+16)cm=13cm,J,(180-18)X13X-+140X18X140/2重心处Xq-=41.09cm(180-18)×13+140×18抗弯惯性矩：l三1110×(180-18)×133+(180-18)×13(41.09-13/2)2+110×18×1403+18x140(140/2-41.09)cm4二7887729crmWCibiti3i=l分块名称Bi/cmTi/cmTi/biCiITim2翼缘板180130.070.3330.0013182腹板127180.140.30360.002248410.0035666IT=3.567X10-3m4=11lGl2i/Ti12Eiai2IiG=O.4E,1=16.1m,i/Ti=6×Q.0035666m4=0.2S4.5,a2,2.7,33O.9,84O.9,as=-2.7q(,=4.59I8771607cm4,=0.7影响线竖坐标值按修的刚性正横梁法计算横向影响线坐标ij+7，其中乙出七56.7n2=IaI荷载横向分布系数：根据最不利荷载位置分别进行布载。布载时，汽车荷载距人行道边缘距离不小于0.5m,人群荷载取为3kNr112,栏杆及人行道板每延米取重为6.OkNm,人行道板重以横向分布系数的方式分配到各主梁上。各梁的分布系数：汽车荷载：1汽二工(1/6+0.7×+1/6+0.7X+1/6+0.7X256.756.74.5×0.91.11C-I4.9X0.9、八LCLd+1/6-0.7×)=0.505156.756.72汽二工(1/6+0.7×+1/6+0.7×+1/6+0.7×256.756.72.7×0.9lz12.7×0.9xCC+1/6-0.7×)=0.436656.756.7C、a1/4/.-70.9×4./,zs-J0.9×2.2,4z.zs-T3'/飞二一(1/6+0.7×+1/6+0.7X+1/6+0.7X256.756.7空雪d/6-0.7x”竺)=0.373056.756.7梁端剪力横向分布系数计算(杠杆原理法)端部剪力横向分布系数计算图式：汽车荷载：MOql=I/2EEqi=I/2(0.7222)=0.3611Moq2=12EEqi=I/2(0)=0Moq2=12iqi=/2(1)=0.5内力计算：永久作用效应永久荷载：构件名构件尺寸/cm构件单位长度体积重度(kNm3)每延米重（kNm）主梁0.46262511.5650横隔梁中梁0.07253251.8132边梁0.03626250.9066桥面铺装沥青混凝土（厚5cm）231.2420混凝土垫层（厚6cm）244.27505.5170栏杆及人行道部分6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，-O.4,板q=0.4×6kNm=2.4kNm。各梁的永久荷载值：（单位kNm）梁号主梁横隔梁栏杆及人行道桥面铺装层总计1(6)11.7840.94242.45.86220.92(5)11.7841.2752.45.86221.33(4)11.7841.2752.45.86221.3影响线面积计算/项目影响线面积M1/20=-=32.48M1/4320=-=24.332V1/2Oi.028VO08.02永久效应计算梁口M12kN/mM14kN/mVO/kNqqqqqq120.57.121220.943.909.20.910.225.(6)97.6883341887562221.57.123121.343.923.21.310.347.(5)37.9213383217545321.57.123121.343.923.21.310.347.(4)37.9213383217545可变作用效应汽车冲击系数:2×21.5简支梁的基频简化:3.25×10×10×8891029,ll1187.692=6.868Hz由于1.5HZW千14Hz,故=0.1767Inf-0.0157二0.342公路II级均布荷载、集中荷载、影响线面积计算：（公路-1I级车道荷载按公路-I级车道荷载的0.75倍采用。）qk=10.5×0.75kNm=7.875kN/m弯矩，Pk=360-18OX(116-5)+18O×0.75kNm=181.4kN505剪力，Pk=181.4kN×1.2=217.68按最不利方式布载计算车道荷载影响线面积:项目顶点位置qkkN.m2PkANM1/2I/2处7.875181.449.66M1/4I/4处7.875181.440.01VO支点处7.875217.689.982V1/2I/2处7.875217.682.621可变作用(人群)(每延米)q人q人二6X1KNm=6kNm可变作用弯矩效应计算：M=(1+)(qkO÷Pkyk)其中由于只能布置两车道，故横向折减系数自取1.0。公路-1I级车道荷载产生的弯矩计算表梁口内力1+qk(Knm)0PkANykM(kN/.m)1M1/20.57221.3427.87549.66181.44.875864.4121M1/40.572240.013.682636.65432M1/20.485649.664.875752.3682M1/40.485640.013.682565.32543M1/20.453949.664.87566.6534M1/40.453940.013.68250.0012人群荷载产生的弯矩梁号内力q人/(kNm)M(kN/.m)1M1/20.6251649.6690.0012M1/40.625140.0167.23562M1/20.463349.6658.6542M/40.463340.0146.65653M1/20.412449.6657.6281M/40.412440.0144.0322永久荷载作用分项系数；Gi=1.2汽车荷载作用分项系数：Q1=1.4人群荷载作用分项系数：YQj=1.4基本组合公式：YOSud=0(tL1GiSGik+QlSQlk+WC器=2YQjSQjk)梁号内力永久荷载人群荷载汽车荷载弯矩基本组合1M1/21212.6890.0012864.41212553.3254M1/4909.4167.2356636.65431964.35472M1/21231.9258.6542752.36822444.0122M1/4923.8346.6565565.32541799.87743M1/21231.9257.628166.65342300.4977M1/4923.8344.032250.00121744.5483可变作用的剪力效应：跨中截面剪力V12=(1+)(qkO+Pkyk)公路-II级车道荷载产生的跨中剪力V1/2计算:梁号内力1+qk(kNm)Pk/kNyk剪力效应kh1V1/20.57221.3427.8752.6875217.680.586.22432V1/20.48567.8752.6875217.680.578.20323V1/20.45397.8752.6875217.680.567.5221人群荷载跨中剪力梁号内力qk(kNm)剪力效应/kN1V1/20.625162.68754.48222V1/20.463362.68753.12123V1/20.412462.68752.9887汽车荷载：1号梁：V01=217.68X1.0X0.3502+7.875手X0.5722一费X×(0.5722-0,3502)×-×-×-×(0.5722-4,71212240.3502)kN=108.66kN2 号梁：V02=217.68×1.0×0.5240+7.875×0.4633+j××(0.5240-0.4633)×-×-×-×(0.5240-4,71212240.4633)kN=157.11kN3 号梁：V03=217.68×1.0×0.6423+7.875×0.4539+××(0.6423-0.4539)×-×-×-×(0.6423-0.4539)kN=181.29KN人群荷载：1 号梁：V01=1x21.5x0.6251X3+：X牛X(1.32417110.6251)×3×-X(1.324-0.6251)×3×-fcN=24.56Kn2 号梁：V02=(1×3.472×0.4633×3×0.824+×0.4633×0.5240X3+iX3.472×0.4633×3×0.2001)kN=8.472kN23号梁：V03=(i×21.5×0.4124×3-×-×0.4124×3×-24122×H×0.4124×3×-)kN=8.862kN412剪力效应基本组合：YOSudzz梁号内力永久荷载人群汽车基本组合1VO225.6224.56142.5611468.8372V1/204.82286.2243126.25642VO347.458.472189.6826525.3265V1/203.121278.2032111.21233VO347.458.862230.0021581.2388V1/202.988767.522199.0122由表可以看出剪力效应以3号梁控制设计。配置主梁受力钢筋根据弯矩计算可知1号梁Md(Md=2553.3254kN.m)值最大，考虑到设计施工方便，并留有一定的安全储备，故按1号梁计算弯矩进行配筋。设钢筋净保护层为3m,钢筋重心至底边距离为a=18cm,则主梁有效高度为h0=h-a=140-18=122cmo用C40混凝土，则fcd=18.4MPaoT形截面受压区翼缘有效宽度的确定：1、 计算跨径的1/3：I/3=1610/3=536.66；2、 相邻两梁之间的平均距离d=180;3、 bfb+2bh+12hf=18×2+18÷12×13=240取180o截面类型：OMd=fcdbfhfYOMd=MdX1=2553.3254kN.mCdbfhfg=18.4义103×1.8×0.13×(1.22-0.13/2)=4972.972KN.m>Ml=25533254kN.m受压区位为翼缘内，属于第一类T形截面。设混凝土截面受压区高度为X,则有/Md=r(r0-)乙>解得x=0.062<0.13m=于Cdbbr/则有1二(18.4×1.8×0.062)/280=73.34m2选用6根直径为36mm和4根直径为25mm的HRB335钢筋，则'=61.07+19.64=80.71cm2>73.44cm22%y,QS_V'二"=2×(35.6×4.91+28.6×4.91+21×10.18+12.9×10.18+48×10.18)(4×4.91+6×10.18)=17.57cm晨二八"、二140-17.57=122.43cm&=()；)()，故X=OO62rn<鼠”=o.686m则截面受压区高度满足规范要求配筋率p为O=AS/(6f)=80.71/(180X122,43)=0.366%>0.2%则配筋率满足规范要求三、横隔梁内力计算及配筋荷载计算纵向一行车轮和人群荷载对跨中横梁的计算荷载为：P0=Pii2×(140××0.7128×1.1)kN=131.89kN跨中横梁受力影响线的面积=12(2×4.025)×1=4.025人群荷载QO=q人。=3X4.125=12.375采用修正的钢性横梁法计算横梁作用效应弯矩影响线MA,j三1jb1A+2jb2A-1×eA=A,j主梁荷载横向分布系数梁号荷载位置公路-I级人群荷载1.5跨中0.4550.564支点0.4381.6562,4跨中0.1150.313汇总支点0.5O3跨中0.40.2横隔梁截面配筋支点0.594O1.正弯矩配筋把铺装层折算5cm计入截面，则横梁高度为117Cm计算跨径的1/3:720/3二240相邻两个横梁的平均距离：407.5cmb+12hf=18+10×(13+5)=195cm横梁翼板有效宽度应取上述三者中的较小值，即b'f二234cm,先假设a=8cm,则得横隔梁的有效高度为h二(115-8)cm=107cmo其中a为钢筋重心到底面的距离。假设中性轴位于上翼缘板内，根据式XoMd=fed尻1(Ao钢筋截面积As可)计算：加M=八加力则As-11.62cm2选用4根直径20的HRB335钢筋，As=12.56cm2。负弯矩配筋此时横梁为IlOXI8cm的矩形截面梁取a'=4cm,h=(110-4)cm=106cm7oMd=fcdbjc(h0As,=18.4×0.18×0.0128280m2=1.15cm2选2根直径16的HRB335钢筋,As,=4.022cm3o四、行车道板内力计算及配筋每延米板上的恒载g沥青混凝土路面土层：Oi=0.05×1×23=1.15knmg混凝土垫层：g2=0.06×24=1.92/cn/mT形梁翼缘板自重：g?=°18X25=5.95knm每延米跨宽板的恒载总计：g=gi=(1.15+1.92÷5.95)kNm=9.02kNm2 .永久荷载效应计算弯矩：MQ=!=2.072/cn.m92gl1剪力：V=gZ0=60315x0.81=5.115kN3 .可变荷载效应公路一II级：以重车后轮作用于饺缝轴线上为最不利布置，此时两边的悬臂板各承受一半的车轮荷载车辆荷载后车轮着地宽度b2及长度az分别为a2=0.2mb2=0.6m沿着行车方向轮压分布宽度为a1=a2+2H=0.2+2(0.095+0.03)m=0.45m垂直行车方向轮压分布宽度为b1=b2+2H=0.6+2(0.095+0.03)m=0.85m荷载作用于悬臂根部的有效分布宽度a=al+1.4+21。=0.5+1.4+2×0.81=3.47m单轮时：a=a+21o=O.45+2X0.81=2.07m局部加载冲击系数取1.3,则作用于每米宽板条上的弯矩为MP=-2(1+喧。-今=-2×1.3×140(4×3.26)×(0.81-0.85/4)kN.m=-15.67kn.m单个车轮时MP=-2(1+)£(0-)=-1.3×(140/4X2.07)×(0.81-0.85/4)=-13.13kN.m取两者中的最不利荷载则MP-15.67kn.m作用于每米宽板条上的剪力为vP 二2(1+ 4)P4a_ 35X1.33.47=26.22kN作用效应基本组合根器作用效应组合的规定，基本组合计算如下；弯矩：1.2Mg+1.4MP=-(1.2X2.07+1.4×15.67)kNm二一24.42kNm剪力:12Vg+1.4VP二(1.2×5.5115÷1.4×26.22)kN=42.85kN故行车道板的设计作用效应为：Md=-24.42kNmVd=42.85kN截面设计与配筋悬臂板根部厚度为16cm,设净保护层厚度a=3cm,若选用直径为12mm的HRB335佩筋.则有效高度为ho=h-a-d2=(0.16-0.03-0.006)m=0,124mXYQidfcax。一2)得最小的x=0.0112m验算oho=O.56×O.124m=0.0694m>x=0.0112m,满足要求。钢筋截面积AsAs=fcdbxfsd=(18.4×1×0.0112×1(f)280=736mm2选用直径为72切的钢筋叱钢筋的问距为IOcm,此时所提供的钢筋面积为：AS=1131.0mm2验算截面承载力Asfsd1131.0X280x=k18.4X106X1"2MUd=%dbx(%。-J/0.0172=18.4X106×1×0.0172X(0.124÷1000=36.52kN.m>1.0X24.42KN.M=24.42kN.rn故承载力满足要求。矩形截面受弯构件抗剪截而尺寸应符合式(6-21)的要求0.51X10-3Jb=399.96>0Vd=1.0×42.85kN=42.85kN满足抗剪最小截面尺寸要求。0Vd=1.0×42.85kN=42.85kN0.5X10-3a2ftdAob=O.5X1ff3×1.0×7.65×WOO×124kN=102.3kN则0Vd=44.954kNQ.SlQ-3a2ftdhob=102.3kN因此，仅需按构造配置箍筋。根据设计一般规定，板内应设置垂直于主钢筋的分布钢筋，直径不应小于8mm,间距不应大于200mm,因此分布钢筋采用820Ommo跨中剪力组合梁号恒)三组合值汽车人群1,5097.07.043.82,4025.04.039.23O86.32.55123.69,9EOZ261LEL,8LE6'69日9E,69L18LZ0,90IZ*6,9010o6LL'99o男号联雄Y求累耳岳奠陛E1019,2E16LZ6,9LIEt,99L,21126,9LI8,87乙C。乙,9LI9,t勇号联耀Y求累耳岳璘号豚强显弱V/L