桥梁工程课程设计.doc

1、 目 录第一部分 桥梁工程课程设计任务书1第二部分 桥梁工程课程设计计算书2一 计算空心板截面几何特性2二 主梁内力计算3三 持久状况承载能力极限状态下的截面设计、配筋和验算10四 持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算14五 持久状况正常使用极限状态下的挠度验算15- 17 -第一部分 桥梁工程课程设计任务书学年学期：2010-2011-II专业班级：2008级1、2、3班（道路桥梁工程方向）指导教师：周光伟设计时间：第17、18周学时周数：2一、设计目的 桥梁工程课程设计是土木工程专业道桥方向桥梁工程专业课教学环节的有机组成部分，其目的在于通过桥梁工程设计实践的基本训练，深化掌握本课程的

2、实用理论与设计计算方法，为今后独立完成桥梁工程设计打下初步基础。二、设计任务及要求设计题目：装配式钢筋混凝土空心简支板设计设计资料:标准跨径：12m（墩中心距离） 桥面净空：净-7m21.5m10m设计荷载：公路-I级，人群荷载3.0 kN/m2桥面铺装：表层为3cm厚沥青砼，下为6 cm厚防水砼。设计内容：1. 计算主梁的荷载横向分布系数2. 主梁内力计算与内力组合3. 主梁正截面抗弯强度计算与配筋、斜截面抗剪强度核算与配筋；4. 主梁裂缝宽度验算5. 主梁变形验算6.绘制空心板梁一般构造图；7.绘制空心板梁配筋图。图幅尺寸按A3图纸绘制。第二部分 桥梁工程课程设计计算书该桥是桥面净宽为10

3、m的板桥，由10块装配式预制空心板拼装而成，混凝土等级为C40，板厚为600mm，宽990mm，板与板之间留有1.11cm的缝隙用于灌注砂浆。中板截面图如下图所示：一、计算空心板截面几何特性1、毛截面面积计算2、毛截面重心位置 全截面对板高处的静矩为： 铰缝的面积为： 毛截面重心离板高的距离为： 铰缝重心到板高的距离为：3、毛截面惯性矩计算 铰缝对自身重心轴的惯性矩为： 单个挖空孔部分对板高处的惯性矩为： 空心板截面对其重心轴的惯性矩为： 空心板截面的抗扭刚度可简化为下图所示的箱型截面进行近似计算 抗扭刚度为：二、主梁内力计算1、永久作用效应计算 （1）空心板自重（一期恒载）： （2）二期恒载

4、： 沥青砼、防水砼： 铰接缝自重： 栏杆自重： 所以： 由此可以计算出空心板永久作用效应： 现在将计算结果列于下表中： 表1-1作用计算跨径弯矩剪力跨中跨支点跨跨中13.58111.6228.432171.32478.77039.38502、可变作用效应计算 设计荷载为公路，车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值为： 计算弯矩时： 计算剪力时： （1）冲击系数计算 （其中，） 由于，故可按丅式计算汽车荷载的冲击系数： 当行车道为两车道是不进行车道折减，故取折减系数 （2）汽车荷载横向分布系数计算：空心板跨中截面和截面处的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点处荷载横向分布系数按杠杆原理法计算，

5、支点至截面的荷载横向分布系数按直线变化。、跨中及截面处荷载横向分布系数计算空心板的刚度参数为：计算跨中荷载影响线竖标值： 1234567891010.0200.2340.1920.1460.1110.0850.0660.0520.0430.0370.0340.0400.3060.2320.1150.1030.0690.0470.0320.0230.0180.0150.02030.2350.1930.1460.1110.0850.0660.0520.0430.0370.03420.0200.1920.1880.1570.1200.0920.0710.0560.0460.0400.0370.040

6、0.2320.2290.1810.1210.0810.0550.0380.0270.0200.0180.02030.1930.1890.1570.1200.0920.0710.0560.0460.0400.03730.0200.1460.1570.1620.1380.1060.0820.0650.0540.0460.0430.0400.1550.1810.1950.1580.1060.0720.0490.0350.0270.0230.02030.1460.1570.1620.1380.1060.0820.0650.0540.0460.04340.0200.1110.1200.1380.1480

7、.1280.1000.0800.0650.0560.0520.0400.1030.1210.1580.1800.1490.1010.0690.0490.0380.0320.02030.1110.1200.1380.1480.1280.1000.0800.0650.0560.05250.0200.0850.0920.1060.1290.1420.1260.1000.0820.0710.0660.0400.0690.0810.1060.1490.1750.1460.1010.0720.0550.0470.02030.0850.0920.1060.1290.1420.1260.1000.0820.0

8、710.066荷载横向分布系数按丅式计算：按下图方式布置荷载为最不利，各板荷载横向分布系数计算见表。 横向分布系数汇总如下：板号12345荷载种类汽车人群汽车人群汽车人群汽车人群汽车人群横向分布系数0.1700.2250.1760.1960.1620.1490.1280.1120.1110.0860.1020.1110.1130.1450.1420.0730.0340.0800.0380.0800.0430.1100.0530.1190.0670.0480.0520.0550.0730.081分布系数0.1970.2590.2100.2340.2050.1920.2280.1650.2270.

9、153由上表可知，4号板的汽车荷载横向分布系数最大，而人群荷载对板梁的作用相比于汽车荷载的作用要小得多，因此，为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格，选用4号板的横向分布系数作为设计依据，跨中和截面处的荷载横向分布系数取下列数值：， 、支点处荷载横向分布计算：按杠杆原理法计算4号板的荷载荷载横向分布系数所以，4号板在支点处荷载横向分布系数为：， 、支点到截面处荷载横向分布系数按直线内插得到。(3)可变作用效应计算计算车道荷载引起的空心板跨中及处截面的效应时，均布荷载标准值应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于影响线中一个最大影响线峰值处。3.1.1跨中弯矩按跨中

10、弯矩影响线，计算得出弯矩影响线的面积为：沿桥垮纵向与位置对应的内力影响线最大坐标值故得：人群荷载引起的最大弯矩：3.1.2跨中剪力剪力影响线面积：，故：3.2.1截面弯矩弯矩影响线的面积为：沿桥垮纵向与位置对应的内力影响线最大坐标值故得：人群荷载引起的最大弯矩：3.1.2截面剪力剪力影响线面积：，故：3.3支点截面剪力考虑横向分布系数沿空心板跨径的方向的变化，均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只能作用于相应影响线最大竖标处。荷载布置如下图示： 荷载作用汇总如下表所示：序号荷载类别跨中截面四分点截面支点截面MVMVVkNmkNkNmkNkN1 永久作用228

11、.432 0.000 171.324 39.385 78.770 2 汽车可变作用(计冲击）233.825 41.948 175.385 66.367 187.689 3 汽车可变作用(不计冲击）176.738 31.707 132.566 50.164 141.866 4 人群可变作用12.489 1.077 9.370 2.423 3.230 5 标准组合425.062 41.600 318.807 98.732 251.150 6 短期组合364.638 23.272 273.490 76.923 181.306 7 极限组合615.461 59.933 461.622 142.890

12、360.906 8 长期组合304.123 13.113 228.098 60.420 136.808 三、持久状况承载能力极限状态下的截面设计、配筋和验算1、配置主筋由持久状况承载能力极限状态要求的条件来确定受力主筋数量，空心板截面可换算成等效工字形截面来考虑。换算原则是面积相等、惯性矩相同，在本预制板中令空心板中圆面积及惯性矩与工字形截面开口部分面积和惯性矩相同。即：，解得：，空心板等效工字形截面如图所示：因此，等效工字形截面的上下翼缘板厚度为：， 腹板厚度为：假设截面受压区高度，设有效高度：，则正截面的承载力为：解得：且计算结果说明受压区全部位于翼缘板内，因此可安高为，宽为的矩形截面计算

13、配筋。选用12根22mm的HRB335钢筋，实配面积为：，配筋如下图所示：配筋率：钢筋净距：及2、持久状况截面承载能力极限状态计算按实际配筋计算截面有效高度为：则该板实际抗弯极限承载能力为：满足截面承载能力要求。3、斜截面抗剪承载力计算4号板的跨中剪力和支点剪力分别为： ， 3.1截面尺寸检查：截面有效高度为：，那么截面尺寸满足要求。3.2检查是否要根据计算配筋：， 故可在梁跨中的某一长度范围内按构造配筋，其余区段按计算配筋。的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，为：，即：由跨中向两边3500mm范围内按照构造要求配筋，其余区段按照计算配筋。4、箍筋设计该预制板只配置箍筋，不设弯起钢

14、筋和斜筋。距离支座处的剪力值为：选用直径10mm的HRB335双肢箍筋，则箍筋截面面积，箍筋间距：根据规范，箍筋间距在支座至一倍梁高的范围内不宜大于100mm，所以箍筋间距取如下值：在支座中心向跨径长度方向的1200mm范围内，设计箍筋间距；尔后至跨中截面统一取箍筋间距。箍筋配筋率为：，满足要求。5、斜截面抗剪承载力复核5.1距支座处抗剪承载力验算横坐标，正截面有效高度。取投影长度，则斜截面顶端位置：顶端对应正截面的剪力和弯矩计算如下：所以，实义剪跨比m及斜截面投影长度为：，斜截面抗剪承载力为：满足要求。5.2箍筋间距变化处截面横坐标，正截面有效高度。取投影长度，则斜截面顶端位置：顶端对应正截

15、面的剪力和弯矩计算如下：所以，实义剪跨比m及斜截面投影长度为：，斜截面抗剪承载力为：满足要求。四、持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算（1）带肋钢筋系数荷载短期效应组合设计值荷载长期效应组合设计值系数板式受弯构件取（2）钢筋应力计算（3）钢筋直径（4）纵向受拉钢筋配筋率的计算，取（5）最大宽度裂缝计算，裂缝宽度符合规范要求。五、持久状况正常使用极限状态下的挠度验算（1）换算截面的惯性矩和计算换算系数即：，解得：跨中截面为第二类T形截面。这时受压区高度由以下式子确定：则开裂截面的换算截面惯性矩为：全截面换算面积为：受压区高度为：全截面换算惯性矩为：全截面抗弯刚度：开裂截面抗弯刚度：全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩为：全截面换算截面的静矩为：塑形影响系数为：开裂弯矩：开裂构件的抗弯刚度为：永久作用产生的挠度为：汽车荷载产生的挠度为：人群荷载产生的挠度为：当采用C40混凝土的时候，长期挠度增长系数为：消除自重后产生的长期挠度值为：由荷载短期效应组合并考虑长期效应影响产生的长期挠度为：故应设置预拱度，其跨中预拱度值为：预拱度沿顺桥方向做成平顺曲线。