橋梁工程課程設(shè)計計算書

1、學(xué) 號 （橋梁工程課程設(shè)計）設(shè)計說明書鋼筋混凝土空心板橋設(shè)計凈-9+2×0.5m(護欄)，跨徑Lk=13m，公路級起止日期： 2013 年 5 月 27 日 至 2013 年 6 月 7 日學(xué)生姓名班級成績指導(dǎo)教師(簽字)土木工程學(xué)院2013年6 月 4 日目錄1.封皮 12.目錄 23.課程設(shè)計任務(wù)書34.橋梁工程課程設(shè)計計算書 61).設(shè)計基本資料62).橫向分布系數(shù)計算 63).板梁的內(nèi)力計算和內(nèi)力組合 104).板梁正截面抗彎強度計算與配筋145).板梁斜截面抗剪強度核算與配筋156).板梁（T梁）撓度計算與予拱度設(shè)置 177). 板式橡膠支座設(shè)計 215.參考文獻 23天津

2、城市建設(shè)學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書2012 2013 學(xué)年第2 學(xué)期 土木工程 學(xué)院 道路橋梁與渡河工程 專業(yè) 10道橋2 班課程設(shè)計名稱： 橋梁工程課程設(shè)計 設(shè)計題目： 鋼筋混凝土空心板橋設(shè)計 完成期限：自 2013 年 5 月 27 日至 2013 年 6 月 7 日共 2 周指導(dǎo)教師（簽字）： 郭紅梅 董鵬 教研室主任（簽字）： 批準(zhǔn)日期：2013 年 5 月 24 日任務(wù)書一、目的與要求橋梁工程課程設(shè)計是土木工程專業(yè)道橋方向橋梁工程專業(yè)課教學(xué)環(huán)節(jié)的有機組成部分，其目的在于通過橋梁工程設(shè)計實踐的基本訓(xùn)練，深化掌握本課程的實用理論與設(shè)計計算方法，為今后獨立完成橋梁工程設(shè)計打下初步基礎(chǔ)。學(xué)生應(yīng)在教師

3、的指導(dǎo)下，綜合應(yīng)用所學(xué)建筑材料、結(jié)構(gòu)力學(xué)、彈性力學(xué)、結(jié)構(gòu)設(shè)計原理、橋涵水文、橋梁工程、墩臺基礎(chǔ)等課程知識和橋梁實習(xí)所積累的工程實踐經(jīng)驗，貫徹理論聯(lián)系實際的原則，按時按量獨立完成所規(guī)定的設(shè)計工作。具體要求如下：1.根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圖、技術(shù)規(guī)范與經(jīng)驗公式，正確擬定各部結(jié)構(gòu)尺寸，合理選擇材料、標(biāo)號。2.計算結(jié)構(gòu)在各種荷載與其他因素作用下的內(nèi)力，進行配筋設(shè)計與強度、穩(wěn)定性、剛度的校核。3.正確理解公路橋涵設(shè)計規(guī)范有關(guān)條文，并在設(shè)計中合理運用。4.加強計算、繪圖、文件編制、查閱與翻譯有關(guān)技術(shù)文獻等基本技能的訓(xùn)練。二、 設(shè)計題目與基本資料1.設(shè)計題目：1)鋼筋砼簡支空心板橋2) 鋼筋砼簡支T形梁橋3）預(yù)應(yīng)力砼簡支

4、空心板橋4）預(yù)應(yīng)力砼簡支T形梁橋5)箱型截面簡支梁橋，以上題目中任選其中之一。2.技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：1） 橋面凈空：凈7+2人行道（根據(jù)自己的題目確定）2） 設(shè)計荷載：公路-I級，人群荷載3.5kN/m2（根據(jù)自己的題目確定）3） 地震動峰值加速度為0.05g4） 橋面鋪裝：表層為3cm厚瀝青砼，下為6 cm厚防水砼5） 橋面橫坡：雙向1.5%三、設(shè)計內(nèi)容1.上部結(jié)構(gòu)橫斷面布置草圖；2.荷載橫向分布系數(shù)計算；3.板梁（T梁）內(nèi)力計算與內(nèi)力組合；4.板梁（T梁）正截面抗彎強度計算與配筋；5.板梁（T梁）斜截面抗剪強度核算與配筋；6.板梁（T梁）撓度計算與予拱度設(shè)置；7.板式橡膠支座設(shè)計；8繪制板梁（T梁

5、）一般構(gòu)造圖、板梁（T梁）配筋圖。圖幅尺寸按2#圖紙繪制。四、設(shè)計規(guī)程與參考資料1交通部.公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004）.北京：人民交通出版社，20042交通部.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）.北京：人民交通出版社，20043交通部.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）.北京：人民交通出版社，20044毛瑞祥，程翔云公路橋涵設(shè)計手冊-基本資料北京：人民交通出版社，19955 徐光輝，胡明義公路橋涵設(shè)計手冊-梁橋（上冊）北京：人民交通出版社，19966 劉效堯，趙立成公路橋涵設(shè)計手冊-梁橋（下冊）北京：人民交通出版社，20007 李

6、自林.橋梁工程，武漢：華中科技大學(xué)出版社，20088 姚玲森.橋梁工程（第二版），北京：人民交通出版社，20089 李自林.橋梁工程，北京，機械工業(yè)出版社，201110 張樹仁，鄭紹珪，黃僑等鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計原理北京：人民交通出版社，200411交通部.裝配式預(yù)應(yīng)力砼空心板橋上部構(gòu)造圖. 北京：人民交通出版社，200812交通部.裝配式鋼筋砼T梁橋上部構(gòu)造圖. 北京：人民交通出版社，200813交通部.裝配式預(yù)應(yīng)力砼T梁橋上部構(gòu)造圖. 北京：人民交通出版社，2008橋梁工程課程設(shè)計計算書1. 設(shè)計基本資料1.1跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑13m，計算跨徑：12.5m；主梁全長：12.96

7、m；1.2荷載：公路I級，人群荷載3.0KN/，地震動峰值加速度為0.05g；1.3橋面凈空：凈9+2×0.5(護欄)；1.4橋面鋪裝：表層為3cm厚的瀝青混凝土，下層為6cm厚防水混凝土；1.5橋面橫坡：雙向1.5%；1.6主要材料：主筋采用HRB335鋼筋，構(gòu)造筋采用R235，其技術(shù)指標(biāo)見表1；混凝土強度采用用C30，其技術(shù)指標(biāo)見表2。表1-1 鋼筋強度標(biāo)準(zhǔn)值和設(shè)計值種類彈性模量Es抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值sk抗拉強度設(shè)計值sdR235鋼筋2.1×105MPa235 MPa195MPaHRB335鋼筋2.0×105MPa335 MPa280MPa 表1-1 混凝土強度標(biāo)

8、準(zhǔn)值和設(shè)計值強度等級彈性模量Ec軸心抗壓強度設(shè)計值cd軸心抗拉強度設(shè)計值td軸心抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值tkC303.0×104MPa 13.8 MPa1.39MPa2.01MPa2.橫向分布系數(shù)計算本橋取上部獨立橋梁進行計算，橋面凈寬9+2×0.5m，兩側(cè)為安全護欄，全橋采用10塊1米寬的砼空心板，水泥砼鋪裝厚6cm，瀝青砼厚3cm。標(biāo)準(zhǔn)橫斷面見圖1所示?？招陌宓臉?biāo)準(zhǔn)跨徑為13m，計算跨徑L12.5m。圖1.橋梁橫斷面圖（尺寸單位：cm） 圖2.空心板截面構(gòu)造及尺寸（尺寸單位：cm）1. 2.1計算截面抗彎慣性距 空心板是上下對稱截面，形心軸位于截面中心，故其抗彎慣矩為（如圖2所示

9、半圓的幾何性質(zhì)）：2.2計算截面抗扭慣性矩空心板截面可近似簡化成圖2中虛線所示的薄壁箱形截面來計算，則有：2.3計算剛度參數(shù)2.4計算跨中荷載橫向分布影響線由鉸接板荷載橫向分布影響線計算用表中，根據(jù)值，查教材附錄，在之間插值求得時各塊板軸線處的影響線豎標(biāo)值，計算如下表2-1所示。表2-1 =0.0214 的豎坐標(biāo)影響線計算表板號單位荷載作用位置1234567891010.0223419214611108506605204303703410000.043062321551030690470320230180150.0214239.04194.80146.63110.44083.88064.670

10、50.60041.60035.67032.6720.021921881571200920710560460400379990.042322291811210810550380270200180.0214194.80190.87158.68120.07091.23069.88054.74044.67038.60035.6730.021461571621381060820650540460439990.041551811951581060720490350270230.0214146.63158.68164.31139.40106.00081.30063.88052.67044.67041.604

11、0.021111201381481291000800650560529990.041031211581801491010690490380320.0214110.44120.07139.40150.24130.40100.07079.23063.88054.74050.6050.020850921061291421261000820710669990.040690811061491751461010720550470.0214083.88091.23106130.40144.31127.4010007081.30069.88064.672.5計算橫向分布系數(shù)設(shè)計車道為2車道，將公路I級汽車荷載

12、和人群荷載沿橫向布置，找出最不利荷載位置如圖4所示，由于橋梁橫斷面結(jié)構(gòu)對稱，所以只需計算1號板至5號板的橫向分布影響線坐標(biāo)值。對于1號板： 公路-I級： 1/2(0.217+0.140+0.094+0.059)=0.255對于2號板： 公路-I級： 1/2(0.193+0.147+0.103+0.064)=0.254對于3號板： 公路-I級： 1/2(0.153+0.157+0.119+0.074)=0.252對于4號板： 公路-I級： 1/2(0.115+0.142+0.138+0.091)=0.243對于5號板： 公路-I級： 1/2(0.088+0.113+0.138+0.116)=0.

13、228 圖3.1、2、3、4、5號板的荷載橫向分布影響線（單位：cm）表2-2 跨中橫向分布系數(shù)對比板位手算法電算法1號0.2550.2552號0.2540.2563號0.2520.2544號0.2430.2465號0.2280.234列表得，并用電算得出結(jié)果列表2，相比較。相差最大的是5號板的，其相對誤差=符合規(guī)定。3.板梁的內(nèi)力計算和內(nèi)力組合3.1結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的內(nèi)力計算結(jié)構(gòu)重力集度分別考慮預(yù)制梁自重（第一期荷載）和濕接縫、橋面鋪裝、人行道欄桿等（二期荷載）重力集度?？招陌遄灾?一期恒載)橋面系自重及絞縫重 (二期恒載)1）橋面鋪裝：全橋?qū)掍佈b每延米總重0.06269+0.03239=20.

14、25KN/m， 2）防撞護欄：由橋涵設(shè)計通用圖之<<橋涵公用構(gòu)造圖>>查得,橋上欄桿的荷載密集度為，。3）鉸縫重：由于前面在計算一期恒載時采用的是毛截面計算，已經(jīng)算入了鉸縫中混凝土的質(zhì)量，所以在此鉸縫重量不再重復(fù)計算。故， 3.2結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的內(nèi)力跨中彎矩：，支點剪力：3.3恒載內(nèi)力計算見表3-1。表3-1 重力內(nèi)力計算表項目g(kN/m)L(m)M(KN.m)Q(KN)跨中（）1/4跨（）支點（1/2gl）1/4跨（1/4gl）一期恒載7.8212.5152.73114.5 48.88 24.44二期恒載3.6812.571.8853.9123 11.5恒載合計11.

15、512.5224.61 168.46 71.8835.943.4計算支點荷載橫向分布系數(shù)用鉸接板法計算的橫向分布系數(shù)適用于跨中，因此，還需要用杠桿法就計算靠近支點處的橫向分布系數(shù)。公路-I級：支點到L/4處的荷載橫向分布系數(shù)按直線內(nèi)插求得。并將空心板的荷載橫向分布影響匯總于下表。表3-2 空心板荷載橫向分布系數(shù)板位跨中至l/4處支點1號0.25502號0.2540.53號0.2520.54號0.2430.55號0.2280.5 3.5 沖擊系數(shù)計算根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D602004)條文說明，簡支梁橋的自振頻率（基頻）可采用下式計算： 結(jié)構(gòu)材料的彈性模量；結(jié)構(gòu)跨中截面的截面慣性矩

16、；結(jié)構(gòu)跨中處的單位質(zhì)量kg；G結(jié)構(gòu)跨中處每延米結(jié)構(gòu)重力。式中： L=12.5m，?？招陌迕孛婷娣e:，空心板第一階段自重:，將上列數(shù)據(jù)代入公式根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D602004)，有：，, ，雙車道，不折減。3.6荷載內(nèi)力的計算一號板的值最大，根據(jù)經(jīng)驗知道，一號板的彎矩組合值和剪力組合值最大。由此計算相關(guān)數(shù)據(jù)1）計算公路-I級荷載跨中最大彎矩 =1.33812100.2553.125+1.338110.50.2553.12512.5/2=293.88KN.m2）計算公路-I級荷載跨中最大剪力=1.33812101.20.2550.5+1.338110.50.2550.512.50

17、.5 圖4.公路-I級荷載跨中最大彎矩計算圖 圖5.公路-I級荷載跨中最大剪力計算圖 圖6.公路-I級荷載1/4跨截面最大彎矩計算圖 圖7.公路-I級荷載1/4跨截面最大剪力計算圖3）計算公路-I級荷載1/4跨截面最大彎矩=1.33812100.2552.344+1.338110.50.2552.34412.54）計算公路-I級荷載1/4跨截面最大剪力=1.33812100.2550.751.2+1.338110.50.2550.7512.53/4=77.08KN 圖8.公路-I級荷載支點截面最大剪力計算圖 5）計算公路-I級荷載支點截面最大剪力=1.33811.22100.2551+1.33

18、8110.50.255112.5/2 -1.33810.5(0.255-0) 3.1250.916/2+(0.255-0) 3.1250.083/2=102.78KN3.7主梁內(nèi)力組合根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004），基本組合、短期效應(yīng)組合、長期效應(yīng)組合分別按下式進行組合，其結(jié)果見表3-3。1號板梁的彎矩組合值和剪力組合值最大，將其作為設(shè)計效應(yīng)組合的設(shè)計值進行設(shè)計。表3-3 荷載內(nèi)力組合計算表板號序號荷載類別彎矩剪力1/4截面跨中截面支點截面跨中截面1/4截面1號1恒載168.46 224.6171.880.00 35.94 2公路一級荷載220.43 293.88 102

19、.7848.59 77.083基本組合510.75 680.96230.1568.03 151.04 4短期組合332.76 430.33143.83 34.01 89.905長期組合256.63 342.16121.99 19.44 66.77 4.板梁正截面抗彎強度計算與配筋4.1已知數(shù)據(jù)及要求：見前所述，荷載內(nèi)力見表3-3。4.2邊板跨中截面的縱向受拉鋼筋計算1）確定中性軸的位置形心位置：空心板是上下對稱截面，形心軸位于截面中心，即：形心離下緣高度為30cm。2）將空心板截面按抗彎等效的原則，換算為等效工字形截面的方法是在保持截面面積、慣性矩和形心位置不變的條件下，將空心板的圓孔（直徑為

20、D）換算為、的矩形孔。 圖9.空心板換算等效工字型截面圖10.空心板跨中截面鋼筋布置，得到 （1） （2） 把（2）式代入（1）式，得到在保持原截面高度、寬度及圓孔形心位置不變的情況下，等效工字形截面尺寸為：上翼緣厚度 下翼緣厚度 腹板厚度 4.3正截面抗彎計算1）空心板采用幫扎鋼筋骨架，一層受拉主筋。假設(shè)，則有效高度為。2）判斷截面類型： 屬于第一類T型截面。3）計算受壓區(qū)高度方程的合適解 4）受拉鋼筋的面積計算：現(xiàn)選擇1025鋼筋，鋼筋面積為4909；混凝土保護層C =35mmd=25mm，故滿足構(gòu)造要求故，取，則。最小配筋計算：，即最小配筋率應(yīng)不小于0.22%。且不應(yīng)小于0.2%，故取，

21、實際配筋率受壓區(qū)高度 正截面抗彎承載能力 故截面復(fù)合滿足要求。4.4構(gòu)造設(shè)計架立筋采用510，水平縱向鋼筋的面積取系數(shù)為0.0015，由于,即68，間距為135mm,符合100-150mm。5.板梁斜截面抗剪強度核算與配筋5.1截面抗剪強度上下限復(fù)核選取距支點h/2處截面進行斜截面抗剪承載力計算。截面構(gòu)造尺寸及配筋見圖12。首先進行抗剪強度上下限復(fù)核，根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）第條： 在距支點h/2處a=45mm,h0=555mm,b=282mm,=30MPa, ,代入上式：，計算結(jié)果表明，空心板截面尺寸滿足要求。根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋

22、涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）第條：并對照表3-3。沿跨長各截面的控制剪力組合設(shè)計值，在距跨中l(wèi)/4至支點的部分區(qū)段內(nèi)應(yīng)按計算，要求配置抗剪箍筋，其他區(qū)段可按構(gòu)造要求配置箍筋。為了構(gòu)造方便和便于施工，該空心板不設(shè)彎起鋼筋，計算剪力全部由箍筋承受，則斜截面承載力按下式計算：，異號彎矩影響系數(shù)，預(yù)應(yīng)力提高系數(shù)，受壓翼緣影響系數(shù)，箍筋選用HRB335，。選用直徑為8mm的雙肢箍筋，箍筋截面積，配箍率，縱向鋼筋配筋率，則箍筋間距的計算式為：取箍筋間距，并按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）要求，在制作中心向跨中方向不小于一倍（600mm）的梁高范圍內(nèi)，箍筋間距

23、取200mm,配箍率在組合設(shè)計剪力值的部分區(qū)段內(nèi)（L=1894，取整1800mm），可只按照構(gòu)造要求配置箍筋，設(shè)箍筋仍選用直徑為8mm的雙肢箍筋，配箍率取，則由此可得，構(gòu)造配置的箍筋間距。取。.5.2斜截面承載力計算1）距支座中心h/2=300mm處截面，x=4450mm。2）距跨中位置x=4450mm處截面（箍筋間距變化處）。計算截面的剪力組合值，可按表5由跨中和支點的設(shè)計值內(nèi)插得到，計算結(jié)果如下表所示。距支座中心h/2=300mm處截面，x=4450mm。由于空心板的普通鋼筋是直線配筋，故截面的有效高度沿跨長不變，即，其等效工字型截面的肋寬b=282mm,由于不設(shè)彎起鋼筋，因此，斜截面抗剪

24、承載力按下式計算：式中， ，代入得到： 故該斜截面抗剪承載力滿足要求。距跨中位置x=4450mm處截面（箍筋間距變化處）。，代入得到：故該斜截面抗剪承載力滿足要求。6.板梁（T梁）撓度計算與予拱度設(shè)置6.1裂縫驗算由表5可知，荷載短期效應(yīng)組合值為： 荷載長期效應(yīng)組合彎矩計算值為：跨中截面裂縫計算值為：鋼筋表面形狀系數(shù)，主鋼筋為帶肋鋼筋，取作用（或荷載）長期效應(yīng)影響系數(shù)， 與構(gòu)件受力性質(zhì)有關(guān)的系數(shù)，該板為鋼筋混凝土受彎構(gòu)件，取鋼筋應(yīng)力，受彎構(gòu)件，得縱向受拉鋼筋直徑，該板的鋼筋直徑相同，取d=25mm縱向受拉鋼筋配筋率，對于混凝土構(gòu)件，當(dāng)取當(dāng)取。對于該構(gòu)件，取計算可得，6.2板梁跨中撓度驗算在進行

25、板梁變形計算時，應(yīng)取板與板之間橫向連接后，全寬度受壓翼緣板計算，即，而6.2.1.板梁換算截面的慣性矩和計算對于該板梁開裂截面：，即 得板梁跨中截面為第二類T型截面，此時，受壓區(qū)高度有下式確定，即 開裂截面的換算截面的慣性矩（）為全截面的換算面積（）受壓區(qū)高度為全截面換算慣性矩為6.2.2計算開裂構(gòu)件的抗彎剛度全截面抗彎剛度開裂截面抗彎剛度全截面換算截面受拉區(qū)邊緣的彈性抵抗矩為全截面換算截面的面積矩為 則塑性影響系數(shù)為 開裂彎矩 開裂構(gòu)件的抗彎剛度為=1.989受彎構(gòu)件跨中截面處的長期撓度值受彎構(gòu)件在使用階段的跨中截面的長期撓度值為:在自重作用下的跨中截面的長期撓度值為:則可變荷載頻遇值計算值

26、長期撓度值為符合公路橋規(guī)的要求。在荷載短期效應(yīng)組合并考慮荷載長期效應(yīng)影響下板梁跨中處產(chǎn)生的長期撓度值為，故跨中需要設(shè)置預(yù)拱度。根據(jù)公路橋規(guī)對預(yù)拱度的設(shè)置規(guī)定，跨中截面的預(yù)拱度7. 板式橡膠支座設(shè)計7.1確定支座平面尺寸選定支座的平面尺寸，采用中間層橡膠片厚度。該橋為裝配式鋼筋混凝土板橋，每跨布置兩個支座。支座處剪力為 1）計算支座的平面形狀系數(shù)，由于，符合形狀系數(shù)的取值。2） 計算橡膠支座的彈性模量3） 驗算橡膠支座的承壓強度，符合要求7.2確定支座厚度主梁的計算溫差設(shè)為，溫度變形由兩端的支座均攤，則每一支座承受的水平位移為：為了計算汽車荷載制動力引起的水平位移，首先要確定作用在每一支座上的制動力。對于9.5m的橋跨，一車道的荷載的總重，則汽車的制動力標(biāo)準(zhǔn)值為，又根據(jù)公路鋼筋混