施工組織裝配式鋼筋混凝土橫向鉸接簡支空心矩形板橋設(shè)計畢業(yè)設(shè)計整理初稿

武漢理工大學畢業(yè)設(shè)計(論文)

裝配式鋼筋混凝土橫向鉸接簡支空心矩形板橋設(shè)計學院(系):理學院專業(yè)班級:工力1101班學生姓名:葉挺指導教師:胡雁

學位論文原創(chuàng)性聲明

本人鄭重聲明:所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果?除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外,本論文不包括任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品?本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔?作者簽名:年月日學位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保障?使用學位論文的規(guī)定,同意學校保留并向有關(guān)學位論文管理部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版,允許論文被查閱和借閱?本人授權(quán)省級優(yōu)秀學士論文評選機構(gòu)將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)進行檢索,可以采用影印?縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文?本學位論文屬于1?保密囗,在年解密后適用本授權(quán)書2?不保密囗?(請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”)作者簽名:年月日導師簽名:年月日

摘要

橋梁工程在學科分類上是土木工程的一個分支,它是交通工程中的關(guān)鍵性樞紐?從古自今,交通的發(fā)展與橋梁及橋梁工程的發(fā)展都是相互促進?密不可分的?橋梁工程在規(guī)模上占道路總造價的10%~20%,它同時也是保證道路全線通車的咽喉?所以,研究橋梁工程,設(shè)計好一座橋梁是非常必要的?

設(shè)計內(nèi)容為DOCPROPERTYPO_Content對給定的跨徑?荷載?橋下凈空高度?橋基水文地質(zhì)?工程地質(zhì)等資料,進行簡支梁式橋設(shè)計?它包括:橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算;支座設(shè)計與計算;重力式墩臺結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算;橋基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算;編寫設(shè)計說明書,繪制建筑施工圖?結(jié)構(gòu)施工圖?

通過查閱相關(guān)文獻,編寫橋梁設(shè)計大綱,按大綱步驟進行橋梁設(shè)計,并虛心請教課題指導老師和同學,按時完成階段性進度,同時不斷修改總結(jié)增長知識?經(jīng)過長期努力,設(shè)計完成的橋梁各方面能符合國家方面相關(guān)橋梁規(guī)定,經(jīng)濟安全,滿足使用要求,設(shè)計完成?已基本掌握了橋梁設(shè)計方法?

關(guān)鍵詞:橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計?支座設(shè)計?墩臺設(shè)計?地基設(shè)計?Abstract

Bridgeprojectinsubjectclassificationisabranchofcivilengineering,itisakeyhubintrafficengineering.Fromancientfromtoday,thedevelopmentoftransportationandthedevelopmentofbridgeandbridgeengineeringarepromoteeachother,inseparable.Bridgeprojectintermsofscaleofroadtotalcost10%~20%,anditisalsotoensurethattheroadlinetothethroat.So,thebridgeproject,itisnecessarytodesignabridge.

Designcontentforagivenload,spanandoverheadclearanceunderthebridge,bridgefoundation,hydrogeology,engineeringgeologydata,forsimplysupportedbeambridgedesign.Itincludes:bridgespanstructuredesignandcalculation;Supportdesignandcalculation;Gravitypierstructuredesignandcalculation;Bridgefoundationfoundationstructuredesignandcalculation;Writedesignspecifications,drawingconstructionplan,thestructureconstructiondrawing.

Writetheoutlineofbridgedesign,onthebasisofrelativeliteraturesbyoutlinestepstobridgedesign,andhumblyasksubjectguidanceteachersandstudents,finishthephasedprogress,aswellasknowledgesummaryconstantrevision.Afterlong-termefforts,designofBridgesonvariousaspectstocomplywithnationalaspectsrelatedBridges,economicsecurity,meetstherequirement,thedesigniscomplete.Hasbasicallymasteredthebridgedesignmethod?

KeyWords:Bridgespanstructuredesign;Supportdesign;Pierdesign;Thefoundationdesign?目錄緒論...................................................................................................................................1

1.1概述......................................................................................................................................1

1.2橋跨設(shè)計參數(shù)......................................................................................................................2

第2章橋跨設(shè)計...........................................................................................................................3

2.1橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計......................................................................................................................3

2.2橋跨內(nèi)力計算......................................................................................................................5

2.2.1恒載內(nèi)力計算...............................................................................................................5

2.2.2活載內(nèi)力計算...............................................................................................................6

2.2.3內(nèi)力組合.....................................................................................................................18

2.3截面設(shè)計............................................................................................................................18

2.3.1材料及安全系數(shù).........................................................................................................19

2.3.2跨中截面配筋設(shè)計.....................................................................................................19

2.3.3跨中正截面強度校核.................................................................................................21

2.3.4支點斜截面抗剪強度校核.........................................................................................21

2.3.5l/4截面配筋驗算.........................................................................................................22

2.3.6腹筋驗算.....................................................................................................................22

2.4裂縫寬度驗算....................................................................................................................24

2.5撓度與預拱度計算............................................................................................................25

2.5.1截面慣性矩計算.........................................................................................................25

2.5.2跨中活載撓度驗算.....................................................................................................26

2.5.3預拱度判別與大小計算.............................................................................................27

第3章支座設(shè)計.........................................................................................................................28

3.1支座類型及平面尺寸........................................................................................................28

3.2支座厚度確定....................................................................................................................28

3.3支座偏轉(zhuǎn)情況驗算............................................................................................................30

3.4支座抗滑穩(wěn)定性驗算........................................................................................................30

第4章重力式橋墩設(shè)計.............................................................................................................32

4.1橋墩類型?材料選擇及結(jié)構(gòu)設(shè)計....................................................................................32

4.2截面強度驗算....................................................................................................................34

4.2.1驗算截面的選取.........................................................................................................34

4.2.2驗算截面的內(nèi)力計算.................................................................................................34

4.2.3截面應(yīng)力驗算.............................................................................................................35

4.2.4截面偏心驗算.............................................................................................................36

第5章地基基礎(chǔ)設(shè)計.................................................................................................................37

5.1基礎(chǔ)類型及埋深................................................................................................................37

5.2按承載力大小確定基底尺寸............................................................................................38

5.3地基承載力驗算................................................................................................................38

5.4基礎(chǔ)設(shè)計............................................................................................................................38

5.5抗傾覆穩(wěn)定性驗算............................................................................................................39

5.6抗滑移穩(wěn)定性驗算............................................................................................................39

第6章結(jié)論.................................................................................................................................40

參考文獻.......................................................................................................................................41

致謝...............................................................................................................................................42

附A1橋跨結(jié)構(gòu)布置1圖

附A2橋跨結(jié)構(gòu)布置2圖

附A3橋面板配筋圖

附A4墩帽三視圖

附A5墩臺三視圖

附A6基礎(chǔ)三視圖第1章緒論1.1概述

橋梁工程在學科上屬于土木工程的分支,在功能上是交通工程中的咽喉?隨著我國國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展和經(jīng)濟的全球化,大力發(fā)展交通運輸事業(yè),建立四通八達的現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò),對于國民經(jīng)濟的發(fā)展?促進文化交流?加強民族團結(jié)?縮小地區(qū)差別?鞏固國防等方面,都有非常重要的作用?我國自改革開放以來,路橋建設(shè)得到了飛速的發(fā)展,對改善人民的生活環(huán)境,改善投資環(huán)境,促進經(jīng)濟的騰飛,起到了關(guān)鍵性的作用?橋梁工程在工程規(guī)模上占道路總造價的10%~20%,它同時也是保證全線通車的咽喉,特別在戰(zhàn)時,橋梁工程具有非常重要的地位?橋梁是一種功能性的結(jié)構(gòu)物,但自古以來,人類從未停止過對橋梁美學的追求,很多橋梁被建成為令人賞心悅目的藝術(shù)品,具有鮮明的時代特征,至今仍然為人們所贊嘆?隨著科學技術(shù)的進步和經(jīng)濟?社會?文化水平的提高,人們對橋梁建筑提出了更高的要求?經(jīng)過幾十年的努力,我國的橋梁工程無論在建筑規(guī)模上,還是在科技水平上,均已躋身世界先進行列?各種功能齊全?造型美觀的立交橋?高架橋,橫跨長江?黃河等大江大河的特大跨度橋梁,如雨后春筍頻頻建成?目前隨著國家公路國道主干線規(guī)則的編制完成,幾十千米長的跨海灣?海峽特大橋梁的宏偉建設(shè)工程已經(jīng)擺在我們面前,并已逐漸開始建設(shè),我們廣大橋梁工程技術(shù)人員將不斷面臨著建設(shè)新穎和復雜橋梁結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn),肩負著光榮而艱巨的任務(wù)?

通過畢業(yè)設(shè)計系統(tǒng)地鞏固基本理論知識和專業(yè)知識,能綜合運用所學課程自主創(chuàng)新,培養(yǎng)自己分析問題和解決問題的能力?掌握設(shè)計原則?設(shè)計方法?步驟,提高計算?繪圖?查閱文獻?使用橋梁規(guī)范手冊和編寫技術(shù)文件及計算機輔助設(shè)計計算等基本技能,從而深入了解公路混凝土橋梁在橋式方案比選?結(jié)構(gòu)計算及施工架設(shè)等方面的設(shè)計規(guī)范?計算方法及設(shè)計思想等內(nèi)容和要求,為畢業(yè)后從事橋梁技術(shù)工作打好基礎(chǔ)?通過橋梁畢業(yè)設(shè)計,使自己運用所學的課程知識,系統(tǒng)地訓練和分析,以便掌握橋梁的基本理論,基本知識,基本的計算方法?通過橋梁畢業(yè)設(shè)計,不斷提高計算?繪圖,查閱文獻(包括外文文獻),使用規(guī)范手冊和編寫技術(shù)文件及計算機輔助技術(shù)設(shè)計計算等基本技能,了解生產(chǎn)設(shè)計的主要內(nèi)容,掌握設(shè)計原則?設(shè)計方法?設(shè)計步驟?樹立正確的設(shè)計思想已經(jīng)嚴謹負責?實事求是?刻苦鉆研?用于創(chuàng)新的作風,為橋梁建設(shè)事業(yè)服務(wù)?

回顧過去,展望未來,可以預見在今后相當長的歷史時期內(nèi),我國迫切需要修建大量的公路?鐵路和城市橋梁;同時還有眾多的橋梁或因年代久遠,或因荷載增加而需要維修與加固?這就為從事橋梁科學研究?設(shè)計?施工的技術(shù)人員帶來了機遇和挑戰(zhàn),我們應(yīng)肩負起這個光榮而艱巨的任務(wù),設(shè)計和建造出更多新穎的橋梁結(jié)構(gòu)形式,同時采用先進的加固方法和材料對舊橋進行維修?加固?

1.2橋梁設(shè)計參數(shù)

橋梁設(shè)計參數(shù)如下:

1.跨徑:標準跨徑l0=13米?

2.荷載:公路I級?

3.橋面凈寬:凈9.0附2×0.25米安全帶?

4.設(shè)計洪水位沖刷深度:0.5米?

5.水流速度:小于1.0米/秒?

6.橋墩高度:5.0米?

7.地基土:密實砂礫土?

第2章橋跨設(shè)計

裝配式板橋一般由數(shù)塊一定寬度的實心或空心預制板組成?各板利用板間企口縫填充混凝土相連接?在荷載作用下,每塊板相當于單向受力的梁式窄橋,除在主跨徑方向承受彎曲外,還承受通過板間接縫(鉸縫)傳遞剪力而引起的扭轉(zhuǎn)?因此,每塊預制板除承受本板內(nèi)的荷載外,還承受相鄰板塊作用而引起的豎向剪力和其他內(nèi)力作用?由于其他內(nèi)力與豎向剪力相比對確定板的內(nèi)力影響很小,所以設(shè)計中多采用鉸接板(梁)法確定其板中內(nèi)力?板中主要受力鋼筋的數(shù)量由計算得到的內(nèi)力確定,此外在板中布置適量的構(gòu)造鋼筋以承受計算時忽略的某些內(nèi)力?

本次設(shè)計的橋梁類型為裝配式鋼筋混凝土橫向鉸接簡支板橋?橋跨設(shè)計包括橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計?橋跨內(nèi)力計算?截面設(shè)計?裂縫跨度驗算?撓度與預拱度計算共五個部分?2.1橋跨結(jié)構(gòu)設(shè)計

橋跨結(jié)構(gòu)部分包括橋面板?橋面鋪裝?防水和排水設(shè)施?橫向聯(lián)結(jié)?伸縮縫?安全帶?欄桿和燈柱?

橋面總寬設(shè)計為10m,由10塊全長12.96m?凈寬99cm?厚度70cm的預制板組成,計算跨徑取12.6m,橋面由中心向兩側(cè)采用1.5%的斜坡?由于本橋為簡支梁橋,所以橋面板為主要承重構(gòu)件,上部荷載通過橋面鋪裝傳給橋面板,再通過橋面板傳給支座,再至橋墩,最后傳給地基?橋面板為雙孔空心板,每塊板挖孔圓弧直徑38cm,側(cè)模高12cm,孔距上下板面各10cm,挖空形式及尺寸示意圖見圖2.1?

圖2.1橋面板尺寸示意圖(單位:cm)

橋面鋪裝共6cm?包括水泥混凝土鋪裝層厚4cm,瀝青表處厚2cm?其作用是保護橋面板不受車輛輪胎(或履帶)的直接磨耗,防止主梁遭受雨水的侵蝕,并能對車輛輪重的集中荷載起一定的分布作用?具有抗車轍?行車舒適?抗滑?不透水和與橋面板結(jié)合良好等特點?

橫向聯(lián)結(jié)采用企口式聯(lián)結(jié)?它能保證傳遞橫向剪力,使各塊板共同受力,以保證各塊板共同承受荷載作用?

伸縮縫采用矩形橡膠條形伸縮縫,縫寬4cm?以保證上部結(jié)構(gòu)在溫度變化?活載作用?混凝土收縮與徐變等因素的影響下按靜力圖式自由地變形?

設(shè)有防水和排水設(shè)施,以增加橋梁的耐久性?

設(shè)有安全帶,每側(cè)寬0.25m,高0.4m?

欄桿采用節(jié)間式,高1.0m,間距5×2.6m?

采用40號混凝土預制和填縫,橋跨結(jié)構(gòu)橫截面布置見圖2.2,縱截面布置見圖2.3?

以上結(jié)構(gòu)詳圖見附A1?A2橋跨結(jié)構(gòu)施工圖?

圖2.2橋跨結(jié)構(gòu)橫截面布置圖(單位:cm)

圖2.3橋跨結(jié)構(gòu)縱截面示意圖(單位:cm)2.2橋跨內(nèi)力計算

對橋跨結(jié)構(gòu)部分進行橋跨內(nèi)力計算,包括恒載內(nèi)力計算?活載內(nèi)力計算?內(nèi)力組合,得出其最不利內(nèi)力,以便進行對橋面板進行配筋及驗算,保證橋梁安全使用?

2.2.1恒載內(nèi)力計算

恒載內(nèi)力計算首先計算恒載集度,再根據(jù)恒載集度計算恒載內(nèi)力?

1.恒載集度

恒載集度計算部分包括預制行車道板?混凝土鋪裝?瀝青表處?安全帶及欄桿?行車道板容重為25kN/m3,混凝土鋪裝容重為24kN/m3,瀝青表處容重為23kN/m3,安全帶及欄桿燈柱作用取10kN/m?得出每塊板每延米的恒載集度計算見表2.1?

表2.1恒載集度計算表混凝土鋪裝0.04×1×24×9/10=0.864kN/m瀝青表處0.02×1×23×9/10=0.414kN/m預制行車道板(0.7×1-2×0.12×0.38-4×π×0.192/2)×1×25=9.55kN/m安全帶?欄桿燈柱10×2/10=2.00kN/m合計0.864+0.414+9.55+2.00=12.83kN/m

2.恒載內(nèi)力

對于簡支梁橋,計算恒載內(nèi)力時將其等價于簡支梁進行內(nèi)力計算?

因此,對于作用在簡支梁上的集中荷載,其任一截面彎矩計算公式

(2.1)

任一截面剪力計算公式

(2.2)

式中g(shù)——簡支梁所承受的荷載集度;

l——簡支梁計算跨徑;

x——任意截面距簡支梁一段的距離?

按計算公式對各截面恒載內(nèi)力進行計算,結(jié)果見表2.2?

表2.2恒載內(nèi)力計算表支點截面剪力:Q0=ql/2=1/2×12.83×12.6=80.83kN

彎矩:M0=0l/4截面剪力:Ql/4=ql/4=1/4×12.83×12.6=40.42kN

彎矩:M1/4=ql/8(l-l/4)=1/8×12.83×12.62×3/4=190.96kN·m中點截面剪力:Ql/2=0

彎矩:Ml/2=ql2/8=1/8×12.83×12.62=254.61kN·m

2.2.2活載內(nèi)力計算

活載主要是汽車荷載,無人群荷載?首先計算活載在各個截面的橫向分布影響系數(shù),再通過布置荷載,計算各截面活載內(nèi)力?

1.活載橫向分布影響系數(shù)計算

1)跨中截面荷載橫向分布影響系數(shù)計算

計算原理:采用鉸接梁板法原理?對于預制的板(梁),橋的橫向連接采用現(xiàn)澆混凝土企口縫,其受力狀態(tài)實際接近于數(shù)根并列且相互間橫向鉸接的狹長板(梁),利用橫向鉸接梁板法理論來計算荷載橫向分布系數(shù)?假定豎向荷載作用下結(jié)合縫內(nèi)只傳遞豎向剪力?

計算步驟:計算出每塊橋面板的抗彎慣矩I,抗扭慣矩IT,進而計算出剛度參數(shù)γ?查梁橋規(guī)范附表得到每塊板的橫向分布影響線坐標值,繪出荷載橫向分布影響線圖,并在橫向最不利位置布載,查表得到各塊板在受其他板影響下的η值,由此計算出各塊板的跨中橫向分布影響系數(shù)mc,從計算結(jié)果中取同一荷載作用時各塊板中最大的mc作為該荷載作用下的設(shè)計采用值?

計算內(nèi)容:

對于空心橋面板的半圓孔部分,其s=0.2122d,I0=0.00686d4?

抗彎慣性矩計算

(2.3)

抗扭慣性矩計算

(2.4)

式中b——橋面板計算寬度;

h——橋面板總厚度;

t1——挖孔頂部距橋面板頂部的距離;

t2——挖孔底部距橋面板底部的距離;

t3——挖空最外側(cè)距橋面板邊側(cè)的距離?

剛度參數(shù)

(2.5)

式中I——橋面板抗彎慣性矩;

IT——橋面板抗扭慣性矩;

b1——橋面板總寬度;

l——橋面板計算跨徑?

由得出剛度參數(shù)查《梁橋》附表“鉸接板橋荷載橫向分布影響線表”,對查到的數(shù)據(jù)進行插值計算得到每塊板的η值列入表2.3中?因為橋面板左右對稱,故只需列出5塊板的值?

由表2.3畫出各塊板的跨中截面橫向分布影響線圖,并將所給的汽車荷載按照最不利情況布置在影響線圖上,依次見圖2.4,圖2.5,圖2.6,圖2.7,圖2.8,圖2.9,圖2.10?

表2.3各塊板跨中截面的η值表板號η1η2η3η4η5η6η7η8η9η1010.2640.2090.1500.1090.0790.0580.0440.0340.0280.02520.2090.2050.1670.1210.0880.0640.0490.0380.0310.02830.1500.1670.1750.1460.1060.0780.0590.0470.0390.03340.1080.1210.1460.1610.1360.1010.0760.0580.0490.04450.0790.0880.1060.1370.1550.1340.1010.0780.0640.058

圖2.41號板跨中截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

圖2.52號板跨中截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖圖2.63號板①類情況跨中截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

圖2.73號板②類情況跨中截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

圖2.84號板跨中截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

圖2.95號板①類情況跨中截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

圖2.105號板②類情況跨中截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

表2.4各塊板跨中截面橫向分布影響系數(shù)表板號計算式橫向分布影響系數(shù)mc1(0.237+0.138+0.091+0.052+0.037+0.026)×1/20.2912(0.207+0.153+0.101+0.058+0.041+0.029)×1/20.2953①(0.159+0.166+0.122+0.070+0.051+0.036)×1/20.3023②(0.175+0.144+0.076+0.048)×1/20.2224(0.126+0.161+0.125+0.074)×1/20.2435①(0.098+0.143+0.141+0.091)×1/20.2375②(0.087+0.128+0.155+0.108)×1/20.239根據(jù)跨中截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖按公式列表計算各塊板的橫向分布影響系數(shù):

(2.6)

計算結(jié)果見表2.4?

綜合比較表2.4中的mc值,3①情況下的mc值最大最不利,所以取mc=0.302作為最不利情況下跨中橫向分布影響系數(shù)值?

2)支點截面荷載橫向分布影響系數(shù)計算

計算原理:采用杠桿原理?基本假定為忽略主梁之間橫向結(jié)構(gòu)的連系作用,即假設(shè)橋面板在主梁上斷開,把橋面板當做沿橫向支承在主梁上的簡支梁或懸臂梁?

計算步驟:根據(jù)靜力平衡,得到橫向分布影響線縱標值,進而作出荷載橫向分布影響線,在線上布載,計算出每塊板的m0值,選用最大值作為最不利情況下的橫向分布影響系數(shù)?

計算內(nèi)容:計算內(nèi)容如下,各塊板的η值見表2.5?其中i為板號,j表示荷載作用位置?

表2.5各塊板支點截面的η值表j=1j=2j=3j=4j=5板號i=110000板號i=201000板號i=300100板號i=400010板號i=500001

圖2.111號板支點截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖由表2.5按連線法畫出各塊板的支點截面橫向分布影響線圖,并將汽車荷載按照最不利情況布置在影響線圖上,依次見圖2.11,圖2.12,圖2.13,圖2.14,圖2.15?圖中空心圓表示絞,實心圓表示支座?

圖2.122號板支點截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

圖2.133號板支點截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

圖2.144號板支點截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

圖2.155號板支點截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖

根據(jù)支點截面橫向分布系數(shù)影響線及布載圖按列表計算各塊板的橫向分布影向系數(shù),計算結(jié)果見表2.6?

表2.6各塊板支點截面橫向分布影響系數(shù)表板號12345計算式0.5×1/21×1/21×1/21×1/21×1/2橫向分布影響系數(shù)m00.250.50.50.50.5綜合比較表2.6中的m0值,2?3?4?5號板的m0值最大最不利,所以取m0=0.5作為最不利情況下支點截面橫向分布影響系數(shù)值?

3)荷載橫向分布影響系數(shù)沿跨徑內(nèi)的變化

根據(jù)前面計算出的跨中截面和支點截面橫向分布影響系數(shù)值,對其沿跨徑發(fā)生變化的情況進行分析:

支點截面取支點截面橫向分布影響系數(shù)m0;

L/4截面至3L/4截面區(qū)段取跨中截面橫向分布影響系數(shù)mc;

支點截面至L/4截面區(qū)段從m0→mc按線性變化?

橫向分布影響系數(shù)沿跨徑變化示意圖見圖2.16?

圖2.16橫向分布影響系數(shù)沿跨徑變化圖

至此,各個截面的橫向分布影響系數(shù)均已知曉,可開始進行活載內(nèi)力計算?

2.活載內(nèi)力計算

1)汽車荷載的沖擊系數(shù)

根據(jù)下式計算:

(2.7)

式中L——橋跨結(jié)構(gòu)的計算跨徑?

2)車道折減系數(shù)

行車道寬W=9.0m,滿足7.0m<W<14.0m,所以橋涵設(shè)計車道數(shù)為2,即雙車道?

(雙車道)(2.8)

3)荷載標準值

公路一級荷載,車道荷載參照《橋梁工程》qk?pk取值?

車道荷載:

集中荷載:pk根據(jù)圖2.17線性差值計算得到?

(2.9)

式中L——橋跨結(jié)構(gòu)的計算跨徑?

4)跨中彎矩?支點剪力影響線圖

固定截面不動,讓荷載在簡支梁上沿跨徑移動,得出到跨中彎矩?支點剪力的影響線圖,并將組合好橫向分布影響系數(shù)的pk?qk按照最不利情況分別布載到跨中彎矩?支點剪力影響線圖上?見圖2.18,圖2.19?

圖2.18pk計算取值圖

圖2.18跨中截面彎矩影響線及布載圖

圖2.19支點截面剪力影響線及布載圖

5)跨中彎矩?支點剪力計算

參照圖2.18,圖2.19按活載內(nèi)力計算公式分別計算活載內(nèi)力:

(2.10)

式中1+μ——汽車荷載的沖擊系數(shù);

ξ——多車道汽車荷載橫向折減系數(shù);

——汽車荷載在i截面的橫向分布系數(shù);

——汽車荷載的集中荷載?均布荷載的標準值;

——與汽車荷載的集中荷載對應(yīng)的影響線的豎標值?

qk影響下的跨中彎矩:

(2.11)

pk影響下的跨中彎矩:

(2.12)

跨中彎矩:

(2.13)

qk影響下的支點剪力:

(2.14)

pk影響下的支點剪力:

(2.15)

支點剪力:

(2.16)

6)l/4截面彎矩?剪力影響線圖

固定截面不動,讓荷載在簡支梁上沿跨徑移動,得出到l/4截面彎矩?剪力的影響線圖,并將組合好橫向分布影響系數(shù)的pk?qk按照最不利情況分別布載到l/4截面彎矩?剪力影響線圖上?見圖2.20,圖2.21?

圖2.20l/4截面彎矩影響線及布載圖

圖2.21l/4截面剪力影響線及布載圖

7)l/4截面彎矩?剪力計算

qk影響下的l/4截面彎矩:

(2.17)

pk影響下的l/4截面彎矩:

(2.18)

l/4截面彎矩:

(2.19)

qk影響下的l/4截面剪力:

(2.20)

pk影響下的l/4截面剪力:

(2.21)

l/4截面剪力:

(2.22)

3.活載內(nèi)力匯總

至此,三個主要危險截面的活載內(nèi)力值均已計算出,將各截面活載內(nèi)力匯總,見表2.7?

表2.7活載內(nèi)力匯總表支點截面剪力:Q0=185.65kNl/4截面剪力:Ql/4=83.49kN

彎矩:Ml/4=245.65kN·m中點截面彎矩:Ml/2=331.29kN·m2.2.3內(nèi)力組合

將恒載內(nèi)力?活載內(nèi)力按公式乘上相應(yīng)組合系數(shù)進行組合,結(jié)果見表2-7?

(2.23)

表2.8內(nèi)力組合表l/4截面彎矩Ml/4跨中截面彎矩Mcl/4截面剪力Ql/4支點截面剪力Q0恒載M1190.96kN·m254.61kN·m40.42kN80.83kN活載M2245.65kN·m331.29kN·m83.49kN185.65kN內(nèi)力組合573.06kN·m759.34kN·m165.39kN356.91kN從表2.8得到:橋面板設(shè)計內(nèi)力M=759.34kN·m,N=356.91kN·m?

2.3截面設(shè)計

為保證橋梁安全,需要對橋面板進行截面配筋設(shè)計?包括材料及安全系數(shù)的確定?跨

中截面配筋設(shè)計?跨中正截面強度校核?支點斜截面抗剪強度驗算?l/4截面配筋驗算?腹筋驗算?

2.3.1材料及安全系數(shù)

橋面板采用鋼筋混凝土材料預制而成,材料參數(shù)如下:

混凝土采用c40,Ra=23.0MPa,rc=1.25,R1=1.55MPa?

主鋼筋采用=2\*ROMANII級鋼筋(HRB335),Rg=340MPa,rs=1.25?

2.3.2跨中截面配筋計算

先判斷是按單筋矩形截面還是雙筋矩形截面設(shè)計,再計算出所需鋼筋面積,確定所需鋼筋數(shù),選用鋼筋,畫出鋼筋布置圖?

1.判斷按單/雙筋截面設(shè)計

跨中截面彎矩Mc=759.34kN·m,板寬b=0.99m,板高h=700mm?設(shè)主筋直徑采用25,保護層厚度取15mm?

根據(jù)已知參數(shù)查閱《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》獲得相關(guān)參數(shù)如下:

fc=19.1N/mm2,fy=fy’=300N/mm2,,a=27.5mm,

b=990mm,(一排布筋)

單筋矩形截面所能承受的最大彎矩:

(2.24)

式中α1——等效應(yīng)力取值系數(shù);

αsb——截面最大的抵抗矩系數(shù);

fc——混凝土軸心抗壓強度設(shè)計值;

b——截面的計算寬度;

h0——截面的有效高度;

Mc——截面最大彎矩?

故可按單筋矩形截面進行配筋設(shè)計?

2.確定所需鋼筋數(shù)

根據(jù)《梁橋》中所列公式計算受壓區(qū)高度:

(2.25)

式中rc——混凝土安全系數(shù);

Ra——混凝土軸心抗壓設(shè)計強度;

b——截面的計算寬度;

h0——截面的有效高度?相對受壓區(qū)高度:

(2.26)

式中x——受壓區(qū)高度;

h0——截面的有效高度;

——鋼筋混凝土構(gòu)件受壓區(qū)高度界限系數(shù)?

滿足要求?

所需鋼筋面積:

(2.27)

式中Ra——混凝土軸心抗壓設(shè)計強度;

Rg——鋼筋抗拉設(shè)計強度;

b——截面的計算寬度;

x——受壓區(qū)高度?

圖2.22橫截面鋼筋圖

3.選用鋼筋

根據(jù)前面計算結(jié)果,選用10根直徑25的鋼筋,實有鋼筋面積Ag=49.09cm2>43.62cm2?

(2.28)

式中Ag——實際配筋面積;

b——截面的計算寬度;

h0——截面的有效高度?

ρmax——最大配筋率?

滿足需要?

橫截面鋼筋布置見圖2.22?圖中主筋在邊界處有加密,圖中單位均為cm?

2.3.3跨中正截面強度校核

根據(jù)所配鋼筋對跨中正截面強度進行校核?計算配筋率:

(2.29)

式中Ag——實際配筋面積;

b——截面的計算寬度;

h0——截面的有效高度?

μmin——最小配筋率,防少筋?

按基本公式計算受壓區(qū)高度:

(2.30)

相對受壓區(qū)高度:

(2.31)

截面所能承受最大彎矩:

(2.32)

由以上驗算結(jié)果可以得知跨中截面強度可以得到保證?

2.3.4支點正截面抗剪強度驗算

基本參數(shù):b=99cm,h0=67.25cm,k=25MPa?則由《梁橋》公式對支點正截面進行抗剪強度驗算有:

(2.33)

式中R——混凝土立方體容重;

Q0——支點截面剪力?

尺寸滿足要求?又:

(2.34)

因此,不必進行抗剪強度設(shè)計?

2.3.5l/4截面配筋驗算

基本參數(shù):Ml/4=573.06kN/m,b=0.99m,h=0.70m,h0=67.25cm?

根據(jù)基本參數(shù)按公式對l/4截面進行鋼筋強度驗算?

受壓區(qū)高度:

(2.35)

相對受壓區(qū)高度:

(2.36)

由計算結(jié)果可知l/4截面至少需要7根25的鋼筋,實有鋼筋面積Ag=49.09cm2,滿足要求?

2.3.6腹筋驗算

驗算是否需要按構(gòu)造要求配置腹筋?

查得基本參數(shù):?按《混凝土設(shè)計規(guī)范》由公式有:

(2.37)

式中——截面高度影響系數(shù),當h0<800mm時,取h0=800mm;

ft——混凝土抗拉強度設(shè)計值;

——截面最大剪力?

由計算結(jié)果可知可不按構(gòu)造要配置腹筋,不配置彎起鋼筋,配置架立筋和箍筋與主筋組成鋼筋籠?

綜上,主筋選取10根直徑25mm的=2\*ROMANII級鋼筋(HRB335);

另取兩根主筋作為架立鋼筋;

箍筋采用直徑10mm的I級鋼筋(HRB400),支點附近總共32根,間距100mm每根,其他位置總共47根,間距200mm每根?

縱截面配筋示意圖見圖2.23,鋼筋直徑及間距單位為mm,其他尺寸單位為cm?

鋼筋統(tǒng)計見表2.9?

表2.9鋼筋統(tǒng)計表種類直徑根數(shù)每根長度主筋=2\*ROMANII級25mm101256cm架立筋=2\*ROMANII級25mm21256cm箍筋=1\*ROMANI級10mm32+47=79336cm

圖2.23縱截面配筋示意圖

配筋詳圖見附A3?

2.4裂縫寬度驗算

按公式:

(2.38)

式中c1——考慮鋼筋表面形狀系數(shù),對于光圓鋼筋c1=1.4;

對于螺紋鋼筋c1=1.0;

c2——考慮荷載作用的系數(shù),短期荷載(不考慮沖擊荷載)作用時,c2=1.0;長期荷

載作用時,按公式進行計算;

c3——與構(gòu)件形式有關(guān)的系數(shù),當為板式受彎構(gòu)件時,取1.15;當為具有腹板受彎

構(gòu)件時,取1.0;

d——縱向受拉鋼筋Ag的直徑;

μ——配筋率;

——受拉鋼筋在使用荷載下的應(yīng)力;

Eg——鋼筋的彈性模量?

來計算板的最大裂縫寬度?

當不計汽車沖擊作用,計算汽車荷載作用下跨中最大彎矩需不計汽車沖擊系數(shù),等價于乘上系數(shù)0.8?

基本參數(shù):?

在短期荷載作用下?

在長期荷載作用下:

(2.39)

式中N0——長期荷載下的內(nèi)力;

N——全部使用荷載下的內(nèi)力?

(2.40)

(2.41)

考慮短期荷載作用下的最大裂縫寬度計算:

(2.42)

考慮長期荷載作用下的最大裂縫寬度計算:

(2.43)

由計算結(jié)果可知最大裂縫寬度未超過限值,滿足要求?

2.5撓度與預拱度計算

撓度計算以彈塑性理論為基礎(chǔ),先計算構(gòu)件慣性矩,進而計算構(gòu)件剛度,最后用材料力學的方法計算出撓度?包括截面慣性矩計算?跨中活載撓度計算?預拱度判別與計算三個部分?

2.5.1截面慣性矩計算

在開裂截面按圓形開孔空心板計算換算截面慣性矩?

計算示意圖見圖2.24?

1.混凝土截面面積

(2.44)

式中——裂縫寬度,可忽略不計;

N——圓形開孔數(shù)?

圖2.24圓形開孔空心板示意圖

2.混凝土截面重心軸至頂面距離

(2.45)

3.換算截面面積

(2.46)

式中n——鋼筋與混凝土的彈性模量比?

4.換算截面重心軸至頂面距離

(2.47)

(2.48)

5.圓孔圓心至換算截面重心軸的距離

(2.49)

(2.50)

6.混凝土截面對換算截面重心軸的慣性矩

(2.51)

7.換算截面慣性矩

(2.52)

2.5.2跨中活載撓度驗算

計算構(gòu)件剛度:

(2.53)

式中——混凝土的彈性模量;

I0——開裂截面換算截面慣性矩?

按公式計算跨中活載撓度:

(2.54)

式中Mq——不計汽車沖擊作用下的汽車荷載的跨中最大彎矩?

滿足驗算條件?

2.5.3預拱度判別及大小計算

1.預拱度判別

計算跨中恒載撓度:

(2.55)

式中Mg——恒載影響下的跨中彎矩?

利用公式進行預拱度判別:

(2.56)

應(yīng)設(shè)置預拱度?

2.預拱度大小

預拱度大小為恒載所產(chǎn)生的撓度加上活載產(chǎn)生撓度的一半:

(2.57)

預拱度按二次拋物線形設(shè)置?

第3章支座設(shè)計

3.1支座類型及平面尺寸

選用板式橡膠支座,其構(gòu)造簡單,由幾層橡膠和薄鋼片疊合而成?

計算支座壓力標準值,即為支點截面恒載剪力加上最不利情況下支點截面活載剪力:

(3.1)

最不利情況下支點截面活載剪力影響線及布載圖如下:

圖3.1支點截面活載剪力影響線圖

選定支座的平面尺寸為a×b=15cm×20cm=300cm2,采用中間層橡膠片厚度t=0.5cm?

支座的平面形狀系數(shù):

(3.2)

因此支座的平均容許壓應(yīng)力?

支座的彈性模量:

(3.3)

式中——橡膠的剪變模量?

驗算支座的承壓強度:

(合格)(3.4)

式中——支座壓力標準值,汽車荷載應(yīng)計入沖擊系數(shù)?

3.2支座厚度確定

上部結(jié)構(gòu)在恒載下由溫度變化等因素引起作用于一個支座上的水平位移:

(4.5)

式中——橡膠的溫度線膨脹系數(shù);

——溫差絕對值?

總制動力標準值為185.65×10%=18.6kN<165kN?取HT=165/20=8.3kN?

確定所需的橡膠片總厚度te,見表3.1?

表3.1橡膠片厚度計算表不計汽車制動力計入汽車制動力《橋規(guī)》的其他規(guī)定取值范圍

圖3.2板式橡膠支座示意圖

選用4層鋼板和5層橡膠片組成的支座,上下層橡膠片厚0.25cm,中間層厚0.5cm,薄鋼板厚0.2cm,則:

(合格)(3.6)

支座總厚:

(3.7)

板式橡膠支座示意圖見圖3.2?

3.3支座偏轉(zhuǎn)情況驗算

計算支座的平均壓縮變形:

(3.8)

式中——支座抗壓彈性模量;

——橡膠彈性體體積模量?

按《橋規(guī)》規(guī)定,平均壓縮變形尚應(yīng)滿足:

(合格)(3.9)

計算梁端轉(zhuǎn)角:

(3.10)

式中——跨中活載撓度?

驗算偏轉(zhuǎn)情況,支座平均壓縮變形應(yīng)滿足:

(合格)(3.11)

3.4支座的抗滑穩(wěn)定性驗算

計算溫度變化引起的水平力:

(3.12)

驗算抗滑穩(wěn)定性:

當計入汽車制動力時:

汽車荷載在支點處產(chǎn)生的最小支反力,大小即為大小?

計算圖見圖3.3,計算結(jié)果:

(合格)(3.13)

式中——恒載產(chǎn)生的反力標準值;

——作用于一個支座上的汽車荷載制動力?

不計入汽車制動力時:

(合格)(3.14)

表面支座不會發(fā)生相對滑動?

圖3.3計算圖

第4章重力式橋墩設(shè)計

4.1橋墩類型?材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計

選用重力式橋墩,確定墩帽?墩身尺寸,采用c40混凝土材料澆筑?墩帽布置鋼筋網(wǎng),

鋼筋網(wǎng)分布鋼筋采用直徑為8mm的二級鋼筋布置圖見墩帽三視圖4.1,圖中單位均為cm?

順橋向墩帽尺寸b:

(4.1)

(4.2)

式中f——相鄰兩跨的支座間的中心距;

e0——伸縮縫寬;

a?a’——橋跨結(jié)構(gòu)支座墊板的順橋向?qū)挾?

e?e’——橋跨結(jié)構(gòu)過支座中心線的長度;

c1——順橋向支座墊板至墩身邊緣的最小距離;

c2——檐口寬度?

(4.3)

取b=96cm?

橫橋向墩帽寬度B:

(4.4)

圖4.1墩帽三視圖

因此墩帽尺寸為96cm×996cm,厚度d=40cm?

墩身頂寬為80cm×980cm?

側(cè)坡采用20:1?

墩身高度:

(4.5)

墩身尺寸三視圖見圖4.2?

墩帽墩身詳圖見附A4?附A5?

圖4.2墩身三視圖

4.2截面強度驗算

4.2.1驗算截面的選取

選取墩身頂截面?墩底截面?墩身處離墩身頂2.3m高的截面三個截面作為驗算截面?

4.2.2驗算截面的內(nèi)力計算

作用在墩上荷載有橋上恒載和汽車荷載,墩自重,浮力?

1.應(yīng)力驗算組合下的內(nèi)力計算

汽車荷載布置示意圖見圖4.3?

圖4.3應(yīng)力驗算組合下的橋墩汽車荷載布置示意圖

雙車道汽車荷載左反力:

(4.6)

汽車荷載右反力:

(4.7)

橋上結(jié)構(gòu)恒載每側(cè)反力:

(4.8)

墩帽自重:

(4.9)

=2\*ROMANII-=2\*ROMANII截面上部墩身自重:

(4.10)

=3\*ROMANIII-=3\*ROMANIII截面上部墩身自重:

(4.11)

最大浮力: