桥梁课程设计说明书35m.doc

力学与建筑工程学院桥梁工程课程设计说明书
课程设计封面：
成绩

评阅

《桥梁工程》课程设计

姓名： 粟峰
班级： 交建12-1班
学号： 02120482

中国矿业大学力学与建筑工程学院
二О一五年一月

中国矿业大学桥梁工程课程设计简支梁桥课程设计
装配式钢筋混凝土T型梁桥设计
设计说明书
课程编号：021141
《桥梁工程》课程设计大纲
2周 2学分
一、课程设计性质、目的及任务
桥梁工程课程设计是土木工程专业交通土建专业方向重要的实践性教学环节，是学生修完《桥梁工程》课程后对梁式桥设计理论的一次综合性演练。其目的是使学生深入理解梁式桥的设计计算理论，为今后独立完成桥梁工程设计打下初步基础。其任务是通过本次课程设计，要求熟练掌握以下内容：
1．梁式桥纵断面、横断面的布置，上部结构构件主要尺寸的拟定。
2．梁式桥内力计算的原理，包括永久作用的计算、可变作用的计算（尤其是各种荷载横向分布系数的计算）、作用效应的组合。
3．梁式桥纵向受力主筋的配置、弯起钢筋和箍筋的配置，以及正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯和挠度的验算，预拱度的设置。
4．板式橡胶支座的设计计算。
二、适用专业
交通土建专业
三、先修课程
材料力学、弹性力学、结构力学、结构设计原理、地基与基础工程、交通规划与道路勘测设计、道路工程、桥涵水力水文
四、课程设计的基本要求
本设计为装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计（上部结构），其下部结构为重力式桥墩和U型桥台，支座拟采用板式橡胶支座。学生在教师的指导下，在两周设计时间内，综合应用所学理论知识和桥梁工程实习所积累的工程实践经验，贯彻理论联系实际的原则，独立、认真地完成装配式钢筋混凝土T型梁桥的设计。
基本要求为：计算书应内容完整，计算正确，格式规范，叙述简洁，字迹清楚、端正，图文并茂；插图应内容齐全，尺寸无误，标注规范，布置合理。
五、课程设计内容
1．题目：装配式钢筋混凝土简支T形梁桥设计（上部结构）
2．基本资料
（1）桥面净空：净
（2）永久荷载：桥面铺装层容重。其他部分。
（3）可变荷载：汽车荷载，公路-Ⅰ级，人群荷载；人行道+栏杆=。
（4）材料：主筋采用Ⅲ级钢，其他用Ⅱ级钢，混凝土标号C40。
（5）桥梁纵断面尺寸：
标准跨径，计算跨径，桥梁全长。
3．设计内容
（1）纵横断面设计。
根据给定的基本设计资料，参考标准图、技术规范与经验公式，正确拟定桥梁纵断面和横断面的布置，选取恰当的桥面铺装层，初步确定T形主梁、横隔梁、桥面铺装层等的细部尺寸。绘制桥梁横断面布置图、纵断面布置图，T形梁细部尺寸图。
（2）行车道板计算。
确定行车道板类型，进行行车道板恒载内力计算、活载内力计算、作用效应组合，获得行车道板最大设计内力值。
（3）主梁内力计算。
选取控制截面分别进行主梁恒载内力计算、活载内力计算，以及作用效应的组合计算（含承载能力极限状态和正常使用极限状态两种极限状态的作用效应组合）。其中进行主梁活载内力计算时，荷载横向分布系数的计算，要求根据主梁空间位置及主梁间连接刚度的不同，分别对各片主梁采用杠杆原理法、偏心压力法、修正的偏心压力法、铰接板法、G-M法等来计算荷载横向分布系数，并对荷载横向分布系数的计算结果进行汇总；随后选取其中一种跨中荷载横向分布系数的计算结果与杠杆原理法的计算结果进行主梁内力作用效应的组合计算（含跨中最大弯矩值、跨中最大剪力值和支座截面的最大剪力值），形成各片主梁的内力计算汇总表。根据内力计算汇总表，确定主梁各截面的最不利内力值作为设计值。
（4）配置钢筋及验算。
根据主梁跨中最大弯矩设计值，进行主梁纵向受拉钢筋的配置；根据主梁跨中最大剪力设计值和支座截面的最大剪力设计值，进行弯起钢筋和箍筋的配置。根据以上钢筋配置进行主梁正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯，和变形、裂缝的验算，设置预拱度，保证主梁有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。绘制跨中截面钢筋布置图，弯起钢筋和箍筋布置图。
（5）板式橡胶支座设计。
确定支座的平面尺寸、确定支座的高度、验算支座的偏转情况，验算支座的抗滑稳定性。
六、主要参考书
1.《桥梁工程》刘夏平主编，科学出版社，2007
2．《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），人民交通出版社
3．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），人民交通出版社
4．《桥梁混凝土结构设计原理计算示例》黄侨，王永平编著，人民交通出版社，2006
七、评价方式
结合学生课程设计期间独立完成的情况、计算说明书的质量综合评价。
八、说明
本课程设计安排在《桥梁工程》课程讲授完成后集中2周进行。条件许可也可以穿插在课程讲授过程中进行，效果更好。

大纲制定者：朱玉晓
大纲审定者：
大纲批准者：

2

目 录
1设计基本资料 1
2行车道板的计算 2
2.1恒载及其内力 2
2.2车辆荷载产生的内力 2
2.3荷载组合 3
2.4行车道板配筋 3
3荷载横向分布系数计算 4
3.1杠杆原理法 4
3.2铰接板法 5
3.3荷载横向分布系数汇总 8
4主梁内力计算 8
4.1恒载内力的计算 8
4.2活载内力的计算 9
4.3内力组合 12
5钢筋配筋及验算 13
5.1主筋配置及验算 13
5.2腹筋配置及验算 15
6变形验算 19
6.1挠度验算 19
6.2裂缝宽度验算 21
7支座设计与计算 22
7.1确定支座平面尺寸 22
7.2确定支座的厚度 23
7.3验算支座偏转情况 24
7.4验算支座的抗滑稳定性 24

0

装配式钢筋混凝土T型梁桥设计
课程设计说明书
1设计基本资料
（1）桥梁横断面尺寸：净-9+2×1.00m。横断面布置见图1（a），横向设6片主梁。主梁高度依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015），梁的高跨比的经济范围在1/11到1/16之间，此设计中标准跨径为35m，选2.5m；翼板宽2.0m，腹板宽0.24m。
（2）可变荷载：公路-I级，人群荷载2.5kN/㎡，人行道+栏杆=5kN/㎡。
（3）永久荷载：桥面铺装层容重γ=23kN/m³。其他部分γ=25kN/m³。
（4）材料：主筋采用3级钢，其他用2级钢，混凝土标号C40。
（5）桥梁纵断面尺寸：标准跨径 Lb=30m，计算跨径L=34.26m，主梁全L=34.96m，横断面布置见图1（b）。纵向设横隔梁八道，均布设置。横隔梁高度为0.72h=180cm；厚度为16cm。

（a) 桥梁横断面布置（b）桥梁横隔梁布置
图1

2行车道板的计算
主梁间距2cm，预制宽度198cm，主梁间连接采用铰接法。故各主梁中间的行车道板按铰接悬臂板计算，边梁外侧行车道按悬臂板计算。 根据横断面布置图，边梁外侧行车道板因只有恒载作用，无汽车荷载作用，故其内力较小，在此不做计算。以下仅计算铰接板。
2.1恒载及其内力
以纵向1m宽的板条进行计算
（1）每延米板上的恒载g
沥青混凝土面层g1：
C40 混凝土垫层g2：
T形梁翼板自重g3：
——————————————————————————————————
合计：
（2）每米宽板条的恒载内力为：
弯矩：
剪力：
2.2车辆荷载产生的内力
将车辆荷载的后轮作用于铰缝轴线上，P=140kN，汽车荷载后轮的着地长度为a1=0.2m，宽度为b1=0.6m。则得：

荷载对于悬臂根部的有效宽度：

冲击系数：
作用于每米宽板条上的弯矩为：

2.3荷载组合
弯矩组合：

剪力组合：

2.4行车道板配筋
钢筋：HRB335， ，混凝土C40，，，
取1m长行车道板
（1）混凝土受压区X
根部h=24cm,a=3cm
选用B12，则
根据D62 第5.2.2条规定：

验算：
（2） 配受力筋
根据D62 第5.2.2条规定：

选 B12

(3)截面验算
根据D62 第5.2.9条

右边=左边，满足要求
根据D62 第5.2.10条

右边=左边
仅按构造配置分布钢筋
（4） 配分布钢筋
选B10 实际
（5） 承载力验算

验算

3荷载横向分布系数计算
3.1杠杆原理法
假设桥面板在主梁上断开,当做沿横向支撑在主梁上的简支梁或悬臂梁考虑。首先绘制1到3号梁的荷载横向影响线，如图2。

图2 杠杆原理法计算横向分布系数（尺寸单位：cm）
1号梁
汽车荷载
人群荷载
2号梁
汽车荷载
人群荷载
3号梁
汽车荷载
人群荷载
3.2铰接板法
假设把相邻板或梁之间视为铰接,只传递剪力。
（1）计算截面特性
翼板的平均换算高度：
T型梁截面重心位置：
主梁抗弯惯矩：

主梁抗扭惯矩：
翼板： 查表得
梁肋： 查表得

（2）求刚度参数和

由此可见，对正则方程式的系数影响只有0.75%左右，可忽略不计。
（3）绘制跨中荷载横向影响线
从附表6-1.、6-2和6-3的分表，在和之间内插求得得影响线坐标值，，

表1 影响线坐标值

图3 铰接板法计算横向分布系数（尺寸单位：cm）
1号梁
汽车荷载
人群荷载
2号梁
汽车荷载
人群荷载
3号梁
汽车荷载
人群荷载

3.3荷载横向分布系数汇总
表4 荷载横向分布系数汇总表

4主梁内力计算
4.1恒载内力的计算
（1）恒载集度
主梁：

横隔梁：
对于边主梁：

对于中主梁

桥面铺装层

栏杆和人行道

作用于边主梁的全部恒载g为

作用于中主梁的全部恒载g为

（2）恒载内力
表5 主梁恒载内力计算表
计算数据
=34.26m
项 目
/(kN/m)
/(kN/m)
X=0
X=l/4
X=l/2
X=0
X=l/4
X=l/2
恒载
（边主梁）
0
3509.14
4678.85
546.28
273.14
0
恒载
（中主梁）
0
3629.08
4838.77
564.95
282.48
0
4.2活载内力的计算
计算边主梁（1号梁）在汽车和人群荷载=2.5kN/㎡作用下的跨中最大荷载和最大剪力及支点截面的最大剪力，各主梁横向分布系数汇总于表
表6 各梁荷载和横向分布系数

公路I级车道荷载标准值为
均布荷载
计算弯矩时的集中荷载
（1）计算车道荷载的跨中弯矩
双车道不折减： ξ=1.0
车道均布荷载作用下：；
简支梁的基频：
式中：
代入数据可得：
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015)，当 时，
，则可得

故得1号梁

同理可得2号梁：
3号梁：
（2）计算人群荷载的跨中弯矩
纵向每延米人群荷载集度

同理可得2号梁：
3号梁：
（ 3）计算跨中截面车道荷载最大剪力
鉴于跨中剪力影响线的较大坐标位于跨中部分，故采用全跨统一的荷载横向分布系数来计算。

故1号梁：
2号梁：
3号梁：
（4）计算跨中截面人群荷载最大剪力
1号梁：
2号梁：
3号梁：
（5）计算支点截面汽车荷载最大剪力
作荷载横向分布系数沿桥跨方向的变化图形和支点剪力影响线
横向分布系数变化区段的长度
影响线面积
因此：

附加三角形荷载重心的影响线坐标为
且
因此可得：

所以：
同理可得：
2号梁：
3号梁：

图4 1号梁支点剪力计算图示
6、计算支点截面人群荷载最大剪力
人群荷载的横向分布系数如图4所示。
附加三角形荷载重心的影响线坐标为

则1号梁人群荷载的支点剪力为：

同理可得：
2号梁支点剪力为：
3号梁支点剪力为：

4.3内力组合

表7 主梁内力汇总表
梁号
荷载类型
支点最大剪力(kN)
跨中
最大弯矩()
最大剪力
(kN)
1号梁
q
191.24
1685.16
93.76
r
32.47
264.09
3.47
2号梁

q
362.50
2553.74
142.09
r
9.69
96.11
5.26
3号梁
q
459.69
3073.86
171.02
r
0
0
6.33

按极限状态设计的计算内：
基本组合如下：

表8 各梁内力基本组合
梁号
跨中
支座
最大弯矩()
最大剪力(kN)
最大剪力(kN)
1（6）
8268.62
135.15
959.64
2（5）
9489.40
204.82
1196.26
3（4）
10109.93
246.52
1321.51

5钢筋配筋及验算
5.1主筋配置及验算
1、配筋计算
（1）按照规范，梁的保护层c取50mm，c40混凝土，，=1，设受拉钢筋3排布置，初步
，HRB400钢筋：，
（2）、判断T型截面类型

属于第一类型T形截面。
（3）、计算钢筋截面面积

查表得 ：

选用18C32 的钢筋
，取
2、配筋验算
（1）验算最小配筋率

，满足要求
（2）防止超筋的适用条件
，满足要求
3、 截面抗弯力矩验算
混凝土受压面积
受压区高度限于项板内，高度

截面抗弯力矩验算：

正截面符合要求。
5.2腹筋配置及验算
1）弯起钢筋配置
(1)取离点处的剪力设计值，并将其分为两部分，其中不少于60%由砼和钢筋共同承担，不多于40%由弯起钢筋承担。
支点剪力设计值：
跨中剪力设计值：
自支点到跨中的剪力递减坡度：
离支点处剪力设计值：
(2)构造配筋剪力设计值为：

剪力设计值小于或等于435.60kN时可按构造配筋。
构造配筋长度可用下式计算：
可得出
(3)设支点由砼和弯起钢筋承担的剪力设计值按80%取用，即：

在支点由弯起钢筋承担的剪力设计值，按20%取用，即：

(4)计算各排弯起筋截面面积：
第一排承担离支点中心h/2处的剪力设计值：

钢筋面积：
纵筋弯起钢筋2C32 。
第一排弯起钢筋距支座中心：

第二排弯起钢筋面积：

纵筋弯起钢筋的2C32
第二排弯起的钢筋距支座中心：

第三排弯起钢筋的面积：

纵向弯起钢筋2C32的面积。
第三排弯起钢筋距支座中心的距离：

第四排弯起钢筋的面积：

负值表示不需设弯起钢筋，但实际仍需加设2C32的钢筋
第四排弯起的钢筋距支座中心的距离：

2）、箍筋配置

剪力设计值为 V=1321.51kN<
所以截面满足要求。

需进行计算配筋。
计算配箍：

选d=10mm的双肢箍，，将n=2代入上式得：s210.78mm
选用s=200mm筋率： 所以选箍筋满足要求。
所以箍筋布置如下：
自支点一倍梁高范围内，间距为100mm；
自一倍梁高长度处至第四排斜钢筋下端处，间距为200mm；
其他梁端箍筋间距为300mm。
3)、计算截面：
取距支点h/2梁段面验算
选假定斜截面水平投影长度c=1800mm，可计算斜截面距支点：
h/2+1800=3050mm
在此截面，弯矩和剪力设计值为：

则： 规定与假设差距不大，可采用。
为斜截面受压端的剪力设计值，即距支点(h/2)+c=1250+1820=2992mm处截面的剪力为：

（2）验算截面尺寸：
T形截面的受弯构件符合以下要求：

(符合规定)
（3）判断是否需要进行斜截面抗剪承载力验算:
因为
所以需要验算抗剪承载力。
（4）进行斜截面抗剪承载力的验算：

在斜截面内，纵向不弯起钢筋2C32
在距离支点一部梁高范围内，采用2B10, ，则：
按规定，C钢筋的含箍率不应小于0.12%，而现在
（符合规定）。

=

则：
所以，距支座h/2截面的斜截面抗剪承载力符合规定要求。
同理，其它截面抗弯承载力符合规定要求。
6变形验算
6.1挠度验算
在荷载短期效应作用下，跨中截面挠度可按下式计算：

其中
全截面的抗弯刚度

其中： ；
代入数据：

使用阶段的长期挠度：

结构自重作用下的长期挠度：

则按可变作荷载频遇值计算的长期挠度值为：

符合规定

所以应设置预拱度。
预拱度为：
6.2裂缝宽度验算
钢筋截面面积：
梁的有效高度：
纵向受拉钢筋配筋率:：
（带肋钢筋） （混凝土T型梁受弯构件）

用短期（和长期）效应组合弯矩设计值
=6909.43kN.m
=5896.71kN.m
作用短期效应钢筋应力
作用长期效应钢筋应力：

则，
根据第6.4.2条，钢筋混凝土构成，1类，2类环境裂缝宽度限值为0.2mm，符合规定。裂缝宽度满足规范要求。
7支座设计与计算
7.1确定支座平面尺寸
承受剪力最大的2号梁的支点反力为
恒载：
汽车荷载：
人群荷载：
则按承载力极限状态设计时，永久作用于可变作用设计效应的基本组合下，其计算反力为：

根据板式橡胶支座规格目录表选定板式橡胶支座的平面尺寸为 a=24cm , b=24cm 的矩形。
局部承压强度条件为

、
、 C40的

由此可得 ，故满足要求
计算支座的平面形状系数S，采用中间层橡厚度 t=0.5cm时

橡胶支座的平均容许压应力
橡胶支座的弹性模量为：

按弹性理论盐酸橡胶支座得承压应力，则

满足要求
7.2确定支座的厚度
梁的计算温度△t=36,温度变形由两端的支座均摊，则制作承受的水平位移

计算活载制动力引起的水平位移，首先要确定作用在每一个支座上的制动力。
一个车道上的制动力为,如按车辆荷载计算,则为：55010%=55kN。由于公路Ⅰ级汽车荷载制动力的标准值不得小于165kN，因此，六根梁共有12个支座，每个支座承受的水平力：。
因此可得需要的橡胶片总厚度：

以及
根据D62规定
选用八层钢板和九层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚度0.25cm，中间层厚0.5cm，槽钢板厚0.2cm，则橡胶片的总厚度为 并<4.8cm，故满足要求。
故支座高度cm。
7.3验算支座偏转情况
支座的平均压缩变形为：

按D62规定，应满足 即，故满足要求。
计算梁端转角：
由关系式和可得

设恒载作用下，主梁处于水平状态，而已知公路Ⅰ级荷载下的跨中挠度，代入上式得
由此验算偏转情况，故满足要求。
7.4验算支座的抗滑稳定性
已知恒载支点反力为
确定汽车荷载引起的最小支承力按D62规定：

前已经计算得
计算温度变化引起的水平力：

验算滑动稳定性：

（合格）
以及（合格）
故满足要求，支座不会产生相对滑动。
最后确定：矩形板式橡胶支座几何尺寸。

24