钢筋混凝土简支T型梁桥设计-课程设计任务书.doc

桥梁工程课程设计

题 目： 钢筋混凝土简支T型梁桥设计
分 院： 土建分院
专 业： 道路桥梁与渡河工程
班 级： 桥渡《1》班
学 号： 20130110100118
学生姓名： 李小虎
指导教师： 李尉光
日 期： 2016-6-15

桥梁工程课程设计任务书
一、设计题目
预应力混凝土简支T形梁桥设计
二、设计资料
1．标准跨径：A.16m   B.18m   C.20m  D.25m
E.30m F.35m G.40m
2．桥面净宽：A.净7+2×0.25(7.5m)  B.净7.5+2×0.25(8m) 
C.净8+2×0.25(8.5m)   D.净7+2×1.0(9m) 
E.净7.5+2×1.0(9.5m) F.净8+2×1.0(10m)
G.净10+2×0.25(10.5m) H.净10+2×0.75(11.5m)
3．计算跨径：桥梁跨径减去40cm
4．主梁结构尺寸拟定：
（1）上部结构主梁为：A.4片，B.5片，C.6片；均设置5根横隔梁。
（2）主梁高度：各人自行拟定。（1/11-1/18）l
（3）梁肋厚度：各人自行拟定，一般为梁高1/6-1/7，梁肋的最小构造厚度为140mm。
（4）桥面板：各人自拟定，根部厚度≥梁高的1/10，且≥14cm，边缘厚度≥10cm。
（5）桥面横坡：1.5%。
5．设计荷载 ：公路-Ⅰ级 ，公路-Ⅱ级
人群荷载：3.5 KN/m2
6．结构重要性系数： 1.1
7．材料：（1）钢筋，主钢筋采用HRB335，其它钢筋采用R235。其技术指
标见表1；
（2）钢绞线其技术指标见表2；
（3）混凝土及其技术指标见表3，T形主梁、桥面铺装，栏杆、人行道。混凝土采用C30或C35。
表1  钢筋技术指标
种类
弹性模量（MPa）
抗拉设计强度（Mpa）
抗压设计强度（Mpa）
标准强度（Mpa）
R235

195
195
235
HRB335级

280
280
335
表2  钢绞线技术指标
种类
抗拉设计强度（Mpa）
屈服应力/KN
最小破断力/KN
公称直径/mm
公称面积/mm2
2000MPa
2000
252.7
280
15.24
140
1860MPa
1860
234.6
197.4
15.24
140
表3 混凝土技术指标
种 类
设计强度
标准强度
弹性模量(MPa)
轴心抗压(MPa)
轴心抗拉(MPa)
轴心抗压(MPa)
轴心抗拉(MPa)
C30
13.8
1.39
20.1
2.01
3.00×104
C35
16.1
1.52
23.4
2.20
3.15×104

8、设计依据
（1）交通部.公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)；北京：人民交通出版社.2004
（2）交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62－2004），北京：人民交通出版社.2004
9、计算方法：极限状态法。
10、桥面铺装：9cm砼桥面铺装（容重23kN/m3）+3cm沥青防水层（容重21kN/m3），人行道和栏杆自重线密度按照单侧6kN/m。
三、设计内容
第一章 基本设计资料
第二章 行车道板内力计算、配筋及验算
第三章 主梁内力计算
3.1主梁几何特性计算
3.2恒载内力计算
3.3荷载横向分布计算（支点处采用杠杆法，跨中采用偏心压力法进行）
3.4活载内力计算
3.5主梁内力组合（基本组合、作用短期效应组合、作用长期效应组合）
第四章 承载力极限状态下截面设计、配筋与计算
4.1配置主梁受力钢筋
4.2横截面承载能力极限状态计算
4.3斜截面抗剪承载能力计算
4.4箍筋设计
4.5斜截面抗剪承载能力验算
第五章 正常使用极限状态下的裂缝宽度和挠度验算
5.1裂缝宽度验算
5.2挠度验算
第六章 支座计算
第七章 总结
附录：图纸（桥梁的纵断面、横断面、平面布置图 及钢筋图）

四、时间安排
本次桥梁工程课程设计时间为两周，具体时间安排如下：
步 骤
内 容
时间（天）
1
布置任务，上部结构纵横断面设计
2
2
行车道板内力计算
3
3
主梁恒载、活载及主梁内力组合
5
4
绘图
3
5
整理正稿
1

合 计

14

五、参考文献
1．强士中.桥梁工程，北京：高等教育出版社
2．姚玲森.桥梁工程，北京：人民交通出版社
3．邵旭东. 桥梁设计与计算，人民交通出版社
4．易建国.混凝土简支梁（板）桥，北京：人民交通出版社
5．张树仁.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理，北京：人民交通出版社

目录

第一章基本设计资料
第二章主梁截面设计
第三章行车道板内力计算、配筋及验算（悬臂板、连续单向板）
第四章主梁内力计算
4.1主梁几何特性计算
4.2恒载内力计算
4.3荷载横向分布计算（支点处采用杠杆法，跨中采用偏心压力法进行）
4.4活载内力计算
4.5主梁内力组合（基本组合、作用短期效应组合、作用长期效应组合）
第五章正常使用极限状态下的裂缝宽度和挠度验算
5.1裂缝宽度验算
5.2挠度验算
第六章总结
附录：图纸（桥梁的纵断面、横断面、平面布置图 及钢筋图）

第一章
1.基本设计资料
1.标准跨径：18
2.计算跨径：17.6
3.主梁全长：17.96m
4.桥面宽度（桥面净空）：净9m（行车道）+21.0撞栏）。
5.3×18m
2.技术标准
设计荷载：公路—Ⅰ级，人群荷载采用3.5 KN/m2
3.主要材料
钢筋：主钢筋采用HRB335，其它钢筋采用R235。
混凝土：C35容重25/m2
桥面铺装：9cm砼桥面铺装（容重23kN/m3）+3cm沥青防水层（容重21kN/m3）， 人行道和栏杆自重线密度按照单侧6kN/m。

4.设计依据
《公路桥涵设计通用规范》 （JTJ D60—2004）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTJ D62—2004）
构造形式及截面尺寸（桥梁横断面和主梁纵断面图）

第二章 ：主梁截面设计
计算跨径：18-0.4=17.6m
宽度1.7m
梁高h=1.5m
边缘厚度=10cm
根部厚度=15cm
梁勒厚度=25cm

第三章行车道板内力计算

3.1　恒载产生的内力
以纵向1米宽的板条进行计算如图3.1所示

170

沥青混凝土面层：= 0.03×1.0×21= 0.63
C35号混凝土垫层：=0.09×1.0×23=2.07
T形翼缘板自重：
=

合计：g==++=0.63+2.07+3.13=5.83
每米宽板条的恒载内力：
弯距：

剪力：

3.2荷载产生的内力
按铰接板计算行车道板的有效宽度（如图3.2所示）。
由<<桥规>>得=0.2m，=0.6m。

桥面铺装厚度为12cm，则有：
=+2H=0.20+2×0.12=0.44m
=+2H=0.6+2×0.12=0.84m

荷载对于悬臂板的有效分布宽度为:=+2=0.44+1.45=1.89m

由于，所以冲击系数采用1+=1.3，
作用为每米宽板条上的弯矩为：

作用于每米宽板条上的剪力为：

图3.2　荷载有效分布宽度图示（cm）

3.3 内力组合
承载能力极限状态内力组合：

第四章：主梁内力计算
根据以上所述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过活载作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求得个主梁控制截面（一般取跨中、四分点和支点截面）的恒载和最大活载内力，然后再进行内力组合。
（1）主梁

（2）横隔梁
边主梁：
中主梁：
（３）桥面铺装层

(4) 栏杆和人行道

作用于边主梁的全部恒载强度：

作用于中主梁的全部恒载强度;

永久作用效应
主梁弯距和剪力计算公式：

内力
边梁
主梁
M/（KN/m）
Q/KN
M/（KN/m）
Q/KN
X=0
0
183.64
0
191.64
X=L/4
606.01
91.82
632.38
95.81
X=L/2
808.01
0
843.17
0
表一：主梁恒载内力

一、 按杠杆原理法计算支点处横向分布系数
忽略主梁之间横向结构的联接作用，即假设桥面板和横隔梁在丰梁上断开，而当作沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑．忽略主梁之间横向结构的联系作用，即假设桥面板在主梁梁肋处断开，而当作沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑。杠杆原理法适用于荷载位于靠近主梁支点时的荷载横向分布计算。此时。主梁的支承刚度远大于主梁问横向联系的刚度，荷载作用于某处时，基本上由相邻的两片粱分担，并传递给支座，其受力特性与杠杆原理接近。另外，该法也可用于双主梁桥，或横向联系很弱的无中间横隔梁的桥梁

根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004）规定，在横向影响线上确定荷载沿横向最不利的布置位置。例如，对于车辆荷载，规定的车轮横向轮距为1.8m，两列汽车车轮的横向最小间距为 1.3m，车轮矩离人行道缘石最少为 0.5m。

支点处各梁影响线及荷载分布图

4,5,6与3,2,1号对称，结果相同。

二． 偏心受压法计算各主梁的跨中汽车荷载横向分布系数

将横隔梁视作不发生弯曲的刚性极大的梁，它适用于窄桥的计算．偏心压力法与杠杆原理法不同．通常除在桥的两端设置横隔梁外，还在跨度中央，共至四分点处设置中间横隔梁，中间横隔梁像一根刚度无穷大的刚性梁一样保持直线，有了它各主梁按横向分布影响线关系分配横向分布系数也即分配荷载，更趋于安全和有效基本前提是：其一，在车辆荷载作用下。中间横隔梁可近似地看作一根刚度无穷大的刚性梁，横梁全长呈直线变形；其二，忽略主梁的抗扭刚度，即不计入主梁对横隔梁的抵抗扭矩。用偏心压力法计算荷载横向分布适用于桥上具有可靠的横向连接，且桥的宽跨比B／L小于或接0．5的情况时(一般称为窄桥)的跨中区域的荷载横向分布影响线。偏心压力法具有概念清楚、公式简明和计算方便等优点

各梁的横向影响线及荷载布置如图所示（按车辆荷载布置）

荷

+

梁号
荷载位置
车辆荷载
人群荷载
备注
1# 6#
跨中Mc
0.649
0.584
偏心压力法
支点M0
0.427
1.147
杠杆原理法
2# 5#
跨中Mc
0.53
0.417
偏心压力法
支点M0
0.5
0
杠杆原理法
3# 4#
跨中Mc
0.512
0.298
偏心压力法
支点M0
0.5
0
杠杆原理法

三 计算活载内力
在活载内力计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下考虑：计算主梁活载弯距时，均采用统一的横向分布系数，鉴于跨中和四分点剪力影响线的较大坐标位于桥跨中部，故也按不变化的来计算。求支点和变化点截面活载剪力时，由于主要荷重集中在支点附近而考虑支撑条件的影响，按横向分布系数沿桥跨的变化曲线取值，即从支点到之间，横向分布系数用与值用直线内插法，其于区段取值。
计算跨中截面最大弯距及相应荷载位置的剪力和最大剪力及相应荷载位置的弯距采用直接加载求活载内力，计算公式为：
对于汽车荷载：
对于人群荷载：
（1）内力影响线面积计算如表2.3所示

表2.3内力影响面积
项目
计算面积
影响线面积(m^2或m)

==

=

（2）公路－I级集中荷载计算

计算弯距效应时：
计算剪力效应时：

（3）计算冲击系数和车道拆减系数
按<<桥规>>规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此先计算结构的基频，简支T梁桥的基频可采用下列公式估算：

查表得：

主梁截面形心到T梁上缘的距离：

跨中截面惯性矩：

f>14Hz,取汽车荷载的冲击系数为
本设计按两车道设计，不拆减，则
4）.计算M1/2Lmax 、M1/4Lmax、、。

由于跨中弯矩横向分布系数1号，6号梁最大，所以只需计算1号，6号梁的弯矩，计算如下：

（1） 对于1号和6号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中弯矩：

人群荷载的跨中弯矩：
kN·m
（2） 对于2号和5号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中弯矩：

人群荷载的跨中弯矩

（3） 对于3号和4号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中弯矩：

人群荷载的跨中弯矩

5） 跨中剪力计算

鉴于跨中剪力影响线的较大坐标位于跨中部分，故也采用全跨统一的荷载横向分布系数来计算。

（1） 对于1号和6号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中剪力：

人群荷载的跨中剪力：
kN
（2） 对于2号和5号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中剪力：

人群荷载的跨中剪力：
kN
（3） 对于3,4号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中剪力：

人群荷载的跨中剪力:
KN
6） 支点剪力算
影响线面积为：；y=1
横向分布系数变化区段的长度：
附加三角形重心影响线坐标：=1.0=0.833

（1） 对于1#和6#梁

公路——I级汽车活载的支点剪力
绘制荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如图所示。

图　汽车荷载支点剪力计算图示（尺寸单位：m）
(a)主梁纵断面图；（b)车辆荷载作用下支点剪力的荷载横向分布系数沿跨长分布图；（c)车辆集中荷载和均布荷载的布置；（d)支点截面剪力影响线图.（5）人群荷载
按式计算汽车荷载的支点剪力为：

=288.10KN
图所示为人群荷载作用下支点剪力的哈在横向分布系数沿跨畅分布图。变化区段附加三角形重心处的影响线坐标为：

不考虑冲击力的影响，则人群荷载支点剪力为

=29.63KN

（2） 对于2#和5#梁
公路——I级汽车活载的支点剪力：

=1.45×1×10.5×[0.5×8.8+×（0.649-0.427）×0.910]
=67.73kN
=1.45×1×0.5×276.4×1=200.39kN
=268.12kN
人群荷载的支点剪力：

=0×3.5×8.8+（0.5-0）×0.833
=0.833kN
（3） 对于3#和4#梁
公路——I级汽车活载的支点剪力：

=1.45×1×10.5×[0.5×8.8+×（0.50）×0.833]
=80.94kN
=1.45×1×0.5×276.48×1=200.45kN
=281.39kN
人群荷载的支点剪力：

=0+×（0.5-0）×0.833
=0.833kN
7）跨弯矩计算

影响线面积=××L²=29.04m²
y=×17.6=3.3
（1） 对于1#梁：

按公路——I级汽车荷载：
=（1+µ）（·+y）
=1.45×1×0.649×（10.5×29.04+230.4×3.3）
=1002.44kN·m
人群荷载的跨中弯矩：
=0.584×3.5×29.04=59.36kN·m
（2） 对于2#梁：

按公路——I级汽车荷载：
=1.45×1×0.53×（10.5×29.04﹢230.4×3.3）=818.64kN·m
人群荷载的跨中弯矩：
=0.417×3.5×29.04=42.38KN·m
（3） 对于3#梁：

按公路一级汽车荷载：
kN·m
人群荷载的跨中弯矩：
=0.298×3.5×29.04=30.29kN·m
8). 荷载组合
其中，，，，
跨中弯矩组合：
梁＃
恒载（KN/m）
活载（KN/m）
组合值（KN/m）
汽车
人群
1、6
808.01
1224.8
79.14
2795.128
2、5
843.17
758.14
56.51
2152.314
3，4
843.17
966.25
40.38
2421.086
跨中剪力组合：
梁＃
恒载（KN/m）
活载（KN/m）
组合值（KN/m）
汽车
人群
1、6
0
151.83
4.50
218.862
2、5
0
123.99
3.21
178.08
3,4
0
119.78
3.94
173.208
支点剪力组合：
梁＃
恒载（KN/m）
活载（KN/m）
组合值（KN/m）
汽车
人群
1、6
183.64
288.10
29.63
665.190
2、5
191.63
268.12
0.833
606.490
3、4
191.63
283.39
0.833
627.868

1/4跨弯矩组合：
梁＃
恒载（KN/m）
活载（KN/m）
组合值（KN/m）
汽车
人群
1、6
606.01
1002.44
59.36
2213.732
2、5
632.38
818.64
42.38
1964.284
3、4
632.38
903.73
30.29
2066.484

截面
荷载
类型
或
()

()

或y
（或m）

公路—
I级
10.5
230.4
1.45
0.649
38.72
y==4.4
人群
3.5

0.584
38.72

公路—
I级
10.5
276.48
1.45
0.649
2.2
0.5
人群
3.5

0.584
2.2

公路—
I级
10.5
230.4
1.45
0649
29.04
y==3.3
人群
3.5

0.584
29.04

公路—
I级
10.5
276.48
1.45
0.649
8.8
0
人群
3.5

0.584
8.8

第五章：正常使用极限状态下的裂缝宽度和挠度验算

5.1裂缝宽度验算

钢筋表面形状系数 ，与构件形式有关的系数 ；
荷载长期效应影响系数 ；
截面配筋率
；
钢筋应力 ；
纵向受拉钢筋直径 d=30mm；
则T形梁的裂缝宽度
=
=1.64mm<2mm 裂缝宽度满足条件

5.2挠度验算
5.2.1计算荷载引起的跨中弯矩
钢筋混凝土受弯构件的恒载和活载挠度，可用结构力学方法计算，一般不需考虑混凝土徐变和收缩的影响。但当恒载占全部荷载的大部分时，则以考虑混凝土徐变的影响为宜。
对于恒载，其跨中挠度为：

对于汽车荷载，如果已知该梁的跨中最大静荷载弯矩为M，则活载挠度为：

六 设计小结
在这次桥梁工程课程设计中：
我们觉得纸上得来终觉浅的道理，有些看起来比较简单的问题，做起来就不是那么简单的了。做完这个课程设计，我们学到了很多，不仅仅把书上的知识学完而且查阅了很多资料，规范等。我觉得团队很重要，一个人做完一个课程设计不是那么简单的，这就需要团队精神。
我们运用偏心压力法和杠杆原理法完成了主梁横向分布系数的计算，然后运用横向分布系数计算出了主梁的永久荷载作用效应和可变荷载作用效应，进而完成了主梁的配筋计算和裂缝、挠度的验算以及行车道板的计算。
通过对这次课程设计让我懂得了：

1. 杠杆原理法计算受力偏于安全，但当计算双主梁时较为精确采用偏心压力法和杠杆原理法计算时，应当计算几根主梁的横向分布系数，以便确定承载力最大的主梁，并用这个最大的承载力作为设计依据。
2. 中间横隔梁像一个刚度无穷大的刚性梁一样保持直线形状，这是采用刚性横梁法计算荷载横向分布的基本前提，由于横隔梁无限刚性，这就是刚性横梁法的计算原理。
3. 通常用杠杆原理法计算荷载在支点处的横向分布系数，偏心压力法用于计算荷载跨中的横向分布系数。
4. 杠杆原理法适用双梁式跨中支点、多梁式支点的横向分布系数，在计算荷载作用在主梁支点的横向分布系数采用杠杆原理法更安全；偏心压力法适用桥宽和桥跨之比小于0.5 的有中横隔梁宰桥跨中横向分布系数。

七、参考文献
1．强士中.桥梁工程，北京：高等教育出版社
2．姚玲森.桥梁工程，北京：人民交通出版社
3．邵旭东. 桥梁设计与计算，人民交通出版社
4．易建国.混凝土简支梁（板）桥，北京：人民交通出版社
5．张树仁.钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理，北京：人民交通出版社

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