桥梁工程课程设计——连续刚构桥引桥上部结构设计.doc

目录

一.《桥梁工程》课程设计任务书
二.连续钢构主桥总体布置图设
1.工程基本资料及技术标准
1.1工程基本资料
1.2工程主要技术标准
2.桥梁结构主要尺寸拟定
2.1主跨跨径及截面尺寸确定
2.1.1顺桥向梁的尺寸拟定
2.1.2横桥向的尺寸拟定
2.2拟定T型梁尺寸
3.行车道板内力计算
(1).恒载及内力计算
(2).按铰接板计算行车道板
(3).内力组合
4.荷载横向分布系数计算
4.1按杠杆法计算各梁支点处的荷载横向分布系数
4.2利用偏心受压法计算各主梁的跨中汽车荷载横向分布系数
5.主梁内力计算
(1).单梁横载内力计算
(2).活载内力
(3).汽车荷载作用
(4).跨中弯矩的设计
(5).跨中剪力的计算
(6).支点截面剪力的计算
(7).1/4跨弯矩的计算
(8).1/4跨剪力的计算
(9).荷载组合
6.主梁的配筋
(1).受拉钢筋的配置
(2).箍筋与弯起钢筋的配置

《桥梁工程》课程设计任务书
一、 课程设计题目
1、 连续钢构主桥总体布置图设计。
2、 钢筋混凝土简支梁桥引桥上部结构设计（标准跨径为20米。计算跨径为19.5米，预制梁长为19.96。

二、 设计基本资料
1、 设计荷载：公路—I级。人群3.0KN/m2，每侧栏杆及人行道的重量按4.5 KN/m计。
2、 河床地面线见CAD文件。
3、 材料容重：水泥混凝土23 KN/m3，钢筋混凝土25 KN/m3，沥青混凝土21 KN/m3。
4、 桥梁纵坡和设计高程见CAD文件。

三、 设计内容
1、 全桥总体设计
2、 引桥主梁的设计计算
3、 引桥行车道板的设计计算
4、 引桥桥面铺装设计
5、 引桥桥台设计

四、 要求完成的设计图及计算书
1、 桥梁总体布置图（主桥及引桥），引桥主梁（边梁）构造图（CAD出图）
2、 荷载横向分布系数计算书（杠杆原理法、偏心压力法）
3、 主梁内力计算书
4、 行车道板内力计算书
5、 所有计算书（A4）和图纸（A3）均须用计算机打印；计算书和图纸要装订成册，应独立完成课程设计，每人交1份，每份应有封面和目录。

五、 参考文献
（1）、《结构设计原理》教材
（2）、《桥梁工程》教材
（3）、公路桥梁设计手册《梁桥》（上、下册） 人民交通出版社
（4）、桥梁计算示例丛书《混凝土简支梁（板）桥》（第二版）易建国主编 人民交通出版社
（5）、交通部颁布标准JTG B01-2003 《公路工程技术标准》
（6）、交通部颁布标准JTG D60-2004 《公路桥涵设计通用规范》
（7）、交通部颁布标准JTG D62-2004 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
（8）、交通部颁布标准JTG D61-2005 《公路圬工桥涵设计规范》 人民交通出版社

六、 课程设计学时
5周（8-12周）, 12周星期五提交成果。

连续钢构主桥总体布置图设计
1.工程基本资料及技术标准
1.1工程基本资料
本次设计桥梁主梁为连续钢构桥,大桥全长1451米,全桥由主桥、副孔及引桥三部分组成,由北至南桥面纵坡均为为3.00%，设计为双幅单向行驶。全桥上部结构为预应力混凝土连续钢构桥，下部结构中，桥墩采用桩柱式，桩基础，桥台为重力式桥台，基础为扩大基础。
1.2工程主要技术标准
道路等级: 一级公路；
设计菏载：公路-I级；
设计车速：100km/h；
设计车道：每幅单向两车道；
桥面宽：横桥向分为左右两幅完全独立且对称的桥，每幅桥面净宽14.25m;

2．桥梁结构主要尺寸拟定
2.1主跨跨径及截面尺寸确定
主跨径定为260m,边跨跨径根据国内外已有经验，为主跨的0.5～0.8倍，采用0.6倍的中跨径，即156m，则全联跨径为：156+260+156=572(m)
2.1.1顺桥向梁的尺寸拟定
（1）支点处梁高：根据文献[1]P67表2-16，梁高为1/16~1/25L，取L/20，即13m。
（2）跨中梁高：根据文献[1]P67表2-16，梁高为1/30~1/50L，取L/40，即6.5m。
（3）梁底曲线：根据文献[1]P67表2-16规定，选用二次抛物线。
2.1.2横桥向的尺寸拟定
根据规定车行道每幅两车道，且为高速公路，时速为100km/h，选用分离式箱型截面，由规范，取右侧路肩3.0m，左侧路肩1.0m，两桥间隔2m，车道宽3.75m，单幅桥面净宽14.25m。
设计横断面为双幅单箱单室截面，横截面布置如图2-1所示。梁高从根部截面的13.0m变化至跨中截面的6.5m，箱梁顶板宽取15.25m，底板宽8.25m，顶板厚0.45m，腹板厚：0.8m（根部处），0.40m（跨中）；底板厚度由根部截面的1.30m变化至跨中截面的0.25m.，箱梁悬臂部分长3.5m，箱梁顶板翼缘端部厚度为0.25m。翼缘根部厚度为0.65m。腹板与顶板相接处做成20cm×20cm承托，腹板与底板相接处则做成20cm20cm承托，以利脱模并减弱转角处的应力集中。
主墩墩顶箱梁综合考虑受力和变形情况，箱梁内各设柔性横隔板2道，厚度取为0.7m;为了满足施工和管理需要在每道横隔板处均设置了过人洞。同时为保持箱内干燥，在箱梁根部区段底板上设有排水孔。

2.2拟定T型梁尺寸
单幅桥面净宽为14.25米，桥面宽为净1.0+10.25+3.0，桥面横截面由6片T型主梁构成，主梁间距为2.50米，引桥跨径为20米，故每跨设5根横梁，横梁高1.00米。桥面的横断面如图1-1所示。

图1-1 引桥纵、横断面图(尺寸单位：m)
根据相关规范的规定以及工程实际的情况，T型梁的尺寸如图2所示。

图2 T型梁截面尺寸图（单位：mm）

3．行车道板内力计算
桥面铺装为3cm厚的沥青混凝土面层，重度为21kN/m;
垫层为12cm厚的C50水泥混凝土，重度为23kN/m3 ;
T型梁翼缘板的重度为25 kN/m3
（1） 恒载及内力计算（以纵向1米宽的板条进行计算）

（2） 按铰接板计算行车道板（如图5）的有效宽度及车辆荷载产生的内力

图5 铰接悬臂行车道板 图6 悬臂板计算图式
将车轮作用于铰缝轴线上，已知桥梁计算跨径为19.5米，由内插值得：轴重力标准值为P=238kN,均布荷载标准值为，轮压分布宽度如图7所示。
由《桥规》得：车辆荷载后轮着地长度为，宽度为,桥面铺装层厚度
则：

图7 车辆荷载计算图式（单位：m）
荷载对于悬臂根部的有效分布宽度为
冲击系数采用
作用于每米宽板条上的弯矩：

作用于每米宽板上的剪力：

（3） 内力组合（承载能力极限状态内力组合）

4． 荷载横向分布系数计算
4.1按杠杆法计算各梁支点处的荷载横向分布系数
各梁的横向影响线及荷载布置如图9所示（按车辆荷载布置）

图9 支点处各梁影响线及荷载分布图
各梁横向分布系数
1号梁：
2号梁：
3号梁：
4号梁：
5号梁：
6号梁：

4.2利用偏心受压法计算各主梁的跨中汽车荷载横向分布系数
本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n = 6，梁间距为2.50m，则

各梁在两边的主梁处荷载横向分布影响线的竖标值
1号梁：
2号梁：
3号梁：
4号梁 = 3号梁
5号梁 = 2号梁

各梁的横向影响线及荷载布置如图10所示（按车辆荷载布置）

图10 跨中各梁影响线及荷载分布图

各梁跨中横向分布系数
1号梁：
三车道：
两车道：

2号梁：
三车道：
两车道：

3号梁：
三车道：
两车道：

5．主梁内力计算
（1） 单梁横载内力计算
主梁：
横隔梁：
边主梁 ：
中主梁 ：

桥面铺装：
栏杆和人行道：
桥梁总重：
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：

根据偏心压力法计算得到，1号梁和6号梁的跨中横向分布系数最大，为0.69，现在仅算1号梁与6号梁的跨中弯矩。
恒载作用下产生的跨中弯矩及支座剪力：（见图11）
跨中弯矩：

跨中剪力：

支点剪力：

1/4跨处弯矩：

1/4跨处剪力：

（2）.活载内力
汽车荷载冲击系数

主梁横截面图
结构跨中处的单位长度量：

主梁截面形心到T梁上缘的距离：

跨中截面惯性矩：

查表 E取

所以冲击系数：

（3）.汽车荷载作用
公路—Ⅰ级均布荷载
对于集中荷载，当时，；当时，
当时，采用内插法，已知，
当计算剪力时候
计算车道荷载的跨中弯矩、剪力的计算对于双车道，折减系数
跨中弯矩荷载如下图

（4）.跨中弯矩的设计，

由于跨中弯矩横向分布系数1号梁、6号梁最大，所以只需计算1号梁与6号梁的弯矩，计算如下：
对于1号梁
车道均布荷载作用下

车道集中荷载作用下

则
跨中人群荷载最大弯矩
人群荷载集度:

(5).跨中剪力的计算

对于1号梁和6号梁：
计算公路—Ⅰ级汽车活载的跨中剪力：
计算人群荷载的跨中剪力：

(6).支点截面剪力的计算

横向分布系数变化区段的长度
对于1号梁和6号梁：
附加三角形重心影响线坐标 ：

计算人群荷载的支点剪力：

(7).1/4跨弯矩的计算

对于1号梁和5号梁：
计算公路—Ⅰ级汽车活载的1/4跨弯矩：

计算人群荷载的跨中弯矩：
人群荷载集度：

(8).1/4跨剪力的计算

对于1号梁和6号梁：
计算公路—Ⅰ级汽车活载的1/4跨剪力：
计算人群荷载的跨中剪力：

(9).荷载组合
其中，，，，
跨中弯矩组合：
梁号
恒载（KN/m）
活载（KN/m）
组合值（KN/m）
汽车
人群
1、6
1400.37
1686.12
77
4127.25
跨中剪力组合：
梁号
恒载（KN）
活载（KN）
组合值（KN）
汽车
人群
1、6
0
173.08
7.922
251.18
支点剪力组合：
梁号
恒载（KN）
活载（KN）
组合值（KN）
汽车
人群
1、6
287.25
337.70
21.13
841.15
1/4跨弯矩组合：
梁号
恒载（KN/m）
活载（KN/m）
组合值（KN/m）
汽车
人群
1、6
1050.27
1124.01
57.98
2898.88
1/4跨剪力组合：
梁号
恒载（KN）
活载（KN）
组合值（KN）
汽车
人群
1、6
143.63
259.57
11.87
549.05

6.主梁的配筋
① 受拉钢筋的配置

a．假设，并计算
取
则截面有效高度
b.判断T型梁截面类型

故属于第一类T型截面
c．求受压区高度x，并验算x
故此梁为适筋梁
d．求受拉面积

e．选择并布置钢筋
查规范可知：可供使用的钢筋是，然后按照构造布置构造钢筋，并布置如图所示。

图17 T型主梁配筋图
f.截面复核

故按照第一类T型截面进行验算

故主梁的配筋能够使截面安全稳定

② 箍筋与弯起钢筋的配置

某钢筋混凝土T型截面简支梁，标准跨径为20米，计算跨径19.5米，按正截面承载能力计算所确定的跨中截面尺寸和钢筋布置图。主筋为HRB400,20Ф28,,架立钢筋为HRB335,2Ф14,焊接成多层骨架钢筋。混凝土等级为C50。该梁承受支点剪力，跨中剪力，支点弯矩，跨中弯矩，。

图21 按抗剪承载力要求计算各排弯起钢筋的用量（单位：mm）