桥梁专业课程设计项目说明指导书.doc

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成绩

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《桥梁工程》课程设计

姓名： 粟峰
班级： 交建12-1班
学号： 02120482

中华人民共和国矿业大学力学与建筑工程学院
二О一五年一月

中华人民共和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
设计阐明书
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一次综合性演习。其目是使学生进一步理解梁式桥设计计算理论，为此后独立完毕桥梁工程设计打下初步基本。其任务是通过本次课程设计，规定纯熟掌握如下内容：
1．梁式桥纵断面、横断面布置，上部构造构件重要尺寸拟定。
2．梁式桥内力计算原理，涉及永久作用计算、可变作用计算（特别是各种荷载横向分布系数计算）、作用效应组合。
3．梁式桥纵向受力主筋配备、弯起钢筋和箍筋配备，以及正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯和挠度验算，预拱度设立。
4．板式橡胶支座设计计算。
二、合用专业
交通土建专业
三、先修课程
材料力学、弹性力学、构造力学、构造设计原理、地基与基本工程、交通规划与道路勘测设计、道路工程、桥涵水力水文
四、课程设计基本规定
本设计为装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计（上部构造），其下部构造为重力式桥墩和U型桥台，支座拟采用板式橡胶支座。学生在教师指引下，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工程实践经验，贯彻理论联系实际原则，独立、认真地完毕装配式钢筋混凝土T型梁桥设计。
基本规定为：计算书应内容完整，计算对的，格式规范，论述简洁，笔迹清晰、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（上部构造）
2．基本资料
（1）桥面净空：净
（2）永久荷载：桥面铺装层容重。其她某些。
（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，其她用Ⅱ级钢，混凝土标号C40。
（5）桥梁纵断面尺寸：
原则跨径，计算跨径，桥梁全长。
3．设计内容
（1）纵横断面设计。
依照给定基本设计资料，参照原则图、技术规范与经验公式，对的拟定桥梁纵断面和横断面布置，选用恰当桥面铺装层，初步拟定T形主梁、横隔梁、桥面铺装层等细部尺寸。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。
拟定行车道板类型，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。
选用控制截面分别进行主梁恒载内力计算、活载内力计算，以及作用效应组共计算（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，荷载横向分布系数计算，规定依照主梁空间位置及主梁间连接刚度不同，分别对各片主梁采用杠杆原理法、偏心压力法、修正偏心压力法、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计算成果进行汇总；随后选用其中一种跨中荷载横向分布系数计算成果与杠杆原理法计算成果进行主梁内力作用效应组共计算（含跨中最大弯矩值、跨中最大剪力值和支座截面最大剪力值），形成各片主梁内力计算汇总表。依照内力计算汇总表，拟定主梁各截面最不利内力值作为设计值。
（4）配备钢筋及验算。
依照主梁跨中最大弯矩设计值，进行主梁纵向受拉钢筋配备；依照主梁跨中最大剪力设计值和支座截面最大剪力设计值，进行弯起钢筋和箍筋配备。依照以上钢筋配备进行主梁正截面抗弯、斜截面抗剪、斜截面抗弯，和变形、裂缝验算，设立预拱度，保证主梁有足够强度、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。
拟定支座平面尺寸、拟定支座高度、验算支座偏转状况，验算支座抗滑稳定性。
六、重要参照书
1.《桥梁工程》刘夏平主编，科学出版社，
2．《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-），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-），人民交通出版社
4．《桥梁混凝土构造设计原理计算示例》黄侨，王永平编著，人民交通出版社，
七、评价方式
结合学生课程设计期间独立完毕状况、计算阐明书质量综合评价。
八、阐明
本课程设计安排在《桥梁工程》课程讲授完毕后集中2周进行。条件允许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：

目 录
1设计基本资料 1
2行车道板计算 2
2.1恒载及其内力 2
2.2车辆荷载产生内力 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恒载内力计算 8
4.2活载内力计算 9
4.3内力组合 12
5钢筋配筋及验算 13
5.1主筋配备及验算 13
5.2腹筋配备及验算 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拟定支座平面尺寸 22
7.2拟定支座厚度 23
7.3验算支座偏转状况 24
7.4验算支座抗滑稳定性 24

装配式钢筋混凝土T型梁桥设计
课程设计阐明书
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。主梁高度根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-），梁高跨比经济范畴在1/11到1/16之间，此设计中原则跨径为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。其她某些γ=25kN/m³。
（4）材料：主筋采用3级钢，其她用2级钢，混凝土标号C40。
（5）桥梁纵断面尺寸：原则跨径 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，均布设立。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。 依照横断面布置图，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。如下仅计算铰接板。
2.1恒载及其内力
以纵向1m宽板条进行计算
（1）每延米板上恒载g
沥青混凝土面层g1：
C40 混凝土垫层g2：
T形梁翼板自重g3：
——————————————————————————————————
共计：
（2）每米宽板条恒载内力为：
弯矩：
剪力：
2.2车辆荷载产生内力
将车辆荷载后轮作用于铰缝轴线上，P=140kN，汽车荷载后轮着地长度为a1=0.2m，宽度为b1=0.6m。则得：

荷载对于悬臂根部有效宽度：

冲击系数：
作用于每米宽板条上弯矩为：

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
依照D62 第5.2.2条规定：

验算：
（2） 配受力筋
依照D62 第5.2.2条规定：

选 B12

(3)截面验算
依照D62 第5.2.9条

右边=左边，满足规定
依照D62 第5.2.10条

右边=左边
仅按构造配备分布钢筋
（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简支梁或悬臂梁考虑。一方面绘制1到3号梁荷载横向影响线，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，对正则方程式系数影响只有0.75%左右，可忽视不计。
（3）绘制跨中荷载横向影响线
从附表6-1.、6-2和6-3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

作用于边主梁所有恒载g为

作用于中主梁所有恒载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活载内力计算
计算边主梁（1号梁）在汽车和人群荷载=2.5kN/㎡作用下跨中最大荷载和最大剪力及支点截面最大剪力，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级车道荷载原则值为
均布荷载
计算弯矩时集中荷载
（1）计算车道荷载跨中弯矩
双车道不折减： ξ=1.0
车道均布荷载作用下：；
简支梁基频：
式中：
代入数据可得：
依照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-)，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较大坐标位于跨中某些，故采用全跨统一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变化图形和支点剪力影响线
横向分布系数变化区段长度
影响线面积
因而：

附加三角形荷载重心影响线坐标为
且
因而可得：

因此：
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
人群荷载横向分布系数如图4所示。
附加三角形荷载重心影响线坐标为

则1号梁人群荷载支点剪力为：

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主筋配备及验算
1、配筋计算
（1）按照规范，梁保护层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 钢筋
，取
2、配筋验算
（1）验算最小配筋率

，满足规定
（2）防止超筋合用条件
，满足规定
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：

正截面符合规定。
5.2腹筋配备及验算
1）弯起钢筋配备
(1)取离点处剪力设计值，并将其分为两某些，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：

剪力设计值不大于或等于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剪力设计值按80%取用，即：

在支点由弯起钢筋承担剪力设计值，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2C32
第二排弯起钢筋距支座中心：

第三排弯起钢筋面积：

纵向弯起钢筋2C32面积。
第三排弯起钢筋距支座中心距离：

第四排弯起钢筋面积：

负值表达不需设弯起钢筋，但实际仍需加设2C32钢筋
第四排弯起钢筋距支座中心距离：

2）、箍筋配备

剪力设计值为 V=1321.51kN<
因此截面满足规定。

需进行计算配筋。
计算配箍：

选d=10mm双肢箍，，将n=2代入上式得：s210.78mm
选用s=200mm筋率： 因此选箍筋满足规定。
因此箍筋布置如下：
自支点一倍梁高范畴内，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；
其她梁端箍筋间距为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。
为斜截面受压端剪力设计值，即距支点(h/2)+c=1250+1820=2992mm处截面剪力为：

（2）验算截面尺寸：
T形截面受弯构件符合如下规定：

(符合规定)
（3）判断与否需要进行斜截面抗剪承载力验算:
由于
因此需要验算抗剪承载力。
（4）进行斜截面抗剪承载力验算：

在斜截面内，纵向不弯起钢筋2C32
在距离支点一部梁高范畴内，采用2B10，，则：
按规定，C钢筋含箍率不应不大于0.12%，而当前
（符合规定）。

=

则：
因此，距支座h/2截面斜截面抗剪承载力符合规定规定。
同理，其他截面抗弯承载力符合规定规定。
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
全截面抗弯刚度

其中： ；
代入数据：

使用阶段长期挠度：

构造自重作用下长期挠度：

则按可变作荷载频遇值计算长期挠度值为：

符合规定

因此应设立预拱度。
预拱度为：
6.2裂缝宽度验算
钢筋截面面积：
梁有效高度：
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，
依照第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。裂缝宽度满足规范规定。
7支座设计与计算
7.1拟定支座平面尺寸
承受剪力最大2号梁支点反力为
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基本组合下，其计算反力为：

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

、
、 C40

由此可得 ，故满足规定
计算支座平面形状系数S，采用中间层橡厚度 t=0.5cm时

橡胶支座平均容许压应力
橡胶支座弹性模量为：

按弹性理论盐酸橡胶支座得承压应力，则

满足规定
7.2拟定支座厚度
梁计算温度△t=36,温度变形由两端支座均摊，则制作承受水平位移

计算活载制动力引起水平位移，一方面要拟定作用在每一种支座上制动力。
一种车道上制动力为,如按车辆荷载计算,则为：55010%=55kN。由于公路Ⅰ级汽车荷载制动力原则值不得不大于165kN，因而，六根梁共有12个支座，每个支座承受水平力：。
因而可得需要橡胶片总厚度：

以及
依照D62规定
选用八层钢板和九层橡胶片构成支座，上下层橡胶片厚度0.25cm，中间层厚0.5cm，槽钢板厚0.2cm，则橡胶片总厚度为 并<4.8cm，故满足规定。
故支座高度cm。
7.3验算支座偏转状况
支座平均压缩变形为：

按D62规定，应满足 即，故满足规定。
计算梁端转角：
由关系式和可得

设恒载作用下，主梁处在水平状态，而已知公路Ⅰ级荷载下跨中挠度，代入上式得
由此验算偏转状况，故满足规定。
7.4验算支座抗滑稳定性
已知恒载支点反力为
拟定汽车荷载引起最小支承力按D62规定：

前已经计算得
计算温度变化引起水平力：

验算滑动稳定性：

（合格）
以及（合格）
故满足规定，支座不会产生相对滑动。
最后拟定：矩形板式橡胶支座几何尺寸。