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上部结构为钢筋混凝土简支梁桥设计毕业论文

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山东农业大学水利土木工程学院道路桥梁与渡河工程专业毕业设计

上部结构为钢筋混凝土简支

梁桥设计毕业论文

目录

1、设计方案比选---------------------------------------1 1.1设计资料----------------------------------------1 1.2方案编制-----------------------------------------1 1.3方案比较-----------------------------------------2

2、基本设计资料---------------------------------------1

2.1跨度和桥面宽度-----------------------------------1 2.2技术标准-----------------------------------------1 2.3主要材料-----------------------------------------1 2.4构造形式及截面尺寸-------------------------------1

3、主梁的计算-----------------------------------------2

3.1主梁荷载横向分布系数---------------------------- 2 3.2作用效应计算------------------------------------ 10 3.3可变作用效应------------------------------------ 12 3.4可变作用剪力效应计算--------------------------- 14

4、主梁截面设计、配筋及验算--------------------------18

4.1 主梁受力钢筋配置--------------------------------18 4.2截面抗弯承载力验算-------------------------------19 4.3斜截面弯起钢筋箍筋的配筋及验算-------------------20 4.3.1斜截面抗剪承载力计算----------------------20 4.3.2弯起钢筋计算------------------------------20

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4.3.3箍筋计算----------------------------------22 4.3.4斜截面抗剪验算----------------------------25

5、主梁的裂缝宽度验算--------------------------------28 6、主梁的挠度验算------------------------------------30 7、行车道板的计算------------------------------------32 8、设计总结-----------------------------------32 参考文献------------------------------------32 致谢词------------------------------------32

桥型总体布置图------------------------------------32

1、 设计方案比选

1.1 设计资料

滨州市新立河大桥:规划河道宽度50m,河底标高-0.05m,设计洪水水位高程2.45m,河岸标高3.5m;设计洪水频率1/100,桥下不通航,不需考虑流冰;双向4车道,设计时速60km/h,设计荷载为公路I级;地震烈度为6度。

1.2 方案编制

初步确定装配式预应力混凝土简支T梁桥、钢筋混凝土拱桥、等截面预应力混凝土连续梁桥三种桥梁形式。

(1)装配式混凝土简支T形梁桥

孔径布置:13×4m,桥长52米,桥宽9m(行车道)+2×1.5m。桥面设有1.5%的横坡,不设纵坡,每跨之间留有4cm的伸缩缝。

结构构造:全桥采用等跨等截面T形梁,每跨共设6片T梁,全桥共计24片T梁。

下部构造:桥墩均采用双柱式桥墩,基础为钻孔灌注桩基础,桥台采用重力式U形桥台。

施工方法:主梁采用装配式施工方法。

(2)钢筋混凝土拱桥 孔径布置:采用单跨钢筋混凝土拱桥,跨长13m。

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结构构造:桥面行车道宽9m,两边各设1.5m的人行道,拱圈采用单箱多室闭合箱。 下部构造:桥台为重力式U形桥台。 (3)装配式混凝土连续梁桥

孔跨布置:13×4m,桥长52米,桥宽9m(行车道)+2×1.5m,桥面设有1.5%的横坡,其中中间标高高于外侧标高。

主梁结构:上部结构为等截面板式梁。

下部结构:上、下行桥的桥墩基础是连成整体的,全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩,桥墩为圆端型形实体墩。

施工方案:全桥采用悬臂节段浇筑施工法。

1.3 方案比选

表1-1 方案比选表

比较项目 主跨桥形 第一方案 装配式混凝土简支T形梁桥 建筑高度较低,易保养使用性能 和维护,桥下视觉效果好。 受力明确 受力性能 桥面连续,行车舒适。 行车平顺舒;抗震能力强;建筑高度较高,易开裂,难以维护 受力合理,变形小 桥墩参加受弯作用,使主梁弯矩进一步减小;超静定次数高,对常年温差、基础变形、日照温均较敏感;对基础要求较高。 等截面形式,可大量节省模板,加快建桥进度,简易经济。 经济性 材料用量和费用较T形梁要多一些;需要采用较复杂的结构措施,或应设置抵抗单向水平力的措施, 增加了造价 构造简单,线条明晰,跨径较大,线条非美观性 但比较单调,与景观配合很不协调 增加了城市的景观 侧面上看线条明晰,与当地常美,与环境和谐,的地形配合,显得美观大方 采用等截面梁能较好符合梁的内力分布规律,充分利用截面,合理配置钢筋,经济实用 第二方案 钢筋混凝土拱桥 第三方案 等截面混凝土连续梁桥 山东农业大学水利土木工程学院道路桥梁与渡河工程专业毕业设计

桥梁的上、下部可平行施工,使工期大大缩短;无需在高空进行构施工方面 件制作,质量以控制,可在一处成批生产,从而降低成本。 适用于对桥下视觉有要求的工程,适用于各种地质情况;用于对工适用性 期紧的工程;对通航无过高要求的工程。 技术要求较高,施工机具也较多,施工工期较长,对地形依赖较强。 由于连续体系梁桥与简支体系梁桥受力差别很大,故他们的施工方式大不相同。目前所用的施工方式大致可分为逐孔施工分节段施工法和顶推施工法。由于在高空作业,施工危险度高。 上承式拱桥的跨度大,满足桥下净空的要求。在桥下没有特殊需求通航要求的航道中采用跨越能力较大的拱桥,显得没有必要 对通航无过高要求的工程;对抗震有要求的工程;对整体性有要求的工程。 养护维修量 小 较大 小

方案的最终确定:由上表可知,根据滨州开发区的情况,结合桥梁设计原则,选择第一方案经济上比第二方案好;另外第一方案工期较短,施工难度较小;在使用性与适用性方面均较好。所以选择第一方案作为最优方案。

2、基本设计资料

2.1跨度和桥面宽度

准跨径:13.00m(墩中心距离)

1) 计算跨径: 12.50m(支座中心距离)

2) 主梁全长: 12.96m(主梁预制长度)

3)桥面净空: 净9m(行车道)+2×1.5m人行道

2.2技术标准

1) 设计荷载标准:公路-Ⅰ级,人行道和栏杆自重线密度按单侧6kN/m

计算,人群荷载3kN/m2 2) 环境标准:Ⅱ类环境 3)设计安全等级:二级

2.3主要材料

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1) 混凝土:混凝土简支T梁及横梁采用C50混凝土;桥面铺装上层采用

0.05m沥青混凝土,下层为0.06~0.10m的C50混凝土,沥青混凝土重度按23kN/m3,混凝土重度按26kN/m3计。 2)钢筋:主筋用HRB335,其它用R235

2.4构造形式及截面尺寸

15050150600150150501001003号4号5号6号2001号2号200752862012966202812100

3、主梁的计算

3.1主梁荷载横向分布系数

B=12m l=12.5m b/l=0.96>0.5

1.跨中荷载弯矩横向分布系数(按G-M法) (1)主梁的弯矩及抗扭惯矩Ix和ITx 求主梁界面的重心位置 (如图):

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平均板厚:

h1=(14+10)/2=12cm

ax(20016)1212/210016100/224.5cm

(20016)1210016X1118412318412(24.512/2)216100316100(100/224.5)21212

3155917.3cm4主梁抗扭惯矩按 ITx = =∑错误!未找到引用源。,

t1120.060.1,c11/3 对于翼板:

b1200t2160.136.0.1,c10.304 对于梁肋:

b2110012故,主梁的抗扭惯矩为:

Tx1/320.1230.3040.880.1632.2103m4单位板宽的弯矩及抗扭惯矩:

x31155917Tx2.2103.324Jx1.610m/m JTx1.1103m4/m

b200b2

(2)横梁的抗弯及抗扭惯矩

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JTxTx2.21031.1103m4/m b2翼板的有效宽度的计算,计算如图:

横梁的长度取两边主梁轴线之间的距离 L=5×2=10M C=1/2(6.2-0.4)=3.03

c3.03/100.303 ;;,

h'12cmb'12cmh112cml根据c/l值查表2-5-4得λ/c=0.631所以λ=0.631×c=1.91m 求横梁截面重心位置:

2h1h1/2h'b'h'/221.910.122/20.7520.14/2ay0.122m

2h1h'b'21.910.120.750.12

横梁抗弯和抗扭惯矩I和I

yTyIy1/122h132h1(ayh1/2)1/12b'h'3b'h'(h'/2ay)21.40102m4

3

ITyc1b1h13c2b2h2h10.12/6.200.0190.1 所以c1 但由于连续桥面板的单寛抗扭惯矩是

1b13独立宽扁板者的一半所以c11 6h20.14/(0.750.12)0.222所以c20.317 b2ITy1/60.1236.200.3170.1430.75(0.75/20.122)22.3103m4

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单位抗弯及抗扭惯矩Jy J

(3)计算参数:

TyIyb1.40102/6.202.26103m4/m:

ITy/b3.71104m4/m=

B'Jx641.610240.783 3 LJY12.52.2610其中B为主梁全宽的一半 L为计算跨径

G(JTxJTy)/2EJxJy0.43E(1.11033.71104)/2E1.61022.261020.0526G0.43E0.23

(4)计算荷载弯矩横向分布影响线坐标

已知θ=0.783 表一

影响系数 梁 荷 载 位 置 位 b 3/4b 1/2b 1/4b 0 -1/4b -1/2b 0 0.66 0.88 0.97 1.17 1.33 1.17 0.97 1/4b 1.01 1.15 1.35 1.44 1.18 0.94 0.68 K1 1/2b 1.54 1.66 1.62 1.36 0.96 0.70 0.49 3/4b 2.50 2.21 1.72 1.17 0.73 0.48 0.37 b 3.34 2.42 1.54 0.99 0.62 0.42 0.28 0 -2.50 0.44 1.03 1.60 1.80 1.60 1.03 1/4b -0.56 1.15 1.65 1.83 1.65 1.1 0.55 K0 1/2b 2.01 2.11 2.01 1.69 1.05 0.60 0.15 3/4b 4.3 3.37 2.10 1.21 0.40 0.05 -0.24 b 7.7 4.3 1.88 0.38 -0.35 -0.45 -0.46 用内插法求梁位处横向分布影响线坐标值,如下图:

-3/4b 0.88 0.53 0.38 0.25 0.21 0.44 0.00 -0.20 -0.27 -0.36 -b 0.66 0.44 0.28 0.21 0.16 0.76 -0.49 -0.49 -0.28 -0.22 山东农业大学水利土木工程学院道路桥梁与渡河工程专业毕业设计

12'KKK3b1号梁和6号梁; 334b 12'KKK1 02号梁和5号梁334b'3号梁和4号梁 KK1b

2列表计算各梁的横向分布影响线坐标值,表如下:

表二

梁号 算式 荷载位置 b 3b/4 b/2 b/4 0 -b/4 -b/2 -3b/-b 4 0.460 0.337 0.237 0.194 K1'12K1bK13 b334 2.77 2.279 1.661 1.110 0.694 12'1K0K0bK03b33号 4 'K1'K05.422 3.677 2.027 0.936 0.153 -0.115 -0.313 -0.300 -0.260 -2.652 -1.398 -0.366 0.174 0.541 0.345 0.650 0.537 0.454  -0.601 -0.352 -0.077 0.04 0.124 0.079 0.150 0.124 0.104 山东农业大学水利土木工程学院道路桥梁与渡河工程专业毕业设计

4.821 3.325 1.950 0.976 0.277 -0.036 -0.163 -0.176 -0.156 K'K0' K 60.804 0.554 0.325 0.163 0.046 -0.006 -0.027 0.029 -0.026 K1K1b 2'1.54 1.66 1.62 1.36 0.96 0.70 0.49 0.38 0.28 '2K0K01 号 b22.01 2.11 2.01 1.69 1.05 0.60 0.15 -0.20 -0.49 'K1'K0 -0.47 -0.45 -0.39 -0.33 -0.09 0.1 0.34 0.58 0.77  -0.108 -0.104 -0.09 -0.076 -0.21 0.023 0.078 0.133 0.177 K'K0' 1.902 2.007 1.920 1.614 1.029 0.623 0.228 -0.067 -0.313 K 60.317 0.334 0.320 0.269 0.172 0.104 0.038 -0.011 -0.052 12' K1K10K11 b33 43号 K'1K2K11101 0.895 1.061 1.225 1.351 1.230 1.016 0.776 0.646 0.513 -0.458 0.916 1.445 1.754 1.7 1.265 0.708 0.145 -0.579 334b'K1'K0 1.353 0.145 -0.22 -0.403 -0.47- 0.751 0.068 0.501 1.092  0.3110 0.033 -0.051 -0.091 -0.108 0.173 0.016 0.115 0.251 K'K0' -0.147 0.494 1.394 1.661 1.592 1.438 0.724 0.260 -0.328 K 6-0.024 0.158 0.232 0.277 0.265 0.240 0.121 0.043 -0.055

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绘制横向分布影响线图如下,求横向分布系数

各梁的横向分布系数: 车辆荷载

1汽(0.4780.2390.1160.015)0.424 2汽(0.3290.2930.2300.131)0.492 3汽(0.1830.2560.2720.25)0.481

121212 人群荷载

1人0.679

2人0.3263人0.067 人行道板:

1板2板3板0.33

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(5)梁端剪力横向分布系数(按杠杆法) 公路Ⅰ级:

梁端荷载横向分布系数计算图示如下(单位cm):

汽车荷载: 1汽10.50.25

2 2汽1(1.0.0.1)0.55

2 3汽1(1.00.10.35)0.725

2人群荷载: 1人1.125 2人-0.125

3人03.2作用效应计算

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(一)永久荷载作用效应 (1) 永久荷载

假定桥面构造各部分重力平均分配给主梁承担,计算结果见下表:

表三钢筋混凝土T形梁永久荷载计算表 构建名 主梁 92 100 10 构件尺寸(mm) 200 114 单位长度体积 0.3808 重度 26 每米延重 9.808 16 横隔梁 边梁 前面 铺装 200 8 5 中梁 26 1.0478 12 75 0.0403 100 63 26 0.5226 14 0.0201 沥青混凝土(5cm)0.10 混凝土垫层(9.5cm)0.171 16 23 24 0.23 3.84 4.07 栏杆及人行道  6

人行道重力按人行道板横向分布系数分配至各梁的板重为:

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1号和6号梁:2号和5号梁:3号和4号梁:

1板0.33

1板q0.3361.98kN/m ,

2板0.333板0.332板q0.3361.98kN/m3板q0.3361.98kN/m

表四 各梁的永久荷载值(单位(KN/m)

梁号 主梁 横隔梁 栏杆及人行道 桥面铺装层 总计 1(6) 2(5) 3(4) 9.901 9.901 9.901 0.523 1.408 1.408 2 2 2 6.14 6.14 6.14 18.564 19.089 19.089 (2)永久作用计算 影响线面积计算见下表:

表五 影响线面积计算表 项目 计算面积 M1 2影响线面积 1l10ll2=19.53 248 M1 4 0 13l32ll=14065 21632Q1 2 00 Q1 4 0 1l6.25 2永久作用计算见下表: 表六 永久作用效应计算表

M1/2 M1/4 V0 山东农业大学水利土木工程学院道路桥梁与渡河工程专业毕业设计

梁号 q 0 19.53 19.53 19.53 q0 366.555 372.808 372.808 q 18.564 19.089 19.089 0 14.65 14.65 14.65 q0 q 0 6.25 6.25 6.25 q0 116.026 119.306 119.306 1(6) 18.564 2(5) 19.089 3(4) 19.089 279.522 18.564 279.522 19.089 277.805 19.089 3.3可变作用效应

(1)汽车荷载冲击系数

结构的冲击系数和结构的基频f相关,计算公式为

G18.564103mckg/m1.892kg/m

g9.81IC=3155917cm4

f2l2EIc3.4510100.03155917Hz7.622Hz2mc1892212.5

由于1.5Hzf14Hz,那么:

0.1767Inf0.01570.345 由此可得:1+=1+0.299=1.345

(2)公路Ⅱ级均布荷载,集中荷载及影响线面积如下表

表七 公路-Ⅰ级车道荷载及其影响线面积计算表

项目 顶点位置 l/2处 l/4处 l/2处 支点处 qK 10.5 10.5 10.5 10.5 PK 210 210 252 252 0 19.53 14.65 6.25 1.56 M1/2 M1/4 V1/2 V0 可变作用人荷载(每延米): q人=3×1.5KN/m=4.5KN/m (3)可变作用效应弯矩计算,如下表:

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表八 公路Ⅰ级产生的弯矩(单位KN﹒m) 梁号 1 内力  0.424 0.424 0.492 0.492 0.481 0.481 1+ qK 0 19.53 14.65 19.53 14.65 19.53 14.65 PK yk 3.125 2.344 3.125 2.344 3.125 2.344 M 491.191 434.54 569.967 427.527 559.295 417.969 M1/2 M1/4 M1/2 M1/4 M1/2 M1/4 1.345 10.5 2 3 表九 人群荷载产生的弯矩计算表

梁号 1 内力  0.679 0.679 0.326 0.326 0.067 0.067 q人 4.5 0 19.53 14.65 19.53 14.65 19.53 19.53 M 59.674 44.763 28.651 21.492 5.888 4.417 M1/2 M1/4 M1/2 M1/4 M1/2 M1/4 2 3 永久荷载作用分项系数:Gi1.2 汽车荷载作用分项系数:Q11.4 人群荷载作用分项系数:Qj1.4 基本组合公式如下:

0Sudnm0giSgikQ1SQ1kcQjSQjk (c0.8)

j2i1表十 弯矩基本组合计算表

梁号 内力 永久荷载 366.555 人群荷载 59.674 汽车荷载 491.191 弯矩组合值 1194.368 M1/2 山东农业大学水利土木工程学院道路桥梁与渡河工程专业毕业设计

1 2 M1/4 M1/2 M1/4 M1/2 M1/4 271.963 372.808 279.522 372.808 277.805 44.763 28.651 21.492 5.888 4.417 434.54 569.967 427.527 559.295 417.969 984.846 1277.412 958.035 1236.977 923.47 3 3.4可变作用剪力效应计算

在进行可变作用的剪力计算时,应计入横向分布系数沿主梁纵向桥跨方向的影响。通常按如下方法处理:先按跨中的由等代荷载计算跨中剪力效应;再用支点剪力荷载分布系数/并考虑支点至l/4为直线变化来计算剪力效应。 1) 跨中截面剪力Vl/2的计算公式为:Vm1qk0Pkyk

表十一 公路-Ⅰ级车道荷载产生的跨中剪力计算表Vl/2

梁号 内力  1+ qK 10.5 0 PK yk 剪力 1 vl/2 vl/2 vl/2 0.424 81.196 2 0.492 1.345 1.56 252 0.5 94.218 3 0.48 92.112

表十二 人群荷载产生的剪力计算表

梁号 1 2 3 内力  0.679 0.326 0.067 q人 4.5 0 1.56 剪力效应 4.767 2.289 0.476 vl/2 vl/2 vl/2

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支点处剪力V0的计算

5796752. 62.09..000 56655225.33.0..000 566520027. . 07077..00l/4 l/2 l/4 图4 汽车荷载产生的支点剪力效应计算图式

1号梁 2号梁 3号梁

2)

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q人 =4.5KN/m

1.125 0.679 0.679 1.125

312.5 625 312.5 1号 梁

0.067 0.067 3号 梁

q人 =4.5KN/m 225.9 -0.125 0.326 225.9 0.326 -0.125

2号 梁

86.6 625.0 86.6

图5 人群荷载产生的支点剪力计算图式(单位:cm)

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在汽车荷载作用下,横向分布系数如图4所示,支点处剪力计算如下: 1号梁:

V0={252×1×0.25+10.5×(12.5/2×0.679-11/12×12.5/8×0.429-1/12×12.5/8

×0.429)}=61.532KN 2号梁:

V0={252×1×0.55+10.5×(12.5/2×0.326-11/12×12.5/8×0.224+1/12×12.5/8×

0.224)}=163.669KN 3号梁:

V0={252×1×0.725+10.5×(12.5/2×0.067-11/12×12.5/8×0.658-1/12×12.5/8

×0.658)}=197.892KN

在人群荷载作用下,横向分布系数如图5所示,支点处剪力计算如下: 1号梁:

V01人=4.5×{1/2×12.5×0.679×1+1/2×12.5/4×0.466×11/12+1/2×12.5/4×1/12}=22.233KN 2号梁:

V02人=4.5×{1/2×2.259×0.326×0.79+12.5/2×0.326×1/2+1/2×2.259×0.326×0.21}=6.241KN 3号梁:

V03人=4.5×{1/2×12.5×0.067-1/2×12.5/4×0.067×11/12-1/2×12.5/4×0.067×1/12}=1.413KN =17.83KN

3) 剪力效应基本组合 基本组合公式为:

0Sudnn0SSSQ1kqikcQjQjk GiGikj2i1各分项系数和弯矩基本组合相同。

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表十五 剪力效应节本组合表 (单位:KN)

梁号 1 内力 永久荷载 116.025 0 119.306 0 119.306 0 人群 2.233 4.767 6.241 2.289 1.413 0.476 汽车荷载 82.761 81.196 220.135 94.218 266.165 92.112 基本组合值 257.596 119.013 458.346 134.469 517.380 129.490 V0 V1/2 2 V0 V1/2 3 V0 V1/2

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4、主梁截面设计、配筋及验算 4、1主梁受力钢筋配置

由弯矩基本组合计算表十可以知道,2号梁Md=1241.343KN﹒m最大,因此按2号

梁的弯矩进行配筋计算。

设钢筋净保护层厚度为30mm,钢筋重心至底边距离为as=105mm,则主梁的有效截

面高度为:h0=h-as=100-10.5=89.5cm。

0Mdfcdsb'fh'f(h0h'f/2)

按第一类T形截面计算,带入相应数据

1277.41210622.42000x(895x/2) 解得x=0.032m<0.12m

AS1fcb/fxfy1.022.42.000.032=5120mm2

280选用6根直径为36mm的HRB335钢筋,则:As=6107mm2

200.0 10.0 14.0 100.0

图6 钢筋布置图(单位: cm)

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钢筋布置图如图6所示,钢筋的重心位置:

asay=

asisii=(48+122+194)×2036/6017=121cm

ho=h -as=1000-121=879cm 含筋率As2806017/(22.42000)0.35000.200 'bfh0故配筋率满足要求。

4.2截面抗弯承载力验算

按照截面实际配筋面积计算截面受压区高度x为:

xfyAs1fcb/f=

2806017=38.2cm

1.022.42000截面抗弯极限状态承载力为:

xMfcb/fxh0=22.4×2000×0.0382×(0.879-0.0382/2)

2 =1471.6KN·m>0277.412KN﹒m 所以承载力满足要求。

4.3斜截面弯起钢筋箍筋的配筋及验算

4.3.1斜截面抗剪承载力计算

由表11 剪力基本组合表可以知道,支点剪力以3号梁为最大,考虑安全因素,一律采用3号梁的剪力值进行抗剪计算,跨中剪力以2号梁为最大,偏于安全取最大的剪力值进行计算。

Vd0 =517.380KN Vd1/2=134.469KN

假设最下排2根钢筋没有弯起而直接通过支点,则有: a=0.5×36+30=48mm,ho=h-a=1000-48=952mm

0.51103fcu,kbh00.5110350160952549.30KN >

0Vd1.0517.380517.380KN

端部抗剪截面尺寸满足要求。

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若满足条件0Vd0.51032ftdbho,可不需要进行斜截面抗剪强度计算,仅 按构造要求设置钢筋

0Vd517.380KN

0.51032ftdbho0.51031.01.83160952139.373KN

因此,0Vd>0.51032ftdbh0,应进行持久状况斜截面抗剪承载力验算。

4.3.2弯起钢筋设计

(1)最大剪力Vd/取用距支座中心h/2处截面的数值,其中混凝土与箍筋共同承担

//的剪力VCS不小于60%Vd/,弯起钢筋(按45°弯起)承担剪力Vsb不大于40%Vd/。

(2)计算第一排(从支座向跨中计算)弯起钢筋时,取用距支座中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。

(3)计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋时,取用前一排弯起钢筋下面弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。 弯起钢筋配置及计算图式如下图:

图7弯起钢筋配置及计算图式(尺寸单位:mm)

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由内插法可得,距支座中心h/2处的剪力效应V'd为

''Vdh482.756KNKN 则,Vcs0.6Vd'=289.653KN 2' Vsb0.4Vd'=194.684KN

相应各排弯起钢筋的位置见图4—1及承担的剪力值见于下表:

表4—1 弯起钢筋的位置与承担的剪力值计算表

钢筋排次 1 2 3 4 5

弯起钢筋距支座中心距离(m) 0.83 1.588 2.274 2.96 3.646 承担的剪力值(KN) 194.684 174.468 128.999 86.010 43.986 各排弯起钢筋的计算。与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪承载力按下式计算:

0Vsb0.75103fsdAsbsins

式中, fcd—弯起钢筋的抗拉设计强度(MPa)

Asb——在一个弯起钢筋平面内弯起钢筋的总面积(mm2) s——弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角

fsd=280MPa,s=45°,所以各排弯起钢筋的面积计算公式如下:

AsboVsb0.75103fsdsinsVsbVsb 30.7510280sin450.14849计算得每排弯起钢筋的面积如下表:

表4—2每排弯起钢筋面积计算表

每排弯起钢筋计算面弯起排数 1 2 积Asb(mm2) 1311.092 1174.948 弯起钢筋数目 2 Φ36 2Φ36 每排弯起钢筋实际'面积Asb(mm2) 2036 2036 山东农业大学水利土木工程学院道路桥梁与渡河工程专业毕业设计

3 4 5 868.739 279.231 296.222 2Φ25 2Φ20 2Φ14 982 628 308 在靠近跨中处,依次增设2Φ25;2Φ20;2Φ14的辅助斜钢筋,面积为1918mm2 主筋弯起后持久状况承载力极限状态正截面承载力验算:计算每一弯起截面的抵抗弯矩时,由于钢筋根数不同,则钢筋的重心位置也不同,有效高度ho的值也不同。为了简化计算,可用同一数值,影响不会很大。

36钢筋的抵抗弯矩M1为

0.0382x3422801010.17910(0.84) M12fsA( = h)s1o22=467.93KN·m

34M280104.90910(0.84跨中截面的钢筋抵抗弯矩

0.0382) 2 =1403.71KN

第一排钢筋弯起处正截面承载力为

M1'1403.7170.7481332.962KN 第二排钢筋弯起处正截面承载力为

' M21403.7170.48144.4391188.523KN

第三排钢筋弯起处正截面承载力为

'.7170.48144.439225.67962.853KN M31403第四排钢筋弯起处正截面承载力为

' M4494.923KN

第五排钢筋弯起处正截面承载力为

'.71KN M514034.3.3箍筋设计

箍筋间距公式为 SV12320.2106(20.6P)fcu,kAsvfsvbho2(oAVd)

式子中,1——异号弯矩影响系数,取1.0

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3——受压翼缘板的影响系数,取值1.1

P——斜截面内纵向受拉钢筋百分率,P=100ρ,ρ=AS/(bho),当 P>2.5时,取P=2.5

Asv——同一截面上箍筋的总截面面积(mm2)

fsv——箍筋的抗拉强度设计值,选用HRB235钢筋,则fsv=210MPa b——用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的梁腹宽度(mm) ho——用于抗剪配筋设计的最大剪力截面的有效高度(mm) ——用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值分配于混凝土和箍筋 共同承担的分配系数,取值为0.6 Vd——用于抗剪配筋设计的最大剪力设计值(KN)

选用2Φ10双肢箍筋,则面积Asv=096mm2;距支座中心ho/2处是主筋为2Φ36,As=2036mm2;有效高度ho=952cm;ρ=AS/(bho)=1.33%,则P=100=1.33,最大剪力设计值Vd=517.380KN

把相应参数值代入上式得

1.021.120.2106(20.61.33)501571601959522=220.574mm Sv2(0.61.0513.042)参照有关箍筋的构造要求,选用Sv=200mm

在支座中心向跨中方向长度不小于1倍梁高范围内,箍筋间距取用100mm 由上述计算,箍筋的配置如下:全梁箍筋的配置为2

10双肢箍筋,在由支座中

心至距支点2.508m段,箍筋间距可取为100mm,其他梁段箍筋间距为200mm。

箍筋配筋率为:

当间距Sv=100mm时,ρsv=Asv/(bSv)=157×100%/(100×160)=0.98% 当间距Sv=200mm时,ρsv=Asv/(bSv)=157×100%/(200×160)=0.49% 均满足最小配箍率HRB235钢筋不小于0.18&的要求。

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4.3.4斜截面抗剪验算

斜截面抗剪强度验算位置为:(1)距支座中心h/2处截面。(2)受拉区弯起钢筋弯起点处截面。(3)锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面。(4)箍筋数量或间距有改变处的截面。(5)构件腹板宽度改变处的截面。

进行斜截面抗剪验算的界面有:

距支点h/2处截面1—1,相应的剪力和弯矩设计值分别为:

Vd=486.747KN Md=196.2KN·m

距支点中心0.833m处截面2—2(第一排弯起钢筋弯起点),相应的剪力和弯矩设计值分别为: Vd=466.529KN Md=316.735KN·m

距支点中心1.588m处截面3—3(第二排弯起钢筋弯起点及箍筋间距变化处),相应的剪力和弯矩设计值分别为:

Vd=420.09KN Md=563.779KN·m

距支点中心2.276m处截面4—4(第三排弯起钢筋弯起点),相应的剪力和弯矩设计值分别为:Vd=378.062KN Md=760.403KN·m

距支点中心2.96m处截面5—5(第四排弯起钢筋弯起点),相应的剪力和弯矩设计值分别为:Vd=336.033KN Md=923.396KN·m

验算斜截面抗剪承载力时,应该计算通过斜截面顶端正截面内的最大剪力Vd和相应于上述最大剪力时的弯矩Md。最大剪力在计算出斜截面水平投影长度C值后,可内插求得。

受弯构件配有箍筋和弯起钢筋时,其斜截面抗剪强度验算公式为: oVdVcsVsb oVcsVsbVsb0.75103fsdAsbsins

Vcs130.45103bho(20.6P)fcu,ksvfsv

式中,Vcs—斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力设计值(KN) Vsb—与斜截面相交的普通弯起钢筋的抗剪能力设计值(KN) Asb—斜截面内在同一弯起平面的普通弯起钢筋的截面面积(mm2)

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1—异号弯矩影响系数,简支梁取值为1.0 3—受压翼缘的影响系数,取1.1 sv—箍筋的配筋率,ρsv=ASv/(bSv)

计算斜截面水平投影长度C为 C=0.6mho

式中,m—斜截面受压端正截面处的广义剪跨比,mMd(,当m>3.0,取 /Vdho) m=3.0

Vd—通过斜截面受压端正截面内由使用荷载产生的最大剪力组合设计值 Md—相应于上述最大剪力时的弯矩组合设计值(KN·m)

ho—通过斜截面受压区顶端处正截面上的有效高度,自受拉纵向主钢筋的 合力点至受压边缘的距离(mm)

为简化计算可近似取C值为 C≈ho(ho可采用平均值),则有 C=(0.879+0.952)/2=1.831m 有C值可内插求的各斜截面顶端处的最大剪力和相应的弯矩。 斜截面1—1: 斜截面内有2

40纵向钢筋,则纵向受拉钢筋的配筋百分率为: P=100ρ=10021017.90.695

1601831 ρsv=ASv/(bSv)=1.57×100%/(100×186)=0.98%

则有,

500.98%195 Vcs11.01.10.451031601831(20.60.695)=828.752KN

斜截面截割两组弯起钢筋2Φ

36+2Φ

36,故

Vsb1=0.7510328020362sin45=604.661KN

Vcs1+Vsb1=1433.413KN>486.747KN

斜截面2—2: 斜截面内有2

40纵向钢筋,则纵向受拉钢筋的配筋百分率为:

P=0.695 ρsv=ASv/(bSv)=0.98%

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则有,

Vcs11.01.10.451031601831(20.60.695)500.98%195

=828.752KN

斜截面截割两组弯起钢筋2Φ

36+2Φ

36,故

Vsb1=0.7510328020362sin45=604.661KN

Vcs1+Vsb1=1433.413KN>466.529KN

斜截面3—3:

斜截面内有4Φ36纵向钢筋,则纵向受拉钢筋的配筋百分率为:

P=100ρ=10041017.91.39

1601831 ρsv=ASv/(bSv)=1.57×100%/(200×160)=0.49%

则有,

500.49%195 Vcs31.01.10.451031601831(20.61.39)=634.558KN

斜截面截割两组弯起钢筋2Φ36+2Φ25,故

Vsb3=0.75103280(2036982)sin45=448.150KN Vcs3+Vsb3=1028.708KN>420.09KN

斜截面4—4:

斜截面内有6Φ36纵向钢筋,则纵向受拉钢筋的配筋百分率为: P=100ρ=10061017.92.08

1601831 ρsv=ASv/(bSv)=157×100%/(200×160)=0.49%

则有,

500.49%195 Vcs41.01.10.451031601831(20.62.08) =679.328KN

斜截面截割两组弯起钢筋2Φ25+2Φ20,故

3Vsb4=0.7510280(982628)sin45=221.402KN

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Vcs4+Vsb4=900.73KN>378.062KN

斜截面5—5:

斜截面内有6Φ36+2Φ25纵向钢筋,则纵向受拉钢筋的配筋百分率为:

P=0.42

ρsv=ASv/(bSv)=0.49%

则有,

500.49%195 Vcs51.01.10.451031601831(20.62.42) =700.337KN

斜截面截割两组弯起钢筋2Φ20+2Φ14,故

Vsb5=0.75103280(308628)sin45=129.723KN Vcs5+Vsb5=830.06KN>336.033KN

故斜截面抗剪承载力满足要求。

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5、主梁的裂缝宽度验算

最大裂缝宽度按下式计算:

WfkC1C2C3ssEs(As30d  )bho(bf-b)hf0.2810式中C1—钢筋表面形状系数,取1.0

C2—作用长期效应影响系数,长期荷载作用时,C2=1+0.5Nl/Ns,Nl和 Ns分别为按作用长期效应组合和短期效应计算的内力值 C3—与构件受力性质有关的系数,取1.0

d—纵向受拉钢筋直径,当选用不同直径的钢筋时,改用换算直径de, dendndii2ii636236mm 636 ρ—纵向受拉钢筋配筋率,对钢筋混凝土构件,当ρ>0.02时,取ρ=0.02 当ρ<0.006时,取ρ=0.006

Es—钢筋的弹性模量,对HRB335钢筋,Es=2.0×105MPa bf—构件受拉翼缘宽度 hf—构件受拉翼缘厚度

ss—受拉钢筋在使用荷载作用下的应力按ss Ms—按作用短期效应组合计算的弯矩值 As—受拉区纵向受拉钢筋截面面积 取1号梁的跨中弯矩效应进行组合:

短期效应组合:MsSGik1jSQjk=MG0.7MQ1k1.0MQ2k

i1j1mnMs计算

0.87Asho =372.808+0.7×569.967/1.345+1.0×28.651 =698.096KN·M 式中MQ1k—汽车荷载效应标准值

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MQ2k—人群荷载效应标准值

长期效应组合:MlSGik2jSQjk=MG0.4MQ1k0.4MQ2k

i1j1mn =372.808+0.4×569.967/1.345+1.0×28.651 =570.96 KN·M 受拉钢筋在短期效应组合作用下的应力为

698.096106Msss=138.1621Mpa

0.87Asho0.876107951C210.5Nl570.96610.51.409 Ns698.096As60170.0168

bho(bf-b)hf160891(2000160)120138.1623036 50.28100.01682.010把以上数据代入Wfk1.01.4091.0 =0.143mm<0.20mm

裂缝宽度满足要求,同时在梁腹高的两侧应设置直径为6至8mm的防裂钢筋,以防止产生裂缝。

As'3020.0019,介于0.001到0.0若用6Φ8,则A302mm,可得bh1601000's2'02之间,满足要求。

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6、主梁的挠度验算

钢筋混凝土受弯构件,在正常使用极限状态下的挠度,可按给定的刚度用结构力学的方法计算。其抗弯刚度B可按下式计算:

B0B McrftkWo 2S0/W0

Mcr2Mcr2B0()[1()]MsMsBcr式中B0—全截面抗弯刚度,B0=0.95EcI0 Bcr—开裂截面的抗弯刚度,Bcr=EcIcr Mcr—开裂弯矩

—构件受拉区混凝土塑性影响系数 I0—全截面换算截面惯性矩 Icr—开裂截面换算截面惯性矩

ftk—混凝土轴心抗拉强度标准值,对C50混凝土ftk=2.65MPa So—全截面换算截面重心轴以上部分对重心轴的面积矩

W0—换算截面抗裂边缘的弹性抵抗矩

全截面换算截面对重心轴的惯性矩可近似用毛截面的惯性矩代替,由前文计算可知:I0=I=3.1559×1010mm4

Es2.0105n—钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比为n5.797 4Ec3.4510112bfx2bf-bx-hfnAsh0-x0代入后 221122000x2200160x1205.7976017879x0 22解得x=164.7mm

S02000120164.760(164.7120)160(164.7120)/23.0588107mm3 Mcr2ftkS022..653.0588107N•mm1.622108N•mm

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1123计算开裂截面换算截面惯性矩IcrnAsh0-xbfx3bf-bx-hf

33代入数据计算的:

1123Icr5.7976107(879164.7)2000164.73(2000160)(164.7120)33 =2.634×1010mm4

BcrEcIcr3.451042.63411010=0.9088×1015N·mm2

B00.95EcI00.953.451043.15591010N·mm=1.0341015N·mm

2

2

B0于是有,B

Mcr2Mcr2B0()[1()]MsMsBcr =

1.034101521.62210821.6221081.0341015()1996.98096106.98096100.90881015=0.93511015N·mm2

据上面的计算结果,结构跨中由自重产生的弯矩为MG=372.808KN·m,公路—Ⅰ级可变车道荷载qk=10.55KN/m,PK=210KN,跨中横向分布系数η=0.492,人群荷载q人=4.5KN/m,跨中横向分布系数η=0.679.

25MGL25372.8081061250006.489mm 永久作用fG48B480.9351101525qkl0Pkl30)可变作用(汽车)fQ1m( 384B48B510.510312.5410921010312.53109()=0.70.492 15153840.935110480.935110=4.377mm

可变作用(人群)

445qkl04.510312500fR1m1.00.679=1.0388mm 15384B3840.935110式中1—作用短期效应组合的频遇系数,对汽车1=0.7,人群1=1.0

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当采用C40至C80混凝土时,挠度长期增长系数=1.45至1.35,我们用的是C50混凝土,取=1.425,施工中可通过设置预拱度来消除永久荷载挠度,则在消除结构自重产生的长期挠度后主梁的最大挠度处不应超过计算跨度的1/600。

fl=1.45×(8.3259+1.9382)=14.8829mm挠度满足要求。 判别是否需要设置预拱度

fsl(1.425(4.3771.03886.489)17.034mm fQfGfR) <l0/600=20.83mm 符合规范要求

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7、行车道板的计算

(一)考虑到主梁翼缘板在接缝处沿纵向全长设置连接钢筋,故行车道可按两端固定和中间铰接的板进行计算,计算图示:

1》 每延米板上的恒载g:

沥青砼面层:g1=0.05×1×23=1.15KN•m C50砼层:g2=0.08×1×26=1.92KN•m

T形梁翼缘自重:g3=0.12×1.0×26=3.12kN•m

每延米跨板恒载合计:g==1.15+1.92+3.12=6.19kN•m

2》 永久荷载产生的效应

弯矩:MAh6.19(剪力:NAh(二) 车辆荷载产生的内力

公路一级:将后轮作用于铰接缝轴线上,后轴作用Xp=140KN,轮压里分布宽度如图示,对于车轮何在中后轮的着地长度a0.2m,宽度为

2b20.6m12.000.162)2.62KN•m

222.000.166.195.70KN2kN

2《公路桥梁设计通用规范》则得:

顺车轮方向轮压分布宽度aa2h0.46m

12垂直车轮方向轮压分布宽度bb2h0.86m 12荷载作用于悬臂根部的有效分布宽度单轮时

aa11.42l03.7m

a'a12l02.3m

P(l0b1/4)217.94KN•M 4a冲击系数1+μ=1.345

作作用于每米宽半条上的弯矩MAP(1)单个车轮时M'AP(1)取最大值

P(l0b1/4)14.43KN•M 4aMAP17.94KN•M

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作用于每米宽半条上的剪力vAP(1)(三)荷载组合

P25.45KN 4a恒载加汽车荷载1.4M1.2M1.2(2.62)1.4(17.94)28.26KN•M

APAh 1.4V1.2V1.25.71.424.4542.47KNAPAh行车道板的设计内力

MA28.26KN•M VA42.47KN

(四)截面设计,配筋和强度验算

悬臂板很不高度h=14cm,境保护层a=2cm,若选直径12钢筋,则有效高度hhad/20.140.020.0060.114m按《公路桥梁规范》:

00Mdfcabx(h0x/2))

28.2622.41000x(114x/2)

X=11.66mm≤0.55×0.144=62.7mm

Asfcdb'fxfsd928mm2

查有关资料,板宽1m内钢筋截面与间距表,当选用直径12mm的钢筋时,间距为120mm,此时提供的钢筋面积为:

As942mm2928mm2

按《公路桥梁规范》:矩形截面受弯构件的截面尺寸应符合下列要求,即:0.51103fbh0.51103501000114411.11KN42.47KN

cuk00.51032ftdbh00.51031.01.83114104.31KN42.47KN

故不需要进行斜截面抗剪承载力计算,仅按构造要求配置箍筋,板内分布钢筋用直径为8mm,间距取25cm

承载力验算:fdAfdb'x

sscfxfsdAs/fcdb'f11.78mm

Mdfcdb'fx(h0x/2)22.4100011.78(11411.78/2)28.53KN MdMjMA28.26KN•M 所以承载力满足要求

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8、设计总结

在这次桥梁工程概论的课程设计中,我们运用刚性横梁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。

通过对这次课程设计让我懂得了: 1.

对主梁桥,荷载横向分布指作用在桥上的车辆如何在各主梁间进行分配,或者说个主梁间如何共同分担车辆荷载。 2.

作用在桥面板上的荷载分配给各个主梁,而主梁的反力大小只要利用简支板的静力平衡条件即可求出,这就是杠杆原理法的原理。 3.

采用杠杆原理法计算时,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。 4.

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。 5.

通常用杠杆原理法计算荷载在支点处的横向分布系数,刚性横梁法用于计算荷载跨中的横向分布系数。 6.

对小跨径简支梁桥,一般只需计算跨中截面最大弯矩和支点截面以及跨中截面最大剪力:对于较大款经的简支梁桥,通常还计算跨径的1/4、1/8和3/8截面的内力:如果主梁顺桥跨方向的截面形状和尺寸有变化,还有钢筋弯起点处,应计算这些截面处的弯矩和剪力,并进行弯矩和剪力的承载力验算。 7.

影响线在荷载计算时的运用。

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参 考 文 献

[2] 姚玲森主编.桥梁工程.北京:人民交通出版社,2008. [3] 范立础主编.桥梁工程(上).北京:人民交通出版社,2003. [4] 叶见曙.结构设计原理.北京:人民交通出版社,2005.

[5] 江祖明,王崇礼主编.公路桥涵设计手册-墩台与基础[M] .北京:人民交通出版社,1994. [6] 公路桥涵设计手册-梁桥(上下册).北京:人民交通出版社,1996. [7] 公路工程技术标准(JTG B01-2003).北京:中华人民共和国交通部发布,2004. [8] 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004).北京:中华人民共和国交通部发布,2004. [9] 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:中华人民共和国交

通部发布,2004.

[10] 公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000).北京:中华人民共和国交通部发布,2000. [11] 预应力钢绞线规范(GBT 5224—2003).北京:中华人民共和国交通部发布,2003. [12] 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024—85).北京:中华人民共和国交通部发布,1985. [13] 卢树圣.现代预应力混凝土理论与应用.北京:中国铁道出版社,2000. [14] 胡兆同.陈万春编著.桥梁通用构造及简支梁桥.北京:人民交通出版社,2001. [15] 庄军生.桥梁支座.北京:中国铁道出版社,1994.

[16] 范丙臣.盖梁的设计与计算.桥梁结构2008,1009- 7716( 2008) 08- 0030- 02. [17] 易建国,混凝土简支梁(板)桥示例,[M]北京:人民交通出版社,2000 [18] 李运光,桥梁工程. [M]天津:天津大学出版社,2004 [19] 李自林,桥梁工程. [M]武汉:华中理工大学出版社,2007 [20] 凌治平,基础工程,[M]北京:人民交通出版社,2000

[21] Bert H Hesselink,Railway Bridge Across Dintel Harbour,rort of Rotterdam,the Nether

lands[J] .Structural Engineering Intenational,2003,(1):27-29.

[22] M,J,RYALL,et al.The Manual of Bridge Engineering.Published by Thomas Telford

Publishing,2000.

[1] 姜福香主编.桥梁工程.北京:机械工业出版社,2010.

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致 谢

在为期两个月的毕业设计期间,各项工作进行得比较顺利,这主要得益于白润波老师给予的无限关怀和指导,还有桥梁组的其他老师。各位老师不辞辛苦,非常细心、热心的帮助了我,提供了许多宝贵的意见和建议,不仅使我顺利完成了毕业设计,而且增强了我的自信心,使我的知识体系更加扎实;我从中学到很多书本上没有的东西,这些都是老师们多年教学、实践经验的总结,这为我们以后走向工作岗位奠定了良好的基础。在此谨向他们表示深深的谢意!此外,在我大学四年期间,还受到许多任课老师的精心栽培,教导我理论知识,传授我专业技能,让我再次向这些老师们表示衷心的感谢,愿所有恩师身体健康,工作顺利,家庭幸福美满!

在四年的学习期间,与课题组成员、同学的共同学习交流以及在学习上的共勉和帮助使我受益匪浅,在此谨向他们表示感谢!还要感谢四年来曾经帮助和关心我的水利土木工程学院2010级所有的同学们!

总的说来,我在这短暂而又充实的设计阶段,能够和老师、同学形成很好的配合并顺利完成设计任务,我感到非常荣幸与快乐,因为这样的机会仅有一次,它将是我人生旅途中一段美好的回忆,我会将这段经历深深的记在心里。最后,我再一次真诚的祝愿老师们身体健康,事业顺心,合家欢乐;祝愿同学们学业有成,能够在新的岗位上开创美好到明天,从而更好的来回报老师和母校!

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