预应力钢筋混凝土简支T形梁桥设计.doc

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1、课程名称：桥梁工程概论设计题目：预应力钢筋混凝土简支T形梁桥设计 院 系： 专 业： 学 号： 姓 名： 元 芳 指导教师： 联系方式： 西南交通大学峨眉校区2012年6 月 2 日课 程 设 计 任 务 书 专 业 0 姓 名 学 号 开题日期：2012-5-15 完成日期：2012-6-3 题 目：预应力纲纪混凝土简支T形梁桥设计一、设计的目的通过本次预应力纲纪混凝土简支T形梁桥设计，掌握并巩固课堂所学知识二、 设计的内容及要求 设计内容： 1、计算桥面板内力（最大弯矩和剪力） ； 2、计算主梁内力（跨中弯矩和剪力及支座处最大剪力） ，进行强度检算； 要求： 1、本课程设计须按教务对课程设

2、计的排版格式要求，形成电子文档，并打印成文本 上交，同时电子文档也须上交。 2、本课程设计期末考试时必须交三、指导教师评语 四、成 绩 指导教师 (签章) 年 月 日 目录第一章 设计资料41.1 设计资料4第二章 主要尺寸拟定42.1 尺寸拟定4第三章 行车道板的计算93.1 桥面板恒载计算93.2 铰接板的内力计算10第四章 主梁内力计算84.1 求横向分布系数84.2 主梁内力计算11第五章 荷载效应组合215.1 承载力极限状态设作用效应组合225.2 正常使用极限状态设作用效应组合22第六章 截面验算.236.1 持久状况承载能力极限状态计算246.2 持久状况正常使用极限状态计算2

3、4 6.3 挠度验算24第七章 设计小结25一、设计资料1、 计算跨径：2、 设计荷载：公路级荷载；人群荷载人行道重力： 预制横隔梁的重力密度为3、主要宽度尺寸：行车道宽度为 8.5m，人行道宽度为 0.75m， 每片梁行车道板宽2.00m4、行车道板间连接形式：刚性连接3、 铺装层及其各项指标：桥面铺装层外边缘处为2cm的沥青表面处治（重力密度 ）和6cm厚的混凝土三角垫层（重力密度 ），桥面横坡 1.5%4、 其他数据：弹性模量5、 设计依据： 公路桥涵设计通用规范（JTG D602004） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTG D622004）8、设计方法：承载能力极限状态法

4、 二、主要尺寸拟定 主梁高度公路普通钢筋混凝土梁高跨比的经济范围约为1/111/16；预应力混凝土梁的高跨比为1/151/25，随跨度增大而取较小值,本课程设计采用1350mm的主梁高度 梁肋厚度 常用的梁肋厚度为15cm - 18cm，视梁内主筋的直径和钢筋骨架的片数而定。当腹板内有预应力箍筋时，厚度不得小于腹板高度的1/20，无预应力箍筋时，不得小于1/15，经综合考虑，本课程设计采用梁肋厚度160mm 翼缘板的厚度根据受力特点，翼缘板的厚度通常都做成变厚度的，即端部较薄,向根部逐渐加厚，为了保证翼缘板与梁肋联结的整体性，翼缘板与梁肋衔接处的厚度不应小于主梁高度的1/12。对铁路桥梁，板与

5、梗腋相交处厚度不得小于梁高的1/10本课程设计中，翼缘板厚度已给定 马蹄尺寸马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄的总面积占总面积的10%-20%为宜。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范对钢束净距及预留管道的构造要求，初步拟定马蹄宽度为480mm，高度为220mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度160mm，以减小局部预应力，截面形式如下图所示 横隔梁间距及厚度 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范中规定两横隔梁之间间距不得大于10m, 故沿在本设计中主梁纵向布置5道横隔梁。横隔梁的厚度拟定为150mm。横隔板间距=6525mm。横隔梁形式如下图所示 变截面

6、位置 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范中规定，当腹板宽度有变化时，其过渡段长度不应小于12倍腹板宽度差，本设计主梁采用等高形式。横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变，为布置锚具的需要，在距离梁端1350mm开始设置变截面。沿桥梁纵向3840mm范围内进行马蹄过渡，马蹄部分为配合钢筋束弯起开始向支点逐渐抬高在马蹄抬高，布置形式如下图 变截面结构尺寸图（尺寸单位：mm） 三、 行车道板的计算本设计中行车道板的计算按铰接板计算一、 恒载及内力计算1) 人行道重力集度：2) 桥面铺装重力集度： a、沥青 b、混凝土三角垫层 3) T梁翼板自重 则二、 桥面板车辆荷载产生的内力将后轮作用于铰接缝上，后

7、轴作用力为P=140KN，轮压分布宽度如图，通过查询 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTG D622004），对于车轮荷载中，前轮着地宽度 后轮着地宽度，铺装层厚度 则荷载对于悬臂根部的有效分布宽度则重车后轴两轮的邮箱分布宽度重叠，则铰接处的两个车轮对于悬臂根部的有效分布宽度为冲击系数:公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）上第6条规定，汽车荷载的局部加载及在T梁、箱梁悬臂板上的冲击系数采用1.3，即作用于每米宽板条上的弯矩为：作用于每米宽板条上的剪力为：三、 荷载组合恒载与活载产生同号内力时，组合：恒载与活载产生异号内力时，组合：故行车道板的设计内力： 弯矩： 剪力： 四

8、、主梁内力计算一、横向分布系数计算 因结构对称，故只须计算号梁，号梁，号梁的内力，号梁的内力与号梁的相同，号梁的内力同号梁的相同1、 杠杆原理法计算支点处的横向分布系数 根据公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）规定，在横向影响线上确定荷载沿横向最不利的布置位置，对于汽车横向轮距为180cm,两辆汽车车轮的横向最小间距为130cm, 车轮距离人行道缘石最少为50cm.。由此，求出相应于荷载位置的影响线竖标后，可求得梁的横向分布系数。计算结果及其示意图如下所示 杠杆原理法计算梁的横向分布系数图式(尺寸单位： cm ）号梁：可变作用（汽车）： 可变作用（人群）： 号梁：可变作用（汽车）：

9、可变作用（人群）： 号梁：可变作用（汽车）： 可变作用（人群）：2、 刚性横梁法求跨中横向分布系数（1）、求荷载横向分布影响线竖标本桥各根主梁的横截面均相等，则各梁的相等，梁数n=5,梁间距为200cm,号梁:号梁:号梁:（2）、绘出荷载横向分布影响线，并按最不利位置加载，并求其相对应的影响线坐标值，计算结果如下所示 号梁号梁号梁号梁： 荷载对应影响线竖标值： 汽车荷载：hh h 人群荷载：号梁： 荷载对应影响线竖标值：h汽车荷载： h h 人群荷载：号梁 荷载对应影响线竖标值：h 汽车荷载：h 人群荷载：各梁横向分布系数汇总表项目梁号号梁号梁号梁横向分布系数汽车荷载0.660.43750.5

10、30.71250.40.725人群荷载0.66251.31250.4312500.20二、内力计算1、恒载内力计算（1）、主梁及其横隔板各项系数指标（CAD画图求出，计算草图如下） 截面形式面积(单位：)质心(单位：) 惯性矩（单位：）0.86580 X: 310.0855 Y: 483.8816 X:0.0645105 Y:0.05974740.63119X: 330.0273 Y: 481.1420X:0.0487285 Y:0.02263290.90739 X: 240.0000 Y: 843.4480 X: 0.16338 Y: 0.11971 0.63400 X:240.0000 Y

11、: 894.1241X:0.14106 Y: 0.11189 0.69800 X:240.0000 Y: 848.8176 X:0.15560E Y: 0.11367E（2）、求主梁自重集度主梁全长端截面面积中截面面积变截面末端面积主梁自重集度（3）、横隔板自重集度中横隔板面积端横隔板面积（3）、人行道与行车道板自重集度主梁恒重集度如表主梁恒重集度主梁横隔板对于边主梁对于中主梁桥面结构合计边主梁中主梁计算主梁恒载引起的内力设x为计算截面离左支座距离，并令，计算简图如下计算公式：主梁恒载内力计算结果边主梁中主梁剪力（KN）弯矩（KNm）剪力（KN）弯矩（KNm）支点处308.1630314.25

12、70跨中02010.76202050.527154.0811508.071157.1281537.895231.122879.708235.693897.106变截面起始处276.284394.501281.748402.3032、活载内力计算1）、计算基频按桥规4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构的基频。简支梁的基频可采用下列公式计算： 式中： 边主梁 中主梁则 2）、计算冲击系数根据桥梁规范，本桥的基频满足：，可计算出汽车荷载的冲击系数为：3）求、号梁跨中截面的最大弯矩和最大剪力根据桥规，公路II级的均布荷载标准值和集中荷载标准值为： 计算弯矩时计算剪力时，人

13、群荷载因双车道不折减，故。截面弯矩计算的一般公式：式中：所求截面的弯矩或剪力；汽车荷载的冲击系数，对于人群荷载不计冲击系数；多车道桥涵的汽车荷载折减系数；车道荷载的均布荷载标准值；使结构产生最不利效应的同号影响线面积；车道荷载的集中荷载标准值；所加载影响线中一个最大影响线峰值；截面弯矩计算的一般公式： 对于人群荷载的内力计算，只需要按照上面的公式不计冲击系数和多车道折减系数，并将车道均布荷载集度换为人群荷载标准值，代入人群荷载的横向分布系数即可号梁的内力计算a、跨中弯矩（最大弯矩）：跨中弯矩最大，画出弯矩和剪力影响线如图 车道荷载引起的最大弯矩： 人群荷载引起的最大弯矩b、跨中剪力 c、支座处

14、剪力（最大剪力） 在计算主梁的最大剪力时（梁端截面），鉴于主要荷载位于所考虑一端的变化区段内，而且相对应的内力影响线坐标均接近最大值，故应该考虑该段内横向分布系数变化的影响，对位于靠近远端的荷载，鉴于相应影响线坐标值的显著减小，则可进食取用不变的来简化计算车道荷载引起的最大剪力： 人群荷载引起的最大剪力： 号梁的内力计算a、最大弯矩跨中弯矩最大，画出弯矩和剪力影响线如图 车道荷载引起的最大弯矩： 人群荷载引起的最大弯矩b、跨中剪力 c、支座处剪力（最大剪力）车道荷载引起的最大剪力： 人群荷载引起的最大剪力： 号梁的内力计算a、最大弯矩跨中弯矩最大，画出弯矩和剪力影响线如图 车道荷载引起的最大弯

15、矩： 人群荷载引起的最大弯矩b、跨中剪力 c、支座处剪力（最大剪力）车道荷载引起的最大剪力： 人群荷载引起的最大剪力： 五、荷载效应组合一、按照承载力极限状态设计时的作用效应组合 其中结构重要性系数按照公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）表1.0。9规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级、三级分别取1.1、1.0、和0.9二、 按照正常使用极限状态设计时作用效应的组合a、 作用短期效应组合 其中指可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）、人群荷载、风荷载、温度梯度作用、其他作用b、 作用长期效应组合 其中指可变作用效应的频遇值系数，汽车荷载（不计冲击力）、人

16、群荷载、风荷载、温度梯度作用、其他作用结合本课程设计、对应、号梁的荷载组合采用下列公示计算按照承载力极限状态设计时的作用效应组合（组合1） 作用短期效应组合（组合2） 作用长期效应组合（组合3） 各组合值如下表所示梁号内力值项目跨中弯矩（最大）组合1组合2组合3恒载车辆人群号梁2010.7621564.937148.0834618.308 2909.456 2351.125 号梁2050.5271241.07596.3944306.099 2685.387 2255.228 号梁2050.527936.66044.7043822.025 2420.607 2112.786 梁号内力值项目跨中剪

17、力组合1组合2组合3恒载车辆人群号梁0115.2495.674167.703 86.348 48.369 号梁091.2453.693131.879 67.565 37.975 号梁068.9801.71398.491 49.999 28.277 梁号内力值项目支座剪力（最大）组合1组合2组合3恒载车辆人群号梁308.163201.20027.798682.609 423.951 346.912 号梁314.257272.14811.387770.869 465.529 377.052 号梁314.257263.2095.281751.516 453.166 371.034 第六章 截面验算=

18、 一、 持久状况承载能力极限状态计算 其中结构重要性系数按照公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）表1.0。9规定的结构设计安全等级采用，对应于设计安全等级一级、二级、三级分别取1.1、1.0、和0.9此截面属于第一类T形截面，所以又所以满足要求二、持久状况正常使用极限状态计算正截面抗裂验算：（作用）短期效应组合：（作用）长期效应组合：满足要求三、挠度验算 钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土受弯构件，在正常使用极限状态下的挠度，可根据给定的构件刚度用结构力学的方法计算。预应力混凝土构件刚度：如果已知某钢筋混凝土简支梁的短期荷载作用弯矩为M，则该构件在短期荷载作用下的挠度如果已知某钢筋混凝土简

19、支梁的短期荷载作用弯矩为M，则该构件在短期荷载作用下的挠度采用第一个公式验算：满足要求综上，该设计满足要求。六、设计小结 通过对预应力混凝土简支梁T形梁桥设计计算，使我对桥梁的结构中各个组成部分有了一个更加清晰的认识，对构件设计的认识有了更进一步的理解。对计算荷载的理解（1）荷载设计值是根据已知荷载值算出的构件所受的荷载效应，是对实际荷载的等效代替；荷载承载力是计算出所设计出来的结构所能承受的最大荷载效应值；用荷载设计值代入公式中计算出来的配筋值应该适当扩大，因为计算时取的钢筋的屈服强度，按计算值配筋钢筋构件承载力很接近屈服强度，这样承载力验算常常达不到要求。（2）在计算荷载时，特别是在计算梁

20、的挠度时，在材料力学和结构力学中都涉及了相关的内容，在以往的学习过程中，老师讲解说，某个公式在什么地方运用时，对这些概念都是一知半解。通过这次课程设计任务，现在有了比较清晰的认识。设计中存在的问题1）设计理论知识的缺乏在做设计的过程中，由于理论知识的不牢固，在公式的运用上，出现了很多疑问。桥梁的公式建立起来的理论基础是考虑了拉弯剪扭以及组合受力，在实际的运算过程中，由于不熟练，往往陷入繁杂的反复计算中。而且许多公式还是第一次使用，今后还需要加强这些方面的训练。2）计算设计过程中的大量计算曾经困扰了自己一段时间，这源自于对工具运用的不熟悉。许多的数据运算过程都可以用AUTOCAD画图从而计算惯性矩。在之前一直对AUTOCAD的大批量操作功能不是很熟悉。同时，在该课程设计中，还应用到了MIDAS，和ANSYS进行了结构的分析结语 本课程设计还有很多不足之处，所计算的被容也是比较简单的，真正地想要学好桥梁，还必须认真下来学习 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范以及相关文献资料26