装配式钢筋混凝土简支T梁桥计算.doc
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1、兰州理工大学课程设计说明书LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY课程设计说明书 设计题目 装配式钢筋混凝土简支T梁桥计算 课程名称 桥梁工程课程设计 学生姓名 樊瑜 学 号 10300628 专业班级 土木(6)班 指导教师 李喜梅 学 院 土木工程学院 时 间 2013 年 春季 学期 目录一、基本设计资料- 3 -(一)跨度与桥面宽度- 3 -(三)主要材料- 3 -(四)构造形式及截面尺寸(如下图)- 3 -二、主梁的计算- 4 -(一)主梁荷载横向分布系数计算- 4 -(二)作用效应计算- 8 -(三)主梁配筋计算- 15 -(四)斜截面抗剪强度验算- 26
2、-(五)持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算- 28 -(六)持久状况正常使用极限状态下的挠度验算- 29 -三、行车道板的计算- 32 -(一)永久荷载效应计算- 32 -(二)截面设计与配筋及验算- 34 -四、横隔梁配筋计算- 35 -(一)确定作用在跨中横隔梁上的可变作用- 35 -(二)跨中横梁的作用效应影响线计算- 36 -钢筋混凝土简支T型梁桥设计计算书一、基本设计资料(一)跨度与桥面宽度1. 标准跨径:16m(墩中心距)。2. 计算跨径:15.5m。3. 主梁全长:15.96m。4. 桥面宽度(桥面净空):净7m(行车道)+20.5m(防撞栏)。(二)技术标准1. 设计荷载:
3、公路级,防撞栏自重线密度按照单侧10kN/m计算。2. 环境标准:I类环境。3. 设计安全等级:二级。(三)主要材料1. 混凝土:混凝土简支T形梁及横梁采用C50混凝土;桥面铺装上层采用0.03m沥青混凝土,下层为后0.06-0.13m的C50混凝土,沥青混凝土重度按23KN/m3计,混凝土重度按26KN/m3计。2. 钢材:采用R235钢筋,HRB335钢筋。(四)构造形式及截面尺寸(如下图)如图所示,全桥共由五片T形梁组成,单片T形梁高为1.1m,宽1.6m,桥上横坡为双向2%,坡度由C50混凝土桥面铺装控制;设有5根横梁。二、主梁的计算(一)主梁荷载横向分布系数计算 1.跨中荷载横向分布
4、系数如前所述,桥跨内设有五道横隔梁,具有可靠的横向联系,且承重结构的跨宽比为:L/B=15.5/8.0=1.9375,接近于2.0,故可以按修正的刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数。(1)计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩和1)求主梁截面的重兴位置x翼缘板厚度按平均厚度计算,其平均板厚为 则, 2)抗弯惯性矩为对于T形梁截面,抗扭惯性矩可近似按下式计算: 式中,单个矩形截面的宽度和高度矩形截面抗扭刚度系数梁截面划分为单个矩形截面的个数计算过程及结果见下表。分块名称/cm/cm/翼缘板160110.068750.3330.0007098腹板99160.1620.2990.00172630.00
5、24362即得(2)计算抗扭修正系数,主梁的间距相同,将主梁近似看成等截面则得代入上式,计算得。(3)按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值 式中,;表示单位荷载P=1作用于j号梁轴上时,i号梁轴上所受的作用。计算所得的列于下表内。梁号10.56440.38220.20.0178-0.164420.38220.29110.20.10890.017830.20.20.20.20.2(4) 计算荷载横向分布系数;绘制横向分布影响线图,然后求横向分布系数。根据最不利荷载位置分别进行布载。布载时,汽车荷载距离防撞栏边缘距离不小于0.5m,防撞栏每延米重取为10.0KN/m,防撞栏重以横向分布系数的方
6、式分配到各主梁上。各梁的横向分布系数:汽车荷载:2.梁端剪力横向分布系数计算(杠杆原理法)端部剪力横向分布系数计算图示如下:汽车荷载:(二)作用效应计算1.永久作用效应构件名构件尺寸单位长度体积/重度/每延米重主梁0.3542269.21横隔梁中梁0.0442261.15边梁0.0221260.575桥面铺装0.042230.9660.1389233.1944.16防撞栏4(1)永久荷载:假定桥面构造各部分重力平均分配给各主梁承担,则永久荷载计算结果见下表。防撞栏重力按防撞栏横向分布系数分配至各梁的板重为:由于横向分布系数均相同,=0.4,则q=0.4X10KN/m=4.0KN/m.各梁的永久
7、荷载汇总结果见下表: 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(5)9.210.587544.1617.952(4)9.211.1544.1618.5239.211.1544.1618.52(2)永久作用效应计算1)影响线面积计算见下表影响线面积计算表项目计算面积影响线面积 2)永久作用效应计算见下表永久作用效应计算表梁号1(5)17.9530.03539.038517.9522.52404.23417.957.75139.11252(4)18.5230.03556.155618.5222.52417.070418.527.75145.53318.5230
8、.03556.155618.5222.52417.070418.527.75145.532.可变作用效应(1)汽车荷载冲击系数计算:结构的冲击系数与结构的基频有关,故应先计算结构的基频,简支梁桥的基频简化计算公式为 其中:由于,故可由下式计算汽车荷载的冲击系数:(2)公路-级均布荷载、集中荷载及其影响线面积计算见下表,计算弯矩时,计算剪切力时,按最不利方式布载可计算车道荷载影响线面积,其中的影响线面积取半跨布载方式为最不利,。公路-级车道荷载及其影响线面积计算表项目顶点位置处10.522230.03处10.522222.52支点处10.5266.47.75处10.5266.41.938(3)可
9、变作用弯矩效应计算弯矩计算公式为 其中,由于只能布置两车道,故横向折减系数=1.0.计算跨中和处弯矩时,可近似认为横向分布系数沿跨长方向均匀变化,故各主梁值沿跨长方向相同。公路-级车道荷载产生的弯矩计算表10.52571.29410.530.032223.875799.68490.525722.522222.906599.745820.462630.032223.875703.69840.462622.522222.906527.758130.430.032223.875608.47240.422.522222.906456.3407永久作用设计值与可变作用设计值的分项系数为:永久荷载作用分项
10、系数:汽车荷载作用分项系数:基本组合公式为 式中 -桥梁结构重要性系数,取1.0; -在作用效应组合中除汽车荷载应(含冲击力、离心力)的其他可变作用效应的组合系数,人群荷载的组合系数取为0.8.弯矩基本组合计算表梁号内力永久荷载汽车荷载弯矩基本组合值1539.0385799.68491589.7646404.234599.74581192.25242556.1556703.69841482.7202417.0704527.75811111.97043556.1556608.47241367.3233417.0704456.34071025.4253(4)可变作用的剪力效应计算:在可变作用剪力效
11、应计算时,应计入横向分布系数沿桥跨方向变化的影响。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;再用支点剪力荷载横向分布系数并考虑支点至为直线变化来计算支点剪力效应。1)跨中截面剪力的计算 跨中剪力的计算结果见下表。公路-级车道荷载产生的跨中剪力计算表梁号内力剪力效应/KN10.52571.29410.51.938266.40.5104.452620.46261.29410.51.938266.40.591.915130.41.29410.51.938266.40.579.47502)支点处截面剪力的计算支点剪力效应横向分布系数的取值为:支点处为按杠杆原理法求得的段为跨中荷载的横向
12、分布系数支点到及到另一支点段在和之间按照直线规律变化。梁端剪力效应计算:汽车荷载作用及横向分布系数取值如图.6计算结果及过程如下,1号梁:kN2号梁: 3号梁:剪力效应基本组合,基本组合公式为, 各分项系数取值同弯矩基本组合。剪力效应基本组合表梁号内力永久荷载汽车基本组合值1139.1125205.2524408.85950104.4526131.61032143.5300221.9798434.4626089.9103113.28703143.5300251.5187471.9260079.4750100.1385由上表可以看出,剪力效应以3号梁控制设计。由以上的弯矩表和剪力表可画出弯矩包络
13、图和剪力包络图,如下:(三)主梁配筋计算1.已知设计数据及要求钢筋混凝土简支梁全长,计算跨径L=15.5m。T型截面梁的尺寸如图,桥梁处于I类环境条件,安全等级为三级,。 梁体采用C50混凝土,轴心抗压强度设计值,轴心抗拉强度设计值。主筋采用HRB335钢筋,抗拉强度设计值;箍筋采用R235钢筋,直径8mm,抗拉强度设计值。简支梁控制截面的弯矩组合设计值和剪力组合设计值为:跨中截面 跨截面 支点截面 要求确定纵向受拉钢筋数量和进行腹筋设计2.跨中截面的纵向受拉钢筋计算(1)T形截面梁受压翼板的有效宽度由图2-3-1所示的T形截面受压翼板厚度的尺寸,可得翼板平均厚度。则可得到(相邻两主梁的平均间
14、距为1600mm)故取受压翼板的有效宽度为。(2)钢筋数量计算 根据公路桥规查的。桥梁结构的重要性系数则弯矩设计值 为了便于进行计算,将图中的实际截面换成图2所示的计算截面,其余尺寸不变。 截面设计1)因采用的是焊接钢筋骨架,故设,则截面有效高度。2)判定T形截面类型 故属于第一类T形截面。3)求受压区高度 整理后,得到 解方程得合适解为 4)求受拉钢筋面积将各已知值及=45mm代入公式,可得到 现选择钢筋为828+420,截面面积。钢筋叠高层数为6层,布置如图7。混凝土保护层厚度取35mmd=28mm及附表中规定的30mm,钢筋间横向净距及。故满足构造要求。 截面复核已设计的受拉钢筋中,82
15、8的面积为4926,416的面积是1256,。由钢筋布置图可求得,即则实际有效高度。1)判断T形截面类型 由公式得 由于,故为第一类截面。2)求受压区高度 由公式,求得,即3)正截面抗弯承载力 由公式,求得正截面抗弯承载力为又,故截面复核满足要求。跨中截面主筋为828+420,焊接骨架的钢筋层数为6层,纵向钢筋面积,布置如图。截面有效高度,抗弯承载力。3. 腹筋设计(1)截面尺寸检查根据构造要求,梁最底层钢筋228通过支座截面,支点截面有效高度为。截面尺寸符合设计要求。(2)检查是否需要根据计算配置箍筋跨中段截面 支座截面 因,故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋,其余区段应按计算配置钢筋
16、。(3)计算剪力图分配在图中所示的剪力包络图中,支点处剪力计算值,跨中处剪力计算值。的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得,为 在长度内可按构造要求布置箍筋。同时,根据公路桥规规定,在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高h=1100mm范围内,箍筋的间距最大为100mm。距支座中心线为处的计算剪力值()由剪力包络图按比例求得,为其中应由混凝土和箍筋承担的剪力计算值至少为;应由弯起钢筋(包括斜筋)承担的剪力计算值最多为,设置弯起钢筋区段长度为4084mm。(4)箍筋设计采用直径为8mm的双肢箍筋,箍筋截面积在等截面钢筋混凝土简支梁中,箍筋尽量做到等距离布置。为计算方便,按公式设计箍筋时
17、,式中的斜截面内纵筋配筋率p及截面有效高度可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用,计算如下:跨中截面 支点截面 则平均值分别为箍筋间距为确定箍筋间距的设计值尚应考虑公路桥规的构造要求。若箍筋间距计算值取,是满足要求的。但采用8双肢箍筋,箍筋配筋率,且小于和400mm。综上计算,在支座中心向跨径长度方向的1100mm范围内,设计箍筋间距=100mm,尔后至跨中截面统一的箍筋间距取=200mm。(5)弯起钢筋设计设焊接架立钢筋骨架(HRB335)为22,钢筋重心至梁受压翼板上边缘距离。弯起钢筋的弯起角度为,弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。为了得到每对弯起钢筋分配的剪力,由各排弯起钢筋的末端折点应落在前
18、一排弯起钢筋起点的构造规定来得到各排弯起钢筋的弯起点计算位置,首先要计算弯起钢筋上、下弯点之间垂直距离。现拟弯起N1N5钢筋,将计算的各排弯起钢筋弯起点截面的以及至支座中心距离、分配的剪力计算值、所需的弯起钢筋面积值列入表中。弯起点12345933.7902.1870.5847.8825.1距支座中心距离933.71835.82706.33549.84366.3分配的计算剪力值(kN)179.15162.3185122.746784.5611需要的弯筋面积()12071093827570可提供的弯筋面积 ()123212321232628弯筋与梁轴交点到支座中心距离(mm)4661340230
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