《桥梁工程课程设计_1.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《桥梁工程课程设计_1.pdf(26页珍藏版)》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 桥梁工程课程设计 文档编制序号:KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688 桥梁工程课程设计 三跨一联简支转连续桥设计及计算说明书 指导教师:田立华 姓名:于函 学号:1 设计要求 桥跨布置 跨径布置选取 3*L(m),梁高 H=2m,桥宽 B=25m 其中,L 为标准跨径,L=(A+每班的该同学学号)m A 值,6 班取 25m,7 班取 38m,8 班取 31m。这里 L=32m 主要技术标准(1)桥梁荷载标准:公路-I 级(2)桥梁横断面:(桥侧护栏)+(车行道)+(中央分隔带护栏)+(车行道)+(桥侧护栏)。(3)桥面横坡:%(4)设计基准期:100 年(5
2、)抗震设计标准:桥梁抗震设防烈度为 7 度,设计基本地震加速度峰值为,设计地震分组为第一组,反应谱特征周期为。(6)桥梁设计安全等级:一级(7)防撞等级:桥侧防撞护栏等级为 SS 级;中央分隔墩防撞护栏为 SA 级。采用的主要规范与标准(1)工程结构可靠度设计统一标准(GB-/T50283-1999);(2)公路工程技术标准(JTGB01-2003);(3)公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004),简称通规;(4)公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2004);(5)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004),简称公预规;(6)公路桥涵地基与基础设计规范(JT
3、G D63-2004);(7)公路桥梁抗震设计细则(JTG/TB02-01-2008);(8)公路交通安全设施设计细则(JTG/TD81-2006);(9)公路桥梁伸缩缝装置(JT/T327-2004);(10)公路桥梁盆式橡胶支座(JT 391-1999);(11)预应力混凝土桥梁用塑料波纹管(JT/T 529-2004);(12)工程建设标准强制性条文 公路工程部分 建设部 2002;(13)公路桥涵施工技术规范(JTG/TF50-2011)。2 总体设计 桥型设计 每跨为 32m 的等高度梁,主梁选用四片单箱单室箱梁 桥跨结构设计 跨径设计:采用三等跨设计,每单跨标准跨径为 32m。完成
4、体系转换后,中跨计 算跨径即为 32m,边跨计算跨径理论为,计算中仍以 32m 计算;预制的主梁 施工初期安装在临时支座上,预制箱梁梁长,中墩临时支座中心线距桥墩中心线为,施工阶段简支梁计算跨径为 31m。梁高:参考已有桥型和公路桥涵设计手册,等跨布置的连续梁高跨比采用 1/15-1/25,预应力简支梁高跨比采用 1/16-1/25,参考已有桥型,对比跨径 40 米的简支转连续,主梁采用箱形截面,选择梁高 H=2米,高跨比 H/L=1/20。桥面布置与构造 桥面铺装:钢筋混凝土 80mm,=25kN/m3;沥青混凝土 100mm,=23kN/m3;边防撞护栏 15kN/m/侧,中防撞护栏 8k
5、N/m 桥面横坡:%横断面设计 桥宽设计 桥梁横断面:(桥侧护栏)+(车行道)+(中央分隔带护栏)+(车行道)+(桥侧护栏)。主梁尺寸设计 底板厚度:跨中底板厚度取用 18 厘米,支点处底板厚度为 32 厘米。顶板厚度:顶板厚度为 18 厘米。腹板厚度:跨中截面梁肋总厚度不宜小于桥宽的 1/12-1/20,故厚度定为 20cm;支点截面梁肋总厚度不宜小于桥宽的 1/8-1/12,故选用与底板同厚度 32cm;截面设计图如下 2400/2501050100标准横断面图 截面变化从距离临时支座 400cm 处开始至支座 20cm 处。横隔梁布置 中横隔梁采用 20 厘米,端横隔梁采用 35 厘米。
6、施工工序(1)预制主梁,养生后张拉正弯矩区预应力钢束;(2)设置临时支座并安装好永久支座,逐孔架设箱梁,连接桥面板钢筋及横隔板钢筋;中梁跨中中梁支点边梁跨中边梁支点3003030200181820300303020018323230030181820020183003018182003232湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝 (3)连接连续接头段钢筋,绑扎横梁钢筋,浇筑连续接头中横梁及负弯矩区桥面板;(4)浇筑剩余桥面板湿接缝,拆除临时支座,完成简支到连续的体系转换 3 内力计算 计算阶段 根据施工方法,该桥内力计算分为以下阶段计算:(1)施工阶段简支梁状况 临时支座工作,计算跨径:中跨 l
7、cc=31m;边跨 lcs=31m;箱型截面梁翼缘有效宽度:依据公预规 条计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。(2)使用阶段连续梁状况 完成体系转换,使用永久支座,计算跨径:中跨 lsc=32m;边跨 lss=同样依据公预规 条,经计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。截面几何特性计算 利用 Midas 截面特性值计算工具箱计算主梁横截面各阶段几何特性 面积()抗弯惯性距()抗扭惯性距()抗弯惯性比形心(距上缘)(cm)形心(距下缘)(cm)跨中13310641037107542286081.3118.7支点1789378719570898
8、6758089.3110.7跨中14048663172226746305377.6122.4支点18756763463198348460085.8114.1跨中14391693489007583601075.8124.2支点18973853207009025296084.8115.2跨中14588768214766992721475.1124.9支点19296866941038659892983.6116.3截面位置预制中梁预制边梁成桥中梁成桥边梁1.231.151.231.13 由于中梁跨中与支点截面的抗弯惯性比为 23=0.88,l/3=沿横向分布边长:1=2+2=0.6+0.36=0.9
9、6(2)恒载及其产生的内力 跨中弯矩:=28=10.051.3228=2.189kN?m 支点剪力:支=02=10.051.142=5.728(3)车辆荷载产生内力 分别按照最不利载位布置车轮荷载,可得:跨中弯矩:=(1+)8(12)=14081(1.320.962)=19.11?支点剪力:支=(1+)(11+22)其中,1=2=14021=70/1=1120=10.9621.14=0.579 2=81()2=1.665 2=1a60=0.962 则 支=(1+0.3)(700.579+1.6650.962)=54.771 (4)荷载组合 恒+汽:0=+=2.189+19.11=21.299?
10、m 0=支+支=5.728+54.77=60.498 又 t/h=1/4,则有行车道板的设计内力:跨中弯矩:中=+0.50=0.521.299=10.65?m 支点弯矩:中=0.70=0.721.299=14.909?m 支点剪力:支=0=60.498 第一施工阶段主梁内力计算 第一施工阶段主梁处于间支状态,受预制梁自重作用,考虑吊装施工,对自重作用 乘以 的加速度效应。以中跨中梁为例计算:内力截面位置x剪力Q(kN)弯矩M(kNm)x=0597.990 x=298.9953475.817x=04634.422 活载横向分布系数计算 由于主梁间采用湿接,并有可靠的横梁,所以采用修正偏心压力法计
11、算连续梁跨中 截面处的横向分布系数;采用杠杆原理法计算支点截面处的横向分布系数。将变截面梁 偏安全地使用跨中截面作为等截面进行计算。跨中截面处横向分布系数 修正偏心压力法中主梁所受荷载横向分布影响线竖标值:=1ne?ai?Ii2 其中 =11+212?12 为抗扭惯性矩换算系数,等截面梁取=1;为抗弯惯性矩换算系数,对于等截面三跨连续梁中跨中=1.818、边=则有:中跨=11+4322120.4511.8180.7580.69312(4.52+1.52)=边跨=11+4322120.4511.4290.7580.69312(4.52+1.52)=(1)边跨梁:1#梁:11=14+4.522(4
12、.52+1.52)=14=144.522(4.52+1.52)=2#梁:21=14+4.51.52(4.52+1.52)=24=144.51.52(4.52+1.52)=影响线及活载最不利布载图:0.3650.13550501801301801301801301800.3780.3320.2980.2520.2190.1731#梁边跨 0.28850501801301801301801301802#梁边跨0.2120.2920.2770.2660.2510.2400.225 车道折减系数:根据通规表中的规定,四车道的横向折减系数为=,三车道的折减系数为=。1#梁汽车荷载横向分布系数=0.781
13、2(0.378+0.332+0.298+0.252+0.219+0.173)=2#梁汽车荷载横向分布系数=0.7812(0.292+0.277+0.266+0.251+0.240+0.225)=(2)中跨梁:1#梁:11=14+4.522(4.52+1.52)=14=144.522(4.52+1.52)=2#梁:21=14+4.51.52(4.52+1.52)=24=144.51.52(4.52+1.52)=影响线及活载最不利布载图:0.3970.10350501801301801301801301800.4130.3540.3120.2530.2110.1521#梁中跨 0.2990.201
14、50501801301801301801301800.3040.2850.2710.2510.2370.2172#梁中跨 1#梁汽车荷载横向分布系数=0.7812(0.413+0.354+0.312+0.253+0.211+0.152)=2#梁汽车荷载横向分布系数=0.7812(0.304+0.285+0.271+0.251+0.237+0.217)=支点截面处横向分布系数 采用杠杆法求支点截面处横向分布系数,对于边跨与中跨并无区别。1#梁汽车荷载横向分布系数=12(1+0.648)=0.824 2#梁汽车荷载横向分布系数=12(1+1)=0.5 50501801300.64811#梁支点 1
15、80130180112#梁支点 1#梁0.6440.8242#梁0.6050.51#梁0.6610.8242#梁0.610.5截面位置跨中汽车荷载支点汽车荷载边跨中跨横向分布系数汇总 使用阶段主梁内力计算 参考公路桥涵设计手册基本资料,根据控制截面内力影响线进行最不利布载,由基本资料中的影响线参数表求控制截面内力,进而绘制出整个桥垮结构的内力图。图为活载内力计算控制截面 结构重力恒载内力 中已经求出主梁恒载集度为 m,进行全跨布置,参考公路桥涵设计手册基本资料,由控制截面内力影响线求控制截面内力。0,=?=0 0,=0,=?=0.4 32=732.544kN 5,=?=(0.1)32=5,=?
16、=32210,=1.1 32=732.544kN10左,=?(0.6)3210右,=?(0.5)3210,=?32215,=?15,=?322 汽车活载内力 0,=?=0 0,=0,=?=0.4 32=732.544kN 5,=?=(0.1)32=5,=(1+1)?1?(1+3)+?=1.2350.644(0.0917+0.0083)10.5322+273.6 0.2 32=2606.190 5,=(1+2)?1?2+?=1.3450.6440.02510.5322+273.6 0.04 32=536.172 10,=(1+1)?1?3+?=1.2350.6440.016710.5322+27
17、3.6 0.0256 32=321.072 10,=(1+2)?1?(1?+?)+2?2=1.3450.644(0.066710.5322+273.6 0.1024 32)+0.661 0.05 10.5 322=1443.266 15,=(1+1)?2?2+?=1.2350.6610.075010.5322+273.6 0.1750 32=1909.048 15,=(1+2)?1?(1+3)+?=1.3450.644(0.0250+0.0250)10.5322+273.6 0.0384 32=756.868 0,=(1+1)?13+1.20?+01 左+1(11 左)=0.6440.0167
18、10.532+1.20.5 273.6 1.0+0.50.34610.532+0.644(0.43330.346)10.532=0,=(1+1)?2?2+1.2?=0.661(0.0510.532+1.2 273.6 0.08)=5,=(1+1)?1?(1+3)=0.644 (0.0875+0.0167)32 10.5=5,=-(1+1)?(11+22)=(0.644 0.1542 10.5 32+0.661 0.05 32 10.5)=10左,=(1+1)13=0.644 0.0167 10.5 32=10左,=-(1+1)?(11+22)=(0.644 0.5667 10.5 32+0.6
19、61 0.05 32 10.5)=10右,=(1+1)?02+11+1.20?=(0.5 0.5 10.5 32+0.644 0.0833 10.5 32+1.2 0.5 273.6 1.0)=kN 10右,=-(1+1)?(11+22+1.21?)=(0.644 0.5667 10.5 32+0.661 0.05 32 10.5+1.2 0.644 273.6 0.128)=15,=(1+1)?(11+22)=(0.644 0.0833 32 10.5+0.661 0.1146)=15,=-(1+1)?(11+22)=(0.644 0.0833 32 10.5+0.661 0.1146)=1
20、0,=(1+)?1(11 右)+0(1 右+2 左)+2(2+2 左)+1.20=0.644(0.6500.458)32 10.5+0.5 (0.458+0.415)32 10.5+0.661 (0.5500.415)10.5 32+1.2 0.5 273.6=10,=(1+)1(3+1.2?)=0.644(0.10 10.5 32+1.2 273.6 0.1536)=温差作用效应计算 根据通规 规定,混凝土上部结构的竖向日照反温差=正温差*(),梁高大于 300mm,A 选为 300mm。桥面采用 10cm 沥青混凝土和 8cm 的水泥混凝土调平层,查通规表,T1=14,T2=,按直线插入得
21、竖向梯度温度图如图 30018T1T2T3T4T5温度内力计算简图 三跨连续梁为超静定结构,温差作用效应由温度自内力和温度次内力组成,下面分别计算:(1)温度自内力 参考公预规附录 B 计算:=0=其中:混凝土线膨胀系数,取=混凝土弹性模量,取=3.45104 单元面积 单元面积重心至换算截面重心轴的距离 单元面积内温差平均值 /c /cm /kN130009.7571.81009.125724.552224004.7661.8394.128243.5713758.723.25653.56185.22945.6494497.7721.141.818.8907.896 1507.3721021.
22、668 /N =1507.372 0=1021.688kN?m(2)温度次内力 使用力法解温度次内力,将中间支座处弯矩约束解除,成三段简支梁的基本结构。列力法方程为:12=21=162,11=22=1(131+132),1=2=0(1+2)1=2=2444.292?温度次内力为:=11+22,=0+反温差:反=0.5 将数值带入,求得温度次内力,具体各截面剪力及弯矩计算见下表:maxminmaxminmaxmin00045.89-22.94545.89-22.9455711.302-355.65145.89-22.9450010左45.89-22.94545.89-22.94510右0045.
23、89-22.94515 1422.604-711.3020000特征截面弯矩kNm剪力kN反力kN左边跨中跨1422.604-711.302 基础沉降内力计算 基础不均匀沉降使得超静定连续梁产生次内力,因此当桥建在非岩石地基上时,必须计入次内力的影响。相邻墩台沉降差为 l/3000cm,采用位移法计算支座沉降,计算时分别取左侧变支座,中支座分别沉降,然后组合。(1)左边支座沉降:位移法方程:又有 E=104=,=693489002,则 i=7.477108 解得:1=1.896104 2=5.417105 根据M0=M1?1+2?2+M0?画出内力图 48628415.224.18.9(2)中
24、边支座沉降:同理列位移法方程:又有 E=104=,=693489002,则 i=7.477108 解得:1=8.125105 2=3.25104 根据M0=M1?1+2?2+M0?画出内力图 综上,整理由支座位移引起的桥跨结构内力最大值最小值汇总如下:maxminmaxminmaxmin00015.2-34.215.2-34.25547-24315.2-34.210左15.2-34.239.3-91.210右57-24.139.3-91.215182.510157-24.1中跨1094-486特征截面弯矩kNm剪力kN反力kN左边跨 使用阶段主梁内力计算 根据通规中的规定,对桥梁内力进行承载能
25、力极限状态和正常使用的短期、长期效应组合:承载能力极限状态基本组合 其中,桥梁重要性系数0=1.1;一二期结构重力载分项系数1=1.2,基础变位分项系数2=0.5;汽车荷载效应分项系数1=1.4;温度效应分项系数2=1.4,其组合系数=0.8。计算结果见内力组合设计表。正常使用极限状态短期效应组合 其中,汽车荷载作用效应的频遇值系数11=0.7(不计冲击力),温度梯度作用效应频遇值系数12=0.8。计算结果见内力组合设计表。正常使用极限状态长期效应组合 =+2=1=1 其中,汽车荷载作用效应的准永久值系数21=0.4(不计冲击力),温度梯度作用效应准永久值系数22=0.8,。计算结果见内力组合
26、设计表。内力包络图 由所求控制截面内力组 合设计表绘制弯矩、剪力包络图如下:732.54-183.1 4395.3 732.54-1099-915.7 4395.30 1465.1298.07 27.864 2606.2 472.214.463 328.74 321.07 53.6941909-35.16-54.44-536.2-67.46-165.2-198.6-1443.27-53.69 756.8745.8945.89711.345.8945.890 1422.60 1422.6-22.95-22.95-355.7-22.95-22.950-711.30-711.315.215.2547
27、39.315.257109457182.5-34.2-34.2-243-91.2-34.2-24.1-486-24.1101879.05-219.8 5274.3 879.05-1319-1099 5274.30 1758.17.67.6273.519.657.628.554728.591.25-17.1-17.1-121.5-45.6-17.1-12.05-243-12.0550.5417.339.01 3648.7 661.09 6.2482 460.23449.5 75.172 2672.7-49.22-76.22-750.6-94.44-231.2-278-2021-75.17 105
28、9.651.397 51.397 796.66 51.397 51.3970 1593.30 1593.3-25.7-25.7-398.3-25.7-25.70-796.70-796.71490.9-133.9 10992 1772.3-1379-671.1 8650.5 114.04 6726.9-92.86-122.6-1097-160.7-293.1-287.7-2765-64.59 445.18245.32 22.9332145 388.65 3.6733 270.57 264.26 44.193 1571.2-28.93-44.81-441.3-55.52-135.9-163.4-1
29、188-44.19 622.94max171.73 16.053 1501.5 272.05 2.5713189.4 184.98 30.935 1099.9min-20.25-31.37-308.9-38.87-95.15-114.4-831.5-30.93 436.06max36.712 36.712 569.04 36.712 36.7120 1138.10 1138.1min-18.36-18.36-284.5-18.36-18.360-5690-569max956.18-115.2 7012.8 1080.6-1044-669.3 6812.3 87.935 3885.5min225
30、.26-56.06 1769.8 323.78-143.2 190.23-1565-1.341 1877.1max98.129 9.1733858 155.46 1.4693 108.23105.7 17.677 628.49min-11.57-17.92-176.5-22.21-54.37-65.38-475.1-17.68 249.17max882.59-122.1 6369.3 964.01-1045-750.56733 74.677 3414.2min233.94-42.61 1902.2 340.44-102.5 239.26-1209 11.917 1690.2maxminmaxmin正常使用极限状态短期效应长期效应内力组合设计表承载能力状态minmaxmaxminmaxminmaxminmaxminmaxmin 左 右 ./(+)./(+)./(+)