桥梁工程课程设计22859.pdf

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1、 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：44120810 1 设计要求 1.1 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0.1）m A 值，6 班取 25m，7 班取 38m，8 班取 31m。这里 L=32m 1.2 主要技术标准（1）桥梁荷载标准：公路-I 级（2）桥梁横断面：0.5m（桥侧护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央分隔带护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（桥侧护栏）。（3）桥面横坡：1.5%（4）设计基准期：100 年（5）抗震设

2、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 0.10g，设计地震分组为第一组，反应谱特征周期为 0.35s。（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。1.3 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

3、地基与基础设计规范（JTG 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 2.1 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 2.2 桥跨结构设计 跨径设计：采用三

4、等跨设计，每单跨标准跨径为 32m。完成体系转换后，中跨计 算跨径即为 32m，边跨计算跨径理论为 31.5m，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 31.4m，中墩临时支座中心线距桥墩中心线为 0.5m，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。2.3 桥面布置与构造 桥面铺装：钢筋混凝土 80mm，=25kN/m3；沥

5、青混凝土 100mm，=23kN/m3；边防撞护栏 15kN/m/侧，中防撞护栏 8kN/m 桥面横坡：1.5%2.4 横断面设计 2.4.1 桥宽设计 桥梁横断面：0.5m（桥侧护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央分隔带护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（桥侧护栏）。2.4.2 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；2.4.3 截面

6、设计图如下 截面变化从距离临时支座 400cm 处开始至支座 20cm 处。2.3.4 横隔梁布置 中横隔梁采用 20 厘米，端横隔梁采用 35 厘米。2.5 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；（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 中梁跨中中梁支点边梁跨中边梁支点300303020018182030030302001832323003018182002018300301818200

7、3232湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝湿接缝 3.1 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 lcc=31m；边跨 lcs=31m；箱型截面梁翼缘有效宽度：依据公预规4.2.3 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=31.5m 同样依据公预规4.2.3 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。3.2 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

8、各阶段几何特性 由于中梁跨中与支点截面的抗弯惯性比为 1.2323=0.88,l/3=0.44m)沿横向分布边长:1=2+2=0.6+0.36=0.96（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)=1.314081(1.32 0.962)=19.11?支点剪力：支=(1+)(11+22)其中，1=2=14021=70/1=1 120=1 0.9621.14=0.579 2=81()2=1.665 2=1a60

9、=0.962 则 支=(1+0.3)(70 0.579+1.665 0.962)=54.771（4）荷载组合 恒+汽：0=+=2.189+19.11=21.299?m 0=支+支=5.728+54.77=60.498 又 t/h=0.18/(2-0.18)=0.0991/4,则有行车道板的设计内力：跨中弯矩：中=+0.50=0.5 21.299=10.65?m 支点弯矩：中=0.70=0.7 21.299=14.909?m 支点剪力：支=0=60.498 3.5 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 1.1 的加速度效应。以中

10、跨中梁为例计算：3.6 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。3.6.1 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=1.429 则有：中跨=11+4322120.4511.8180.7580.69312（4.52+1.52）=0.327

11、 边跨=11+4322120.4511.4290.7580.69312（4.52+1.52）=0.255（1）边跨梁：1#梁：11=14+4.522（4.52+1.52）0.255=0.365 14=144.522（4.52+1.52）0.255=0.135 2#梁：21=14+4.5 1.52（4.52+1.52）0.255=0.288 24=144.5 1.52（4.52+1.52）0.255=0.212 影响线及活载最不利布载图：1#梁汽车荷载横向分布系数=0.7812（0.378+0.332+0.298+0.252+0.219+0.173）=0.644 2#梁汽车荷载横向分布系数=0.

12、7812（0.292+0.277+0.266+0.251+0.240+0.225）=0.605（2）中跨梁：1#梁：11=14+4.522（4.52+1.52）0.327=0.397 14=144.522（4.52+1.52）0.327=0.103 2#梁：21=14+4.5 1.52（4.52+1.52）0.327=0.299 24=144.5 1.52（4.52+1.52）0.327=0.201 影响线及活载最不利布载图：1#梁汽车荷载横向分布系数 =0.78 12（0.413+0.354+0.312+0.253+0.211+0.152）=0.661 2#梁汽车荷载横向分布系数=0.78

13、12（0.304+0.285+0.271+0.251+0.237+0.217）=0.610 3.6.2 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 3.7 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 3.7.1 结构重力恒载内力 3.3.2 中已经求出主梁恒载集度为 57.23kN/m，进行全跨布

14、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，=?=57.23 0.4 32=732.544kN 5，=?=57.23(0.1)32=-183.136kN 5，=?=57.230.0750 322=4395.264kNm 10，=57.23 1.1 32=732.544kN 10左，=?=57.23(0.6)32=-1098.816kN 10右，=?=57.23(0.5)32=-915.68kN 10，=?=57.230.0750 322=4395.264kNm 15，=?=0 15，=?=57.230.0250 322=1465.088kNm

15、3.7.2 汽车活载内力 0，=?=0 0，=0，=?=57.23 0.4 32=732.544kN 5，=?=57.23(0.1)32=-183.136kN 5,=(1+1)?1?(1+3)+?=1.235 0.644 (0.0917+0.0083)10.5 322+273.6 0.2 32=2606.190 5,=(1+2)?1?2+?=1.345 0.644 0.025 10.5 322+273.6 0.04 32=536.172 10,=(1+1)?1?3+?=1.235 0.644 0.0167 10.5 322+273.6 0.0256 32=321.072 10,=(1+2)?1

16、?(1?+?)+2?2=1.345 0.644(0.0667 10.5 322+273.6 0.1024 32)+0.661 0.05 10.5 322=1443.266 15,=(1+1)?2?2+?=1.235 0.661 0.0750 10.5 322+273.6 0.1750 32=1909.048 15,=(1+2)?1?(1+3)+?=1.345 0.644(0.0250+0.0250)10.5 322+273.6 0.0384 32=756.868 0，=（1+1）?13+1.20?+01左+1(11左)=1.235 0.644 0.0167 10.5 32+1.2 0.5 27

17、3.6 1.0+0.5 0.346 10.5 32+0.644(0.4333 0.346)10.5 32=298.068kN 0，=（1+1）?2?2+1.2?=-1.235 0.661(0.05 10.5 32+1.2 273.6 0.08)=-35.156kN 5，=（1+1）?1?(1+3)=1.235 0.644 (0.0875+0.0167)32 10.5=27.864kN 5，=-（1+1）?(11+22)=-1.235 （0.644 0.1542 10.5 32+0.661 0.05 32 10.5）=-54.441kN 10左，=（1+1）13=1.235 0.644 0.01

18、67 10.5 32=4.463kN 10左，=-（1+1）?(11+22)=-1.235（0.644 0.5667 10.5 32+0.661 0.05 32 10.5）=-165.156kN 10右，=（1+1）?02+11+1.20?=1.235 (0.5 0.510.5 32+0.644 0.0833 10.5 32+1.2 0.5 273.6 1.0)=328.738 kN 10右，=-（1+1）?(11+22+1.21?)=-1.235 （0.644 0.5667 10.5 32+0.661 0.05 32 10.5+1.2 0.644 273.60.128）=-198.580kN

19、 15，=（1+1）?(11+22)=1.235 （0.644 0.0833 32 10.5+0.661 0.11463210.5）=53.694kN 15，=-（1+1）?(11+22)=1.235 （0.644 0.0833 32 10.5+0.661 0.11463210.5）=-53.694kN 10,=(1+)?1(1 1右)+0(1右+2左)+2(2+2左)+1.20=1.235 0.644 (0.650 0.458)32 10.5+0.5(0.458+0.415)32 10.5+0.661 (0.550 0.415)10.5 32+1.2 0.5 273.6=472.206kN

20、10,=(1+)1(3+1.2?)=-1.235 0.644 （0.10 10.5 32+1.2 273.6 0.1536）=-67.459kN 3.7.3 温差作用效应计算 8cm 的水泥混凝土调平层，查,T2=5.5,按直线插入得竖向梯度温度图如图 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=0.00001 混凝土弹性模量，取=3.45 104 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=1507.372 0=1021.688kN?m（2）温度次内力 使

21、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：3.7.4 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 1.3cm，然后组合。（1）左边支座沉降：位移法方程：又有 E=3.45 104

22、=，=693489002，则 i=7.477 108 解得：1=1.896 104 2=5.417 105 根据M0=M1?1+2?2+M0?画出内力图（2）中边支座沉降：同理列位移法方程：又有 E=3.45 104=，=693489002，则 i=7.477 108 解得：1=8.125 105 2=3.25 104 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：3.8 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力极限状态和正常使用的短期、长期效应组合：3.8.1 承载能力极限状态基本组合 其中，桥梁重要性系数0=

23、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。3.8.2 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。3.8.3 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设计表。3.9 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：