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1、 第一章第一章 桥梁工程课程设计任务书桥梁工程课程设计任务书1.11.1 设计目的和要求设计目的和要求1.1.1 设计目的 本课程设计通过一个常用、典型的钢筋混凝土 T 形梁桥的设计,让学生将所学到的理论知识与设计方法运用于具体的设计实践中,提高专业设计能力及 创造性思维能力,使所学知识能够融会贯通。1.1.2 设计要求(1)学生需认真阅读课程设计任务书,熟悉有关设计资料及参考资料,熟 悉各种设计规范的有关内容,认真完成任务书规定的设计内容。(2)学生均应在教师指导下、在规定的时间内独立完成规定的内容和工作 量。(3)课程设计的成果为计算书 1 份和手工 A3 图 2 张以上。要求计算书内容
2、计算准确、文字通顺、书写工整。要求图纸、图面布置合理、正确清晰、符合 制图标准及有关规定,用工程字注文。1 1. .2 2 设计题目和内容设计题目和内容1.2.1 设计题目 钢筋混凝土简支T 形梁桥设计 1.2.2 基本设计资料 (1)某三等跨公路钢筋混凝土简支梁桥主梁结构尺寸: A、标准跨径:22.30m B、计算跨径:21.80mC、主梁全长:22.26mD、桥面宽度: 净 7m(行车道) 21.5m 人行道 E、设计荷载:公路-级。F、设计安全等级:二级 G、桥面铺装:5cm 沥青混凝土(23KN/m3) ,6cm 厚水泥混凝土(24 KN/m3) ,主梁混凝土 25KN/m31.2.3
3、 设计内容及要求 (1)桥梁总体布置图(含平面图、立面图、剖面图) (2)桥面构造横截面图,主梁(边梁、中梁)纵、横截面布置图 (3)荷载横向分布系数计算书 (4)主梁内力计算书 (5)行车道板内力计算书 (6)横隔梁内力计算书21.31.3 设计方法和步骤设计方法和步骤参阅现行混凝土设计规范、公路桥涵设计通用规范及教材等资料。 1、根据布置的设计资料,即跨径、桥面宽度、荷载等级等拟定桥梁总体布 置图; 2、横截面布置:1) 绘制桥跨结构(上部结构)横截面图,并绘制单片 T 形梁的一般构造图;2)主梁间距与主梁片数;3)主梁跨中截面主要尺寸拟定; 4)主梁截面细部尺寸;5)计算截面几何特征;
4、6)横截面沿跨长的变化;7) 横隔梁的设置。 3、主梁设计计算: 1)恒载内力计算:(1)一期恒载集度;(2)二期恒载集度;(3)恒载 内力。 2)活载内力计算:(1)冲击系数和车道折减系数;(2)计算主梁的荷载 横向分布系数(跨中截面按修正偏心压力法;支点截面按杠杆原理法) ;(3) 计算各种荷载作用下的控制截面内力(跨中截面、1/4 截面、变化截面、支点 截面) 。 3)作用效应组合:(1)基本组合(用于承载能力极限状态计算);(2)短 期组合(用于正常使用极限状态计算);(3)长期组合(用于正常使用极限状态 计算); 4)绘出弯矩和剪力包络图; 4、横隔梁的内力计算:计算靠近横梁端部截面
5、剪力和靠近横梁跨中位置截 面弯矩。 5、行车道板的设计计算: 1)确定桥面板的类型; 2)计算荷载有效分布宽度; 3)桥面板内力计算。1.41.4 设计成果的编制设计成果的编制 1、设计任务书; 2、设计计算说明书; 3、桥梁设计图纸。要求计算书计算准确、文字通顺、书写工整。要求图纸、图面布置合理、正确清晰、符合制图标准及有关规定,用工程字注文。第二章第二章 桥梁截面设计方案及说明桥梁截面设计方案及说明如图 1 所示,全桥共由5 片 T 形梁组成,单片T 形梁高为 1.5m,宽 1.8m,梁肋宽 18cm,翼缘端部厚8cm,翼缘与梁肋交接处厚14cm;桥上的横坡为双向2%;设有 5 根横梁 ,
6、宽 15cm,横隔梁高120cm。混凝土等级采用C30.图 2.1 桥梁横断面和主梁纵断面图(单位:mm)4第三章 主梁的荷载横向分布系数计算3.1 计算横向分布系数(根据任务要求,用修正的偏心压力法计算)因为每一片 T 型梁的截面形式完全一样,所以:2=11=ikikn iia a na式中,n=5,=2(3.6)m =32.4 m 512iia228 . 122,21= 1+TGl B 其中主梁截面抗扭惯性矩为4,3331=180 11 +0.302 122 18 =2947343Tii iIcbtcm中性轴距离 11140180-1811+18 14022=43.3180-1811+18
7、 140hcm主梁抗弯惯性矩22 3341111140=180-1811 + 180-181143.2-+18 140 +18 140-43.3=8476644122122cIcm将带入 得到,TcI I=0.952211153.63.6=0.2+0.9=0.56,=0.2-0.9=-0.1632.432.42222241.81.8=0.2+0.9=0.29,=0.2-0.9=0.1132.432.43=0.2k计算横向分布系数:根据最不利荷载位置分别布置荷载。布置荷载时,汽车荷载距人行道边缘距离不小于 0.5m,人群荷载取 3KN/m ,2对于 1 号和 5 号梁6对于对于 2 2 号和号和
8、 4 4 号梁号梁对于对于 3 3 号梁号梁7图图 2.12.1 横向分布系数计算图式(单位:横向分布系数计算图式(单位:mmmm)从而可以各梁在不同荷载作用下的分布系数:汽车荷载:m=0.5(0.5+0.32+0.19+0.01)=0.510汽1m=0.5(0.35+0.26+0.195+0.105)=0.455汽2m=0.5(0.2+0.2+0.2+0.2)=0.4汽3人群荷载:m=0.625 m=0.413 m=0.22=0.4人1人2人33.2 杠杆原理法计算梁端剪力横向分布系数8剪力横向分图 2.2 梁端布系数计算图式(尺寸单位:mm)汽车荷载:m=0.50.667=0.333 ,
9、/ 1汽m=0.51.0=0.5/ 2汽9m=0.5(1.00+0.2778)=0.639/ 3汽人群荷载:m=1.361 , m=0 ,m=0/ 1人/ 2人/ 3人第四章 主梁的内力计算4.1 永久作用效应4.1.1 永久荷载:假定桥面构造各部分重力平均分配给主梁承担,则永久荷载计算结果如下表所示表 3.1 钢筋混凝土 T 形梁永久荷载计算表构建名构件尺寸(mm)单元构件体积及算式重度KN/3m每米延重 KN/m主梁0.08 0.140.18 1.5 ()2 (1.8 0.18)0.44842511.21中梁0.08 0.141.2 ()2 21.80.15 50.03036251.518
10、横隔梁边梁2 0.03036 0.06072 250.75910沥青混凝土0.05 7 5 0.07 231.61混凝土垫层0.06 0.06 2% 3.527 5 0.04494 242.087前面铺装3.697栏杆及人行道25 2.552作用于中主梁的恒载强度为:g=11.21+1.518+3.697+2=18.427KN/m作用于边主梁全部恒载为: =11.21+0.759+3.679+2=18.425KN/mg恒载内力。4.1.24.1.2 恒载内力恒载内力恒载内力计算图式11计算主梁的弯矩和剪力,则:()222 (2 )22xxglxgxMxgxlxglgQgxlx主梁各计算面的恒载
11、剪力和弯矩值,列于下表:表 2 主梁恒载内力内力截面位置剪力 Q(KN)弯矩 M(KN m)X=01M=0(0)X=1 417.666(21.8221.84)96.280(100.416)2Q 17.66621.821.8(21.8)244 787.087(820.903)M X=1 20(0)Q 2117.66621.88 1049.449(1094.537)M 注:表中版式所得结果为边主梁恒载内力,括号内为中主梁恒载内力4.2 活载内力计算活载内力计算(1)公路II 级集中荷载计算kP计算弯矩效应时 21.85180(1)247.2505kPKN计算剪力效应时 1.2247.2296.64
12、kPKN公路I 级均布荷载 10.5/kqKNm(2)计算冲击系数和车道拆减系数12cc mEI lf212gGmc/式中 结构的计算跨径(m)lE 结构材料的弹性模量(N/m2)结构跨中截面的截面惯矩(m4)CI结构跨中处的单位长度质量(kg/m)cmG 结构跨中处延米结构重力(N/m)g 重力加速度,g=9.81(m/s2)结构跨中单位长度质量3322G / g17.666 10 /9.811.801 10/cNsmm混凝土弹性模量 E:本题 C30 混凝土取102E0 10/Nm3.由以上数据可得简支梁桥的基频:102233.143 100.08476644 2221.81.801 10
13、 4.320ccEIflm Hz 按桥规规定 f 介于 1.5Hz 和 1.4Hz 之间,冲击系数按下式计算: (1)1(0.1767ln0.0157) 1(0.176ln4.320.0157) 1.243f 因该桥面为双车道,且其计算跨径小于 150m,所以该项桥梁纵横向荷载效应不折减,故1(3)均布荷载和内力影响线面积计算表 3 均布荷载和内力影响线面积计算类型截面公路II级均布荷载(/)kN m人群(/)kN m影响线面积(或 m)2m影响线图示13/2lM10.54.5=59.40521 8l 2m/2lV10.54.5=2.725m111 222l /4lM10.54.5=44.55
14、423 32l 2m0V10.54.5=10.900m112l 1 4V10.54.51336.131244lm 0.750.25(4)荷载作用下内力计算表 4 公路-级车道荷载产生的弯矩计算表梁号内力m(1)1+(2)qK(3)0(4)PK(5)yk(6)M (1)(2) (3)(4)+ (5)(6)2/1M0.51059.4055.451249.4714/1M0.51044.5544.088937.182/1M0.45559.4055.451114.7224/1M0.45544.5544.088836.1132/1M0.41.24310.559.405247.25.45979.98144/
15、1M0.444.5544.088735.05表 5 人群荷载产生的弯矩计算表梁号内力m(1)q人(2)0(3)M(1)(2)(3)2/1M0.62559.405167.0814/1M0.62544.554125.312/1M0.41359.405110.4024/1M0.41344.55482.802/1M0.459.40553.4634/1M0.44.54.544.55480.20表 6 公路-级车道荷载产生的跨中剪力计算表2/ lV梁号内力m(1)1+(2)qK(3)0(4)PK(5)yk(6)剪力 (1)(2)(3)(4)+(5)(6)2/ lv2.7250.5112.161/4lv0.510 6.1310.75181.8522/ lv0.4551.24310.52.725 296.640.5100.0715/4lv6.1310.75162.24/2lv2.7250.587.973/4lv0.4 6.1310.75142.63表 7 人群荷载产生的剪力计算表梁号内力m(1)q(2)人(3)0剪力效应(1)(2)(3)/2lv2.7257.661/4lv0.6256.13120.65/2lv2.7255.062/