某钢筋混凝土简支梁桥设计桥梁工程课程设计--大学论文.doc

学号：
20087091214

信阳师范学院华锐院

本科毕业设计

专 业 土木工程
年 级 2008级土木工程4班
姓 名 吴 丹
设计题目 某钢筋混凝土简支梁桥设计
指导教师 职称

2012年 5月 10 日

信阳师范学院华锐学院本科学生毕业设计开题报告
姓 名
性别
学 号
专 业
班 级
吴 丹
男
20087091214
土木工程
2008级土木工程4班
题
目
某钢筋混凝土简支梁桥设计
选
题
意
义
通过本次混凝土简支梁T形梁桥设计计算，巩固课堂所学知识，特别是《钢筋混凝土结构》、《结构力学》等在学学习课程的进一步学习和理解，能把课本上学的知识运用到实际工作中，从而进一步把知识融会贯通，为将来跨入工作岗位，从事工作打好基础。
主
要
内
容
、
思
路
及
方
法
设计内容：（1）截面设计（2）行车道板计算（3）主梁内力计算（4）配置钢筋及验算
基本资料：（1）桥面净空：净—9+2×１ｍ;（2）永久荷载：桥面铺装层容重γ=23kN/m³,其他部分γ=25kN/m²;（3）可变荷载：汽车荷载，公路-Ⅰ级，人群荷载3kN/m²; （4）材料：主筋采用Ⅱ级钢，其他用Ⅰ级钢，混凝土标号C30;（5）桥梁纵断面尺寸： 标准跨径 Lb=30m，计算跨径L=29.5m。
设计思路及方法：首先要把结构尺寸拟定下来，然后进行主梁内力计算，知道内力后就要设计截面，从而进行配筋，最后进行验算。由于自己所学知识的限制，对桥梁方面知识有所欠缺，因此我将准备翻阅关于桥梁设计方面的书籍和咨询指导老师，多听一听老师的意见，把不懂得方面给弄清楚，从而更好地完成设计。
指
导
教
师
意
见

指导教师签名：
年 月 日
系
意
见

签 章
年 月 日
目 录

摘 要………………………………………………………………………………1
关键字………………………………………………………………………………1
Abstract……………………………………………………………………………1
Key Word…………………………………………………………………………1
引言…………………………………………………………………………………1
1.设计资料…………………………………………………………………………2
2.设计任务…………………………………………………………………………2
3.主梁的计算………………………………………………………………………3
3.1梁高……………………………………………………………………………3
3.2肋厚……………………………………………………………………………3
3.3翼缘板………………………………………………………………………3
3.4 拟定横断面尺寸和桥梁纵断面尺寸………………………………………3
3.5冲击系数的计算…………………………………………………………4
4.桥面板内力计算………………………………………………………………5
4.1恒载及其内力………………………………………………………………5
4.2汽车荷载产生的内力………………………………………………………6
4.3荷载组合……………………………………………………………………6
4.4桥面板配筋计算……………………………………………………………7
4.5荷载横向分布系数计算……………………………………………………8
5.主梁内力计算…………………………………………………………………12
5.1恒载内力计算………………………………………………………………13
5.2活载内力计算………………………………………………………………14
6.主梁钢筋的配置………………………………………………………………18
6.1效应组合……………………………………………………………………18
6.2截面设计……………………………………………………………………19
7.横隔梁内力计算………………………………………………………………20
7.1确定作用在中横隔梁上的计算荷载………………………………………21
8.横隔梁配筋计算………………………………………………………………23
9.附录………………………………………………………………………………26参考文献……………………………………………………………………………27

某钢筋混凝土简支梁桥设计
学生姓名：吴丹 学号：20087091214
土木工程系 土木工程专业
指导教师： 职称:
摘 要: 本次设计为公路—I级标准跨径30m T型桥梁设计，主要设计为上部结构。其中包括完整计算：截面设计、主梁的计算 、横隔梁的计算 、行车道板的计算和配筋计算等设计。
关键字：结构计算；结构布置；内力计算；配筋计算

Abstract：The design for the road - I level standard span type 30mT bridge design, the main design to the upper structure. Including the complete calculation of section design of main girder:, calculation, the calculation of diaphragm beam, carriageway plate calculation and reinforcement design.
Key Word: Structurcalculation;Structuralarrangement;Internalforce calculation;Reinforcement calculation

引言
毕业设计是大学阶段最后一个重要的实践性环节。通过本次设计使我将以前所学的理论知识和工程实际紧密结合起来，并进一步掌握桥梁设计的基本程序、基本方法和设计步骤，培养我的分析解决桥梁设计及施工中实际问题的能力。同时使我在设计过程中熟悉相关的行业规范、标准，能正确使用规范及相关的标准图集，并在设计过程中要充分考虑施工的方便性。能进行有关专业外文资料的翻译，加强计算机应用能力的训练。通过毕业设计的各个环节的综合训练，为毕业后尽快投入实际工作做准备。1.设计资料：
（1）工程概况
本次设计为公路—I级标准跨径30m T型桥梁设计，主要设计为上部结构。其中包括完整计算：截面设计、主梁的计算 、横隔梁的计算 、行车道板的计算和配筋计算等设计。
（2）桥面净空：净—9+2×１ｍ（双车道）。
（3）永久荷载：桥面铺装层容重γ=23kN/m³，其他部分γ=25kN/m²。
（4）可变荷载：人群荷载为3KN/，汽车荷载为公路Ⅰ级，，组合荷载：恒载+汽车荷载=12.45KN.m。
（5）材料：钢筋采用R235，混凝土采用C30。
（6）桥梁尺寸：标准跨径为30m，主梁预制长度为29.8m，计算跨径为29.5m。
（7） 设计依据：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62－2004）
2. 设计任务：
（1）纵横断面设计
根据给定的原始资料，参考工程实例，合理进行桥梁纵断面和横断面的布
选取适当的桥面铺装层初步估算Ｔ型主梁、横隔梁的细部尺寸。
（2）行车道板计算与配筋
根据行车道板的空间位置确定其类型，然后进行行车道板内力计算，并根据
内力结果进行配筋。
（3）主梁内力计算
　　选取控制截面分别进行主梁恒载内力计算、活载内力计算，以及作用效应
组合计算。
（4）配筋
根据弯矩包络图中主梁跨中最大弯矩设计值进行主梁跨中截面纵向主筋的
配制，根据剪力包络图，进行弯起钢筋和箍筋的配置。

3.主梁的计算
主梁采用制造简单，整体性好，接头方便的T形梁。
3.1梁高
一般取计算跨径的( 为计算跨径)，随计算跨径的增大而取小值，拟定主梁高为1.5m， 满足设计要求。
3.2肋厚
主梁梁肋的宽度，在满足抗剪强度需要的前提下，一般做得较薄，以减少构件的重量。但是，从保证梁肋的屈曲稳定条件以及不致使捣固混凝土发生困难方面考虑，梁肋也不能太薄。取主梁肋厚0.18m。
3.3翼缘板
一般主梁翼缘板的宽度视主梁间距而定，主梁间距取2.20m，采用铰接方式。根据受力特点，翼板做成变厚度的，端部较薄，向根部逐渐加厚。按照要求，翼板与梁肋衔接处的厚度应不小于主梁高度的（0.125m）。所以端部厚度取0.18m，根部取0.25m。

如图所示：

3.4拟定桥梁横断面尺寸和桥梁纵断面尺寸
如下图所示，全桥每跨采用5根预制的T梁，每根梁行车道板宽2.2m，沿主梁纵向布置7根横隔梁。

人行道和栏杆的重力取8kN/m（两侧），混凝土的弹性模量；容重。桥面铺装层厚（符合规范中≥的规定），容重；为了迅速排除桥面雨水，桥梁设有纵向坡度外，还沿横向设置双向桥面横坡。
3.5冲击系数的计算
简支梁桥的结构基频： ；
T梁翼板的换算平均高度：；
主梁截面重心位置：
主梁截面尺寸如图：

跨中截面单根T梁的惯性矩：

跨中截面单根T梁单位长度质量：

则：

得：冲击系数
4.桥面板内力计算
钢筋混凝土肋梁桥的行车道板是直接承受车辆轮压的钢筋混凝土板，它在构造上与主梁梁肋和横隔梁连接在一起，既保证了梁的整体作用，又将活载传于主梁。该桥梁T梁翼板构成铰接悬臂板。
4.1恒载及其内力（以纵向1m宽的板条进行计算）
(1)每延米板上的恒载：
铺装层：
T梁翼板自重：
合计：
(2)每米宽板条的恒载内力
弯矩：
剪力：
4.2汽车荷载产生的内力
将车辆后轮作用于铰接缝轴线上，后轮作用力为，后轮的着地长度为宽度为则得：

荷载对于悬臂根部的有效分布宽度：

冲击系数：
可得：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：

4.3荷载组合
恒载+汽车荷载：

4.4桥面板配筋计算
单块桥面板的跨径为2.2m，板厚为10cm，采用C25砼，R235级钢筋，Ⅰ类环境条件，取1.0。可知：；；；
最小配筋率：
故 取
弯矩组合设计值：
设计弯矩值：
设 ， 则

计算所需钢筋面积：
，
据此选择716钢筋，查表可得16钢筋间距时，单位板宽的钢筋面积=1341，实际配筋率 ，保护层厚度c取30。
布置图：

4.5荷载横向分布系数计算
荷载横向分布系数，它表示某根主梁所承担的最大荷载是各个轴重的倍数（通常小于1），因为该桥梁横截面关于3号梁对称，所以只需求1号、2号、3号梁的荷载横向分布系数。
杠杆原理法是把横向结构视作在主梁上断开而简支再其上的简支梁。它用于横向联系比较弱处。所以用杠杆原理法来主梁端面部荷载得横向分布系数。
（1）用杠杆原理法计算支点截面处的荷载横向分布系数
1号梁横向影响线：

汽车荷载：

人群荷载：

2号梁横向影响线：

汽车荷载：

人群荷载：由图可知，此时人群荷载有利于2#梁得受力，故不计。
3号梁横向影响线：

汽车荷载：

人群荷载：由图可知，此时人群荷载有利于2#梁得受力，故不计。
（2）用偏心受压法计算跨中截面处的荷载横向分布系数
此桥在跨度内设有横隔梁，具有强大的横向连接刚性，且承重结构的长宽比为：

故可按偏心受压法来绘制横向影响线并计算荷载横向分布系数。
此桥各根主梁的横截面均相等，梁数，梁间距为。
则：
1号梁：横向影响线竖标值为：

按照和绘制出1号梁横向影响线，上图中按（桥规）规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置可求得：
得：1号梁荷载横向分布系数：
汽车荷载：
人群荷载：
2号梁：横向影响线竖标值为：

由和绘制2号梁横向影响线，图中按（桥规）规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置：

可求得：

得：2号梁荷载横向分布系数：
汽车荷载：
人群荷载：
3号梁：横向影响线竖标值为：

由和绘制3号梁横向影响线，图中按（桥规）规定确定了汽车荷载的最不利荷载位置：

可求得：

得：3号梁荷载横向分布系数：
汽车荷载：
人群荷载：
（3）荷载横向分布系数沿桥跨的变化
荷载位于桥跨中间部分时，由于桥梁横向结构（桥面板和横隔梁）的传力作用。使所有主梁都参与受力，因此荷载的横向分布比较均匀。但当荷载在支点处作用在某主梁上时，如果不考虑支座弹性变形的影响，荷载就直接由该主梁传至支座，其他主梁基本上不参与受力。因此，荷载在桥跨纵向的位置不同，对某一主梁产生的荷载横向分布系数也各异。对于有多根内横隔梁的情况，从第一根内横隔梁起向直线形过渡。
如图：

这样，主梁上的活载因其纵向位置不同，就应有不同的横向分布系数。图中可能大于也可能小于。
在实际应用中，当求简支梁跨中最大弯矩时，鉴于横向分布系数眼桥跨内部分的变化不大，为了简化起见，通常均可按不变化的来计算。
5.主梁内力计算
对于较大跨径的简支梁，不仅需要计算跨中截面的最大弯矩和支点截面及跨中截面的剪力。一般还应计算跨径四分之一截面的弯矩和剪力。跨中与支点之间各截面的剪力可近似地按直线规律变化，弯矩可假设按二次抛物线规律变化。
5.1恒载内力计算
（1）主梁：
（2）横隔梁的边主梁：
（3）横隔梁的中主梁：
（4）桥面铺装层：
（5）栏杆和人行道：
作用于边主梁的全部恒载为：

作用于中主梁的全部恒载为：

恒载内力：
计算边主梁的弯矩和剪力：

边主梁恒载内力

内
力
截
面
位
置
x

剪力
弯矩

=7.375

=14.75

中主梁恒载内力
内
力
截
面
位
置
x

剪力
弯矩

=7.375

=14.75

5.2活载内力计算
冲击系数：
双车道横向折减系数： （双车道）
车道荷载：均布荷载标准值：
，在范围内。用直线内插法求得：集中荷载标准值：。计算剪力效应时，上述集中荷载标准值乘以1.2的系数。
布载方式：车道荷载的均布荷载标准应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线峰值处。得：

桥梁跨中截面弯矩计算图式为：

跨中截面剪力计算图式为：

桥梁支点处截面剪力计算图式为：

（1）汽车及人群荷载产生的活载内力计算
汽车荷载：公路Ⅰ级，；
人群荷载：

计算表：

截面
荷载类型
qk或pr
pk
（1+u）
mc
Ω或y
S（kN•m或kN）
Si
S
1#梁
M跨中
公路Ⅰ级
10.5
278
1.15
0.683
108.78
897.13
2507.5
7.375
1610.37
人群
3

0.655
108.78
213.75
Q跨中
公路Ⅰ级
10.5
333.6
1.15
0.638
3.688
23.96
127.16
0.5
130.2
人群
3

0.655
3.688
7.25
2#梁
M跨中
公路Ⅰ级
10.5
278
1.15
0.599
108.78
786.8
2199.1
7.375
1412.3
人群
3

0.436
108.78
142.28
Q跨中
公路Ⅰ级
10.5
333.6
1.15
0.599
3.688
26.68
141.58
0.5
114.9
人群
3

0.436
3.688
4.82
3#梁
M跨中
公路Ⅰ级
10.5
278
1.15
0.6
108.78
788.11
2248.58
7.375
1460.47
人群
3

0.2
108.78
62.27
Q跨中
公路Ⅰ级
10.5
333.6
1.15
0.6
3.688
26.72
141.81
0.5
115.09
人群
3

0.2
3.688
2.21

（2）支点截面汽车荷载最大剪力

根据上图可计算支点截面的剪力
2#梁：

=
于是：
同理，根据上面的图及公式，可得：
1#梁：
3#梁：
支点截面人群荷载最大剪力
1#梁：
同理可得，
2#梁：
3#梁：
6.主梁钢筋的配置
公路桥涵结构设计应考虑结构上可能同时出现的作用，按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合，取其最不利效应组合进行设计。
参与组合的作用有：
永久作用（恒载）：弯矩标准值： 剪力标准值：
汽车荷载：弯矩标准值： 剪力标准值：
人群荷载：弯矩标准值： 剪力标准值：
6.1效应组合
（1）按承载能力极限状态设计
a、基本组合：
即：
其中：
得：
弯矩设计值:
剪力设计值：

b、注：不考虑偶然组合。
（2）按正常使用极限状态设计
a、 短期效应组合：
即：
其中：，得：
弯矩设计值:

剪力设计值：

b、 短期效应组合：
即：
其中：，得：
弯矩设计值:

剪力设计值：

得：
作用效应组合为：
6.2截面设计
预制钢筋混凝土T梁采用C30混凝土，钢绞线。查得：为了便于进行计算，将实际T形截面换成计算截面。其余尺寸不变。
（1）采用焊接钢筋骨架 设：。则截面有效高度
（2）判定T形截面类型
故属于第二类T形截面。
（3）求受压区高度

（4）求受拉钢筋面积

配筋选择832+4根直径为15.2的模拔型的的钢绞线，截面积钢筋布置如图所示：

混凝土保护层厚度 C=35㎜>d=32mm及规定的30mm，钢筋间横向净距为：

钢筋叠加高为
故满足构造要求。
（5）截面复核
第二类T形截面的配筋率较高，一般情况下均能满足最小配筋率的要求，可不必进行验算。
7.横隔梁内力计算
横隔梁在装配式T形梁桥中起着保证各根主梁相互连接成整体的作用，它的刚度愈大，桥梁的整体刚度愈好，在荷载作用下各主梁就能更好地共同工作。
通常横隔梁的弯矩在靠近桥中线的截面较大，剪力则在靠近桥两侧边缘出的截面较大。一般可以只求3号梁处和2号梁与3号梁之间截面处的弯矩，以及1号梁右侧和2号梁右侧等截面的剪力。
7.1确定作用在中横隔梁上的计算荷载
对于跨中横隔梁的最不利荷载布置如下图：

可得：

同理可求2号和3号梁间中截面的最大弯矩

求1号主梁处右侧截面的剪力
P=1 作用于计算截面以右时： 即
P=1 作用于计算截面以左时： 即 —1
可得：
P=1 作用于计算截面以右时：
P=1 作用于计算截面以右时：
绘图：

8.横隔梁配筋计算
弯矩组合设计值：
设计弯矩值：
横隔梁采用T型梁，截面尺寸图如下：

预制钢筋混凝土T梁采用C25混凝土，钢绞线。查得：为了便于进行计算，将实际T形截面换成计算截面。其余尺寸不变。
（1）采用焊接钢筋骨架，设：。则截面有效高度
（2）判定T形截面类型
故属于第二类T形截面。
（3）求受压区高度

（4）求受拉钢筋面积

配筋选择10根直径为15.2的模拔型的的钢绞线，截面积

钢筋布置如图所示：

混凝土保护层厚度 C=35=35=35㎜>d=32=32=32mm及规定的3030mm，钢筋间横向净距为：

钢筋叠加高为
故满足构造要求。
（5）截面复核
以设计的受拉钢筋中，10根直径15.2的钢绞线面积为16604

则实际有效高度
a、判定T形截面类型

故仍为第一类T形截面。
b、 求受压区高度

c、正截面抗弯承载力

又
故截面复核满足要求。
9.附录
T型截面和板钢筋配图

参考文献:
[1]《混凝土结构设计原理（上下）》（第四版）.中国建筑工业出版社,2008.
[2]樊友景.《结构力学(上下)》.郑州大学出版社，2008.
[3]《桥梁工程》.人民交通出版社，2002.
[4]《桥梁计算示例集—混凝土简支梁（板）桥》.人民交通出版社，2007.
[5]《公路桥涵设计通甩规范》.（JTGD60－2004）.
[6]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》.（JTGD62－2004）.
[7]向中富. 《桥梁工程毕业设计指南》.北京：人民交通出版社，2010.
[8]邵旭东. 《桥梁工程（第二版）》.北京：人民交通出版社，2007.
[9]邵旭东.《 桥梁设计百问[M]》. 北京：人民交通出版社，2003.
[10]陈忠延. 《土木工程专业毕业设计指南（桥梁工程）》.北京：人民交通出版
社，2002.
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