装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计.docx
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1、装配式钢筋混凝土简支T型梁桥设计 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 一、设计资料 (一)桥面净空 净7+20.75m人行道 (二)设计荷载 公路级和人群荷载标准值为3kNm2 (三)主梁跨径和全长 标准跨径:lb?19 (墩中心距离); 计算跨径:l?18.5 m (支座中心距离); 主梁全长:l全?18.96 m (主梁预制长度) (四)材料 钢筋:主钢筋采用HRB335,其它用钢筋采用R235 混凝土:C30 (五)缝宽度限值:类环境(允许裂缝宽度0.02mm)。 (六)设计依据 公路桥涵设计通甩规范(JTGD602004) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD622004) (
2、七)参考资料 桥梁工程,姚玲森主编,人民交通出版社,北京。 桥梁计算示例集混凝土简支梁(板)桥,易建国主编,人民交通出版社,北京。 结构设计原理,沈浦生主编。 二、任务与要求 1、结构尺寸拟定; 2、行车道板计算 计算图示 恒载及内力 活载及内力 截面设计、配筋与强度验算 3、主梁计算 主梁的荷载横向分布系数计算 内力计算 截面设计、配筋与验算 a. 配置主筋:偏安全的按计算弯矩最大的梁进行配筋 b. 截面强度验算 c. 斜筋配置:偏安全的按剪力最大的梁进行配筋 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 d. 箍筋配置 e. 斜截面抗剪强度验算 4、裂缝宽度验算 5、变形计算; 6、横梁的计算; 横梁弯矩
3、计算(用偏心压力法) 横梁截面配筋与验算 横梁剪力计算及配筋 一、结构尺寸拟定 主梁截面尺寸: 根据公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004),梁的高跨比的经济范围在1/11到1/16之间,此设计中标准跨径为19m,拟定采用的梁高为1.30m,翼板宽1.6m,腹板宽0.18m。 主梁间距和主梁片数: 桥面净空:净7+20.75m人行道,采用5片T型主梁标准设计,主梁间距为1.60m。 结构断面形式 1 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 二、行车道板计算 计算如图所示的T梁翼板,荷载为公路二级,桥面铺装为3cm厚的沥青混凝土面层和9cm厚的混凝土垫层。 (一) 永久荷载及其效应 1.每延米板上的
4、横载 沥青混凝土层面:0.031.023=0.69(KN/m) C30混凝土垫层:g2=0.091.024=2.16(KN/m) T梁翼缘板自重g3=0.111.025=2.75(KN/m) 每延米跨宽板恒载合计:g=?gi=5.60KN/m 2.每米宽板条的恒载内力 弯矩:MAh=-5.60( 剪力:VAh=g(l'b?b)2121.60?0.182)=-1.411(KN/m) 21.60?0.18=3.976(KN) 2=5.60 3.车辆荷载产生的内力 公路II级:以重车后轮作用于绞缝轴线上为最不利位置,后轴作用力标准值为P=140KN,轮压分布宽度如下图所示,按照公路桥涵设计通
5、用规范知后车轮地宽度b2及长度a2为:a2=0.20m ,b2=0.60m a1=a2+2H=0.20+20.12=0.44(m) 2 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 b1=b2+2H=0.60+20.12=0.84(m) 荷载作用于悬臂根部的有效分布宽度: a=a1+1.4+2l0=0.44+1.4+20.71=3.26(m) 冲击系数:1+=1.3 作用于每米板宽条上的剪力为: VAp=(1+)702P=1.3=27.914(KN) 3.264a 作用于每米板宽条上的弯矩为: MAp=-(1+)b35?20.84P(l0-1)2=-1.3(0.71-)=-13.957(KN/m) 43.26
6、44a 4.基本组合 恒+汽: 1.2MAh+1.4MAp=-1.21.411-1.413.957=-21.233(KN/m) 1.2VAh+1.4VAp=1.23.976+1.427.914=43.8508(KN) 故行车道板的设计作用效应为:MA=-21.233(KN/m),VA=43.851(KN) (二)截面设计、配筋与强度验算 悬臂板根部高度h=140mm,净保护层a=25mm。若选用12钢筋,则 有效高度h0=h-a=115mm 按(D62)5.2.2条: r0Md?fcdbx(h0-x/2) 故x=14.3mm而且14.3mm<b h0=0.56?115=64.4mm (2
7、) 求钢筋面积AS 按(D62)5.2.2条:fsdAS=fcdbx 故AS= (3) 配筋 查有关板宽1m内的钢筋截面与间距表,当选用12 钢筋时,需要钢筋 fcdbx=7.0510-4(m2) fsd 3 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 间距为150mm时,此时所提供的钢筋截面积为:Ag=7.54cm27.05cm2 (4) 尺寸验算: 按(D62)5.2.9条抗剪上限值: ?0Vd?43.851KN?0.51?10?3fcu,kbh0(kN)?321.24KN 按(D62)5.2.10条抗剪上限值: ?0Vd?43.851KN?0.50?10?3?2ftdbh0(kN)?79.93KN 由
8、上式可知可不进行斜截面抗剪承载力的验算,仅须按构造要求配置箍筋,取分布钢筋用8,间距取20cm 承载能力验算 fsdAS=fcdbx 得x= Md=?fcdbx(h0-x/2) Md=13.8?1152?0.13?1?0.5?0.13?22.987KN?m?MA?21.233KN?m 故承载力满足要求。 二、主梁内力计算 (一) 主梁的荷载横向分布系数 跨中荷载弯矩横向分布系数(偏心压力法计算) 本桥各根主梁的横截面均相等,梁数n=5,梁间距为1.6米,则: fsdAS280?705?143mm fcdb13.8?100?a=a+a+a+a+aiin222222413222222?1.6=(2
9、)+1.6+0+(-1.6)+(-21.6)=25.6m 52 11号梁横向影响线的竖坐标值为:=+ 11n?a1n i?121(2?1.6)2=+=0.20+0.40=0.60 525.602i ?1=-15n?a1n i?121(2?1.6)2=-=0.20-0.40=-0.20 525.602i 进而由?和?15计算横向影响线的零点位置,设零点至1号梁位的距离为x,11 则:x4?1.60?x= 解得:x=4.80m 0.600.20 零点位置确定后,就可求出各类荷载相应于各个荷载位置的横向影响线竖坐 4 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 标值?q和?r。 由?和?15绘制1号梁横向影响线,
10、按照桥规确定汽车荷载最不利位置,图 11 示如下: 设人行道缘石至1号梁轴线的距离为?,则: ?= ?7?4?1.6?=0.3m 2 于是1号梁的荷载横向分布系数可计算如下(以xqi和xr分别表示影响线零点至汽车车轮和人群荷载集度的横坐标距离) 车辆荷载:mcq=? ? 2 q ?= 11 q1 ? q2 q3 q4 2 ?=1? x2x 11 q1 ?xq2?xq3?xq4 ? 10.6 ?4.6?2.8?1.5?0.3?=0.538 24.8 人群荷载:mcr=? ? x ?xr? 0.6?0.75? 4.8?0.3?0.684 4.8?2? 同理可以求得各梁横向影响线的竖标值: 公路-I
11、I级:mcq1=0.538,mcq2=0.469,mcq3=0.4 人群荷载:mcr1=0.648,mcr2=0.442,mcr3=0.2 梁端剪力横向分布系数计算(按杠杆法) 公路级 m1汽=1/2? 0.875=0.438 5 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 m2汽=1/2?1.000=0.500 m3汽=1/2?(0.938+0.250)=0.594 人群荷载 m1人=1.422 m2人=-0.422 m3人=0 按杠杆法计算横向分布系数 (二)、内力计算 1恒载内力 (1)恒载:假定桥面构造各部分重量平均分配给各土梁承担,计算如下。 6 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 一侧人行道部分每2.
12、5m长时重12.35/2.5=4.94(kN/m)。按人行道板横向分布系数分摊至各梁的板重为: 1号梁、5号梁:?1板?0.684,?1板q?0.684?4.94?3.38(kN/m) 2号梁、4号梁:?2板?0.442,?2板q?0.442?4.94?2.18(kN/m) 3号梁:?3板?0.2,?3板q?0.2?4.94?0.99(kN/m) 各梁的永久荷载汇总于表: glxgxglg ?x?gx?(l?x),Qx?gx?(l?2x) 22222 2、恒载内力 Mx? 7 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 2)公路级均布荷载qk,集中荷载Pk及其影响线面积 按照桥规规定,公路II级车道荷载均布
13、荷载qk=7.87 5kN/m, Pk=175.5kN。计算剪力效应时,集中荷载标准值Pk应乘以1.2的系数。 可变作用(人群)(每延米)p人:p人=30.75=2.25(kN/m) 3)可变作用效应 人群产生的弯矩(kN?m) 8 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 基本荷载组合:按照桥规规定,永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的分项系数为:永久荷载作用系数:?Gi?1.2; 汽车荷载作用系数:?Q1?1.4; 人群荷载作用系数:?Gj?1.4; 注:r0-桥梁结构重要性系数,取r0=0.9,?c=0.8 公路II级产生的跨中剪力V 人群荷载产生的跨中剪力 9 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 支
14、点剪力V0的计算: 计算支点剪力效应的横向分布系数的取值为: a.支点处按杠杆法计算的结果 3l4l c.支点处按照直线变化。 4 b. 处处按跨中弯矩的横向分布系数?(同上) l4 汽车荷载作用如上图,计算结果如下表 汽车荷载计算结果如下表 计算公式:sq?1?moq1.2pkyk?mcqqkw?1?w1qky,y?1? ? ? a 3l 10 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 人群荷载计算结果如下表: 计算公式:sr?mcrprw?prw1y,其中w1?m0r?mcr?a/2 ? 11 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 (三) 截面设计、配筋与验算 (1)由弯矩基本组合表可知,1号梁Md值最大,考
15、虑到施工方便,偏安全 地一律按1号梁计算弯矩进行配筋。采用焊接钢筋骨架配筋,设钢筋净保护层为3cm,则主梁有效高度h0?h?a?1300?110?1190mm, ?140?80?/2?110mm。 s?110mmahf 翼缘计算宽度b' f按照下面公式计算,并取其中最小值: b b b'ff f''?l/3?6166.7mm?1600mm?b?12hf?180?12?110?1500mm' ,故取h'f?1500mm 首先判断截面类型,即r0Md?1926.08?106N?mm ?h' ffcdbh?h0?2?'f'f?1
16、3.8?1500?110?1190?110/2?2584.4?106N?mm?0Md,为第? 一类T型截面。 确定混凝土受压区高度 rModx?fcdb' fx?h0?2? x?1926.08?106?13.8?1500x?1190?2? 整理得x-2380x?186094.686?02 解得x1?2299mm?大于梁高,舍去?;x2?81mm fcdb' fx?fsdAs 由 推出As=5988.2mm2 采用两排焊接骨架,每排332+128,合计为632+228,则钢筋As=4825+1232=6057mm25988.2mm2。钢筋布置如下图所示 12 装配式钢筋砼简支T型
17、桥梁设计 钢筋截面重心至截面下边缘的距离为 a?30?1.5?35.8?4825?30?35.8?3?0.5?31.6?1232?/6057?97.5mms 梁的实际有效高度为h0?1300?97.5?1202.5mm 配筋率?Abh?0?6057180?1202.5?2.79%?0.45ftdsd?0.23%,满足要求。 (2)持久状况截面承载力极限状态计算: 按截面实际配筋率计算受压区高度x为: x?fsdAs280?6057'?81.9mm?hf?110mm ''fcdbf13.8?1500 截面抗弯极限承载力 x?81.9? Mad=fcdb' fx?h
18、0?13.8?1500?81.9?1202.5?1969.2kN?m?1926.08kN?m?2?2? 满足规范要求。 (3)根据斜截面抗剪承载力进行斜筋配置 由剪力效应组合表知,支点剪力效应以3号梁为最大,为偏安全设计,一律用3号梁数值。跨中剪力效应以1号梁最大,一律以1号梁为准。 Vd3?426.93KN,Vdl?114.93KN 13 装配式钢筋砼简支T型桥梁设计 假定有2?32通过支点。按公预规构造要求: 1?35.8?30?47.9cm2 h0?130?47.9? 82.1cma? 又由公预规规定,构造要求需满足: rV0?3?0.51?10dfcu,kbh0?604.628KN?4
19、26.93KN 按公预规规定, 0.50?103a2ftdbh0?0.50?103?1.39?180?1202.5?150.43KN?426.93KN 介乎两者之间应进行持久状况斜截面抗剪极限状态承载力验算。 (1)斜截面配筋的计算图示。按公预规5.2.6与5.2.11条规定: 最大剪力取用支座中心(梁高一半)处截面的数值,其中混凝土与箍筋共同承担不小于60%,弯起筋(按45%弯起),承担不大于40%;计算第一排(从支座向跨中计算)弯起钢筋时,取用距支座中心处由弯起筋承担的那部分剪力值; 计算以后每一排弯起钢筋时,取用前一排弯起钢筋点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。 弯起钢筋配置计算图示如下:
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