预应力混凝土简支梁桥的设计毕业设计(20m跨径).doc

预应力混凝土简支梁桥的设计预应力混凝土简支梁桥的设计 （20m20m 跨径）跨径）目录目录 桥梁工程课程设计任务书桥梁工程课程设计任务书-2 桥梁设计说明桥梁设计说明-3 计算书计算书-4 参考文献参考文献-24 桥梁总体布置图桥梁总体布置图-25 主梁纵、横截面布置图主梁纵、横截面布置图-26 桥面构造横截面图桥面构造横截面图-27 桥梁工程课程设计任务书桥梁工程课程设计任务书 一、课程设计题目(10 人以下为一组)1、钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计（标准跨径为 20 米，计算跨径为 19.5 米，预制梁长为 19.96 米，桥面净空：净8.5+21.00 米）二、设计基本资料 1、设计荷载：公路级，人群 3.0KN/m2，每侧栏杆及人行道的重量按 4.5 KN/m 计 2、河床地面线为（从左到右）：0/0，3/5，4/12，3/17，2/22，2/27，0/35（分子为高程，分母为离第一点的距离，单位为米）；地质假定为微风化花岗岩。3、材料容重：水泥砼 23 KN/m3，钢筋砼 25 KN/m3，沥青砼 21 KN/m3 4、桥梁纵坡为 0.3%,桥梁中心处桥面设计高程为 2.00 米 三、设计内容 1、主梁的设计计算 2、行车道板的设计计算 3、横隔梁设计计算 4、桥面铺装设计 5、桥台设计 四、要求完成的设计图及计算书 1、桥梁总体布置图，主梁纵、横截面布置图（CAD 出图）2、桥面构造横截面图（CAD 出图）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 五、参考文献 1、桥梁工程，姚玲森，2005，人民交通出版社.2、梁桥（公路设计手册），2005，人民交通出版社.3、桥梁计算示例集（砼简支梁（板）桥），2002，人民交通出版社.4、中华人民共和国行业标准 公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京:人民交通出版社,2004 5、中华人民共和国行业标准公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)含条文说明.北京:人民交通出版社,2004 6、中华人民共和国行业标准 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)含条文说明 六、课程设计学时 2 周 桥梁设计说明桥梁设计说明 桥梁设计包括纵.横断面设计和平面布置。1.纵断面设计纵断面设计 桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径.桥梁的分孔.桥道的标高.桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度。（1）本梁桥根据水文计算来确定。标准跨径为 20.00m（墩中心距离）。本桥的跨径较小，因此上部结构的造价较低，墩台的造价较高。为了结构受力合理和用材经济，分跨布置时要考虑合理的跨径比例。（2）本梁桥为跨河桥梁，桥道的标高应保证桥下排洪和通航的需要，结合桥型.跨径等一起考虑，以确定合理的桥道标高。（3）桥上纵坡不大于 4%，桥头引道纵坡不宜大于 5%。2.横断面设计横断面设计 桥梁横断面的设计，主要是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面的宽度决定于行车和行人的交通需要。（1）本梁桥桥面行车道净宽为：净-82 1.00m m 人行道（2）为了利于桥面排水，应根据不同类型的桥面铺装，设置从桥面中央倾向两侧的 1.5%-3.0%的横向坡度，本桥设置为 1.5%。3.平面布置平面布置（1）桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过，小桥的线形及其公路的衔接，应符合路线布设的规定。（2）从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交。必要时通常不宜大于45o，在通航河流上则不宜大于5o。4.桥面铺装桥面铺装 为了保护桥梁主体结构，在桥面的最上层设置桥面铺装。本桥设置 5cm 厚沥青混凝土和 8cm 厚 C25 混凝土作垫层的桥面铺装。5.桥面伸缩缝桥面伸缩缝 为了保证桥跨结构在气温变化.活栽作用.混凝土收缩与徐变等影响下按静力图式自由地变形，在本梁桥桥面两梁端之间以及在梁端与桥台背墙之间设置横向伸缩缝。一一 计算荷载横计算荷载横向分布系数向分布系数1231234545 1 1当荷载位于支点处，利用杠杆原理法计算当荷载位于支点处，利用杠杆原理法计算 12345 横断面 1#梁 对于汽车荷载 11120.250.4375222oqqm 对于人群荷载 12.250.51.3752orrm 2梁 对于汽车荷载 211 0.25 1.950.650.7125222oqqm 对于人群荷载 2orm=0 （由于是出现负的，取零，出于安全考虑）3梁 对于汽车荷载 311 0.2 1 0.70.725222oqqm 对于人群荷载 30orm 2.2.当荷载位于跨中时当荷载位于跨中时 此桥在跨度内设有横隔板，具有强大的横向联结刚性，且承重结构的长度比为 可按刚性横梁法绘制影响线并计算横向分布系数cqm，本桥各根主梁的横向截面均相等，梁数 n=5,梁间距为 2 米。52222222222123451222022240iiaaaaaa 1梁横向影响线的竖标值：1梁影响线 221115212 2110.6540iiana 2151552122.1110.2540iia ana 由11、15绘制 1梁的横向影响线，如上图及最不利荷载位置 对于汽车荷载 1110.65.753.952.650.850.66226cqqm 对于人群荷载 10.660.250.50.6756crrm 2梁横向影响线的竖标值：2梁影响线 12215212 22110.4540iia ana 25255212 22110540iia ana 由21、25绘制 2梁的横向影响线，如上图及最不利荷载位置 对于汽车荷载 2110.47.755.954.652.850.53228cqqm 对于人群荷载 20.480.250.50.43758crrm 3梁横向影响线的竖标值 3梁影响线 3110.25、3510.25 对于汽车荷载 3110.2 40.422cqqm 对于人群荷载 30.20.20.4crrm 二、二、主梁内力计算主梁内力计算1231234545 沥青混凝土 50mm水泥混凝土垫层 80mm 1 1 恒载集度恒载集度 （1）主梁：10.080.140.20 1.5()(2.00.2)2512.45/2gKN m（2）横隔梁 对于边主梁：20.080.1420.20.150.16(1.3)()525/21.50.965/222gKNm 对于中主梁：22 0.9651.93/gKN m （3）桥面铺装层：30.05 1.9210.08 1.9235.491/gKNm（4）栏杆和人行道：44.5 2/51.8/gKN m 作用于边主梁的全部恒载强度：12.450.9655.491 1.820.706/iggKN m 作用于中主梁的全部恒载强度：12.452.275.491 1.822.011/iggKN m 2 2 恒载内力的计算恒载内力的计算 边跨弯矩剪力影响线 1#及 5#梁内力（边跨）跨中弯矩 21119.519.520.706984.1822424llMlgKN m 跨中剪力 20lV 支点剪力 011 19.520.706201.8842QKN 1/4 跨处弯矩：131319.519.520.706783.137216216MllgKN m 1/4 跨处剪力：/4131119.50.7520.70619.50.2520.70663.0892424lQKN 2#、3及 4#梁内力（中间跨）跨中弯矩 2119.50.5 19.522.0111046.210244llMlgKN m 跨中剪力 20lV 支点剪力 011 19.522.011214.6072QKN 1/4 跨处弯矩：131319.519.522.011784.658216216MllgKN m 1/4 跨处剪力：/4131119.50.7522.01119.50.2522.011107.3042424lQKN 3 3 活载内力活载内力 1.1.汽车荷载冲击系数汽车荷载冲击系数 主梁横截面图 结构跨中处的单位长度量：320.706 102110.703/9.81cGmkg mg 主梁截面形心到 T 梁上缘的距离：(11*(200-20)*(11/2)+(150*20)*(150*(1/2)47.40.47411*(200-20)+150*20ycmm 跨中截面惯性矩：323274841111150(20020)11(20020)11(47.4)20 15020 150(47.4)1221221.14 100.114 10cIcmm查表 E 取102.8 10ap 10223.142.8 100.1144.1222 21.52169.623ccEIfHzlm 1.514HzfHz 0.1767ln0.01570.1767 ln4.12 0.01570.234f 所以冲击系数：11 0.2341.234 2 2.汽车荷载作用汽车荷载作用 公路级均布荷载 10.5/kqKN m 对于集中荷载，当5l 时，180/kPKN m；当50l 时，360/kPKN m 当550l 时，采用内插法 公路为公路级的 0.75 倍 则0.75 10.57.875/kqKN m 19.550.75180360180178.5505kPKN 当计算剪力时候 178.5 1.2214.2kPKN 计算车道荷载的跨中弯矩、剪力的计算对于双车道，折减系数1.0 跨中弯矩影响线如下图 3.3.跨中弯矩的设计跨中弯矩的设计，21119.519.547.5312424llm 由于跨中弯矩横向分布系数 1、5梁最大，所以只需计算 1、5梁的弯矩，计算如下：对于 1#梁 车道均布荷载作用下(1)1,2Mmqcqlkqk 1.234 1 0.66 7.875 47.531304.850KN m 车道集中荷载作用下 1,2(1)kcqlkkPMmP y 19.51.234 1 0.66 178.5708.7164KN m 则,222304.850708.7161013.566kklllqPMMMKN m 跨中人群荷载最大弯矩 人群荷载集度3 13orPKN 1,20.675 347.53196.250lcrorrMmPKN m 对于 2#和 4#梁 计算公路级汽车活载的跨中弯矩：121,22(1)(1)kkQ kcqcqMmP ymqk 19.51.234 1 0.53 178.51.234 1 0.53 7.87547.531813.2944KN m 计算人群荷载的跨中弯矩：人群荷载集度：3 13orPKN 122,20.4375 347.53162.384crorQ kMmPKN m 对于 3#梁 计算公路级汽车活载的跨中弯矩：12,233(1)(1)Q kkkcqcqMmP ymqk 19.51.234 1 0.4 178.51.234 1 0.47.87547.531614.2834KN m 计算人群荷载的跨中弯矩：人群荷载集度：3 13orPKN 132,20.4347.53157.037crorQ kMmPKN m 4.4.跨中剪力的计算跨中剪力的计算 跨中剪力影响线如下图：21119.512.43822222lm 对于 1和 5#梁 计算公路级汽车活载的跨中剪力：1,011(1)(1)1.234 1 0.66214.20.51.234 1 0.667.8752.4375102.860Q kcqkkcqkQmP ymqKN 计算人群荷载的跨中剪力：12,20.675 32.43754.936lcrorQ kQmPKN 对于 2和 4#梁 计算公路级汽车活载的跨中剪力：1,022(1)(1)1.234 1 0.53 214.20.51.234 1 0.53 7.8752.4375152.645Q kcqkkcqkQmP ymqKN 计算人群荷载的跨中剪力：22,20.4375 32.43753.199lcrorQ kQmPKN 对于 3#梁 计算公路级汽车活载的跨中剪力：1,033(1)(1)1.234 1 0.4214.20.51.234 1 0.47.8752.437562.399Q kcqkkcqkQmP ymqKN 计算人群荷载的跨中剪力：32,20.432.43752.925lcrorQ kQmPKN 5.5.支点截面剪力的计算支点截面剪力的计算剪力影响线如下图所示：211119.59.7522lm 横向分布系数变化区段的长度19.54.854.92am 对于 1和 5#梁 附加三角形重心影响线坐标：1119.54.9/19.50.9163y 0.083y 11111,0(1)4.91.234 1 0.66 214.2 1 1.234 1 0.66 7.875 9.75 1.234 1(0.43750.66)7.875(0.9160.083)2231.695(1)(1)2cqkcqoqcqQ kkkkmqKNaQmP ymmq y 计算人群荷载的支点剪力：1112,02ororcrorcrQ kaQmPmmPy 4.90.675 3 9.751.3750.6753(0.9160.083)20.1862KN 对于 2和 4#梁 计算公路级汽车活载的支点剪力（如下图所示）：22221,0(1)4.91.234 1 0.53 214.2 1 1.234 1 0.53 7.875 9.75 1.234 1(0.71250.53)7.875(0.9160.083)2194.648(1)(1)2cqkcqoqcqQ kkkkmqKNaQmP ymmq y 计算人群荷载的支点剪力：2222,02ororcrorcrQ kaQmPmmPy 4.90.4375 3 9.7500.43753(0.9160.083)9.5842KN 对于 3#梁 计算公路级汽车活载的支点剪力（如下图所示）：33331,0(1)4.91.234 1 0.4 214.2 1 1.234 1 0.4 7.875 9.75 1.234 1(0.7250.4)7.875(0.9160.083)2151.358(1)(1)2cqkoqoqcqQ kkkkmqKNaQmP ymmq y 计算人群荷载的支点剪力：3332,02ororcrorcrQ kaQmPmmPy 4.90.43 9.7500.43(0.9160.083)10.7212KN 6.1/46.1/4 跨弯矩的跨弯矩的计计算算 1/4跨弯矩的影响线如下图 21313 19.519.571.297216216llm 对于 1#和 5#梁 计算公路级汽车活载的 1/4 跨弯矩：141,11(1)(1)kkQ kcqcqMmP ymqk 1.234 1 0.66 178.5 3.6561.34 1 0.66 7.875 71.2971028.059KN m 计算人群荷载的跨中弯矩：人群荷载集度：3 13orPKN 112,40.675 3 71.297144.376crorQ kMmPKN m 对于 2#和 4#梁 计算公路级汽车活载的 1/4 跨弯矩：141,22(1)(1)kkQ kcqcqMmP ymqk 1.234 1 0.53 178.5 3.6561.234 1 0.53 7.875 71.297794.486KN m 计算人群荷载的跨中弯矩：人群荷载集度：3 13orPKN 122,40.4375 3 71.29793.577crorQ kMmPKN m 对于 3#梁 计算公路级汽车活载的 1/4 跨弯矩：141,33(1)(1)kkQ kcqcqMmP ymqk 1.234 1 0.4 178.5 3.6561.234 1 0.4 7.875 71.297599.260KN m 计算人群荷载的跨中弯矩：人群荷载集度：3 13orPKN 122,40.43 71.29785.556crorQ kMmPKN m 7.1/47.1/4 跨剪力的计算跨剪力的计算 1/4 跨剪力影响线如下图：21313 19.50.750.7510.9692422lm 对于 1和 5#梁 计算公路级汽车活载的 1/4 跨剪力：1,011(1)(1)1.234 1 0.66214.20.751.234 1 0.667.875 10.969201.192Q kcqkkcqkQmP ymqKN 计算人群荷载的跨中剪力：12,20.675 3 10.96922.212lcrorQ kQmPKN 对于 2和 4#梁 计算公路级汽车活载的 1/4 跨剪力：1,022(1)(1)1.234 1 0.53 214.20.751.234 1 0.53 7.875 10.969161.563Q kcqkkcqkQmP ymqKN 计算人群荷载的跨中剪力：22,20.4375 3 10.96914.397lcrorQ kQmPKN 对于 3#梁 计算公路级汽车活载的跨中剪力：1,033(1)(1)1.234 1 0.4214.20.751.234 1 0.47.875 10.96972.215Q kcqkkcqkQmP ymqKN 计算人群荷载的跨中剪力：32,20.43 10.96913.163lcrorQ kQmPKN 8.8.荷载组合荷载组合(做到这里啦！做到这里啦！)1112()nnoudoGiGikQq kcQjQJKijr srr sr sr s其 中1.2Gir，11.4Qr，1.4Qjr，1.0or，0.8c 跨中弯矩组合：梁 恒载（KN/m）活载（KN/m）组合值（KN/m）汽车 人群 1、5 984.182 1013.566 96.250 2707.811 2、4 1046.210 813.294 62.384 2463.934 3 1046.210 614.283 57.037 2179.330 跨中剪力组合：梁 恒载（KN/m）活载（KN/m）组合值（KN/m）汽车 人群 1、5 0 102.860 4.936 149.532 2、4 0 152.645 3.199 217.286 3 0 62.399 2.925 90.635 支点剪力组合：梁 恒载（KN/m）活载（KN/m）组合值（KN/m）汽车 人群 1、5 201.884 231.695 20.186 589.242 2、4 214.607 194.648 9.584 540.770 3 214.607 151.358 10.721 481.437 1/4 跨弯矩组合：梁 恒载（KN/m）活载（KN/m）组合值（KN/m）汽车 人群 1、5 783.137 1028.059 144.386 2540.677 2、4 784.658 794.486 93.577 2158.676 3 784.658 599.260 85.566 1876.388 1/4 跨剪力组合：梁 恒载（KN/m）活载（KN/m）组合值（KN/m）汽车 人群 1、5 63.089 210.192 22.212 394.853 2、4 107.304 161.563 14.397 348.021 3 107.304 72.215 13.163 244.608 三、三、行车道板计算行车道板计算1231234545 由于主梁是用现浇混凝土的，其有很大的刚度，所以按刚接的单向板进行行车道板的计算 1.1.恒载内力的计算恒载内力的计算 （1 1）计算每延米板的恒载计算每延米板的恒载 g g 沥青混凝土面层：10.05 1.0 190.95/gKNm C25混凝土垫层：20.08 1.0 231.84/gKN m T 梁翼板自重：30.080.141.0 252.75/2gKN m 合计：312315.54igggg/KN m（2）计算每延米板条的恒载内力）计算每延米板条的恒载内力 弯矩：2201120.25.54()2.2437222ogglKN mM 剪力：5.54 0.94.986ogKNQgl 2.2.活载内力的计算活载内力的计算 根据轴距及轴重，应以重轴为主，取两后轴2 P280kN 计算。轮载分布：车轮着地尺寸220.2 0.6abm，经铺装层按 45 角扩散后，在板顶的分布尺寸：1220.22 0.130.46aaHm 1220.62 0.130.86bbHm 经分析，车后轴两轮的有效分布宽度重叠，所以荷载对于悬臂根部的有效分布宽度为：1020.46 1.42 0.93.66aadlm 作用在每延米板条上的弯矩：01(1)()44spbPMla 2 1400.861.234(0.9)4 3.664 16.167KN m 作用在每延米板条上的剪力：2 140(1)1.23423.60144 3.66spPQKNa 3.内力组合内力组合 安全等级二级，1.0，1g=1.2，1p=1.4 按承载能力极限状态下作用基本组合弯矩和剪力的设计值分别为：11()1.2 2.2437 1.4 16.16725.326ogspgpudMMMKN m ud11()1.2 4.986 1.4 23.60139.025ogspgpQQQKN 四四 横隔梁的计算横隔梁的计算 1.确定作用在中横隔梁的计算荷载：确定作用在中横隔梁的计算荷载：oq11178.5 17.875 1 24.85127.44422PKN 13 124.85 114.552ororrPqKN 2.内力计算内力计算 2与 3主梁间rr截面弯矩2 3M影响线：P=1 作用在 1梁时：111211.50.51 1.5Mrddd 0.6 1.5 20.4 0.5 2 1.5 2 0.8 P1 作用在 5梁时 515251.50.5Mrdd 0.2 1.5 20 0.6 P1 作用在 3梁时：313231.50.5Mrdd 0.21.520.20.52 0.8 1主梁处右截面1Q右剪力影响线：P=1 作用于 1梁截面的右边时 11RQ右 既 110.6iiQ右 P=1 作用于 1梁截面的左边时 111RQ右既 1110.4ii Q右 绘制的2 3M和1Q右的影响线如下图所示：rr12345公路-II级公路-II级公路-II级-0.8-0.60.80.6-0.4-0.2-1.291.150.520.3950.2650.085-0.37q人q人0.575M2-3影响线Q1右影响线 弯矩的计算 公路-II 级：2 3(1)oqiPMy 1.222 1 127.444(1.150.52)260.080KN m 人群荷载：2 314.55(1.29)18.770orPKN mM 剪力的计算：1Q右1.222 127.4440.5750.3950.2850.085208.687KN 人群荷载：114.55(0.37)5.384orPKN mQ 3.内力基本组合：内力基本组合：弯矩：1.42 6 0.0 8 00.81.4(1 8.7 7 0)3 4 4.0 9 8MKN m 剪力：1.42 0 8.6 8 70.81.4(5.3 8 4)2 8 6.1 3 2QKN 主要参考文献主要参考文献 1房贞政.桥梁工程（第一版）北京：中国建筑工业出版社，2004 2叶见曙.结构设计原理（第二版）北京：人民交通出版社，2005 3.彭大方.桥梁工程（上册）北京：人民交通出版社,2007 4公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）北京：人民交通出版社，2004 5公路工程技术标准(JTG B01-2003)北京：人民交通出版社，2004 6公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.(JTG D62-2004)北京：人民交通出版社，2004