桥梁设计任务书及详细设计过程

目录桥梁工程课程式设计任务书 1 第1章 设计资料与结构布置 3 1.1 设计资料 3 1.2 结构布置 3 1.3 设计概述 6第2章 主梁内力计算 7 2.1 恒载内力计算 7 2.2 汽车、人群荷载产生内力计算 9 2.3 主梁内力组合 9第3章 主梁配筋设计 21 3.1 跨中正截面强度计算 21 3.2 斜截面承载力剪力筋设计 23 3.3 全梁承载力校核 26 3.4 裂缝验算 293.5 变形验算 29桥梁工程课程设计任务书一、课程设计题目钢筋混凝土简支T梁桥主梁设计二、课程设计目的桥梁工程课程设计是桥梁设计的入门，通过设计进一步巩固钢筋混凝土基本原理的主要理论知识，是学生掌握桥梁的设计原理和各种体系桥梁的受力特点，同时重点掌握结构计算基本理论。结合课程设计与习题加深对桥梁工程课堂理论教学内容的理解。培养学生的动手能力。三、基本要求1 掌握钢筋混凝土桥梁结构的设计原理、步骤，结构构造和设计计算方法。2 熟悉并掌握桥梁工程现行规范运用。3 通过本课程的学习，具有设计一般桥梁结构的能力。四、基本资料标准跨径、桥面净宽、荷载等级、主梁及横隔梁数目（按照自己的数据填写）五、基本内容1、提供钢筋混凝土简支T形梁桥设计计算书一份，基本内容如下：（1） 拟定桥面铺装、主梁截面尺寸及各部分尺寸（2） 主梁内力计算（3） 配筋设计与各种验算2、完成下列图纸绘制（1） 桥梁一般布置图（2） 主梁一般构造图（3） 主梁钢筋布置图六、课程设计依据1 铁路桥涵设计通用规范（JTG D602004）2 铁路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）3 铁路砖石及混凝土桥涵设计规范4 铁路桥梁荷载横向分布计算七、要求1. 熟读规范、标准，理论联系实际；2. 手工与计算机绘图相结合，至少一张手工图，均采用3号图纸；说明书用A4纸，打印。3. 独立完成设计。桥梁工程课程设计文件撰写要求一、顺序要求（按照模板）封面目录任务书正文二、字体及字号要求正文用五号宋体；行距为1.2倍第1章 设计资料与结构布置1.1设计资料 跨 数：三跨 标准跨经：采用标准跨径13m的钢筋混凝土简支梁，只进行桥梁的上部结构的计算 主梁全长：根据设计经验值，确定伸缩缝采用4cm，预制梁体长12.96m。 计算跨径：相邻支座中心间距为12.60m。 桥面宽度：净7m（行车道）2*0.75（人行道）。设计荷载：由公路级，人群荷载3.0kN/m,结构重要性系数不了。材料初步选定混凝土：主梁选用C30，铺装层采用C25。钢 筋：直径时采用HRB335钢筋。 直径时采用Q235钢筋。设计规范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）1.2结构布置 主 梁 高： 按照经济性原则，钢筋混凝土T型简支梁桥高跨比的经济范围大约在之间，根据跨度小者取较大比值原则，本桥取，则梁高为1.12m，设计时按照1.3m计算。 主梁间距：按照任务书规定，本桥采用五根主梁，且主梁间距为1.6m。 主梁梁肋宽：取梁肋宽为0.20m。T形梁翼缘板尺寸：腹板交接处通常取不小于主梁高的，即=0.083m，本设计取0.14m，翼缘悬臂端取0.1m。横隔梁：按任务书规定设置五排横隔梁，梁高为主梁高的左右，即0.975m，在靠近腹板处的横隔梁底缘到主梁顶距离为1m，厚度取1216cm之间，本设计横隔梁下缘取16cm，上缘取18cm。桥面铺装：采用4cm厚的沥青混凝土磨耗层，4cm厚的C25混凝土垫层。T形梁横截面尺寸如图横隔梁布置桥面铺装、桥梁横断面 1.3 设计概述在进行桥梁设计时，一般应先认真阅读设计任务书。然后根据任务书中所要求的内容，进行桥面的铺装和主梁横隔梁的截面尺寸拟订。再根据设计任务书中所给出的相关资料进行主梁、边梁等的内力计算。根据杠杆原理法算出支座处的荷载横向分布系数，再根据偏心压力法（适用于高跨比小于0.5的窄桥，大于0.5的采用正交异性板法）算出跨中处的荷载横向分布系数，根据横向分布系数算出端点处、跨中处和四分之一处的相应弯距和剪力，再根据其弯距和剪力大小，合理布筋并进行弯距、剪力、裂缝和变形的演算。最后，绘制出总图、包络图等各类所需图样，并编写钢筋明细表、计算混凝土用量，书写设计说明书。 第2章 主梁内力计算2.1恒载内力计算结构自重集度主梁=0.21.30+(1.60-0.1)25=11kN/m横隔梁边主梁=1.00()()525/12.6=1.53kN/m中主梁=21.53=3.06kN/m桥面铺装层(含防水层)=0.047.0023+0.5（0.02+0.04）7.0024/5=2.296kN/m栏杆和人行道=52/5=2.00kN/m合计边主梁=16.826kN/m中主梁=18.356kN/m边主梁结构自重产生内力截面面积内力剪力Q(kN)弯矩m(kNm)x=0边主梁Q=15.4712.60=1060中主梁Q=16.4512.60=115.640x=边主梁Q=15.47（12.60-2）=53m=(12.60)=250.43中主梁Q=16.45（12.60-2）=57.82m=(12.60)=273.21x=边主梁 0m=15.47=333.91中主梁 0m=16.45=364.27 2.2汽车、人群荷载产生内力计算按杠杆原理法计算支点处横向分布系数：图2.1杠杆原理法计算横向分系数图示(单位:mm)1#=0.875=0.438=1.4222#=1=0.5 =03#=(1.7+0.2)=0.594 =0按偏心压力法计算： 设此桥有刚度强大的横隔梁,结构长宽比为：=0.6接近0.5 可按偏心压力法计算跨中横向分布系数；半桥各根主梁横截面均相等,梁数n=5,梁间距为1.60m图2.2偏心压力法计算横向分布系数图示(单位:mm)1#粱的横向影响线竖标值为： =+=25.60 =+=0.60=0.40=-0.20=(4.60+2.80+1.50-0.30)=0.538=(4.80+0.30+)=0.6842#梁的横向影响线竖标值为： =+=0.40 =0=(6.20+4.40+3.10+1.30)=0.484=(6.40+0.30+)=0.4423#粱的横向影响线竖标值为： =0.2=0.4 =0.2荷载横向分布系数汇总荷载横向分布系数汇总梁号荷载位置公路II级人群荷载备注1# 5#跨中mc0.5380.684按“偏心压力法”梁端mo0.4381.442按“杠杆原理法”2# 4#跨中mc0.4840.442按“偏心压力法”梁端mo0.50按“杠杆原理法”3#跨中mc0.40.2按“偏心压力法”梁端mo0.5940按“杠杆原理法”均布荷载和内力影响线面积计算均布荷载和内力影响线面积计算 类型截面公路-级(kN/m)人群(kN/m)影响线面积影响线图式10.50.75=7.8753.00.75=2.25=19.8457.8752.25=14.8847.8752.25=1.5757.8752.25=3.547.8752.25=6.3公路II级中集中荷载计算：计算弯矩效应时：=0.75180+ (12.48-5)=157.8kN计算剪力效应时：=1.2157.8=189.36kN冲击系数取0.3 则 (1+)=1.3跨中弯矩,剪力,四分点弯矩计算表序号截面荷载类型qk 或qrP k1+umc或ySSiS1#5#公路-II级7.875157.81.30.53819.845109.3456.953.15347.65人群荷载2.250.68419.84530.54公路-II级7.875189.361.30.5381.5758.6774.890.566.22人群荷载2.250.6841.5752.42公路-II级7.875157.81.30.53814.88481.975342.722.3625260.74人群荷载2.250.68414.88422.91公路-II级7.875189.361.30.5383.5462.02118.80.7556.78人群荷载2.250.6843.545.452#4#公路-II级7.875157.81.30.48419.84598.34411.093.15312.75人群荷载2.250.44219.84519.74公路-II级7.875189.361.30.4841.5757.8067.370.559.57人群荷载2.250.4421.5753.52公路-II级7.875157.81.30.48414.88473.76308.322.3625234.56人群荷载2.250.44214.88414.80公路-II级7.875189.361.30.4843.5455.79106.90.7551.07人群荷载2.250.4423.543.523#公路-II级7.875157.81.30.419.84581.26339.743.15258.48人群荷载2.250.219.8458.93公路-II级7.875189.361.30.41.5756.4555.680.549.23人群荷载2.250.21.5750.71公路-II级7.875157.81.30.414.88460.94254.82.3625193.86人群荷载2.250.214.8846.67公路-II级7.875189.361.30.43.5446.1588.270.7542.22人群荷载2.250.23.541.59跨中弯矩,剪力,四分点弯矩计算表 计算支点截面汽车荷载最大剪力绘制荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如图:1#5#梁横向分布系数变化区段的长度:= 3.15mm变化区荷载重心处的内力影响线坐标为:=1（12.6-3.15）/12.6=0.917对于1#5#梁：=(1+)=1.317.8750.5386.3+3.15 (0.438-0.538)0.917=36.2kN=1.310.438189.361.0=107.82kN则公路-II级作用下,1#6#梁支点的最大剪力为：=36.2+107.82=144kN计算支点截面人群荷载最大剪力：=0.6842.256.243.15（1.422-0.684）2.250.917=12.09kN 对于2#4#梁：图2.4支点剪力计算图(单位:m)= (1+)=1.317.8750.4846.3+3.15 (0.5-0.484)0.917=31.43kN =1.310.5189.361.0=123.07kN则公路-II级作用下,1#6#梁支点的最大剪力为：=31.43+123.07=154.5kN计算支点截面人群荷载最大剪力：= =0.4422.256.33.15（0-0.442）2.250.917=4.97kN 对于3#梁：图2.5支点剪力计算图(单位:m)= (1+)= 1.317.8750.46.3+3.15 (0.594-0.4)0.917=29.45kN = = 1.310.594189.361.0=146.16kN 则公路-II级作用下,1#6#梁支点的最大剪力为：=29.45+146.16=175.6kN计算支点截面人群荷载最大剪力：= = 0.22.256.33.15（0-0.2）2.250.917=2.185kN 2.3主梁内力组合控制设计的计算内力确定1#5#梁 序号荷载类型弯矩剪力梁端四分点跨中梁端四分点跨中结构自重0250.43333.91106530汽车荷载0342.72456.95 139.37118.874.89人群荷载022.9130.5413.975.452.421.2(1)0300.52400.69127.263.601.4(2)0479.81639.73195.12166.32104.850.81.4(3)025.6634.2015.656.102.71Sud=(4)+(5)+(6)0805.991074.62337.97236.02107.562#4#梁序号荷载类型弯矩剪力梁端四分点跨中梁端四分点跨中结构自重0273.21364.27115.6457.820汽车荷载0308.32411.09154.8106.967.37人群荷载014.819.745.433.523.521.2(1)0327.85437.12138.7769.3801.4(2)0382.49575.53216.72149.6694.320.81.4(3)016.5822.116.083.943.94Sud=(4)+(5)+(6)0726.9251034.76361.57222.9898.263#梁序号荷载类型弯矩剪力梁端四分点跨中梁端四分点跨中结构自重0273.21364.27115.6457.820汽车荷载0254.8337.74168.9188.2755.68人群荷载06.698.932.461.590.711.2(1)0327.85437.12138.7769.3801.4(2)0356.72475.64236.47123.5877.950.81.4(3)07.49102.761.780.80Sud=(4)+(5)+(6)0692.06922.76378194.7478.75第3章 主梁配筋设计3.1跨中正截面强度计算确定翼缘板计算宽度=1074.62kNm; =805.99kN/m确定翼缘板计算宽度(1)简支梁计算跨径的1/3：12600/3=4200(2)主梁中心距：1600(3)b+12: b+12=200+12120=1640故取翼缘板计算宽度=1600mm判断T型截面类型选取335钢筋，30混泥土，13.8MPa, 280MPa, 1.39MPa, =0.56;30+0.07h=121, =1.0，ho=1300-121=1179; (-/2)=13.81600120(1179-120/2)=2964.9kNm =1074.62kNm 中性轴在翼缘板内。属于第一类T 型梁。计算混泥土受压高度：X=-=42.03=0.561179=660.24且X=120 所得的受拉钢筋截面面积为=3314.37 选6 28钢筋，提供的截面面积为3695，6根钢筋，布置成三排，每排2根，所需的截面最小宽度：=22530230.5=1410.2%取=0.2%而=1.57%0.2%配筋率满足公桥规要求.承载力复核钢筋布置符合规范要求。判断T形截面的类型：X=46.86=805.99kNm经检验，结构安全.正截面尺寸图3.2斜截面承载力、剪力筋设计验算截面尺寸=337.97kN= 2001300-(30+ )=658.68kN=337.97kN该T形粱满足尺寸要求。核算是否需要根据计算配置箍筋若满足则此粱段范围内可仅根据构造要求设置箍筋。=1.01801.651300-（30+）=163.88kN=107.56kN固在近跨中区段可仅根据构造要求设置箍筋。剪力钢筋设计(一)剪力图划分绘剪力图，如图计算不需要配置计算剪力筋区段长度x=643.81所以按计算设置剪力钢筋粱段长度为=6300-643.81=5656.19计算（距支座中心处截面的计算剪力）=1300/2=650=107.56+（337.97-107.56）=314.2kN其中，应由混泥土和箍筋承担的计算剪力=0.6=188.52kN应由弯起钢筋承受的计算剪力=0.4=125.68kN(二)箍筋设计采用直径为8的双肢箍筋，=250.3=100.6，一般受弯构件中箍筋常按等间距布置，为了计算简便，计算公式中纵筋配筋百分率p及截面有效宽度均取跨中及支点截面的平均值。=100=100=100=1.41=100=100=0.52=0.97=1209.5由式=457.01取=450并根据公桥规要求，支座中心至h/2=550范围内取=100，=0.00118（三）弯起钢筋设计：第一排弯起钢筋计算：根据公桥规规定，计算第一排弯起钢筋时取用距支座中心h/2=550处由第一排弯起钢筋承担的剪力vsb1，即=122.58kN= =846.39加韩 ，供给面积1230.88846.39。第二排弯起钢筋计算：第二排弯起钢筋时，取第一排弯起钢筋起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值，此时，第一排弯起钢筋弯起段的水平投影长度计算如下（设净保护层厚为30，上部架立筋为2 34）=h-2保护层厚- -=1300-2303430.520=1155.5=107.56+(337.97-107.56)-188.32=107.19kN= =721.86弯起2 28，供给面积1230.88721.86第三排弯起钢筋计算： = - =1155.5-30.5=1125=107.56+(337.97-107.56)-188.52=66.05kN=444.7弯起2 28，供给面积1230.88444.7第四排弯起钢筋计算：= + =1125-30.5=1094.5=107.56+(337.97-107.56)-188.52=26.016kN=175.2加焊2 16，供给面积402175.23.3全梁承载力校核跨中截面所能承担的最大弯矩计算X=46.86=120、=13.8160046.86（1179-46.86）=1195.63kNm=1074.62kNm3.3.2 L/4截面承载力校核弯起钢筋的水平投影长度L计算L=h/2+L=650+1155.5+1125=2930.5L/4=3150mm故：L/4处的承载力为全梁最大承载力=805.99kNm1195.63kNm故此截面安全绘制承载力图:如图3.1并进行全梁承载力校核3.4裂缝验算 取荷载短期效应组合弯矩:荷载长期效应组合弯矩:对于短期静荷载,最大裂缝宽度为：长期荷载作用时最大裂缝宽度为：3.5变形验算C30混凝土： 按第二类计算 T梁全截面换算面积受压区高度计算开裂刚度全截面抗弯刚度 全截面换算截面受拉区边缘是弹性抵抗矩 全截面换算截面面积矩 = = 计算人群荷载和汽车荷载（不计冲击力）作用下梁的挠度 符合要求计算结构物恒载弯矩作用下梁的挠度荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响产生的长期挠度按公桥规规定必须设置预拱度预拱度跨中值