混凝土橋設(shè)計計算書

1、西南交通大學(xué)土木工程專業(yè)本科生2009年橋梁工程課程設(shè)計設(shè)計任務(wù)(計算)書姓名： 學(xué)號: 班級： 指導(dǎo)教師： 二九年十二月第一章 設(shè)計依據(jù)一、設(shè)計依據(jù)1.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范JTGD60-2004；2.中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)級規(guī)范JTGD62-2004；二、方案簡介及上部結(jié)構(gòu)主要尺寸本橋是某汽車專用公路上的一座五梁式后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁橋，該橋上下行分左右幅分離式布置，梁全長為29.94m，計算跨度為29.10m，梁高2.00米，主梁中心距2.50m，T梁混凝土設(shè)計標(biāo)號為C50，設(shè)計安全等級為二級。 單幅橋面行車道寬度為11.25m

2、，單幅橋面總寬度為12.25m，防撞欄桿寬度為50cm，T梁之間采用濕接縫連接，濕接縫寬度為70cm，橋面鋪裝為10cmC40防水混凝土鋪裝層+10cm瀝青混凝土鋪裝層，橋臺采用重力式U型橋臺，設(shè)計荷載等級采用公路級，無人群荷載。 T梁尺寸如圖1和2所示： 圖1 T梁立面和橫截面尺寸（單位：cm） 圖2 單幅橋橫截面尺寸（單位：cm）三、基本參數(shù) 1 設(shè)計荷載 公路一級，無人群荷載。 2 跨徑及橋?qū)?本橋T梁長度為29.96m，T梁計算跨徑為29.10m。橋梁單幅總寬度25.25m，由五根T梁組成，設(shè)置有兩片端橫隔板和三片中橫隔板，按三車道設(shè)計。 3 主要材料 T梁混凝土：C50混凝土； 現(xiàn)澆

3、濕接縫及現(xiàn)澆橫隔板接頭混凝土：C50混凝土； 鋪裝層混凝土：上層為10cm厚瀝青混凝土， 下層為10cm厚C40W6防水混凝土； 預(yù)應(yīng)力鋼絞線：270級75（j15.24mm）； 普通鋼筋：直徑12mm采用HRB335鋼筋， 直徑12mm采用R235鋼筋。 4 材料參數(shù) （1） C50混凝土：查JTG D62-2004第3.1.33.1.5條，可得 彈性模量：Ec=3.45104MPa 軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值：fcd=22.4MPa 軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計值：ftd=1.83MPa 軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：fck=32.4MPa 軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：ftk=2.65MPa容重：26.0kN/m3 （2） C

4、40混凝土鋪裝層：查JTG D60-2004第4.2.1條，可得 容重：25.0kN/m3（3） 瀝青混凝土鋪裝層：查JTG D60-2004第4.2.1條，可得 容重：23.0kN/m3 （4） 鋼絞線：查JTG D62-2004第3.2.23.2.4條，可得彈性模量： Ep=1.95105MPa 抗拉強(qiáng)度設(shè)計值：fpd=1260MPa 抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值：fpk=1860MPa 張拉控制應(yīng)力：con=0.75 fpk =1395MPa 四、計算模式及采用的程序 （一） 計算模式1 10cm厚的40號防水混凝土橋面鋪裝層完全不參與T梁的受力； 2 T梁的橫向分布系數(shù)計算：梁端按“杠桿原理法”計算

5、，跨中按“剛接梁法”計算； 3 T梁按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計； 4 在T梁混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的100%后方可張拉預(yù)應(yīng)力鋼束，張拉順序同鋼束編號。 （二） 計算程序 西南交通大學(xué)編制的BSAS計算程序。 第二章 荷載橫向分布計算由于本橋各T梁之間采用混凝土濕接縫剛性連接，故其荷載橫向分布系數(shù)在梁端可按“杠桿原理法”計算，在跨中可按“剛接梁法”計算。（一） 在跨中位置的橫向分布系數(shù)（剛性橫梁法）:主梁截面中心位置： 主梁抗彎慣性矩：主梁抗扭慣性矩：主梁翼緣板全寬：相鄰兩主梁梁肋凈距之半：中橫梁計算截面：去內(nèi)橫梁的翼緣板寬度等于中距5m，取橋面板靠主梁肋處板厚15cm作為中橫梁翼緣板厚度，具體見圖

6、3； 圖3 中橫梁截面圖（單位：cm）中橫梁之抗彎慣性矩：中橫梁換算單位長度之抗彎慣性矩：扭轉(zhuǎn)位移與主梁撓度之比：懸臂板撓度與主梁撓度之比：從公路橋涵設(shè)計橋梁上冊的剛接板梁橋荷載橫向分布影響線表中五梁式表，由主要參數(shù)和即可查出本橋第1、2、3號梁的荷載橫向分布影響線在各主梁軸下的豎坐標(biāo)值。先按=1和2、=0查表再按=1和2、=0.001查表，得到各梁的值如表1所示，再經(jīng)過兩次內(nèi)插，可以得到=1.955、=0.00058對應(yīng)的值如表2所示。計算出本橋第1、2、3號梁的荷載橫向分布影響線在各主梁軸下的豎坐標(biāo)值后，對該影響線進(jìn)行加載即可求出T梁的荷載橫向分布系數(shù)，計算的加載圖詳見圖4，計算結(jié)果如表3

7、所示圖4 計算mc的加載圖（尺寸單位：cm） 梁端橫向分布系數(shù)m0杠桿原理法計算，其結(jié)果如下表；表3 T梁的荷載橫向分布系數(shù)主梁梁號汽車梁端m0跨中mc10.64880.832520.89510.719430.89510.6034第三章 主梁內(nèi)力計算根據(jù)上述梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置，并通過活載下的梁橋荷載橫向分布計算，可分別求得各主梁控制截面（本設(shè)計取跨中、四分點和支點截面）的恒載和最大活載內(nèi)力，然后再進(jìn)行主梁內(nèi)力組合。由于1號梁的mc大于2號梁的mc，且在計算中用得較多，mc對梁的內(nèi)力影響較大，所以取1號梁進(jìn)行計算其活載內(nèi)力。一、 恒載內(nèi)力計算(取1號梁進(jìn)行計算)1.第一期恒載按跨中截面計算

8、，主梁的荷載集度為： （0.8014為主梁跨中截面面積）由于梁端腹板加寬所增加的重力折算成的荷載集度：橫隔梁的荷載集度;則第一期恒載為：2. 第二期恒載現(xiàn)澆完濕接縫并修好欄桿和鋪裝層后濕接縫、欄桿和橋面鋪裝的重量折算成的荷載集度： 濕接縫：一側(cè)欄桿： 橋面鋪裝層集度：第二期恒載的集度為：3. 恒載內(nèi)力如右圖，設(shè)x為計算截面離左端支座的距離并令則：主梁彎矩和剪力計算公式為： 圖6 恒載內(nèi)力計算影響線加載圖示 表2 恒載內(nèi)力計算表計算數(shù)據(jù)項目恒載集度（kN/m）l=29.10m(kN.m)（kN）跨中四分點跨中四分點支座0.50.250.50.2500.1250.0938-00.250.5一期恒載

9、25.282675.922008.010183.91367.82二期恒載16.361731.731299.490119.02238.04總恒載41.644407.653307.50302.93605.86二、 活載內(nèi)力計算：1. T梁基頻：查JTG D60-2004 第4.3.2條 主梁計算跨度: L=29.10m混凝土彈性模量：跨中截面的截面慣性矩：跨中處每延米結(jié)構(gòu)重量：G=25.28kN跨中處得單位長度質(zhì)量：主梁基頻: 2. 沖擊系數(shù)：查JTG D60-2004 第4.3.2條 則3. 車道折減系數(shù)：查JTG D60-2004 第4.3.1條 4. 活載加載并計算： 在活載內(nèi)力計算中，本設(shè)

10、計對于橫向分布系數(shù)的取值作如下考慮：計算主梁活載彎矩時，均采用全跨統(tǒng)一的橫向分布系數(shù)mc； 鑒于跨中和四分點剪力影響線的較大坐標(biāo)位于橋跨中部，故也按不變的mc來計算；求支點截面活載的剪力時，由于主要荷重集中在支點附近，按橫向分布系數(shù)沿橋跨的變化曲線取值，即從支點到1/4跨之間，橫向分布系數(shù)用m0和mc值線性插入，其余區(qū)段均取mc值。計算荷載: 由于采用公路二級荷載，(1). 計算跨中截面最大彎矩和最大剪力:彎矩和剪力影響線及加載圖示如下圖， 圖7彎矩和剪力影響線及加載圖示計算公式為: 則在跨中位置處，（2）四分點截面最大彎矩和剪力：彎矩和剪力影響線及加載圖示如下圖，圖8彎矩和剪力影響線及加載圖

11、示得 （3）支座處最大剪力: 剪力影響線及加載 圖示如下可 得 圖9 剪力影響線及加載圖示 由以上計算可得公路一級活載標(biāo)準(zhǔn)值作用下T梁的計算結(jié)果匯總表計算位置最大彎矩M（kN.m）最大剪力Q(kN)支座0350.62四分點處2380.3251.2跨中2548.5112.85.荷載效應(yīng)組合（1） 正常使用極限狀態(tài)荷載短期效應(yīng)組合 詳見JTG D60-2004 第4.1.7條的規(guī)定。荷載短期效應(yīng)組合設(shè)計值表達(dá)式為：式中活載效應(yīng)部分不計沖擊影響。計算結(jié)果見下表表3 正常使用極限狀態(tài)荷載短期效應(yīng)組合計算位置最大彎矩M（kN.m）最大剪力Q(kN)支座處0851.29四分點處4973.21478.77跨

12、中6191.2578.96（2）正常使用極限狀態(tài)荷載長期效應(yīng)組合詳見JTG D60-2004 第4.1.7條的規(guī)定。荷載長期效應(yīng)組合設(shè)計值表達(dá)式為：式中活載效應(yīng)部分不計沖擊影響。計算結(jié)果見下表表 4 正常使用極限狀態(tài)荷載長期效應(yīng)組合計算位置最大彎矩M（kN.m）最大剪力Q(kN)支座處0746.11四分點處4259403.41跨中542745.12（3）持久狀況應(yīng)力計算時的荷載組合詳見JTG D60-2004 第4.1.8條的規(guī)定。荷載組合設(shè)計值表達(dá)式為：。計算結(jié)果見下表 表5 持久狀況應(yīng)力計算時的荷載組合計算位置最大彎矩M（kN.m）最大剪力Q(kN)支座處0956.48四分點處5687.8

13、0554.13跨中6956.15112.8（4）承載能力極限狀態(tài)荷載基本組合詳見JTG D60-2004 第4.1.6條的規(guī)定。荷載基本組合設(shè)計值表達(dá)式為：式中活載效應(yīng)部分不計沖擊影響。計算結(jié)果見下表 表6 承載能力極限狀態(tài)荷載基本組合計算位置最大彎矩M（kN.m）最大剪力Q(kN)支座處01339.69四分點處8031.56715.196跨中9742.79173.712第四章 預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計一、1號T梁鋼束估算 1按正截面抗彎承載力估算預(yù)應(yīng)力混凝土梁到達(dá)受彎的極限狀態(tài)時，受壓區(qū)混凝土應(yīng)力達(dá)到混凝土抗壓強(qiáng)度設(shè)計值，受拉區(qū)鋼筋達(dá)到抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。本橋為簡支梁橋，全橋承受正彎矩作用，僅需在T梁截面

14、下緣配置與應(yīng)以鋼筋。對于圖10所示的僅受一個方向的彎矩的單筋截面梁，所需的預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量按下式計算：圖10 單筋截面梁受彎構(gòu)建正截面承載力計算圖假定跨中預(yù)應(yīng)力鋼筋重心距梁底為15cm，則可得h0=1.85m。假定中心軸位于T形截面的翼緣內(nèi)，則由圖10有：解上兩式得受壓區(qū)高度：上式中M=9472.79kN.m（見表6） b=2.5m代入x的表達(dá)式得到x=0.093m0.5 ftk的區(qū)段，間距Sv需滿足：由于本設(shè)計沒有設(shè)置豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋， 式中 本設(shè)計僅驗算T梁馬蹄頂面處（即距梁底41cm處）的主應(yīng)力，其它位置的主應(yīng)力可參照驗算。 混凝土主壓應(yīng)力和主拉應(yīng)力驗算結(jié)果如表24所示。將該表與斜截面抗剪承載

15、力計算中的箍筋用量相比較可知，箍筋用量由斜截面抗剪承載力計算控制。表21 混凝土主壓應(yīng)力和主拉應(yīng)力驗算結(jié)果四、短暫狀況預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)力驗算預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行短暫狀況組合下的混凝土截面法向應(yīng)力驗算，在預(yù)應(yīng)力和構(gòu)件自重等施工荷載作用下截面邊緣混凝土法向應(yīng)力應(yīng)符合下列規(guī)定： 壓應(yīng)力：=22.68 MPa拉應(yīng)力：=3.0475 MPa當(dāng)時，預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋配筋率不得小于0.2；當(dāng)時，預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋配筋率不得小于0.4；當(dāng)時，預(yù)拉區(qū)縱向鋼筋配筋率按以上兩者直線內(nèi)插。對后張法構(gòu)件，縱向鋼筋配筋率指的是預(yù)拉區(qū)縱向普通鋼筋截面面積As與構(gòu)件毛截面面積A的比值。 本例僅驗算張拉錨固時的構(gòu)件應(yīng)力，此時管道尚未壓漿，主梁之間的濕接縫和二期恒載還沒有施工，邊梁僅受自身預(yù)制構(gòu)件自重和預(yù)應(yīng)力的作用，驗算時采用構(gòu)件的凈截面特性。 預(yù)