裝配式砼簡支T形梁橋內(nèi)力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、貴州大學(xué)明德學(xué)院裝配式砼簡支T形梁橋內(nèi)力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說明書 橋梁工程課堂設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 土木工程 班 級(jí)： 交通10152 姓 名： 楊 偉 巍 學(xué) 號(hào)： 10200311327 指導(dǎo)老師： 張 蓮英 2013年6月18日目錄一、設(shè)計(jì)原始資料 （3）二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求 （4）三、設(shè)計(jì)正文 （4） 1、橋面板內(nèi)力計(jì)算 （2）1.1 恒載及其內(nèi)力 （5） 1.2 活載內(nèi)力 （5） 1.3 荷載組合 （6） 2、主梁內(nèi)力計(jì)算 （6） 2.1 恒載內(nèi)力計(jì)算 （6） 2.2 活載內(nèi)力計(jì)算 （7） 2.2.1用“杠桿法”計(jì)算荷載位于支點(diǎn)處各主梁的荷載橫向分布系數(shù) ( 8 )2.2.3用“偏心壓力

2、法”計(jì)算荷載位于跨中時(shí)各主梁的荷載橫向分布系數(shù) （9） 2.2.3用“修正剛性橫梁法”計(jì)算荷載位于跨中時(shí)各主梁的荷載橫向分布系(10) 2.3計(jì)算活載內(nèi)力 （13） 3、橫隔梁內(nèi)力計(jì)算 （17）4、撓度、預(yù)拱度計(jì)算 （20） 四、主要參考文獻(xiàn) （24）裝配式砼簡支T形梁橋內(nèi)力計(jì)算與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算一、設(shè)計(jì)原始資料1橋面凈空：凈7+2×1.50m2主梁跨徑和全長：標(biāo)準(zhǔn)跨徑： l=20.00m（墩中心距離），計(jì)算跨徑： l=19.60m（支座中心距離），主梁全長： l=19.96m（主梁預(yù)制長度）3 上部結(jié)構(gòu)主梁布置圖：（單位：cm）主梁一般構(gòu)造圖上部結(jié)構(gòu)橫斷面構(gòu)造圖上部結(jié)構(gòu)縱斷面構(gòu)造圖4設(shè)

3、計(jì)荷載：2004橋梁規(guī)范：公路I級(jí)荷載，人群3.0KN/m5材料：主梁：混凝土C40， 容重26KN/m3， 橋面鋪裝：10cm厚C30混凝土（25KN/m3 ），8cm厚瀝青（23KN/m3），人行道欄桿10N/m6 設(shè)計(jì)方法：“杠桿法”、“修正剛性橫梁法”、 “鉸接板法” 、“比擬正交異性板法”等7 設(shè)計(jì)依據(jù)：公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-2004)二、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求1橋面板內(nèi)力計(jì)算：計(jì)算T梁翼板所構(gòu)成的鉸接懸臂板的設(shè)計(jì)內(nèi)力。2主梁內(nèi)力計(jì)算：（1）用“杠桿法”計(jì)算荷載位于支點(diǎn)處各主梁的荷載橫向分布系數(shù)。（2）用“偏

4、心壓力法、修正剛性橫梁法、剛接板法”計(jì)算荷載位于跨中時(shí)各主梁的荷載橫向分布系數(shù)。（3）計(jì)算主梁在荷載作用下跨中截面的彎矩、支點(diǎn)和跨中截面的剪力。（4）進(jìn)行主梁內(nèi)力組合，并畫出主梁彎矩包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖。3 橫梁內(nèi)力計(jì)算：用“剛性橫梁法”計(jì)算橫梁內(nèi)力。4 撓度、預(yù)拱度計(jì)算：計(jì)算主梁跨中的撓度，并考慮是否需要設(shè)置預(yù)拱度。5 提交成果 設(shè)計(jì)計(jì)算書一份； 上部結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖一張（A3圖紙）；參考81頁 主粱鋼筋大樣圖一張（A3圖紙）。參考81頁三、設(shè)計(jì)正文1、橋面板內(nèi)力計(jì)算尺寸單位：cm1.1恒載及其內(nèi)力(以縱向一米寬的板條進(jìn)行計(jì)算)(1)每延米板上的恒載g：混凝土墊層g1= 0.08×1.0&

5、#215;23=1.84kN/mC30混凝土墊層g2=0.10×1.0×25=2.5 kN/mT梁翼板自重g3=4.42kN/m合計(jì)： kN/m(2)每米寬板條的恒載內(nèi)力彎矩 kN.m剪力 Qsg=glo=8.760.81=7.10kN1.2活載內(nèi)力本例按公路-II級(jí)車輛荷載計(jì)算內(nèi)力。公路-II級(jí)車輛荷載兩個(gè)后軸重各為P=140kN，車輪著地長度a2=0.20m和寬度b2=0.60m。作用在板上的壓力面長度為：a1=a2+2H=0.20+2×0.18=0.56mb1=b2+H=0.60+1×0.18=0.96m由于b1>lO ，無論求彎矩時(shí)車輪作用

6、在板跨中部或者求剪力時(shí)車輪靠板根部布置，懸臂板根部的有效分布寬度均為a=a1+d+2l0=0.56+1.40+2×0.81=3.58m沖擊系數(shù)=0.3(1)一米寬板條的彎矩用簡化方法計(jì)算將荷載對(duì)中布置在鉸縫處(圖2.2.18a)，使鉸剪力為零，按自由懸臂板計(jì)算。彎矩： kN.m(2)一米寬板條的剪力用簡化方法計(jì)算荷載集度(前后輪重疊)40.74kN不考慮鉸剪力的影響，按自由懸臂板計(jì)算，各板承擔(dān)其上的荷載，則自由懸臂板根部的剪力為 Qsq=(1+).p.lo=1.3×40.74×0.81=42.90kN1.3荷載組合當(dāng)橋面板按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)采用基本組

7、合，并根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)第4.1.6條對(duì)相應(yīng)荷載規(guī)定的荷載效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)來求得計(jì)算內(nèi)力。本例均為恒載對(duì)結(jié)構(gòu)物承載不利情況，其計(jì)算內(nèi)力為：=1.0×(1.2×(-2.87)+1.4×(-14.49) =-23.73kN.m=1.0×(1.2×7.1+1.4×42.90)=68.58 kN有了控制設(shè)計(jì)的計(jì)算內(nèi)力，就可按鋼筋混凝土板截面設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)板內(nèi)的鋼筋和進(jìn)行相應(yīng)的驗(yàn)算。2主梁內(nèi)力計(jì)算2.1恒載內(nèi)力計(jì)算(1) 永久作用集度計(jì)算主 梁橫隔梁對(duì)于邊主梁對(duì)于中主梁橋面鋪裝層欄桿和人行道合計(jì)對(duì)于邊主梁對(duì)于中主梁

8、(2)永久作用內(nèi)力計(jì)算由公式： 可得到下表的主梁恒載內(nèi)力 內(nèi)力截面位置邊主梁中主梁彎矩M（KN/m）剪力（KN）彎矩M（KN/m）剪力（KN） X=00276.50287.9 X=L/41016.0207.31057.8215.9 X=L/21354.601410.402.2活載內(nèi)力計(jì)算 （a）2.2.1用“杠桿法”計(jì)算荷載位于支點(diǎn)處各主梁的荷載橫向分布系數(shù)1）由對(duì)稱可知只需要算出1、2、3、4、5號(hào)梁支點(diǎn)截面的荷載橫向分布系數(shù)即可，用杠桿法的原理繪制出1、2、3、4、5號(hào)梁的荷載反力影響線，分別入下圖（b）、（c）、（d）、（e）、（f）。2）應(yīng)用結(jié)構(gòu)力學(xué)原理，確定荷載在橫向最不利位置，分別

9、如上圖所示。3）內(nèi)插計(jì)算對(duì)應(yīng)于荷載位置的影響線縱坐標(biāo)，分別如上圖所示。4）計(jì)算主梁在汽車荷載和人群荷載作用下的橫向分布系數(shù)，如下表2-1所示。對(duì)于汽車荷載：輪重=1/2軸重 汽車荷載的橫向分布系數(shù)對(duì)于人群：單側(cè)人群荷載的集度,其分布系數(shù)為人群荷載重心位置的荷載橫向分布影響線坐標(biāo) 1號(hào)梁最不利荷載橫向分布系數(shù) 對(duì)于車輛荷載 對(duì)于人群荷載 對(duì)于車輛荷載 對(duì)于人群荷載 同理可得2、3號(hào)梁 在人群荷載作用下2號(hào)梁的橫向分布系數(shù)等于0，這是因?yàn)槿巳汉奢d對(duì)于2號(hào)梁將引起負(fù)的反力，故在人行道上未加人群荷載。2.2.2用“偏心壓力法”計(jì)算荷載位于跨中時(shí)各主梁的荷載橫向分布系數(shù)此橋在跨度內(nèi)設(shè)有橫隔板，具有強(qiáng)大的

10、橫向聯(lián)結(jié)剛性，且承重結(jié)構(gòu)的長度比為，可按剛性橫梁法繪制影響線并計(jì)算橫向分布系數(shù)，本橋各根主梁的橫截面均相等，梁數(shù)n=5, 梁間距為1.8米。 1號(hào)梁橫向影響線豎標(biāo)值 由、繪制1梁的橫向影響線，如下圖及最不利荷載位置。由、計(jì)算梁的橫向影響線的零點(diǎn)位置距1號(hào)梁中心線距離x求出各類荷載相應(yīng)于各個(gè)荷載位置的影響線豎標(biāo)值 和 如上圖所示。人行道緣石至1號(hào)梁中心線距離為0.1m。人行道緣石至2號(hào)梁中心線距離為1.70m。 對(duì)于車輛荷載 對(duì)于人群荷載 2號(hào)梁 由、繪制2梁的橫向影響線，如下圖及最不利荷載位置同理 2.2.3用“修正剛性橫梁法”計(jì)算荷載位于跨中時(shí)各主梁的荷載橫向分布系數(shù)主梁細(xì)部尺寸（單位：cm

11、）1.求主梁截面重心位置翼板的換算平均高度： 主梁抗彎慣矩： 主梁抗扭慣矩：對(duì)于翼板，查表得對(duì)于粱肋，查表得由公式2.計(jì)算抗扭修正系數(shù)查表得，并取，代入公式 1. 計(jì)算橫向影響線豎標(biāo)值對(duì)于1號(hào)邊粱考慮抗扭修正后的橫向影響線豎標(biāo)值為：設(shè)影響線零點(diǎn)離1號(hào)粱軸線的距離為，則： 對(duì)于2號(hào)邊粱考慮抗扭修正后的橫向影響線豎標(biāo)值為： 設(shè)影響線零點(diǎn)離2號(hào)粱軸線的距離為，則： 2. 計(jì)算荷載橫向分布系數(shù)車輛荷載： 人群荷載： 2、3號(hào)梁計(jì)算方法于1號(hào)梁相同； 2.3計(jì)算活載內(nèi)力1.荷載橫向分布系數(shù)匯總荷載位置公路級(jí)人群荷載跨中支點(diǎn)0.5220.3330.6721.3611. 計(jì)算公路級(jí)荷載的跨中彎矩簡支梁橋的基

12、礎(chǔ)： 本題中 ：因此，將以上數(shù)據(jù)代入式得： 根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D602004）中4.3.2條之5，當(dāng)時(shí)，則得：，雙車道不折減。按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D602004）內(nèi)插求得。 故得： 2. 計(jì)算人群荷載的跨中彎矩3. 計(jì)算人群荷載的跨中彎矩鑒于跨中剪力影響線的較大坐標(biāo)位于跨中部分，故也采用全跨統(tǒng)一的荷載橫向分布系數(shù)來計(jì)算。的影響線面積： 故得：4. 計(jì)算跨中截面人群荷載最大剪力5. 計(jì)算支點(diǎn)截面車道荷載最大剪力作荷載橫向分布系數(shù)沿橋跨方向的變化圖形和支點(diǎn)剪力影響線 橫向分布系數(shù)變化區(qū)段長度：對(duì)應(yīng)于支點(diǎn)剪力影響線的荷載布置，如圖a所示。影響線面積為。因此，按式得： 附加

13、三角形荷載重心處的影響線坐標(biāo)為： ，且因此，按式得： 故公路級(jí)荷載的支點(diǎn)剪力為： 6. 計(jì)算支點(diǎn)截面人群荷載最大剪力由式和式可得人群荷載的點(diǎn)剪力為：恒荷載汽車荷載人群荷載 荷載短期效應(yīng)組合彎矩計(jì)算值為： 主梁內(nèi)力組合和包絡(luò)圖 由于此粱計(jì)算跨徑為，因此需要計(jì)算由式得：Q從支點(diǎn)到跨中支線的變化對(duì)于自重剪力的值為：對(duì)于汽車荷載剪力：對(duì)于人群荷載：綜上所述： 三.橫梁內(nèi)力計(jì)算1. 確定作用在中橫隔粱上的計(jì)算荷載對(duì)于跨中橫隔粱的最不利荷載,布置縱向一行車輪荷載對(duì)中橫隔粱的計(jì)算荷載為： 2.繪制中橫隔粱的內(nèi)力影響線由前面已知1號(hào)粱的橫向影響線豎坐標(biāo)值為：同理可得2號(hào)粱和3號(hào)粱的橫向影響線豎坐標(biāo)值為： 繪制

14、彎矩影響線對(duì)于2號(hào)粱和3號(hào)粱之間截面的彎矩影響線可計(jì)算如下：作用在1號(hào)粱軸上時(shí)： 作用在5號(hào)粱軸上時(shí)： 作用在3號(hào)粱軸上時(shí)： 有了此三個(gè)豎標(biāo)值和已知影響線折點(diǎn)位置（即所計(jì)算截面的位置），就可繪出影響線。繪制剪力影響線對(duì)于1號(hào)主梁處截面的影響線可計(jì)算如下：作用在計(jì)算截面以右時(shí)：，即（就是1號(hào)粱荷載橫向影響線）作用在計(jì)算截面以左時(shí)： ，即繪成的影響線，3.截面內(nèi)力計(jì)算將求得的計(jì)算荷載在相應(yīng)的影響線上按最不利荷載位置加載，對(duì)于汽車荷載并計(jì)入沖擊影響，則得：彎矩： 剪力： 鑒于橫隔粱的恒載內(nèi)力甚小，計(jì)算中可略去不計(jì)，則按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)的計(jì)算內(nèi)力為： 四.撓度、預(yù)拱度計(jì)算1.選用HRB335鋼筋，查表,設(shè)

15、，則判斷截面類型： 因此屬于第一T型截面。受壓區(qū)高度x：由公式 受壓區(qū)鋼筋面積：1. T型粱換算截面的慣性矩和的計(jì)算 對(duì)于T粱的開裂截面： 故為第二類T型截面。 這時(shí)，換算截面受壓區(qū)高度x應(yīng)由公式 則開裂截面的換算截面慣性矩為：T粱的全截面換算截面面積為： 受壓區(qū)高度x為： 全截面換算慣性矩為： 3.計(jì)算開裂構(gòu)件的抗彎剛度全截面抗彎剛度：開裂截面抗彎剛度：全截面換算截面受拉區(qū)邊緣的彈性抵抗矩為：全截面換算截面的面積矩為： 塑性影響系數(shù)r為：開裂彎矩：開裂構(gòu)件的抗彎剛度為：4.受彎構(gòu)件跨中截面處的長期撓度值受彎構(gòu)件在使用階段的跨中截面的長期撓度值為：在結(jié)構(gòu)自重作用下跨中截面的長期撓度值為： 則按可變荷載頻遇值計(jì)算的長期撓度值為：符合公路橋規(guī)的要求。5.預(yù)拱度的設(shè)置在荷載短期效應(yīng)組合并考慮荷載長期效應(yīng)影響T粱跨中處產(chǎn)生的長期撓度值為： 故跨中截面需要設(shè)置預(yù)拱度。根據(jù)公路橋規(guī)對(duì)預(yù)拱度設(shè)置的規(guī)定，右公式可得粱跨中截面的預(yù)拱度為： 設(shè) 計(jì) 參 考 資 料1房貞政主編.橋梁工程.北京：人民交通出版社，2004，42范立礎(chǔ)主編