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桥梁工程课程设计三跨一联简支转连续桥梁设计及计算说明书指导教师姓名学号
1.设计要求1连续梁桥设计要求
1.1桥跨布置跨径布置选取3×Lm,梁高H=2m,桥宽B=25m其中,L标准跨径,L=
27.7m
1.2主要技术标准1桥梁荷载标准公路-I级2桥梁横断面
0.5m(桥侧护栏)+
11.75m(车行道)+
0.5m(中央分隔带护栏)+
11.75m(车行道)+
0.5m(桥侧护栏)3桥面横坡
1.5%4设计基准期100年5抗震设计标准桥梁抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度峰值为
0.10g,设计地震分组为第一组,反应谱特征周期为
0.35s
(6)桥梁设计安全等级一级
(7)防撞等级
①桥侧防撞护栏等级为SS级;
②中央分隔墩防撞护栏为级
1.3采用的主要规范与标准课程设计主要参考的设计规范与标准
(1)《工程结构可靠度设计统一标准》(GB-/T50283-1999);
(2)《公路工程技术标准》(JTGB01-2003);
(3)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004),简称《通规》;
(4)《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2004);
(5)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004),简称《公预规》;
(6)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2004);
(7)《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/TB02-01-2008);
(8)《公路交通安全设施设计细则》(JTG/TD81-2006);
(9)《公路桥梁伸缩缝装置》(JT/T327-2004);
(10)《公路桥梁盆式橡胶支座》(JT391-1999);
(11)《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》(JT/T529-2004);
(12)《工程建设标准强制性条文公路工程部分》建设部2002;
(13)《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011)
2.结构布置与尺寸拟定
2.
1.桥型确定根据要求,桥为三跨一联连续梁桥,跨径为3×
27.7m,在满足要求的前提下,为了便于设计与施工,主梁采用等截面箱梁箱梁由于顶板和地板面积均较大,能抵抗连续梁桥的正负弯矩;箱形截面闭合,具有较好的抵抗扭矩的性能;另外,箱梁整体性能好,截面效率指标高,故本设计采用箱梁,主梁选用单箱单室箱梁
2.
2.桥垮结构设计跨径设计采用三等跨设计,每单跨标准跨径为
27.7m完成体系转换后,中跨计算跨径即为
27.7m,边跨计算跨径理论为
27.2m,计算中仍以
27.7m计算;预制的主梁施工初期安装在临时支座上,预制箱梁梁长
27.7m,中墩临时支座中心线距桥墩中心线
0.5m,施工阶段简支梁计算跨径为
26.7m如图体系转换前桥跨结构计算简图成桥后桥垮结构计算简图
2.3桥面布置与构造车道布置分车道布置,采用分离式主梁桥面横坡采用坡度为
1.5%的单向路拱设计桥面铺装由下向上分别布置8cm厚C40钢筋混凝土调平层、10cm厚沥青混凝土桥面铺装护栏车道右侧采用RC防撞护栏,左侧采用钢护栏
2.4横断面设计
2.
4.1桥宽设计设计道路等级为公路I级,根据《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)要求,单车道宽度选定为
3.75m,右侧路肩宽度选定为
0.5m,则桥面行车道净宽为
11.75m左右两侧护栏宽度分别为左
0.5m,中央分隔带护栏宽为
0.5m考虑钢筋混凝土箱梁肋间距通常不宜超过
2.5-
3.0m,横截面选用四个等截面单室主梁
2.
4.2主梁尺寸设计底板对于连续梁跨中箱型截面,底板厚度一般为20-25厘米,不应小于板净跨径的1/30,且不应小于200毫米,故跨中取20厘米;对于支点处截面一般为梁高的1/10-1/12,取支点处底板厚度为32厘米腹板腹板厚度不应小于14厘米有预应力束管道布设通过时采用20-30厘米,有预应力束锚固时采用35厘米左右,参考已有桥梁取支点截面,腹板厚度为32厘米,跨中截面腹板厚度为20厘米顶板连续梁顶板截面18-20厘米,不应小于板净跨径的1/30且不小于200毫米,取20厘米
2.
4.3横隔梁布置在每跨的支点和跨中处设置横隔梁,中横隔梁厚度为20厘米,端横隔梁厚度为35厘米
2.5施工工序
(1)预制主梁,养生后张拉正弯矩区预应力钢束;
(2)设置临时支座并安装好永久支座,逐孔架设箱梁,连接桥面板钢筋及横隔板钢筋;
(3)连接连续接头段钢筋,帮扎横梁钢筋,浇筑连续接头中横梁及负弯矩区桥面板;
(4)浇筑剩余桥面板湿接缝,拆除临时支座,完成简支到连续的体系转换3内力计算
3.1计算阶段根据施工方法,该桥内力计算分为以下阶段计算
(1)施工阶段——简支梁状况临时支座工作,计算跨径中跨l=
26.7m;边跨l=
26.7m;箱型截面梁翼缘有效宽度依据《公预规》
4.
2.3条计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度
(2)使用阶段——连续梁状况完成体系转换,使用永久支座,计算跨径中跨l=
27.7m;边跨l=
27.2m同样依据《公预规》
4.
2.3条,经计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度
3.2截面几何特性计算本设计主梁截面变化不大,取跨中截面作为特征界面,使用Midas计算使用阶段的相关截面的几何特性截面位置面积()抗弯惯性矩()抗扭惯性矩()形心(距上边缘)()抗弯惯性比形心(距下边缘)()预制中梁跨中
152507044327684303346831.2117支点20451846965329838546089111预制边梁跨中
165257624575484776646771.2123支点21726916567969874401184116成桥中梁跨中
172507984357284682577741.2126支点22451960264029862516582118成桥边梁跨中
175258054635384892261731.2127支点22726969510029891550981119中跨梁中与支点截面的惯性矩之比为
1.
22.根据《公预规》,不考虑截面惯性矩变化的影响,以等惯性矩梁计算分析,全跨均取跨中截面几何特性
3.3恒活载换算
3.
3.1荷载条件一期恒载即结构自重预应力混凝土容重和钢筋混凝土容重均为二期恒载主梁横隔板,湿接缝等均采用C50混凝土,重度为,调平层采用C40混凝土,重度为,沥青混凝土铺装,重度为,RC防撞护栏计算荷载为15kN/m,钢护栏计算荷载为8kN/m;活载等级公路一级
3.
3.2恒载计算由施工过程克制结构恒载是分阶段形成的,主要包括预制箱梁一期恒载集度,成桥后箱梁一期恒载集度,二恒恒载集度以中跨中梁为例,并将二期恒载均摊预制箱梁一期恒载集度计算横截面面积按各截面的加权平均值计算,预制箱梁平均截面面积为再有
(1)成桥后箱梁一期恒载集度计算则有
(2)成桥后二期恒载集度g2计算沥青混凝土面层C40水泥混凝土调平层RC防撞护栏钢护栏则有合计
3.
3.3活载大小及冲击系数计算汽车活载按规范查得均布荷载集中活载基频计算冲击系数用于正弯矩效应和剪力效应用于负弯矩效应
3.4行车道板内力计算在下面内力计算中均按照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)规定的车辆标准荷载进行最不利载位布载由于桥面净宽为
11.75m,由规范可知设计道数为3道对于行车道板下面只进行使用阶段内力计算
3.
4.1边梁悬臂板内力
(1)恒载及其产生的内力恒载计算沥青混凝土面层混凝土防水层箱形边梁翼缘板自重防撞护栏合计恒载内力弯矩剪力(说明为边缘翼板长,为防撞护栏简化为集中力的作用点到悬臂根部距离)
(2)活载(汽车)荷载产生的内力按照标准车辆荷载横向分布按照最不利布载如图可判断在最不利位置时车轮仍不在悬臂板上,故不计入内力计算中
(3)荷载组合恒+汽弯矩剪力
3.
4.2单向板内力计算通过标准横断面图可知桥面板存在单一箱梁内两腹板间单向板和两相邻箱梁间的单向板两种,现在选用两箱梁间的单向板进行控制计算
(1)单向板有效工作宽度单向板厚度,跨度,主梁梁肋厚度,则单向板计算跨径,铺装层厚度,汽车车荷载冲击系数取
0.3由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD60-2004)中对单向板的荷载有效分布宽度要求,求得跨中有效宽度支撑处有效宽度沿横向分布边长
(2)恒载及其产生的内力由
2.
1.1中的计算可知每延米上的恒载,则有跨中弯矩支点剪力
(3)车辆荷载产生内力分别按照最不利载位布置车轮荷载,可得跨中弯矩支点剪力
(4)荷载组合恒+汽M0=
3.77+
23.34=
27.11KN*mQ0=
7.86+
54.75=
62.61KN由于则设计内力为跨中弯矩支点弯矩支点剪力
3.6活载横向分布系数计算由于主梁间采用湿接,并有可靠的横梁,所以采用修正偏心压力法计算连续梁跨中截面处的横向分布系数;采用杠杆原理法计算支点截面处的横向分布系数将变截面梁偏安全地使用跨中截面作为等截面进行计算
3.
6.1跨中截面处横向分布系数采用考虑主梁抗扭刚度的修正偏心压力法其中为与主梁片数有关的系数,取对于等截面三跨连续梁中跨刚度修正系数Cw中=
1.
818、边跨刚度修正系数Cw边=
1.429
(1)边跨梁1#梁2#梁1#梁活载横向分布系数计算(可作出其影响线)2#梁活载横向分布系数计算
(2)中跨梁1#梁2#梁1#梁活载横向分布系数计算(可作出其影响线)2#梁活载横向分布系数计算
3.
6.2支点截面处横向分布系数采用杠杆法求支点截面处横向分布系数,对于边跨与中跨并无区别按照1#、2#梁的影响线分别进行最不利布载,1#梁活载横向分布系数2#梁活载横向分布系数综合上述结果,列结构横向分布系数如下表截面位置跨中支点边跨1#
0.
7741.1252#
0.
6591.127中跨1#
0.
8141.1252#
0.
6661.
1273.7使用阶段主梁内力计算参考《公路桥涵设计手册——基本资料》,根据控制截面内力影响线进行最不利布载,由《基本资料》中的影响线参数表求控制截面内力,进而绘制出整个桥垮结构的内力图(控制界面分别为边支点截面1,边跨跨中截面2,中支点截面3,中跨跨中截面
4.)
3.
7.1结构重力恒载内力前面已经求出主梁恒载集度为
80.99kN/m进行全跨布置,由控制截面内力影响线求控制截面内力结果如下表特征截面弯矩kN*m剪力kN反力kN左边跨
00894.
13894.
1324627.12-
223.53中跨3左-
1400.88-
1341.
192458.863右
1117.
6641542.
3703.
7.2汽车活载内力汽车活载按规范查得均布荷载,集中荷载结果如下特征截面弯矩kN*m剪力反力kN*mmaxminmaxminmaxmin左边跨
100793.69-
39.
16733.69-
39.
1622120.49-
495.
8927.99-
55.62中跨3左
300.56-
1714.
424.49-
166.
411134.82-
72.383右
958.78-
199.
7341858.11-
684.
7853.61-
166.
413.
7.3温差作用效应计算根据《通规》
4.
3.10规定,混凝土上部结构的竖向日照反温差=正温差*(-
0.5),梁高大于300mm,A选为300mm桥面采用10cm沥青混凝土和8cmC40的水泥混凝土调平层,整体升温20℃,查《通规》表
3.
3.10-3,升温T1=14℃T2=
5.5℃,降温T1=-7℃T2=-
2.75℃.三跨连续梁为超静定结构,温差作用效应由温度自内力和温度次内力组成,下面分别计算(1温度自应力参考《公预规》附录B计算其中为混凝土线膨胀系数,取
0.00001为混凝土弹性模量,取为单元面积为单元面积重心至换算截面中性轴的距离为单元面积内温差平均值计算结果如下表面积/cm2te/cmNt/KNMt/KN*m
134009.
7569.81144-
798227144.
7660.81446-
27136863.
4053.2481-
4349611.
3943.5046-201714-11322)温度次内力使用力法解温度次内力,将中间支座处弯矩约束解除,成三段简支梁的基本结构列力法方程为:因为结构、荷载均对称,故有X1=X2解得X1=X2=1360kN*m温度次内力为温度应力为:,具体各截面剪力及弯矩温差作用计算结果见下表特征截面弯矩kN*m剪力kNmaxminmaxmin边跨1566-
113237.5-
18.72226-
45239.5-
18.7中跨3左228-
11439.5-
18.73右004228-
114003.
7.4基础沉降内力计算基础不均匀沉降使得超静定连续梁产生次内力,因此当桥建在非岩石地基上时,必须计入次内力的影响相邻墩台沉降差为l/3000cm,采用位移法计算支座沉降,计算时分别取左侧边支座,中支座分别沉降
1.0cm,然后组合
(1)边支座沉降位移法方程其中又有,,则解得根据
(2)中边支座沉降位移法方程其中又有,,则解得根据综上,整理由支座位移引起的桥跨结构内力最大值最小值汇总如下控制截面弯矩剪力maxminmaxmin边跨
10017.2-
7.
62311.5-
13817.2-
7.6中跨3左623-
27617.2-
7.63右
9.4-
18.
04103.5-
1049.4-
18.
03.8使用阶段主梁内力计算根据《通规》中的规定,对桥梁内力进行承载能力极限状态和正常使用的短期、长期效应组合
(1)荷载组合Ⅰ承载能力极限状态组合其中,桥梁重要性系数;一二期结果重力载分项系数,基础变位分项系数;汽车荷载效应分项系数;温度效应分项系数,其组合系数
(2)正常使用极限状态----短期效应组合其中,汽车荷载作用效应的频遇值系数(不计冲击力),温度梯度作用效应频遇值系数
(3)正常使用极限状态----长期效应组合其中,汽车荷载作用效应的频遇值系数(不计冲击力),温度梯度作用效应频遇值系数计算表如下
1894.1-
223.
54627.
12458.9-
1341.
21117.7-
1400.
90.
01542.42max
793.
728.
02120.
51134.
84.
5958.
8300.
653.
61858.1min-
39.2-
55.6-
495.9-
72.4-
166.4-
199.7-
1714.4-
166.4-
684.83max
37.
539.
5226.
037.
539.
50.
0228.
00.
0228.0min-
18.7-
18.7-
452.0-
18.7-
18.
70.0-
114.
00.0-
114.04max
17.
217.
2311.
517.
017.
29.
4623.
09.
4104.0min-
7.6-
7.6-
138.0-
35.2-
7.6-
18.0-
276.0-
18.0-
104.0承载能力极限状态5max
8.
68.
6155.
88.
58.
64.
7311.
54.
752.0min-
3.8-
3.8-
69.0-
17.6-
3.8-
9.0-
138.0-
9.0-
52.06max
1081.5-
259.
65708.
32959.2-
1600.
81345.9-
1369.
64.
71902.9min
1069.1-
272.
05483.
52933.1-
1613.
21332.2-
1819.1-
9.
01798.97max
1111.
239.
22968.
71588.
76.
31342.
3420.
875.
02601.3min-
54.9-
77.8-
694.3-
101.4-
233.0-
279.6-
2400.2-
233.0-
958.78max
52.
555.
3316.
452.
555.
30.
0319.
30.
0319.3min-
26.2-
26.2-
632.8-
26.2-
26.
20.0-
159.
60.0-
159.69max
2458.2-
193.
89823.
15048.9-
1705.
32957.0-
762.
787.
75235.6min
1092.6-
407.
84711.
33091.8-
2053.
91157.9-
4781.7-
266.
2783.810max
596.
821.
11594.
4853.
23.
4720.
9226.
040.
31397.1min-
29.5-
41.8-
372.9-
54.4-
125.1-
150.2-
1289.0-
125.1-
514.9正常使用极限状态短期效应11max
417.
814.
81116.
1597.
22.
4504.
6158.
228.
2978.0min-
20.7-
29.3-
261.0-
38.1-
87.6-
105.1-
902.3-
87.6-
360.412max
30.
031.
6180.
830.
031.
60.
0182.
40.
0182.4min-
15.0-
15.0-
361.6-
15.0-
15.
00.0-
91.
20.0-
91.213max
1529.3-
213.
27005.
23586.4-
1566.
81850.5-
1029.
032.
93063.3min
1033.4-
316.
34860.
92880.0-
1715.
81227.1-
2812.6-
96.
61347.3长期效应14max
238.
78.
4637.
8341.
31.
4288.
490.
416.
1558.8min-
11.8-
16.7-
149.2-
21.8-
50.4-
60.1-
515.6-
50.0-
206.015max
1350.2-
219.
66526.
93330.5-
1567.
81634.3-
1096.
820.
82644.1min
1042.2-
303.
74972.
72896.3-
1678.
61272.1-
2425.9-
59.
01501.
73.9内力包络图由所求控制截面内力组合设计表绘制弯矩、剪力包络图如下。