最新三跨一联简支转连续桥梁设计及计算说明书课程设计.docx
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最新三跨一联简支转连续桥梁设计及计算说明书课程设计
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×L(m),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
(cm2)
抗弯惯性
矩(cm4)
抗扭惯性
矩(cm4)
形心(距上边缘)(cm)
抗弯惯性比
形心(距下边缘)(cm)
预制中梁
跨中
15250
70443276
84303346
83
1.2
117
支点
20451
84696532
98385460
89
111
预制边梁
跨中
16525
76245754
84776646
77
1.2
123
支点
21726
91656796
98744011
84
116
成桥中梁
跨中
17250
79843572
84682577
74
1.2
126
支点
22451
96026402
98625165
82
118
成桥边梁
跨中
17525
80546353
84892261
73
1.2
127
支点
22726
96951002
98915509
81
119
中跨梁中与支点截面的惯性矩之比为1.2<2.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
26kN/m3。
二期恒载:
主梁横隔板,湿接缝等均采用C50混凝土,重度为
25kN/m3,调平层采用C40混凝土,重度为24kN/m3,沥青混凝土铺装,重度为23kN/m3,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g1',成桥后箱梁一期恒载集度g1,二恒恒载集度g2。
以中跨中梁为例,
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:
A中127.4A中1A支18.41525027.415250204518.4
2
15849cm
中122
A1L26.6
''4
再有:
gA'15849102641.2kN/m
1f
(1)成桥后箱梁一期恒载集度计算g1
A中A支1725022451
A中27.48.41725027.48.4
A2223918cm2
L26.6
4
则有:
gA23918102662.6kN/m1f
(2)成桥后二期恒载集度g2计算:
沥青混凝土面层:
0.1011.752346.76kN/m
C40水泥混凝土调平层:
0.0811.752545.88kN/m
RC防撞护栏:
1543.75kN/m
钢护栏:
842kN/m
则有:
g26.765.883.75218.39kN/m
合计:
gg1g262.618.3980.99kN/m
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qk10.5kN/m
冲击系数:
10.1767lnf0.0157
用于正弯矩效应和剪力效应:
1110.1767ln7.670.01571.34
用于负弯矩效应:
1210.1767ln13.320.01571.44
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:
g12310.12.3kN/m
混凝土防水层:
g2250.0812.0kN/m
箱形边梁翼缘板自重:
g30.200.301.0256.25kN/m防撞护栏:
gh324110-41.0247.78kN/m
合计:
ggi10.55kN/m
恒载内力:
弯矩:
MAg1gl02ghlh0.510.550.7527.78(0.75-0.25)-6.86kN*m
剪力:
QAggl0gh10.550.757.7815.69kN/m
(说明:
l0为边缘翼板长,lh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:
MAMAgMAp6.8606.86kN*m
剪力:
QAQAgQAp15.69015.69kN
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t0.2m,跨度l01.49m,主梁梁肋厚度b0.20~0.32m,则单向
板计算跨径ll0b,l0t1.490.21.69m,铺装层厚度
min
H0.18m,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:
aa22Hl/30.220.201.69/31.16m
支撑处有效宽度:
a'a22Ht0.220.200.20.80m(l/30.453m)沿横向分布边长:
b1b22H0.620.201.0m
(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g10.55kN/m,则有:
跨中弯矩:
Mcggl2/810.551.692/83.77kN*m
支点剪力:
Q支ggl/210.551.49/27.86kN
(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
P140
Mcp
(1)lb1/21.31.691.0/223.34kN*m
cp8a181.16
支点剪力:
Q支p1A1y1A2y2
y11b111.00.66
2l21.49
y211aa'/l0.94
232
Q支p1A1y1A2y21.360.340.662.440.9454.75kN
(4)荷载组合
恒+汽:
M0=3.77+23.34=27.11KN*m
Q0=7.86+54.75=62.61KN
由于t/h0.2/20.20.111/4
则设计内力为:
跨中弯矩:
M中0.5M00.527.1113.56kN*m
支点弯矩:
M中-0.7M0-0.727.11-18.98kN*m
支点剪力:
Q支Q062.61kN
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1.17。
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。
中跨
2
427.72*10.8468
10.425
1.4290.79842(5.121.72)
0.419
12
1)
边跨梁:
5.12
2
1-5.12
42(1.75.12
0.4190.071)
2#梁:
21
5.11.7
24
2(
0.4190.313
1.725.12)
2(
15..7121.57.12)0.4190.187
1#梁活载横向分布系数计算(可作出其影响线):
mcq0.78(0.4490.3950.3580.3040.2660.213)0.774
2#梁活载横向分布系数计算
mcq0.781(0.3190.3020.2900.2730.2610.244)0.659
2)中跨梁:
1#梁:
1115.10.4790.455
1142(1.725.12)
2#梁:
21
24
1-5.21220.4790.045
42(1.725.12)
15.11.70.4790.322
42(1.725.12)
15.11.70.4790.178
42(1.725.12)
1#梁活载横向分布系数计算(可作出其影响线)
1
m0.78(0.4760.4180.377cq2
0.3190.2780.220)
0.814
2#梁活载横向分布系数计算
1
m0.78(0.3280.3090.294cq2
0.2750.2600.241)
0.666
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,
1#、2#梁的影响线分别进行最不利布载,
对于边跨与中跨并无区别。
按照
1
1#梁活载横向分布系数moq1(10.8790.371)1.125
截面位置
跨中
支点
边跨
1#
0.774
1.125
2#
0.659
1.127
中跨
1#
0.814
1.125
2#
0.666
1.127
1
2#梁活载横向分布系数moq0.781(0.49210.9530.445)1.127综合上述结果,列结构横向分布系数如下表:
3.7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。
M1,GKg.A0
V1,GKQ1,GKg.A80.990.427.7894.13kN
Qg.A80.99(0.1)27.7223.53kN2,GK
2
Mg.A80.990.07527.74627.12kN*m2,GK
V3,GKg.A80.991.127.72458.86kN
Qg.A80.99(0.6)27.71341.19kN3左,GK
Q3右,GKg.A80.990.527.7
1542.37kN*m
M4,GKg.A80.990.02527.72
结果如下表
特征截面
弯矩kN*m
剪力kN
反力kN
左边跨
0
0
894.13
894.13
2
4627.12
-223.53
中跨
3左
-1400.88
-1341.19
2458.86
3右
1117.66
4
1542.37
0
3.7.2汽车活载内力
汽车活载按规范查得均布荷载qk10.5kN/m,集中荷载:
Pk266.4kN
M1,QKg.A0
V1,GKQ1,GK
g.A80.990.427.7894.13kN
Qg.A80.99(0.1)27.7223.53kN2,GK
M2m,QaxK11.mc1.A1A3qkPk.ymax2120.49kN*m
min
M2,QK
12.mc1.A2.qkPk.ymin
495.89kN*m
max
M3,QK
11.mc1.A3.qkPk.ymax
300.56kN*m
min
M3,QK
12.mc1.A1.qkPk.yminm
c2.A2.qk1714.42kN
max
M4,QK
11.mc1.A2.qkPk.ymax
1858.11kN*m
min
M4,QK
12.mc1.A1A3qkPk.
ymin684.78kN*m
E
*
N上
K
£E
-72.38
733.69
1134.82
Ka
£E
-55.62
-166.41
-199.73
-166.41
793.69
958.78
\—
9
OIn
£E
O
-495.89
-1714.42
-684.78
O
2120.49
300.56
SIS
⅛
T—
CM
⅛j
CO
CO
寸
⅜
SS(U壬A亡e•匸>ib¾∕)0UJ(LM+L厂弱L>
N>I0∞3LH
±dθω0∙L+±b(wEI^)0OF⅛wE+tt<Γolu+>lb(ttlvlL<)L0lu;¥L-HyOh
二JXeENML寸∙99LIIb£g+<£E(厂+L):
MO寸O
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