装配式钢筋混凝土简支T型梁桥计算书
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装配式钢筋混凝土简支T型梁桥计算书第Ⅰ部分装配式钢筋混凝土简支T型梁桥的计算资料
一、设计资料
1、桥面净空
净—6+2×人行道
2、主梁跨径和全长
标准跨径:la =20.00m(墩中心距离)
计算跨径:l=(支座中心距离)
l=(主梁预制长度)
主梁全长: 全
3、设计荷载
汽-20、挂-100和人群荷载3KN/㎡
4、材料
钢筋:主筋用Ⅱ级钢,其他用Ⅰ级钢,混凝土用25号
5、计算方法:极限状态法
6、结构尺寸。
如图下:
7、设计依据
(1)《混凝土简支梁(板)桥》人民交通出版社(第二版)(2)《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021-85),简称“桥规”( 3)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JDJ024-85)
(4) 《公路桥涵设计手册梁》
二、主梁的计算
(一)主梁的荷载横向分布系数
1、跨中荷载矩横向分布系数(按G-M法)
(1)主梁的抗弯及抗扭惯矩Ix和Itx
求主梁截面的重心位置如图下:
平均板厚1h =1/2(8+14)=11cm
a
x
=
()18
13011)18160(2
130181302111118160⨯+⨯-⨯⨯+⨯⨯-cm 2.41=
)2/112.41(111421114212/13-⨯⨯+⨯⨯=x I
23)19.422/130(130181301812/1-⨯⨯+⨯⨯+
444823.66482252m cm ==
T 形截面抗拒惯扭近似等于各个矩形截面的抗扭截面的抗扭惯矩之和,即:Tx I =3
i i i t b c ∑
3/1,069.060.1/11.0/111===c b t 301.0,151.0)11.03.1/(18.0/222==-=c b t
故: 4333331080.21009.21071.019.1301.011.06.13/1m I Tx ---⨯=⨯+⨯=⨯+⨯⨯= 单位抗弯及抗扭惯矩:cm m b I J x x /10142.46.1/104823.6/442--⨯=⨯==
cm m b I J Tx Tx /1075.16.1/1076.2/453--⨯=⨯==
(2)横梁抗弯及抗扭惯矩 翼板有效宽度λ计算如图下:
横梁长度取为两边主梁的轴线间距,即:m b l 4.66.144=⨯==
367
.04.6/35.2/1515.0,10035.2)15.085.4(2/1===='='=-=l c cm m b m h m c 根据l c /比值可查附表 求得:548.0/=c λ m c 29.135.2548.0548.0=⨯==λ 求横梁截面重心位置y a
b h h b h h a y ''++=
112
12122/2/2λλm 21.00.115.011.029.120.115.02/12/11.029.122
2=⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯= 横梁的抗弯和扭惯矩y I 和Ty I :
232113
1)2/(12/1)2/(2212/1y y y a h h b h b h a h h I -'''+''+-+⨯=λλ 2
3
23)
21.02/0.1(0.115.00.115.012/1)2/11.021.0(11.029.1211.029.1212/1-⨯⨯+⨯⨯+-⨯⨯⨯+⨯⨯⨯=
421022.3m -⨯= 3
2223
111h b c h b c I Ty +=
1.0031.085.4/11.0/11 ==b h 查表得3/11=c , 但由于连续桥面板的单宽抗扭惯矩
只有独立宽扁板者的一半,可取6/11=c 1705.0)11.000.1(15.0/22-=b h b 查表得:
298
.02=c
4
3333310971.110895.010076.115.089.0298.085.411.06/1m I Ty ---⨯=⨯+⨯=⨯⨯+⨯⨯=
单位抗弯及抗扭惯y J 和Ty J :
cm m b I J y y /10664.010085.4/1022.3/4421--⨯=⨯⨯== cm m b I J Ty Ty /10406.010085.4/10971.1/4531--⨯=⨯⨯== (3)计算抗弯参数θ和抗弯参数∂
324.010
664.010142.45.190.444
44=⨯⨯='=-y x p J J l b θ b '—桥宽的一半 p l —计算跨径
y x Ty Tx J J E J J G a 2/)(+= 按《公预规》取E G 43.0=,028.010
664.010142.4210)406.075.1(43.04
4
5=⨯⨯⨯⨯+⨯=
---a
167.0028.0==a
(4)计算荷载弯矩横向分布影响线坐标 已知307.0=θ, 查M G -图表,可得表中值:
表1
用内插法求各梁位处值如图下:
1号、5号梁
2号、4号梁
4
2
4
114.06.04.0)(b b b b
b
K K K K K K +⨯=⨯--='
3号梁:0K K ='(0K 系梁位在0点的K 值) 列表计算各梁的横向分布影响线坐标η值
表2
各梁的横向分布系数:
汽—20: 401.0)047.0127.0260.0462.0(2/11=-++⨯=汽η 405.0)072.0173.0240.0324.0(2/12=+++⨯=汽η 409.0)192.0218.0217.0191.0(2/13=+++⨯=汽η 挂—100: 257.0)117.0206.0303.0402.0(4/11=+++=挂η 235.0)168.0213.0260.0300.0(4/12=+++=挂η 214.0)208.0219.0219.0208.0(4/13=+++=挂η 人群荷载: 628.01=人η
391.02=人η
348.02174.03=⨯=人η
人行道板: 440.0188.0628.01=-=板η 378.0017.0395.02=-=板η
340.0170.023=⨯=板η
2.梁端剪力横向分布系数计算(按杠杆法)
汽—20: 282.0563.02/11
=⨯='汽η
500.0000.12/12
=⨯='汽η 594.0)250.0938.0(2/13
=+⨯='汽η
挂—100:
469.0)437.021(4/12
=⨯+⨯='挂η 469.0)437.021(4/13
=⨯+⨯='挂η 人群荷载: 343.11
='人η 343.02
-='人η 03
='人η
(二)内力计算 1、恒载内力
(1)恒载:假定桥面构造各部分重量平均分配给各主梁承担,计算见表3 钢筋混凝土T 形梁的恒载计算 表3
一侧人行道部分每2.5m 长时重,1.0m 长时重=m 。
按人行道板横向分布系数分摊至各梁的板重为:
1号、(5号)梁:440.01=板η m KN q kn /17.294.4441.0/1=⨯=板η
2号、(4号)梁 : 378.02=板η m KN q /87.194.4378.02=⨯=板η 3号梁 : 340.03=板η m KN q /68.194.4340.03=⨯=板η
各梁的恒载汇总于表4
(单位:KN/m)表4
(2)恒载内力计算
影响线面积计算见表5
恒载内力计算见表6
恒载内力计算表表6
2.活载内力
(1)汽车荷载冲击系数 191.13.05
455
.194511=⨯--+
=+μ
(2)等代荷载p 及影响线面积。
等代荷载p 及影响线面积)单位表(20/m KN p ω 表7
人群荷载(每延米)人p :
m KN p /25.275.03=⨯=人 (3)活载弯矩计算(表8至表10)
汽—20产生的弯矩(单位)表8
挂—100产生的弯矩(单位KN/M)表9
弯矩组合:荷载组合及荷载安全系数采用:
恒载内力+(汽车+人群)内力;
恒载内力+挂车内力。
人群产生的弯矩(单位)表10
弯矩提高系数的计算见表11,弯矩组合见表12
由表12可知:弯矩由1号梁控制设计(挂车组合)
弯矩提高系数计算表表11
(4)活载剪力计算:计算活载剪力应计入横向分布系数η沿桥跨变化的影响。
通常分两步进行,先按跨中的η由等代荷载计算跨中剪力;再用支点剪力荷载横向分布系数η',并考虑支点至4/l为直线变化来计算支点剪力。
Q计算(见表13至表15)
1 跨中剪力
2/1
Q计算(见表16至表18)
1 支点剪力
剪力的荷载横向分布系数为:
弯矩组合表(单位:)表12
汽
-20产生的跨中剪力2/1Q (单位:KN ) 表13
100产生的跨中剪力(单位:KN ) 表14
人群荷载产生的跨中剪力(单位:KN ) 表15
① 支点处按杠杆法计算的η';
② 4/34/l l 至按跨中弯矩的横向分布系数η(同前); ③ 支点至η在4/l 和η'间按直线变化。
支点剪力计算式为:
i i i p y Q ∑+=活)(ημ10 人群均布荷载产生的支点剪力计算式为:
人人人
人人
人人人人)q l l q p p
Q g ηηηηωη-'=-'⨯⨯=+=(96
112412110
梁端剪力计算图式及剪力计算: 汽-20作用下如图
挂-100作用下:计算支点剪力应注意1号梁的特殊情况。
即p 住支端放置,虽然影响线纵坐标较大,但其相应的横向分布系数较小;p 由支点向跨中方向移动,就出现相反情况,因此,一般难以直观地得出i i y ∑η的最大值的活载位置。
可用试算法,即从支点起,每移动一定距离算出一个0y i ∑η,然后取一个最大的作为所求的最大值;也可先把η图和y 图相乘,得出y η图,然后再在y η图上加活载,求得最大值。
汽-20级产生的支点剪力计算表(单位:KN)表16
C 剪力组合:剪力组合见表20。
由表20可知:剪力以2号梁控制设计。
人群荷载产生的支点剪力计算表(单位:KN)表17
人群荷载产生的支点剪力计算表(单位:KN)表18
剪力提高系数计算表表19
剪力组合表(单位:KN)表20
(三)截面设计、配筋与验算
1 配置主筋:由弯矩组合表12可知,1号梁M 值为最大,考虑到施工方便,
扁安全地一律按1号梁计算弯矩进行配筋。
h
设钢筋净保护层为3cm ,钢筋中心至底边距离a=10.5cm ,则主梁有效高度
cm a h h 5.1195.101300=-=-=
已知1号梁跨中弯矩M=()()g g g S i i i a a c j a h A R h h h b b R x h bx R M '-''+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝
⎛-'-'+⎪⎭⎫ ⎝⎛=≤
0001221γγ由25.1,58.1,18.0,5.14,25.1,0=='==='=s i a a c g
m b m b MP R A γλ ()01870.03900.2211.0195.111.018.058.1105.142195.118.0105.1425.1169.223123
3=+-⎥
⎦⎤⎢⎣
⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯-⨯+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯⨯≤
x x x 求解得到m m x 11.0081.0 =.
由bx R A R a g g =得 22358.5410458.5340
081
.058.15.14cm m A g =⨯=⨯⨯=
-
选用328φ和202φ钢筋:
2258.5462.7028.634.64cm cm A g =+= 设钢筋重心位置y '为:
()()[]
()cm
a y a y gi i gi 63.731.35/78.268043.84142.345.35.045.35.145.3452.33.3043.82/2.245.34142.3/==⨯+÷⨯+⨯+⨯⨯++⨯=='∑∑
实际有效高度:cm y a h h 4.11963.731300=--='--= ()()3740.11958.1/62.70/0=⨯==bh A g μ﹪>﹪
故,含筋率μ满足规范要求 2 截面强度验算:按截面配筋值x 为:
()cm b R A R x a g g 5.1048.10)1585.14/(34062.70/≈=⨯⨯= 截面抗弯强度p M 为:
()()m KN a h bx R M a p .94.27452/105.0194.1105.058.1105.142/30=-⨯⨯⨯⨯=-=
m KN M m KN M p .69.2231.75.219625.1/=<=
57.10157.069.2231/75.219669.2231/==-=∆M M ﹪ 小于5﹪,满足规范要求。
3 斜筋配置,由表20可知,剪力以2号梁为最大,为扁安全计,一律用2号梁数值。
即:
KN
Q KN Q 45.8961.5412/10==
假定有322φ通过支点。
cm
a h h cm
a 27.12573.413073.4345.32/10=-=-=+⨯=
0051.0bh R Q j ≤
满足)
(61.54199.57427.1251825051.0051.00KN Q KN bh R j =>=⨯⨯⨯= KN Q KN bh R j 61.54181.13227.12518550381.0038.001=<=⨯⨯⨯= 应进行斜截面抗剪强度计算。
(1) 斜截面配筋的计算图式。
a 最大剪力取用距支座中心h/2处截面的数值,其中混凝土与箍筋共同承担60﹪,弯起钢筋(按45度)承担40﹪.
b 计算第一排(从支座向跨中计算)弯起钢筋时,取用距支座中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。
c 计算以后每一排弯起钢筋时,取用前一排弯起钢筋弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。
弯起钢筋配置计算图式如图
由内插可的得:KN Q h 47.5112/=,其中
KN Q Q h hk 88.30647.5116.06.02/=⨯==
KN Q Q h w 59.20447.5114.04.02/=⨯==
相应各排弯起钢筋位置与承担的剪力值见表21
(2)各排弯起钢筋的计算,与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪能力(),按下式计算:
αsin 06.0∑=w gw w A R Q
已知本示例用:o a gw MP R 45,340==α
αsin 06.0/gw wi R A
423.14707.034006.0=⨯⨯ 12
121086.16322184.14423.14/59.204w w
w A cm A cm A >='==,弯起φ
22122086.1632216.12423.14/36.175w w
w A cm A cm A >='==,弯起φ
32123086.1632217.19423.14/19.132w w
w A cm A cm A >='==,弯起φ
4212428.620213.6423.14/35.88w w
w A cm A cm A >='==,弯起φ
2507.3423.14/51.44cm A w ==
为施工便利,可增设142φ辅助斜筋,2508.3cm A w
='. (3)主筋弯起后正截面不需要抗弯强度的校核:计算每一弯起截面的抵抗弯矩时,由于钢筋根数不同,其钢筋的重心位置亦应不同,则有效高度0h 大小不同,
322φ钢筋的抵抗弯矩1M 为:
()2/2011x h A R M g g -=
=m KN .31.624)105.02
1
194.1(10043.810340243=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯-
202φ钢筋的抵抗弯矩2M 为:
m KN M .73.243)105.021
194.1(1028.610340432=⨯-⨯⨯⨯⨯=-
跨中截面的总的钢筋抵抗弯矩∑M 为:
m KN M .83.2740)105.02
1194.1(1062.70103404
3=⨯-⨯⨯⨯⨯=-∑ 4.箍筋配置:箍筋间距的计算公式为: cm Q bh R A R p s i
gk k k 2
2
)()2(0033.0'+=
选用82φ双肢箍筋(Ⅰ级钢筋的a gk MP R 240=),则面积2006.1cm A k =; 距支座中心2/h 处的主筋为322φ,
KN Q p bh A cm d h cm A g
g g 47.511;713.0100;1013.728.12518086.16)/(;
28.1252/45.331302/3130;086.163
002='==⨯=⨯===--=--==-计算剪力μμ 代入上式,可得:cm s k 66.1147
.51128.12518240006.125)71.02(0033.02
20⨯⨯⨯⨯+⨯= 选用cm s k 100=。
跨中截面处,262.70cm A g =,则:
286.34
.1191862
.70100
100=⨯==μp
cm s k 66.24845.894.11918240006.125)286.32(00122.02
22
/⨯⨯⨯⨯+=
选用cm s k 202/=(按构造要求配置)
跨支座中心2.3m 处,cm h p cm A g 55.12345.33130;447.1,172.3202=--=== 。
cm s k 43.1447.51155.12318240006.125)447.12(0033.02
2)
3,2(⨯⨯⨯⨯+=
距支座中心4.5m 处cm h p cm A g 1.12045.323130;976.2,342.6402=⨯--===
cm s k 67.1947.5111.12018240006.125)976.22(0033.02
2)
5,4(⨯⨯⨯⨯+=
综合上所述,全梁箍筋的配置为82φ双肢箍筋;由支点至距支座中心2.3m 处,k
s 为10cm;由距支座中心2.3m 至4.5m 处;k s 为15cm,由4.5m 至2/l 处,k s 为20cm 。
则配箍率)/(k k k bs A =μ分别为:
;0056.0)1018/(006.110=⨯==k k cm s μ时:当 ;0028.0)2018/(006.120=⨯==k k cm s μ时:当
均大于规范规定的最小配箍率至。
5.斜截面抗剪强度验算:斜截面抗剪强度验算位置为:
(1)距支座中心2/h (梁高的一半)处截面;
(2)受拉区弯起钢筋弯起点处的截面,以及锚于受拉区的纵向主筋开始不受力处的截面;
(3)箍筋数量或间距有改变处的截面; (4)受弯构件腹板宽度改变处的截面;
即有:
a 距支座2/h 处截面1—1,相应的m KN M KN Q .740,03.453==
b 距支座中心1.2m 处截面2—2,相应的m KN M KN Q .950,59.427==
c 距支座中心2.3m 处截面3—3,相应的m KN M KN Q .1380,90.376==
d 距支座中心3.4m 处截面4—4,相应的m KN M KN Q .1700,22.326==
e 距支座中心4.5m 处截面5—5,相应的m KN M KN Q .1930,52.275== 应注意的是:此时的M Q ,为计算的通过斜截面顶端正截面内的最大剪力(kN )和相应于上述最大剪力时的弯矩。
最大剪力在计算出C 值后,可内插求得;相应的弯矩可从按比例绘制的弯矩图上量取。
受弯构件配有箍筋和弯起钢筋时。
其斜截面抗剪强度验算公式为: )(KN Q Q Q w hk j ≤ 其中:gk k hk R R p bh Q μ)2(0349.00+=; ∑==αμsin 06.0);/(w gw w k k k A R Q bs A ; 斜截面水平设影长度C 按下式计算:
06.0mh C =
Qh M
m =
,当C m m 取为了简化计算可近似地时,取;33=>值为: C=(+)⨯1/2=122.34cm
由C 值可内插求得各斜截面顶端处的最大剪力和相应的弯矩。
斜截面1—1:截割两组弯起钢筋,则纵向钢筋的含筋34
.12218086
.16100100⨯⨯
==μp
;0056.0;73.0==k μ
KN Q hk 18.3292400056.025)73.02(34.122180349.01=⨯⨯+⨯⨯⨯= KN Q w 01.232707.0086.1634006.01=⨯⨯⨯=
KN Q KN Q Q w hk 03.45319.561111=>=+ 斜截面2—2:截割两组弯起钢筋,则纵向钢筋的含筋34
.12218086
.16100100⨯⨯
==μp
;0042.0;73.0==k μ
KN Q hk 08.2852400042.025)73.02(34.122180349.02=⨯⨯+⨯⨯⨯= KN Q w 01.232707.0086.1634006.02=⨯⨯⨯= KN Q KN Q Q w hk 59.42709.517222=>=+ 斜截面3—3:截割两组弯起钢筋,则纵向钢筋的含筋34
.12218172
.32100100⨯⨯
==μp
;0042.0;46.1==k μ
KN Q hk 94.3202400042.025)46.12(34.122180349.03=⨯⨯+⨯⨯⨯= KN Q w 01.232707.0086.1634006.03=⨯⨯⨯= KN Q KN Q Q w hk 90.37609.517333=>=+ 斜截面4—4:截割两组弯起钢筋,则纵向钢筋的含筋34
.12218258
.48100100⨯⨯
==μp
;0028.0;19.2==k μ
KN Q hk 37.2882400028.025)19.22(34.122180349.04=⨯⨯+⨯⨯⨯= KN Q w 135707.036.934006.04=⨯⨯⨯=
KN Q KN Q Q w hk 22.03326.45337.423444=>=+ 斜截面5—5:截割两组弯起钢筋,则纵向钢筋的含筋34
.1221834
.64100100⨯⨯
==μp
;0028.0;92.2==k μ
KN Q hk 48.3122400028.025)92.22(34.122180349.05=⨯⨯+⨯⨯⨯= KN Q w 42.44707.008.334006.05=⨯⨯⨯= KN Q KN Q Q w hk 52.27590.356555=>=+
6.斜截面抗弯强度验算:钢筋混凝土梁斜截面抗弯强度不足而破坏的原因,主要
是由于受拉区纵向钢筋锚固不或弯起钢筋位置不当而造成。
根据设计经验,如果纵向受拉钢筋与弯起钢筋在够在上注意按规范构造要求配置,斜截面抗弯强度可以得到保证而不必进行验算。
验算斜截面抗弯强度的位置,其最不利的斜截面按下式通过试算确定: αγsin (1
∑+=
w gw k gk s
j A R A R Q 其中25.1=s γ
一组(二根)弯起钢筋可承受的剪力:
KN A R w gw 68.38610707.0340086.16sin 321=⨯⨯⨯=-αφ时: KN A R w gw 96.15010707.034028.6sin 201=⨯⨯⨯=-αφ时:
一组(双肢)箍筋可承受的剪力:
KN A R k gk 14.2410006.12401-⨯⨯=
验算距支座中心2/h 处斜截面:箍筋间距为10cm,若斜截面通过6根箍筋、1组斜筋时(约距支座中心1.2m ):
KN Q KN Q j 47.51122.425)68.38614.246(25.1/1=<=+⨯= 若斜面通过6根箍筋2组斜筋时(约距支座中心1.25m )
KN Q KN Q j 47.51156.734)68.386284.144(25.1/1=>=⨯+=
最不里利的斜截面在至1.25m 间,此处最大计算弯矩m KN M j .550=。
则: )/()sin (b R A R A R x a g g w gw +=α
cm 024.4)1605.14/()086.16340707.0086.16340(=⨯⨯+⨯⨯=
按规定;
)(1
k k gk w w gw g g g s
j Z A R Z A R Z A R M ∑∑++≤
γ
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+++++⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯≤---)55.045.035.025.015.005.0(1001.11024085.010086.1610340233.110086.161034025.11434343
m KN .31.946≤
式中:m cm x h Z g 233.127.1232/024.428.1252/0==-=-=; m Z w 85.02.1070.0=⨯= 斜截面抗弯强度满足设计要求。
(四)裂缝宽度验算 最大裂缝宽度按下式计算:
))(1028.030(
3
21max mm d
E c c c g
g
f μ
σδ++
其中:;101=c
N N c 025
.01+=,对荷载组合272.179
.146508.7975.01,(1=⨯+=++=c M M M M I I ),人汽恒对荷载组合232.127171608
.7975.01,(2=⨯+=+=。
),挂恒c M M M II II
0.13=c ;mm d 32=;
[][]019.011)18160(4.11918/62.70)(/0=⨯-+⨯=-+=b b bh A i g μ 087.0/h A M g g =σ:
m KN I g .1098.19)194.11062.7087.0/(79.146544⨯=⨯⨯⨯=-σ时:组合 m KN II g .1040.23)194.11062.7087.0/(27.171644⨯=⨯⨯⨯=-σ时:组合
a
g MP E 5100.2⨯=[]
mm mm I f f 200.0167.0019.01028.03230100.21098.190.1272.10.1max 8
4max =<=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯++⨯⨯⨯⨯⨯=δδ时:组合[]
mm mm II f f 250.0190.0019.01028.03230100.21040.230.1232.10.1max 8
4max
=<=⎪⎭
⎫
⎝⎛⨯++⨯⨯⨯⨯⨯=δδ时:组合满足规范要求。
但是,还应满足规范规定:在梁腹高的两侧设置直径为8φ的纵
向钢筋,以防止产生裂缝。
若用84φ,则,012.22cm A g
='
00086.0)18138/(012.2)/(=='='bh A g
μ介乎0005.0至之间,可行。
(五)变形验算
钢筋混凝土受弯构件计算变形时的截面刚度:对于简支梁等静定结构采用
0185.0I E h ,其中a h MP E 41085.2⨯=,01I 为开裂截面的换算惯性矩:
31312001))()(3/1()3/1()(t x b b x b x h nA I g ---+-=
332)118.35()18160()3/1(83.35160)3/1()8.3540.119(62.7010-⨯-⨯-⨯⨯+-⨯⨯=
=44081.06.8104656m cm ≈
其中x 值为(翼缘板平均厚度cm t 11=:
代入后0)())((21
2102121=-----x h nA t x b b x b g 01858.04536.00182=-+x x 解方程得到:cm m x 8.35358.0==
活载挠度计算:汽车荷载不计冲击系数时:
cm m I E l M f h p
21.10121.0081.01085.285.0485.1955.601585.04857
2012
==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=汽汽 cm m I E l M f h p
86.10186.0081.01085.285.0485.1919.919585.048572
012
==⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯=挂挂
最大竖向挠度不应超过: (1) 梁式桥主梁跨中 [];28.125.3600
19506001cm cm l f >===
(2) 挂车荷载可增加,即[];26.290.3cm cm f >= 变形验算满足规范要求。
三横梁的计算
(一) 横梁弯矩的计算(用G —M )法
对于具有多根内横梁的桥梁,由于主梁跨中处的横梁受力最大,横梁跨中截面受力最不利,故通常只要计算跨中横梁的内力,其他横梁可偏安全地仿此设计。
从主梁计算已知324.0=θ和a =,当0=f 时,查G —M 法用表并内查计算,列入表22内。
荷载位置从0到b -间的各顶数值均与0到b 间数值对称,故未列入表内。
表22
绘制横梁跨中截面的弯矩影响线,加载求∑a μ
∑=⨯+-=23.02)160.0045.0(汽
μ
∑=-++-=253.0)034.0172.0160.0045.0(汽
μ
∑=⨯+=550.02)189.0086.0(挂
μ
∑-=--=318.0102.0216.0人
μ
集中荷载换算成正弦荷载的峰值计算,可采用下式:
l x P l p i
i π∑=sin
)/2(
汽—20荷载的汽p :q
m KN p /23.295
.1935
.8sin 5.1912025.1975.9sin 5.1912025.1975.5sin 5.19602=⨯+⨯+⨯=
πππ汽 挂—100荷载的挂p :
m KN p /23.9325
.1975
.7sin 5.1955.6sin 5.192502=⨯+⨯⨯=
)(挂ππ 人群荷载产生的人p :m KN q dx l
x
l
q p l
/865.225
.244sin
20
-=⨯-
==
=
⎰
π
π
π人
人
人
横梁跨径为,冲击系数,各项活载弯矩值为:
2
11∑'
+=汽
汽汽)(μ
μb b p M
m KN M .07.163)2/23.02/253.0(85.4423.29191.1=+⨯⨯⨯⨯=+)(汽
m KN b b p M .69.2484/550.085.4423.934
1=⨯⨯⨯='
=∑挂
挂挂μ
m KN b b p M .67.17)318.085.44865.21-=-⨯⨯⨯='=(人人人μ
荷载组合:因为横梁弯矩影响线的正负面具很接近,并且系预制架设,恒载的绝大部分不产生内力,故组合时不计入恒载内力。
荷载安全系数的采用如下:
m KN M M .30.22807.1634.14.1=⨯=+⨯=+∑)()
(汽
汽
由于汽M 占100﹪,故不再考虑提高系数值;
m KN M M
.77.28103.169.2481.103.11.1=⨯⨯=⨯⨯=∑挂挂
挂车组合考虑提高系数。
负弯矩组合:
m KN M .74.2467.174.14.1=⨯=人
故横梁内力:正弯矩由挂车荷载控制:m KN M .77.281=+∑)( 负弯矩由挂车荷载控制: m KN M .74.24=-
(二)横梁截面配筋与验算
1.正弯矩配筋:把铺装层折作3cm 计入截面,则横梁翼板有效宽度为(图A ):
cm b 2731512922=+⨯=+λ
cm h b n 183********=⨯+=+
按规范要求取小者,即cm b 183=',暂取cm a 8=,则cm h 9581030=-=。
()2
01
x a s
j h x b R M -'≤
γ 0
02655.09.110)2/95.0(83.15.1425
.11
77.28123
=+-⨯-⨯⨯⨯⨯=
x x x x 解方程,得到:cm m x 50.1015.0== 由公式bx R A R a g g =得:
22371.1110171.1340/0150.083.15.14cm m A g =⨯=⨯⨯=- 选用256.12,204cm A g =φ。
此时:cm h cm a 5.945.8103,5.85.350=-==+= cm x 61.1)1835.14/()56.12340(=⨯⨯= 满足要求。
,98.515.5594..00x h g >==ξ 验算截面强度:
m KN x h x b R M a p .30.400)2/0161.0945.0(0161.083.1105.14)2/(30=-⨯⨯⨯⨯=-'=
m KN M m KN M j p .77.281.24.32025.1/=>=
2.负弯矩配筋:取;973100,30cm h cm a =-=
)2/(1
0x h bx R M a s
j -≤
γ
0142.097.05.0)2/197.0(15.0105.14)25.1/1(74.242
3=+--⨯⨯⨯=x x x x
解方程,得到:。
cm m x 50.1015.0==
224960.010960.0340/015.015.05.14cm m A g
=⨯=⨯⨯='- 选用162φ,则2022.4011.22cm A g =⨯='(图B )。
此时 cm x 29.6)155.14/(022.4340=⨯⨯= 验算
m KN M m KN M j p .74.24.73.102)2/0629.097.0(0629.015.0105.1425
.11
25.1/3=>=-⨯⨯⨯⨯=
横梁正截面含筋率1009715022.41⨯⨯=
μ﹪=﹪; 1005
.80151418356
.122⨯⨯+⨯=μ﹪=﹪,均大雨规范规定的受拉钢筋最小配筋百分率﹪。
(三)横梁剪力计算及配筋
计算横梁各主要截面处的剪力影响线坐标如表23所示。
据此绘制影响图22,加载求出∑η值。
经过比较,2号梁位处截面的∑挂η为最大。
2号梁右截面
505.1168.0307.0443.0587.0=+++=∑挂
η
2—3号梁中点
006.1079.0185.0320.0460.0=+++=∑挂
η
荷载以轴重计,376.04/505.14/==∑挂η 剪力计算:KN Q 01.170376.085.423.93max =⨯⨯= 考虑挂车组合,并取提高系数为,则取用的剪力值为:
KN Q 63.19201.17003.11.1max =⨯⨯=
按规范:剪力验算要求:
KN bh R 46.3615.941525051.0051.00=⨯⨯⨯=
KN bh R 49.835.941555.1038.0038.001=⨯⨯⨯=
横梁在相应于主梁2号(右)及2号3号间的截面剪力影响线坐标计算 表23
计算剪力KN Q j 63.192=,介乎两者之间,横梁需配置抗剪钢筋。
拟全部采用箍
筋来承受剪力,
选取箍筋为双肢cm A gk 006.1503.02,8=⨯=φ。
按规范规定,斜截面内混凝土与箍筋共同的抗剪能力按下式计算:gk k hk R R p bh Q μ)2(0349.00+= 式中:;886.01004
.941556
.121001000
=⨯⨯=
⨯
==bh A p g μ
),/(k k k bs A =μ 故箍筋间距为:
cm
Q A bh R R p s hk k
gk k 34.15006.1)5.94(1524025)886.02(00122.063.1921
)()2(00122.022
2
2
0=⨯⨯
⨯⨯+⨯+=
取cm s k 15=,则477.0)1515/(006.1)/(=⨯==k k k bs A μ﹪>m in k μ,满足规范规定的构造要求。
(四)横梁接头钢板及焊缝计算
1.主筋与接头仿办的焊缝长度C 值计算
采用16锰钢板,板厚12mm ,焊缝高度可取用8mm ,双面焊。
按规范规定,贴角焊缝最小厚度mm 8=δ。
已知II 级钢筋[]a g MP 200=σ,[][]a MP 200==钢板焊τσ。
214.3cm A g =则焊缝长度C 为:
[][]cm A
C g
g
27.38
.0120214
.32002=⨯⨯⨯=
=
δ
σσ焊
2.斜拉钢筋面积计算并确定其锚固长度l 值
横梁接头处剪力假定由上下两个接头平均分摊,各负担一般,并计入剪力集中的影响而乘以系数。
以2号梁与3号梁之间的横梁接头处的Q 为最大。
tf KN b p Q 37.1172.1134/006.185.423.934/1
max ==⨯⨯=∑'=挂挂η 斜筋所承受的斜拉力Z :
[]
2
3
max 778.41850
10
84.8/84.82/21.1cm
Z A tf Q Z g
=⨯===⨯⨯=σ斜
选用2909.4,25cm A =斜φ,则:
[]
g a g MP σσ<==
180909
.48410
.8斜
考虑到其是有铺装层与连接盖板等,强度是充分的。
斜拉钢筋的锚固长度l 为:
[]
[][]
[][]cm l MP d d A l a g
g 2.7078
.120045.278.14/=⨯=
=⨯==故:,
粘
粘粘斜ττστπσ
3.选用接头钢板尺寸
从计算上看,需要的钢板尺寸不大,但为了满足构造要求,选用尺寸为 □mm 1901270⨯⨯的钢板。
4.接头盖板计算 (1)盖板强度计算
拟选用4块□161601260mm ⨯⨯锰钢板为接头盖板,横梁内筋和斜筋买年纪的总和为:
238.2214.34909.42cm A
g
=⨯+⨯=∑
4块钢板的总面积280.282.164cm A =⨯⨯=∑板,因为钢板的容许应力高于钢筋的
容许应力,故钢板的强度可靠。
钢板的构造示意图24。
(3) 盖板的焊缝计算 为便于计算,作下述假定:
a.横梁接头处最大弯矩和最大剪力同时发生;
b.按等强度原理,即假定主钢筋应力用足;
c.荷载作用在横梁的 竖直平面内,横梁不发生扭转。
这样一来:kg N 23236185014.34=⨯⨯=;
cm e 0.2=(钢筋重心与钢板重心的距离)
; cm kg M e ⋅=⨯=46472223236
把剪力移至钢板重心处时:
KN Q Q 85.56)37.112/(1)2/(1max =⨯==
则有:m KN a Q M Q .558.2045.085.56)12/(=⨯=+= 产生的水平方向剪应力(由8条焊缝共同承受):
τδ
δδτ08
.4846823236)5.02(8=⨯⨯=⨯-=
a N H
Q 产生的垂直方向剪应力:
δ
δδτ44
.1184856856
8=
=
⨯⨯=
Q V 由组合弯矩()e Q M M +产生的扭矩剪应力,可用近似公式计算: 0/I M r T =τ
式中:m KN cm kgf M M M e Q .205.7.5.720545.2558246472==+==
cm b a r 28.855.685.74
74222
2==+=+=
∑+=y x I I I 0(全部焊缝对形心O 的极惯矩)
(
)
()
δδδ18676/75.15.7746/422222
221=++⨯⨯=++a b b a
δ
δτ56
.319186728.85.72054/0=
⨯=
=I M r T ()()22cos αατττττtSIN V T H +++总
δδδδδ
/30.81828.85.356.31944.11828.85.756.31908.4842
2
=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯++⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+=
按规范规定,[][]τττ≤=总,120a MP 即:
[]cm
68.01200/30.818120030.8181
===≤δτδ
,故: 实际焊缝厚度为cm 68.0848.0707.02.1>=⨯=δ,可以。
四、行车道板的计算
(一)计算图式
考虑到主梁翼缘板在接缝处沿纵向全长设置连接钢筋,故行车道板可按两端固结和中间铰接的板计算。
(二) 恒载及其内力 1.每延米板上的恒载g :
沥青混凝土面层: ;.46.0230.102.01m KN g =⨯⨯= 25号混凝土垫层; ;.16.2240.109.02m KN g =⨯⨯= 梁翼缘板自重: ;.75.2250.111.03m KN g =⨯⨯= 每延米板上的恒载合计:m KN g g i .37.5==∑ 2恒载产生的内力
弯矩:()m KN b I g M b
Ah .35.1)18.060.1(37.521
2122-=-⨯⨯-=-'-= 剪力:()KN b I g Q b
Ah 81.32/)18.060.1(37.52
1
=-⨯=-'=
3活载产生的内力
汽—20级:以重车后轮作用于铰缝线上为最不利荷载位置,此时两边的悬臂板各承担一半的车轮荷载。
按后车轮着地宽度2b 及长度2a 为:
顺行车方向轮压分布宽度:m H a a 42.011.0220.0221=⨯+=+= 垂直行车方向轮压分布宽度: m H b b 82.011.0260.0221=⨯+=+= 荷载作用于悬臂根部的有效根部宽度:
m l a a 24.371.024.142.024.1021=⨯++=++=
单轮时:m l a a 84.1201=+=' 冲击系数: 3.11=+μ 作用于每米宽板条上的弯矩为:
()()m KN b l a P M AP .04.124/82.071.024
.32
303.1244100-=-⨯⨯
-=⨯⎪⎭
⎫ ⎝⎛
-+-=μ
单个车轮时:
()m KN M AP .61.114/82.071.084
.15
.323.1-=-⨯
-=' 取大值:m KN M AP .04.12-=
作用于每米宽板条上的剪力为:()KN a P P AP 07.2424
.32
303.1421=⨯⨯=+=μ 挂—100:车轮在板上的布置如图28:
按“桥规”,车轮着地宽度2b 与长度2a 为:m a m b 2.0,50.022=
m H b b 72.011.0250.0221=⨯+=+= m H a a 42.011.0220.0221=⨯+=+=
铰缝处2个轮重对于悬臂根部的有效分布宽度为:
m l a a 04.371.0220.142.0220.1201=⨯++=++=
悬臂根部处的车轮尚有宽度为的部分轮压作用于需计算的铰接悬臂板上:
m l b c 17.0)71.090(2/72.0)90(2/01=--=--=
轮压面1ca 上的荷载对悬臂根部的有效分布宽度为:
m c a a 76.017.0242.02=⨯+=+='
对于轮压上的荷载,它并非对称于铰缝轴线,为简化计算,偏安全地仍按悬臂梁来计算内力。
悬臂根部每延米板宽的弯矩为:2/422
21011
c p b l b p M Ag -⎪⎭
⎫ ⎝⎛--= 其中:1114/8/2ab p ab p p == 124/b a p p '= 代入后,得到:2
44242
11011c b a p b l b ab p M Ag
'-
⎪⎭⎫ ⎝⎛--= ()()m KN .55.1217.072
.076.082504/72.071.004.342502-=⨯⨯⨯--⨯-
=
作用在每米宽板条上的剪力为:
KN b a pc a p c p b p Q Ag 98.3972
.076.0417
.025004.342504821211
=⨯⨯⨯+⨯='+=+=
4荷载组合;按:“公预规”做的:
恒+汽:m KN M M Ap Ah .48.1804.124.135.12.14.12.1-=⨯+⨯-=+ KN P P Ap Ah 27.3807.244.181.32.14.12.1=⨯+⨯=+ 恒+挂:
m KN M M Ag Ah .43.15)55.121.135.12.1(1.12.1-=⨯+⨯-=+ KN P P Ag Ah 55.4898.391.181.32.11.12.1=⨯+⨯=+
故行车道板的设计内力为:m KN M A .48.18-= KN Q A 55.48=
(三)截面设计、配筋与强度验算
悬臂板根部高度cm h 14=,净保护层cm a 2=。
若选用12φ钢筋,则有效高度0h 为:
m d a h h 114.0006.002.014.02/0=--=--=
按: )2/(1
0x h bx R M a c
g -≤γ
)2/114.0(105.1425
.11
48.183x x -⨯⨯⨯≤
00039.0228.02=+-x x m x 0158.0= 验算m x m h jg 0158.00627.0114.055.00=>=⨯=ξ。
按:bx R A R a g g =
22474.61074.6340/0158.00.15.14cm m A g =⨯=⨯⨯=-
查有关板宽内钢筋截面与间距表,当选用12φ钢筋时,需要钢筋间距为16cm 时,此时所提供的钢筋截面面积为:
2274.607.7cm cm A g
>=' 按规定,矩形截面受弯构件的截面尺寸应符合下列要求,即:
KN Q Q A j 55.48==
)(55.487.2904.1110025051.0051.00要求KN KN bh R Q j >=⨯⨯⨯=≤ 按01038.0bh R Q j ≤,即:KN KN Q j 55.4815.674.1110055.1038.0>=⨯⨯⨯≤ 故不需要进行斜截面抗弯强度计算,仅按构造要求配置箍筋。
板内分布钢筋用
8φ,间距取25cm 。
强度验算:bx R A R a g g =
m b R A R x a g g 0166.0)0.15.14/(000707.0340)/(=⨯⨯==
()m KN bx x h R M a p .44.250166.00.1)0166.02
1
114.0(105.142/30=⨯⨯-⨯=-=
m KN M p .35.2025.1/44.2525.1/==
m KN M m KN M M p A j .35.2025.1/.48.18=<==
强度满足要求。
五、支座计算
采用板式橡胶,其设计按规范要求进行。
(一) 选定支座的平面尺寸
选定支座的平面尺寸由橡胶板的抗压强度和梁端或墩台顶混凝土的局部承于强度来确定。
对橡胶板满足: []
j j ab
N
σσ≤=
若选定支座平面尺寸23601820cm ab =⨯=,则支座形状系数S 为: ()[]47.9)
1820(5.0218
202/=+⨯⨯⨯=+=b a t an S
式中:cm t 5.0=
当8>S 时,橡胶板的平均容许压应力[]a i MP 10=σ,橡胶支座的弹性模量j E 为: a j MP S E 11.460418530=-= 计算时
最大支座反力,00.30749.4,65.166,68.164KN N KN N KN N KN N ====挂人汽恒,
KN N 68.47100.30768.164=+=挂车组合按容许应力法计算的最大支座反力N 为:
故 )(34.37725.168
.471大于汽车组合KN N ==
[]
a j a j MP MP cm KN 1084.10/084.136034
.3772=>===
σσ
[][]
8.4=-j j j σσσ﹪<5﹪ (可以选用)
(二) 确定支座的厚度
主梁的计算温差取35=∆T ℃,温度变形由两端的支座均摊,则每一个支座承受的 水平位移D ∆为:
CM D 344.0)181950(35102
1
5=+⨯⨯⨯=∆-
计算活载制动引起的水平位移,首先需缺点作用在每一个支座上的制动力T H 。
对于20m 桥跨可布置一行车队,其总重为:
汽—20:制动力为⨯50010﹪=50KN ,一辆加重车的总重为300KN ,制动力为
⨯30030﹪=90KN 。
五根主梁共10个支座,每一个支座承受的水平力T H 为: KN H T 910/90== 按规范要求,橡胶层总厚度∑t 应满足: (1) 不计汽车制动力时:cm t D 688.02=∆≥∑ (2) 计汽车制动力时:
⎪⎭
⎫ ⎝
⎛
-∆≥∑Gab H t T D 27.0/cm t 587.0360112900
7.0/344.0=⎪⎭⎫
⎝
⎛
⨯⨯-≥∑ (3)cm a t 0.4202.02.0=⨯=≤∑
选用六层钢板、七层橡胶组成橡胶支座。
上下层橡胶片厚度为0.25cm ,中间层厚度为0.5cm ,薄钢板厚度为0.2cm ,则: 橡胶片总厚度为:cm t 325.025.05=⨯+⨯=∑ 符合规范要求:cm cm t a D 688.020.32.0=∆≥=≥∑ 支座总厚度: cm t h 2.42.06=⨯+=∑
(三)验算支座的偏转
支座的平均压缩变形为δ为: ()cm m abE t N j 241083.68310.6460110
18.02.003
.034.377/--⨯==⨯⨯⨯=
=∑δ
按规范要求应满足∑≤t 05.0δ,即:
)(1015305.01083.622合格--⨯=⨯≤⨯
梁端转角θ为:设恒载时主梁处于水平状态。
已知汽—20荷载作用下跨中挠度
rad f f 3101.21950
528
.116516-⨯=⨯⨯==
θ cm f 28.1=验算偏转情况应满足:
cm a 232101.22
20
101.221083.6---⨯=⨯⨯=≥⨯=θδ 符合规范要求。
(四) 验算支座的抗滑稳定性
按规范规定,按下式验算支座抗滑稳定性: T t GA
R D
+∆≥∑4.1min μ ∑
∆≥t DA
R D D 4.1μ 式中:3.0;9;1.1;68.164====μKN T MP G KN R a D
计算支点最小反力min R :已知横向分布系数(2号梁)为,冲击系数191.11=+μ,按图35计算min R 为:
80
.29668.164)205.0120277.0120795.0700.1130(456.0191.1)1(min =+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=++=∑D
i i R y p R ημ
代入上式,得到:
KN R 04.8980.2963.0min =⨯=μ
min 36.1490.3/344.036114.14.1R KN T t
GA
D
μ<=+⨯⨯⨯=+∆∑ >=⨯=40.4968.1643.0D R μKN t GA
D
36.54.1=∆∑
均满足规范要求,支座不会发生相对滑动。
第(二)部分 钻孔灌注桩、双柱式桥墩的计算
一、 设计资料
1 设计标准及上部构造 设计荷载:汽20,挂100; 桥面净空:净6附人行道; 标准跨径:,梁长;
上部构造:钢筋混凝土T 形梁。
2 水文地质条件:
地下水不富集且埋藏较深,对道路不构成影响。
3 材料
钢筋:盖梁主筋用II 级钢筋,其他均用I 级钢筋; 混凝土:盖梁用25号,墩桩、系梁及钻孔灌注桩用20号。
4 计算方法:容许应力法。
5 桥墩尺寸:考虑原因标准图,选用图36所示结构尺寸。
6设计依据:
《公路桥涵设计规范》
二、盖梁计算
(一)荷载计算
1 上部构造恒载见表24
2 盖梁自重及内力计算见标25
3 活载计算
(1)活载横向分布系数计算,荷载对称布置时用杠杆法,非对称布置时用偏心受压法。
1)汽—20级
a单列车,对称布置时:
尺寸单位:cm
表24
盖梁自重及产生的弯矩、剪力计算表25。