【建筑工程类】土木工程本科毕业设计计算书(完整)
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(建筑工程设计)土木工程本科毕业设计计算书(完整)目录1 设计基本资料 (1)1.1 概况 (1)1.2 主要技术标准 (1)1.3 主要材料 (1)1.4 施工方式 (2)1.5 设计要点 (2)1.6 其他事项 (2)2 毛截面几何特性计算 (3)2.1 基本资料 (3)2.1.1 桥梁跨径及横截面布置 (3)2.1.2 材料规格 (3)2.2 结构计算简图 (4)2.3 毛截面几何特性计算 (5)2.3.1 截面图示 (5)2.3.2 毛截面的几何特性 (5)3 内力计算及组合 (7)3.1 荷载 (7)3.1.1 结构恒载作用 (7)3.1.2 支座不均匀沉降 (7)3.1.3 活载 (8)3.2 内力计算 (8)3.3 汽车荷载作用效应计算 (21)3.3.1 冲击系数和车道折减系数 (21)3.3.2 计算主梁的荷载横向分布系数 (22)3.3.3 汽车荷载效应内力计算 (24)3.4 综合考虑温度和基础沉降作用后的内力组合 (25)3.4.1 内力组合原理 (25)3.4.2 承载能力极限状态组合 (25)3.4.3 正常使用极限状态内力组合 (27)4 预应力钢筋的估算与布置 (35)4.1 计算原理 (35)4.2 预应力钢筋估算结果 (35)4.3 预应力筋布置原则 (39)4.4 预应力钢筋的布置 (42)4.5 预应力损失计算 (42)5 截面强度验算 (47)5.1 基本理论 (47)5.2 计算公式 (47)6 抗裂验算 (54)6.1 规范要求 (54)6.1.1 正截面抗裂验算 (54)6.1.2 斜截面抗裂验算 (54)6.2 正截面抗裂验算 (54)6.3 斜截面抗裂验算 (55)7 持久状况构件的应力验算 (60)7.1 计算内容及原理 (60)7.1.1 正截面混凝土压应力验算 (60)7.1.2 预应力钢筋拉应力验算 (60)7.1.3 混凝土主压应力验算 (61)7.2 计算结果 (61)8 变形验算与预拱度计算 (69)参考文献 (71)致谢 (72)1 设计基本资料1.1 概况虎平大桥施工图设计为预应力混凝土先简支后连续 T 梁结构;该桥是一条高速公路上的一座跨线桥,其下无不良地质构造且地面起伏较平缓;设计时遵循施工过程进行,共分为四个施工阶段,预应力钢筋的布置按照承载能力极限状态下的最大、最小弯矩构成的包络图进行;设计时必须遵照“安全、适用、经济、美观”的基本原则进行设计,同时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。
1.2 主要技术标准(1)设计荷载:公路I级;(2)桥面宽度:共两幅,每幅宽16m,横坡:2%;(3)设计洪水频率:不考虑;(4)地震动参数:不考虑。
1.3 主要材料(1)混凝土:预制 T 梁、纵横向的湿接缝、封锚、墩顶现浇连续段、桥面现浇层均采用 C50 混凝土;桩基采用C25 混凝土;其余构件采用C30 混凝土;(2)预应力钢材:预应力钢筋采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(J TG D62-2004)中规定的低松弛钢绞线(1×7 标准型),抗拉强度标准值f pk 1860 MPa,抗拉强度设计值f pd 1260 MPa ,公称直径 15.2mm ,公称面积140mm2 ,弹性模量E 1.95105 MPa。
(3)钢材:普通钢筋采用R235、HRB335 钢筋其标准应符合GB13013-1991 和 GB1499-1998 的规定。
凡钢筋直径≥12mm 者,均应采用 HRB335 热轧带肋钢;凡钢筋直径<12mm 者,采用R235 钢,钢板应符合G B700-88 规定的Q235 钢板。
(4)锚具:采用O VM 夹片式群锚,并采用与其配套的千斤顶。
(5)预应力管道:采用预埋圆形和扁形塑料波纹管成型。
(6)支座:桥梁支座根据设置部位的不同,分别采用G YZ、GYZF4 板式橡胶支座,其技术性能应符合《公路板式橡胶支座》(JT/T4-93)的要求。
(7)伸缩缝:EF80 型型钢伸缩装置。
(8)其它:砂、石、水的质量要求应符合《公路桥梁施工技术规范》JTJ041-2000 的有关规定。
1.4 施工方式先简支后连续的施工方法。
1.5 设计要点施工中严格遵循《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)和《公路工程质量检验评定标准》,并从严控制。
1.6 其他事项其他未尽事项按《公路桥涵施工技术规范》2 毛截面几何特性计算2.1 基本资料2.1.1 桥梁跨径及横截面布置桥型布置:5×30m 等截面连续梁桥,横截面图如图2.1;桥面净空:净15m +2×0.5m 防撞护栏设计荷载:公路—I 级计算跨径:30m(墩中心距)图2.1 单幅横截面图单位:cm要控制作用的跨中弯矩,在跨中设置一道中横隔梁。
本设计在桥跨中心、四分点、支点处各设置一道横隔板且采用同样大小的横隔板,横隔梁厚度为15cm,为了便于脱模做成上宽下窄、内宽外窄的形式。
端横隔梁底部与梁底齐平,其余横隔梁的底部与马蹄的斜坡低端齐平(即距梁底 20cm 高度)。
采用 50 号混凝土,容重为 25kN/m3,弹性模量取3.45×107 kPa。
2.2 结构计算简图在进行桥梁结构计算时首先应将结构离散,所谓结构离散即根据桥梁结构和施工方案划分单元,并对单元和节点进行编号。
单元划分的一般原则如下:(1) 对于所关心截面设定单元分界线,即编制节点号(2) 构件的起点和终点以及变截面的起点和终点编制节点号;(3) 不同构件的交点或同一构件的折点处编制节点号;(4) 施工分界线设定单元分界线,即编制节点号;(5) 当施工分界线的两侧位移不同时,应设置两个不同的节点,利用主从约束关系考虑该节点处的连接方式;(6) 边界或支承处应设置节点;(7) 不同号单元的同号节点的坐标可以不同,节点不重合系统形成刚臂;对桥面单元的划分不宜太长或太短,应根据施工荷载的设定并考虑活载的计算精度统筹兼顾。
因为活载的计算是根据桥面单元的划分,记录桥面节点处位移影响线,进而得到各单元的内力影响线经动态规划加载计算其最值效应。
按照以上原则并考虑此次设计的桥梁的结构和施工的方法,将全桥划分为70 个单元,每跨划分单元一致,具体为5(0.5+2+2+3+2.56+2+2+3+0.5),其中支座节点在第一、二施工阶段的时候为 2、14、16、28、30、42、44、56、58、70,在第三、四施工阶段的时候为2、15、29、43、57、70,分散情况如图2.2 所示:图2.2 结构离散图(单位:cm)2.3 毛截面几何特性计算2.3.1 截面图示下图a)、b)、c)、d)为此次设计中的边、中梁截面图示,并将其尺寸标注如下(单位:cm):a)b):边梁支座处T梁尺寸c):中梁跨中处T梁尺寸d):中梁支座处T梁尺寸图2.3.1 控制截面尺寸图2.3.2 毛截面的几何特性该几何特性可以通过C AD、桥梁电算如桥博计算得出,经比较二者得出的结果相差不大,此次设计由C AD 得出的几何特性见表2-1:表2-1 毛截面几何特性3 内力计算及组合3.1 荷载3.1.1 结构恒载作用(1) 预制T梁一期结构自重作用荷载集度(g1)的计算如下表3-1:表3-1 一期恒载计算1预制T梁中梁一期结构自重作用荷载集度g1=23.978kN/m(2) 成桥后T梁边梁一期结构自重作用荷载集度增量△ g1=(0.5×29.6×0.2+1.6×0.5×0.15×3+1.8×0.5×2×0.15)×25/29.6=3.032 kN/m成桥后T梁中梁一期结构自重作用荷载集度增量△ g1=2×3.032=6.064 kN/m(3) 二期恒载主要是桥面铺装和防撞栏杆引起的荷载。
其中桥面铺装自下而上依次为1cm 的防水层、5cm 的C30 砼保护层其中含有构造钢筋(重度25 kN /m 3)、5cm 的沥青砼路面(重度23 kN /m 3);二期结构自重作用荷载集度g2=(0.11×15×24+2×0.3×25)/6=9.1 kN/m3.1.2 支座不均匀沉降支座不均匀沉降应根据各墩位处地质情况以及基础的布置形式和支座反力大小按《基础工程》以及有关规范的规定来计算,这里假定中间两桥墩相对桥台下沉10mm。
在荷载组合中,此项荷载作为S,S Q2 中还可包括温度等荷载效应,应根据设计要求来Q2取用。
3.1.3 活载汽车荷载:公路I级车道荷载(由均布荷载q k 和集中荷载p k 组成),q k=10.5kN/m,p k=360kN;本设计为四车道,折减系数取0.67。
3.2 内力计算本桥为先简支后连续的连续梁桥,施工过程中包含了结构体系的装换,所以结构自重内力计算过程必须首先将各施工阶段产生的阶段内力计算出来,然后进行内力叠加。
第一施工阶段,结构体系为简支梁结构,自重作用荷载集度为g1。
第二施工阶段,由于两跨间接头较短,混凝土重量较小,其产生的内力较小,且会减小跨中弯矩,故忽略不计。
第三施工阶段,结构体系装换为连续桥,因临时支座间距较小,忽略临时支座移除产生的效应,故自重作用荷载仅为翼缘板及横隔梁接头重力,即△ g1。
第四施工阶段,结构体系为连续梁,自重作用荷载为桥梁二期结构自重作用荷载,即g2。
由以上内容结合桥博软件进行一期恒载内力计算结果如下表3.2 示:表3-2 边梁一期恒载内力表弯矩(kN m)续表3-2续表3-270 2.32E-11 2.30E+01 -5.74E+00由上述所类表格的数据在软件e xcel 中绘图如下图3-2 所示:-2.00E+03 弯-1.00E+03边梁一期恒载弯矩图节点号1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69值-5.00E+02-1.00E+03图3-2 边梁一期恒载剪力及弯矩图表3-3 边梁二期恒载内力表弯矩(kN m)65 3.64E-12 5.91E+008.09E+0266 3.64E-12-2.31E+017.88E+0267 4.09E-12-5.88E+01 6.94E+0268 3.91E-12-9.36E+01 4.66E+0269 6.37E-12-1.17E+02 2.55E+0270 3.64E-12 5.80E+00-1.45E+00由上面所列表格的数据在软件e xcel 中绘出对应的图如下3-3 所示:边梁二期恒载弯矩图1.00E+035.00E+02弯0.00E+0 0矩-5.00E+02值kN m -1.00E+03-1.50E+031 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 弯矩节点号二期恒载剪力图3.00E+022.00E+0 2 剪1.00E+02 力0.00E+00 值-1.00E+02 kN -2.00E+02-3.00E+02剪力1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73节点号图3-3 边梁二期恒载剪力及弯矩图表3-4 中梁一期恒载内力表节点号轴力(kN)剪力(kN)弯矩(kN m)10.00E+00 3.22E-11-1.79E-11续表3-457 右9.81E-12 6.69E+02-1.83E+0358 1.08E-11 6.06E+02-1.50E+03597.44E-12 5.13E+02-3.81E+0260 1.11E-11 4.47E+02 5.79E+0261 1.08E-11 3.10E+02 1.78E+0362 1.20E-11 2.31E+02 2.45E+0363 1.20E-11 1.52E+02 2.93E+03649.83E-12 3.07E+01 3.21E+0365 1.15E-11-4.86E+01 3.19E+0366 1.07E-11-1.28E+02 2.97E+03679.95E-12-2.49E+02 2.55E+0368 1.02E-11-3.44E+02 1.66E+03699.39E-12-4.10E+029.07E+02 70-3.77E-12 2.31E+01-5.78E+00中梁一期恒载弯矩图4.00E+03 弯3.00E+03 矩2.00E+031.00E+03值0.00E+00 弯矩kN m -1.00E+03-2.00E+03-3.00E+031 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69节点号中梁一期恒载剪力图1.00E+0 3 剪5.00E+02 力0.00E+00 值-5.00E+02-1.00E+03剪力1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73节点号图3-4 中梁一期恒载剪力和弯矩图表3-5 中梁二期恒载内力表弯矩(kN m)续表3-552 -5.46E-12 -9.01E+01 1.61E+02续表3-5由上面所列表格的数据在软件e xcel 中绘出对应的图如下3-5 所示:中梁二期恒载弯矩图1.50E+031.00E+0 3 弯5.00E+02 矩0.00E+00 值-5.00E+02 kN-1.00E+03-1.50E+03-2.00E+03弯矩1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69节点号中梁二期恒载剪力图4.00E+02剪 2.00E+02力值0.00E+0 0kN-2.00E+02-4.00E+02剪力1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73节点号图3-5 中梁二期恒载剪力和弯矩图3.3 汽车荷载作用效应计算3.3.1 冲击系数和车道折减系数(1) 汽车冲击系数按照下法计算此方法仅适用于连续梁根据《桥规》4.3.2 中的规定,适用于连续梁的结构基频计算公式如下:f1=13.616/(2×πl2)×[(EI c/m c)0.5]=13.616/(2×3.14×30×30)×[(3.45×1010×0.486/(1.16×25×1000/9.81))0.5]=5.73H z f2=23.651/(2×πl2)×[(EI c/m c)0.5]=9.96 H z 其中:m c=G/g=1.16×25×1000/9.81=2956.17kg/m由于冲击系数=0.1767 ㏑f-0.0157(适用于1.5 H z <f<14 H z)则:1=0.1767×1.7457-0.0157=0.293=0.1767×2.2986-0.0157=0.390 用于正2弯矩效应和剪力效应:1+1=1+0.293=1.293 用于负弯矩效应:1+2=1+0.390=1.390(2) 车道折减系数:根据《桥规》表4.3.1-4 中的规定,四车道的横向折减系数为ε=0.673.3.2 计算主梁的荷载横向分布系数本此设计中各跨大致相同,两边跨取计算跨径 L1=29.0 m,中间三跨为 L2=30m。