装配式钢筋混凝土简支空心板桥设计

-.桥梁工程课程设计任务书装配式钢筋混凝土简支空心板桥设计一、设计资料1．标准跨径：13m2．计算跨径：计算跨径12.5m3．桥面宽度：净-9+20.5m防撞护栏，桥面铺装为0.08mC40混凝土铺装+0.06m沥青混凝土面层，桥面横坡为双向1.5%，桥面横坡由铺装层形成。4．设计荷载：公路-Ⅱ级5．材料：〔1〕钢筋，其技术指标见表1；〔2〕混凝土及其技术指标见表2，主梁混凝土为C40，防撞护栏C30，桥面铺装混凝土为C40，沥青混凝土容重为23KN/m3，混凝土容重为25KN/m3。钢筋技术指标表1种类弹性模量抗拉设计强度抗压设计强度标准强度R235〔MPa〕195195235HRB400级Ф〔Mpa〕330330400-.可修编. -.混凝土技术指标表2二、设计计算容：1．主梁几何特性计算2．恒载力计算3．荷载横向分布计算〔支点处采用杠杆法，跨中采用铰接板法〕4．活载力计算5．荷载组合。确定用于配筋计算的最不利作用效应组合6．主梁配筋计算〔依据构造设计原理进展〕7．绘制力包络图8．绘制主梁一般构造图和配筋图〔A3图幅，要求手绘〕-.可修编. -.1．裂缝宽度验算10.主梁变形验算11.绘制主梁一般构造图和构造图三、设计依据：?公路桥涵设计通用规?〔JTGD60-2015〕?公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规?〔JTGD62-2004〕?桥梁工程?玲森编?桥梁工程?绍旭东?构造设计原理?叶见曙或树仁编四、构造尺寸图1全桥主梁横断面-.可修编. -.图2中板横断面图图3边板横断面图钢筋混凝土空心板设计计算书一：根本设计资料1：跨度和桥面宽度〔1〕标准跨径：13m〔2〕计算跨径：12.5m〔3〕桥面宽度〔桥面净空〕：双向行驶，净9+2*0.5m护栏〔4〕设计荷载：公路二级，无人群荷载〔5〕主梁预制长度：12.7m〔6〕构造重要性系数;=12:主要材料〔1〕混凝土：混凝土空心简支板和铰接缝采用C30混凝土;桥面铺装上层采用0.07m的沥青混凝土，下层为0.08m的C40-.可修编. -.混凝土。沥青重度按23KN/计算，混凝土重度按25KN/计。〔2〕钢筋：主筋采用HRB400钢筋。二:构造形式及截面尺寸〔1〕本桥为C30钢筋混凝土简支板，由7块宽度为1.32m的空心板连接而成〔2〕桥上横坡为双向2%，坡度由下部构造控制〔3〕空心板截面参数：单块板高为0.8m,宽为1.32m，板间留有1.14cm的缝隙用于灌注砂浆〔4〕C40混凝土空心板抗压强度标准值=26.8MPa,抗压强度设计值=18.4MPa,抗拉强度标准值=2.40MPa,抗拉强度设计值=1.65MPa,C30混凝土的弹性模量为=3.25*MPa三;空心板截面几何特性计算1毛截面面积计算=4884=3997489=12=18b=114h=68==10.0156*-.可修编. -.等效图四主梁力计算1永久作用效应计算;(1)空心板自重〔一期构造自重〕:=4884**25=12.21KN/m〔2〕桥面系自重〔二期构造自重〕:=〔12.14+10*0.08*25+10*0.06*23〕/7=6.563KN/m由上述计算得空心板每延米总重力为;G=12.21+6.563=18.773KN/m由此可计算出简支空心板永久作用效应，计算结果如下表1表1：简支空心板永久作用效应计算表-.可修编. -.作用种类作用〔KN/m〕计算跨径/m作用效应-弯矩M/KN*m作用效应-剪力V/KN跨中1/4跨支点1/4跨跨中12.2112.5238.4766178.857476.312538.156306.56312.5128.183696.137741.018820.50940G18.77312.5366.6602274.9951117.331358.665702可变作用效应计算根据«公通规»，公路-II级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载标准值；=0.75*10.5KN/m=7.875KN/m计算弯矩时，=【(12.3-5)+270】*0.75KN=157.5KN计算剪力时=157.5*1.2KN=189KN(1)冲击系数和车道折减系数计算：构造的冲击系数μ与构造的基频f有关，故应先计算构造的基频：-.可修编. -.f===8.265Hz其中==kg/m=1913.66kg/m由于1.5Hz<=f<=14Hz故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数为μ=0.1767lnf-0.0157=0.357本算例桥梁净宽9+2*0.5，最多2车道布载，故折减系数为ξ=1.0〔2〕汽车荷载横向分布系数计算跨中和1/4处的荷载横向分布系数取=0.3265交点至1/4处的荷载横向分布系数取=0.5空心板刚度参数：γ=5.8=5.8(=0.02582在求得刚度参数γ后，即可依板数及所计算板号在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值，由此画出各板的横向分布影响线，并按横向不利位置布载。由于桥梁横断面构造对称，故只需计算1-4号板的横向分布影响线坐标值。-.可修编. -.2号梁γ12345670.0220219817013511196990.042352321851279169590.02582211.603207.894174.365132.672105.1888.14379.56〔3〕可变作用效应计算车道荷载效应：计算车道荷载引起的空心板跨中及L/4处截面的效应〔弯矩和剪力〕时，均布荷载标准值应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于影响线中一个最大影响线峰值处，为此需绘制出跨中弯矩、跨中剪力、L/4处截面弯矩、L/4处截面剪力影响线图，如下图-.可修编. -.1跨中截面弯矩计算：=L/4=3.125m=0.3265=7.875μ=0.357=0.5*(L/4)*L=19.53m²=ξm(+)=210.92KN/m(不计冲击时)=〔1+μ〕ξm(+)=286.21KN/m(计冲击时)剪力计算有：=0.5=0.5*L/2*L/2=1.5375=ξm(+)=34.87KN(不计冲击时)=〔1+μ〕ξm(+)=47.32KN(计冲击时)2：1/4截面处-.可修编. -.弯矩计算：有3L/16=2.344m=L=14.648m²=ξm(+)=158.2KN/m(不计冲击时)=〔1+μ〕ξm(+)=214.68KN/m(计冲击时)剪力计算：有=0.75=L=3.5156m=ξm(+)=55.32KN(不计冲击时)=〔1+μ〕ξm(+)=75.07KN(计冲击时)-.可修编. -.3支点截面剪力=ξm(+)=115.59KN(不计冲击时)=〔1+μ〕ξm(+)=156.86KN(计冲击时)3作用效应组合根据作用效应组合，选取四种最不利效应组合：短期效应组合、长期效应组合、标准效应组合和承载能力极限状态根本组合，见表2表2作用效应组合表序号荷载作用跨中截面四分点截面支点截面-.可修编. -.(KN*m)(KN)(KN*m)(KN)(KN)1第一期作用238.840178.8638.1676.312第二期作用128.18096.1420.5141.023总永久作用〔=1+2〕366.660275.0058.67117.334可变作用〔汽车不计冲击〕210.9234.87158.2055.32115.595可变作用〔汽车计冲击〕286.2147.32214.6875.07156.866标准组合〔=3+5+6〕652.8747.32489.68133.74274.197短期组合〔=3+07*4+6〕514.3024.41385.7497.39198.248极限组合〔=1.2*3+1.4*5+0.8*1.4*6〕840.6966.25630.55175.50360.409长期组合〔=3+0.4*4+0.4*6〕451.0313.95338.2880.80163.57五持久状况承载能力极限状态下的截面设计、配筋与验算1配置主筋-.可修编. -.假设截面受压区高度x<=设有效高度=h-=80-4.5=75.5cm正截面承载力为：<=)=1*840.69=840.69KN*m由C40混凝土可知=18.4MPa18.4*1140*x*(755-x/2)x>=840.69*-.可修编. -.解x=55.09mm<=120mm<==0.56*755=422.8mm上述计算说明中和轴位于翼缘板，可按高度为h，宽度为的矩型截面计算钢筋面积那么===3462.2选用8根直径为Փ25mm的HRB400钢筋=3927钢筋布置如下图ρ=/〔〕==0.459%=0.2%配筋率符合最小配筋率要求-.可修编. -.2持久状况截面承载能力极限状态计算按截面实际配筋面积计算截面受压区高度x为X===61.78mm截面抗弯极限状态承载力为=x〔-x/2〕=18.4*1.14*0.06178*(0.755-)=931.89KN*m>840.69KN*m满足截面承载力要求3斜截面抗剪承载力计算=360.40kN=66.25kN假定没有弯起钢筋0.51*b=0.51***755*200=483.83KN>=1*360.40=360.40KN在进展受弯构件斜截面抗剪承载力配筋设计时，假设满足条件=0.5*b可不进展斜截面抗剪承载力计算，仅按构造要求配置钢筋即可。-.可修编. -.=1*360.40=360.40KN0.5*b=0.5**1*1.65*200*750=123.75KN对于板式受弯构件0.5*b计算值可以乘以1.25的提高系数那么1.25*0.5*b=1.25*0.5**1*1.65*200*750=154.688KN因此1.25*0.5*b故应进展持久状况斜截面抗剪承载力验算〔1〕斜截面配筋的计算图示①最大剪力取用距支座中心h/2〔梁高一半〕处截面的数据，其中混凝土与箍筋共同承当的剪力不小于60%，弯起钢筋〔按弯起〕承当的剪力不大于40%②计算第一排〔从支座向跨中计算〕弯起钢筋时，取用距支座h/2处由弯起钢筋承当的那局部剪力值③-.可修编. -.计算第一排弯起钢筋以后的每一排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋下面弯起点处由弯起钢筋承当的那局部剪力值弯起钢筋配置及计算图示如下图由插可得，距支座中心h/2处的剪力效应=+66.25=350.99KN那么相应各排弯起钢筋的位置及承当的剪力值见表4表4弯起钢筋位置与承当的剪力值计算表斜筋排次弯起点距支座中心距离/m承当的剪力值/KN10.744140.39-.可修编. -.21.388114.7932.03284.4942.67654.1853.32023.87(2)各排斜筋的计算：与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪承载能力按下式计算=0.75*sin=280MPa=故相应于各排弯起钢筋的面积按下式计算==计算得每排弯起钢筋得面积见表5表5弯起钢筋面积计算表弯起排次每排弯起钢筋计算面积/弯起钢筋数目每排弯起钢筋实际面积1850.442Փ259822695.362Փ227603511.812Փ206284328.202Փ164025144.602Փ16〔2Փ8〕402〔101〕-.可修编. -.(3)主筋截断后持久状况承载能力验算：跨中截面的抵抗弯矩为ΣM=x〔-〕=931.89kN*m每根Փ25钢筋可提供抵抗弯矩=〔-〕=330***4.909**(0.75-0.06178/2)=116.494kN*m2根232.988kN*m4根465.976kN*m6根698.964kN*m8根931.9kN*m-.可修编. -.截断刚筋验算时，应考虑钢筋的锚固长度，对于HRB400，取锚固长度为30d=75cm4箍筋设计箍筋间距计算公式为=-.可修编. -.=1=1.1b=20cm=75cm=40选用10mm的HRB335单肢箍筋那么=0.785距支座中心/2处的主筋为6Փ25，=29.45有效高度=80-5=75cmρ==1.96%,因此P=100ρ=1.96最大剪力设计值=353.77KN==283.3mm因为=283.3mm≤=400满足规要求在跨中局部选用=200mm,在支座中心向跨中方向长度1倍粱高〔80cm〕围，间距取100mm由上述计算，箍筋的配置如下：全梁的箍筋配置为Փ10单肢箍筋，在由支座中心至距支点1.7m段，箍筋间距100mm,其他局部箍筋间距200mm那么箍筋配筋率为：-.可修编. -.当间距=100mm时，==78.5/100*200=0.393%当间距=200mm时，==157/200*200=0.196%均满足最小配箍率不小于0.12%的要求六．持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算最大宽度裂缝计算W=CCC〔〕〔mm〕Ρ=式中，C=1.0C=1+0.5N/N=1+0.5*=1.438C=1.0d=25mmE=2*10MPab=132cmh=12cmh=75cmσ===20.07*10KN/mA=3927mmρ===0.015代入W公式得W=1*1.438*1*〔〕=0.18<0.20mm那么裂缝宽度满足要求。七．持久状况正常使用极限状态下的挠度验算-.可修编. -.钢筋混凝土受弯构件在正常使用极限状态下的挠度可按给定的刚度用构造力学的方法计算，其抗弯刚度B为B=M=γfWγ=2S/W全截面换算截面对重心轴的惯性矩可近似用毛截面的惯性矩代替I=I=3.9975*10mm全截面换算截面面积A=A+〔n-1〕A=4884+〔6.154-1〕*39.27=5086.40cm²计算全截面换算截面受压区高度xAx=b+b〔h-〕+〔n-1〕Ahx=[*114*12+*20〔80-〕+〔6.154-1〕*39.27*75]cm/5086.40=16.90cm计算全截面换算重心轴以上局部面积对重心轴的面积矩SS=bx+〔b-b〕h〔x-〕=*20*16.90+〔114-20〕*12*〔16.90-〕=15151.3cmM=2S=2*2.01*2.06*107=8.24*10=7.2726*10N·mm设开裂截面换算中性轴距梁顶的距离为x〔cm〕，由中性轴以上和以下换算截面面积矩相等的原那么，按下式求解xbx-〔b-b〕〔x-h〕-nA〔h-x〕=0整理得x+136.97x-2489.307=0得x=16.247cm>h=12cm-.可修编. -.因此假设正确可计算开裂截面换算截面惯性矩I=nA〔h-x〕+bx-(b-b)(x-h)代入数据得I=6.154*3927*〔750-162.47〕+*1140*162.47-〔1140-200〕〔162.47-120〕=9.9478*10mmB=EI=3.25*10*9.9478*10=3.233*10N·mmB=0.95EI=0.95*3.25*10*3.9975*10=1.234*10N·mm那么B===3.281*10N·mm根据上述计算结果，构造跨中自重产生的弯矩为M=366.66KN·m；公路-II可变车道荷载q=7.875KN/m，P=157.5KN，跨中横向分布系数η=0.362永久作用：＝＝＝18.189mm可变作用：=η〔+〕其中为作用短期效应组合的频遇值系数，对汽车=0.7=0.7*0.362〔+〕=1.999-.可修编. -.当采用C40混凝土时，挠度长期增长系数η=1.45施工中可通过设置预拱度来消除永久作用挠度，那么在消除构造自重产生的长期挠度后主梁的最大挠度不应超过计算跨径的1/600。f=1.45*1.999=2.899mml/1600=7.8125mm故应设置预拱度，其中跨中预拱度值为f=η〔f+0.5f〕=1.45*〔18.189+0.5*1.999〕=27.8mm预拱度沿桥向做成平顺的曲线。-.可修编.