《桥梁结构设计与计算实训》任务书与指导书校企合作.docx

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《桥梁结构设计与计算实训》任务书与指导书校企合作

道路桥梁工程技术专业

《桥梁结构设计与计算实训》

任务书与指导书

－装配式钢筋混凝土T形简支梁桥设计

指导教师

职业学院

《桥梁结构设计与计算实训》任务书

－装配式钢筋混凝土T形简支梁桥设计

一、设计资料

1.桥面跨径及桥宽

标准跨径:

该桥为一城市立交桥,根据桥下净空和方案的经济比较,确定主桥采用标准跨径为16m、20m的装配式钢筋混凝土简支梁。

本实例即为主桥的上部结构计算。

主梁全长:

根据当地的温度统计资料,并参照以往设计经验,确定伸缩缝采用4㎝,则预制梁体长19.96m。

计算跨径：

根据梁式桥计算跨径的取值方法,计算跨径取相邻支座中心间距为19.5m。

桥面宽度:

根据一次典型交通量的抽查结果,确定该桥的桥面横向布置为净-7m（行车道）+2×0.75m（人行道）+2×0.25m（栏杆）

2.设计荷载:

根据该桥所在道路的等级确定荷载等级为:

计算荷载:

汽车荷载：

公路－Ⅰ级

人群荷载：

3.5KN/㎡

人行道：

4.0KN/m2

栏杆：

1.0KN/m

3.材料

混凝土:

主梁用C40号,桥面铺装用C30号，人行道、栏杆用C25号;

钢筋:

直径不小于12mm时采用HRB335钢筋,直径小于12mm时采用R235热轧光面钢筋。

钢筋混凝土材料的重力密度为25.0KN/m3，沥青混凝土23.0KN/m3，混凝土垫层24.0KN/m3。

4.设计依据

（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD62-2004）;

（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）;

二、设计任务

1、截面尺寸拟定

2、计算主梁恒载效应

1）计算恒载集度

2）计算恒载效应

3、计算主梁活载效应

1）计算支点横向分布系数

2）计算跨中横向分布系数

3）汽车荷载效应计算

4）人群荷载效应计算

4、作用效应组合

1）基本组合

2）短期效应组合

3）长期效应组合

三、学时分配

序号

设计内容

时间

（天）

内容

设计成果及要求

1

结构布置

确定桥梁上部结构布置，

绘制桥梁横断面、横隔梁及T形梁横截面图

1

2

主梁截面几何性质计算

计算毛截面几何性质、T梁中、边梁截面几何性质

0.5

3

主梁计算

横向分布系数计算

绘制各梁横向影响线图

1.5

主梁内力计算（恒载、活载）

1

主梁正截面设计

绘制配筋及配筋图

1

主梁斜截面设计

绘制配筋及配筋图

0.5

主梁承载能力验算

0.25

主梁裂缝验算、变形验算

0.25

4

行车道板计算

计算内力、配筋、验算（正截面、斜截面），绘制配筋图、构造图

2

5

上机

CAD制图

1

6

整理设计说明书

编辑文字及绘制图形

1

总计

10（天）

《桥梁结构设计与计算实训》指导书

－《装配式钢筋混凝土简支梁桥设计》

一、实训的性质与目的

《桥梁结构设计与计算实训》是道路桥梁工程技术专业桥梁课群组实践环节课，是重要的专业设计基础环节，起着承上启下的作用。

该实训是桥梁设计的入门，通过设计进一步巩固钢筋混凝土基本原理的主要理论知识，包括钢筋混凝土结构的材料性能、受弯构件的受力性能、构件受剪性能、构件局部承压以及简支梁构造，培养设计动手能力，初步学会运用桥涵设计规范，估算工程材料数量，以及训练工程制图能力。

通过本课程的学习，掌握钢筋混凝土结构基本构件的计算理论和方法，具有桥梁结构设计的初步能力。

为后续专业课以及今后工作中遇到各种交通工程结构物的设计奠定必要的基础。

二、职业能力要求

1、合理运用桥梁规范和设计手册能力。

2、钢筋混凝土梁的受力分析与验算能力。

3、钢筋混凝土梁桥的设计能力。

4、识读与绘制桥梁设计图纸能力。

三、学习目标

遵循钢筋混凝土梁桥的设计程序，遵循认知规律，合理组织，指导学生运用钢筋混凝土简支梁桥的设计程序和设计计算方法进行设计，达到知识、技能、素质共同提高的目标。

1、知识目标：

①熟练掌握桥梁设计程序、桥梁总体规划方法；

②合理运用钢筋混凝土梁桥的构造要求；

③掌握行车道板内力计算、主梁内力计算；

④掌握钢筋混凝土梁的设计。

2、技能目标：

①能进行合理的桥梁总体规划；

②能对简支梁进行准确的内力计算；

③能合理设计钢筋混凝土简支梁；

④能够对设计钢筋混凝土梁进行正确验算；

⑤能够识读、CAD绘制钢筋混凝土梁桥结构图纸；

3、素质目标：

①工作认真负责，有协作精神，良好的劳动纪律；

②养成计算准确、作图规范、正确运用国家现行设计规范、规程、标准的职业素养，提高利用力学原理分析实际问题的综合素质，以及细心严谨的工作态度。

③科学使用仪器设备的职业素养；

④初步形成学生实事求是的职业道德精神，树立理论联系实际的学习观念。

四、设计思路

1、分析基本资料；

2、计算恒载集度

3、永久作用效应计算

4、主梁横向分布系数的计算，支点截面处用杠杆法；

5、跨中截面用修正偏心压力法

6、作横向分布系数沿桥跨方向的变化图

7、可变作用效应计算

8、荷载作用效应组合

1）、承载能力极限状态

基本组合—1.2恒载+1.4汽

1.2恒载+1.4汽+0.8＊1.4人群

2）、正常使用极限状态

短期效应组合—恒载+0.7汽（静）+人群

长期效应组合—恒载+0.4汽（静）+0.4人群

五、前修课程要求

《道路建筑材料》、《结构力学》、《结构设计原理》等

六、教材与主要参考书

建议教材：

《结构设计原理》主编胡兴福机械工业出版社

《桥梁工程》主编郭发忠人民教育出版社

《桥梁工程》主编周广宇校企合作开发教材

李洪奇[中铁二十三局]

参考规范：

1．《公路桥涵设计通用规范》（JTGD62-2004）人民交通出版社北京

2．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）人民交通出版社北京

3．《桥梁计算示例集—混凝土简支梁桥》易建国主编人民交通出版社北京

七、桥梁设计计算步骤

装配式钢筋混凝土T形简支梁是目前中、小跨径公路桥最常用的结构型式。

（一）、结构布置

1.主梁高:

以往的经济分析表明,钢筋混凝土T形简支梁高跨比的经济范围大约在之

间,根据跨度大者取较小比值的原则选取。

2.主梁间距:

装配式钢筋混凝土T形简支梁的主梁间距一般选在1.5－2.2m之间,

3.主梁梁胁宽:

为保证主梁的抗剪需要、梁胁受压时的稳定,以及混凝土的振捣质量,通常梁肋宽度取在15－18cm。

4.翼缘板尺寸:

由于桥面宽度是给定的,主梁间距确定后,翼缘板的宽度即可得到为2m。

因为翼缘板同时又是桥面板,根据其受力特点,一般设计成变厚度:

与腹板交接处较厚，悬臂端部可以薄些。

5.横隔梁:

为增强桥面系的横向刚度,本桥除在支座处设置端横隔梁外,在跨间等间距布置中横隔梁,梁高一般取为梁高的3/4左右。

厚度通常取上缘较厚,下缘较窄（变界面）。

6.桥面铺装:

采用4㎝厚的沥青混凝土磨耗层,6㎝厚的25号混凝土铺装层。

说明:

本设计如无特别说明,除钢筋直径单位为毫米,其余尺寸单位均为厘米。

（二）、主梁截面几何特性计算

1.截面的面积计算;

2.截面形心袖的确定:

先计算出各分块对上翼缘的面积矩,求和得到整个截面对上翼缘的面积矩;再用面积矩除以毛截面的面积,即得截面形心轴到上翼缘的距离;

3.截面对自身重心轴的惯性矩。

（三）、主梁计算

※荷载横向分布系数计算

1.支点处荷载横向分布系数

计算

对于多主梁的桥梁,无论有无中横隔梁,当荷载作用点靠近支座时,可以用杠杆原理法计算。

2.跨中的荷载横向分布系数

计算

依据题目特点和各类方法使用条件，自行选择。

3.荷载横向分布系数汇总

将上面计算得到的荷载横向分布系数汇总在表格中,以便下面进行主梁内力计算用。

※主梁内力计算

1.恒载内力计算

预制梁的重量（一期恒载）,主梁间接头的重量（二期恒载）,桥面铺装、人行道、栏杆（三期恒载）均按均布荷载计算。

直接用分布荷载乘以影响线的面积,即得恒载内力。

2.活载内力计算

集中荷载作用下的计算公式为:

式中：

－所求截面的弯矩或剪力；

－汽车荷载的冲击系数；

－多车道桥涵的汽车荷载折减系数；

－沿桥跨纵向与荷载位置对应的横向分布系数；

－车辆荷载的轴重；

－沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值；

分布荷载作用下的计算公式为:

式中：

－均布荷载或等代荷载；

－弯矩或剪力影响线的面积；

3.内力组合

按照“公桥规”的规定,主梁的设计按承载能力极限状态计算。

荷载组合及荷载安全系数参照“公桥规”规定采用，得到各梁的跨中截面、

截面、

截面及支点截面的

和

，结果汇总成表。

※主梁的正截面设计

1、T形截面翼缘板计算宽度；

2、正截面配筋计算；

※主梁的斜截面设计

1、截面尺寸复核；

2、箍筋设计；

3、斜筋设计；

※全梁承载力复核

1.斜截面抗剪强度复核

根据"公桥规"的要求确定需要验算的截面：

（1）距支座中心梁高的一半处截面；

（2）弯起钢筋起点及锚固于受拉区的纵向钢筋开始不受力所在截面；

（3）箍筋数量或间距改变处；

（4）腹板尺寸变化处；

然后利用下式进行复核:

（参考）

式中：

－通过斜截面顶端截面内的最大剪力；

－通过斜截面受压区顶端截面上的腹板厚度；

－通过斜截面受压区顶端截面上的有效高度；

－箍筋配筋率；

－箍筋的抗拉强度设计值，设计时不得大于340Mpa;

－混凝土的抗压强度设计值；

－斜截面内纵向受拉主筋的配筋率；

－弯起钢筋的抗拉设计强度；

－在同一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋总截面面积；

－弯起钢筋与构件纵向轴线的夹角；

2.正截面抗弯强度复核

作抗弯承载能力图,并与弯矩包络图画在一起,只要前者包住后者,就说明全梁所有正截面均满足抗弯要求。

3.斜截面抗弯强度复核

根据"公桥规",弯起钢筋的弯起点至弯起筋强度充分利用截面距离

满足

这一要求,则不需进行斜截面抗弯强度的计算。

※主梁的裂缝宽度复核

偏于安全地,验算跨中截面的最大裂缝宽度,按照下式计算:

不超过对应组合状态下所规定的最大裂缝宽度。

（八）主梁的变形验算

简支梁按下式计算:

按照"公桥规"规定变形,是否设置预拱度。

（四）、行车道板计算

1、行车道板的计算图式；

2、行车道板的内力计算，确定跨中截面的最大弯矩

、支点截面的弯矩

和剪力值

。

3、行车道板的配筋计算

1）行车道板的尺寸复核：

正截面、斜截面（参考梁的复核）；

2）行车道板的配筋；

4、行车道板的验算

1）行车道板的正截面验算

2）行车道板的斜截面验算

3）行车道板的裂缝宽度验算

八、实训的总体要求

根据指导老师下达的课程设计任务书，以严谨、勤奋、求实、创新的科学态度完成设计任务。

综合应用所学知识解决实际问题，结合设计工