石家庄铁道大学毕业设计 16m钢筋混凝土空心简支板桥设计 16m of reinforced concrete hollow simply supported bridge on design 2012 届 高等技术 学院 专 业 道路桥梁 学 号 20095126 学生姓名 朱建明 指导教师 赵曼 完成日期 2012年5月25日
毕业设计成绩单 学生姓名 朱建明 学号 20095126 班级 高0906-1 专业 道路桥梁工程技术 毕业设计题目 16m钢筋混凝土空心简支板桥设计 指导教师姓名 赵曼 指导教师职称 讲师 评 定 成 绩 指导教师 得分 评阅人 得分 答辩小组组长 得分 成绩： 院长(主任) 签字： 年 月 日
毕业设计任务书 题 目 16m钢筋混凝土空心简支板桥设计 学生姓名 朱建明 学号 20095126 班级 0906-1 专业 道路桥梁工程技术 承担指导任务单位 土木工程学院 导师姓名 赵 曼 导师职称 讲 师 一、基本设计资料 1. 桥位地形图、地质图、地质勘查资料 2. 技术标准 （1）设计荷载：公路-II级 （2）桥面宽度：上下行各两车道 3. 主要材料 （1）混凝土：混凝土空心简支板和铰缝采用C40混凝土 （2）钢材：采用R235钢筋、HRB335钢筋 二、 设计内容 1. 方案比选； 2. 结构尺寸的拟定； 3. 内力计算； 4. 内力组合和配筋； 5. 结构强度、挠度和裂缝宽度计算 6. 设计支座； 7. midas电算； 8. 下部结构（视时间而定） 三、基本要求 1. 毕业设计说明书：不少于10000字 2. 绘图要求：CAD绘图不少于2张A3图纸，手工绘图1张A3 3. 英文翻译不少于3000中文 4. 查阅期刊文献不少于10篇 四、应收集的资料及参考文献 1. 中华人民共和国行业标准. JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范[S]. 北京：人民交通出版社，2004 2. 中华人民共和国行业标准. JTG D62-2004公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范[S]. 北京：人民交通出版社，2004 3. 易建国. 混凝土简支梁（板）桥[M]. 北京：人民交通出版社，2006 4. 葛俊颖. 桥梁工程[M]. 北京：中国铁道出版社，2007 5. 沈蒲生. 混凝土结构设计原理[M]. 北京：人民交通出版社，2006 五、进度计划 第1周 - 第1周 查阅文献，完成英文翻译和开题报告 第2周 - 第4周 拟定结构尺寸，完成内力计算 第5周 - 第6周 结构配筋和验算 第7周 - 第8周 绘图、文整和答辩 教研室主任签字 时 间 年 月 日
毕业设计开题报告 题 目 16m钢筋混凝土空心简支板桥设计 学生姓名 朱建明 学号 20095126 班级 0906-1 专业 道路桥梁工程技术 一、文献综述 桥梁是一种功能性的结构物，从古至今，人类从未停止过对桥梁美学的追求，很多 桥梁被建成令人赏心悦目的艺术品，具有鲜明地时代特征，至今仍被人们所赞颂。 随着经济的迅猛发展，四通八达的交通网路变得越来越迫切。这样各种跨河、跨峡谷、跨海峡以及城市立交桥亟需修建。为了能够迅速的熟悉设计及施工的设计流程，快速的适应外部设计环境，需要我们具备良好的设计能力，同时在掌握前人技术的基础上，做到有所创新。此外，通过设计，还能够提高我们的综合能力： 1、 培养分析和解决问题的独立工作能力。 2、 提高绘图、计算、查阅文献、使用规范手册和编写技术及计算机辅助设计计算等基本技能，使学生了解生产设计的主要内容和要求。 3、 掌握小型桥梁设计原则、设计方法和要求。 4、 树立正确设计思想以及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于创新的作风，为桥梁建设事业服务。 二、设计现状和发展趋势 板式桥是公路桥梁中量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力明确，可以采用钢筋凝土和预应力混凝土结构；可以做成实心和空心，就地现浇为适应各种形状的弯、坡、斜桥，因此，一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中广泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原区高速公路上的中、小跨境桥梁，特别受欢迎，从人可以减低路堤填土高度，少占耕地和节省土方工程量。实心板一般用于跨径13M以下的板桥。因为板高较小，挖空量较小，空心折模不便，可做成钢筋混凝土实心板，立模现浇或预制拼装均可。空心板用于等于或大于13M跨径，一般采用先张或后张预应力混凝土结构。先张法用钢绞线和冷拔钢丝；后张法可用单根钢绞线、多根钢绞线群锚或扁锚，立模现浇或预制拼装。成孔采用胶囊、折装式模板或一次性成孔材料如预制薄壁混凝土或其他材料。钢筋混凝土和预应力混凝土板桥，其发展趋势为：采用高标号混凝土，为了保证使用性能尽可能采用预应力混凝土结构；预应力方式和锚具多样化；预应力钢材一般采用钢绞线等。 板式桥出现在现在桥梁技术中，钢板梁桥和钢桁架板桥出现的最早，以后混凝土桥梁以其经济性和便于维护的优势，得到了长足的发展。1984年建成的湖北省沙洋汗江桥是首座跨径超过100米的连续板桥，跨径超过100米的连续板桥还有广州大桥、江门海外桥、惠州东江桥、贵州省思南乌江桥等。我国的钢管混凝土板桥的应用与发展已引起国外关注，成为了一个桥梁大国强国。 三、预期达到的目标 (1)学会搜集资料，寻求帮助，及综合运用资料的能力。 (2)养成独立思考，分析问题，解决问题的能力。 (3)对空心板桥有一定了解，学会一套桥梁设计计算的软件，并会运用来设计计算。 (4)通过设计了解空心板桥的一些优缺点，对空心板桥的结构有充分的认识了解。 (5)圆满完成设计，在设计的时候能有所创新，有所收获。
四、本设计的主要工作及采用的方法 1、合理选择桥型，正确拟定结构尺寸； 2、内力计算及成果汇总； 3、配筋设计以及强度验算； 4、刚度及稳定性验算； 5、正确的使用桥梁计算软件； 6、正确使用规范和手册。 五、进度计划 第1周 - 第1周 查阅文献，完成英文翻译和开题报告 第2周 - 第4周 拟定结构尺寸，完成内力计算 第5周 - 第6周 结构配筋和验算 第7周 - 第8周 绘图、文整和答辩 时 间 年 月 日
摘 要 该桥为北京市某公路上的一座桥梁，桥梁跨越河塘，无通航要求。该桥运用所学的理论知识及结合毕业实习的现场实际经验，通过计算及运用计算机应用软件，采用计算机及手绘出图。 该工程钢筋混凝土结构的结合形成及各种原材料计算使用对本人有很大的启发，完成一座桥梁的设计必需先进行调查研究，了解设计深度，对不同设计方案的比较，采用可行的经济合理的方案，考虑各种荷载，得出该桥梁的结构可靠度，按照国家设计及施工规范、强制性条文的要求，利用所学知识，在指导教师的指导下，根据不同的结构，选择结构计算单元，进行荷载计算、竖向荷载作用下内力计算、水平荷载作用下的内力和弯矩计算、截面设计、主梁设计、基础设计（采用钻孔桩基础计算配筋），确定截面的配筋还应满足构造要求。施工图中,结构及构件尺寸的标注要齐全,受力钢筋、箍筋及构造钢筋的编号清楚、正确。受力钢筋的锚固、连接及截断位置清楚正确。通过本次的毕业设计，使我对桥梁工程的形成及起步初始阶段怎样利用所学的知识进行一个综合认识，为今后涉或进入该行业打好良好的基础。 关键词 桥梁，钢筋混凝土结构，内力，计算配筋。
Abstract This bridge's for Beijing some development zone main yang or male principle on bridge, bridge spanning river pond, non-navigation request. This bridge utilization studies the theoretical knowledge and the union graduation fieldwork's scene practical experience, through the computation and the utilization computer application software, uses the computer to leave the char This project reinforced concrete structure's union forms and each raw material computation use has the very big inspiration to myself, completes a bridge the design to probably conduct the investigation and study first, understands the designed depth, to the different design proposal's comparison, uses the feasible economical reasonable plan, considered that each kind of Dutch carries, obtains this bridge structure reliability, according to the national design and the job specification, the compulsory article's request, uses studies the knowledge, in instructs under teacher's teaching with skill and patience, according to the different structure, the choice structure computing element, carries on the load computation, under the vertical load function the endogenic force computation, under the horizontal load function's endogenic force and the bending moment computation, the section design, the king post design, the foundation design (use drill hole pile foundation computation reinforcing bars), true decides the section the reinforcing bars also to satisfy the structure request. In the construction drawing, the structure and component size's labelling must be complete, the working reinforcement, the stirrup and the structural reinforcement serial number is clear, is correct. Working reinforcement's anchor, connects and interrupts the position clearly correct. through this time graduation project, will cause me the knowledge which how to use to bridge building's formation and the start preliminary stage studies to carry on a synthesis understanding, is the present fords or enters this profession to build the good foundation. Keywords: Bridges, reinforced concrete structure, the internal force, the calculation of reinforcement.
目录 第1章 设计依据 ........................................................ 1 工程概况： ..................................................... 1 技术标准 ....................................................... 1 地质条件 ....................................................... 1 主要材料 ....................................................... 1 方案比选 ...................................................... 1 第2章 总体布置和结构尺寸 ............................................. 5 设计资料 ...................................................... 5 桥梁跨径和桥宽 .......................................... 5 设计荷载 ................................................ 5 主梁截面尺寸拟定 .............................................. 5 第3章 结构内力计算 ................................................... 7 内力计算说明 .................................................. 7 几何特性计算 .................................................. 7 毛截面面积A .............................................. 7 毛截面重心位置 ........................................... 7 空心板毛截面对其重心轴的惯矩I ............................ 8 作用效应计算 ................................................... 9 永久作用效应计算 ......................................... 9 可变作用效应计算 ........................................ 10 作用效应组合 .................................................. 20 第4章 截面配筋和复核计算 ............................................ 23 配置主筋 ..................................................... 23 持久状况截面承载能力极限状态计算 ............................. 25 斜截面抗剪承载力计算 ......................................... 26 持久状况斜截面抗弯极限承载能力验算 ........................... 30 第5章 持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算 ...................... 31 第6章 持久状况正常使用极限状态下的挠度验算 .......................... 33
第7章 支座计算 ....................................................... 36 确定支座平面尺寸 .............................................. 36 确定支座的厚度 ................................................ 37 验算支座偏转情况 .............................................. 38 验算支座的抗滑稳定性 .......................................... 39 第8章 迈达斯电算图 .................................................. 40 第9章 结论 .......................................................... 42 参考文献 .............................................................. 43 致 谢 ................................................................. 44 附录 外文资料翻译 ................................................... 45
石家庄铁道大学毕业设计 第1章 设计依据 工程概况： 本桥为北京市某公路上的一座桥，无通航要求。设计全桥全长48米，桥两边与公路平稳连接，以保证车辆运行的舒适平稳性。 技术标准 1）路线道路等级：一级道路 2）设计行车速度：60km/h 3）桥面总宽，双向四车道，两侧设人行道、安全带 4）车辆荷载标准：汽车荷载按公路Ⅱ级，人群荷载为 5）通航标准：无通航要求 6）设计洪水频率：100年一遇 4）桥面坡度：横坡％、纵坡2％ 或参考规范设计 地质条件 该处的地质条件较差，表层4米的范围内为沙烁石土，接着为米的粘土，中层有5米以上沙烁石土，下层为灰延。 主要材料 1）混凝土：混凝土空心简支板和铰缝采用C40混凝土 2）钢材：采用R235钢筋、HRB335钢筋 方案比选 在桥梁方案比选中，要注意以下四项主要标准：安全、功能、经济与美观。其中以安全与经济为重。安全标准可从行车安全、通航安全、基础地质条件的安全与施工安全等几个方面考虑。行车安全主要通过桥面设施的布置来实现。桥梁的功能包括两个方面：一是跨越障碍（河流、山谷或线路），二是承受/荷载。在比选方案时，应1
石家庄铁道大学毕业设计 选择传力路线直接、简捷的结构形式，以保证结构受力的合理性。过去对桥下的功能重视不够，现在由于航运事业的发展，需要十分重视桥下的通航净空。经济性主要从造价、工期及养护维修方面考虑。造价：主要包括材料费、人工费及机具设备费；人工费和机具设备费的标准各地区有很大差别，可根据概预算定额标准进行估算；养护及维修：桥梁在规定使用期限内经常维修费用的多少需要考虑，混泥土桥的养护和维修费用比刚桥要低得多，当遭受军事或自然因素破坏后的修复，梁式桥比拱式桥方便。至于桥梁美观，我国基本建设的方针是“经济、适用和在可能条件下注意美观”，大量的公路桥和铁路桥设计时应遵守这一要求，但在特大桥‘城市桥以及位于风景区的桥梁，应注意选择美观的桥型方案。 鉴于地质、地形情况。该处地势平缓，故比选方案主要采用简支梁桥和连续梁桥形式。根据安全、适用、经济、美观的设计原则，我初步拟定了三个方案。 方案一：混凝土简支T型梁桥 本桥的横截面采用T型截面。防收缩钢筋采用下密上疏的要求布置所有钢筋的焊缝均为双面焊，因为该桥的跨度较大，预应力钢筋采用特殊的形式布置，这样不仅有利于抗剪，而且在拼装完成后，在桥面上进行张拉，可防止梁上缘开裂。 优点：制造简单，整体性好，接头也方便，而且能有效的利用现代高强材料，减少构件截面，与钢筋混凝土相比，能节省钢材，在使用荷载下不出现裂缝等。 缺点：预应力张拉后上拱偏大，影响桥面线形，使桥面铺装加厚等。 施工方法：采用预制拼装法（后张法）施工，即先预制T型梁，然后用大型机械吊装的一种施工方法。其中后张法的施工流程为：先浇筑构件混凝土，并在其中预留孔道，待混凝土达到要求强度后，将预应力钢筋穿入预留的孔道内，将千斤顶支承与混凝土构件端部，张拉预应力钢筋，使构件也同时受到反力压缩。待张拉到控制拉力后，即用夹片锚具将预应力钢筋锚固于混凝土构件上，使混凝土获得并保持其预压应力。最后，在预留孔道内压注水泥浆。使预应力钢筋与混凝土粘结成为整体。 方案二：混凝土连续箱形梁桥 本桥采用单箱单室的截面形式及立面图，因为跨度很大（对连续梁桥），在外载和自重作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变截面梁能符合梁的内力分布规律，变截面梁的变化规律采用二次抛物线。 优点：结构刚度大，变形小，行车平顺舒适，伸缩缝少，抗震能力强，线条明快简洁，施工工艺相对简单，造价低，后期养护成本不高等。 缺点：桥墩处箱梁根部建筑高度较大，桥梁美观欠佳。超静定结构，对地基要求2
石家庄铁道大学毕业设计 高等。 施工方法：采用悬臂浇筑施工，用单悬臂—连续的施工程序，这种方法是在桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，张拉预应力筋，移动机具、模板继续施工。 方案三：混凝土空心板桥 本桥横断面采用8快空心混凝土板 优点： 预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。 采用空心板截面，减轻了自重，而且能充分利用材料，构件外形简单，制作方便，方便施工，施工工期短，而且桥型流畅美观。 缺点：行车不顺，同时桥梁的运营养护成本在后期较高。 施工方法：采用预置装配（先张法）的施工方法，先张法预制构件的制作工艺是在浇筑混凝土之前先进行预应力筋的张拉，并将其临时固定在张拉台座上，然后按照支立模板——钢筋骨架成型——浇筑及振捣混凝土——养护及拆除模板的基本施工工艺，待混凝土达到规定强度，逐渐将预应力筋松弛，利用力筋回缩和与混凝土之间的黏结作用，使构件获得预应力。 表1—1 方案比选表 方案 设计方案一 设计方案二 设计方案三 箱形截面抗扭刚度大，空心板截面，减轻了自各梁受力相对独立，可以保证其强度和稳定重，而且能充分利用材适用性 避免超静定梁的复杂性，有效的承担正负弯料，构件外形简单，制问题，行车较舒适。 矩，桥梁的结构刚度大，作方便，方便施工，施变形小，行车平稳舒适。 工工期短。 全桥线条简洁明快，与周全 桥线条简洁，但桥孔跨 美观性 构造简单，线条简洁 围环境协调好，因此，桥度 多，因此显得有些繁缛 型美观 影响桥型美观 续上表 3
石家庄铁道大学毕业设计 等跨径布置，细部尺寸相对简支梁桥的施工相对于简支T型梁和连 施工难相同，可以重复利用模要更复杂。 续箱形梁施工较简单。 易 板预制，施工较为方便。 等截面形式能大量节连续梁刚度大，变形小，伸缩充缝分少发，挥了高强材料的 经济性 约模板，加快建桥进能充分利用高强材料的特性，特促性使，而且提高了混凝 度，简易经济，但不能结构轻型化，跨越能力强。 的抗裂性，促使结构轻 充分利用截面作用，基型化。后期养护成本较 础设计量大。 高 从安全性来讲，三方案均能满足行车安全和通航要求，但是混凝土简支空心板桥的施工技术更加成熟，施工安全性能高。从功能性来讲，混凝土T形梁桥的行车条件好，更加平顺，且承载能力好。从经济性来讲，混凝土简支空心板桥使用的设备少，钢材使用量相对较少，不像混凝土连续箱型梁桥跟钢构桥那样多，造价上面也较低。从美观性来讲，很显然箱型更加漂亮。 因为桥梁比选的四个主要标准中安全跟经济放在首要位置，所以尽管箱型梁桥更加漂亮，我们还是选择外观不是那么耀眼但是安全性跟经济性更加好的混凝土空心简支板桥。 4
石家庄铁道大学毕业设计 第2章 总体布置和结构尺寸 设计资料 桥梁跨径和桥宽 桥长：48m 梁高：80cm 跨 径：标准跨径lk ； 计算跨径l 。 桥面净空： 设计荷载 汽车荷载：公路二级；人群荷载： 主梁截面尺寸拟定 取桥面净空为净 2 6.υ0m，全1桥. 0宽m 采用8块C40预制混凝土空心板，每块空心板宽174cm，空心板全长。全桥空心板横断面布置和每块空心板截面及构造尺寸如下图。 图2-1 桥梁横断面图（尺寸单位：cm） 5
石家庄铁道大学毕业设计 图2-2 中跨空心板截面构造及尺寸（尺寸单位：cm） 图2-3 边跨空心板截面构造及尺寸（尺寸单位：cm） 6
石家庄铁道大学毕业设计 第3章 结构内力计算 内力计算说明 桥梁的内力计算包括多个方面，主要作用就是为了计算在各种条件下桥梁所能承受的负重，以及什么情况下达到桥梁的极限状态，从而保证施工和使用的安全。桥梁的内力计算主要包括行车道板的内力计算、 主梁内力计算。下面来做具体介绍。 几何特性计算 毛截面面积A A 174 70υ2 46 1υ4 4υπ υ2 32 υ21 1( υ52 .5υ υ9 5) υ υ υ222 毛截面重心位置 全截面对1/2板高处的静矩： S1板高 2 1υ 5 υ9（ υ2 9υ30） υ5 2 （ 2 53 0υ）1 υ（ +.+） ♠ ≡↔υ υ υ←≈22323… 铰缝的面积： A （ 112s22υ5 υ9+2 .υ59+2 υ ）υ102 .5υcm 毛截面重心离1/2板高处的距离为： Sd12板高2 7 4850 .3 8cm(向下移）铰缝重心离1/2板高处的距离为： d铰 .57
石家庄铁道大学毕业设计 空心板毛截面对其重心轴的惯矩I 由图3-4，每个挖空的半圆面积为A，： A， 1212R 2 Σ23 2υ 831 c m2Σ半圆重心轴： y 4R 4 υ23 3 3Σ97 . 6mmΣ半圆对其自身重心轴O—O的惯矩为I,： I, 0. 0068646 4υ307 1 5cm4由此得空心板毛截面对重心轴的惯矩I： I 174703 17 470 υ0 υ2 82 46 υ υ4614 0 ♠21662 9υ≡.761212↔υ υ υ υ←≈…= 1υ010mm4（忽略了铰缝对自身重心轴的惯矩） 空心板截面的抗扭刚度可简化为图4的单箱截面来近似计算： 4b2h24 υ 2 υ2(1748)(707) IT2h2b2 υ(70 7 )2（1 7υ4-8） t1t23022 1010cm 4υ 图3-1 挖空半圆构造（尺寸单位：cm） 8
石家庄铁道大学毕业设计 图3-2 计算I的空心板截面简化图（尺寸单位：cm） 作用效应计算 永久作用效应计算 ⑴空心板自重（第一阶段结构自重）g1 J=Aγ=×10-4×25= 1⑵桥面系自重（第二阶段结构自重）g2 人行道板及栏杆重力参照其他桥梁设计资料，单侧重力取用12KN/m。 桥面铺装上层6cm沥青混凝土，下层采用采用等厚度10cm水泥混凝土，则全桥宽铺装每延米总重为： （×23+×25）×10= 上述自重效应时在各空心板形成整体后，再加至板桥上的，精确地说由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应应是不相同的，本桥为计算方便近似按各板平均分担来考虑，则每块空心板分摊到的每延米桥面系重力为： J12×2+== 28⑶铰缝重（第二阶段结构自重）g3 g ( 3 60 )υ10 4 υ24 0υ.39K N /m由此得空心板的每延米总重力g为： 9
石家庄铁道大学毕业设计 gⅠ=𝑔1= JⅡ=g2+g=+= 3J=∑J=J+JiⅠⅡ=+= 由此可计算出简支空心板永久作用（自重）效应，计算结果见表。 表 永久作用效应汇总表 项目 作用效应M(kN·m) 作用效应Q(kN) 荷载种类 g(KN/m) l (m) 跨中 1/4跨 支点 1/4跨 跨中 一期恒载 0 二期恒载 0 恒载合计 0 可变作用效应计算 本桥汽车荷载采用公路—Ⅱ级荷载，它由车道荷载及车辆荷载组成。《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。公路—I级的车道荷载由均布荷载和集中荷载两部分组成，分别为： q=×= k(360-180)(-5)p=*180++×= k50-5而在计算剪力效应时，集中荷载标准值P应乘以的系数，即计算剪力时 k3∙k．=×𝑃𝑘=×= 按《桥规》车道荷载的均布荷载应满布于使结构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相应影响线中一个最大影响线峰值处。多车道桥梁上还应考虑多车道折减，四车道折减系数为。 ⑴ 汽车荷载横向分布系数计算 空心板的荷载横向分布系数跨中和l4处按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算，支点至l4点之间按直线内插求得。 1）跨中及l4处的荷载横向分布系数计算 首先计算空心板的刚度系数γ： 10
石家庄铁道大学毕业设计 ϑ Σ2GEI(b)2 ()2 |lTl ITl由前面计算： I 1010m m4υIT 101 0mm 4υb 175cm 17 40mm l 156 00m m 将以上数据代入，得： ϑ 1υ υ (υ00)2100 .0 求得刚度系数后，即可按其查《公路桥涵设计手册》（梁桥）上册第一篇附录（二）中8块板的铰接板桥荷载横向分布影响线表。由内插得到r=时1号至4号板的荷载横向分布影响线值，计算结果列于表中。由表画出各板的横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得二车道下各板在不同荷载作用下的横向分布系数。各板的横向分布影响线及横向最不利布载见图3-6。由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号至4号板的横向分布影响线坐标值。 1号板 m112汽 2 ƒ Κi汽 2 0 .2200. 1 0 8 人群荷载： 表 各板荷载横向分布影响线坐标值表 作用位置 板号1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 各板荷载横向分布系数计算如下（参照图3-3） 11
石家庄铁道大学毕业设计 m人 ƒ Κi人 0 .2600. 0 1 2 2号板 m112汽 2 ƒ Κi汽 2 0 .1900. 1 2 0 人群荷载： m人 ƒ Κi人 0 .2200. 0 8 0 3号板 m112汽 2 ƒ Κi汽 2 0 .1600. 1 3 0 人群荷载： m人 ƒ Κi人 0 .1300. 0 0 5 4号板 m112汽 2 ƒ Κi汽 2 0 .1200. 1 6 4 人群荷载： m人 ƒ Κi人 0 .1000. 0 8 4 12
石家庄铁道大学毕业设计 图3-3 各板横向分布影响线及横向最不利布载图（尺寸单位：cm） 各板横向分布系数计算结果汇总于表。由表中数据可以看出：两行汽车作用时，2号板为最不利。为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格，同时考虑到人群荷载与汽车荷载效应相组合，因此，跨中和1/4处的荷载横向分布系数偏安全地取下列数值： m2汽 13
石家庄铁道大学毕业设计 m人 表 各板荷载横向分布系数汇总表 板号 横向分布系数1 2 3 4 m2汽 m人 2）车道荷载作用于支点处的荷载横向分布系数计算 支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。由图3-7，3~4号板的横向分布系数计算如下： 图3-4 支点处荷载横向分布影响线及最不利加载图（尺寸单位：cm） 两行汽车：m汽 1221 .υ 00 .5 人群荷载：m人 0 3）支点到处的荷载横向分布系数 l4按直线内插求得 空心板的荷载横向分布系数汇总于表。 表 空心板的荷载横向分布系数 14
石家庄铁道大学毕业设计 作用位置 跨中至处 支点 作用种类l4 汽车荷载 人群荷载 0 ⑵ 汽车荷载冲击系数计算 《桥规》规定汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数 Π； Π按结构基频f的不同而不同，对于简支板桥： EIf Σlmc22c 当f 1时，.5Hzμ 0 ；当.05f 1!4Hz时， Π 0 ；.45当 zfδ 时14，Hδz Π0。 .式中：l——结构的计算跨径（m）； E——结构材料的弹性模N/m2； Ic——结构跨中截面的截面惯矩m4； mc——结构跨中处的单位长度质量，mc G/g； g——重力加速度，g= 由前面计算， G m 2 3υN/ml Ic 0υ10 mm42 .4 810 2 mυ4由《公预规》查得C40混凝土的弹性模量E 104M， p代a入公υ式得： EI 1υ0 41 0υ62. 4υ81Σ0 2 fc2l2GΣυ .81 υ则： Π 0 . 0. 01570 .2 221 Π 22 ⑶可变作用效应计算 15
石家庄铁道大学毕业设计 1）车道荷载效应 计算车道荷载引起的空心板跨中及l4截面的效应（弯矩和剪力）时，均布荷载qk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Pk（或Pk'）只作用于影响线中一个最大影响线峰值处，见图3-5。 跨中截面 弯矩：M汽 m[ q （k k不:计P冲 击y 时） kk 车道荷载： 不计冲击：M汽 1 0.υ275 1 0υ. 2υ 32υ k N /m 计入汽车冲击M汽 1 Π m q [kk :Pky k υ0. 2 υ75 1 0 .5υ υ 3 .9 υ K N/m 剪力： V汽 m[ q （k k不:计冲击kP 时）' ky 车道荷载： 不计冲击V汽 m[ q k k :Pk 'y k 1 0υ 0υ. υ ♣2♦♥4 2υ.3 K N •÷≠计入冲击V汽 1 Π m q [kk :Pk'y k 1 υ υ 5υ υ . υ2 k N ②l4截面（参照图3-5） 弯矩：M汽 m[ q （不计冲 击 时） k k:Pkyk 两行车道荷载： 不计冲击M汽 1 0.υ275 1 0υ. 2υ υ k N /m 计入汽车冲击M汽 1 Π m q [kk :Pky k υ0. 2 υ75 1 0 .5υ υ 2 .925 υ16
石家庄铁道大学毕业设计 k N/m 剪力： V汽 m[ q （k k不:计冲击'kP 时） ky 两行车道荷载： 不计冲击V汽 m[ q k k :Pk 'y k 1 0υ υ υ266 ♣♦ •.♥7 1υ.8 k N ÷≠计入冲击V汽 1 Π m q [kk :Pk'y k 11 υ0 υ7510 .5υ 2υ υ4 k N ① 支点截面 计算支点截面由于车道荷载产生的效应时，考虑横向分布系数沿空心板跨长的变化，同样均布荷载标准值应满布于使结构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相应影响线中一个最大影响线的峰值处，见图3-6。 不计冲击 V 1 0υ27510 υ υ1 汽. .υ υ υ ♠ ≡.↔ υ υ←≈… k N 计入冲击V汽 5υ 2 .8 k N 2）人群荷载效应 人群荷载是一个均布荷载，其大小按《桥规》取用为 .υ0。3人. 群5荷 载k N产生的效应计算如下（参照/m 图3-5及图3-6）。 ①跨中截面 弯矩：M人 m人q人 M:0 .2 υ υ k N /m 剪力：V人 m人q人 V:0 .2 1υ.95 υ k N 17
Pk== 1Ω=Ω='kk 图3-5 简支空心板跨中截面内力影响线及加载图 1434Ω= 图3-6 简支空心板l/4截面内力影响线及加载图 ②截面 l418
石家庄铁道大学毕业设计 弯矩：M人 3 .υ522 .8υ222. 4 k N/m 剪力：V人 3.υ 55. 85υ k N ② 支点截面剪力 V 0 υ 人7. 8υ1 1 υ 0 .28 0υ υk N 可变作用效应汇总于表中 图3-7 支点剪力计算简图 表 可变作用效应汇总表 项 作目 弯矩 用M k N m 剪力N k N 作截 用 效面 应跨中 l4 跨中 l4 支点 车道荷载不计冲击系数 （两行） 1 υ Π 19
石家庄铁道大学毕业设计 人群荷载 作用效应组合 按《桥规》公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合，并用于不同的计算项目。按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为： oSud ϑo 1 .2S G k 1. 4SQϑ1k0. 8 Qυjk 式中： oϑ——结构重要性系数，本桥属小桥 oϑ 0； .9S——效应组合设计值； udSGk——永久作用效应标准值； S——汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值； Q1kS——人群荷载效应的标准值。 Qjk按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：、 作用短期效应组合表达式： Ssd SGk 0. 7' S Q1υ SQjk υ式中：S——作用短期效应组合设计值； sdSGk——永久作用效应标准值； S——不计冲击的汽车荷载效应标准值； 'Q1kS——人群荷载效应的标准值。 Qjk作用长期效应组合表达式： S Sk S 'υ SQjk υ式中：各符号意义见上面说明。 《桥规》还规定结构构件当需进行弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为： 20
石家庄铁道大学毕业设计 S SGk S Q1k S Qjk 式中：S——标准值效应组合设计值； S作用效应、汽车荷载效应（计入汽车冲击力）、人群荷载Gk,SQ1k,S——永久Qjk效应的标准值。 根据计算得到的作用效应，按《桥规》各种组合表达式可求得各效应组合设计值，现将计算汇总于表中。 弯矩k序号 N m 剪力 k N 作用种类 跨中 l4跨中 l4支点 gⅠ 0 永久作gⅡ 0 作用用效应 g gⅠ gⅡ S Gk 0 效应标准车道不计冲击 值可变作 荷载SQ'1k 用效应 1 υ Π S Q1 人群荷载SQjk （ 61） 0 承载 能力基本组（2） 极限合Sud 1υ.4SQjk 状态 （ 3） Sud 1 2 3 1 正常作用短SGk 0 使用期效应(4) 极限组合Ssd 'Q1k (5) 21
石家庄铁道大学毕业设计 状态 SQjk (6) S 9sd 4 5 6 3 SGk 0 使用长(7) 期效应'Q1k (8) 组合Sld (9) Sld 7 8 9 8 SGk （ 0 弹性10） 阶段标准值SQ1k 截面效应组（ 11） 应力合SS Qjk （12） 计算 S 1 0 1 1 11 21 05 .1 22
石家庄铁道大学毕业设计 第4章 截面配筋和复核计算 配置主筋 由持久状况承载能力极限状要求的条件来确定受力主筋数量，空心板截面可换算成等效工字型截面来考虑。换算原则是面积相等、惯性矩相同，本设计令空心板中圆面积及惯性矩与工字型截面中开口部分面积和惯性矩相同。 由 bkh k Σ4 46υ28 46 υ2030 c m2 得 202b 30cm khk1468 312bkh υk12 2 0. 0υ0686464 υ28 31 8 .υ064 υ2 305 1 21 c m 4 把20302代入b cm13kh3054k12bkhk ，求得121cmhk 4 2，.c5mbk c m .4 。 则得等效工字形截面的上翼缘板厚度h： 'fh' y h 上kf23 5 42. 5 c m 等效工字形截面的下翼缘板厚度h： fh hfy 下2k3 5 42. 5 c m 等效工字形截面的肋板厚度： b b 'f 2b k17 4 2 47 .8 υ c m 等效工字形截面尺寸见图4-1。 23
石家庄铁道大学毕业设计 估算普通钢筋时，可先假定x δh，则由下式求得受压区高度x，设'fh0 h a 。ps7 0 4 6 6 c m 6 6 0 m m ϑM fb'x hδx♣udcdf02♦ •♥÷≠ 由《公预规》， 0ϑ 0，, fcd 18。 .4MPa由表 ，b'f / 17m40mm，代 1入上4 式0得3： .510 6υN/mm 1υ 0υ618 .δ4174 0υx 66 0υx♣♦ •2♥ ÷≠整理后得： x2 1 320x 78 9070 δ求得： x h， 且'fx1 3 8 b[mh0m 0 .4h 02 64 mm 图4-1 空心板换算等效工字形截面（尺寸单位：cm） 说明中和轴在翼缘板内，可用下式求得普通钢筋面积A： s24
石家庄铁道大学毕业设计 ×1740×=cdb'f==7180mm fsd280说明按受力计算不需要配置纵向钢筋，现按构造要求配置。 选用24根直径为20mm的HRB335钢筋 Aπ×202s=24x=7536mm2>7180mm2 4钢筋采用24根布置在空心板下缘一排（截面受拉边缘），沿空心板跨长直线布置，钢筋重心至板下缘40mm处，即as 40mm。配筋率为A7536ρ=s==%>ρb'1740×660min=% f×h0 图4-2 空心板横截面配筋图 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： [I$280×7536=sdsI== b'×1740cdf截面抗弯极限状态承载力为： Mxd=fcdb'fx(h0-) =×1740××(660-) 225
石家庄铁道大学毕业设计 =×106kN/mm>×= 计算结构表明，跨中截面抗弯承载力满足要求。 斜截面抗剪承载力计算 ⑴截面抗剪强度上、下限复核 选取距支点h2处截面进行斜截面抗剪承载力计算。截面构造尺寸及配筋见图3-9。首先进行抗剪强度上、下限复核，按《公预规》条： 0ϑVd δ10 3 fcu,kbhυ0 k N 式中：V——验算截面处的剪力组合设计值（kN），由表得支点处剪力及跨中截d面剪力，内插得到距支点h2 350mm处的截面剪力V： dV 300 3 50 3 υ d63002 75 .57 k N h——截面有效高度，由于本桥预应力筋及普通钢筋都是直线配置，有效高度0h与跨中截面相同，0h0 660mm； ——边长为150mm的混凝土立方体抗压强度，空心板为C40，则fcu,kfcu,k 40MPa，ftd ； b——等效工字形截面的腹板宽度，b=784mm。 代入上述公式： 0ϑVd 28υ8 .652 59 .79 k N 0ϑVd δ 0υ 3 4027 8υ560 υ 5 k N 计算结果表明空心板截面尺寸符合要求。 按《公预规》第条： υ 0υ ∆ 2fυ 5 10υ31 .0υ υ278 υ560 υ υ 160 .55kN 式中， ∆2 1，时按《公预规》条，板式受弯构件可乘以提高系数。 26
石家庄铁道大学毕业设计 由于0Vd 28υ8，并对照.652 59 .79 k N 5! 10υ 3 ϑ2υftdbh0 υ ∆表中沿跨中各截面的控制剪力组合设计值，在l/4至支点的部分区段内应按计算要求配置抗剪箍筋。 为了构造方便和便于施工，本桥混凝土空心板不设弯起钢筋，计算剪力全部由混凝土及箍筋承受，则斜截面抗剪承载力按下式计算： 0ϑVd δVcs Vcs ∆1 2∆3 0∆.υ4510 υ3 bh0 2 P fcu,ksvfs vΥ 式中，各系数值按《公预规》条规定取用： ∆——异号弯矩影响系数，简支梁1 ∆1 ； ∆——预应力提高系数，本桥为部分预应力A类构件，偏安全取2 ∆2 1； .0 ∆——受压翼缘的影响系数，取3 ∆3 1； .1h——等效工字形截面的肋宽及有效高度； 0P——纵向钢筋的配筋率，P 100 Υ 10 ； 09 73υ 4υ 3 sΥv——箍筋的配箍率，A，箍筋选用双股 sv 1Ι0，A 2 102sΥv bssvυΣ υ 415 7 .08v m m： 2 ，则写出箍筋间距s的计算式为v 2∆2 2∆ υ ∆ υ 6 2 cu,kfsvAsvbhs0v υ 2 m m0 .,k 40MPa； 箍筋选用HRB335，则fsv 280MPa ； 取箍筋间距sv 150mm，并按《公预规》要求，在支座中心向跨中方向不小于一倍梁高的范围内，箍筋间距取100mm。 配箍率 2 78 υ1500 . 0038 0 .38Υs%vm in! 1 2%Υ v 27
石家庄铁道大学毕业设计 （按《公预规》条规定，HRB335， sΥvmin 12%） 在组合设计剪力值 0Vd δ 0.υ的5部分梁1段0， 可 只υ3 按ϑ构2ftdbh0160 .5 5kN ∆造要求配置箍筋，设箍筋仍选用双肢 1Ι0，配箍率 sΥ取v sΥm，则由此求得构造配箍vin的箍筋间距。 s' sΥ v278 υ024 70 .9mmm 取sv' 200mm。 经比较和综合考虑，箍筋沿空心板跨长布置如图3-12。 图4-3 空心板箍筋布置图（尺寸单位：cm） ⑵ 斜截面抗剪承载力计算 由图3-12，选取以下三个位置进行空心板斜截面抗剪承载力计算： ①距支座中心h2 350mm处截面，x 6000mm； ②距跨中位置x 3300mm处截面（箍筋间距变化处）； ③距跨中位置x 3300 13 处1截5 面0（υ箍筋5间2距5变 化0 处 ）m。 m 计算截面的剪力组合设计值，可按表由跨中和支点的设计值内插得到，计算结果列于表 表 各计算截面剪力组合设计值 支点跨中截面位置x m m x 6000 x 5250 x 3300 x 6300 x 0 剪力组合设计值Vd k N (1)距支座中心h2 350mm处截面，即x 6000mm 由于空心板的预应力筋及普通钢筋时直线配筋，故此截面的有效高度取与跨中近28
石家庄铁道大学毕业设计 似相同，h0 660mm，其等效工字形截面的肋宽b 784mm。由于不设弯起斜筋，因此，斜截面抗剪承载力按下式计算： Vcs ∆1 2∆3 0∆.υ4510 υ3 bh0 2 P fcu,ksvfs vΥ 式中， ∆1 1，.0 ∆2 ， ∆3 ，b 784mm，h0 660mm，P 100 Υ10 0 973 471。 υ.2784660υ 此处，箍筋间距sv 100mm，2 1Ι2，Asv 226mm2。 则 226sv 784 1υ00 0 .00290 .2 9%Υsv mi! % Υfcu,k 40MPa，fsv 280MPa 代入，得： V1 cs .01 .υ01. 1υ 5υ10 3 7υ846 6υ0 2 υ υ 400 .0υ0565280 υ υ k N 0ϑd 28υ8 .652 59 .79 k N Vcs 6 k N 抗剪承载力满足要求。 (2)距跨中位置x 3300mm处 此处，箍筋间距sv 200mm，Vd 180。 .10kN226sv 784 υ200 0 .001450 .1 45%Υsv mi! % Υ斜截面抗剪承载力： V .υ01 .1υ 5υ10 3 cs υ7846 6υ0 2 υ υ 400 .υ00283280 υ υ k N 0ϑd 8υ2 .1016 3 .89 k N Vcs 275. 92 k N 斜截面抗剪承载力满足要求。 (3)距跨中位置x 5250mm处 此处，箍筋间距sv 150mm，Vd 259。 .06kN2 A26bssvsv 7 84 1υ500 .0 9 2%svmi n!% Υv29
石家庄铁道大学毕业设计 斜截面抗剪承载力： V11 υ 3 cs .0 .υ01. 1υ υ7846 6υ0 2 υ υ 400 .υ00377280 υ υ k N 0ϑd 25υ9 .062 33 .15 k N Vcs 6 k N 计算表明均满足斜截面抗剪承载力要求。 持久状况斜截面抗弯极限承载能力验算 钢筋混凝土受弯构件斜截面抗弯承载能力不足而破坏的原因，主要是由于受拉区纵向钢筋锚固不好或弯起钢筋位置不当而造成。故当受弯构件的纵向钢筋和箍筋满足上述要求时，可不进行斜截面抗弯极限承载能力验算。 30
石家庄铁道大学毕业设计 第5章 持久状况正常使用极限状态下的裂缝宽度验算 最大裂缝宽度计算： Wσss30+Gfk=C1C2C3(+10ȡ)(mm) 𝐴𝜌=𝑠 𝑏ℎ0+(𝑏𝑓−𝑏)ℎ𝑓式中C1——钢筋表面形状系数，取C1=:； C2——作用长期效应影响系数，长期荷载作用时，C2=1+ C3——与构件受力性质有关的系数，取C3=； d——纵向受拉钢筋直径，d=20mm 𝜌——纵向受拉钢筋配筋率，对钢筋混凝土构件，当𝜌>时，取𝜌=；当ȡ<时，取ȡ ； Es——钢筋弹性模量，对HRB335钢筋，Es=×105MPa； bf——构件受拉翼缘宽度； hf——构件受拉翼缘厚度； σss——受拉钢筋在荷载作用下的应力，按下式计算 0σss=s $sK0 Ms——按作用短期效应组合计算的弯矩值； As——受拉区纵向受拉钢筋截面面积。 按照前面计算，取最不利荷载的2号板的跨中弯矩效应进行组合： 短期效应组合： 0s=0G++ zk =+×+ = 上式中，𝑀Qlk为汽车荷载效应（不含冲击）的标准值，MQzk为人群荷载效应的标准值。 长期效应组合： 0=0lG++ zk31
石家庄铁道大学毕业设计 =+×+× = 受拉钢筋在短期效应组合作用下的应力为： σss=s==×104KN/m2 $××10-4×&=1+×= $ρ=VEK= (EI E)K ×66+()把以上数据代入Wfk公式得： :×10430+20fk=×××)mm=< ×105×(+10×结论：板梁的最大裂缝宽度满足规范要求。 32
石家庄铁道大学毕业设计 第6章 持久状况正常使用极限状态下的挠度验算 据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTJ D62—2004第条: 板梁挠度验算公式为： S M l 2 fBo其中： S—挠度系数， 5/48； —计算跨径，; loB—刚度。 式中：B0 ——全截面抗弯刚度，B0=； Bcr——开裂截面抗弯刚度，𝐵cr=𝐸c𝐼cr； Mcr——开裂弯矩； γ——构件受拉区混凝土塑性影响系数； I0——全截面换算截面惯性矩； Icr——开裂截面换算截面的惯性矩； ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值，对C40混凝土，ftk=； W0——换算截面抗裂边缘的弹性抵抗矩。 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，由前文计算可知： ,0 ,=×1010mm4 全截面换算截面面积： $0=$+(n-1)$s =[+(-1)×]cm2 = 式中： n——钢筋弹性模量与混凝土弹性模量之比，为 Q(=×105(=×104= 计算全截面换算截面受压区高度x0： 33
石家庄铁道大学毕业设计 $ [ EIKI
E(K KI
) (Q )$VK 11[*×174×+××()+(-1)××66+220== 计算全截面换算截面重心轴以上部分面积对重心轴的面积矩S0： 610=E[220+(Ef-E)K'f([KI
-) =××+()××(-) 22 = 0cr=2IW6N0=2××61764392=× 设开裂截面换算截面中性轴距梁顶面的距离为x（cm），由中性轴以上或以下换算截面面积矩相等的原则，按下式求解x。 EI[12-(E2I E)([ K2I)-Q$s(K [)=0 1×174×[ 1-×()×([)××(70-[)=0 22整理得 [2+[=0 解得[=>KI
=，故假设正确。 可计算开裂截面换算截面惯性矩Icr为 ,cr=Q$V(K1 [)2+E3I[ 1-(E3I E)([ K3I) 代入数据得： ,1cr=×7536×(660-142)2+×1740×14231-×()×(142-138)3mm4 33 =×1010mm4 %cr=(c,F=×104××1010=× %0=(F,=××104××1010=× 0则 34
石家庄铁道大学毕业设计 B Bo M♣ 2• ♠2 ≡cr ♦♦ ↔♣M1crBo ♥M ÷÷ ≠♦♦ • ≈s ↔←♥M ÷÷s ≠ ≈…Bcr ×1014=22 ×××1014([(1-]×108)+×108)×1014 =× 短期荷载组合作用下的挠度值，可简化为按等效均布荷载作用情况计算： 52 lMs 5 1υ56002 39υ 6υfs48B48 υ12 . 6 m m 0自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算： 52 lM 5 1υ5600 25υ υfG48BGk48 υ8 .1 3 m m 0M、sMG值查表得。 消除自重产生的挠度，并考虑长期影响系数 Κ后，正常使用阶段的挠度值为： Τ fl ΚΤfs fG 1 υ 52 m m 6 0 26 m m 计算结果表明，使用阶段的挠度值满足《公预规》要求。 35
石家庄铁道大学毕业设计 第7章 支座计算 考虑到本桥采用的是板式橡胶支座，每块板在两端各布置两个支座，全桥共4 υ8 3υ96 （个）板式橡胶支座。 由上述计算得：支座压力标准值Rck ，其中结构自重引起的支座反力标准值为，公路—I级引起的支座反力标准值为，人群荷载的支座反力标准值为；公路—I级和人群荷载Pr 864mm，根据当地的气象资料，主梁的计算温差ǻt 36℃。 确定支座平面尺寸 选定支座的平面尺寸为a υb 18 20 υ，采36用0 中c m间层2橡胶片厚度t 。 ⑴计算支座的平面形状系数S S abυ υ2ta b υ 0 ! 1820 20 ⑵计算橡胶支座的弹性模量 Ej 5. 41. 0υ υ487. 35 M Pa ⑶验算橡胶支座的承压强度 对于橡胶板 RAck Ra ckυb ς >cδk ≅ ς 式中：R——运营阶段的支座压力标准值，汽车荷载应计入冲击系数； ck σ>ck ≅——橡胶支座使用阶段的平均压应力限值，形状系数S应在5 Sδ12 δ范围内取用 8 S 12δ； , σ>ck ≅10 M Pa；5S8 δ, σ >cδk ≅7~9M P a故 σj♠← 1 000≡…0 k。 P a σ 0 （合格） υ6 78 9 k Pa υ σ ♠←δ1 000 ≡…0 k Pa .
石家庄铁道大学毕业设计 确定支座的厚度 ⑴主梁的计算温差为ǻt 36℃，温度变形由两端的支座均摊，则每一支座承受的水平位移ǻ为 g ∋11g 2 atl χ∋ 1 0 5 2 3υ6 1 5υ60 18υ 8 c m ⑵为了计算汽车荷载制动力引起的水平位移ǻ，首先要确定作用在每一支座上p的制动力H。 T对于的桥跨，一个设计车道上公路—I级车道荷载总重为 1υ 22 k N ，则汽车制动力标准值为 10%υ3；8但《公.6 k 路N钢 筋 混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）规定，不得小于90kN。经比较，取总制动力为90kN参与计算，8块板共24个支座，每个支座承受的水平力F90bk 24 。 k N ⑶确定需要的橡胶片总厚度 te不计汽车制动力te τ2Δg 2 0 . 2υ 7 6 c m 计入汽车制动力ǻ τ0F 30 .4 4 c m . 2eab2 1υ.01 0υ 1 18 υ20 υ《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）的其他规定 te δ aυ0 . 2 18 υ c m 选用4层钢板和5层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚，中间层厚，薄钢板厚，则橡胶片总厚度： 30，并 . υ 5（υ合格2） .0 0 .44 c m! ⑷支座厚度 h te 4 0. 2υ 2 .8 c m 37
石家庄铁道大学毕业设计 验算支座偏转情况 ⑴由公式 Γ Rckte R cktea c,maτΤbEa bEb2式中δ——平均压缩变形（忽略薄钢板的变形）； c,mE——支座抗压弹性模量 eE——橡胶弹性体体积模量，bEb 2000MPa； θ——梁端转角。 代入数据得： δ ckte R cktecmR υ20υ,abEabE180 υυ υ c m 按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）规定，尚应满足δ即 c,m δ0，. δ 2.υ（0合格）0 .1 40 c m ⑵计算梁端转角θ 由关系式54f gl和384EIθ gl3可得 24EI Τ 5lgl3♣♦16 16 1624E55f •I♥÷ ll ≠设在结构自重作用下，主梁处于水平状态。已知公路—I级荷载作用下的跨中挠度f ，代入上式得 Τ 16f 1 6 υ 1υ5600 .0 0177 r ad l⑶验算支座偏转情况 cΓ,m τa Τ2 即 018 υ0（合格） .τ 1c m5 9 38
石家庄铁道大学毕业设计 验算支座的抗滑稳定性 ⑴计算温度变化引起的水平力 H abG ∋gte 0 υ υ103 0υ. υ k N ⑵由公式 ΠRck τ Fbk 式中 R——由结构自重引起的支座反力标准值； ckμ——橡胶与混凝土间的摩擦系数以及与钢板间的摩擦系数； F——由汽车荷载引起的制动力标准值。 bk ΠRck 0 .3 2 k N Fbk 1 . 45. 18υ 5 k N 则 2!11（合格） 以及 μNG 20υ8（合格） .26 2. H! k N 39
石家庄铁道大学毕业设计 第8章 迈达斯电算图 图8-1 反力图 图8-2 内力图 40
石家庄铁道大学毕业设计 图8-3 位移图 图8-4 应力图 41
石家庄铁道大学毕业设计 第9章 结论 经过两个多月的努力，毕业设计终于如期顺利完成，按照设计要求，完成了对16m钢筋混凝土空心简支板桥的设计。 本次设计是对以往所学知识的汇总，其中涉及钢结构理论、桥梁工程、材料力学、结构力学以及钢筋混凝土结构等课程。通过这次设计，我们不仅对以前的知识有了更深一步的理解，而且明白了各课程之间的内在联系，以及它们的结合点。在一定的条件下能够综合应用，来解决实际问题。 本次设计是以北京市某一公路为背景，主要对其进行设计与计算，重点解决内力计算与验算问题。根据有限元的知识，利用Midas软件建立相关部分的模型，进行相应部件的设计与检算。利用AutoCAD技术对桥梁的各个部件进行绘制编图。 总之，这次设计是大学三年学习的一个完整总结，使我们对一般的施工设计有了比较全面的了解，并熟悉了有关的标准、规范、手册和工具书，有效的增强了我们毕业后到施工现场的工作能力。 42
石家庄铁道大学毕业设计 参考文献 [1] 刘自明.桥梁深水基础[M].北京：人民交通出版社，2003. [2] 陈伟.桥梁施工临时结构设计[M].北京：中国铁道出版社，2002. [3] 交通部第一公路工程公司编.公路施工手册(桥涵).北京：人民交通出版社，2003. [4] 张鸿，刘先鹏.特大型桥梁深水高桩承台基础施工技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2005. [5] 范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001. [6] 王慧东.桥梁墩台与基础工程[M].北京：中国铁道出版社，2005. [7] 葛俊颖.桥梁工程[M].北京：中国铁道出版社，2007. [8] 陈仲顾.周景星.土力学[M].北京：清华大学出版社，2006. [9] 张志国，张庆芳.钢结构[M].北京：中国铁道出版社，2008. [10] 周永兴，何兆益.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001. [11] Braja M Das. Soil Mechanics[M]. Oxford University Press，2008. [12] Braja M Das. Principles of Geotechnical Engineering[M]. Cengage Learning，2009. [13] 中华人民共和国建设部.钢结构设计规范(GB 5017-2003) [S].北京：中国计划出版社，2003. [14] 中华人民共和国交通部.公路钢木设计规范(JTJ 025-86) [S].北京：人民交通出版社，1986. [15] 中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) [S].北京：人民交通出版社，2004. [16] 中华人民共和国交通部.公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007) [S].北京：人民交通出版社，2007. [17] 中华人民共和铁道通部.铁路桥涵混凝土及砌体结构设计规范(TB —2005) [S].北京：中国铁道出版社，2005. 43
石家庄铁道大学毕业设计 致 谢 短短的三个月很快结束了，毕业设计也圆满完成了。当然本设计的完成与指导老师的辛勤工作以及同学们的热心帮助是分不开的。 本论文的顺利完成首先要感谢赵曼老师，赵老师对论文工作给予了全力支持，并以自己的经验与学识精心指导我们。三个多月来，赵老师不仅在设计工作上对我大力帮助，生活上也非常关心、照顾。赵老师正直热情、乐于助人的处世态度，认真严谨、实事求是的治学精神深深地影响着我，将使我终生受益。自毕业设计一开始，赵老师就严格的要求我们，为我们布置下每一周的任务，因此我们的毕业设计才能顺利完成。在此，谨向赵老师致以最衷心的感谢! 感谢我的室友们，大家从五湖四海，为了一个共同的目标，来到这个天堂般的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。三年了，仿佛就在昨天。三年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再齐聚在一起了，有的可能从此无法联系上了吧！没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。 感谢我的爸爸妈妈，辛苦栽培，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。 在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！ 朱建明 2012年5月于石家庄铁道大学 44
石家庄铁道大学毕业设计 附录 外文资料翻译 局部轴压作用下的钢管混凝土性能 韩林海，刘炜，杨富 a土木工程系，清华大学，北京，100084，中国 b五洲工程设计研究院，北京100053，中国 c土木工程学院，福州大学，福建，350002，中国 2007年6月27日，2007年10月2日 摘要 在这个文件上有混凝土钢管（钢管）短柱的轴向局部压缩实验研究的行为。共有三十二个样本进行了测试。在测试不同的主要参数是：（1）截面类型：圆形和方形; （2）局部受压面积比（混凝土截面面积局部受压区）：和16；和（3）厚度的板：从2至12毫米。有限元分析模型用于分析钢管混凝土短柱的轴向局部受压，和比较计算结果表明普遍使用这一模型与试验结果吻合良好。该理论模型，然后用于调查机制的复合柱受轴向局部压缩。 2007爱思唯尔公司保留所有权利 关键词：复合柱；局部受压；复合作用；混凝土；设计；空心型材断面的能力 一．简介 众所周知，混凝土钢管（钢管混凝土）正在越来越多地用于建筑施工由于其出色的静态和延性，能量大的吸收能力，在实践中，钢管混凝土柱往往受到轴向局部压缩，例如，该墩梁桥；下面轴承成员的刚性框架，网状框架或拱结构。图1示意鉴于钢管混凝土柱轴向压缩下的地方。 在过去，进行了大量钢管混凝土柱[2,7]的研究。最近一些国家的最先进的文献上混凝土钢管结构已出版，例如Gourley等。 [1]，西山等。 [6]，沙姆斯Saadeghvaziri[8]，尚穆根和Lakshmi[9]。但是，似乎很少注意已经支付给调查复合轴向局部受压遭受的成员的行为。事实上除特殊情况下这可归因于结构强度不受到损害的局部压缩的现象。近年来，钢管混凝土轴向下的性能局部受压一直受到结构工程师的关注。然而，通过45
石家庄铁道大学毕业设计 对组合柱的设计规范样这问题没有得到圆满的解决。预计，由于本地负载的影响，钢管混凝土的行为受到轴向本地压缩的列是不同的复合列满载。 因此，本文件是试图研究轴向局部压迫下承式钢管混凝土短柱的行为。本文的主要目标有三个方面：第一，报告上承式钢管混凝土短柱在轴向局部受压的一系列的测试结果；第二，分析几个影响参数如分段式，局部受压面积比顶端终板的厚度，钢管混凝土标本对本地加载的行为；第三，分析了钢管混凝土短柱受轴向局部压缩的机制为有限元分析（FEA）建模。 二．实验方案和测试结果 实验方案 共有32个短柱受轴向压缩，包括28名当地装载标本和4个全载标本进行了测试，测试的主要参数分别是： 分段类型：圆形和方形; 局部受压面积比β（= AC/Al）;其中，AC是混凝土的截面积，AL是当地的压缩面积，所示为inFig。 1）：到16; 顶端终板的厚度，T：从2至12毫米 符号 AC 混凝土截面面积 AL 局部受压面积 B 门外的方钢管的宽度 CFST 钢管混凝土钢管 ð 圆钢管外径 DI 延性指数 EC 混凝土的弹性模量 ES 钢的弹性模量 fç 混凝土筒体强度 fcu 混凝土立方体强度 fŸ 屈服强度钢 H 距离离列的顶部 L 试样的长度L N 轴向负荷 Nu 轴向压缩满载钢管的能力 46
石家庄铁道大学毕业设计 Nu L 钢管混凝土本地加载的轴向抗压能力 p 密闭压力 SI 实力指数 ţ 墙厚度的钢管 ţa 壁厚顶端终板 β 局部受压面积比（= AC/Al） Δ 轴向变形 Δ85％ 当负载下降到85％的轴向变形极限载荷 δue 在极限载荷的轴向变形 ε 应变 在标本摘要图1中，圆钢管的外部宽度和直径的平方和分别是T钢材的壁厚管;李氏试样的长度，并选择有三倍直径（圆形标本）或宽度（方标本），以避免整体屈曲和结束的影响 [4]。表中，标本标签包括 “钢管”字是指满载钢管混凝土柱。 管都是从轻度钢板制造（毫米厚），与板被削减从表，钉焊接成一个圆形或方形的形状和焊接一个单一的对接焊缝。钢板进行张力测试，从这些测试中，平均屈服强度（fy），拉伸强度（fu），弹性模量（es）分别为兆帕， MPa和214,000分别兆帕。泊松比（微秒钢）是。 自我的一种组合密实混凝土（SCC）的抗压立方体强度在约28天时达到60兆帕。弹性模量（ec）的具体测量平局值为35300兆帕。混合比例分别为：水泥：428公斤/米，高炉渣：160公斤/米，水：176公斤/米，砂：758公斤/米，粗颗粒合计：928公斤/米，其他高范围减水剂（HRWR）：千克/米。 测得的压立方体强度（Fcu）试验为兆。 47
石家庄铁道大学毕业设计 在所有混凝土混合料，所用的细骨料石英砂和粗骨料碳石。 SCC的混合物新鲜的属性如下：坍流（毫米）：247 单位重量（千克/米3）：2454 混凝土温度（◦c）： 流时间（s）： 流速度（毫米/秒）：15 流动距离（mm）：800。 每个管子被焊接成一个环（圆形截面）或者矩形（正方形截面）底板的厚度为10mm。自密实混凝土成型时无需任何振捣。将试件平直的放置风干直至开始测试，直至开始试验。在凝固过程中，试件顶部会出现一条宽度大约为左右的纵向收缩裂缝。为了使有钢筋的顶部混凝土表面光滑平顺常常使用一种高强度的环氧树脂来填补这条裂缝。同时将顶部的端板焊接。这项研究不仅仅要确定试件在局部轴向压力作用下的极限承载能力，还要确定试件在达到极限荷载时的破坏形式。所有试件的加载试验均在500吨压力机上进行。试件直接放在压力机的钢板平台上。图2给出了测试安排的图解。 表1 测试信息摘要 48
石家庄铁道大学毕业设计 实验研究不仅确定了复合试样受轴向局部受压的最大承载能力，也调查了故障模式和超越极限荷载。在所有5000千牛容量测试机上进行测试。标本在刚性钢床机器上直接给出了表2的测试安排的示意图。通过对标本同心载荷应用机器加载RAM（满载标本）轴承钢板（本地加载的标本）。 “轴承板的大小不同，获得不同的地方压缩面积比（β）。几个应变用于每个钢管的标本来衡量的变异株部分与从顶部的距离试样。两个线性电压位移传感器（LVDT的）被用来衡量轴向变形，如下所示图 2。 标本被不断装载，直到失败。一个加载间隔估计有账面值的十分之一不到的负载能力。每个负载间隔保持约2-3分钟。变形的过程，模式的失败和标本采取的最大负荷被正式记录。 实验结果和试件特性分析 研究发现钢管混凝土在局部压力作用下一般表现为可塑性。由钢管承受的轴向力随顶部端板厚度的增加而增大。图3的a和b，给出了顶部端板和局部受压面积率对试件破坏形式的影响。研究表明试件端板越厚，钢管顶部的变形越明显。然而，承压板下的端板越薄破坏越明显，局部受压面积比大的试件，钢管的屈曲位置则更接近顶端板。与全截面承载的试件相比，钢管屈曲位置的多少一般随顶部端板厚度的减少而减少（如图3c中所示），甚至由于支撑板底下顶部端板的局部下沉钢管没有屈曲出现（如图3d所示）。 49
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石家庄铁道大学毕业设计 图4显示测量的轴向负荷（N）与轴向形变（Δ），所有样品的曲线。这应该是指出，由于焊接断裂，标本LCP2-1-1， scfst-1和scfst-2小量变形失败后达到其最大的力量。标本测量的最终结果在表1上展示。 结果发现，在一般情况下，最终的强度和弹性刚度随着Ta增加而增加。随着Ta增加高强度和弹性刚度可以被解释，，钢管最终变形克制和约束钢管核心，混凝土的性能可以得到改善。此外，扩散行动可能会导致局部轴承钢盘的压缩力在试样的上部均匀负载（所示图5），并在一定程度上扩大承载面积的实际负荷。 三．分析测试结果和讨论 为方便分析，钢管混凝土轴向局部受压短柱强度指数（SI）的的定义如SI= Nu L/ Nu等，Nu L是测量受轴向局部受压的极限强度的CFSTs，Nu是测试CFSTs满载时相应的极限强度。 图6解释的是端板的厚度（Ta）和局部受压面积比（β）的强度指数（SI）。由此可以看出，SI伴随着Ta的增加而增加并且伴随着β的增加而减小，对SI的影响β比那些Ta更明显。一般来说，圆形SI标本是大于方形标本。这意味着，根据Ta和β，51
石家庄铁道大学毕业设计 圆形复合标本和方标本具有相同的“强度损失”。它可以解释说，根据轴向局部压缩，钢筋混凝土使用内部是圆形钢筋更有效。 它也可以从图6发现。为标本与小局部受压面积比（β= ），在方钢管混凝土核心的“综合行动”随着Ta的增加有效的显著提高和改善方钢管混凝土标本的承载能力。然而，Ta对钢管混凝土标本极限强度的影响是适中的循环，因为圆钢管混凝土核心约束比方钢管混凝土核心更有效。对于与标本较大的局部受压面积比（β= 16），极限强度随着Ta的增加而增加。由于较高的局部压缩力（如图3（d）项）端板和局部受压区受到塑性变形。 其中使用的方法，以量化的延展性组合部分为延性指数（DI）[2]。它表示为： 52
石家庄铁道大学毕业设计 DI=∆85%/∆ue (2) δue为在极限载荷下的轴向变形，Δ85％为当负载下降到极限载荷的85％时的轴向变形。 延性指数（DI）的确定是在表1中的图7显示终板厚度在DI（T）的影响。由此可以看出，在一般情况下，DI随着t的增加直接增加。据预计，更大下的壁厚意味着更高的终板下的刚性，根据轴向局部受压从而可以导致结构性能的组合部分的改善。 图8显示了Ta在钢管标本横向应变和纵向在钢管中间和终端的影响，当达到极限强度时。可以发现，在一般情况下，纵向和横向钢管随着终板厚度（t）增加而增加。这意味着由钢管和钢管的“复合作用”的受力承担变得更加明显。从这些数据也可以被发现，，圆形钢管的应变是远远优于那些方形钢管的。这 事实上归功于，圆钢管和其核心混凝土之间的相互作用优于方钢管及其核心混凝土之间的相互作用。 53
石家庄铁道大学毕业设计 四．有限元分析（FEA） ．FEA建模的说明 ABAQUS[5]软件用于上的CFSTs有限元分析（FEA）结构扭转。在分析中，破坏塑性模型的定义使用的是ABAQUS/标准[5]。钢管采用4节点壳单元（S4）模拟，具体使用8节点砖元素（C3D8R）的核心来模拟的，在每个节点有三个自由转换度。一面的接触，在压力模型接触正常的方向和库仑摩擦力模型在钢管和核心混凝土表面的切向方向获得通过。在钢管和核心混凝土之间的正常方向，有间隙和刚性间隙作用。 位移被采用几个渐进步骤的，钢管每一步的反应可以使用平衡方程计算。本文使用类似的模型分析钢管混凝土柱受到轴向局部受压的行为。 FEA建模的细节可以在Han et al. [3]发现。 固定边界条件，适用于底部表面列。因为同心负荷只适用于的顶端的列，所以钢管混凝土柱受到轴向局部压缩第四列为蓝本。顶面复合元素应用统一的轴向变形（Δ）。 图 9显示了查看元素区划的示意图。 . 验证FEA建模 承载能力和负载与变形曲线通过有限元分析预测与本文的测试结果进行比较。图4所示的是负载与变形通过曲线之间的有限元分析和预测结果测试结果的比较。图10显示的承载能力比较测试和计算结果。可以发现，一般来说，良好的协议可以得到通过预测与测试结果之间的比较。然而，通常而言，计算的刚度会比测试结果高一些，如图4所示。在测试过程中，这可能会诱发轴向载荷的初始偏心。 54
石家庄铁道大学毕业设计 ．钢管及其核心混凝土之间的相互作用 图11说明不同端板厚度与钢管成员的预测负载与变形的关系。计算条件为：β = 4, D(B) = 400 mm,t = mm,L =1200 mm, fy =345 MPa andfc=51 MPa. 55
石家庄铁道大学毕业设计 一般来说，终板越厚刚性越高。从图11中可以看出，组合柱的强度和刚度都随着终板厚度的增加而增加。 56
石家庄铁道大学毕业设计 图12所示的组合柱密闭压力（P）与纵向局部应变下轴向压缩的关系。计算条件是：β=4，Ta=10毫米，D（B）= 400毫米，T =， L =1200毫米，FY =345兆帕和FC= 51兆帕。密闭的压力（P）来自远离试样顶部的D或B是在这一节中的平均值。 从图12可以发现，圆的成员有是一个密闭的压力负值，在初始阶段，即钢管与其混凝土核心之间产生拉伸应力。这可能被解释为钢在初始阶段的松柏比高于混凝土。当钢达到其弹塑性阶段，密闭的压力变为加值和不断增加轴向压缩。对于同方路段，平均复合列密闭的压力始终是加价值，并在密闭的压力下降后达到极限强度。 结果发现，随着终板厚度的增加，轴承负荷增加并且纵向应力（S33）趋于均匀。此外，在相同的终板厚度下，圆形单位的纵向应力（S33）高于方形单位，由于圆钢管对核心混凝土的良好约束。图 13显示典型的核心混凝土方复合列结尾部分达到极限强度时纵向应力分布。计算条件是：β =4, B =400 mm,t = mm,L =1200 mm, fy =345 MPa and f0c=51 MPa。 图14显示典型的沿圆形单位的高度纵向应力（S33）扩散，当应力等于30％的极限强度（Nul）时。 方形单位的张拉行为是类似圆形的单位的。图15（a）及（b）显示了终板的厚度和分段式上的纵向应力在沿复合列的高度分布下的影响，其中x是单位与对称轴之间的距离，“H / D线”和“H / B”分别表示圆形和方形部分到H的距离，H是距顶部的距离。 从图15中可以看出。纵向应力随着终板厚度的增加逐渐降低。 此外，纵向应力分布与终板厚度的增加趋于均匀，而且图15显示载荷板下方的核心混凝土应力伴随着终板厚度增加而减少。这可以解释为，太薄的终板不能提供足够的刚度以抵抗局部的压缩，然后终板由于终板下的混凝土下降到相强度较低的混凝土。这也可以发现，圆形单位在沿高度应力和张拉应力范围是高于那些方形单位的，如图15（B）所示。这可能是由于事实，圆钢管混凝土的核心的约束力是大于方钢管的。 57
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石家庄铁道大学毕业设计 图16显示的是当达到极限强度时钢管沿复合列的高度的纵向和横向应力。由此可以看出，圆形单位的纵向应力从顶部到底逐渐增加，并且纵向应力随着终板的厚度的增加而增加。横向应力在范围到列的顶部显着增加别且随着终板厚度的增加而降低。然而，横向应力在到末尾的范围内相对较小并且不随终板的厚度增加而变化。对于方形单位，由于应力分布不均匀，规则并不明显。可以看出，横向应力相对较小，纵向应力随着终板的厚度的增加而逐渐增加。纵向应力是对在低的部分单位和的顶部大单位的均匀。 60
石家庄铁道大学毕业设计 五.结论 61
石家庄铁道大学毕业设计 目前的研究是试图对钢管混凝土管（钢管混凝土）受轴向局部压缩的行为进行调查。基于这项研究的结果，下面是研究得出的结论： （1） 一般情况下，钢管混凝土柱在局部受压下展现出延展性。局部压缩可以导致混凝土柱的承载能力下降。 （2） 在轴向局部压迫下，顶端终板会在末端约束的变形和延展局部的压缩力改善混凝土柱的整体性能。终板的厚度越大，强度指数（SI）和延性指数（DI）越大。 （3） 强度指数（SI）随局部受压面积比（β）的增加而增加。然而，延性指数（DI）对β的影响是温和的。 （4） FEA建模时用来研究组合柱受轴向压缩的机制。 （5） 本文主要测试数据已提交，这对研究时非常有用的，并证明对有限元分析或理论性的解决方案的校准是有帮助的。 62
石家庄铁道大学毕业设计 致谢 本文报道的研究项目的一部分50425823由中国国家自然科学基金支持，该项目的启动基金清华大学的杰出研究人员和福建省创业基金支持。对于他们的财政支持表示高度赞赏。 63
