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桥梁工程设计

1•设计资料2

2•设计内容4

3•设计计算4

3・1各种参数计算4

3・2桥面板内力计算5

3.2.1单悬臂板内力计算5

3・2・2较接悬臂板内力计算6

3.3主梁内力计算7

3・4横隔梁内力计算14

3.5挠度、预拱度计算16

4•参考文献17

5•致谢18

6.图

6・1桥梁总体布置图19

6・2横断面图20

6.3一般构造图21

6・4墩台构造图22

1.设计资料

1.1主梁细部尺寸

单•片主梁的梁宽为2.02m,其细部尺寸如图所示。

1.2桥梁净空

—净9+2X1.00m

1.3主梁跨径和全长

标准跨径lb二30.00m；计算跨径1=29.14m：

预制全长1肯29.96m

1.4上部结构主梁布置图

图1主梁一般构造图

220

8（

图2上部结构横断面构造图

29962=1498

图3主上部结构纵断面构造图

1.5设计荷载

公路一I级，人群荷载3.0kN/m2

1.6材料

主梁：

混凝土强度等级C45,容重26kN/m3；桥梁铺装为C30混凝土垫层厚7.0〜16cm,容重24kN/m3,沥青泯凝土厚3cm,容重24kN/m3

1.7设计方法

杠杆原理法、偏心压力法、极限状态法

1.8设计依据

《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》（JTGD62-2004）

2.设计内容

2.1桥面板内力计算

计算T梁翼板所构成的狡接悬臂板的设计内力

2.2主梁内力计算

2.2.1计算各主梁的荷载横向分布系数。

2.2.2计算主梁在荷载作用下跨中截面的弯矩、支点和跨中截面的剪力。

2.2.3进行主梁内力组合，并画出主梁弯矩包络图和剪力包络图。

2.3横梁内力计算

2.4挠度、预拱度计算

计算主梁跨中的挠度，并考虑是否需要设置预拱度

2.5图纸绘制（利用AutoCAD软件绘制3张A4图纸）

（1）桥梁总体布置图：

绘出平、纵、横三视图。

（己知6垮简支梁桥连续，采用柱式桥墩、重力式U形桥台，各垮主梁横断面和纵断面布置图如图所示，桥墩、桥台和基础尺寸自拟）

（2）主梁一般构造图：

主梁各部分的构造

3.设计计算

3.1各种参数计算

3.1.1主梁自重

主梁截面面积：

S=0.6935m2

主梁重力集度：

g=SXy=0.6935X26=18.031kN/m

3.1.2横隔梁

横隔梁截面面积：

S=l.3468m2

体积：

V=Sh=0.15X1.3073=0.2020m3

重量：

M=yxV=0.2020125X26=5.2523KN

总重暈：

=5.0985x4.5x4x2=189.0837KN

g=189.0837/（29.14X5）=1.2978KN/m

3.1.3栏杆与人行道

面积：

S=0.25X1.1+0.3+1=0.575m2

重量:

M=0.625X29.14X2X25=837.775KN

g=M/（29.14x5）=5.75KN/m

3.1.4主梁翼缘板平均厚度

t=（0.12X0.8+0.5X0.1X0.8）/0.8=0.17m

3.1.5

桥面三角垫层面积与平均厚度

S=（0.07+0.16）X4.5X0.5=0.5175m2

h=s/0.5b=0.5175/4.5=0.115m

g=2x0.5175X25/5=5.175KN/m

3.1.6

面层沥青半均重度

g=2X4.5X24X0.03/5=1.296KN/m

3.2桥面板内力计算

3・2・1单悬臂板内力计算

1）恒载计算

G]=24X0.25X1X1.1=6.6KN

qi=24X1X1X0.3/（0.91X1）=7.9121KN/m

q2=26X0.91X1X0.16=3.7856KN/m

Mg=-1/2X（7.9121+3.7856）X0.912一6.6

X1.135=-12.3344KN-M

Qg=（7.9121+3.7856）X0.91+6.6=17.1692KN

2）活载计算

q=3.0X1X1/0.91=2.73KN/m

M人=一1/2X2.73X0.912=-1.1304KN

（）人=3.0X1=3KN

3）内力组合

H11111111111山I

图4.悬臂板内力计算图

M^=Y°（YoMg+Yq^cM人）=一1・0（1.2X12.3344+1.4X0.8X1.1304）

=-16.0673KN-m

Q恳=丫o（YoQg+YQecQ人）=10（1-2X17.1692+1.4X0.8x3）=23.9630KN•m

3・2・2较接悬臂板内力计算

1）恒载计算

A、每延米恒载g

沥青：

gi=0.03X1.0X24=0.72KN/m：

混凝土垫层：

g2=0.115X1.0X24=2.76KN/m：

翼缘板自重：

g3=0.16X1.0X26=4.16KN/m

所以：

S=gi+g2+g3=0.72+2.76+4.16=7.64KN/mB、每米宽板的恒载内力

Mg=-0.5gl2=-0.5X7.64X1.012

=-3.8968KN/m

MG=gl=7.64X1.01=7.7164KN

2）车辆荷载计算

《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2001）

可知后轮着地：

ax=0.2m；b讦0.6m；

A、单个车轮作用时有：

b=bx+2h=0.6+2X（0.115+0.03）=0.89m

a=a1+2h+21o=O.2+2X0.145+2X1.01=2.51m

作用在每米宽板条上的弯矩为：

1IIIIIIIIIHIIII

q，、

图5•饺接悬臂板内力计算图

Msp=—（1+“£（1。

-9=一（1+0.3）為（1.01-罟）=—14.28KN・m

作用在每米宽板条上的剪力为：

Qsp=（1+“）丄=（1+0.3）

140

4X2.51

=18.13KN

注，《公路桥涵设计通用规范》规定在设计T梁悬臂板时冲击系数“取0.3.

B、两个车轮同时作用时有：

b=bi+2h=0.6+2X（0.115+0.03）=0.89m

a=a1+2h+d+21o=O.2+2X0.145+1.4+2X1.01=3.91m

作用在每米宽板条上的弯矩为：

MSP=-（1+m）£（1o-；）=-（1+0.3）瞪（1.01-罟）=-18.328KN-m

作用在每米宽板条上的剪力为：

p2X140

Qsp=（1+卩）后=（1+0.3）-=23.27KN

经计算分析，当两个后轮同时作用在狡接悬臂板上时活载内力最大。

3）内力组合

M吐二Y°（YcMc+YqMsp）=-1.0X（1.2X3.8968+1.4X18.3280）=30.34KN•m

Qg=Yo（YcQc+YqQsp）=1.0X（1.2X7.7164+1.4X23.27）=41.84KN-m

3.3主梁内力计算

3.3.1结构重力集度

分别考虑预制自重和桥面铺装、人行道栏杆重力集度。

1）按跨中截面计算预制梁每延米重力集度：

g1=18.031kN/m

2）横隔梁、桥面铺装、栏杆、人行道等分摊给5片梁的荷载集度：

g2=1.29776+5.75+5.175+1.296=13.5187kN/m

3.3.2结构自重产生的内力

跨中弯矩：

Mg=i（gl+g2）l02=扌（18.031+13.5187）X29.142=3348.7688KN•m

支点剪力：

Vg=|（gl+g2）l0=klS.031+13.5187）X29.14=459.6800KN

3.3.3冲击系数计算

1）简支梁基频：

经计算得Ic=0.261655637997,G=gx+g2=31.5498X103N/m,查表得E=3.35xIO10MPa,代入其他相关数据，从而计算出

2）1+p=1+0.17671nf-0.0157"18HZ

3.3.4各主梁的跨中荷载横向分布系数me计算：

本桥的宽跨比为：

B/L二9/29.14=0.3089<0.5属于窄桥

桥的横向连接刚度比较大，跨中处按偏心压力法计算，其中:

Za?

=2X（4.42+2.22）=48.4m2

A、第一片梁的影响线竖标值

1eiai14.4X4.4

111nSa?

548.4

1e5ai14.4X4.4

ni9=n+f^=5=_°N

e5Sl

B、第二片梁的影响线竖标值

n22=n+^F~5

1e5a21n28=n+Z^=5

eia214.4X2.2

==二+=04

48.4

4.4X2.2=0

48.4

e5a2

C>第三片梁的影响线竖标值

1era314.4X0

5為+羽弓+呢-=°2

1658314.4X0

n37=n+^F=5-^r=0-2

从而绘制出1、2、3、4、5号梁的横向影响线如图所示,按横向最不利布置车轮荷载得出1、2、

3、4、5号梁跨中位置处汽车、人群荷载作用下的横向分布系数如下:

A.第一片梁的跨中横向分布系数

mcq=专》g=0.6

mcr=0.6545

B、第二片梁的跨中横向分布系数

H2j=0.5908

mcr=0.4273

C、第三片梁的跨中横向分布系数

mcq=n3j=0.6

mcr=0.4

130

180

-0.20

□.65-

180

130

180

1号梁跨中彩响线

1182

0.J818

2号梁跨中影响线

3号梁跨中影响线

图6.偏心压力法计算荷载横向分布系数简图

3.3.5支点的荷载横向分布系数m°计算（注：

采用杠杆原理法进行计算，见图）

A、第一片梁的支点横向分布系数

mOq=0.4091,mOr=1.2727

B、第二片梁的支点横向分布系数

m0q0.7954,mOr=0

C、第三片梁的支点横向分布系数

m°q=：

0.7955,m（）r0

么莎各乞

180a130

180

130

180

130

180

表1•横向分布系数汇总表

荷载

类别

1号梁

2号梁

3号梁

IHc

车辆

荷载

0.6

0.4091

0.5908

0.7954

0.6

0.7955

人群

荷载

0.6545

1.2727

0.4273

0.4

3・3.6计算汽年.人群荷载内力

通过以上计舁分析可知，第一片梁的横向分布系数最大，说明第一片梁在按最不利荷载情况下,

最危险。

乂因各片主梁的特性一致，所以只需对第一片梁进行弯矩、剪力计算。

在内力计算时，对于横向分布系数得取值做以下考虑：

计算弯矩时，均采用全跨统一的荷载横向分布系数求支点截面剪力时，由于主耍荷载集中在支点附近而应考虑支承条件的影响，考虑横向分布系数沿桥垮的变化影响

公路一I级，qk=10.5kN/m2

180

Pk=180+50_5X（29.14-5）=276.56KN

1）跨中弯矩

Mq=（1+U兀mcq（qk+Pky）=1.18X1X0.6X（10.5x|x29.142+276.56X扌X29.14）

=2215.4987kN-m

Mr=mcrqr•0=06545X3X-X29.142=208.4107KN•m

2）支点剪力

1.2Pk=331.872KN,qk=10.5KN

因moq

y=l-^=1-et7=0・9445

J313X29.14

4.85

Vq=（1+啡[moqX1.2PkYk+mcqqkn+—（moq一mcq）qky

=1.18x1x[0.4091x331.872x1.0+0.6x10.5x0.5x29.14+2.425x（0.4091一

0.6）X10.5X0.9445]=263.1029KN

Vr=mcr-qr-Q+0.5X4.85（mor一mcr）X0.9139qr

=0.6545X3X0.5X29.14+0.5X4.85（1.2727一0.6545）X0.9139X3=21.5330KN

3.3.8内力组合

1）弯矩组合

M=Y0[YGMg+YQ（Mq+（pcMr）]

=1.0X[1.2X3348.7688+1.4X（2215.4987+0.8X208.4107）]

=6429.5851KN・m

2）剪力组合

V=Y0[YGVg+YQ（Vq+（pcVr）]=1.0X[1.2X459.6800+1.4X（263.1029+0.8X21.533）]

=944.0770KN

3.3.7主梁弯矩与剪力包络图

主梁跨中的最大弯矩见前述内容，要绘制主梁弯矩包络图和剪力包络图，还需要计算主梁1/4

跨处的最大弯矩、剪力和主梁跨中剪力等。

1）跨中剪力计算（最不利位置在荷载只满布半跨结构上）

Vq=（1+mcq（qk。

+PkYk）

=1.18X1.0X（0.6X10.5X^X29.14+1.2X0.6X276.56X0.5）=144.5610KN

Vr=mcr-qr-Q=0.6545X3X-X29.14=7.1520KN

内力组合:

Vr=Y0[YGVg+YQ（Vq+（pcVr）]

=1.0X[1.2X0+1.4X（144.5610+0.8X7.1520）]

=210.3956KN

2）1/4跨弯矩计算

A、恒载弯矩计算：

Mg=zz（8i+g2）l=—（18.031+13.5188）29.142=2511.5766KN•m

活载弯矩计算：

Mq=（1+p兀mcq（qkQ+Pkyk）

=1.18X1.0x（0.6X10.5XAX29M+0.6X276.56X售X29.14）=2102.8955KN■m

My=•Q=0.6545X3X倉X29.142=156.3080KN•m

内力组合:

M=T0[TGMg+TQ（Mq+*cMr）]

=1.0X[1.2X2511.5766+1.4X（2102.8955+0.8X156.3080）]=6133.0103KN•m

3）1/4跨处剪力计算

A、恒载剪力计算：

11Vg=-（gj+g2）L=-（18.031+13.5188）X29.14=229.8400KN

B、活载剪力计算：

Vq=（1+卩兀mcq（qkG+1.2戸肌）

=1.18x1.0x（0.6x10.5x-x29.14+1.2x0.6x276.56x-=237.1503KN104

Vr=mcr-qr-H=0.6545X3X—X29.14=16.0921KN

内力组合：

Vr=Y0[YGVg+YQ（Vq+（pcVr）]

=1.0X[1.2X229.8400+1.4X（237.1503+0.8X16.0921）]

=525.8320KN

简支梁弯矩包络图和剪力包络图

“耐=1.2Mg+1.4Mq+1.4Mr,Vud=1.2Vg+1.4Vq+1.4«

支点•

M=0

V=1.2X459.68+1.4X263.1029+1.4X21.5330=950.1063KN

1/4跨:

M=1.2x2511.57664-1.4X2102.89554-1.4X156.3080=6176.7768KN•m

V=1.2X229.84+1.4X237.1503+1.4X16.0921=630.3474KN

跨中：

M=1.2X3348.7688+1.4X2215.4987+1.4X208.4107=7410.9905KN•m

V=1.2X0+1.4X144.5610+1.4X7.1520=212.3982KN

1/41/21/4

3・4横隔梁内力计算

横隔梁自重较小，此处不计算，仅计算活载作用下横隔梁的内力°

计算过程如图所示，则有：

弯矩的影响线竖标=1-8699

剪力的影响线竖标Y11（^=1.355

横隔梁跨中荷载布置图如图所示，则有：

Poq（M）=119.84KN・m

Poq（Q）=119.84KN.m

则横隔梁最大剪力和弯矩：

M=（l+u兀P°qM工nMi=264.424KN-m

Q=（l+u兀^（Q）^nQi=191-61KN

3.5挠度、预拱度计算

主梁结构自重最大弯矩为3348.7688KN忸,汽车作用最大弯矩（不计算冲击）为1877.5413KNm人群作用最大弯矩为208.4107KN・m

《公桥规》规定：

验算主梁变形时，不计入结构自重的长期挠度，汽车不计冲击。

则由可变荷载频遇值产生的跨中长期挠度为：

C50混凝土,取ne=1.438c按全预应力混凝土,取B二0.95EI。

5Mb卩

fc==1・438x—x—g—

5（0.7X1877.5413+208.4107）X103X29.142

—i438xx

480.95X0.261655637997X3.35XIO10

=0.0233m=16.5mm<—=29140=48.57mm

600600

《公桥规》规定：

荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响，产生的长期挠度超过计算跨径1/1600吋，应设置预拱度。

fc=nef=1.438

5（3348.7688X0.7X1877.5413+208.4107）X103X29.142

_i438xx

_•480.95x0.261655637997X3.35XIO10

129140

=0.0744m=64.1mm>——=“c18.21mm

16001600

预拱度值等于结构I」重和1/2可变荷载频遇值所产生的长期挠度

1.438x5x（MG+^）l2

fc=48B

1.438X5X（3348.7688+叮*】877.54『+208.4107）x1q3x29.142=48X0.95X0.261655637997X3.35XIO10

=0.06278m=62.78mm

4•参考资料

（1）沈蒲生主编.混凝土结构设计原理.北京：

髙等教育出版社，2005

（2）王丽荣主编.桥梁工程.北京：

中国建材工业出版社，2005

（3）公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）北京：

中华人民共和国交通部，2004

（4）公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）北京：

中华人民共和国交通部，2004

5•致谢

本课题在选题及进行过程中得到老师的悉心指导。

行文过程中，周老师多次帮助我分析思路，开拓视角，在我遇到困难想放弃的时候给予我最大的支持和鼓励。

在此，谨向老师致以诚挚的谢意和崇高的敬总。

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