桥梁工程设计

1、 桥梁工程课程设计书 目录1.设计资料22.设计内容43.设计计算43.1各种参数计算 43.2桥面板内力计算 53.2.1单悬臂板内力计算53.2.2铰接悬臂板内力计算63.3主梁内力计算 73.4横隔梁内力计算 143.5挠度、预拱度计算 164.参考文献175.致谢186.图纸196.1桥梁总体布置图196.2横断面图206.3一般构造图216.4墩台构造图221.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+2×1.00m1.3 主梁跨径和全长标准跨径lb=30.00m；计算跨径l=29.14m；预制全长l全=29.96m1

2、.4 上部结构主梁布置图图1 主梁一般构造图图2 上部结构横断面构造图图3 主上部结构纵断面构造图1.5 设计荷载公路级，人群荷载3.0 kN/m21.6 材料主梁：混凝土强度等级C45，容重26 kN/m3；桥梁铺装为C30混凝土垫层厚7.0 16cm，容重24 kN/m3，沥青混凝土厚3cm，容重24 kN/m31.7 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（JTG D60-2004）混凝土结构设计规范（GB 50010-2002）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTG D62-2004）2.设计内容2.1 桥面板内力计算计算T梁翼板所构成

3、的铰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。（已知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

4、.1.1 主梁自重主梁截面面积：S=0.6935m2主梁重力集度：g=S×=0.6935×26=18.031kN/m3.1.2 横隔梁横隔梁截面面积：S=1.3468m2体积：V=Sh=0.15×1.3073=0.2020m3重量：M=×V=0.2020125×26=5.2523KN总重量：M总=5.0985×4.5×4×2=189.0837KN g=189.0837/(29.14×5)=1.2978KN/m3.1.3 栏杆与人行道面积：S=0.25×1.1+0.3+1=0.575m2重量：M=

5、0.625×29.14×2×25=837.775KNg=M/(29.14×5)=5.75KN/m3.1.4 主梁翼缘板平均厚度 t=（0.12×0.8+0.5×0.1×0.8）/0.8=0.17m3.1.5 桥面三角垫层面积与平均厚度 S=0.07+0.16×4.5×0.5=0.5175m2 h=s/0.5b=0.5175/4.5=0.115m g=2×0.5175×25/5=5.175KN/m3.1.6 面层沥青平均重度 g=2×4.5×24×0.03/

6、5=1.296KN/m3.2桥面板内力计算3.2.1单悬臂板内力计算1）恒载计算G1=24×0.25×1×1.1=6.6KNq1=24×1×1×0.3/（0.91×1）=7.9121KN/mq2=26×0.91×1×0.16=3.7856KN/mMG=-1/2×(7.9121+3.7856)×0.912-6.6×1.135=-12.3344KN·MQG= (7.9121+3.7856)×0.91+6.6=17.1692KN2）活载计算q=3.0&

7、#215;1×1/0.91=2.73KN/mM人=-1/2×2.73×0.912=-1.1304KN图4.悬臂板内力计算图Q人=3.0×1=3KN3）内力组合 M悬=0(0MG+QCM人)=-1.0（1.2×12.3344+1.4×0.8×1.1304）=-16.0673KN·m Q悬=0(0QG+QCQ人)=1.0（1.2×17.1692+1.4×0.8×3）=23.9630KN·m3.2.2铰接悬臂板内力计算1）恒载计算 A、每延米恒载g沥青：g1=0.03×1

8、.0×24=0.72KN/m：混凝土垫层：g2=0.115×1.0×24=2.76KN/m：翼缘板自重： g3=0.16×1.0×26=4.16KN/m所以：g=g1+g2+g3=0.72+2.76+4.16=7.64KN/mB、每米 宽板的恒载内力MG=-0.5gl2=-0.5×7.64×1.012=-3.8968KN/mMG=gl=7.64×1.01=7.7164KN2）车辆荷载计算图5.铰接悬臂板内力计算图公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）可知后轮着地：a1=0.2m；b1=0.6m；A、 单个

9、车轮作用时有：b=b1+2h=0.6+2×（0.115+0.03）=0.89ma=a1+2h+2l0=0.2+2×0.145+2×1.01=2.51m作用在每米宽板条上的弯矩为： MSP=1+ P4al0-b4=1+ 0.31404×2.5101.01-0.894=-14.28KN·m作用在每米宽板条上的剪力为： QSP=1+ P4a=1+ 0.31404×2.51=18.13 KN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=b1+2h=0.6+2×（0.115+0.03

10、）=0.89ma=a1+2h+d+2l0=0.2+2×0.145+1.4+2×1.01=3.91m作用在每米宽板条上的弯矩为： MSP=1+ P4al0-b4=1+ 0.32×1404×3.911.01-0.894=-18.328KN·m作用在每米宽板条上的剪力为： QSP=1+ P4a=1+0.32×1404×3.91 =23.27KN经计算分析，当两个后轮同时作用在铰接悬臂板上时活载内力最大。3）内力组合 M悬=0cMc+QMSP=-1.0×1.2×3.8968+1.4×18.3280=30

11、.34KN·m Q悬=0cQc+QQSP=1.0×1.2×7.7164+1.4×23.27=41.84KN·m3.3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=18.031 kN/m2） 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=13.5187 kN/m3.3.2结构自重产生的内力跨中弯矩：Mg=18g1+g2l02=1818.031+13.5187×29.142=3348.76

12、88KN·m支点剪力：Vg=12（g1+g2)l0=1218.031+13.5187×29.14=459.6800KN3.3.3冲击系数计算1）简支梁基频：f=2l2EIcmc mc=Gg经计算得IC=0.261655637997，G=g1+g2=31.5498×103N/m，查表得E=3.35×1010 MPa，代入其他相关数据，从而计算出 f=2×29.1423.35×1010×0.26165563799727.682×103/9.81=3.0524且1.5HZf=3.052414HZ2）1+=1+0.1767

13、lnf-0.01571.18HZ3.3.4各主梁的跨中荷载横向分布系数mc计算：本桥的宽跨比为：B/L=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：n=5ai2=2×(4.42+2.22)=48.4m2A、 第一片梁的影响线竖标值11=1n+e1a1ai2=15+4.4×4.448.4=0.619=1n+e5a1ai2=15-4.4×4.448.4=-0.2B、 第二片梁的影响线竖标值22=1n+e1a2ai2=15+4.4×2.248.4=0.428=1n+e5a2ai2=15-4.4

14、15;2.248.4=0C、 第三片梁的影响线竖标值33=1n+e1a3ai215+4.4×048.4=0.237=1n+e5a3ai2=15-4.4×048.4=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=121i=0.6mcr=0.6545B、第二片梁的跨中横向分布系数mcq=122i=0.5908mcr=0.4273C、第三片梁的跨中横向分布系数mcq=123i=0.6mcr=0.4图6.偏心压力法计算荷载横向分布系

15、数简图3.3.5支点的荷载横向分布系数m0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m0q=0.4091，m0r=1.2727B、 第二片梁的支点横向分布系数 m0q0.7954，m0r=0C、 第三片梁的支点横向分布系数 m0q=0.7955，m0r=0图7.杠杆原理法计算荷载横向分布系数简图表1.横向分布系数汇总表荷载类别1号梁2号梁3号梁mcm0mcm0mcm0车辆荷载0.60.40910.59080.79540.60.7955人群荷载0.65451.27270.427300.403.3.6计算汽车、人群荷载内力通过以上计算分析可知，第一片梁的横向分布系数最

16、大，说明第一片梁在按最不利荷载情况下，最危险。又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mc；求支点截面剪力时，由于主要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级，qk=10.5 kN/m2Pk=180+18050-5×29.14-5=276.56KN1) 跨中弯矩Mq=1+mcqqk+Pky=1.18×1×0.6×10.5×18×29.142+276.56×14×2

17、9.14=2215.4987kN·m Mr=mcr·qr· =06545×3×18×29.142=208.4107KN·m2） 支点剪力 1.2Pk=331.872KN,qk=10.5KN因moq<mcq，则 V1=1+×1.2Pkmoq+xamcq-moql-xl=1.18×1×331.8720.6+x4.85×(0.6-0.4091)×29.14-x29.14由dVdx=0，得：x=6.948m >a=4.85m，取a=4.85m y=1-a3l=1-4.85

18、3×29.14=0.9445 Vq=1+moq×1.2Pkyk+mcqqk+4.852moq-mcqqky =1.18×1×0.4091×331.872×1.0+0.6×10.5×0.5×29.14+2.425×0.4091- 0.6×10.5×0.9445=263.1029KN Vr=mcr·qr· +0.5×4.85(mor-mcr)×0.9139qr =0.6545×3×0.5×29.14+0.5&#

19、215;4.851.2727-0.6545×0.9139×3=21.5330KN3.3.8内力组合1） 弯矩组合 M=0GMg+Q(Mq+cMr)=1.0×1.2×3348.7688+1.4×(2215.4987+0.8×208.4107) =6429.5851KN·m2） 剪力组合V=0GVg+Q(Vq+cVr)=1.0×1.2×459.6800+1.4×(263.1029+0.8×21.533) =944.0770KN3.3.7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

20、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+mcqqk+Pkyk =1.18×1.0×0.6×10.5×18×29.14+1.2×0.6×276.56×0.5=144.5610KN Vr=mcr·qr· =0.6545×3×18×29.14=7.1520KN内力组合： Vr=0GVg+QVq+cVr =1.0×1.2×0+1.4×

21、;(144.5610+0.8×7.1520) =210.3956KN2）1/4跨弯矩计算A、恒载弯矩计算： Mg=332g1+g2l2=33218.031+13.518829.142=2511.5766KN·mB、 活载弯矩计算： Mq=1+mcqqk+Pkyk =1.18×1.0×0.6×10.5×332×29.142+0.6×276.56×316×29.14=2102.8955KN·m Mr=mcr·qr· =0.6545×3×332

22、5;29.142=156.3080KN·m内力组合： M=0GMg+QMq+cMr =1.0×1.2×2511.5766+1.4×2102.8955+0.8×156.3080=6133.0103KN·m3）1/4跨处剪力计算A、恒载剪力计算： Vg=14g1+g2L=1418.031+13.5188×29.14=229.8400KN B、活载剪力计算： Vq=1+mcqqk+1.2Pkyk =1.18×1.0×（0.6×10.5×910×29.14+1.2×0.6&

23、#215;276.56×34=237.1503KN Vr=mcr·qr· =0.6545×3×932×29.14=16.0921KN 内力组合： Vr=0GVg+QVq+cVr =1.0×1.2×229.8400+1.4×(237.1503+0.8×16.0921) =525.8320KN简支梁弯矩包络图和剪力包络图 Mud=1.2Mg+1.4Mq+1.4Mr，Vud=1.2Vg+1.4Vq+1.4Vr支点： M=0 V=1.2×459.68+1.4×263.1029+1.4

24、×21.5330=950.1063KN1/4跨： M=1.2×2511.5766+1.4×2102.8955+1.4×156.3080=6176.7768KN·m V=1.2×229.84+1.4×237.1503+1.4×16.0921=630.3474KN跨中： M=1.2×3348.7688+1.4×2215.4987+1.4×208.4107=7410.9905KN·m V=1.2×0+1.4×144.5610+1.4×7.1520=21

25、2.3982KN图8.弯矩包络图和剪力包络图 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Mi=1.8699剪力的影响线竖标Qi=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=1+Poq（M）Mi=264.424KN·mQ=1+Poq（Q）Qi=191.61KN3.5挠度、预拱度计算主梁结构自重最大弯矩为3348.7688KN·m，汽车作用最大弯矩（不计算冲击）为1877.5413KN·m,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=1.438。按全预应力混凝土，取B=0.95EI。 fc=f=1.438×548×Mbl2B=1.438×548×(0.7×1877.5413+