桥梁工程课程设计

1、桥梁工程课程设计三跨一联简支转连续桥设计及计算说明书 指导教师：田立华 姓名：于函 学号：441208101设计要求1.1桥跨布置 跨径布置选取3*L（m），梁高H=2m，桥宽B=25m 其中，L为标准跨径，L=（A +每班的该同学学号×0.1）m A值，6班取25m，7班取38m，8班取31m。这里L=32m1.2 主要技术标准（1）桥梁荷载标准：公路-I 级（2）桥梁横断面：0.5m（桥侧护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央分隔带护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（桥侧护栏）。（3）桥面横坡：1.5%（4）设计基准期：100 年（5）抗震设计标准：桥梁抗震设防烈度

2、为7 度，设计基本地震加速度峰值为0.10g，设计地震分组为第一组，反应谱特征周期为0.35s。（6）桥梁设计安全等级：一级（7）防撞等级：桥侧防撞护栏等级为SS 级；中央分隔墩防撞护栏为SA 级。1.3 采用的主要规范与标准（1）工程结构可靠度设计统一标准（GB-/T50283-1999）；（2）公路工程技术标准（JTGB01-2003）； （3）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），简称通规；（4）公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2004）； （5）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004），简称公预规； （6）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG

3、D63-2004）； （7）公路桥梁抗震设计细则（JTG/TB02-01-2008）； （8）公路交通安全设施设计细则（JTG/TD81-2006）； （9）公路桥梁伸缩缝装置（JT/T327-2004）；（10）公路桥梁盆式橡胶支座（JT 391-1999）； （11）预应力混凝土桥梁用塑料波纹管（JT/T 529-2004）； （12）工程建设标准强制性条文 公路工程部分 建设部2002；（13）公路桥涵施工技术规范（JTG/TF50-2011）。2 总体设计2.1桥型设计 每跨为 32m的等高度梁，主梁选用四片单箱单室箱梁2.2 桥跨结构设计 跨径设计：采用三等跨设计，每单跨标准跨径为3

4、2m。完成体系转换后，中跨计 算跨径即为32m，边跨计算跨径理论为31.5m，计算中仍以32m 计算；预制的主梁 施工初期安装在临时支座上，预制箱梁梁长 31.4m，中墩临时支座中心线距桥墩中心线为0.5m，施工阶段简支梁计算跨径为 31m。梁高：参考已有桥型和公路桥涵设计手册，等跨布置的连续梁高跨比采用1/15-1/25，预应力简支梁高跨比采用1/16-1/25，参考已有桥型，对比跨径40米的简支转连续，主梁采用箱形截面，选择梁高H=2米，高跨比H/L=1/20。2.3 桥面布置与构造桥面铺装：钢筋混凝土80mm，=25kN / m3 ； 沥青混凝土100mm ，=23kN/ m3 ；边防撞

5、护栏15kN / m /侧，中防撞护栏8kN / m桥面横坡：1.5%2.4 横断面设计2.4.1桥宽设计桥梁横断面：0.5m（桥侧护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央分隔带护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（桥侧护栏）。2.4.2 主梁尺寸设计底板厚度：跨中底板厚度取用18厘米，支点处底板厚度为32厘米。顶板厚度：顶板厚度为18厘米。腹板厚度：跨中截面梁肋总厚度不宜小于桥宽的 1/12-1/20，故厚度定为 20cm；支点截面梁肋总厚度不宜小于桥宽的 1/8-1/12，故选用与底板同厚度 32cm；2.4.3 截面设计图如下截面变化从距离临时支座 400cm 处开始至支座 2

6、0cm 处。2.3.4 横隔梁布置中横隔梁采用20厘米，端横隔梁采用35厘米。2.5 施工工序（1）预制主梁，养生后张拉正弯矩区预应力钢束； （2）设置临时支座并安装好永久支座，逐孔架设箱梁，连接桥面板钢筋及横隔板钢筋； （3）连接连续接头段钢筋，绑扎横梁钢筋，浇筑连续接头中横梁及负弯矩区桥面板； （4）浇筑剩余桥面板湿接缝，拆除临时支座，完成简支到连续的体系转换3 内力计算3.1 计算阶段根据施工方法，该桥内力计算分为以下阶段计算： （1）施工阶段简支梁状况临时支座工作，计算跨径：中跨 lcc =31m ；边跨 lcs=31m ； 箱型截面梁翼缘有效宽度：依据公预规4.2.3 条计算边跨及中

7、跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。 （2）使用阶段连续梁状况完成体系转换，使用永久支座，计算跨径：中跨 lsc =32m ；边跨 lss =31.5m 同样依据公预规4.2.3 条，经计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。 3.2 截面几何特性计算利用 Midas 截面特性值计算工具箱计算主梁横截面各阶段几何特性由于中梁跨中与支点截面的抗弯惯性比为 1.23<2，依据规范，计算时采用跨中惯性距。3.3 横活载换算3.3.1 荷载条件主梁横隔板，湿接缝等采用C50的混凝土，重度为25kN/m3。由施工过程可知结构横载在分阶段形成的，主要包括：预制

8、箱梁一期横载集度g1' ，成桥后箱梁一期横载集度g1 ，二期横载集度g2 。桥面铺装：水泥混凝土80mm，=25kN / m3 ； 沥青混凝土100mm ，=23kN/ m3 ；边防撞护栏15kN / m /侧，中防撞护栏8kN / m3.3.2 恒载计算由施工过程克制结构横载是分阶段形成的，主要包括：预制箱梁一期横载集度 g1' ，成桥后箱梁一期横载集度 g1 ，二期横载集度 g2 。以中跨中梁为例，并将二期横载均摊。 （1）预制箱梁一期横载集度 g1' 横截面面积按各截面加权平均值计算，预制箱梁平均截面积为：A'=A中'23+A支'0.8+A

9、中'+A支'0.57.231=1.396m2则有：g1'=1.396×25=34.901 kN/m（2）成桥后箱梁一期横载集度g1A=A中23+A支0.8+A中+A支0.57.231=1.504m2则有： g1 = 1.504×25=37.600kN/m一片端横梁重=2.210×0.35×25=19.338 kN一片中横梁重=2.210×0.2×25=11.050 kNg1=37.600+19.338+11.05031=38.580KN/m（3）成桥后二期横载集度g2沥青混凝土面层：0.10 ×12

10、×23 ÷4 =6.9kN/m水泥混凝土调平层： 0.08 ×12 ×25÷4 =6kN/m 边防撞护栏：15÷4=3.75kN / m中防撞护栏：8÷4=2kN /m则有 g2= 6.9 +6+ 3.75 +2 =18.65kN / m合计： g =g1+g2=38.580+18.65=57.23kN/m3.3.3 活载大小及冲击系数计算汽车活载按规范查得：均布荷载 qk =10.5kN/m ；车道荷载的集中荷载标准值经内插，Pk=180+（31-5）/50×（360-180）=273.6kN/m基频计算：f1=

11、13.6162lsc2EIcmc=13.61623223.45×1010×0.6931.4391×25×103÷9.81=5.402Hz f2=23.6512lsc2EIcmc=23.65123223.45×1010×0.6931.4391×25×103÷9.81=9.383Hz冲击系数：=0.1767lnf-0.0157用于正弯矩效应和剪力效应：1+1=1+0.1767lnf1-0.0157=1.282用于负弯矩效应：1+2=1+0.1767lnf2-0.0157=1.3803.4 行车道板内

12、力计算：在下面内力计算中均按照公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）规定的车辆 标准荷载进行最不利载位布载。由于桥面净宽为 12m，由规范可知设计车道数为 3 道。对于行车道板下面只进行使用阶段内力计算。3.4.1 边梁悬臂板内力（1）恒载及其产生的内力 恒载计算：沥青混凝土面层：g1=0.1×1.0×23=2.3kN/m水泥混凝土：g2=0.08×1.0×25=2.0kN/m箱型边梁翼板自重：g3=0.18+0.282×1.0×25=5.75kN/m合计：g=g1+g2+g3=10.05kN/m恒载内力：弯矩：MAg=-1

13、2gl02=-12×10.05×0.572=-1.633kNm剪力：QAg=gl0=10.05×0.57=5.728kNl0为边梁翼板长（2）活载（汽车）荷载产生的内力 按照标准车辆在最不利位置时车轮仍不在悬臂板上，故不计入内力计算中。 （3）荷载组合 恒+汽：MA=MAg+MAp=-1.633+0=-1.633kN/m QA=QAg+QAp=5.728+0=5.728kN/m3.4.2 单向板内力计算通过标准横断面图可知桥面板存在单一箱梁内两腹板间单向板和两相邻箱梁间的 单向板两种，现在选用两箱梁间的单向板进行控制计算（1）单向板有效工作宽度：单向板厚度 t =

14、0.18m ，跨度 l0=1.14m ，主梁梁肋厚度为0.20 0.32m ，则单向板计算跨径 l =l0 + b, l0 +tmin =1.14+0.18=1.32m，铺装层厚度 H = 0.18m ，汽车荷载冲击系数1+m取 1.3。a2=0.2m，b2=0.6m由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D60-2004）中对单向板 的荷载有效分布宽度要求，求得：跨中有效宽度： a=a2+2H+l3=0.2+0.36+1.32/3=1m(>23l=0.88,<后轮间距=1.4m）支撑处有效宽度：a'=a2+2H+t=0.2+0.36+0.18=0.74m(&g

15、t;l/3=0.44m)沿横向分布边长: b1=b2+2H=0.6+0.36=0.96m（2）恒载及其产生的内力跨中弯矩：Mog=gl28=10.05×1.3228=2.189kNm支点剪力：Q支g=gl02=10.05×1.142=5.728kN（3）车辆荷载产生内力分别按照最不利载位布置车轮荷载，可得：跨中弯矩: Mop=1+P8al-b12=1.3×1408×11.32-0.962=19.11kNm支点剪力：Q支p=1+A1y1+A2y2其中， A1=P2a=1402×1=70kN/m y1=1-b12l0=1-0.962×1.

16、14=0.579 A2=P8aa'b1(a-a')2=1.665 y2=1-a-a'6l0=0.962则 Q支p=1+0.370×0.579+1.665×0.962=54.771kN（4）荷载组合 恒+汽：M0=Mog+Mop=2.189+19.11=21.299kNm Q0=Q支g+Q支p=5.728+54.77=60.498kN又t/h=0.18/(2-0.18)=0.099<1/4,则有行车道板的设计内力：跨中弯矩：M中=+0.5M0=0.5×21.299=10.65kNm支点弯矩：M中=-0.7M0=-0.7×21.

17、299=-14.909kNm支点剪力：Q支=Q0=60.498kN3.5 第一施工阶段主梁内力计算第一施工阶段主梁处于间支状态，受预制梁自重作用，考虑吊装施工，对自重作用 乘以 1.1 的加速度效应。以中跨中梁为例计算：3.6 活载横向分布系数计算由于主梁间采用湿接，并有可靠的横梁，所以采用修正偏心压力法计算连续梁跨中 截面处的横向分布系数；采用杠杆原理法计算支点截面处的横向分布系数。将变截面梁 偏安全地使用跨中截面作为等截面进行计算。3.6.1 跨中截面处横向分布系数 修正偏心压力法中主梁所受荷载横向分布影响线竖标值： =1n±eaiIiai2Ii其中 =11+nlsc212GE&

18、#183;CCw·ITCIC·1ai2C为抗扭惯性矩换算系数，等截面梁取C=1;Cw为抗弯惯性矩换算系数，对于等截面三跨连续梁中跨Cw中=1.818、Cw边=1.429则有：中跨=11+4×32212×0.45EE×11.818×0.7580.693×12×（4.52+1.52）=0.327边跨=11+4×32212×0.45EE×11.429×0.7580.693×12×（4.52+1.52）=0.255（1） 边跨梁：1#梁：11=14+4.522&#

19、215;（4.52+1.52）×0.255=0.365 14=14-4.522×（4.52+1.52）×0.255=0.1352#梁：21=14+4.5×1.52×（4.52+1.52）×0.255=0.288 24=14-4.5×1.52×（4.52+1.52）×0.255=0.212影响线及活载最不利布载图：车道折减系数：根据通规表4.3.1-4中的规定，四车道的横向折减系数为 =0.67，三车道的折减系数为 =0.78。1#梁汽车荷载横向分布系数mcq=0.78×12×（0.37

20、8+0.332+0.298+0.252+0.219+0.173）=0.6442#梁汽车荷载横向分布系数mcq=0.78×12×（0.292+0.277+0.266+0.251+0.240+0.225）=0.605（2） 中跨梁：1#梁：11=14+4.522×（4.52+1.52）×0.327=0.397 14=14-4.522×（4.52+1.52）×0.327=0.1032#梁：21=14+4.5×1.52×（4.52+1.52）×0.327=0.299 24=14-4.5×1.52

21、5;（4.52+1.52）×0.327=0.201影响线及活载最不利布载图： 1#梁汽车荷载横向分布系数mcq=0.78×12×（0.413+0.354+0.312+0.253+0.211+0.152）=0.6612#梁汽车荷载横向分布系数mcq=0.78×12×（0.304+0.285+0.271+0.251+0.237+0.217）=0.6103.6.2 支点截面处横向分布系数采用杠杆法求支点截面处横向分布系数，对于边跨与中跨并无区别。1#梁汽车荷载横向分布系数moq=12×1+0.648=0.8242#梁汽车荷载横向分布系数mo

22、q=12×1+1=0.53.7 使用阶段主梁内力计算参考公路桥涵设计手册基本资料，根据控制截面内力影响线进行最不利布载，由基本资料中的影响线参数表求控制截面内力，进而绘制出整个桥垮结构的内力图。 图为活载内力计算控制截面3.7.1 结构重力恒载内力3.3.2 中已经求出主梁恒载集度为57.23kN/m，进行全跨布置，参考公路桥涵设计手册基本资料，由控制截面内力影响线求控制截面内力。M0，GK=gA=0V0，GK=Q0，GK=gA=57.23×0.4×32=732.544kNQ5，GK=gA=57.23×(-0.1)×32=-183.136kNM

23、5，GK=gA=57.23×0.0750×322=4395.264kN·mV10，GK=A=57.23×1.1×32=732.544kNQ10左，GK=gA=57.23×(-0.6)×32=-1098.816kNQ10右，GK=gA=57.23×(0.5)×32=-915.68kNM10，GK=gA=57.23×0.0750×322=4395.264kN·mQ15，GK=gA=0M15，GK=gA=57.23×0.0250×322=1465.088kN&#

24、183;m3.7.2 汽车活载内力M0，GK=gA=0V0，GK=Q0，GK=gA=57.23×0.4×32=732.544kNQ5，GK=gA=57.23×(-0.1)×32=-183.136kNM5,GKmax=1+1mc1A1+A3qk+Pkymax=1.235×0.644×0.0917+0.0083×10.5×322+273.6×0.2×32=2606.190kN·mM5,GKmin=1+2mc1A2·qk+Pkymin=-1.345×0.644×

25、0.025×10.5×322+273.6×0.04×32=-536.172kN·mM10,GKmax=1+1mc1A3·qk+Pkymax=1.235×0.644×0.0167×10.5×322+273.6×0.0256×32=321.072kN·mM10,GKmin=1+2mc1A1qk+Pkymin+mc2A2·qk=-1.345×0.6440.0667×10.5×322+273.6×0.1024×32

26、+0.661×0.05×10.5×322=-1443.266kN·mM15,GKmax=1+1mc2A2·qk+Pkymax=1.235×0.661×0.0750×10.5×322+273.6×0.1750×32=1909.048kN·mM15,GKmin=1+2mc1A1+A3qk+Pkymax=-1.345×0.644×0.0250+0.0250×10.5×322+273.6×0.0384×32=756.868k

27、N·mQ0，QKmax=（1+1）mc1A3qk+1.2m0Pkymax+m0A1左qk+mc1A1-A1左qk=1.235×0.644×0.0167×10.5×32+1.2×0.5×273.6×1.0+0.5×0.346×10.5×32+0.6440.4333-0.346×10.5×32=298.068kNQ0，QKmin=-（1+1）mc2A2·qk+1.2Pkymax=-1.235×0.661×0.05×10.5

28、5;32+1.2×273.6×0.08=-35.156kNQ5，QKmax=（1+1）mc1A1+A3qk=1.235×0.644×0.0875+0.0167×32×10.5=27.864kNQ5，QKmin=-（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk=-1.235×（0.644×0.1542×10.5×32+0.661×0.05×32×10.5）=-54.441kNQ10左，QKmax=（1+1）mc1A3qk=1.235×0.644×0.01

29、67×10.5×32=4.463kNQ10左，QKmin=-（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk=-1.235×（0.644×0.5667×10.5×32+0.661×0.05×32×10.5）=-165.156kNQ10右，QKmax=（1+1）m0A2qk+mc1A1qk+1.2m0Pkymax=1.235×0.5×0.5×10.5×32+0.644×0.0833×10.5×32+1.2×0.5×273.6&

30、#215;1.0=328.738 kNQ10右，QKmin=-（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk+1.2mc1Pkymin=-1.235×（0.644×0.5667×10.5×32+0.661×0.05×32×10.5+1.2×0.644×273.6×0.128）=-198.580kNQ15，QKmax=（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk=1.235×（0.644×0.0833×32×10.5+0.661×0.1146×32

31、×10.5）=53.694kNQ15，QKmin=-（1+1）mc1A1qk+mc2A2qk=1.235×（0.644×0.0833×32×10.5+0.661×0.1146×32×10.5）=-53.694kNV10,QKmax=(1+)mc1A1-A1右qk+m0A1右+A2左qk+mc2A2+A2左qk+1.2m0Pk=1.235×0.644×0.650-0.458×32×10.5+0.5×0.458+0.415×32×10.5+0.661

32、×0.550-0.415×10.5×32+1.2×0.5×273.6=472.206kNV10,QKmax=-(1+) mc1A3qk+1.2Pkymin=-1.235×0.644×（0.10×10.5×32+1.2×273.6×0.1536）=-67.459kN3.7.3 温差作用效应计算根据通规4.3.10 规定，混凝土上部结构的竖向日照反温差=正温差*（-0.5）， 梁高大于 300mm，A 选为 300mm。桥面采用 10cm 沥青混凝土和 8cm 的水泥混凝土调平层，查通规表 3.3.10-3，T1=14, T2=5.5,按直线插入得竖向梯度温度图如图三跨连续梁为超静定结构，温差作用效应由温度自内力和温度次内力组成，下面分别计算：（1） 温度自内力参考公预规附录 B 计算： Nt=AytycEc Mt0=AytycEcey其中: c混凝土线膨胀系数，取 c=0.00001 Ec混凝土弹性模量，取Ec=3.45×104MPaAy单元面积ey单元面积重心至换算截面重心轴的距离ty单元面积内温差平均值Nt=1507.372k