烟台大学桥梁毕业设计

第一部分上部结构

第一章设计资料及构造布置

第一节设计资料

一、桥面跨径及桥宽

（一）标准跨径：总体方案选择的结果，采用装配式预应力混凝土T形简支梁，跨径

为35米。主梁长:伸缩缝采用4cm,预制梁长34.96m。

（-）计算跨径：取相邻支座中心间距34.00m。

（三）桥面净空：为两边护栏之间的宽度。

（四）全桥横向布置：0.25m（栏杆）+lm（人行道）+9m（行车道）+1m（人行道）+0.25m（栏

杆）

二、荷载设计

根据线路的等级，确定荷载等级（根据《公路桥涵设计通用规范》GeneralCodefor

DesignofHighwayBridgesandCulverts）

（一）计算荷载：车道荷载的均布荷载标准值/.=0.75x10.5=7.875ZN/〃2

集中荷载&=0.75x（180+=222.0kN

三、材料及工艺

（-）水泥混凝土：主梁采用C50混凝土，人行道、栏杆及桥面铺装采用C30混凝土;

（二）钢筋：预应力钢筋：低松弛钢绞线，f=1570MPa;

非预应力钢筋：直径大于或等于12nlm时采用H级钢筋

直径小于12mm时采用I级热轧光面钢筋。

（三）锚具：采用与预应力钢绞线相配套的夹片锚具。

三、设计依据

（-）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）

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

第二节构造布置

一、梁间距：采用装配式施工，根据经济因素及现场的吊装能力，主梁间距一般在

1.8—2.3m之间，本设计选用2.1m,整个横桥向共5片主梁，设计主梁宽度，中主梁宽为

1.6m,边主梁宽为1.85m。预制时，中主梁宽1.6m,主梁之间留0.5m后浇段，以减轻吊

装重量，同时加强横向的整体性。

二、主梁高：根据预应力混凝土T形梁的截面尺寸设计经验，梁高选取在‘一’之

1525

间，本设计取较小值，选用2.25m。

三、横隔梁的间距：为了增强主梁之间的横向连接刚度，除了设置端横隔梁外，还设

置了7片中横隔梁，间距为4.25x8=34.00〃?，共计9片。

四、梁肋：根据抗剪强度需要和施工振捣的需要（一般取在15—25cm之间），厚度暂

时定为20cm,在梁端一个横隔板间距内腹板中部按直线加厚至马蹄宽度50cm（见图1）。

五、桥面铺装：采用厚度为6cm沥青混凝土，坡度由盖梁找平。

六、桥面横断面：具体尺寸见图2。

第二章梁毛截面几何特性计算

第一节截面几何特性

一、预制时翼板宽度为L6m,使用时为2.1m,分别计算这二者的截面特性，采用分

块面积法。计算公式如下：

毛截面面积：A=y..............................2-i

millAI

各分块面积对上缘的面积矩：Sj=A/&..............................2-2

毛截面重心至梁顶上午距离：”=£工...........................2-3

毛截面惯性矩计算采用移轴公式：’

乙=Ek+A（力-KH=E4+Z以（%一”）［.......................2-4

式中：Am----分块面积；

%——分块面积的重心至梁顶边的距离；

乂——毛截面重心至梁顶的距离；

S,.——各分块对上缘的面积矩；

--分块面积对其自身重心轴上午惯性矩。

主梁跨中毛截面的几何特性在预制阶段见图及表1，在使用阶段见图及表2。同理,

可根据见图，计算出不同截面的几何特性，汇总于表3。

第二节检验截面效率指标P

一、以跨中截面

表1

分块号34

a（c「）%(cm)S,(cm)Ii{cm)Ix")

132001032000106666.6720464642.88

23500107.53762508932291.671075553.15

3150021031500011250021610801.35

41802239601080831585.76

527018951030145802647874.04

865077824089.979167118.3446630457.18

■加

四边形：Ix=—,三角形：/x="

X12X36

注：/=Z/，+XI4,(y-y,尸］=9167118.34+46630457.18=55797575.52cm4

支座中心线

4Ad4P504及5。

图1（尺寸单位：）

?50n10001000250

图2结构尺寸图（尺寸单位：mm）

中主梁边主梁

图3预制梁跨中横截面（单位为：cm）

50

L/8截面

图4成桥阶段截面图

表2

分块号2Sj(cm3)(cm4)，x(c-)

Aj(cm)y.(cm)ysM

14200104200014000021579694.08

23500107.53762508932291.672333353.4

3150021031500011250024699033.6

41802239601080641106.43

527018951030145803109747.25

Z965078824081.689200451.6752362934.76

注:/=J?，+ZlA(y-y,y]=9200451.67+52362934.76=61563386.43,/

表3

截面

2cm3)（cm）

At(cm)Siys

跨中中主梁预制阶段865077824089.9755.80

边主梁预制阶段915078324085.6058.84

使用阶段965078824081.6861.56

L中主梁预制阶段6557.5919268140.1978.82

8边主梁预制阶段7057.5924268130.9679.50

使用阶段7557.5929268122.9680.50

支点中主梁预制阶段13540128960595.2467.35

边主梁预制阶段14040129460592.2170.87

使用阶段14540129960589.3874.15

二、检验截面效率的指标0

以跨中截面验证

上匚“I痴55.80X10.—o

上核心矩：K,==-^—=-------------------------?=47.8cm

ZAN8650X(225-89.97)

6

55.80X10『r

下核心矩:----------------=71.7cw

8650x89.97

47.8+71.7

=053>0.5

截面效率指标:225

根据设计的经验，预应力混凝土T形梁在设计时，检验截面效率指标取

p=0.45—0.55,其较大者亦较经济。上述计算表明，初步拟订的主梁跨中截面是合理的。

第三章主梁内力计算

第一节恒载内力计算

一、主梁预制时的自重（第一期恒载）g,

此时翼板宽为1.6m

（一）按跨中截面计算，主梁每延米自重（即先按等截面计算）

中主梁：g；=0.865x25=21.63&N/垃

外边梁：g；=0.915x25=22.88女N/m

（二）由马蹄抬高的形成四个横置的三棱柱，折算成恒载集度为：

一0.25卜（6.0+2.5）x0.15=0.57ZN/m

（三）由于腹板加厚所增加的重量折算成恒载集度为：

25

=2x（1.3540-0.8650）x（1.98+0.25）x^^=1.56kN/m

则g2+（g3=0.57+1.56=2.13^/Z?2

（四）横隔梁折算成每延米的重量（两侧）

中横隔梁体积：0.17x（1.75x0.7-0.3x0.06x0.5-0.5x0.15x0.18）=0.2045/773

端横隔梁体积：0.21x（2.05x0.55-0.5x0.15x0.06）=0.2358-

则：g4=（7X0.2045+2x0.2358）x=136kN/m

（五）预制梁每延米自重总和为：

中主梁：g|=21.63+2.13+1.36x2=26.48^//??

外边梁：g[=22.88+2.13+1.36=26.37kN/〃z

二、第二期恒载g2

（一）现浇T梁翼板恒载集度：g2=0.20x0.5x25=2.50^//??

（二）边梁现浇部分：g,=-x2.5=1.25）l7V/m

-?

三、第三期恒载g3,（栏杆、人行道、桥面铺装）

一侧栏杆：l.OOkN/m

一侧人行道：4.00kN/m

桥面铺装层（见图2）：

gx（0.06+0.128）x9.0x24.0=20.30M/m

将桥面铺装层恒载平均摊给5片主梁

中主梁：g3=（20.30+15.84）+5=723kN/m

边主梁：g3=723+1.52+3.60=12.35AN/〃z

四、主梁恒载总和（见表4）

表4

第一期恒第二期恒第三期恒

总和g

载gl载g2载g3(kN/m)

梁

外边梁26.371.2512.3539.97

中主梁26.482.507.2336.21

(-)主梁恒?或内力计算

计算公式：设x为计算截面离左支座的距离，并令a=±,贝

L

主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：...............3-1

&=g（l-2a）Lg..............................3-2

影响线

图5横截面内力图

恒载内力计算结果见表5

主梁活载横向分布系数计算

（二）跨中的横向分布系数机，

主梁间在翼缘板及横隔梁处采用湿接，而且桥宽跨比为£=□=0.3140.5,所以此

L35

桥为窄桥，采用偏心压力法计算机，。

表5

%=gdM(kN・m)Qg=gdQ(kN・m)

项目

支占

L/2L/4L/8L/4L/8八、、

QM=a(l-a)Z?/2144.50108.3863.22

Qo=(l-2a)L/28.5012.7517.00

外边梁381028581667224336448

第一期怛载gi（kN/m）

中边梁382628701674225338450

外边梁18113579111621

第二期恒载g2（kN/m）

中边梁361271158213243

外边梁17851338781105157210

第三期恒载g3（kN/m）

中边梁10457844576192123

外边梁577643312527340510679

gi+gz+g3(kN/m)

中边梁523239242289308462616

1、桥跨内设有9道横隔梁，具有可靠的横向联结，且承重结构的长宽比为

L34

=3.24>2.00

5x2.10

所以可以按照修正的刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数”

2、计算主梁的抗扭惯性矩〃

210

七=(20+26)/2

z102=225-23-39

to103=(30+48)/2

ta=B0

t3=50

15

-------------

50

图6跨中屋计导图（尺寸单位：cm）

对于T形截面；抗扭惯性矩可以近似按下计算:

iT=Zqb....................3-3

i=\

式中：，和〃一一相应为单个矩形截面的宽度和厚度；

C,一一矩形截面抗扭刚度系数；

m——梁截面划分成单个矩形截面的个数。

对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：4=3宇=23（cm）

马蹄部分的换算平均厚度：八=（30+48）=39（。〃）

L23

=O.

对于翼缘板:4Z1O=0.11040.10,查表得G=0.310

对于梁肋：豆=^=0.12320.10,查表得，2=0.307

b21.63

对于马蹄部分：旦="=0.7820.1,查表得,3=0.175

b30.50

3

IT=0.310x210x233+0.307x163x2()3+0.175x50x39

=792071.7+400328+519041.25

=1711440.95c/

=0.01711441〃/

3、计算抗扭修正系数£

由于n=5时，查表J=1.042,并取G=0.425E,代入式

')高可7

El\BT)

___________________1__________________

,，…0.425EX0.01711441<34.00?

1+1.042X------------------------

ExO.61563386(10.50)

_____________1____________

-1+1.042x0.01181x10.4853

1

-1.129

=0.886

4、按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值

按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值，计算所得的为值

5

222

=(2x2.10)2+2.10+0+(—2.10)2+[2x(-2.10)]=44.10;n

/=1

对于1号边梁考虑抗扭修正后的横向影响线竖坐标值为:

y=工+1+0.886x(2x2」0)_=020+0.35=0.55

•"〃飞2544.10

/=]

yl5=-=--0.886x史2.1。)=02o-0.35=-0.15

〃S2544.10

i=l

设影响线零点离1号梁轴线的距离为X,则

x_4x2.10—x

K55--0J5

解得x=6.60//Z

对于2、3号梁同上计算方式。对1、2、3号梁的无列表如下:

先值表6

e(cni)

梁号为%5

14.20.554-0.154

22.10.3770.023

30.00.2000.200

5、计算荷载横向分布系数

1、2、3号主梁的横向影响线和最不利布载图如下所示。

于1号梁，则:

车一20"夕=^工必，=-x^^x(6.40+4.60+3.30+1.50)=0.663

'226.60

群荷载mcr=0.621

对于2号梁,则

10.377

汽车一20〃力-X----------x(8.746+6.946+5.646+3.846)=0.531

28.946

人群荷载mcr=0.411

对于3梁，则

汽车一20mc(/=0.400

人群荷载mcr=0.200

?10210

号

号一号号号

2号梁

3号梁

图7跨中截面横向分布系数计算图(尺寸单位：cm)

第二节支点截面的荷载横向分布系数也

一、杠杆原理法绘制荷载横向影响线并布载，如图8

对于1号梁活载的横向分布系数计算如下：

汽车—20mcq=gZ丁=1(0.905+0.048)=0.477

人群荷载tncr=1.381

对于2梁活载的横向分布系数计算如下：

汽车一20mcq=1^y=^(0.143+1.0+0.381)=0.762

人群荷载=0.00

100

?10

号

号号号号

p/Pp/P

汽一20

30180I

TTTTTTT

汽一20

130

图8支点截面横向分布系数计算图（尺寸单位：cm）

对于3梁活载的横向分布系数计算如下：

汽车一20m=—Vy=0.762

32j

人群荷载

二、横向分布系数汇总（如下表7）

根据横向分布系数的结果，可以得到荷载横向分布系数沿桥跨的变化图,

如下图所示：

横句分布系数汇总表7

1号梁2号梁3号梁

荷载

m

mcfncmccmcmc

汽车一200.6630.4770.5310.7620.4000.762

人群0.6211.3810.4110.0000.2000.000

425

图91号梁沿桥跨方向荷载横向分布系数的变化

第三节活载内力计算

一、汽车荷载作用下的内力计算公式表述如下：

Sg=(1+〃/%(%Q+6%)...................................................3-4

式中：——汽车荷载作用下的截面弯矩和剪力；

(1+A)——汽车荷载冲击系数，当/W1.5HZ时，〃=0.05；

当1.5”ZW/W14/W,〃=0.1767In/—0.0157;

当"14HZ时，〃=0.45;.伪结构基频(HZ)。

J——多车道桥涵的汽车荷载横向折减系数；

mcq---汽车荷载的横向分布系数；

Pk——车道荷载的集中荷载标准值；

Q一一弯矩或剪力影响线的面积；

qk——车道荷载的均布荷载标准值；

y——与车道荷教的集中荷载对应的内力影响线竖值。

二、人群荷载作用下的内力计算公式可表述如下：

Sr=morqrCl...................................................3-5

式中：S,——人群荷载作用下的截面弯矩和剪力；

mnr---人群荷载的横向分布系数；

qr——人群荷载标准值；

三、冲击系数计算

（一）简支梁结构基频

m（.=—

g

式中：/——结构的计算跨径（cm）；

E一一结构材料的弹性模量（N//"）；

4

Ic——结构跨中截面的截面惯性矩（cm）；

mc一一结构跨中处的单位长度质量（Kg/m）；当换成为重力计算时其单位应为

（N・S//）；

G——结构跨中处延结构重力（N/m）;

g——重力加速度g=9.81（m/s2）。

按《桥规》对于双车道不考虑汽车荷载折减，即车道折减系数4=1.00。经计算

4310

Ic=0.61563386/n,G=39.97xlO/V/m；E=3.45x10Pa,

用“兀|3.45xlOloxO.61563386

贝IJ=--------71--------------------------------

2x342V0.965x25000

=4.03HZ

故1.5WZ</<14WZ;

则1+//=l+0.17671n/—0.0157=1.231

活载内力

1号梁

跨中：跨中内力计算见图10

川HIM」HI川「田里

34Q0的

影响线

图

图

图101号梁弯矩计算图

图

图111号梁剪力计算图

%=(1+4若(wQ+m/y)

=1.231x1.0x0.663x(-x0.75xl0.5x34.002+222.0x-x34

(84

=2468.8MN・〃z

M=ma,Q=0.621x3.0x-x34.002=269.20^•m

rcrr8

支点剪力:

=(1+mqQ,+1.2%&U+；(，

Vqcgk一机cjx4.25纵X0.9341

0.663x10.5x0.75x-x34.00xl+1.2x0.477x222.0x1+

2

=1.231xl.0x

|x(0.477-0.663)x4.25x0.934lxl0.5x0.75

=262.IOAN

Vr=mcrqr£l4.25x{mor-//zcr)x0.934Ix^r

=3.0x1x34.00x1x0.621+1x4.25x(l.381-0.621)x0.9341x3.0

=31.67+4.53

=3620kN

L/4处：计算见图12

影响线

影响线

图121号梁L/4截面内力计算图

%=(1+4后(“外。+叫砥y)

=1.231xl.0x0.663x|—x0.75xl0.5x34.002+222.0x-x-x34.00

(3244

=1851.6MN・加

3,

M,.=〃%q,q=0.621x3.0x——x34.0()2=201.90AN•机

匕=(1+4邱%%。+1.2加小)』

1「31

=1.231xl.0x0.663xl0.5x0.75x-x0.75x-x34.00-0.25x-x34.00+1.2x0.663x222.0x0.75

_2L44

=217.70ZN

13

V.=3.0x0.621x-x0.75x-x34.00=17.81^

r24

L/8处计算图

影响线

图131号梁L/8截面内力计算图

Mq=0++mcqpky)

=1.231x1.Ox0.663x|—x0.75xl0.5x34.002+222.0x-x-x34.00|

<12888)

=712.77kN•in

7,

M=m«Q=0.621x3.0x—x34.002=117.78^

'rcrr128

匕=(1+4对S必。+L2/%耳y』

-17

=1.231xl.0x0.663x10.5x0.75x-x0.875xx-34.00+1.2x0.663x222.0x0.875

L28

=273.90ZN

17

V=3.0x0.621x-x0.875x-x34.00=24.250V

’28

2号梁

跨中内力计算见图14；

图

图

图142号梁弯矩计算图

图

图152号梁剪力计算图

Mq=(1+"*(%必Q+加/y)

=1.231x1.0x0.531x1-x0.75xl0.5x34.002+222.0x-x34

(84

=1977.28AN・〃?

1,

M,=/"</,Q=0.411X3.0X—X34.002=178.17ZN•加

8

支点剪力:

匕=%以四一叫

(1+Q+12〃%/pk%+1(〃2g)x4.25/x0.9412

0.531x10.5x0.75x-x34.00xl+1.2x0.762x222.0x1+

2

=1.231xl.0x

1x(0.762-0.5313)x4.25x0.9412x10.5x0.75

=341.88AN

Vr=mcrqr£l+；x4.25x[mor-mcr)x0.9341xqr

=3.0x1x34.00x1x0.41l--x4.25x0.411x0.9412x3.0

22

=20.96-2.47

=18.49ZN

3号梁

跨中内力计算见图16：

图163号梁剪力计算图

此=〃炊加，必

(1+Q+mcqPky)

=1.231x1.0x0.400x|-x0.75xl0.5x34.002+222.0x-x34

(84

=1489.48攵N・〃？

1,

2

M,=mcrqrQ.=0.200x3.0x-x34.00=86.70AN・〃z

8

支点剪力:

匕=(1+4若〃力见Q+L2居必+1(moq-%)x4.25/x0.9440

0.400x10.5x0.75x」x34.00xl+1.2x0.762x222.0x1+

=1.231xl.0x2

1x(0.762-0.400)x4.25x0.9440xl0.5x0.75

=322.85AN

Vr=mcrqr^l+；x4.25x(mor-mcr)x0.9440xqr

=3.0x」x34.00x1x0.200--x4.25x0.200x0.9440x3.0

22

=10.2-1.20

=9.00kN

第四节主梁内力组合

一、按《桥规》定：公路桥涵结构按承载能力极限状态设计

基本组合：永久作用的设计效应与可变作用设计值效应相结合，其效应组合表达

式为：

"/II\

Z/+%ISQI*+2%*...............................3-7

（<=i六2）

式中：S,”一一承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；

为——结构重要性系数，按表规定的结构设计安全等级采用，对应于设

计安全等级一级，二级和三级分别取1.1,1.0和0.9；

yGi——第i个永久作用效应的分项系数；查表可得；

SGik一一第i个永久作用效应的标准值和设计值；

yQl一—汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的分项系数，取%产1.4。

S0“一一汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）的标准值和设计值；

——在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力），风

荷载外的其他第j个可变作用效应的分项系数，取%「1.4,但风荷载的分项系

数取70=1.1；

一一在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外

的其他第j个可变作用荷载效应的标准值和设计值；

夕,一一在作用效应组合中除汽车荷载效应（含汽车冲击力、离心力）外的

其他可变作用效应的组合系数，当永久作用与汽车荷载和人群荷载（或其他一种

可变作用）的组合系数取牝=0.80；当除汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）外

想尚有两种其他可变作用参与组合时，其组合系数取仪=0.70；尚有三种可变作

用参与组合时，其组合系数取利=0.60,尚有四种及多于四种的可变作用参与组

合时，取0=0.50。

1号梁内力组合表8

弯矩剪力Q(kN)

序号荷载类别

L/8L/4L/2梁端L/8L/4

(1)恒载252743315776679510340

(2)汽车荷载712.771851.612468.81262.10173.91217.70

(3)人群荷载117.78201.90269.2036.2024.2517.81

(4)0.8(3)94.22161.52215.3628.9619.4014.25

(5)(2)+(4)806.992013.132684.17291.06293.31231.95

(6)1.2(1)3032.405197.206931.21814.8612.00408.00

(7)1.4(5)1129.792818.383757.84407.48410.63324.73

叼=⑹+(7；1022.6

(8)4162.198015.581068.901222.28732.73

3

(7)/(8)

(9)27.2035.2035.2033.3040.244.30

(%)

11009.71053.3

(10)1.0(8)4287.058256.051258.95754.71

11

控制设计的11009.71053.3

(11)4287.058256.051258.95754.71

计算内力11

2号梁内力组合表9

弯矩M(kN•m)剪力Q(kN)

序号荷载类别

L/8L/4L/2梁端L/8L/4

(1)恒载228939245232616462308

(2)汽车荷载570.861482.961977.28341.88228.94174.35

(3)人群荷载77.95133.62178.1718.4916.0511.79

(4)0.8(3)62.36106.90142.5414.7912.849.43

(5)(2)+(4)633.22589.862119.82356.67241.78183.78

(6)1.2(1)2746.804708.806278.4739.20554.4369.6

(7)1.4(5)886.512225.802967.74499.34338.49257.29

5；=(6)+(7}

(8)3633.316934.609246.141238.54892.89441.07

(7)/(8)

(9)24.432.132.140.337.958.3

(%)

(10)1.0(8)3742.317142.689523.521275.70919.68454.30

控制设计的

(11)3742.317142.689523.521275.70919.68454.30

计算内力

3号梁内力组合表10

弯矩剪力Q(kN)

序号荷载类别

L/8L/4L/2梁端L/8L/4

(1)恒载228939245232616462308

131.3.

(2)汽车荷载430.031117.111489.48322.85172.46

4

(3)人群荷载37.9365.0286.709.007.815.74

(4)0.8(3)30.3452.0269.367.206.254.59

(5)(2)+(4)460.371169.131558.84330.05178.71135.93

(6)1.2(1)2746.84708.86278.4739.20554.4369.6

(7)1.4(5)644.521636.782182.38462.07250.14190.30

5；=(6)+(7)

(8)3391.326345.588460.781201.27804.59559.90

(7)/(8)

(9)19.125.825.838.531.134.0

(%)

(10)1.0(8)3493.066535.958714.601237.31828.73576.70

控制设计的

(11)3493.066535.958714.601237.31828.73576.70

计算内力