桥梁工程设计Word文件下载.docx

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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

al

q2

Q3

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

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：

Qi

1IIIIIIIIIHIIII

n

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

MSP=-（1+m）£

（1o-；

）=-（1+0.3）瞪（1.01-罟）=-18.328KN-m

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。

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

1

n22=n+^F~5

1e5a21n28=n+Z^=5

eia214.4X2.2

==二+=04

48.4

4.4X2.2=0

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

U

36

0.

D.

□.65-

5

50

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

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

m0

me

车辆

0.6

0.4091

0.5908

0.7954

0.7955

人群

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

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

1o

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

8

2）支点剪力

1.2Pk=331.872KN,qk=10.5KN

因moq<

mcq,则

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：

33

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

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）

a2

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

9

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

内力组合：

=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

Ao

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

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。