桥梁结构毕业设计指导书解析.docx
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桥梁结构毕业设计指导书解析
桥梁结构毕业设计指导书
第一部分
一、概述
一座大桥工程的设计工作，应包括桥梁规划设计（包括可行性方案设计）、初步设计（又称方案设计）和编制施工图三个阶段。
桥梁的规划设计包括有：
1、野外勘测与调查研究工作，即调查桥梁交通流量及其发展等；选择桥位；测量桥位附近的地形；钻探调查桥位的地质情况；调查和测量河流的水文情况；其它与建桥有关的情况，如建筑材料等。
2、桥梁的纵、横断面设计和平面设计。
桥梁纵断面设计包括纵断面设计包括桥梁总跨径的确定，桥梁的分孔、桥面标高与桥下净空，桥上或桥头纵坡等。
桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。
桥梁的分孔也与通航要求、地形和地质情况、水文情况及技术经济和美观要求确定。
桥梁的分孔关系到桥梁的造阶，一般来讲，跨径大，孔数少，上部结构的造阶就愈大，而墩台造阶就愈小。
反之也然。
因而最经济的跨径是使桥梁上、下部结构总造阶最低，当桥墩较高或地质不良，基础工程复杂而造阶就高，此时跨径可选取大一些，反之，当桥墩较矮或地基较好时，跨径可选得小一些。
另外，桥梁分孔还与通航、水文、结构体系、施工能力等等有关。
桥梁横断面设计，桥梁的宽度取决于桥上交通需要，我国《公路桥涵设计通用规
范》规定了公路桥面净空限界及桥面布置的尺寸如下：
公路等级
桥面行车净宽（m）
「车道数
高速公路，一
2X净-7.5或2X净-7.0
4
-二二
净-9.0或净-7.0
\2
三
净-7.0
2
四
净-7.0或净-4.5
2或1
规范还提出了在高速公路、一级公路上，一般以建上、下行两座独立桥梁为宜。
在弯道上的桥梁应适当加宽；
桥上人行道和自行车道的设置，应根据需要而定，人行道宽度取0.75m或1.0m，
大于1.0m可按0.5m的倍数增加。
不设人行道的桥梁，可设置栏杆与安全带。
平面设计根据桥梁两端引道而定。
铁跨两线桥梁限界为8.88m。
桥面横坡：
一般取1.5%~3%，
桥面铺装：
有水泥混凝土、沥青混凝土、沥青表面处治、泥结碎石等。
水泥混凝土和沥青混凝土一般厚度为0.06~0.08m，桥面铺装一般不作受力计算，为使铺装
层具有足够的强度和良好的整体性，上般宜在混凝土中铺设直径为4~6mm的钢
筋网。
防水层：
设在铺装层之下，厚度一般为0.01~0.02m，且在桥面伸缩缝处连续铺设，不可切断。
二、桥梁的设计荷载
设计荷载可分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载三类。
1、永久荷载包括：
结构重力、预加应力、混凝土收缩及徐变影响力、土的重力及
土侧压力、基础变位影响力、水的浮力；
2、可变荷载包括基本可变荷载（活载）和其它可变荷载两类，基本可变荷载包括汽车荷载、汽车冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、平板挂车或履带车，平板挂车或履带车引起的土侧压力；其它可变荷载有：
风力、汽车制动
力、流水压力、冰压力、温度影响力、支座摩阻力。
3、偶然荷载包括：
地震力、船只或漂流物的撞击力。
各级公路车辆荷载选用表：
公路等级
高速公路
-一-
-二二
三
四
计算何载
汽-超20级
汽-20级
汽-超20级
汽-20级
汽-15级
汽-20级
汽-10级
验算荷载
挂车-120级
挂-100级挂车-120级
挂车-100级
挂-80挂车-100级
履带-50级
用计算荷载计算时，按两行车队布载，汽车荷载不予折减；当桥（涵）面行车道宽度大于9m且小于或等于12m（有硬路肩时，包括硬路肩宽度）时，按三行车布载，汽车荷载可折减20%;按四行车队布载时，汽车荷载可折减30%。
但折减后不能小于两行车队布载的
计算结果。
用验算荷载验算时，不计冲击力、人群荷载和其它非经营作用在桥梁上的各种外力。
履
带车在顺桥向可多辆布载，但两车间距不得小于50m，平板挂车在桥梁全长内用一辆布载。
汽车冲击力根据桥梁种类及跨度计算（参见规范）。
汽车制动力，当桥涵为一或二车道时（净-4.5m，净-7m，净-9m），制动力按布置在荷
载长度内和一行汽车车队总重力的10%计算，但不得小于一辆重车的30%，四车道的制动
力按上述规定的2倍计算。
制动力的着力点在桥面以上1.2m处。
在计算墩台时可移至支座
中心，在计算刚构桥和拱桥时，可移至桥面上。
荷载组合：
荷载组合可分为6类：
组合I:
基本可变荷载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种，与永久荷载的一种或几种组合；
组合II:
基本可变荷载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种，与永久荷载的一种或几种及其它可变荷载的一种或几种组合；
组合III:
平板挂车或履带车与结构重量、预加应力、土的重力及土侧压力的一种或几种组合；
组合IV:
基本可变荷载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种，与永久荷载的一种或几种和偶然荷载的组合；
组合V:
可能的施工荷载组合；
组合VI:
结构重力、预加应力、土重及侧压力中的一种或几种，与地震力组合；在桥梁设计中，当采用极限状态设计时，应根据不同的极限状态和荷载组合，给出不同的荷载安全系数，当用容许应力设计时，则应按不同的荷载组合给出不同的材料容许应力
值。
对于预应力混凝土桥梁结构，预应力在结构使用极限状态设计时，应作为永久荷载计算其效应，计算时应考虑相应阶段的预应力损失，但不计算由于偏心距增大所引起的附加内
力，在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力
的一部分。
混凝土的收缩、徐变影响力在外部超静定的混凝土结构及复合梁桥等结构中是必
然产生的，而且是长期的，基础变位的影响力一旦出现，也是长期作用在结构上的。
因此，这些力都列入永久作用荷载。
混凝土收缩影响可作为相应于温度降低考虑，考虑混凝土徐变的计算，可采用混凝土应
力与徐变变形直线关系的假定。
、连续梁桥与连续刚构桥的受力特点
连续梁桥、连续刚构桥可以是一联多跨，常用为三跨一联。
连续梁桥、连续刚构桥均是超静定结构，其结构刚度大、变形小、主梁变形的挠曲线平缓，有利于高速行车。
同时它们均会受墩台的不均匀沉降影响，产生附加内力。
根据活载位置的不同，连续梁桥、连续刚构桥的断面可能出现正弯矩或负弯矩，因而，要按弯矩变化的幅值布置预应力钢筋。
连续刚构桥将连续梁与薄壁墩（柔性）固结而成。
从而既保持了连续梁桥的优点，同时
又节省了支座，减少墩与基础的工程梁，并改善了结构的水平荷载作用下的受力性能，即各
柔性墩按刚度比分配水平力。
当连续刚构桥的墩高较高时，墩柔性较大，此时其梁上的受力与同跨径布置连续梁桥差
别很小。
另外，预加力的影响、温度变化、混凝土徐变与收缩等对连续刚构桥有较大的影响。
三、连续梁桥与连续刚构桥的立面布置
连续梁桥一般均指预应力连续梁桥，可以是等跨度连续梁桥和不等跨连续梁桥。
对于跨度较大的连续梁桥一般宜采用不等跨的形式，且是变高度连续梁。
中小跨度桥梁
可采用等跨度等梁高连续梁桥。
三跨连续梁桥，为了保证中跨跨中不致产生异号弯矩，一般边跨长度可取中跨长的
0.5~0.8倍，如果减少边跨长度，则边跨和中跨的跨中弯矩均减少，此外，边跨跨长与中跨
跨长的比值还与施工方法有关，对于现场浇灌的桥梁，边跨长度取为中跨跨长度的0.8倍是
经济合理，但采用悬臂施工法，考虑到一部分边跨采用悬臂施工外，余下的边跨部分还需另
搭脚手架，为使脚手架长度最短，则边跨长度应取中跨长度的0.65倍为宜。
变高度梁的截面变化规律可采用圆弧线、二次抛物线和直线等，通常以二次抛物线为最
常用。
连续梁在支点和跨中的梁估算值：
1111
等高度梁：
H=（）1，常用H=（）1
15301820
、1111
变高度（曲线）梁：
支点处：
H=（）1，跨中：
H=（）1
16203050
变高度（直线）梁：
支点处:
H=（丄~丄）1，跨中:
1620
11
H_（22~28）1
连续刚构桥的跨径布置、梁高变化可参照连续梁桥，一般来讲，连续刚构桥宜适用于大跨高墩桥，且桥墩采用柔性薄壁墩，目前常用的是双壁墩。
薄壁墩宽度一般为（0.2~0.3）H，
两壁的中距在8~12m之间。
连续刚构桥一般均采用悬臂施工法。
四、截面设计
对于跨度较大的连续梁桥和连续刚构桥，箱形截面是最适宜的横截面形式。
常用的箱形
截面基本型式有：
单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。
腹板型式有竖腹板和斜腹板之分。
选用何种箱梁型式和腹板形式根据桥面宽、施工方法等等而定。
箱梁的顶底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，支墩处底板还要承受很大的压应
力，一般来讲：
变截面箱梁底板厚度也随梁高变化，墩顶处底板厚为梁高的1/10~1/12，跨
中处底板厚一般为200~250mm。
底板厚最小应有120mm。
箱梁顶板厚度：
应满足桥面板横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。
参考如下（跨
中截面）：
腹板间距（m）
3.5
5.0
7.0
顶板厚度（mm）
180
200
：
280
腹板厚度：
腹板主要是抗剪和主拉应力，一般：
腹板内无预应力筋时：
可采用200mm；有预应力筋管道时可采用250~300mm;有锚头
时则可采用250~300mm。
在大跨度预应力混凝土箱梁桥中，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处较
大的剪力，一般采用300~600mm,有达到1m左右的。
在顶板与腹板接头处有必要设置梗腋，它可提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变应力。
底板与腹板接头处可根据需要设置。
梗腋形式一般为1:
2、1：
1或
3：
1、2：
1。
第二部分设计计算基本步骤
1、根据前述原则同时参照同类桥梁设计，拟定结构总体布置及结构断面细部尺寸。
公路桥单箱单室，铁路桥单箱双室。
支座处梁高根据跨度取6~7.5m，跨中高度3.5~5.2m，梁高按抛物线变化。
顶板取25~50cm，底板可沿跨度变化30~100cm，
腹板可变厚40~70cm。
顶板外伸长（单边）取2.5~3.5m，有人行道的可适当加大，最大可取5.5m。
2、立面布置，结构分段，分段长度确定主要考虑每段吊装重量不超过吊机的起吊能力、每段长度满足肋束下弯时设置竖曲线的需要、分段长度规格尽可能少。
参考施工方法及过程，对梁进行划分，便于计算截面内力。
各施工块重量大致相等；边跨及中跨跨中留2m长的合拢段。
3、各断面的截面几何特性的计算。
（BSAS）
4、恒载内力的计算。
包括一期、二期恒载等。
（BSAS）
5、活载内力的计算。
注意加载长度及冲击系数、车道折减等。
（BSAS）
6、各截面内力组合，参见规范。
（BSAS）
7、预应力筋束数的估算：
按承载能力极限计算时满足正截面强度要求；按正常使用
状态计算时，拉应力满足要求；施工阶段，拉应力满足要求。
（参见各参考书）
由于此时还无法求知二次内力等等，估束时可将前面计算的弯矩内力乘以1.15
作为估束的依据。
求得各截面所需的预应力筋束数，然后进行布筋，计算预应力筋的几何曲线要素，
锚点布置，张拉方式，张拉顺序等等。
8预应力值的计算，张拉控制力、有效预应力，预应力损失的计算，预应力损失有
5项口：
砼收缩徐变引起的损失；钢筋松弛引起的损失；预应力筋与管道的摩擦引起的损失；锚头变形、钢丝加缩等引起的损失；混凝土弹性压缩引起的应力损失。
（计算公式见规范）
3、日照温差二次内力、徐变引起的二次力矩、预应力张拉引起的二次力矩、支座沉降产生的内力等。
（BSAS）
4、截面内力的组合，早期及后期的内力组合。
5、承载能力极限状态的验算。
承载能力极限状态计算荷载组合，组合后的最大荷载弯矩应小于截面的极限抗弯能力
12、正常使用状态及施工阶段应力的计算。
截面法向应力、截面的主应力、箍筋布置、抗剪设计等。
按弹性阶段计算的内力组合，在该内力作用下，截面的裂缝宽度满足要求（抗裂性），斜截面、横截面抗剪能力满足要求，最大压应力应满足要求。
挠度验算，跨中截面的最大挠度应满要求。
13、绘制施工图。
14、工程量的计算；砼用量、普通钢筋用量、预应力筋用量、锚具用量、支座、其
15、英文翻译。
第三部分
预应力筋估算、预应力损失、徐变次内力等的计算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定，在选定预应力钢筋的数量
时，应满足以下三方面要求：
1.正常使用极限状态下的应力要求（5.2.21及5.2.22）；
2.承载能力极限状态下的强度要求（5.1.6）；
3.施工阶段的应力要求（5.3.4）。
本次设计要求按前两种方法进行估算。
1、采用美国ASTMA270级低松驰高强钢绞线；锚具采用群锚体系OVM锚或YM描。
钢绞线规格建议采用7①5,锚具采用OVM15型，以下为常用锚具尺寸。
锚具型号
锚垫板尺寸（mm）
波纹管径夕卜/内mm
螺旋筋
圈径
圈数
千斤顶型
号
千斤顶最小工作空间
OVM15-7
2001
77/70
240mm
6
Ycw150
>1350mm
OVM15-9
230
87/80
270mm
6
Ycw250
>1400mm
OVM15-12
270
97/90
330mm
7
Ycw250
>1400mm
OVM15-19
320
107/100
400mm
8
Ycw400
>1500mm
OVM15-27
370
127/120
470mm
8
Ycw650
>2000mm
2、后张法预应力混凝土构件，预应力钢筋的净间距及预应力钢筋的预留管道应符合下列要
求。
采用抽拔橡胶管成型的管道，其净间距不应小于4cm，对于大吨位的预应力筋，建
仪不小于管道直径。
采用预埋铁皮套管，其水平净距不应小于4cm，竖直方向在水
平段可两套叠置，叠置套管的水平净距也不应小于4cm。
管道至构件顶面或侧面边缘的净距不应小于3.5cm,至构件底边缘净距不小于5cm。
曲线预应力钢绞线弯曲半径不小于4m（《铁规》规定大于钢丝直径的800倍），弯起角不大于30°。
锚下应设置厚度大于15mm的钢板和钢筋网。
3、预应力筋的估算
（一）、按承载能力极限计算时满足正截面强度要求；
预应力梁到达受弯的极限状态时，受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强度，受拉区钢筋达到抗拉设计强度。
截面的安全性是通过截面抗弯安全系数来保证的。
对于仅承受一个方向的弯矩的单筋截面梁，所需预应力筋数量按下式计算：
如图：
aN二0，
'M=MP,
解上两式得：
受压区高度
预应力筋数
（4a）
n=
AyRyg-X/2）
Rab
AyRy
（4b）
式中：
Mp为截面上组合力矩（考虑混凝土安全系数
c=1.25时，MP=cM）。
Ra为混凝土抗压设计强度；
Ry为预应力筋抗拉设计强度；
Ay为单根预应力筋束截面积；
b为截面宽度
若截面承受双向弯矩时，需配双筋的，可据截面上正、负弯矩按上述方法分别计算上、
下缘所需预应力筋数量。
这忽略实际上存在的双筋影响时（受拉区和受压区都有预应力筋）会使计算结果偏大，作为力筋数量的估算是允许的。
（二）、按正常使用状态计算时，拉应力满足要求估算下限；压应力满足要求估算上限。
上
规范（JTJ023-85的5.2.21和5.2.22条）规定，截面上的预压应力应大于荷载引起的拉
应力，预压应力与荷载引起的压应力之和应小于混凝土的允许压应力（为0.5R；），或为在
任意阶段，全截面承压，截面上不出现拉应力，同时截面上最大压应力小于允许压应力。
写成计算式为：
对于截面上缘Cy上I
（5）
°Mmax
W上
<0.5R；
对于截面下缘
max
0
（7）
min
<0.5Rb
（8）
Rb—混凝土轴心抗压标准强度。
公式（5）变为匚y上
Mmin
W上
（9）
公式（7）变为二y下
Mmax
-W下
（10）
由预应力钢束产生的截面上缘应力二y上和截面下缘应力
二y下分为三种情况讨论:
a.截面上下缘均配有力筋Ny上和Ny下以抵抗正负弯矩,缘产生的压应力分别为：
由力筋Ny上和Ny下在截面上下
其中，cy—由预应力产生的应力，W—截面抗弯模量,
Mmax、Mmin项的符号当为正弯矩时取正值，当为负弯矩时取负值，且按代数值取大小。
Ny上
Ny下
Ny下er
（11）
Ny上
Ny上e±
Ny下
（12）
将式（9）、（10）
分别代入式（11）（12），解联立方程后得到
Ny上
Mmaz（eT一K下HMmin（K上eT）
（K上K下）（e上e下）
（13）
Ny下
Mmax（K下e上）Mmin（K上一e上）
（K上K下）（e上er）
（14）
令Ny上二n上AyRy
Ny下二n下AyRy
一般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上缘和下缘的压应力不是控制因素，为简便计，可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件（求得预应力筋束数的最小值）。
代入式（13）（14）中得到
Mmax（e下一K下）一Mmin（K上+e下）n上=
（K上+K下）（e上+e下）
1
AyRy
（15）
Mmax（K下+e上）+Mmin（K上一e上）n下=
（K上K下）（e上er）
1
AyRy
（16）
其中，Ay――每束预应力筋的面积，Ry
预应力筋的永存应力
（可取0.5~0.75Rb估算），
e——预应力力筋重心离开截面重心的距离,可取毛截面计算。
K――截面的核心距,
A混凝土截面面积，
b.当截面只在下缘布置力筋
Ny下以抵抗正弯矩时
当由上缘不出现拉应力控制时:
Mmin
e下一K下
1
AyRy
当由下缘不出现拉应力控制时:
Mmax
1
AyRy
c.当截面中只在上缘布置力筋
以抵抗负弯矩时:
当由上缘不出现拉应力控制时
Mmin
e上K下
1
AyRy
当由下缘不出现拉应力控制时
Mmax
=■■
K上-e下AyRy
当按上缘和下缘的压应力的限制条件计算时（求得预应力筋束数的最大值）。
可由前面的
式⑹和式（8）推导得：
n-叽佔K上）-下e下）阿上W下府[Ra]
AyRy
n下」m”®）Mmax（K上®）“上W）e上叫
（K上K下）（e上e下）
AyRy
（K上K下）（e上
n下根束，则上部束也要相
当承受Mmin时，n上
e下—K下'
=n下
&e上
有时需调整束数，当截面承受负弯矩时，如果截面下部多配应增配n上根，才能使上缘不出现拉应力，同理，当截面承受正弯矩时，如果截面上部多配
n上根束，则下部束也要相应增配n下根。
其关系为:
__'e卜K卜
当承受Mmax时，n下n上
k上+e下
（三）、对于刚构桥中跨，由于有轴力的存在，理论上应考虑轴力对预应力束估算的影
响，计算时将轴力所产生的应力计入上面的式（5）~（8）中，参照同样方法可导出预应力
筋束数，但当轴力较小时，可略去其对计算式的影响，而在实际布筋时作适当考虑。
（四）预应力筋的布置：
（1）、不但要保证结构在正常使用阶段的受力需要，而且也要考虑结构的承载能力极限状态的需要。
（2）、应注意保证曲率半径，避免多次反向曲率，从而减少摩阻损失。
（3）、注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力。
（4）、施工方便。
（5）、锚具在梁端的布置尽量减少局部应力。
（6）、锚具间应满足最小净距的要求。
（7）、尽量对称布置。
（8）、留有一定数量的备用管道，一般占总数的1%。
估算钢筋完成后，应分别给出静定束（前期束）和超静定束（后期束）各个截面有关数量列表，其中应包括截面最大、最小弯距，计算数量，取定的根数（编号），各截面钢束的
面积，钢束重心距梁顶（底）的距离。
此外对于弯起的钢束应计算每种类型钢筋的几何要素
（包括起弯角、起弯半径、纵向切线的长度（若钢筋不水平，则应给出转折点坐标）、弧长、
直线段长、起弯点和终弯点及锚固点坐标、该种类型钢束的数量以及该类型钢束的总长）
后张法预应力砼梁在张拉锚固阶段，预应力管道内未压浆，由预加力引起的应力按构件
砼截面净面积计算，在使用阶段，一般预留孔道已压浆，认为钢束与砼结合良好，可按换算
截面计算。
净截面几何特性在计算预应力损失时要用，故需对每一个截面进行计算，首先根
据毛截面特性（面积、重心位置、面积矩）和管道特性（面积、重心位置、面积矩）求出净截面面积和面积矩，进而求出净截面的重心位置，最后求得毛截面对净截面重心位置的惯性矩（正）和管道对该位置的惯性矩（负），将两者相减得净截面的惯性矩。
在控制截面检算时要用到换算截面几何特性，故仅需计算控制截面的换算截面几何特性，首先根据净截面特
性（面积、重心位置、面积矩）和预应力筋特性（换算面积、换算重心位置、换算面积矩）求出换算截面面积和面积矩，进而求出换算截面的重心位置，最后求得净截面对换算截面重
心位置的惯性矩（正）和预应力筋对该位置的惯性矩（负），将两者相加得换算截面的惯性矩
截面特性的计算：
静特性=截面全特性-管道的特性。
换算截面特性=静特性+nyX钢束截面特性。
由于考虑到孔道压浆部分的砂浆未受到预应力的作用，在活载作用时有可能开裂，因而
未计入该部分的面积的影响。
4、预应力损失的计算（参见规范第5.2.5条~第5.2.12条）预应力损失包括：
摩阻损失、锚具变形及钢筋回缩、混凝土的弹性压缩、预应力筋的应力松弛、混凝土
的收缩与徐变等5项。
1）预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失可按下式计算：
dk—张拉钢筋时锚下的控制应力（w0.73Ry）
卩--预应力钢筋与管道壁的摩擦系数，对金属波纹管，可取0.2
0--从张拉端至计算截面曲线管道部分切线的夹角之和，以rad计,
k--管道每米局部偏差对摩擦的影响系数，可取0.002
x--从张拉端至计算截面的管道长度，以米计。
各截面平均摩阻损失匚引计算表（参考表）
****截面
钢束号
束数
0（rad）
x（米）
0+kx
每束s1（MPa）
总计s1（MPa）
该截面总损失送CTs1=,钢束总数=平均损失=
需给出计算表格，纵向为钢束号、束数及各个截面（包括每束损失和小计），竖向
为钢束号、各截面钢束总数、各截面钢束总损失及平均损失。
为简便，可仅计算支点、
L/4截面、L/2截面等三截面的预应力损失。
6mm.
需考虑与张拉钢筋时的摩阻力相
2）由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失，可按下式计算:
l具变形、钢筋回缩和接缝压缩值；统一取
l--预应力钢筋的有效长度；
Ey--预应
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