桥梁工程课程设计完整版.docx
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桥梁工程课程设计完整版
.
桥梁工程课程设计报告书
一、设计资料
1桥面净宽净-7+2×1.5m人行道
2主梁跨径及全长
标准跨径
l0=21.70m
（墩中心距离）
计算跨径
l=21.20m
（支座中心距离）
主梁全长
l全=21.66m（主梁预制长度）
3设计荷载
公路—I级；人群荷载3.0kNm2
4设计安全等级
二级
5桥面铺装
沥青表面处厚5cm（重力密度为23kNm3），混凝土垫层厚6cm（重力密度为24kNm3），T梁的重力密度为25kNm3
6T梁简图如下图
.
.
沥青混凝土50mm
水泥混凝土垫层60mm
主梁横截面图
二、设计步骤与方法
Ⅰ.行车道板的内力计算和组合
（一）恒载及其内力（以纵向1m宽的板条进行计算）
1）每延米板上的恒载g
沥青表面g1：
0.05×1.0×23
1.15kN
m
混凝土垫层g2：
0.06×1.0
×24
1.44kN
m
T梁翼板自重g3：
g3
0.08
0.14
1.0
25
2.75kNm
2
合计：
g=
gi
5.34kN
m
.
.
2）每米宽板条的恒载内力
悬臂板长
l0
160
18
0.71m
2
弯矩MAg
1gl2
1
5.34
（0.71）2
1.35kN·m
2
2
剪力QAg
gl05.34
0.713.79
kN
（二）汽车车辆荷载产生的内力
60５0
1）将车辆荷载后轮作用于铰缝轴线上，后轴作用力为140kN，轮压分布宽度
如图5所示，车辆荷载后轮着地长度为a20.20m，宽度b20.60m，则得：
a1
a2
2H
0.2
2×0.11
0.42m
b1
b2
2H
0.6
2×0.11
0.82m
荷载对于悬臂梁根部的有效分布宽度：
aa1d2lo
0.421.420.713.24m
2）计算冲击系数μ
结构跨中截面的惯矩
Ic：
翼板的换算平均高度：
h
1
cm
81411
2
.
.
160
18
11
11
130
18
130
主梁截面重心位置：
a
2
2
41.18cm
160
18
11
130
18
则得主梁抗弯惯矩：
1
1141.211
2
1
130
2
Ic
16018
113
160
18
18
2
18
130
41.26.63106m4
12
2
12
2
结构跨中处单位长度质量
mc：
G
15.45
3
10
3
Ns
2
2
mc
9.8
1.57710
/m
g
混凝土弹性模量E：
取E2.801010N/m2
由以上数据可得简支梁桥的基频：
f
EIc
3.14
2.80
10
0.0663000
3.790
Hz
2
mc
2
103
2l
2
1.577
按照《桥规规定》f介于1.5Hz和14Hz之间，冲击系数按照下式计算：
110.1767fln0.01571.22
由于这是汽车荷载局部加载在T梁的翼缘板上，故冲击系数取1+=1.22
3）作用于每米宽板条上的弯距为：
M
Ap
1
Pl
b1
1.3140
2
0.710.82
14.18
4a
o
4
3.
24
4
kN·m
4
作用于每米宽板条上的剪力为：
QAp
1
P
1.31402
28.5kN2
4a
4
3.24
（三）内力组合
1）承载能力极限状态内力组合计算
Mud1.2MAg
1.M4AP
1.2（1.35）1.4（14.18）
21.47
kN·m
Qud1.2QAg
1.Q4AP
1.23.791.428.5244.48
kN
2）正常使用极限状态内力组合计算
.
.
Mud
MAg0.7MAP
1.350.7
（14.18）11.28
kN·m
Q
Q
0.7Q
3.790.72
8.5223.75
ud
Ag
AP
kN
Ⅱ.主梁荷载横向分布系数计算
（一）当荷载位于支点处时（应按杠杆原理法计算）
根据《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004）规定，在横向影响线上确定荷载沿横向最不利的布置位置。
例如，对于车辆荷载，规定的车轮横向轮距为1.8m，两列汽车车轮的横向最小间距为1.3m，车轮矩离人行道缘石最少为0.5m。
1#梁
车辆荷载
maxA1q
Pq
0.4P38
q
2
q
人群荷载
maxA1r
Pr0.751.6P5or6
由此可得1号梁在车辆荷载和人群荷载作用下的最不利荷载横向分布系数分别为
m
0.438
1.656
（
号同
1
号）
oq1
和mor1
5
同理可得2号梁在车辆荷载和人群荷载作用下的最不利荷载横向分布系数分别为：
.
.
2＃梁
moq2
0.5
0
（4号同2号）
和mor2
同理可得3号梁在车辆荷载和人群荷载作用下的最不利荷载横向分布系数分别为
3＃梁
moq30.594和mor30
（二）当荷载位于跨中时（考虑用修正偏心压力法计算）
对抗扭修正系数的计算：
.
.
n
cbt31
1.60.113
0.3001.190.183
2.79103m4
由于IT
i1
3
1.402
l21.2
2.652
B51.6
1
0.85
2
1GITl
EIB
本桥各根主梁的横向截面均相等，梁数
n=5,梁间距为
1.6米，则
5
2
2
2
3
4
5
2
a
i
a
a
a
a
a25.6
m
i1
1
2
3
4
5
1号梁横向影响线的竖标值为
11
1
ai2
0.2
0.85
0.4
0.54
n
n
a12
i1
15
1
ai2
0.2
0.85
0.4
0.14
n
n
a12
i1
由
11、
15绘制1号梁横向影响线，如下图示
最不利荷载位置
1＃梁影响线
.
.
于是，1号（5号同1号）梁荷载横向分布系数计算如下（以xql和xr分别表示影响线零点至汽车车轮和人群荷载集度的横坐标距离）：
车辆荷载：
mcr1=1
q
1（q1
q2
q3
q4）
1
11（xq1xq2xq3xq4）0.455
2
2
2
x
人群荷载：
mcr1
11xr0.564
x
同理可得2号、4号梁的荷载横向分布系数：
2＃梁影响线
1
a22
1
a22
21
n
n
=0.285；25
n
n
=0.115
2
2
ai
ai
i1
i
1
车辆荷载：
mcq2=0.115；
人群荷载：
mcr2=0.313
同理可得3号梁的荷载横向分布系数：
.
.
3＃梁影响线
31
1
a32
0.2；35
1
a32
0.2
n
n
n
n
ai2
ai2
i1
i1
车辆荷载：
mcq3=0.4；
人群荷载：
mcr3=0.2
（三）主梁荷载横向分布系数汇总
梁号
荷载位置
公路-Ⅰ级
人群荷载
跨中
0.455
0.564
1,5
支点
0.438
1.656
跨中
0.115
0.313
2,4
支点
0.5
0
跨中
0.4
0.2
3
支点
0.594
0
Ⅲ.主梁内力计算
（一）恒力内力计算
1.恒载集度
主梁：
g10.181.3
0.080.141.60.18259.76kN/m
2
.
.
横隔梁：
对于边主梁：
1.00
0.08
0.14
1.60
0.18
2
2
g2
21.20
对于中主梁：
g12
2
0.056
0.112
kN/m
桥面铺装层：
g3
0.05
7
23
0.06
7
24
3.63
5
栏杆和人行道：
g4
5
2
2
kN/m
5
作用于边主梁全部恒载
g为：
g
gi
9.76
0.056
作用于中主梁的恒载集度为：
g1
gi
9.76
0.112
2.恒载内力
l/4
跨中弯矩影
3L/4
响线
0.75
1
支点剪力影
0.25
响线
0.15525
0.056kN/m
kN/m
3.63215.45kN/m
3.63215.50kN/m
1/4跨弯矩影
响线
1/4跨剪力影
响线
边跨弯矩剪力影响线
计算主梁的弯矩和剪力，
Mx1qlx1qlx2；
22
Qx1qlqx;
2
.
.
主梁个计算截面的恒载剪力和弯矩值，列于下表中
剪力Q（kN）弯矩M（kN·m）
x0
15.45
M0（0）
Q
21.2163.8（164.3）
2
1
Q
15.45
21.2221.2
M
15.45
21.221.2
21.2
x
4
2
4
2
4
4
81.9（82.2）
651.0（653.1）
x
1
Q
0（0）
1
15.45
2
868.0（870.8）
M
2
8
注：
表中算式所得结果为边主梁恒载内力，括号内为中主梁恒载内力。
（二）活载内力计算
1.公路-Ⅰ级中集中荷载
Pk计算
计算弯矩效应时
Pk
180
21.2
5
246kN
1
5
50
计算剪力效应时
Pk
1.2
238295.2
kN
公路-Ⅰ级中均布荷载
qk
10.5
kN/m
2.冲击系数μ
110.1767lnf0.01571.22
因双车道不折减，故ξ=1。
3.跨中弯矩Ml计算
2
跨中弯矩影响线如下图
.
.
影响线面积：
1l2
1
21.22
56.18m2；y
l
5.3
8
8
4
由于跨中弯矩横向分布系数
1号，5号梁最大，所以只需计算
1号，5号梁的弯矩，
计算如下：
（1）对于1号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中弯矩：
M1q
1
mcq1qk
pky1.2210.45510.556.182465.31051.19kN·m
2
人群荷载的跨中弯矩：
M1mcr1pr0.56431.556.18142.58kN·m
r
2
（2）对于2号和4号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中弯矩：
M11mcq2qkpky1.2210.11510.556.182465.3265.68kN·m
q
2
人群荷载的跨中弯矩
M1rmcr2pr0.31331.556.1879.13kN·m
2
（3）对于3号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中弯矩：
.
.
M1q
1
mcq3qk
pky1.2210.410.556.182465.3924.12kN·m
2
人群荷载的跨中弯矩
M1r
mcr3pr
0.231.556.1850.56kN·m
2
4.
跨中剪力Ql
计算
2
跨中剪力影响线如下图：
鉴于跨中剪力Ql影响线的较大坐标位于跨中部分，故也采用全跨统一的荷载横向分布
2
系数mcq来计算。
影响线面积为：
1121.20.52.688m2；y0.5
22
（1）对于1号和5号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中剪力：
Q1q
1
mcq1qk
pky1.2210.45510.52.688295.25.397.60kN
2
人群荷载的跨中剪力：
Q1r
mcr1qr
0.56431.52.6886.82kN
2
（2）对于2号和4号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中剪力：
.
.
Q1q
1
mcq2qk
pky1.2210.11510.52.688295.25.324.67kN
2
人群荷载的跨中剪力：
Q1r
mcr2qr
0.31331.52.6883.79kN
2
（3）对于3号梁
公路-Ⅰ级汽车活载的跨中剪力：
Q1q
1
mcq3qk
pky1.2210.410.52.688295.25.385.80kN
2
人群荷载的跨中剪力:
Ql
mcr3.qr.0.231.52.6882.42KN
2
r
5.支点剪力Q0算
剪力影响线如下图所示：
影响线面积为：
1
21.2110.6m2；y=1
2
横向分布系数变化区段的长度：
a=21.24.855.75m2
.
.
21.2
1
5.75
附加三角形重心影响线坐标：
Y1
3
0.910
21.2
（1）对于1#和5#梁
公路——I级汽车活载的支点剪力
Q
均1
qk
mcq1
amoq1
mcq1y
0
2
1.22
10.5
[0.455
5.75
0.455
0.910]
61.21KN
10.6
0.438
2
Q0集1m0q1Pky=1.2210.438295.21157.74kN
Q0Q0均Q0集61.21
157.74
218.95kN
人群荷载支点剪力：
Q0r
mcr1qr
a
mor1-mcr1Y
2
5.75
56431.510.6（1.656）0.56431.50.910=39.76kN
2
（2）对于2#和4#梁
公路——I级汽车活载的支点剪力：
a
Q0均
1qkmcq2
moq2
mcq2y
2
=1.22×1×10.5×[0.115×10.6+
5.75×（0.5-0.115）×0.910]
2
=28.52kN
Q0集1m0q2Pky=1.22×1×0.5×295.2×1=180.07kN
Q0Q0均Q0集=208.59kN
人群荷载的支点剪力：
Q0rmcr2qr
a
mor2-mcr2Y
2
.
.
=0.313×4.5×10.6+5.75（0-0.313）×4.5×0.910
2
=11.25kN
（3）对于3#梁
公路——I级汽车活载的支点剪力：
Q
均1
qkmcq3
a
moq3mcq3y
0
2
=1.22×1×10.5×[0.4×10.6+5.75×（0.5940.4）×0.910]
2
=60.82kN
Q0集1m0q3Pky=1.22×1×0.594×295.2×1=213.92kN
Q0Q0均Q0集=274.74kN
人群荷载的支点剪力：
Q0rmcr3qramor3-mcr3Y
2
=0.2×4.5×10.6+5.75×（00.2）×4.5×0.910
2
=7.19kN
6.1跨弯矩计算
4
影响线面积=1×3×l2=31.74m2
216
y=3×18.4=3.45
16
（1）对于1#梁：
.
.
按公路——I级汽车荷载：
Mq=（1+μ）Mcq1（qk·+pky）
4
=1.22×0.455×（10.5×42.135+246×3.975）
=788.39kN·m
人群荷载的跨中弯矩：
Mr=0.564×4.5×42.135=106.94kN·m
4
（2）对于2#梁：
按公路——I级汽车荷载：
Ma=1.22×1×0.115×（10.5×42.135﹢246×3.975）=199.26kN·m
4
.
.
人群荷载的跨中弯矩：
Mr
=0.313×4.5×42.135=59.35KN·m
4
（3）
对于3#梁：
按公路一级汽车荷载：
Mq1.220.4（10.5
42.135﹢246
3.975）693.09kN·m
4
人群荷载的跨中弯矩：
Mr=0.2×4.5×42.135=37.92kN·m
4
7.1跨截面的剪力
4
1/4跨剪力影响线如下图：
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