2013-1课程设计指导书.doc

桥梁工程课程设计指导书编制：黄文雄长江大学城市建设学院2013.7.7桥梁工程课程设计指导书（黄文雄）桥梁工程课程设计指导书1. 课程设计的性质和任务：桥梁工程是土木工程（道路与桥梁工程）专业一门专业核心课程，主要包括桥梁设计荷载的计算、结构的构造布置、荷载的横向分布计算、结构受力分析、强度应力验算等内容，并进行施工图的绘制训练；是一门理论和实践并重的课程。课程设计是专业教学计划中的重要环节，其目的是让学生系统的巩固所学的理论知识，初步掌握桥梁结构设计的基本原理，熟悉桥梁结构设计的方法、步骤和内容。要求学生在教师的指导下，独立完成一座桥梁结构的设计，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力。通过课程设计，要使学生熟悉桥梁设计规范，初步掌握桥梁结构设计的基本计算理论和方法，提高分析和解决实际工程问题的能力，培养独立思考和独立工作能力、组织能力以及认真负责的工作态度，具有桥梁结构设计的初步能力；同时对桥梁工程课程的知识有一个全面的复习，并为毕业设计以及今后工作中遇到各种交通工程结构物的设计打下良好的基础。本课程设计指导书与王丽荣或姚玲森主编的桥梁工程教材及相关规范配套使用。2. 课程设计题目与内容：荆州市西干渠园林路桥桥梁结构设计3. 课程设计设计起止时间：20年月日20年月日（共2周）4. 设计要求依据设计任务书的要求，根据桥址处的水文与地质条件，结合当地的实际状况与自然条件，选择一种适当的桥型，设计修建一座科学、经济、实用、合理的现代化桥梁，使其满足桥下流水、桥上行车的要求，方便当地人民群众的生产与生活，完善城市道路网的建设，促进城市经济的发展。5. 课程设计所需资料及原始数据(1) 桥址概况：该桥位于荆州市西干渠上。西干渠疏挖断面上宽25米，下底宽13米，深3.0米，设计渠道边坡12，渠底高程25.64，设计洪水高程28.16米，设计枯水位高程26.96米，为非通航性河道；(2) 桥址中线地质断面图一幅；(3) 全桥为双幅双车道，桥面净宽：净9+2*1.5米；(4) 设计荷载：公路级，人群荷载3.0kN/m；(5) 参考桥面设计标高：32.00米；(6) 结构抗震设计应符合公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）的规定；(7)需要其他资料可在设计过程中搜集或予提供。6. 课程设计应完成的主要内容桥梁结构设计主要包括设计资料的收集及设计条件分析、水文计算与方案比选、上部结构设计、下部结构设计*、施工技术/施工组织设计*等；其中本次课程设计由于时间的限制，主要进行上部结构设计中的主梁结构设计，对于水文计算与方案比选，同学们有所了解即可；至于上部结构设计中的行车道板的设计、横隔梁的设计以及下部结构设计、施工技术/施工组织设计则属于提高部分，有兴趣的同学可以选做；对于桥型选择为拱桥的同学，则主要是主拱圈的结构设计。各部分的主要内容与要求如下：（1）设计资料的收集及设计条件分析本部分主要是对桥梁设计与建设的依据、目的、意义、规模及性质进行论证，从而为桥梁的设计与建设提供依据，其应该是对本工程原工程可行性研究内容的提炼与总结。与此同时，要收集桥梁所在地区的自然条件、经济状况、施工条件等，为桥梁的设计与建设提供基础资料，为下一步桥梁设计方案的比选及结构设计工作做准备。要求：a）论证桥梁设计与建设的目的、意义； b）收集桥梁所在地区的各种信息，为桥梁设计与建设做准备。（2）水文计算与方案比选A）主要任务根据所给资料结合当地自然条件，自己收集相关资料进行水力水文计算，确定桥长、跨径、主要设计标高（参考桥面设计标高已给定）；综合考虑各方面的因素，遵循桥梁设计 “安全、适用、经济、美观、先进、环保与可持续发展”的基本原则，设计出2种以上（至少2种）的可行性桥型方案，进行综合分析与比选，选出推荐方案。要求：a）对于水文计算部分，考虑实际情况，本次设计不作要求，直接由桥址概况与给定的参考桥面设计标高确定桥型方案；b）桥型方案比选的过程，只需大体陈述自己的理由就行了，要求并不十分严格；c）参考桥型方案：简支梁桥，预应力简支板桥，预应力简支梁桥，连续梁桥，拱桥等；d）参考桥梁跨径：10m3，30m，9m+12m+9m等；e）绘制桥梁方案比选示意图、桥型方案一般布置图。B）主要内容在方案比较阶段，应根据桥梁的功能要求，结合桥位地形、地质、水文、其它自然条件，首先完成有关的水力水文计算，确定桥长、跨径、主要设计标高；之后综合考虑各方面的因素, 遵循桥梁设计 “安全、适用、经济、美观、先进、环保与可持续发展”的基本原则，设计出2种以上（至少2种）的可行性桥型方案，进行综合分析与比选，选出推荐方案。方案比选主要应考虑以下几方面问题：安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期等。方案比选应包括：桥梁型式：思路要宽广，可暂不管经济、美观与否都可提出，可不拘材料类型，或可同时考虑上、中、下承式各种桥型。总之，凡具有一定优点而有可能实现的体系，均可提出。截面类型：在确定桥梁型式后，对各种可能采用的截面型式进行比选。墩柱型式：应使上下部协调一致，轻巧美观，与城市环境和谐、匀称。墩台选型一般服从梁部型式，此外，也受占地、道路、通视等限制。方案评比的主要内容是：工程材料指标和造价、施工技术力量、施工设备、工期、养护和维修运营、抗震性能、修复、跨线条件、美观等方面。C）主要步骤根据所给资料结合当地自然条件，自己收集相关资料进行水力水文计算，确定桥长、跨径、主要设计标高（参考桥面设计标高已给定）；选择 3 个方案，分孔并拟定各部主要尺寸（含下部、基础的形式和主要尺寸）；方案比较的主要内容（打为主要的比较内容）： a) 主要材料（砼、钢材、木材）用量 b) 劳动力数量 c) 总造价：上、下部分别比较后综合 d) 工期e) 养护费用f) 营运（行车）条件g) 有无困难工程（或复杂施工技术） h) 要否特殊机具i) 其它（如标准跨径等）。 选定“推荐方案”D）注意事项在进行方案设计与比选时，思路要宽广, 先不管高次超静定结构计算是否有复杂性，只要认为是可行的、合理的桥梁方案均可以提出来。各个方案绘制在一张图纸上，图上要标出桥梁总长、跨径、矢高、矢跨比、主粱高度、低水位、常水位、设计洪水位、通航水位、路线标高等，在方案比较图中，每个方案应绘制立面图和横剖面图，同一图中 X 向与 Z 向只准用同一比例尺。立面图与剖面图可以用不同的比例尺，横剖面图可以大一些。方案比较图应有必要的附注说明和工程材料数量比表较。推荐方案要求理由充足，方案比选要绘制比选方案图，编写方案比选说明书。方案图应绘制纵向立面图、横向剖面图和平面图。各方案图上除应注明必要的数据外，还应列出方案的主要材料数量，并附注各项说明，诸如图面比例、采用规范名称、荷载等级等。说明书应包括：本桥设计的任务、编制方案的根据和原则、水力水文计算、各个方案的优缺点、方案评比的论证说明、工程材料的估算和依据、施工吊装的方法等等。说明书言简意赅，其中引用的文献资料名称以及冗繁的计算过程均应列入附录备查。（3）上部结构设计A）主要任务根据选定的桥型方案选定上部结构的结构形式，拟定结构的几何尺寸；之后依据所选方案、拟定的结构尺寸、任务书相关资料、相关规范及其它自己收集的各种资料，进行上部结构内力计算（恒载内力、活载内力、作用效应组合）与结构设计（主梁、横隔梁*、桥面板*、支座*或拱桥主拱圈结构设计）。要求：a）根据选定的桥型选定上部结构的结构形式，拟定几何尺寸，绘制上部结构一般布置图； b）根据拟定的结构进行结构内力计算与结构设计，绘制相应图纸（上部结构构造及配筋图、桥梁细部构造图、结构大样图等）。c）简支梁上部结构设计主要应包括：主梁、横隔梁*、桥面板*、支座*的设计等；考虑到时间有限，在本次课程设计中，只要求进行主梁的结构设计；其它部分属于提高部分，不作硬性要求，有兴趣的同学可以在课外选做；d）简支梁主梁结构设计主要应包括： 主梁恒载内力计算； 主梁荷载横向分布系数与主梁活载内力计算； 主梁截面设计与配筋； 结构验算：结构各部的承载力、应力验算，裂缝验算，变形验算与预拱度的设置等。e）若桥型选择为拱桥，则结构设计主要应包括： 拱桥受力力学体系确定、拱轴线线型选择与拱上建筑的布置； 恒载内力计算（计弹性压缩）； 活载内力计算（计弹性压缩）； 温度内力计算（年温差内力，不计骤变温差；砼结构须计算砼收缩、徐变影响力）； 裸拱内力计算（无支架施工时）； 内力组合； 主拱强度验算如验算通不过时： 修改截面尺寸或调整总体尺寸； 内力调整；f）上部结构设计过程与内容参考课本、相关参考书、桥梁工程课程设计指导书（黄文雄）及其相应的参考设计附录； g）结构设计的方法、指标与标准应符合公路桥涵设计通用规范（JTGD602004）、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD622004）等的相关规定；h）要求图幅整洁、设计合理、内容完整；i）该步骤为本次设计的重点和难点，工作量大，必须重视；j）本次课程设计老师可以提供相应的“桥梁博士（破解版）”，学有余力的同学可对软件进行学习后，用软件对自己的设计成果进行校核。B）主要内容结构设计是根据方案评比后的推荐方案进行设计计算；或根据教学要求，由指导教师指定某一方案进行设计。其主要训练学生正确拟定结构构件尺寸，进行上、下部结构受力分析，构件的截面设计与验算，桥面板的设计计算等（结构体系比较简单时, 应对桥梁支座、桥面连续构造进行验算或设计计算），进一步了解与应用公路桥涵设计规范、查阅和应用有关资料，最后作出结构设计详图。结构设计的主要内容包括：1）详拟上部结构尺寸。针对选定的桥型方案，结合施工方法，确定相应的结构形式，并初步给定结构各构件的材料与尺寸，特别应满足构造要求；拟定结构细部构造及尺寸估算要有根据、有理由，实际工作中可参考相应的标准图。具体确定桥面铺装的做法，选定附属设施等。2）桥跨结构设计选定桥型为简支梁桥：）主梁的设计： 主梁内力计算根据桥梁的结构形式和桥梁所处的环境及其功能，确定桥梁可能受到的荷载作用，如恒载、车辆荷载、车道荷载、人群荷载、风荷载、地震作用、温度作用等然后进行结构在各种荷载作用下的内力分析。特别注意，对于汽车荷载的计算，应选用适当的横向分布系数的计算方法。内力组合：确定主梁在各种荷载组合作用下的内力，并确定控制内力。 主梁截面配筋计算或预应力筋的估算和布置桥型为简支梁桥：依据组合而得的控制内力，进行主梁截面受力主钢筋配筋计算，并进行合理的布置。桥型为预应力简支梁桥：依据组合而得的控制内力，初步估计预应力筋的数量，并进行合理的布置。 预应力损失计算（桥型为预应力简支梁桥时）依据现行桥规（JTG D62-2004）的相应规定，计算预应力损失。 主梁截面验算进行结构在施工阶段与运营阶段的承载力与变形验算。如果验算结果过于富余或不满足，应调整主梁的截面尺寸或主受力筋/预应力筋的配置。 主梁变形验算与预拱度对主梁变形进行验算，看是否满足规范要求；如不满足，则应设置预拱度，要计算预拱度的大小。）横隔梁的设计。 横隔梁内力计算首先应选定合适的横隔梁模型和恰当的计算方法，原则上，横隔梁的计算方法应与主梁的计算方法相对应。横隔梁的恒载内力一般较小，可予以忽略，但仍应采用极限状态的方法对荷载进行组合。应分别计算最大正弯矩和最大负弯矩。 横隔梁配筋及验算横隔梁一般跨径不大，采用钢筋混凝土一般能达到跨径的要求，所以可通过计算配置普通钢筋，确实需要时，也可采用预应力混凝土结构。对应于最大正弯矩和最大负弯矩，横隔梁的配筋分为正弯矩筋和负弯矩筋。由于横隔梁中的剪力较小，一般不需通过计算配置专门的受剪钢筋。）行车道板的设计 行车道板内力计算计算行车道板内力之前，首先应判断行车道板的类型，从而得到其受力图式。行车道板上的荷载最主要的是恒载和汽车荷载。特别应注意荷载分布宽度的概念。 行车道板配筋及验算根据行车道板的悬臂长度和所受荷载的大小，可能采用钢筋混凝土材料，也可能采用预应力混凝土材料。配筋时，一般取沿纵向1m宽的板条进行计算。特别值得一提的是，应注意行车道板控制弯矩的符号，注意主筋的布置位置。）支座的设计根据桥梁的结构形式和跨径大小，选定合理的支座类型。当前在公路桥梁和城市桥梁中，采用较多的为橡胶支座。对于板式橡胶支座可进行详细的设计计算，对于盆式橡胶支座，限于条件，可仅提供相应的技术参数和要求。选定桥型为拱桥： 拱桥受力力学体系确定，拱轴线线型选择，截面尺寸拟定与拱上建筑的布置：确定拱桥的力学体系（三铰拱、两铰拱、无铰拱、组合体系拱、其它体系拱）；拟定拱桥的拱轴线线型（圆弧线、悬链线、抛物线）。查阅交通部部标准公路砖石及混凝土桥涵设计规范、公路设计手册(拱桥)与桥梁工程等有关资料，拟定拱圈和拱上建筑的各部尺寸；栏杆部分可套用标准图设计。 确定拱轴系数拱轴系数m值的确定，一般采用“五点重合法”的“试算法”来进行确定。 恒载内力计算（计弹性压缩）；恒载内力计算要分“不考虑弹性压缩的恒载内力”与“考虑弹性压缩的恒载内力”两部分来算。 活载内力计算（计弹性压缩）；活载内力计算常采用影响线法，也要分“不考虑弹性压缩的活载内力”与“考虑弹性压缩的活载内力”两部分来算。 温度内力计算（年温差内力，不计骤变温差；砼结构须计算砼收缩、徐变影响力）；给出拱圈砌体的线膨胀系数值后，即可按已知条件计算温度变化内力；砼结构须计算砼收缩、徐变影响力则可作为额外降低温度来考虑。因温度下降时的内力与温度上升时的内力大小相等，符号相反，故列表只计温升(或温降)内力即可。 内力组合；必须按桥规的规定，对以上已计算的内力进行组合，并应正确确定各种荷载的安全系数。 主拱强度及稳定性验算主拱强度及稳定性验算主要包括：拱圈强度和应力验算，拱圈的稳定性验算，裸拱内力计算（无支架施工时，主要包括在裸拱自重内力作用下，强度及稳定性的验算）。如验算通不过时： 修改截面尺寸或调整总体尺寸； 内力调整。（4）下部结构设计*A）主要任务根据地质条件、水文条件、桥型方案、上部结构形式、荷载特性、材料情况及施工要求等因素，全面考虑，选定下部结构形式，并进行下部结构的设计计算。要求：a）综合考虑各方面情况，选定下部结构形式，并拟定尺寸；b）下部结构可以只选择一个有代表性的下部结构（如某一桥墩或桥台）进行设计计算；c）对于下部结构设计，本次设计不做要求，有兴趣的同学可以在课外选做。B）主要内容1）桥墩的设计：确定桥墩类型，详拟桥墩各部分的尺寸结合方案比选，确定桥墩类型，并详拟桥墩各部分的尺寸。特别强调的是关于墩帽（或盖梁）的尺寸，必须通过相应的计算公式求得。同时各部分尺寸应满足构造的要求。同时确定出桥墩各部分的材料类型。内力计算及组合应针对各种验算项目，找出相应的最不利荷载布置和组合，从而求得桥墩的设计荷载。应适当考虑是否计及水浮力、流冰压力等的影响。截面配筋及验算进行控制截面的配筋计算和相应的截面验算。2）桥台的设计详拟桥台各部分的尺寸同桥墩内力计算及组合应针对各种验算项目，找出相应的最不利荷载布置和组合，从而求得桥墩的设计荷载。特别的，台后存在主动土压力，作用于台后的汽车荷载也将作为换算土层厚度而加以考虑。验算包括强度、截面偏心及稳定性等的验算。3）基础的设计计算根据桥位处的地质情况确定桥墩及桥台的基础类型，结合上部结构传来的最不利荷载情况进行基础的设计。（5）施工技术/施工组织设计*A）主要任务结合设计要求、现场地形、地质条件、施工技术设备、施工季节、气候及水文等条件研究确定施工方案，并进行施工组织设计。要求：a）在桥梁结构设计的基础上，选定适当的施工技术，确定施工工艺与施工流程，进行施工组织设计；b）对于施工技术/施工组织设计，本次设计不做要求，有兴趣的同学可以在课外选做。B）主要内容1）上部结构： 吊装用起重机械及运输机械的选择； 构件的吊装方法的确定； 保证工作质量及安全施工的重要措施。2）下部结构： 施工机械及模板的选择； 施工方法的确定； 保证工作质量及安全施工的重要措施。C）注意事项这部分设计工作主要培养学生正确认识设计与施工的关系，设计时必须考虑施工的可行，对于有结构体系转换的桥梁更为重要，必须认真考虑：要学生树立起结构内力与施工工序有关的概念，要画出典型的主桥和一个桥墩的施工方法示意图。在施工方法中主要应考虑的问题有： 1）确定主要工序的施工方法； 2）主要机具设备及使用的时间； 3）根据施工期限安排，拟定概略施工进度图； 4）合理安排劳动力。 结合学生的具体的毕业实习内容，对那些在毕业实习中参与过桥梁施工主要过程的学生，可以把桥梁施工组织设计及施工管理设计作为重点内容来要求。7. 课程设计应提交的成果(1) 设计说明书设计计算说明书按设计内容，详细说明设计依据、设计思想、方案论证、计算方法及过程、力学图式、依据和必要的说明、设计计算成果等，要求思路明确、条理清晰、图表整齐；电算部分，还应附上计算程序及源程序说明书。设计计算说明书主要应包括设计资料的收集及设计条件分析、水文计算与方案比选，上部结构设计计算书，下部结构设计计算书*，施工技术/施工组织设计*等内容。注1：设计说明书采用A4幅面（手写或打印）；注2：相关设计成果应在设计说明书与设计图纸中都有体现；注3：设计说明书应有封面、目录，并与设计图纸分开，装订成册；注4：标注“*”部分为提高部分，不作硬性要求，有兴趣同学可以选做。(2) 设计图纸 结构设计图应清楚表达结构各构件的布置/位置、各构件的材料、截面形式与尺寸等，主要图纸如下：a) 桥梁方案比选示意图b) 桥型方案一般布置图/桥梁总体布置图/桥跨布置立面图c) 上部结构施工图（主梁、横隔梁*、桥面板*、支座*或主拱及拱上建筑构造图的一般布置图、构造及配筋图）d) 桥墩施工图（一般布置图、构造及配筋图）*e) 桥台施工图（一般布置图、构造及配筋图）*f) 基础施工图（一般布置图、构造及配筋图）*g) 桥梁细部构造图、结构大样图h) 施工总平面布置图*i) 施工工艺流程图*j) 施工进度图*k) 表格部分及其它内容等l) 【对于学有余力的同学，可以用设计软件对设计成果进行校核，并打印所有相应的软件设计成果（图纸与表格）】*注1：设计图纸另外装成册，需另有封面、目录、设计总说明；注2：设计图纸中的文字说明、图纸、表格的幅面尺寸均采用A3幅面（横式），所有图纸均应符合国家现行有关制图标准；注3：所绘图纸中至少有一幅为手绘图；注4：图纸应图幅整洁、设计合理、内容完整、标注明确、字迹清晰； 注5：标注“*”部分为提高部分，不作硬性要求，有兴趣同学可以选做。8. 教学方法与课时安排采取以学生自主设计为主，教师指导为辅的教学方法，全程由教师答疑指导。时间安排：(1) 教师讲授：1天；(2) 设计资料的收集与桥型方案比选：1天； （占总体考核的10%）(3) 上部结构设计：7天；（占总体考核的50%+20%）设计内容时间安排（天）备注拟定几何尺寸，绘制上部结构一般布置图1（占总体考核的5%）主梁恒载内力计算1（占总体考核的10%）主梁荷载横向分布系数与活载内力计算1（占总体考核的15%）主梁截面设计与配筋1（占总体考核的15%）结构验算1（占总体考核的5%）结构图纸绘制与计算书整理2（占总体考核的20%）(4) 设计文件的整理：1天。注：平时考勤与纪律占总体考核的20%。9. 课程设计过程管理学生在课程设计过程中，为了加强管理，安排了专门教室进行课程设计；并且实行指导教师值班制，学生设计考勤制，对表现特别差的学生取消课程设计成绩。(1) 纪律要求教师：a) 值班教师每天上午830，下午1430前到指定地点做好学生签到准备；b) 值班教师在上班期间，应在指定地点认真值班，为学生答疑；学生：c) 学生每天上午8301130，下午14301730必须到指定地点签到并进行设计；d) 学生非特殊原因，不得请假（病假需有医院证明，事假需有学工办证明）；e) 请假超过设计时间三分之一者，课程设计无成绩；f) 无故缺席者，作旷课论；旷课超过三次者，课程设计无成绩；g) 平时考勤计入课程设计成绩考评之中。(2) 指导教师值班安排表时间星期一星期二星期三星期四星期五指导教师黄文雄佘艳华佘艳华佘艳华佘艳华时间星期一星期二星期三星期四星期五指导教师佘艳华黄文雄黄文雄黄文雄黄文雄10. 与其他相关课程的关系在进行课程设计之前，先学习桥梁工程、结构力学、混凝土结构设计原理、土力学、基础工程、计算机辅助设计等课程。11. 评分标准及考核办法在课程设计的考核方面，注重方案设计要有创新，对有创新点的设计不仅给予好成绩，而且鼓励学生将其作为课外创新活动的题目做下去，使学生得到进一步的锻炼和提高。课程设计成绩的评定主要依据：设计文件的完整性、设计质量、设计图纸绘制的准确性、学生平时表现等四项来确定，考核等级分为：优、良、中、及格、不及格五个等级。各部分内容分项分值见8：12. 参考书目1. 桥梁工程（第2版），姚玲森主编，人民交通出版社，北京，2008.5；2. 桥梁工程，王丽荣主编，中国建材工业出版社，北京；2005.9； 3. 公路工程技术标准（JTGB01-2003），北京：人民交通出版社；4. 公路桥涵设计通用规范（JTGD602004）人民交通出版社