桥梁课程设计资料

1、课程设计 课 程 名 称： 桥 梁 工 程 学 生 姓 名： 学 号 ： 指 导 教 师： 专 业 年 级：交通土建 20122 所在学院和系：土木工程学院 桥梁工程课程设计任务书 一、设计资料 1标准跨径： 25.00m2 计算跨径： 24.50m 3主梁预制长度： 24.80 m4桥面净宽 :净 9+21.0m 其他细部构造、材料以及荷载由学生自行拟定。 二、计算内容 主梁的计算 （包括部分配筋 ） 横隔梁的计算 （ 包括部分配筋 ） 行车道板的计算 （ 包括部分配筋 ） 三、设计要求 设计计算过程条理清楚，内容完整； 设计步骤合理，设计图纸清晰； 计算说明书一律用 4 纸打印（统一采用五

2、号仿宋字体，标题用黑 体），部分计算数据应该用表格说明。 四、设计时间 在一周内独立完成 五、参考文献 1 姚玲森 . 桥梁工程【 M】.北京：人民交通出版社 . 2008.7 ，第二 版 2 邵旭东 .桥梁工程【M】. 北京：人民交通出版社 . 2004.4 ，第二版 . 3 徐光辉，胡明义 . 公路桥涵设计手册梁桥（上册） 【M】. 北京： 人民交通出版社， 2000， 7 4 刘晓尧，赵立成 . 公路桥涵设计手册梁桥(下册【 M】) . 北京： 人民交通出版社， 2000， 6 5 中华人民共和国行业标准 . 公路桥涵设计通用规范( JTGD60 2004)【S】. 北京：人民交通出版社

3、， 2004，9 6 中华人民共和国行业标准 . 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵 设计规范( JTGD62 2004)【 S】. 北京：人民交通出版社， 2004，11 2015-12-25 、设计资料 1. 标准跨径： 25.00m(墩中心距离) 2. 计算跨径： 24.50m（支座中心距离） 3. 主梁预制长度： 24.80 m （主梁全长） 4. 桥面净宽 : 净 9+21.0m 5. 设计荷载 公路级；人群荷载 3.0kN/m2 6. 材料 钢筋 - 主筋采用 HRB335，箍筋采用 R235 T 梁一般材料的重度为 25KN/M 3 沥青混凝土面层 6cm（重度为 23KN/m3）

4、 C30 混凝土垫层厚 8cm（重力密度为 24KN/m3） 每侧栏杆及人行道构件自重的作用力为 5KN/m 二、结构尺寸 本桥按二级公路桥梁净空进行设计，行车道宽度为 9.0m，人行道 宽度为 1.0m;全桥每跨采用 5 根预制的钢筋混凝土 T形梁，每根梁行车道 板宽 2.20m，沿主梁纵向布置 5 根横隔梁 碌尺寸图单位为cm 三、设计步骤与方法 1 、 行车道板计算 （1）结构自重及其内力 每延米板上的结构自重 g 沥青混凝土面层 0.06 1.0 23 1.38kN /m C30混凝土垫层 0.08 1.0 24 1.92kN /m T梁翼板自重 0.1 0.15 1.0 25 3.1

5、2kN /m 2 合计 6.42kN / m 每米宽板条的恒载内力 弯矩 M Ag 1 glo2 1 6.42 0.92 2.6KN m Ag 2 o 2 剪力 QAg gl0 6.3 0.9 5.78KN （2）汽车车辆荷载产生的内力 将车辆荷载后轮作用于铰缝轴线上， 后轴作用力 P 140KN ，轮压分布车 轮荷载后轮着地长度为 a2 0.20m ，宽度 b2 0.60m 则 a1 a2 2H 0.2 2 0.14 0.48m b1 b2 2H 0.6 2 0.14 0.88m 荷载对于悬臂梁根部的有效分布宽度： a a1 2l 0 d 0.48 2 0.9 1.4 3.68m 由于这是汽

6、车荷载局部加载在 T 梁的翼缘板上，故冲击系数取 1 作用于每米宽板条上的弯矩为 2P b12 1400.88 MAP (1 ) (l0 1 ) 1.3 (0.9 ) 16.8KN m 4a 0 44 3.684 作用于每米宽板条上的剪力为： QAp (1 )2P 1.3 2 140 24.72kN Ap 4a 4 3.68 ( 三)荷载组合 恒载 +汽车荷载 : MA MAg MAp 1.52 11. 83 13. 35KN m QA QAg QAg 4.62 27.83 32.45KN 所以，行车道板的设计内力为 : M A 14.77KN m QA 32.53KN 行车道板截面强度及配筋

7、计算 拟采用混凝土的强度等级为 C50，受力钢筋采用 HRB33，5 查公路 钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范可知混凝土强度等级为C50、 钢筋种类为 HRB335时相对极限受压区高度 b 0.56。 查公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 表3.1.4 和表 3.2.3-1 得 fcd 22.4MPa fsd 280MPa fsd 280MPa 0 1.0 拟采用単筋矩形截面形式。 假设 as 38mm，则有效受压区高度 h0 125 38 87mm，根据 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 5.2.2 公式 x 0M d fcdbx h0 0 d cd 0 2 3x 1.0

8、25.428 103 22.4 1 x 87 2 求得 x 15mm 根据公预规第 25 页 5.2.2 公式 5.2.2-2 fcdbx As fcdbx 22.4 1000 15 1200mm2 选 用 HRB335 14 间 距 s fsd280 100mm， As 153.9 10 1539mm2 ， 取保护层 厚 度为 30mm， 14 h0 125 (30 ) 88mm 2 配筋验算如下： fsd Asfcdbx fsd As280 1539 x sd s 19mm fcdb22.4 1000 fcdbx h0 x 2 =22.4 1000 19 88 19 10 6 33.410

9、MPa 2 0M d =25.428MPa bh0 0.56 88 49mm x 19mm 满足公预规 25 页 5.2.2 条要求。 斜截面验算： 0.50 10 2 f td bh0 0.50 10 3 1.0 1.83 1000 88 80.520KN 41.446KN 即满足 0Vd 0.50 10 3 2 ftdbh0 ，当满足此式时可以不进行斜截面 抗剪承载力验算，只需按 9.3.13 条构造要求配置箍筋。 因此，板内分布钢筋采用 R2358(公称截面面积 50.27 mm2 )钢筋， 50.27 100 间距按 15cm配置，配筋率为50.27 15 0.268%，保护层取 30

10、 mm，各 sv 125 1000 种参数都符合构造要求。 四、主梁内力计算 1、 恒载计算 沿主梁方向每延米桥面铺装恒载： g1 0.114 10 1.0 24 27.36KN / m 沿主梁方向每延米 T 梁翼板恒载： 0.1 0.15 g2 5 (2 0.2)1.0 25 28.125KN /m 2 人行道板厚设计成平均厚度为 10cm，则每延米恒载： g3 0.10 2 1 25 5KN 栏杆高 1.2m，每延米恒载： g4 0.3 2 0.6KN 横隔梁间距为 490cm，在主梁范围内总共设有 5道，高 110cm，梁肋 宽 15cm，每道横隔梁总长度为 200 4 20 4 720

11、cm ，重度取 25KN /m， 每延米恒载： g5 5 (1.10 0.15 7.2) 25/25 5.94KN /m 主梁梁肋每延米恒载： g6 (0.2 1.5 1)25 5 37.5KN m 最后得桥梁上部结构每延米恒载为： g总 g1 g2 g3 g 4 g5 g6 27.36 28.12 5 0.6 5.94 37.5 104.25KN / m 每根主梁分担的每延米恒载： g g总 5 104.52 5 20.90KN / m 2、 活载内力计算 (1) 各主梁横向分布系数的计算 (注：主梁编号由左到右一次为 1 5) (A) 支座处各主梁的横向分布系数 在支座处或支座附近，荷载的

12、绝大部分均通过相邻的主梁支座直接 传到桥台。因此，用杠杆原理法计算支座处横向分布系数是完全可行的。 按照杠杆原理绘制 1、 2、3 号梁的荷载横向影响线如下三个 车道荷载： mcq 12 q 1 1.000 0.100 0.550 人群荷载： mcrr 1.500 车道荷载： 11 mcqq 1.000 0.100 0.350 0.725 22 人群荷载： mcrr 0.500 车道荷载： 11 mcqq 1.000 0.100 0.35 0.725 cq 2 q 2 人群荷载： mcrr 0 (B) 跨中各主梁横向分布系数 该桥在跨中、四分之一跨度处及支座处均设有横隔梁，所以具有可 靠的横向

13、联结且桥的宽跨比 B 10 0.41 0.5。因此，可以用偏心压力法 L 24.5 计算跨中的横向分布系数。 根据第 2页 T梁尺寸图，计算其截面参数如下： 1) 抗弯惯性矩 I 和抗扭惯性矩 IT : 翼缘板换算平均高度： h1 10 15 2 12.5cm 截面面积： A 200 20 12.5 20 150 5250cm2 截面对上边缘的静矩： S 200 20 12.5 20 150239062.5cm2 2 则主梁截面重心位置 ax x S 239062.5 45.5cm ； 5250 3 I 200 20 12.53 I 12 2 12.5 2 主梁的抗弯惯性矩 I ： 200 2

14、0 12.5 45.5 20 15031502 20 150 45.5 122 11731312.5cm2 主梁的抗扭惯性矩 IT : 对于翼缘板： 12.5 t 0.0625 0.1,故 c 0.333 ， b 200 对于梁肋： t 200.145 ，用内插法求得 c 0.303， b 150 12.5 IT 0.333 200 12.53 0.303 150 12.5 203 463378.1cm4 (2) 计算抗扭修 正系数 n 5时，1.042，并取 G 0.425E 1 1 GEIIT LB 2 1 1.042 0.425 463378.1 11731312.5 2140.5 2

15、0.90498 (2) 计算横向分布影响线竖标值 ai 0.562 0.399 0.281 0.115 0.679 人群荷载： mcrr 0.653 2 2.02 2 2.0 40m i1 考虑抗扭修正后， 1 号梁的横向分布影响线竖标值为： 11 2 a12 5 ai2 i1 2 1 2 2.0 0.90498 5 40 0.562 15 a12 2 1 2 2.0 0.90498 5 0.162 40 n 5 2 ai mcq 道荷载： 考虑抗扭修正后， 2 号梁的横向分布影响线竖标值为： 1 21 n 25 1 n a2a1 5 ai2 i1 a 2 a5 5 ai2 i1 1 0.90

16、498 2.0 2 2.0 0.381 5 40 1 0.90498 2.0 2.0 2 0.019 5 40 车道荷载： mcrr 0.426 考虑抗扭修正后， 3 号梁的横向分布影响线竖标值为： 31 a3a1 1 5 ai2 5 i1 a3a5 1 5 2 a 5 0.90498 1 n 1 n 0 2 2.0 0.2 40 0 2.0 2 0.2 40 35 0.90498 车道荷载： 11 mcq 2 q 2 0.2 6 0.600 人群荷载： mcrri 0.2 0.2 0.4 由于桥梁结构的对称性，主梁 4 和主梁 5 分别与主梁 2 和主梁 1 对 应，故不需要另行计算。 支座

17、附近和跨中的荷载横向分布系数汇总如下： 横向分布系数 支座 跨中 汽车荷载 人群荷载 汽车荷载 人群荷载 1 号梁 0.550 1.500 0.679 0.653 2 号梁 0.725 -0.500 0.600 0.426 3 号梁 0.725 0.000 0.600 0.400 跨中弯矩是简支梁纵筋配筋控制因素， 通过比较可知， 1 号主梁的跨 中受力最不利，在跨中其横向分布系数为： mcq 0.679mcr 0.653 为了便于施工维护，设计时使 5 根主梁的尺寸、配筋完全相同，只 要 1 号梁跨中能满足设计要求，则其他主梁也必然能满足要求，因此， 只需对 1 号梁进行纵筋配筋设计和验算。

18、 横向分布系数沿主梁方向变化情况 （3）内力计算 结构重力（恒载）内力计算 在前面已经求得每根主梁分担的每延米恒载为 : qk g g总 5 104.52 5 20.90 KN /m 恒载产生的弯矩方程： M x 1qlx 1qx x 2 2 列表计算恒载产生的弯矩如下： 恒载 弯矩值（ KN/m） 1/8 跨度处 686 1/4 跨度处 1176 1/2 跨度处 1569 1 恒载产生的剪力方程： V 12ql qx 列表计算恒载产生的剪力如下： 恒载 剪力值（ KN/m） 支座处 256 跨中 0 可变作用（车道荷载及人群荷载）内力计算 据公桥规 4.3.1 条，公路 -II 级车道荷载的

19、均布荷载及集中荷载 为公路 -I 级的 0.75 倍。下面先求计算跨径为 24.5m时对应的均布荷载及 集中荷载： 内插法求集中荷载： PK 180 360 180 24.5 5 258KN / m K 50 5 均布荷载： qk 10.5KN /m 计算跨径为 24.5m 时对应的公路 -II 级的车道荷载为： 集中荷载： Pk 0.75Pk 0.75 258 193.5KN 均布荷载： qk 0.75qk 0.75 10.5 7.875KN / m 计算汽车荷载的冲击系数 ： 结构跨中处的单位长度质量（ KN/m）： mc 20.905KN / m 103 9.81 2130.989Kg

20、/ m 查 公 桥 规 表 3.1.5 得 标 号 为 C50 的 混 凝 土 弹 性 模 量 EC 3. 45 41M0 P a3 . 4 150 1P0a 又已求得跨中截面惯性矩 I C 11731312.5cm4 0.117313125m4 计算跨径 L=24.5m 据公桥规条文说明 4.3.2 条简支梁桥的自振频率： 2L2 2 24.52 3.45 1010 0.117313125 2130.985 3.6046 Hz 据公 桥规 4.3.2 条，当 1.5Hz f 14Hz时， 0.1767ln f 0.0157 0.1767ln3.6046 0.0157 0.211 分别作 1/

21、8 、1/4 、3/8 、1/2 跨度处截面的主梁弯矩影响线： 汽车荷载及人群荷载都是移动荷载，其内力计算公式： S 1 m qkPk ymax 式中： 汽车冲击系数，人群=0； 内力影响线的面积； ymax 内力影响线的最大竖标值； m荷载横向分布系数； 其他符号意义同前所述。 汽车荷载产生的弯矩列表计算如下： 1号梁 汽车荷载 冲击系 数 横向分 布系数 m 影响线最大 竖标值 (m) 影响线面 积 ( m2 ) 均布荷 载qk (KN/m) 集中荷 载 Pk (KN) 弯矩值 (KNm) 1/4 跨度处 0.211 0.679 4.594 56.273 7.875 193.5 1095

22、1/2 跨度处 0.211 0.679 6.125 75.031 7.875 193.5 1460 人群荷载产生的弯矩列表计算如下： 人群均布荷载标准值为 3.0KN /m2， qk 3.0 1.0 3.0KN / m跨中人 群荷载的横向分布系数为 0.653 。 1 号梁 人群荷载 横向分布 系数 m 影响线最 大竖标值 (m) 影响线面积 ( m2) 均布荷载 qk (KN/m) 弯矩值 (KNm) 1/4 跨度处 0.653 4.594 56.273 3.0 110 1/2 跨度处 0.653 6.125 75.031 3.0 147 作支座处及跨中截面的剪力影响线： Pk qx 24.

23、50m 荷载井布图 1. 0 支座处剪力影响线 支座处剪力计算简图 24.50m 跨中剪力影响线 跨中剪力计算简图 汽车荷载产生的剪力列表计算如下（集中荷载取1.2 Pk）： 1号梁 汽车荷载 冲击系 数 横向分布系 数m 影响线最 大竖标值 (m) 影响线面 积 ( m2) 均布荷 载 qk (KN/m) 集中荷载 1.2 Pk (KN) 剪力 值 (KN) 支座处 0.211 mo 0.550 1.000 12.25 7.875 232.2 231 跨中 0.211 mc 0.679 0.500 6.125 7.875 232.2 135 人群荷载产生的剪力列表计算如下： 1号梁 人群荷载

24、 横向分布系 数m 影响线最大竖 标值( m) 影响线面积 ( m2) 均布荷载 (KN/m) 剪力值 (KN) 支座处 mo 1.500 1.000 12.25 3.0 31 跨中 mc 0.653 0.500 6.125 3.0 12 内力组合 按公桥规 4.1.6 条，公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时 可按如下组合极限设计： 基本组合： 0Sud m SS Gi GiK Q1 Q1K i1 n C j2 Qj SQlK 安全 等级为二 级 0 1.0；按 表 4.6.1 Gi 1.2； Q1 1.4 ； Qj 1.4 ； c 0.80。 按公桥规 4.1.7 条，公路按正常使用极限状

25、态设计时，采用一 两种组合： 1、 作用短期效应组合 mn SSdGiK1j SQjK i 1 j 1 2、 作用长期效应组合 mn SldGiK2 jSQjK i 1 j 1 各系数的意义详见公桥规 4.1.6 条及 4.1.7 条 将各个数代入公式，列表计算荷载组合如下： 弯矩作用组合： 1 号梁 弯矩组合 恒载弯矩 值(KNm) 汽车荷 载弯矩 值(KNm) 人群荷载 弯矩值 (KNm) 基本组合 (KNm) 作用短 期效应 组合 (KNm) 作用长 期效应 组合 (KNm) 1/4 跨度处 1176 1095 110 3068.6 1919.8 1582.3 1/2 跨度处 1569

26、1460 147 4091.4 2559.7 2109.7 剪力作用组合： 1号梁 剪力组合 恒载剪 力(KN) 汽车荷 载剪力 (KN) 人群荷 载剪力 (KN) 基本组合 (KN) 短期效 应组合 (KN) 长期效 应组合 (KN) 支座处 256 231 31 664.9 420.5 344.7 跨中 0 135 12 202.6 90.1 49.4 注：作用短期效应和作用长期效应组合时汽车荷载不计冲击力，可由计 入冲击力时的设计值除以( 1+ )即可( =0.211 )。 五、截面设计 1、抗弯纵筋设计 根据公预规 4.2.2 条，bf 2.0m；翼缘板宽度 hf 0.125m 据公预规表 3.1.4 ，C50混凝土 fcd 22.4MPa ，ftd 1.83MPa ； 据表 3.2.3-1 ，HRB335钢筋的 fsd fsd 280MPa ；据表 9.1.1 ，环境 为I 混凝土保