桥梁课程设计

1、一、设计基本资料21.1.设计跨径及桥宽21.2.设计荷载21.3.主要材料31.4.设计依据3二、构造布置42.1.主梁高度42.2.主梁间距42.3.主梁梁肋宽42.4.翼缘板尺寸42.5.横隔梁42.6.桥面铺装4三、行车道板的计算63.1 恒载及其内力63.2 车辆荷载产生的内力63.3 荷载组合7四、主梁的内力计算94.1.横载内力计算94.2荷载横向分布系数计算10用杠杆原理法计算靠近主梁支点处的荷载横向分布系数10用修正刚性横梁求跨中荷载横向分布系数12活载内力计算16五、横隔梁的内力计算235.1确定作用在中横隔梁上的计算荷载235.2绘制中横隔梁的内力影响线23六、主梁变形的

2、计算25七、支座计算(采用板式橡胶支座)267.1.选定支座平面尺寸267.2.确定支座的厚度267.3.确定支座偏转情况277.4.验算抗滑稳定性27一、设计基本资料1.1.设计跨径及桥宽公路等级：二级公路主梁形式：钢筋混凝土T形简支梁标准跨径：该桥为二级公路上的一座简支梁桥，根据桥下净空和方案的经济比较，根据规定，跨径在50m以下时，宜采用标准跨径，查桥涵标准跨径表，结合钢筋混凝土T形梁跨径不大于20m,确定主梁跨径采用标准跨径为20m的装配式钢筋混凝土简支梁桥。计算跨径：根据梁式桥计算跨径的取值方法，计算跨径取相邻支座中心间距为标准跨径-0.4m，计算跨径取19.6m。实际梁长：根据标准

3、跨径-（0.04-0.06）m计算，根据当地温度统计资料。并参考以往设计值，取20-0.04=19.96m,主梁预制长度为19.96m。车道数：依据所选公路等级自行确定，查询公路工程技术标准二级公路为双车道。取为设计速度，车道宽度为3.50m。桥面净空：净7（行车道）2×0.75m（人行道）2×0.25（栏杆）1.2.设计荷载设计荷载：公路二级 人群荷载3.0KN/m由公路-级车道荷载乘0.75算出均布荷载标准值：由内插法算出集中荷载标准值：1.3.主要材料根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中材料的规定，取材料如下：混凝土：主梁采用C40，人行道、桥面铺装、栏杆C

4、25钢筋：直径12mm采用HRB335级钢筋。直径<12mm采用HPB235级热轧光面钢筋1.4.设计依据（1）公路桥涵设计通用规范 （JTGD60-2004）（2）公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-2004）（3）公路桥涵施工技术规范实施手册（4）桥梁工程（华南理工大学出版社） （5）JTG B01-2003公路工程技术标准(附条文说明)二、构造布置2.1.主梁高度结合以往的经济分析表明钢筋混凝土T形简支梁高跨比的经济范围大约在之间，本桥取，则梁高取1.5m.2.2.主梁间距 装配式钢筋混凝土T形简支梁的主梁间距一般选在1.62.2之间，本桥选用1.6m。2.3.主

5、梁梁肋宽 为保证主梁抗剪需要，梁肋受压时的稳定，以及混凝土的振捣质量，通常梁肋宽度为15cm18cm，鉴于本桥跨度16m按较大取18cm。2.4.翼缘板尺寸由于桥面宽度是给定的，主梁间距确定后，翼缘板宽即可得到2.0m。因为翼缘板同时又是桥面板,根据受力特点,一般设计成变厚度与腹板交接处较厚,通常取不小于主梁高的,本设计取15cm，翼缘板的悬臂端可薄些，本设计取10cm。T梁翼板材料的重度为25KN/。2.5.横隔梁 为增强桥面系的横向刚度，本桥除支座处设置端横隔梁外，横隔梁间距在跨中等间距 取5.0-8.0m布置3根中间横隔梁，间距3495cm,梁高一般为主梁高的左右，取1.2m，厚度取12

6、20cm之间，本设计横隔梁下为16cm，上缘18cm。2.6.桥面铺装 采用2cm厚的沥青混凝土面层，9cm的25号混凝土垫层图1.桥跨结构横断面图2.桥跨结构纵断面三、行车道板的计算3.1 恒载及其内力桥面铺装采用2cm厚的沥青混凝土面层(21KN/)，9cm厚的25号混凝土垫层（23KN/）。T梁翼板材料和梁混凝土的重度为25KN/。（1）每延米板上的恒载g(以纵向1m宽的板条进行计算)沥青混凝土面层: =0.02×1×21=0.42KN/m混凝土垫层: =0.09×1×23=2.07 KN/mT梁翼板自重:=(0.10+0.15)/2×1

7、×25=3.13 KN/m横载合计:g=5.62 KN/m（2）每米宽板条的恒载内力悬臂板悬挑长度：=(1.6-0.18)/2=0.71m弯矩:=剪力:3.2 车辆荷载产生的内力根据公路工程技术标准车辆荷载的取值标准： 对于悬臂铰接板，荷载最不利的位置是车轮作用于交缝轴线上（图示如上），将车辆荷载的最大轴重140KN的后轮作用于该位置。有桥规查得，后轮着地长度0.20m,宽度0.60m,后轮最大作用力140KN 后轮着地长度a=0.2m 宽度b=0.6m图3.T梁翼板所构成的铰接悬臂板则=a+2H=0.2+2×0.11=0.42m=b+2H=0.6+2×0.11=

8、0.82m对于悬臂根部的有效分布宽度:a=+d+=0.42+1.4+2×0.71=3.24m冲击系数:根据桥规，汽车荷载的局部加载及T梁、箱形梁上的悬臂板上的冲击系数0.3，则作用于每米宽板条上的弯矩为：作用于每米宽板条上的剪力为:=(1+) ×P/4a=1.3×2×140/(4×3.24)=28.09 KN3.3 荷载组合 根据公路桥涵设计通用规范查得各个分项系数进行内力组合,查表知道该桥属于小桥，重要小桥，安全等级二级，结构重要性系数1.0（1）承载能力极限状态内力基本组合计算 （2）正常使用极限状态内力短期效应组合计算（3）正常使用极限状

9、态内力标准组合计算四、主梁的内力计算4.1.横载内力计算主梁：=横隔梁边主梁：中主梁：=0.662=1.32桥面铺装层：栏杆和人行道：g4=（4+1）×2/5=2作用于边主梁的全部恒载：g=11.2+0.66+3.49+2=17.35作用于中主梁的全部恒载：g=11.2+1.32+3.49+2=18.01主梁g1=横隔梁边主梁中主梁=0.662=1.32桥面铺装层栏杆和人道g4=（4+1）×2/5=2合计边主梁g=11.2+0.66+3.49+2=17.35中主梁g=11.2+1.32+3.49+2=18.01计算横载在主梁中产生的剪力和弯矩如图Mx=Qx=图4.横载内力计

10、算简图表1.横 载 内 力剪力Q弯矩MX=0X=X=X=0X=X=边主梁170.0385.0200624.86833.15中主梁176.5088.2500648.63864.844.2荷载横向分布系数计算4.2.1用杠杆原理法计算靠近主梁支点处的荷载横向分布系数 按照杠杆原理绘制1、2.、3号主梁的影响线，按照如图所示，对横向影响线布置车辆荷载，求荷载的横向分布系数。对于车辆荷载，横向轮距为1.80m，两辆汽车车轮的横向最小间距为1.30m，车轮距人行道缘石最少为0.5m，因此在横向影响线上确定荷载最不利的布置位置，求出相应于荷载位置的影响线后竖标后，就可得到所有横向荷载分布给所求横梁的最大荷

11、载值。图5.支点处横向分布系数图分布系数：1号梁 公路级： 人群荷载： 2号梁 公路级： 人群荷载：（影响线为负故不布载） 3号梁 公路级： 人群荷载：4.2.2用修正刚性横梁求跨中荷载横向分布系数 宽跨比B/l=9.0/19.6=0.46，接近于0.5，且具有可靠横向连接，该桥可按修正偏心压力法计算横向分布系数。五根主梁的横截面均相同，故它们的抗弯惯性矩相等，故 （1）计算抗弯惯性矩I和抗扭惯性矩翼板换算平均高度：截面面积：截面对上边缘的静距：则主梁截面重心位置主梁的抗弯惯性矩：主梁的抗扭惯性矩，其中、相应为单个矩形截面的宽度和厚度；为矩形截面的抗扭刚度系数，根据t/b按照下边的表格计算，m

12、为梁截面划分成单个矩形截面的块数。t/b10.90.80.70.6<0.1c 0.1410.155 0.171 0.189 0.209t/b 0.5 0.4 0.3 0.2 0.11/3c0.2290.250 0.270 0.291 0.312矩形截面抗扭刚度系数对于翼板：t/b=12.5/160=0.0781<0.1,查表得c=0.333对于梁肋：t/b=18/137.5=0.131,查表得c=0.312计算抗扭修正系数由下个表格4567n1.0671.0421.0281.021当n=5时，取1.042，并取G=0.425E,代入用修正刚性横梁法，求出1号梁横向影响线竖标值为：同

13、理求出2号梁横向影响线竖标值为：求出3号梁横向影响线竖标值为：1号梁1号梁汽车荷载：1号梁人群荷载荷载：2号梁2号梁汽车荷载：2号梁人群荷载：3号梁3号梁汽车荷载：3号梁人群荷载：荷载横向分布系数汇总梁号截面位置汽车荷载人群荷载备注1号梁跨中mc0.4320.311按“修正刚性梁法”计算支点mo0.4381.422按“杠杆原理法”计算2号梁跨中mc0.4930.256按“修正刚性梁法”计算支点mo0.5000按“杠杆原理法”计算3号梁跨中mc0.5000.200按“修正刚性梁法”计算支点mo0.5940按“杠杆原理法”计算4.2.3活载内力计算表2.影响线面积计算表项目计算图示影响线面积MM1

14、/2M=1/8×L2=1/8×19.62=48.02M1/4M=3/32×L2=3/32×19.62=36.02Q1/2M=0Q0M=1/2× L =1/2×19.6=9.80图6.L/4截面弯矩图7.跨中截面弯距图8.跨中截面剪力图9.L/4截面剪力图10.支点处剪力车辆荷载集中荷载作用下的计算公式为： 车道荷载作用下的计算公式为：对于人群荷载计算公式为：查询公路工程技术标准双车道折减系数=1（2） 计算汽车荷载的冲击系数按照公路桥涵设计通用规范对于简支梁桥，桥梁的自振频率为由前文计算钢筋混凝土重力密度，则查公路钢筋混凝土及预应力混

15、凝桥涵设计规范钢筋混凝土标号C40的弹性模量为：则由公路桥涵设计通用规范4.3.2 ,知道，当1.5Hz14 Hz荷载的冲击系数为：则1+则对于1号梁：车道荷载 :跨中弯矩：M=1.2770.432(193.43.9+7.87548.02)=624.71KN·m弯矩： M =1.2770.432193.42.925+7.87536.02)=367.66KN·m跨中剪力：Q=1.2770.432(193.40.5+7.8751.95)=61.82KN剪力： Q=1.2770.432(193.40.75+7.8754.39)=99.09KN支点剪力：Q=1.2770.438(1

16、93.41+7.8757.80)=149.25KN人群：qr= 3跨中弯矩M =0.3110.75348.02=33.60 KN·m 弯矩: M =0.3110.75336.02=25.20 KN·m跨中剪力：Q=0.3110.7531.95=1.36KN 剪力： Q=0.3110.7534.39=3.07KN支点剪力：Q=1.4220.7539.80=31.36KN则对于2号梁：车道荷载 :跨中弯矩：M=1.2770.493(193.43.9+7.87548.02)=712.92KN·m弯矩： M =1.2770.493193.42.925+7.87536.02

17、)=419.57KN·m跨中剪力：Q=1.2770.493(193.40.5+7.8751.95)=70.55KN剪力： Q=1.2770.493(193.40.75+7.8754.39)=113.08KN支点剪力：Q=1.2770.5(193.41+7.8757.80)=170.38KN人群：qr= 3跨中弯矩M =0.2560.75348.02=27.66 KN·m 弯矩: M =0.2560.75336.02=20.74 KN·m跨中剪力：Q=0.2560.7531.95=1.12KN 剪力： Q=0.2560.7534.39=2.53KN支点剪力：Q=0则

18、对于3号梁：车道荷载 :跨中弯矩：M=1.2770.5(193.43.9+7.87548.02)=501.74KN·m弯矩： M =1.2770.50193.42.925+7.87536.02)=425.53KN·m跨中剪力：Q=1.2770.50(193.40.5+7.8751.95)=71.55KN剪力： Q=1.2770.50(193.40.75+7.8754.39)=114.69KN支点剪力：Q=1.2770.5(193.41+7.8757.80)=172.80KN人群：qr= 3跨中弯矩M =0.200.75348.02=21.61KN·m 弯矩: M

19、=0.200.75336.02=16.20 KN·m跨中剪力：Q=0.200.7531.95=0.88KN 剪力： Q=0.200.7534.39=1.98KN支点剪力：Q=0综上所述：1号主梁内力组合序号荷载类别弯矩M（kN）剪力（kN）梁端四分点跨中梁端跨中（1）恒载0624.86833.15170.030.00（2）汽车荷载0367.66624.7199.0961.82（3）人群荷载025.2033.603.071.36（4）1.2（1）0749.832999.78204.0360（5）1.4（2）0514.724874.594138.72686.548（6）0.81.4（3）

20、028.22437.6323.43841.5232（7）01292.781912.006346.200488.07122号主梁内力组合序号荷载类别弯矩M（kN）剪力（kN）梁端四分点跨中梁端跨中（1）恒载0648.63864.84176.500.00（2）汽车荷载0419.57712.92113.0870.55（3）人群荷载020.7427.662.531.12（4）1.2（1）0778.3561037.808211.800（5）1.4（2）0587.398998.088158.31298.77（6）0.81.4（3）023.228830.97922.83361.2544（7）01388.98

21、32066.875372.9456100.02443号主梁内力组合序号荷载类别弯矩M（kN）剪力（kN）梁端四分点跨中梁端跨中（1）恒载0648.63864.84176.500.00（2）汽车荷载0425.53501.74114.6971.55（3）人群荷载016.2021.611.980.88（4）1.2（1）0778.3561037.808211.80（5）1.4（2）0595.742702.436160.566100.17（6）0.81.4（3）018.14424.20322.21760.9856（7）01392.2421764.447374.5836101.1556五、横隔梁的内力计算

22、5.1确定作用在中横隔梁上的计算荷载本设计跨径内3根横隔梁,鉴于桥梁跨中处的横隔梁受力最大,通常可只计算跨中横隔梁的内力,其余横隔梁可偏安全的选用相同的截面尺寸和配筋。对于跨中横隔梁的最不利荷载布置。纵向一列车道荷载对中横隔梁的计算荷载为：汽车荷载：5.2绘制中横隔梁的内力影响线已经算得1号梁2号梁和3号梁的横向影响线竖坐标值： ， ， 对于2号和3号主梁之间截面的弯矩M2-3影响线可计算如下：P=1作用在1号梁轴上时：P=1作用在5号梁轴上时：P=1作用在3号梁轴上时：有了这三个竖标值和已知影响线折点位置，就可绘出M2-3影响线对于1号主梁处截面的影响线可计算如下：P=1作用在计算截面以右时

23、： 即 P=1作用在计算截面以左时： 即 六、主梁变形的计算B=0.95 =0.95短期荷载效应作用下的跨中截面挠度由已知数据可知，汽车产生的最大弯矩为864.84，人群产生的最大弯矩为33.6。按桥规规定，验算主梁的变形时，不计入结构自重产生的长期挠度，汽车不计入冲击力，则 所以挠度满足要求七、支座计算(采用板式橡胶支座)7.1.选定支座平面尺寸由橡胶支座板的抗压强度和梁端或墩台顶混凝土的局部承压强度来确定。对橡胶支座应满足：j=j若选定支座平面尺寸ab=20×18=3600cm2，则支座形状系数S为：S=9.47式中：t为中间层橡胶片厚度，取t=0.5cm2当S8时，橡胶板的平均容许压应力j=10MPa，橡胶支座的弹性模量Ej为：Ej=530S-418=460.11 MPa计算最大支反力，3号梁为最大：N恒=176.50KN，N汽=172.80KN，N人=0因此，N汽车组合=118+165=349.30KN按容许应力计算的最大支反力N为：N=279.44KNj=0.776KN/cm2=6.29