桥梁工程课程设计

1、桥梁工程课程设计三跨一联简支转连续桥设计及计算说明书指导教师：田立华姓名：于函1 设计要求1.1 桥跨布置跨径布置选取3*L（m），梁高 H=2m ，桥宽 B=25m其中， L 为标准跨径， L= （A + 每班的该同学学号× 0.1）mA 值， 6 班取 25m， 7 班取 38m，8 班取 31m。这里 L=32m 1.2 主要技术标准（1）桥梁荷载标准：公路 -I 级（2）桥梁横断面： 0.5m（桥侧护栏） +11.75m（车行道） +0.5m（中央分隔带护栏）+11.75m（车行道） +0.5m（桥侧护栏）。（3）桥面横坡： 1.5%（4）设计基准期： 100 年（5）抗震设

2、计标准：桥梁抗震设防烈度为7 度，设计基本地震加速度峰值为0.10g，设计地震分组为第一组，反应谱特征周期为0.35s。（6）桥梁设计安全等级：一级（7）防撞等级：桥侧防撞护栏等级为SS 级；中央分隔墩防撞护栏为SA 级。1.3 采用的主要规范与标准（1）工程结构可靠度设计统一标准 （ GB-/T50283-1999）；（2）公路工程技术标准（JTGB01-2003）；（3）公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004），简称通规；（4）公路圬工桥涵设计规范 （JTG D61-2004）；（5）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTGD62-2004），简称公预规；（6）公路桥涵

3、地基与基础设计规范 （ JTG D63-2004）；（7）公路桥梁抗震设计细则 （JTG/TB02-01-2008）；（8）公路交通安全设施设计细则 （JTG/TD81-2006）；（9）公路桥梁伸缩缝装置 （ JT/T327-2004）；（10）公路桥梁盆式橡胶支座 （JT 391-1999）；（11）预应力混凝土桥梁用塑料波纹管 （ JT/T 529-2004）；（12）工程建设标准强制性条文公路工程部分建设部 2002；（13）公路桥涵施工技术规范 （JTG/TF50-2011）。2 总体设计2.1 桥型设计每跨为32m 的等高度梁，主梁选用四片单箱单室箱梁2.2桥跨结构设计跨径设计：采

4、用三等跨设计， 每单跨标准跨径为32m。完成体系转换后， 中跨计 算跨径即为 32m，边跨计算跨径理论为31.5m，计算中仍以 32m 计算；预制的主梁施工初期安装在临时支座上，预制箱梁梁长31.4m，中墩临时支座中心线距桥墩中心线为0.5m，施工阶段简支梁计算跨径为31m。梁高：参考已有桥型和公路桥涵设计手册，等跨布置的连续梁高跨比采用1/15-1/25 ，预应力简支梁高跨比采用1/16-1/25 ，参考已有桥型， 对比跨径 40 米的简支转连续， 主梁采用箱形截面，选择梁高H=2 米，高跨比 H/L=1/20 。2.3 桥面布置与构造桥面铺装：钢筋混凝土 80mm，=25kN / m3；沥

5、青混凝土 100mm ，=23kN/ m3；边防撞护栏 15kN / m / 侧，中防撞护栏8kN / m桥面横坡： 1.5%2.4 横断面设计桥宽设计桥梁横断面：0.5m（桥侧护栏）+11.75m（车行道）+0.5m（中央分隔带护栏） +11.75m（车行道） +0.5m（桥侧护栏）。主梁尺寸设计底板厚度：跨中底板厚度取用18 厘米，支点处底板厚度为32 厘米。顶板厚度：顶板厚度为18 厘米。腹板厚度：跨中截面梁肋总厚度不宜小于桥宽的1/12-1/20 ，故厚度定为20cm；支点截面梁肋总厚度不宜小于桥宽的1/8-1/12 ，故选用与底板同厚度32cm；截面设计图如下截面变化从距离临时支座4

6、00cm处开始至支座20cm处。横隔梁布置303003003030308湿接缝湿接缝8 湿接缝湿接缝1102003200222381中梁跨中中梁支点30030030308湿接缝88湿接缝8111102003200222381边梁跨中边梁支点中横隔梁采用 20 厘米，端横隔梁采用35 厘米。2.5施工工序（1）预制主梁，养生后张拉正弯矩区预应力钢束；（2）设置临时支座并安装好永久支座，逐孔架设箱梁，连接桥面板钢筋及横隔板钢筋；（3）连接连续接头段钢筋，绑扎横梁钢筋，浇筑连续接头中横梁及负弯矩区桥面板；（4）浇筑剩余桥面板湿接缝，拆除临时支座，完成简支到连续的体系转换3 内力计算3.1 计算阶段根

7、据施工方法，该桥内力计算分为以下阶段计算：（1）施工阶段简支梁状况临时支座工作，计算跨径：中跨lcc =31m ；边跨 lcs=31m ； 箱型截面梁翼缘有效宽度：依据公预规条计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。（2）使用阶段连续梁状况完成体系转换，使用永久支座，计算跨径：中跨 lsc =32m ；边跨 lss =31.5m同样依据公预规条，经计算边跨及中跨边、中梁的跨中和支点截面都取实际宽度作为有效宽度。3.2 截面几何特性计算利用 Midas 截面特性值计算工具箱计算主梁横截面各阶段几何特性由于中梁跨中与支点截面的抗弯惯性比为1.23<2，依据规范，计算时

8、采用跨中惯性距。3.3 横活载换算荷载条件主梁横隔板，湿接缝等采用 C50 的混凝土，重度为构横载在分阶段形成的，主要包括：预制箱梁一期横载集度载集度 g1 ，二期横载集度 g2 。桥面铺装：水泥混凝土25kN/m3 。由施工过程可知结g1' ，成桥后箱梁一期横80mm，=25kN / m3； 沥青混凝土 100mm ，=23kN/ m3；边防撞护栏 15kN / m / 侧，中防撞护栏8kN / m恒载计算由施工过程克制结构横载是分阶段形成的，主要包括：预制箱梁一期横载集度g1' ，成桥后箱梁一期横载集度g1 ，二期横载集度g2 。以中跨中梁为例，并将二期横载均摊。（1）预制

9、箱梁一期横载集度g1'横截面面积按各截面加权平均值计算，预制箱梁平均截面积为：中支中支则有： g1'=1.396 25=34.901kN/m（2）成桥后箱梁一期横载集度g1中支中支则有：g1 = 1.504× 25=37.600kN/m一片端横梁重 =2.210 0.35 25=19.338 kN一片中横梁重 =2.210 0.2 25=11.050 kNg1=37.600+=38.580KN/m（3）成桥后二期横载集度g2沥青混凝土面层： 0.1012234 =6.9kN/m水泥混凝土调平层：0.081225÷ 4 =6kN/m边防撞护栏： 15 4=3.

10、75kN / m中防撞护栏： 84=2kN /m则有 g2= 6.9 +6+ 3.75 +2 =18.65kN / m合计：g =g1+g2=38.580+18.65=57.23kN/m活载大小及冲击系数计算汽车活载按规范查得：均布荷载qk =10.5kN/m；车道荷载的集中荷载标准值经内插，Pk=180+（31-5）/50 （360-180）=273.6kN/m基频计算：=5.402Hz=9.383Hz冲击系数：用于正弯矩效应和剪力效应： 1+用于负弯矩效应： 1+1.3803.4 行车道板内力计算：在下面内力计算中均按照公路桥涵设计通用规范（ JTG D60-2004）规定的车辆 标准荷载

11、进行最不利载位布载。由于桥面净宽为12m，由规范可知设计车道数为 3 道。对于行车道板下面只进行使用阶段内力计算。边梁悬臂板内力（1）恒载及其产生的内力恒载计算：沥青混凝土面层： g1=0.1 1.02.3kN/m水泥混凝土： g2=0.08×1.0× 25=2.0kN/m箱型边梁翼板自重： g3=×1.0× 25=5.75kN/m合计： g=g1+g2+g3=10.05kN/m恒载内力：弯矩：=- ×10.05×剪力：=g=10.05× 0.57=5.728kN为边梁翼板长（2）活载（汽车）荷载产生的内力按照标准车辆在最不

12、利位置时车轮仍不在悬臂板上，故不计入内力计算中。（3）荷载组合恒 +汽：单向板内力计算通过标准横断面图可知桥面板存在单一箱梁内两腹板间单向板和两相邻箱梁间的 单向板两种，现在选用两箱梁间的单向板进行控制计算（ 1）单向板有效工作宽度：单向板厚度t =0.18m，跨度m ，主梁梁肋厚度为0.20 0.32m，则单向板计算跨径l l0b, l 0t min=1.14+0.18=1.32m，铺装层厚度H0.18m，汽车荷载冲击系数1+ 取1.3 。，由公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D60-2004）中对单向板 的荷载有效分布宽度要求，求得：跨 中 有 效 宽 度 ：=0.2+0.

13、36+1.32/3=1m(>后轮间距）支撑处有效宽度： (>l/3=0.44m)沿横向分布边长 :（2）恒载及其产生的内力跨中弯矩：支点剪力：支（3）车辆荷载产生内力分别按照最不利载位布置车轮荷载，可得：跨中弯矩 :1.3支点剪力：支其中，则支（4）荷载组合恒+ 汽：支支又 t/h=0.18/(2-0.18)=0.099<1/4, 则有行车道板的设计内力：跨中弯矩： 中支点弯矩：支点剪力：中支3.5第一施工阶段主梁内力计算第一施工阶段主梁处于间支状态， 受预制梁自重作用，考虑吊装施工，对自重作用乘以 1.1 的加速度效应。以中跨中梁为例计算：3.6活载横向分布系数计算由于主梁

14、间采用湿接，并有可靠的横梁，所以采用修正偏心压力法计算连续梁跨中截面处的横向分布系数；采用杠杆原理法计算支点截面处的横向分布系数。将变截面梁 偏安全地使用跨中截面作为等截面进行计算。跨中截面处横向分布系数修正偏心压力法中主梁所受荷载横向分布影响线竖标值：其中为抗扭惯性矩换算系数，等截面梁取=1;为抗弯惯性矩换算系数，对于等截面三跨连续梁中跨中、边 1.429则有： 中跨=0.327（）边跨=0.255（）（1） 边跨梁：1# 梁：2# 梁：（）（）（）（）0.255=0.3650.255=0.1350.255=0.2880.255=0.212影响线及活载最不利布载图：1# 梁汽车荷载横向分布系

15、数（）=0.6442# 梁汽车荷载横向分布系数（）=0.605（2） 中跨梁：1# 梁：（）（）2# 梁：（）（）影响线及活载最不利布载图：1# 梁汽车荷载横向分布系数0.327=0.3970.327=0.1030.327=0.2990.327=0.201（）=0.6612# 梁汽车荷载横向分布系数（）=0.610支点截面处横向分布系数采用杠杆法求支点截面处横向分布系数，对于边跨与中跨并无区别。1# 梁汽车荷载横向分布系数2# 梁汽车荷载横向分布系数3.7 使用阶段主梁内力计算参考公路桥涵设计手册基本资料 ，根据控制截面内力影响线进行最不利布载，由基本资料中的影响线参数表求控制截面内力，进而绘

16、制出整个桥垮结构的内力图。图为活载内力计算控制截面结构重力恒载内力中已经求出主梁恒载集度为57.23kN/m ，进行全跨布置，参考公路桥涵设计手册基本资料，由控制截面内力影响线求控制截面内力。，=0，57.23，=57.23=-183.136kN，=57.23 0.0750=4395.264kN·m，57.23左，=57.23=-1098.816kN右，=57.23=-915.68kN，=57.23 0.0750=4395.264kN·m，=0，=57.23 0.0250=1465.088kN·m汽车活载内力，=0，57.23，=57.23=-183.136kN3

17、21，=（1+）左左=1.235=298.068kN，=（ 1+）=-1.235=-35.156kN，=（1+）=1.235=27.864kN，=（- 1+）=-1.235 （）=-54.441kN左，=（1+）=1.235=4.463kN左，=- （1+）=-1.235 （）=-165.156kN右，= （1+）=1.235328.738 kN右，=-（1+）=-1.235（） =-198.580kN，=（1+）=1.235 （32 10.5）=53.694kN，=-（1+）=1.235 （3210.5）=-53.694kN右右左左=1.235=472.206kN=-1.235（） =-67

18、.459kN温差作用效应计算8cm 的水泥混凝土调平层，查, T2=5.5,按直线插入得竖向梯度温度图如图三跨连续梁为超静定结构，温差作用效应由温度自内力和温度次内力组成，下面分别计算：（1） 温度自内力参考公预规附录B 计算：其中 :混凝土线膨胀系数，取0.00001 混凝土弹性模量， 取 单元面积单元面积重心至换算截面重心轴的距离 单元面积内温差平均值（2） 温度次内力使用力法解温度次内力， 将中间支座处弯矩约束解除， 成三段简支梁的基本结构。列力法方程为：，（）温度次内力为：,反温差：反将数值带入，求得温度次内力，具体各截面剪力及弯矩计算见下表：基础沉降内力计算基础不均匀沉降使得超静定连续梁产生次内力，因此当桥建在非岩石地基上时，必须计入次内力的影响。相邻墩台沉降差为l/3000cm，采用位移法计算支座沉降，计算时分别取左侧变支座，中支座分别沉降1.3cm，然后组合。（1） 左边支座沉降：位移法方程：又有 E=3.45，则 i=解得：根据画出内力图（2） 中边支座沉降：同理列位移法方程：又有 E=3.45，则 i=解得：根据画出内力图综上，整理由支座位移引起的桥跨结构内力最大值最小值汇总如下：3.8 使用阶段主梁内力计算