《桥梁工程》课程设计

1、1设计条件：所选题号为18，五梁式，公路-级，标准跨径L=25m。根据设计条件，查阅公路桥涵设计通用规范JDG G60-2004（以下简称公桥规）第2页表1.0.11可知此桥属中桥；查阅公桥规第2页表1.0.9可知其设计安全等级为二级；查阅公桥规第24页表4.3.1-1可知当汽车荷载为公路-级时公路等级应为二级或三、四级公路，现假定为二级公路，且设计速度为60km/h，查阅公桥规第9页表3.3.1-1及表3.3.1-2，得车道宽度必须大于3.5m，该桥梁为双车道桥梁，为改善行车条件必须充分利用桥梁宽度增加行车道宽度，因此不设中间带。每车道宽度为（900/2）cm。取桥面横坡度为1.5%。一、拟

2、定上部结构尺寸根据公桥规第14页3.6.4条规定，取人行道桥面铺装厚为80mm，则桥面中心线处的桥面铺装的厚度为80mm+（9000/2）mm×1.5%=148mm。桥面净宽为11m，结构形式为五梁式，可取主梁中距为2.0m，翼板宽200cm，主梁梁肋20cm。高跨比在1/15到1/25之间，即梁高在25×1/15m到25×1/25m之间，最后取定主梁高为1.5m。横隔梁高h=(3/4)H=1.1m=110cm，梁肋宽取15cm；设5道横隔梁，间距取612cm。计算跨径：L=2450cm。桥梁的横断面示意图及T梁的尺寸图如下：图（1）图（2）一、行车道板（翼缘板）

3、的设计与计算行车道板采用铰接悬臂板形式。桥面铺装层厚为cm，普通混凝土体积质量为，钢筋混凝土悬臂板体积质量取。1、 恒载及其内力(1) 每延米板体的恒载桥面铺装：T梁翼板：恒载合计为：(2) 每米宽板条每延米的恒载弯矩悬臂板的悬挑长度：每延米恒载弯矩：每延米恒载剪力：2、 公路-II级产生的内力根据公桥规第24页表4.3.1-2，汽车后轴重P=140KN，轴距为1.4m，轮距为1.8m。有效分布宽度为：根据公桥规，汽车冲击系数，则作用于每米宽板条上弯矩为：作用与每延米行车道板上的剪力：3、 设计内力计算按正常使用极限状态进行内力组合，弯矩设计值为： 剪力设计值为： 按承载能力极限状态进行内力组

4、合，弯矩设计值为： 剪力的设计值为：4、 行车道板截面强度及配筋计算拟采用混凝土的强度等级为C50，受力钢筋采用HRB335，查公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D622004 (以下简称公预规)第25页表5.2.1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。查公预规表3.1.4和表3.2.3-1得 查公预规第5.1.5条得 拟采用単筋矩形截面形式。假设，则有效受压区高度，根据公预规第25页5.2.2公式5.2.2-1求得根据公预规第25页5.2.2公式5.2.2-2选用HRB33514间距100mm，取保护层厚度为30mm，配筋验算如下：根据公预规第

5、25页5.2.2公式5.2.2-2=>=满足公预规25页5.2.2条要求。板的配筋同时也满足公预规9.2条的构造要求。斜截面验算：即满足，根据公预规5.2.10条，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）钢筋，间距按15cm配置，配筋率为，保护层取30 mm，各种参数都符合构造要求。一、 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：；沿主梁方向每延米T梁翼板恒载：人行道板厚设计成平均厚度为10cm，则每延米恒载：；栏杆高1.2m，每延米恒载：；横隔梁间距为490cm，在主梁范围

6、内总共设有5道，高110cm，梁肋宽15cm，每道横隔梁总长度为，重度取25KN /m，每延米恒载：主梁梁肋每延米恒载：最后得桥梁上部结构每延米恒载为： 每根主梁分担的每延米恒载：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15）(A)支座处各主梁的横向分布系数在支座处或支座附近，荷载的绝大部分均通过相邻的主梁支座直接传到桥台。在从集中荷载直接作用在端横隔梁上的情形来看，虽然端横隔梁是连续与几根主梁相连接，但由于主梁的间距较小，且支座的弹性压缩和主梁的压缩变形微小，显然端横隔梁上荷载将主要传至相邻的两根主梁支座上。因此，用杠杆原理法计算支座处横向分布系数是完全

7、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图：图（3）车道荷载：人群荷载：图（4）车道荷载：人群荷载：图（5）车道荷载：人群荷载： (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联结且桥的宽跨比。因此，可以用偏心压力法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） 抗弯惯性矩和抗扭惯性矩: 翼缘板换算平均高度：截面面积：截面对上边缘的静矩：则主梁截面重心位置；主梁的抗弯惯性矩I：主梁的抗扭惯性矩:对于翼缘板：，对于梁肋：，用内插法求得，(2) 计算抗扭修正系数(2) 计算横向分布影响线竖标值 考虑抗扭

8、修正后，1号梁的横向分布影响线竖标值为：图（6）车道荷载：人群荷载：考虑抗扭修正后，2号梁的横向分布影响线竖标值为：图（7）车道荷载：人群荷载：考虑抗扭修正后，3号梁的横向分布影响线竖标值为：图（8）车道荷载：人群荷载：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0.5501.5000.6790.6532号梁0.725-0.5000.6000.4263号梁0.7250.0000.6000.400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

9、最不利，在跨中其横向分布系数为： 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。横向分布系数沿主梁方向变化情况图（9）(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：恒载产生的弯矩方程：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 3/8跨度处1470 1/2跨度处1569 恒载产生的剪力方程：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

10、桥规4.3.1条，公路-II级车道荷载的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：均布荷载：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：均布荷载：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）：查公桥规表3.1.5得标号为C50的混凝土弹性模量又已求得跨中截面惯性矩计算跨径L=24.5m据公桥规条文说明4.3.2条简支梁桥的自振频率： 据公桥规4.3.2条，当时， 分别作1/8、1/4、3/8、1/2跨度处截面的主梁弯矩影响线：图（10）图（11）图（12）图（13）汽车荷载及人群荷载

11、都是移动荷载，其内力计算公式：式中：汽车冲击系数，人群=0；内力影响线的面积；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()均布荷载(KN/m)集中荷载(KN)弯矩值(KNm)1/8跨度处0.2110.6792.680 32.8267.875193.5639 1/4跨度处0.2110.6794.594 56.2737.875193.51095 3/8跨度处0.2110.6795.742 70.3427.875193.51369 1/2跨度处0.2110.6796.125

12、75.0317.875193.51460 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，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()均布荷载(KN/m)弯矩值(KNm)1/8跨度处0.6532.680 32.8263.0 64 1/4跨度处0.6534.594 56.2733.0 110 3/8跨度处0.6535.742 70.3423.0 138 1/2跨度处0.6536.125 75.0313.0 147 作支座处及跨中截面的剪力影响线：图（14）图（15）汽车荷载产生的剪力列表计算如下（集中荷载取1.2）：1号梁汽车荷载

13、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()均布荷载(KN/m)集中荷载1.2(KN)剪力值(KN)支座处0.211 1.000 12.257.875232.2231 跨 中0.2110.500 6.1257.875232.2135 人群荷载产生的剪力列表计算如下：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()均布荷载(KN/m)剪力值(KN)支座处 1.000 12.253.0 31 跨 中0.500 6.1253.0 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：安全等级为二级；按表4.6.1；。按公

14、桥规4.1.7条，公路按正常使用极限状态设计时，采用一下两种组合：1、 作用短期效应组合2、 作用长期效应组合 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)1/8跨度处686 639 64 17901119.9922.991/4跨度处1176 1095 110 3068.61919.81582.33/8跨度处1470 1369 138 3835.72399.71977.81/2跨度处1

15、569 1460 147 4091.42559.72109.7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）。二、 截面设计1、抗弯纵筋设计根据公预规4.2.2条，；翼缘板宽度。据公预规表3.1.4，C50混凝土，；据表3.2.3-1，HRB335钢筋的；据表9.1.1，环

16、境为I混凝土保护层厚度取30 mm。假设，。当受压区高度时说明可按第一类T梁进行配筋设计。由公预规公式5.2.2-1的变形公式得，取。代入公式求得，钢筋选用1036和232 ，代入得。采用多层焊接骨架钢筋形式，焊缝宽度为2.5mm，由此可计算代入下式：满足跨中抗弯设计要求。跨中纵筋配筋率：，穿过支座的纵筋不少于总纵筋的20%，因此必须有4条36穿过支座。对于支座处：支座处纵向配筋率：，平均有效高度：平均纵向配筋率：符合公预规9.1.12条对纵筋配筋率的要求。2、 抗剪斜截面设计符合主梁抗剪截面的要求。由剪力包络图得剪力方程：距支座0.5H处剪力值：混凝土和箍筋承担的剪力：在剪力包络图中作水平线

17、V=382.0KN，水平线以上的剪力由弯起钢筋承担，需要设置弯起钢筋的范围：箍筋采用双肢形式，直径为10，单根截面积为78.54。平均纵向配筋率：，代入下式时取2.50，取箍筋间距为150mm,配筋率为：箍筋配置完全符合公预规9.3.13条的要求。 在支座到跨度为H处的梁段由于剪力较大，为加强主梁抗剪能力，箍筋间距取100mm。斜筋设计第一排斜筋，在距支座0.5H处:,设置两根36的斜筋，斜筋水平投影长度。有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值：由，得；第二排弯起钢筋弯起两根36的纵筋，斜筋水平投影长度1314.5mm。有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值同上，即第三排弯起钢筋 弯起

18、两根36的钢筋，斜筋水平投影长度1276mm。有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值：由，得；第四排弯起钢筋 弯起两根36的钢筋，斜筋水平投影长度1237.5mm。为简化计算并偏于安全考虑，有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值：由，得；第五排弯起钢筋 弯起两根32的钢筋，斜筋水平投影长度1201mm。有效高度取跨中时的有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值：由，得；第六排斜筋设置两根20的斜筋，斜筋水平投影长度1201mm。有效高度为跨中时的有效高度。此截面纵筋面积为抗弯承载力设计值等于跨中抗弯承载弯矩值。此时配有斜筋的梁段长度为：不需要再设斜筋。绘制弯矩包络图及剪力图如下：图（16）图（17）三、 裂缝宽度验算及挠度验算公预规6.1.1条规定，进行抗裂、裂缝宽度和挠度验算时，短期效应组合及长期效应组合可不计汽车冲击系数，跨中弯矩短期效应组合，长期效应组合。1、裂缝宽度验算：据公桥规6.4.3条，裂缝最大宽度计算公式： （mm）式中： ； ； ；把各个