橋梁工程設計

1、 橋梁工程課程設計書 目錄1.設計資料22.設計內容43.設計計算43.1各種參數(shù)計算 43.2橋面板內力計算 53.2.1單懸臂板內力計算53.2.2鉸接懸臂板內力計算63.3主梁內力計算 73.4橫隔梁內力計算 143.5撓度、預拱度計算 164.參考文獻175.致謝186.圖紙196.1橋梁總體布置圖196.2橫斷面圖206.3一般構造圖216.4墩臺構造圖221.設計資料1.1 主梁細部尺寸單片主梁的梁寬為2.02m，其細部尺寸如圖所示。1.2 橋梁凈空凈9+2×1.00m1.3 主梁跨徑和全長標準跨徑lb=30.00m；計算跨徑l=29.14m；預制全長l全=29.96m1

2、.4 上部結構主梁布置圖圖1 主梁一般構造圖圖2 上部結構橫斷面構造圖圖3 主上部結構縱斷面構造圖1.5 設計荷載公路級，人群荷載3.0 kN/m21.6 材料主梁：混凝土強度等級C45，容重26 kN/m3；橋梁鋪裝為C30混凝土墊層厚7.0 16cm，容重24 kN/m3，瀝青混凝土厚3cm，容重24 kN/m31.7 設計方法杠桿原理法、偏心壓力法、極限狀態(tài)法1.8 設計依據(jù)公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）混凝土結構設計規(guī)范（GB 50010-2002）公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁設計規(guī)范（JTG D62-2004）2.設計內容2.1 橋面板內力計算計算T梁翼板所構成

3、的鉸接懸臂板的設計內力2.2 主梁內力計算2.2.1 計算各主梁的荷載橫向分布系數(shù)。2.2.2 計算主梁在荷載作用下跨中截面的彎矩、支點和跨中截面的剪力。2.2.3 進行主梁內力組合，并畫出主梁彎矩包絡圖和剪力包絡圖。2.3 橫梁內力計算2.4 撓度、預拱度計算計算主梁跨中的撓度，并考慮是否需要設置預拱度2.5 圖紙繪制（利用AutoCAD軟件繪制3張A4圖紙）(1) 橋梁總體布置圖：繪出平、縱、橫三視圖。（已知6垮簡支梁橋連續(xù)，采用柱式橋墩、重力式U形橋臺，各垮主梁橫斷面和縱斷面布置圖如圖所示，橋墩、橋臺和基礎尺寸自擬）(2) 主梁一般構造圖：主梁各部分的構造3.設計計算3.1各種參數(shù)計算3

4、.1.1 主梁自重主梁截面面積：S=0.6935m2主梁重力集度：g=S×=0.6935×26=18.031kN/m3.1.2 橫隔梁橫隔梁截面面積：S=1.3468m2體積：V=Sh=0.15×1.3073=0.2020m3重量：M=×V=0.2020125×26=5.2523KN總重量：M總=5.0985×4.5×4×2=189.0837KN g=189.0837/(29.14×5)=1.2978KN/m3.1.3 欄桿與人行道面積：S=0.25×1.1+0.3+1=0.575m2重量：M=

5、0.625×29.14×2×25=837.775KNg=M/(29.14×5)=5.75KN/m3.1.4 主梁翼緣板平均厚度 t=（0.12×0.8+0.5×0.1×0.8）/0.8=0.17m3.1.5 橋面三角墊層面積與平均厚度 S=0.07+0.16×4.5×0.5=0.5175m2 h=s/0.5b=0.5175/4.5=0.115m g=2×0.5175×25/5=5.175KN/m3.1.6 面層瀝青平均重度 g=2×4.5×24×0.03/

6、5=1.296KN/m3.2橋面板內力計算3.2.1單懸臂板內力計算1）恒載計算G1=24×0.25×1×1.1=6.6KNq1=24×1×1×0.3/（0.91×1）=7.9121KN/mq2=26×0.91×1×0.16=3.7856KN/mMG=-1/2×(7.9121+3.7856)×0.912-6.6×1.135=-12.3344KN·MQG= (7.9121+3.7856)×0.91+6.6=17.1692KN2）活載計算q=3.0&

7、#215;1×1/0.91=2.73KN/mM人=-1/2×2.73×0.912=-1.1304KN圖4.懸臂板內力計算圖Q人=3.0×1=3KN3）內力組合 M懸=0(0MG+QCM人)=-1.0（1.2×12.3344+1.4×0.8×1.1304）=-16.0673KN·m Q懸=0(0QG+QCQ人)=1.0（1.2×17.1692+1.4×0.8×3）=23.9630KN·m3.2.2鉸接懸臂板內力計算1）恒載計算 A、每延米恒載g瀝青：g1=0.03×1

8、.0×24=0.72KN/m：混凝土墊層：g2=0.115×1.0×24=2.76KN/m：翼緣板自重： g3=0.16×1.0×26=4.16KN/m所以：g=g1+g2+g3=0.72+2.76+4.16=7.64KN/mB、每米 寬板的恒載內力MG=-0.5gl2=-0.5×7.64×1.012=-3.8968KN/mMG=gl=7.64×1.01=7.7164KN2）車輛荷載計算圖5.鉸接懸臂板內力計算圖公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）可知后輪著地：a1=0.2m；b1=0.6m；A、 單個

9、車輪作用時有：b=b1+2h=0.6+2×（0.115+0.03）=0.89ma=a1+2h+2l0=0.2+2×0.145+2×1.01=2.51m作用在每米寬板條上的彎矩為： MSP=1+ P4al0-b4=1+ 0.31404×2.5101.01-0.894=-14.28KN·m作用在每米寬板條上的剪力為： QSP=1+ P4a=1+ 0.31404×2.51=18.13 KN注：公路橋涵設計通用規(guī)范規(guī)定在設計T梁懸臂板時沖擊系數(shù) 取0.3。B、 兩個車輪同時作用時有：b=b1+2h=0.6+2×（0.115+0.03

10、）=0.89ma=a1+2h+d+2l0=0.2+2×0.145+1.4+2×1.01=3.91m作用在每米寬板條上的彎矩為： MSP=1+ P4al0-b4=1+ 0.32×1404×3.911.01-0.894=-18.328KN·m作用在每米寬板條上的剪力為： QSP=1+ P4a=1+0.32×1404×3.91 =23.27KN經計算分析，當兩個后輪同時作用在鉸接懸臂板上時活載內力最大。3）內力組合 M懸=0cMc+QMSP=-1.0×1.2×3.8968+1.4×18.3280=30

11、.34KN·m Q懸=0cQc+QQSP=1.0×1.2×7.7164+1.4×23.27=41.84KN·m3.3主梁內力計算3.3.1結構重力集度分別考慮預制自重和橋面鋪裝、人行道欄桿重力集度。1） 按跨中截面計算預制梁每延米重力集度：g1=18.031 kN/m2） 橫隔梁、橋面鋪裝、欄桿、人行道等分攤給5片梁的荷載集度： g2=1.29776+5.75+5.175+1.296=13.5187 kN/m3.3.2結構自重產生的內力跨中彎矩：Mg=18g1+g2l02=1818.031+13.5187×29.142=3348.76

12、88KN·m支點剪力：Vg=12（g1+g2)l0=1218.031+13.5187×29.14=459.6800KN3.3.3沖擊系數(shù)計算1）簡支梁基頻：f=2l2EIcmc mc=Gg經計算得IC=0.261655637997，G=g1+g2=31.5498×103N/m，查表得E=3.35×1010 MPa，代入其他相關數(shù)據(jù)，從而計算出 f=2×29.1423.35×1010×0.26165563799727.682×103/9.81=3.0524且1.5HZf=3.052414HZ2）1+=1+0.1767

13、lnf-0.01571.18HZ3.3.4各主梁的跨中荷載橫向分布系數(shù)mc計算：本橋的寬跨比為：B/L=9/29.14=0.3089<0.5 屬于窄橋橋的橫向連接剛度比較大，跨中處按偏心壓力法計算，其中：n=5ai2=2×(4.42+2.22)=48.4m2A、 第一片梁的影響線豎標值11=1n+e1a1ai2=15+4.4×4.448.4=0.619=1n+e5a1ai2=15-4.4×4.448.4=-0.2B、 第二片梁的影響線豎標值22=1n+e1a2ai2=15+4.4×2.248.4=0.428=1n+e5a2ai2=15-4.4

14、15;2.248.4=0C、 第三片梁的影響線豎標值33=1n+e1a3ai215+4.4×048.4=0.237=1n+e5a3ai2=15-4.4×048.4=0.2從而繪制出1、2、3、4、5號梁的橫向影響線如圖所示，按橫向最不利布置車輪荷載得出1、2、3、4、5號梁跨中位置處汽車、人群荷載作用下的橫向分布系數(shù)如下：A、第一片梁的跨中橫向分布系數(shù)mcq=121i=0.6mcr=0.6545B、第二片梁的跨中橫向分布系數(shù)mcq=122i=0.5908mcr=0.4273C、第三片梁的跨中橫向分布系數(shù)mcq=123i=0.6mcr=0.4圖6.偏心壓力法計算荷載橫向分布系

15、數(shù)簡圖3.3.5支點的荷載橫向分布系數(shù)m0計算（注：采用杠桿原理法進行計算，見圖）A、 第一片梁的支點橫向分布系數(shù)m0q=0.4091，m0r=1.2727B、 第二片梁的支點橫向分布系數(shù) m0q0.7954，m0r=0C、 第三片梁的支點橫向分布系數(shù) m0q=0.7955，m0r=0圖7.杠桿原理法計算荷載橫向分布系數(shù)簡圖表1.橫向分布系數(shù)匯總表荷載類別1號梁2號梁3號梁mcm0mcm0mcm0車輛荷載0.60.40910.59080.79540.60.7955人群荷載0.65451.27270.427300.403.3.6計算汽車、人群荷載內力通過以上計算分析可知，第一片梁的橫向分布系數(shù)最

16、大，說明第一片梁在按最不利荷載情況下，最危險。又因各片主梁的特性一致，所以只需對第一片梁進行彎矩、剪力計算。在內力計算時，對于橫向分布系數(shù)得取值做以下考慮：計算彎矩時，均采用全跨統(tǒng)一的荷載橫向分布系數(shù)mc；求支點截面剪力時，由于主要荷載集中在支點附近而應考慮支承條件的影響，考慮橫向分布系數(shù)沿橋垮的變化影響公路級，qk=10.5 kN/m2Pk=180+18050-5×29.14-5=276.56KN1) 跨中彎矩Mq=1+mcqqk+Pky=1.18×1×0.6×10.5×18×29.142+276.56×14×2

17、9.14=2215.4987kN·m Mr=mcr·qr· =06545×3×18×29.142=208.4107KN·m2） 支點剪力 1.2Pk=331.872KN,qk=10.5KN因moq<mcq，則 V1=1+×1.2Pkmoq+xamcq-moql-xl=1.18×1×331.8720.6+x4.85×(0.6-0.4091)×29.14-x29.14由dVdx=0，得：x=6.948m >a=4.85m，取a=4.85m y=1-a3l=1-4.85

18、3×29.14=0.9445 Vq=1+moq×1.2Pkyk+mcqqk+4.852moq-mcqqky =1.18×1×0.4091×331.872×1.0+0.6×10.5×0.5×29.14+2.425×0.4091- 0.6×10.5×0.9445=263.1029KN Vr=mcr·qr· +0.5×4.85(mor-mcr)×0.9139qr =0.6545×3×0.5×29.14+0.5&#

19、215;4.851.2727-0.6545×0.9139×3=21.5330KN3.3.8內力組合1） 彎矩組合 M=0GMg+Q(Mq+cMr)=1.0×1.2×3348.7688+1.4×(2215.4987+0.8×208.4107) =6429.5851KN·m2） 剪力組合V=0GVg+Q(Vq+cVr)=1.0×1.2×459.6800+1.4×(263.1029+0.8×21.533) =944.0770KN3.3.7主梁彎矩與剪力包絡圖主梁跨中的最大彎矩見前述內容，要繪

20、制主梁彎矩包絡圖和剪力包絡圖，還需要計算主梁1/4跨處的最大彎矩、剪力和主梁跨中剪力等。1） 跨中剪力計算（最不利位置在荷載只滿布半跨結構上） Vq=1+mcqqk+Pkyk =1.18×1.0×0.6×10.5×18×29.14+1.2×0.6×276.56×0.5=144.5610KN Vr=mcr·qr· =0.6545×3×18×29.14=7.1520KN內力組合： Vr=0GVg+QVq+cVr =1.0×1.2×0+1.4×

21、;(144.5610+0.8×7.1520) =210.3956KN2）1/4跨彎矩計算A、恒載彎矩計算： Mg=332g1+g2l2=33218.031+13.518829.142=2511.5766KN·mB、 活載彎矩計算： Mq=1+mcqqk+Pkyk =1.18×1.0×0.6×10.5×332×29.142+0.6×276.56×316×29.14=2102.8955KN·m Mr=mcr·qr· =0.6545×3×332

22、5;29.142=156.3080KN·m內力組合： M=0GMg+QMq+cMr =1.0×1.2×2511.5766+1.4×2102.8955+0.8×156.3080=6133.0103KN·m3）1/4跨處剪力計算A、恒載剪力計算： Vg=14g1+g2L=1418.031+13.5188×29.14=229.8400KN B、活載剪力計算： Vq=1+mcqqk+1.2Pkyk =1.18×1.0×（0.6×10.5×910×29.14+1.2×0.6&

23、#215;276.56×34=237.1503KN Vr=mcr·qr· =0.6545×3×932×29.14=16.0921KN 內力組合： Vr=0GVg+QVq+cVr =1.0×1.2×229.8400+1.4×(237.1503+0.8×16.0921) =525.8320KN簡支梁彎矩包絡圖和剪力包絡圖 Mud=1.2Mg+1.4Mq+1.4Mr，Vud=1.2Vg+1.4Vq+1.4Vr支點： M=0 V=1.2×459.68+1.4×263.1029+1.4

24、×21.5330=950.1063KN1/4跨： M=1.2×2511.5766+1.4×2102.8955+1.4×156.3080=6176.7768KN·m V=1.2×229.84+1.4×237.1503+1.4×16.0921=630.3474KN跨中： M=1.2×3348.7688+1.4×2215.4987+1.4×208.4107=7410.9905KN·m V=1.2×0+1.4×144.5610+1.4×7.1520=21

25、2.3982KN圖8.彎矩包絡圖和剪力包絡圖 3.4橫隔梁內力計算橫隔梁自重較小，此處不計算，僅計算活載作用下橫隔梁的內力。計算過程如圖所示，則有：彎矩的影響線豎標Mi=1.8699剪力的影響線豎標Qi=1.355橫隔梁跨中荷載布置圖如圖所示，則有： Poq（M）=119.84KN·m Poq（Q）=119.84KN·m則橫隔梁最大剪力和彎矩：M=1+Poq（M）Mi=264.424KN·mQ=1+Poq（Q）Qi=191.61KN3.5撓度、預拱度計算主梁結構自重最大彎矩為3348.7688KN·m，汽車作用最大彎矩（不計算沖擊）為1877.5413KN·m,人群作用最大彎矩為208.4107KN·m公橋規(guī)規(guī)定：驗算主梁變形時，不計入結構自重的長期撓度，汽車不計沖擊。則由可變荷載頻遇值產生的跨中長期撓度為：C50混凝土，取=1.438。按全預應力混凝土，取B=0.95EI。 fc=f=1.438×548×Mbl2B=1.438×548×(0.7×1877.5413+