桥梁课设

《桥梁工程》课程设计

学生姓名：李嘉琎 学 号：U200916055 班 级：道桥1102

华中科技大学土木工程与力学学院道桥系

2014.6.17

一． 设计方案选择

1.1设计资料

桥名为河塆桥，实际桥长在36米左右，河床底部标高约为306.424米，桥面高程控制在313米。

通过给出图纸测得桥面宽度12米。

按二级公路，设计时速60公里每小时控制设计。 1.2方案初步拟定

初步拟定为装配式预应力混凝土简支Ｔ梁桥

预应力混凝土简支T形梁桥（尺寸单位：cm）

二． 桥梁设计说明

桥梁设计包括纵.横断面设计和平面布置。 1.

纵断面设计

桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径.桥梁的分孔.桥道的标高.桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度。

（1）本梁桥根据水文计算来确定。标准跨径为36.00m（墩中心距离）。本桥的跨径较小，因此上部结构的造价较低，墩台的造价较高。为了结构受力合理和用材经济，分跨布置时要考虑合理的跨径比例。

（2）本梁桥为跨河桥梁，桥道的标高应保证桥下排洪和通航的需要，结合桥型.跨径等一起考虑，以确定合理的桥道标高。

（3）桥上纵坡不大于4%，桥头引道纵坡不宜大于5%。

（4）主梁的高度随跨径大小，主梁间距和设计荷载等级而定，约为跨径的1/25~1/15，主梁的高度为2米。主梁翼板根部厚度为300mm，边缘厚度为150mm。

（5）横隔梁的高度可取主梁高度的3/4，横隔梁的高度为1.5米，横隔梁纵向间距为8.350米。 2.横断面设计

桥梁横断面的设计，主要是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面的宽度决定于行车和行人的交通需要。

（1） 本梁桥桥面行车道净宽为：净—9+2×1.5m

（2） 为了利于桥面排水，应根据不同类型的桥面铺装，设置从桥面中央倾向两侧的1.5%-3.0%的横向坡度，本桥设置为1.5%。 3.平面布置

（1） 桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳地通过，小桥的线形及其公路的衔接，应符合路线布设的规定。

（2） 从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交。必要时通常不宜大于 ，在通航河流上则不宜大于 。 4.桥面铺装

为了保护桥梁主体结构，在桥面的最上层设置桥面铺装。本桥设置5cm厚沥青混凝土和10cm厚C25混凝土作垫层的桥面铺装。 5.桥面伸缩缝

为了保证桥跨结构在气温变化.活载作用.混凝土收缩与徐变等影响下按静力图式自由地变形，在本梁桥桥面两梁端之间以及在梁端与桥台背墙之间设置横向伸缩缝。

三． 上部结构设计

1. 计算横向力分布系数

（1）当荷载位于支点处，利用杠杆原理法计算

12345 横断面(单位为:cm)

1#梁

对于汽车荷载 moq1?112?0.25???q2?2?0.4375 2对于人群荷载 mor1??r?2.25?0.75?1.5 2

2＃梁

对于汽车荷载 moq2?11?0.25?1.95?0.65????q2???0.7125 22??对于人群荷载 mor2?0 （由于是出现负的，取零，出于安全考虑）

对于汽车荷载 moq3?11?0.2?1?0.7????q2???0.725 22??对于人群荷载 mor3?0

（2）当荷载位于跨中时

此桥在跨度内设有横隔板，具有强大的横向联结刚性，且承重结构的跨宽比为：

L35.5??3.55?2 B5?2可按刚性横梁法绘制影响线并计算横向分布系数mcq 。 求荷载横向分布影响线竖标

本桥各根主梁的横向截面均相等，梁数n=5, 梁间距为2m。

?ai2?a12?a22?a32?a42?a52??2?2??22?0???2????2?2??40m2

i?15222ai ---各片主梁梁轴到截面形心的距离

1＃梁横向影响线的竖标值：

a1211?2?2? ?11??5???0.6 n540?ai2i?12

?15??1na1a5?ai?1n2i1?4?4?????0.2 540 由?11、?15 绘制1＃梁的横向影响线，如下图及最不利荷载位置，其中： 人行道缘石至1号梁轴线的距离△为 △=1.75-1.50=0.25m

荷载横向分布影响线的零点至1号梁位的距离为x,可按比例关系求得

并据此计算出对应各荷载点得影响线竖标?qi 和?r 。

x4?2?x?； 解得 x?6.00 0.60.21＃梁影响线

计算荷载横向分布系数mc

1号梁的活载横向分布系数分别计算如下 对于汽车荷载 mcq1?11?0.6??q?????5.75?3.95?2.65?0.85???0.66 ?22?6?对于人群荷载 mcr1??r?0.6??6?0.25?0.75??0.7 62＃梁横向影响线的竖标值： ?21?1a1a21?2?2??2?5???0.4 n540?ai2i?1?25??1na2a5?ai?152i1?2?2??2???0 540 由?21、?25 绘制2＃梁的横向影响线，如下图及最不利荷载位置，其中： 荷载横向分布影响线的零点至1号梁位的距离为x,可按比例关系求得

x4?2?； 解得 x?8.00 0.40.4 并据此计算出对应各荷载点得影响线竖标?qi 和?r。

2＃梁影响线

对于汽车荷载 mcq2?11?0.4??????q???7.75?5.95?4.65?2.85??0.53 22?8?0.4??8?0.25?0.75??0.45 8对于人群荷载 mcr2??r? 3＃梁横向影响线的竖标值 ?31?1a1a314?0?5???0.2 n540?ai2i?1 ?35?1a5a314?0?5???0.2 n540?ai2i?1由?31、?35 绘制3＃梁的横向影响线，如下图及最不利荷载位置，其中： 对于汽车荷载 mcq3?11???q2?0.2?4??0.4 2对于人群荷载 mcr3??r?0.2?0.2?0.4

3＃梁影响线

2. 主梁内力计算

（1）恒载集度 a. 主梁：

g1?[0.20?2.0?(?30.25KN/m0.3?0.150.2?0.25?2?0.2?1.775?2)?(2.0?0.2)?]?25 22b. 横隔梁 对于边主梁： g2?[(1.5?0.30?0.152?0.2?0.18?0.17?)?()????5?25]/35.5?0.707KN/m 222??'对于中主梁：g2?2?0.707?1.414KN/m

c. 桥面铺装层：

g3?(0.05?8.5?21?0.1?8.5?23)/5?5.695KN/m

d. 栏杆和人行道：

g4?4.5?2/5?1.8KN/m

e. 作用于边主梁的全部恒载强度： g??gi?30.25?0.707?5.695?1.8?38.452KN/m

作用于中主梁的全部恒载强度：

g??gi?30.25?0.707?5.695?1.8?38.452KN/m

(2)恒载内力的计算

l/4跨中弯矩影响线0.753L/161/4跨弯矩影响线1支点剪力影响线0.151/4跨剪力影响线

边跨弯矩剪力影响线 a. 1#及5#梁内力（边跨） 跨中弯矩 Ml?2

1l135.5?l??g??35.5??38.452?6057.392KN?m 2424跨中剪力 Vl?0

2支点剪力 Q0?gl1??35.5?38.452?682.523KN 221/4跨处弯矩：M?gx(l?x)?238.452?35.54(35.5?35.5)?4543.044KN?m 241/4跨处剪力：Ql/4?g38.45235.5(l?2x)?(35.5?2?)?341.262KN 224b. 2#、3＃及4#梁内力（中间跨） 跨中弯矩 Ml?21l35.5?l??g?0.5?35.5??39.159?6168.766KNm 244跨中剪力 Vl?0

2支点剪力 Q0?1?35.5?39.159?695.072KN 2

1/4跨处弯矩 M?gx(l?x)?239.159?35.54(35.5?35.5)?4626.575KN?m 241/4跨处剪力 Ql/4?(3)活载内力

g39.15935.5(l?2x)?(35.5?2?)?347.536KN 224a. 汽车荷载冲击系数

主梁横截面图（单位：mm）

结构跨中处的单位长度量：

G38.452?103mc???3919.674kg/m

g9.81主梁截面形心到T梁上缘的距离： y?22.5?(200-20)?(22.5/2)+200?20?200?(1/2)?55.35cm?0.5535m

22.5?(200-20)+200?20跨中截面惯性矩：

122.521?(200?20)?22.53?(200?20)?22.5?(55.35?)??20?200312212

200?20?200?(?55.35)2?2.94?107cm4?0.294m42Ic?查表 E取

f??2l2EIc3.14?mc2?35.522.8?1010?0.294?1.805Hz

3919.6741.5Hz?f?14Hz

??0.1767lnf?0.0157?0.1767?ln1.805?0.0157?0.089

所以冲击系数：

1???1?0.089?1.089

b. 汽车荷载作用

公路—I级均布荷载 qk?10.5KN/m

l?50时，Pk?360KN/m 对于集中荷载，当l?5时，Pk?180KN/m ；当

当5?l?50 时，采用内插法； 公路—Ⅱ为公路—Ⅰ级的0.75倍 则qk?0.75?10.5?7.875KN/m Pk?0.75??180???35.5?5???360?180???299.7KN

50?5?当计算剪力时候 Pk?299.7?1.2?359.64KN

计算车道荷载的跨中弯矩、剪力的计算对于双车道，折减系数??1.0 跨中弯矩影响线如下图

c. 跨中弯矩的设计， ??1l135.5?l???35.5??157.53m2 2424由于跨中弯矩横向分布系数1＃、5＃梁最大，所以只需计算1＃、5＃梁的弯矩，计算如下： 1） 对于1#梁 车辆荷载作用下 M?(1??)?l2????mPy?mq??cq1kk? cq1k?? ?1.089?1??0.66?299.7?35.5??0.66?7.875?157.53??2803.363KN?m 4?跨中人群荷载最大弯矩 人群荷载集度Por?3KN Ml2,r?mcr1Por??0.7?3?157.53?330.813KN?m 2） 对于2#和4#梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中弯矩： MQ1k,l2?(1??)?(mcq2Pkyk?mcq2qk?)

35.5?0.53?7.875?157.53)?2251.195KN?m 4?1.089?1?(0.53?299.7?计算人群荷载的跨中弯矩： MQ2k,l2?mcr2Por??0.45?3?157.53?211.666KN?m 人群荷载集度： Por?3KN

3）对于3#梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中弯矩： MQ2k,l2?(1??)?(mcq3Pkyk?mcq3q?)

k35.5?0.4?7.875?157.53)?1692.317KN?m 4 ?1.089?1?(0.4?299.7?计算人群荷载的跨中弯矩： MQ2k,l2?mcr3Por??0.4?3?157.53?189.036KN?m

人群荷载集度： Por?3KN

d. 跨中剪力的计算 跨中剪力影响线如下图：

??

1l135.51?????4.4375m2 242221）对于1＃和5#梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力：

QQ1k,l2?(1??)?(mcq1Pkyk?mcq1qk?)?1.089?1?(0.66?359.64?0.5?0.66?7.875?4.4375)?154.360KN

计算人群荷载的跨中剪力：

QQ2k,l2?mcr1Por??0.7?3?4.4375?9.319KN 2）对于2＃和4#梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力：

QQ1k,0?(1??)?(mcq2Pkyk?mcq2qk?)?1.089?1?(0.53?359.64?0.5?0.53?7.875?4.4375)?123.957KN

计算人群荷载的跨中剪力： QQ2k,l2?mcr2Por??0.45?3?4.4375?5.991KN

3）对于3#梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力：

QQ1k,0?(1??)?(mcq3Pkyk?mcq3qk?)?1.089?1?(0.4?359.64?0.5?0.4?7.875?4.4375)?93.439KN

计算人群荷载的跨中剪力： QQ2k,l2?mcr3Por??0.4?3?4.4375?5.325KN

e. 支点截面剪力的计算 剪力影响线如下图所示：

??11?1?l??35.5?17.75m2 22横向分布系数变化区段的长度a?1） 对于1＃和5#梁

35.5?8.35?9.40m 2附加三角形重心影响线坐标 ： y?1??35.5??9.40?/35.5?0.912

??13??

7.875KN/m公路-II级Q1/4影响线3KN/m人群荷载Q1/4影响线

13l13?35.5????0.75???0.75?9.984m2

24241）对于1＃和5#梁

计算公路—II级汽车活载的1/4跨剪力：

QQ1k,0?(1??)?(mcq1Pkyk?mcq1qk?)?1.089?1.0?(0.66?359.64?0.75?0.66?7.875?9.984)?250.376KN

计算人群荷载的跨中剪力：

QQ2k,l2?mcr1Por??0.7?3?9.984?20.966KN

2）对于2＃和4#梁

计算公路—II级汽车活载的1/4跨剪力：

QQ1k,0?(1??)?(mcq2Pkyk?mcq2qk?)?1.089?1.0?(0.53?359.64?0.75?0.53?7.875?9.984)?201.060KN

计算人群荷载的跨中剪力：

QQ2k,l2?mcr2P or??0.45?3?9.984?13.478KN

3）对于3#梁

计算公路—II级汽车活载的跨中剪力：

QQ1k,0?(1??)?(mcq3Pkyk?mcq3qk?)?1.089?1.0?(0.4?359.64?0.75?0.4?7.875?9.984)?151.744KN

计算人群荷载的跨中剪力： QQ2k,l2?mcr3Por??0.4?3?9.984?11.981KN

(4)荷载组合

rosud?ro(?rGisGik?rQ1sq1k??c?rQjsQJK)

i?1j?2nn 其中rGi?1.2 ，rQ1?1.4 ，rQj?1.4，?c?0.8 ，

跨中弯矩组合：

活载（KN/m） 组合值（KN/m） 汽车 2803.363 2251.195 1692.317 人群 330.813 211.666 189.036 11564.089 10791.258 9983.483 梁＃ 恒载（KN/m） 1、5 2、4 3 6057.392 6168.766 6168.766 跨中剪力组合： 活载（KN/m） 组合值（KN/m） 汽车 人群 梁＃ 恒载（KN/m） 1、5 2、4 3 0 0 0 154.360 123.957 93.439 9.319 5.991 5.325 226.541 180.250 136.779 支点剪力组合：

活载（KN/m） 组合值（KN/m） 汽车 348.843 295.651 230.727 人群 48.623 17.580 15.626 1361.866 1285.687 1174.605 梁＃ 恒载（KN/m） 1、5 2、4 3 682.523 695.072 695.072 1/4跨弯矩组合：

活载（KN/m） 组合值（KN/m） 汽车 2102.472 1688.348 1274.225 人群 248.111 159.500 141.778 8672.998 8113.417 7513.796 梁＃ 恒载（KN/m） 1、5 2、4 3 4543.044 4626.575 4626.575 1/4跨剪力组合： 梁＃ 活载（KN/m） 组合值（KN/m） 恒载（KN/m） 1、5 2、4 3 汽车 250.376 201.060 151.744 人群 20.966 13.478 11.981 782.529 713.622 642.904 341.262 347.536 347.536 3. 行车道板计算

由于主梁是用现浇混凝土的，其有很大的刚度，所以按刚接的单向板进行行车道板的计算

(1)恒载内力的计算 a. 计算每延米板的恒载g

沥青混凝土面层：g1?0.05?1.0?21?1.05KN/m C25 混凝土垫层：g2?0.1?1.0?23?2.3KN/m T梁翼板自重： g3?合计： g?0.15?0.30?1.0?25?5.625KN/m 2?gi?131?g2?g3?8.975KN/m

b. 计算每延米板条的恒载内力 弯矩：Mog??剪力：Qog1212?0.22gl0???8.975?()??3.635KNm 222

?gl?8.975?0.9?8.078KN

(2)活载内力的计算

根据轴距及轴重，应以重轴为主，取两后轴2?P＝280kN计算。轮载分布：车轮着地尺寸a2?b2?0.2?0.6m ，经铺装层按45 角扩散后，在板顶的分布尺寸： a1?a2?2H?0.2?2?0.15?0.5m b1?b2?2H?0.6?2?0.15?0.9m

经分析，车后轴两轮的有效分布宽度重叠，所以荷载对于悬臂根部的有效分布宽度为：

a?a1?d?2l0?0.5?1.4?2?0.9?3.7m

作用在每延米板条上的弯矩：

b1P(l?) Msp??(1??)4a04 ??1.089?2?1400.9(0.9?)

4?3.74 ??13.907KNm 作用在每延米板条上的剪力： Qsp?(1??)(3)内力组合

安全等级二级，??1.0 ，?g1?1.2，?p1?1.4

按承载能力极限状态下作用基本组合弯矩和剪力的设计值分别为：

P2?140?1.089??20.603KN 4a4?3.7Mud??(?g1Mog??p1Msp)??1.2?3.635?1.4?13.907??23.832KN?m Qud??(?g1Qog??p1Qsp)?1.2?8.078?1.4?20.603?38.538KN

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