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1、、桥梁工程课程设计一.基本设计资料21.跨度和桥面宽度22.技术标准23.主要材料24.构造形式及截面尺寸3二、主梁计算41.主梁截面设计42.恒载内力计算43. 活载内力计算94.进行作用效应组合，绘弯矩和剪力包络图165.进行抗弯、抗剪钢筋设计计算166.正常使用极限状态下裂缝验算26三桥面板计算301.永久荷载效应计算302.可变荷载效应313.作用效应基本组合324.截面设计与配筋及验算32四横隔梁计算341.确定作用在跨中横隔梁上的可变作用342.跨中横隔梁的作用效应影响线计算353.截面作用效应计算38一.基本设计资料1.跨度和桥面宽度 （1）标准跨径：20m （2）主梁全长：19
2、.96m （3）计算跨径：19.5m （4）桥面宽度：净7m（行车道）+20.5m（防撞栏）2.技术标准 设计荷载：公路-II级，单侧防撞栏14.7 环境标准：I类环境 设计安全等级：二级3.主要材料 （1）混凝土：混凝土简支T形梁及横隔梁采用C50混凝土，重度26；防撞栏采用C30混凝土：桥面铺装上层采用0.08m沥青混凝土，下层为厚0.060.13m的C30混凝土，沥青混凝土重度23,混凝土重度24。 （2）钢材：采用R235钢筋，HRB335钢筋。4. 构造形式及截面尺寸 全桥共5片T梁组成，单片T梁高130cm，宽160cm。桥上横坡为双向2%；设有5根横隔梁，高为100cm，宽15c
3、m。 桥梁横断面和主梁纵断面图（单位：cm）二、主梁计算1.主梁截面设计 2.恒载内力计算 1.恒载集度主梁：横隔梁：对于边主梁：对于中主梁：桥面铺装层： 防撞栏：作用于边主梁的全部恒载g为：作用于中主梁的恒载强度为： 2.恒载内力弯矩：剪力： 则得到恒载内力，见表1 3.主梁的荷载横向分布系数1.跨中荷载的横向分布系数 恒载内力 表1 内力截面位置x 剪力Q(kN/m) 弯矩（kN/m） 边主梁中主梁边主梁中主梁X=0217.006223.16800X=l/4108.503111.584793.431815.957X=l/2001057.9081087.943 此桥跨度内设有横隔梁，且承重结
4、构的长宽比为：，故可按偏心压力法绘制横向影响线并计算横向分布系数。 1.计算I和 翼板平均高度：重心位置：弯曲惯距： 对于翼板: 对于梁肋：2. 计算横向影响线竖标值 n=5，=1.042，G=0.425E3. 计算横向影响线竖标值 影响线竖坐标值计算表 表2 梁号10.560.380.20.02-0.1620.380.290.20.110.0230.20.20.20.20.2 横向分布系数计算图式（单位：cm） 4. 计算各梁的横向分布系数：汽车荷载：防撞栏： 2，梁端剪力横向分布系数汽车荷载： 端部横向分布系数计算图式（单位：cm）3. 活载内力计算1. 永久作用效应 永久荷载计算表 表3
5、构件名构件尺寸构件单位长度体积/重度/每延米重/ 主梁 0.3848 2610.0048横隔梁中梁 0.94785261.638边梁0.473925260.6319桥面铺装沥青混凝土（厚8cm）0.128 232.944垫层（平均厚9cm）243.4566.4防撞栏14.7 各梁的永久荷载值（单位：kN/M） 表4 永久作用效应下的影响线面积计算见表5 影响线面积计算表 表5项目计算面积影响线面积 永久作用效应计算表 表62.汽车荷载冲击系数及影响线的计算 简支梁的基频：根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）中第4，3，2条之5，当1.5Hzf14Hz时，=0.1767f-0.0
6、157，则可得： （1+）=1+（0.17674.144-0.0157）=1.236=1，双车道不折减。均布荷载标准值：集中荷载标准值： 计算剪力时：178.5*1.2=214.2kN 计算弯矩时： 均布荷载,集中荷载及影响线面积计算见表73. 可变作用弯矩效应计算 永久荷载作用的分项系数： 汽车荷载作用的分项系数：组合公式：-结构重要形系数，=1.0 公路-II级车道荷载及影响线面积计算表 表7项目顶点位置L/2处7.875178.547.53L/2处7.875178.535.65支点处7.875214.29.75L/2处7.875214.22.438 公路-II级车道荷载产生的弯矩计算表
7、表8梁号内力1+Pk/kNYkM（kN.m）10.46171.2367.87547.53178.54.875710.1800.461735.653.65625532.64620.461947.534.875710.4890.461935.653.65625532.879 30.447.534.875615.2740.435.653.65625461.462 弯矩基本组合计算表（单位：kN.m） 表9梁号内力永久荷载汽车荷载 弯矩基本组合值11089.2308710.1801799.4108816.9804532.6461349.626421119.2650710.4891829.754839.
8、5076532.8791372.386631119.2650615.2741734.539839.5076461.4621300.96964.可变剪力效应计算 1)跨中截面剪力的计算 跨中剪力的计算结果见下表10 公路-II级车道荷载产生的跨中剪力计算表 表10梁号内力1+剪力效应/kN10.46171.2367.8752.438214.20.572.074120.46191.2367.8752.438214.20.572.105330.41.2367.8752.438214.20.562.44232) 支点剪力的计算 汽车荷载产生的支点剪力效应计算图式组合公式： 剪力效应基本组合表（单位：k
9、N） 表11梁号内力永久荷载汽车基本组合值1223.438159.119382.557072.07472.0742229.599159.133388.732072.10572.1053229.599248.632478.231062.44262.442 4.进行作用效应组合，绘弯矩和剪力包络图5.进行抗弯、抗剪钢筋设计计算 1.配置主梁钢筋2号梁的弯矩值最大，考虑到设计施工方便，并留有一定的安全储备，故按2号梁计算弯矩进行配筋。 因采用的是焊接钢筋骨架，保护层厚为3cm，设。 则主梁有效高度为 。2号梁的跨中弯矩： 故受压区位于翼缘内，属于第一类T行截面。 设混凝土截面受压区高度为x。则利用下
10、式计算:选用8根直径为28mm和4根直径为22mm的HRB335钢筋，则 钢筋布置入下图： 查表得：则截面受压区高度符合规范要求。 配筋率为在支点处：（有228钢筋通过） ， 2.截面承载能力极限状态计算 按截面实际配筋面积计算截面受压区高度x为 截面抗弯极限状态承载力为 3.斜截面抗剪承载力计算 支点剪力以3 号梁最大，考虑安全因素，一律用3 号梁剪力值进行抗剪计算。跨中剪力效应以2号梁最大，一律以2号梁值进行计算.1) 腹筋设计 （1）截面尺寸检查 根据构造要求，梁最底层钢筋228通过支座截面，支点截面有效高度为 截面尺寸符合设计要求 （2）检查是否需要根据计算配置箍筋 跨中截面 支座截面
11、因,故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区应按计算配置腹筋。 （3）计算剪力图分配 剪力分配图 （尺寸单位：mm：剪力单位：kN） 的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，在长度内可按构造要求布置箍筋。同时，根据公路桥规规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高h=1300mm范围内，箍筋的艰巨最大为100cm。 距支座中心线为h/2处的计算剪力值由剪力包络图按比例求得，为 其中应由混凝土和箍筋承担的剪力计算值至少为;应由弯起钢筋（包括斜筋）承担的剪力计算最大为。设置弯起钢筋区长度为4560mm(上图)2） ，箍筋设计 采用直径为8mm的双肢箍筋，箍筋截面面积 在等截面钢
12、筋混凝土简支梁中，箍筋尽量做到等距离布置。斜截面内纵筋配筋率及截面有效高度可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用，计算如下： 跨中截面： 支点截面： 则平均值分别为 箍筋间距为 若箍筋间距计算值取计算的箍筋配筋率 综上所述，在支座中心向跨径长度方向的1300mm范围内，设计箍筋间距 尔后至跨中截面同意的箍筋间距取 3)弯起钢筋及斜筋设计 设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335）为22，钢筋重心至梁受压翼板上边缘距离 弯起钢筋的弯起角度为45，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。 现拟弯起N1N5钢筋，将计算的弯起钢筋弯起点截面的以及支座中心距离、分配的剪力计算值、所需的弯起钢筋值如表 弯起钢筋计算表
13、表12 弯起点12345（mm）12151102107110391007距支座中心距离（mm）12152317338844275434分配的计算剪力值（）180.46158.10100.3040.08需要的弯筋面积（）12151065676270可提供的弯筋面积（）123212321232760弯筋与梁轴交点到支座中心距离（mm）557178128843954 原拟定弯起N1钢筋的弯起点距离为5434mm，以大于4560+h/2=5210mm，即在欲设置弯筋区域长度之外，故赞不参加弯起钢筋的的计算，如下图228钢筋的抵抗弯矩M为222钢筋的抵抗弯矩M为跨中截面的钢筋抵抗弯矩M为第一排钢筋弯起处
14、正截面承载力为第二排钢筋弯起处正截面承载力为第三排钢筋弯起处正截面承载力为第四排钢筋弯起处正截面承载力为第五排钢筋弯起处正截面承载力为3) 斜截面抗剪承载力的复核 以距支座中心处为h/2处斜截面抗剪承载力复核 。（1） 选定斜截面顶端位置 距支座中心处为h/2处斜截面的横坐标为正截面有效高度现取斜截面投影长度则得到选择的斜截面顶端位置A,其横坐标为。（2） 斜截面抗剪承载力复核 A处正截面上的剪力及相应的弯矩计算如下： A处正截面有效高度则实际广义剪跨比m及斜截面投影长度c分别为将要复核的斜截面如下图AA斜截面，斜角。 斜截面内纵向受拉主筋有228，相应的主筋配筋率为箍筋的配筋率为与斜截面相交
15、的弯起钢筋有2N5，2N4；将以上计算值公式，就得AA斜截面抗剪承载力为故距支座中心为h/2处的斜截面抗剪承载力满足设计要求。6.正常使用极限状态下裂缝验算 以2号梁的跨中弯矩效应进行组合： 短期效应组合：长期效应组合：受拉钢筋在短期效应组合作用下的应力为把以上数据带入计算公式得裂缝宽度满足要求，同时在梁腹高的两侧应设置直径6-8mm的防裂钢筋，以防止裂缝。若用88，则满足要求。7.正常使用极限状态下的挠度验算 全截面换算截面对重心轴的惯性矩可近似用毛截面的惯性矩代替，则 全截面换算面积 计算全截面换算截面受压区高度x。计算全截面换算截面重心轴以上部分面积对重心轴的面积距S。设开裂截面换算截面
16、中性轴距梁顶面的距离为x（cm），由中性轴以上和以下换算截面面积距相等的原则，可按下式求得x：可计算开裂截面换算截面惯性矩为 根据上述计算结果，结构跨中自由重产生的弯矩为 公路-II级可变车道荷载 跨中横向分布系数=0.4619;永久作用汽车作用 C50混凝土，=1.425，施工中可通过设置预拱度来消除永久作用挠度，则在消除结构自重产生的长期挠度后主梁的最大挠度处不应超出计算跨径的1/600.，挠度满足要求。 判断是否需要设置预拱度 故应设置预拱度，跨中预拱度为，支点=0，预拱度沿顺桥向做成平顺的曲线。三桥面板计算 1.永久荷载效应计算 由于主梁翼缘板在接缝处沿纵向全长设置连接钢筋，故行车道板
17、可按两端固定和中间铰接的板计算， 1.每延米板上的恒载g沥青混凝土面层： C30混凝土垫层：T梁翼板自重：每延米宽板的恒载总计： 2.永久荷载效应计算弯矩：剪力： 2.可变荷载效应 公路-II级，以重车后轮作用于铰缝轴线上为最不利布置，此时两边的悬臂板各承担一半的车轮荷载，如下图 车辆荷载后车轮着地宽度沿着行车方向轮压分布宽度为 垂直行车方向轮压分布宽度为 荷载作用于悬臂根部的有效分布宽度为 单轮时：局部加载冲击系数取1.3，则作用于每米宽板条上的弯矩为单个车轮时取两者中的最不利情况，则。作用于每米宽板条上的剪力为3.作用效应基本组合 根据作用效应组合的规定，基本组合计算如下：弯矩：剪力：故行
18、车道板的设计作用效应为： 4.截面设计与配筋及验算 悬臂板根部厚度为14cm，设净保护层厚度a=3.5cm，若选用直径为12mm的HRB335钢筋，则有效高度为 解得的X=0.0095m验算，满足要求。钢筋截面面积A,选用直径为12mm的钢筋时，钢筋的间距为10cm，此时所提供的钢筋面积为：。验算截面承载力 故承载力满足要求。矩形截面受弯构件抗剪截面尺寸应符合满足抗剪最小截面尺寸要求。 因此，仅需按构造配置箍筋 按设计一般规定，板内应设置垂直于主钢筋的分布钢筋，直径不应小于8mm，间距不应大于200mm，因此采用8200四横隔梁计算1.确定作用在跨中横隔梁上的可变作用 具有多根内横隔梁的桥梁，
19、跨中处的横隔梁受力最大，通常只计算跨中横梁的作用效应，其余横梁可依据跨中横隔梁安全地选用相同的截面尺寸和配筋。 桥梁结构的局部加载计算应采用车辆荷载跨中横隔梁的最不利受截面式（尺寸单位：cm）纵向一行车轮和人群荷载对跨中横隔梁的计算荷载为：汽车:跨中横隔梁受力影响线的面积：2.跨中横隔梁的作用效应影响线计算 一般横隔梁弯矩在桥中较大，而剪力两侧边缘处的截面较大。 跨中横隔梁作用效应剪力影响线图式 a AA截面弯矩影响线 b BB截面影响线跨中横隔梁作用效应弯矩影响线图式 d,1号梁右侧 e 2号梁右侧弯矩影响线计算 (1)计算公式：在桥梁跨中当单位荷载P=1作用在j号梁轴上时，i号梁轴所受的作
20、用为竖向力。于是，由平衡条件就可以写出A截面的弯矩计算公式。 当P=1作用在截面A-A的左侧时当P=1作用在截面A-A的右侧时（2）计算弯矩影响线值：在前面以计算出横向影响线竖坐标值，得：对于A-A截面的弯矩影响线可计算如下： 当P=1作用在1号梁轴上时 ， 当P=1作用在4号梁轴上时 ， 当P=1作用在5号梁轴上时 ，同理，的影响线计算如下剪力影响线计算 （1）1号梁右截面的剪力影响线计算： 1) 当P=1作用在计算截面以右时， 2) 当P=1作用在计算截面以左时：-1（2）2号梁右截面的剪力影响线计算：1）当P=1作用在计算截面以右时：如P=1作用在4号梁轴上时：如P=1作用在5号梁轴上时
21、： 2）当P=1作用在计算截面以左时：-1 如P=1作用在1号梁轴上时：3.截面作用效应计算 截面作用效应计算公式：横隔梁截面作用效应计算表汽车119.9横梁冲击系数0.3车道折减系数1 0.8920.325一车道189.6938-0.3410.8920.4825-0.0845两车道147.9206 -0.68530.3199-56.9549 0.540.3350.189-0.014两车道163.66350.670.3660.147-0.157两车道159.9226荷载组合265.571-79.737229.1284.横隔梁截面配筋与验算 1).正弯矩配筋 把铺装层折算8cm计入截面，则横隔梁
22、高度为108cm。横隔梁翼板有效宽度为 正弯矩配筋及其计算截面（尺寸单位：cm）计算跨径的1/3:720/3=240cm。相邻两横隔梁的平均间距：487.5cm。横隔梁翼板有效宽度应取上述三者中的较小值，即，先假设a=8cm，则横隔梁的有效宽度为其中，a为钢筋重心到地面的距离。 假设中心轴位于上翼板内，则 故假设正确。钢筋截面面积A, 选用420的HRB335钢筋，。钢筋布置如上图。此时 ，则，而满足规定要求。 验算截面抗弯承载力： 2）.负弯矩配筋此时，横隔梁为100*15cm的矩形截面梁。 取 解得选用218的HRB335钢筋， 验算截面抗弯承载力横隔梁正截面配筋率计算均满足受拉钢筋最小配筋率0.20%的要求。 3).抗剪计算与配筋设计由则抗剪截面符合尺寸要求，但需进行斜截面抗剪承载力的验算，通过计算配置抗剪钢筋。假定全部采用箍筋来承受剪力，选取箍筋为双肢8，则则箍筋间距：选取箍筋间距箍筋配筋率为，满足规范要求。