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1、1/13桥梁工程课程设计一、设计资料公路等级：二级公路设计荷载：公路II 级,人群 3.5KN/m2，栏杆及人行道的重量按 5.0KN/m计；桥面净空：2 车道+21.5m 人行道；设计时速：根据规范取值地质水文情况：河床地面线为（从左到右）：0/0，1.1/4，1.6/8，2.4/14，3/18，-3.5/22，4.1/28，4.6/38，-2.9/42，1.6/47，1.3/53，0 /60， （分子为高程，分母为离第一点的距离，单位为米） ；地质假定为花岗岩；设计洪水位-2.4m，非通航河流。桥梁分孔：30m+30m 简支梁 2 车道材料容重：水泥砼 23 KN/m3，钢筋砼 25 KN
2、/m3，沥青砼 21 KN/m3 二、纵断面设计1、桥梁分孔考虑到桥梁全长为 60m，结合总造价和施工工艺，且桥梁无通航要求，桥梁分孔为 30m+30m 简支梁。2、计算跨径的确定伸缩缝宽度，中小桥为 25cm，支座中心线至梁端的距离为 27.5cm。计算跨径是两相邻支座中心线间的距离。确定为 29.4m。3、桥道高程的确定对于跨河桥梁，桥道高程应保证桥下通航和泄洪的需要；为了保证桥下流水净空，对于梁式桥，梁底一般应高出设计洪水位不小于 50cm,高出最高流水水位 75cm；支座底面应高出设计洪水位不小于 25cm，高出最高流冰水位不小于50cm，但如果支座部分由围护隔水者可不受此限制。据此，
3、以河床地面线为0.000，支座底面高程为+3.900m，河床地面线起点高程为+5.000m。4、纵坡（竖曲线半径）以及桥梁下部结构布置对于大、中桥梁，为了利于桥面排水和降低引道路堤高度，往往设置从中间向两端倾斜的双向纵坡。桥上纵坡不宜大于 4%；桥头引道纵坡不大于 5%。据此，取桥上纵坡为 2%，则桥梁跨中截面高程为+5.600m。桥梁下部结构布置：桥台采用实体重力式桥台；桥墩采用钢筋混凝土薄壁2/13墩，基础采用桩基础。5、桥梁纵断面图如下图所示：图 1：桥梁纵断面 三、横断面设计设计要求公路等级为二级，桥面净空 2 车道+21.5m 人行道，设计速度为60km/h，根据公路桥涵设计通用规范
4、 ，车道宽度 W 取 3.50m，净空高度 H 为5.0m，侧向宽度 L 为 0.25m，桥涵净空顶角宽度 E 为 0.5m。不设置单独的自行车道，不设置中央分隔带。近年来国内外对于中小跨径的桥梁，绝大部分采用装配式的钢筋混凝土简支梁桥或预应力混凝土简支梁桥。此桥采用装配式简支梁桥，并采用 T 行梁桥，优点是：制造简单，肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架，主梁之间借助间距为46m 的横隔梁来连接，整体性好，接头也较方便。不足之处在于截面形状不稳定，运输和安装较复杂。栏杆高度规定不小于 110cm。栏杆柱的间距一般为 1.62.7m。设计采用钢筋混凝土栏杆，在栏杆柱间设置上下两道钢筋混凝土扶手的简易结
5、构。插于人行道梁预留孔内的栏杆柱的截面为 18cm14cm，内配 4 根 10 的竖向钢筋，扶手截面为 12cm8cm，内配 4 根 8 的纵向钢筋。栏杆扶手用水泥砂浆固定在柱的预留孔内，应该注意，在靠近桥面伸缩缝处的所有栏杆，均应使扶手与柱之间能自由变形。人行道的设计：根据公路桥涵设计通用规范中标描述：一、二、三、四级公路上桥梁的桥上人行道和自行车道的设置，应根据需要而定，并应与前后路线布置协调。人行道、自行车道与行车道之间，应设分隔设施。一个自行车道的宽度为 1.0m ；当单独设置自行车道时，不宜小于两个自行车道的宽度。人行道的宽度宜为 0.75m 或 1.Om ；大于 1.0m 时，按
6、0.5m 的级差增加。当设路缘石时，路缘石高度可取用 0.250.35m 。据此设计人行道宽度为1.5m，路缘石宽度为 0.15m，人行道和路缘石高出行车道面 0.25m,横向坡度为1.5%。0.000-4.6003.9005.0005.6405.000%2%216000160001600016000600003.9003/13公路和城市桥梁，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 1.5%3%的横向坡度。据此设计横向坡度为 2%。根据规范，高速公路、一级公路上桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不宜小于 70mm ；二级及二级以下公路桥梁的沥青混凝土桥面铺装层厚度不宜小
7、于 50mm 。据此设计沥青混凝土桥面铺装层厚度为 50mm。行车道不设置中央分隔带，按照公路桥涵设计通用规范 (JTG D602004)，左路肩取 0.5m，右路肩取 0.25m。车道宽度为 3.5m2=7m。横坡为 2.0%。横断面图如下：图 2：桥梁横断面图 四、主要控制截面尺寸拟定主梁的布置、梁高、横隔梁布置、梁肋尺寸、翼板尺寸及横隔梁尺寸。1、主梁布置桥梁总宽为 0.5+14+1.52+0.252=18m。采用的翼板宽度为 1.8m，因此设计为 1.8m10=18m。横断面共十片梁。2、梁高通过对跨径 10m 和 20m 的 T 梁的经济分析，高跨比的经济范围大约为1/111/16，
8、跨径大的取用偏小的值。对于跨径 10m、13m、16m 和 20m 的标准设计所采用的梁高相应为 0.9m、1.0m、1.1m 和 1.3m，据此，因为跨径为 30m、选择梁高为 1.1m。高跨比为 1/14.545。3、横隔梁布置公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D26-2004） ，当梁横向刚性连接时，横隔梁间距不应大于 10m。故当 T 梁的跨径稍大时（一般在13m 以上时） ，需在跨径内增设一道横隔梁。据此设计横隔梁在两支座截面、1/4 截面、1/2 截面、3/4 截面共设置 5 道横隔梁。18001800180018002cm 厚沥青混凝土面层 6-8cm厚C25混
9、凝土垫层 2%1.5%18001800180018002%75001.5%9001800750018000150015009004/134、主梁梁肋尺寸主梁梁肋的宽度，在满足抗剪强度需要的前提下，一般做的较薄，以减小构建的自重，从保证梁肋的屈曲稳定条件以及不致使捣固混凝土发生困难方面考虑，梁肋宽度不能小于 14cm，实践中通常采用 1820cm，据此，设计采用18cm。5、横隔梁尺寸跨中横隔梁的高度应保证具有足够的抗弯刚度，通常可做成主梁高度的3/4 左右，据此设计为 80cm。横隔梁的肋宽通常采用 1216cm，且宜做成上宽下窄和内宽外窄的楔形，以便脱模，据此肋宽采用 12cm。6、主梁翼板
10、尺寸翼板的宽度比主梁中距小 2cm，为 1.78m，以便在安装过程中易于调整 T 梁的位置和制作上的误差。为了保证翼板与梁肋的衔接处的厚度应不小于主梁高度的 1/10，取 0.11m，端部取 100mm。主要控制截面图如下图 3 所示：图 3：主要控制截面尺寸 五、恒载内力计算设计荷载：公路II 级,人群 3.5KN/m2，栏杆及人行道的重量按 5.0KN/m计；材料容重：水泥砼 23 KN/m3，钢筋砼 25 KN/m3，沥青砼 21 KN/m31、恒载集度主梁：mkNg/70. 80 .2518. 078. 1211. 008. 01 . 118. 01 横隔梁：边主梁：178080800
11、11011001805/13mkNg/80. 04 .150 .25518. 0218. 078. 1214. 008. 08 . 02 桥面铺装层： mkNg/74. 3100 .235 . 712. 006. 00 .211502. 03栏杆和人行道：mkNg/00. 11020 . 54作用于边主梁的全部横载 g 为：mkNggi/24.1400. 174. 380. 070. 82、横载内力计算边主梁的弯矩，计算图式如下图所示，则：xlgxxgxxglMx222各计算截面的剪力和弯矩值，列于下表中：表 1边主梁恒载内力 截面位置 x计算跨径 l（m）恒载 g（kN/m）弯矩 M（kNm
12、）015.414.240.00 0.2515.414.24316.61 0.515.414.24422.14 0.87515.414.24184.69 115.414.240.00 六、荷载横向分布系数计算1、支点横向分布系数的计算按杠杆原理法进行荷载横向分布计算，其基本假定是忽略主梁之间横向结构的联系作用，即假设面板在主梁上断开，而当做沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑。当桥上荷载作用在靠近支点处时，荷载的绝大部分通过相邻的主梁直接传至墩台，实践中人们习惯于安全地用杠杆原理分布法来计算荷载位于靠近支点时的横向分布系数。首先绘制 1 号梁的荷载横向影响线，如下图 4 所示：6/13图 4
13、：杠杆原理法计算横向分布系数根据公路桥涵设计通用规范 （JTG D602004）规定，在横向影响线上确定荷载沿横向最不利的布置位置。对于车辆荷载，规定车轮的横向轮距为1.80m，两列汽车车轮的横向最小间距为 1.30m，车轮距离人行道缘石最少为0.50m。求出相应于荷载位置的影响线数标值（标注于图中） ，可得 1 号梁的最大荷载值如下：车辆荷载：qqq qPPA194. 02max1人群荷载：orrpA083. 1max1式中，和相应为汽车荷载轴重和每延米的人群荷载集度；由此可得qPorp1 号梁和 10 号梁在车辆荷载和人群荷载作用下的最不利荷载横向分布系数分别为：，。194. 0oqm08
14、3. 1orm2、跨中横向分布系数的计算桥梁在支点、四分点和跨中都有设置横隔梁，因此桥梁横向结构的刚度很大，桥梁分为两幅计算，宽跨比 B/l=0.584 接近 0.5，故可按偏心压力法来绘制横向影响线并计算横向分布系数。cm12345+-12345+-7/13图 5：偏心压力法计算横向分布系数本桥各根主梁的横截面均相等，一幅梁数 n=5，梁间距为 1.80m，则可按公式来计算内力： niiki ik aaa nR121由此，1 号梁的横向影响线竖标值为：60. 0515122 1 11 iiaa20. 05151251 15 iiaaa由和绘制 1 号梁横向影响线，如下图所示，图中按公路桥涵设
15、计1115通用规范 （JTG D60-2004）确定汽车荷载的最不利荷载位置。车辆荷载：411. 021qcqm人群荷载：617. 0crm 3、同理可得其它控制截面的横向分布系数值，都列于下表： 表 3荷载横向分布系数表截面位置0l41l21l431公路级0.1940.4110.4110.4110.194 人群荷载1.0830.6170.6170.6171.0831 号梁8/13图 6:1 号梁与 3 号梁汽车荷载、人群荷载横向分布系数沿跨长变化图 七、活载内力计算图 7：主梁控制截面弯矩影响线1号梁汽车荷载横向分布系数沿跨长变化图1号梁人群荷载横向分布系数沿跨长变化图3号梁汽车荷载横向分布
16、系数沿跨长变化图3号梁人群荷载横向分布系数沿跨长变化图9/13图 8：主梁控制截面剪力影响线边主梁（1 号梁）：1、计算跨中车道荷载的最大弯矩简支梁桥的基频计算简支梁桥： cc mEI lf212式中 结构的计算跨径(m)；l结构材料的弹性模量(N/)，本桥采用 C40 的；E2m210/1025. 3mNE结构跨中截面的截面惯矩()，计算得 0.04179；cI4m4m结构跨中处的单位长度质量(Kg/m)，cm当换算为重力计算时，其单位应为(N/)；223 1/88681. 91070. 8mNsggmc2s2mG结构跨中处延米结构重力(N/m)；g重力加速度，g9.81(m/)。2s因此，将以上值代入计算公式得：H
