橋梁設計計算書

土木工程系橋梁工程課程設計土木工程系橋梁工程課程設計#目錄一、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)等自然情況二、縱斷面設計.縱斷面設計圖.分孔布置.縱坡以及橋梁下部結構布置.橋道高程的確定.計算跨徑的確定三、橫斷面設計.主梁尺寸擬定.橫隔梁尺寸擬定.橫斷面設置四、結構自重內(nèi)力計算五、主梁荷載橫向分布系數(shù)的計算.支點橫向分布系數(shù)的計算（杠桿原理法）.跨中橫向分布系數(shù)的計算（偏心壓力法）六、沖擊系數(shù)的確定.沖擊系數(shù)的計算七、活載內(nèi)力計算八、內(nèi)力組合九、彎矩和剪力包絡圖橋梁工程課程設計計算書一、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)等自然情況設計荷載：公路—Ⅰ級,設計時速60km/h，人群3.0kN/㎡，欄桿及人行道的重量按4.5kN/㎡計；地質(zhì)水文情況：河床地面線為（從左到右）：0/0，－1/5，－1.8/12，－2.5/17，－3.6/22，－4.5/28，－5.3/35，－4.8/45，－3.8/55，－2.25/70,－1/78，0/85，（分子為高程，分母為離第一點的距離，單位為米）；地質(zhì)假定為花崗巖。橋梁分孔方案：a、13m+13m+13m+13m+13m+13m簡支梁b、13m+13m+13m+13m+13m+13m+13m簡支梁材料容重：水泥砼22kN/m3，鋼筋砼24kN/m3，瀝青砼21kN/m3。二、縱斷面設計1、橋梁縱斷面設計圖如下圖所示2、橋梁分孔布置根據(jù)河道的實際情況（總寬85m、河道橫斷面的高程變化等），結合總造價和施工工藝，且橋梁無通航要求，姑且將橋梁分孔為13m+13m+13m+13m+13m+13m簡支梁。橋梁總跨徑為L=6×13m=78m。3、縱坡以及橋梁下部結構布置對于中、小梁橋，為了利于橋面排水和降低引道路堤高度，往往設置中間向兩端傾斜的雙向縱坡。橋上縱坡不宜大于4%；橋頭引道縱坡不宜大于5%,綜合考慮路線豎曲線要求R>1400m?，F(xiàn)取縱坡為1.1%，路線豎曲線半徑R=1620m滿足要求。橋梁下部結構布置：橋臺采用實體重力式橋臺，兩橋臺各向河道縮進3.5m，橋墩采用鋼筋混凝土薄壁墩，基礎采用樁基礎。4、橋道高程的確定對于跨河橋梁，橋道高程應保證橋下排洪和通航的要求；對于跨線橋，則應確保橋下的安全行車。為了保證橋下流水凈空，對于梁式橋，梁底一般應高出設計洪水位（包括壅水和浪高）不小于50cm，高出最高流冰水位75cm；支座底面應高出設計洪水位不小于25cm，高出最高流冰水位不小于50cm。據(jù)此，以橋梁路面線起點高程為+2.000,支座底面高程為+1.0m，河床輪廓線起點高程為±0.000m。根據(jù)1.1%的縱坡，則橋梁跨中截面高程為+2.429m。5、計算跨徑的確定設計中采用矩形板式橡膠支座規(guī)格為0.14mm×0.18m。中小橋梁伸縮縫寬2～5cm，設計中采用4cm。梁端伸出支座6cm。據(jù)此，墩帽順橋向最小寬度b=1.0m，計算跨徑為12.70m。三、橫斷面設計1、主梁尺寸擬定混凝土簡支梁橋的主梁高度與跨徑之比通常在1/11～1/18之間，設計中梁高取1.0m，這樣高跨比為1/13，符合要求。T梁寬度選用1.6m,翼板端部厚為10cm,翼板與梁肋連接的厚度應不小于主梁高度的1/10，取為14cm。主梁肋板寬度不應小于14cm，故取為18cm。T梁構造如下圖所示：

主梁主梁主梁和橫隔梁斷面圖2、橫隔梁尺寸擬定端橫隔梁是必須設置的，跨內(nèi)的橫隔梁宜每隔5.0～10.0m設置一道，據(jù)此，對梁設置3道橫隔梁，第一、三道距預制梁的端點0.28m橫隔梁高度一般為主梁梁肋高的0.7～0.8倍，厚度一般為0.15～0.18m，所以設計中橫隔梁高取0.8m，厚為0.16m，見上圖。3、橫斷面設置上部結構根據(jù)通行雙向兩車道(每車道寬3.5m)的要求，設計成左右分離的兩幅橋，6個行車道，左右幅橋相距0.5m。路緣石寬0.15m，欄桿高度為1.1m，距外邊緣0.25m，裝配式人行道懸挑在橋面板上，總寬1.4m,凈寬1.0m?？紤]到行人及行車的安全和舒適，將增設兩個人行道，將人群和非機動車輛分開。橋面凈空：凈—21+4×1.00m；橋梁橫斷面全寬：(0.25+1.0+0.15+11.5+0.15+1.0+0.25)×2+0.5=29.1m。根據(jù)主梁尺寸，布置16片主梁。橋面為了方便排水應設置1.500～300的橫坡，取1.500，利用橋面鋪裝來調(diào)整橫坡。選用4～13cm厚的防水混凝土鋪裝層，容重為22kN/m3，上鋪5cm厚的瀝青混凝土，容重為21kN/m3。橫斷面布置如下圖所示

橫斷面設計圖（單位尺寸：cm）瀝青表面處理厚5cm3二橫斷面設計圖（單位尺寸：cm）瀝青表面處理厚5cm3二四、結構自重內(nèi)力計算主梁：g1=[0.18×1.0+S10；0」4×(1.60-0.18)]×24=8.4096KN/m橫隔梁：①邊主梁：0.10+0.14、1.60-0.18(0.8 )X ×0.16g= 2 2 ×3X24=0.4379KN/m12.7②中主梁：g1=2g=0.8758KN/m22橋梁墊層、鋪裝層及人行道板：0.4+0.13×11.5×22+0.05×11.5×21g=——2 +-.5—=5.3225KN/m8主梁內(nèi)力計算①邊主梁自重集度：g=g+g+g=8.4096+0.4379+5.3225=14.17KN/m123②中主梁自重集度：g=g+g1+g=8.4096+0.8758+5.3225=14.608KN/m123預制邊梁的結構自重效應內(nèi)力計算如下圖所示

M影響線Q影響線結構自重內(nèi)力計算圖示M影響線Q影響線結構自重內(nèi)力計算圖示此時結構體系為簡支梁結構，計算跨徑為l=12.7m。設x為計算截面距支座的距離，則主梁彎矩和剪力計算公式分別為M=1gx（l-x），Q=1g（l－2x）。由此可求的邊梁各控制截面的內(nèi)力值，具體x2 x2計算結果如下表所示：主梁結構自重內(nèi)力效應表：截面位置距離支點x彎矩M（kN·m）剪力（kN）Mx=gx/2×（l-x）Qx=g/2×（l-2x）中梁邊梁中梁邊梁左支點00092.76189.9801/8點1.588128.850124.98869.57167.4852/8點3.175220.886214.26446.38044.9903/8點4.763276.108267.83023.19022.495跨中6.350294.515285.686005/8點7.938276.108267.830-23.190-22.4956/8點9.525220.886214.264-46.380-44.9907/8點11.113128.850124.988-69.571-67.485右支點12.70000-92.76189.980

五、主梁荷載橫向分布系數(shù)的計算1．當荷載位于支點處時，按杠桿原理法計算荷載橫向分布系數(shù)。首先繪制梁的荷載橫向影響線(由對稱性可知只需做1號梁、2號梁、3號梁和4號梁的荷載橫向影響線)。再根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60—2004)規(guī)定，在橫向影響線上確定荷載沿橫向最不利的布置位置。對于車輛荷載，規(guī)定的車輪橫向輪距為1.80m，兩列汽車車輪的橫向最小間距為1.30m，車輪距離人行道路緣石最少為0.50m。荷載的最不利位置布置，則可得到各號梁的最大荷載值為：1號梁的最大荷載加載下如圖所示：卜1號Pq/2Pq/21號梁的最大荷載加載下如圖所示：卜1號Pq/2Pq/2η0.78125車輛何載：m="—^= =0.3906oq 2 2人群荷載：m=η=1.53125orr式中，η和η為對應于汽車車輪和人群荷載集度的影響線豎標。由此可qr得1號梁在車輛荷載和人群荷載作用下的最不利荷載橫向分布系數(shù)分別為：則有m=0.3906和m=1.53125。oq or2號梁的最大荷載加載如下圖所示：2號2號車輛荷載：m=∑L=-=0.5oq 2 2人群荷載：m=n=0orr則有m=0.5和m=0。這里，在人行道上沒有布載，因為人行道荷載引oq or起的負反力在考慮荷載組合時反而會減小2號梁的受力。3號梁的最大荷載加載如下圖所示：3號車輛荷載：人群荷載：orrPq/2Pq/2Pq/2Pq/2—_=3號車輛荷載：人群荷載：orrPq/2Pq/2Pq/2Pq/2—_=0.59375貝U有m=0.59375和m=0。oq or4號梁的最大荷載加載如下圖所示：Pq/2Pq/2Pq/2Pq/2車輛荷載：moqO.59375Pq/2Pq/2Pq/2Pq/2車輛荷載：moqO.59375×2=0.593752人群荷載：m=n=0orr則有m=0.59375和m=0。oq or5-8號梁同理，所以荷載位于支點處時，主梁的橫向分布系數(shù)如下表所示支點橫向分布系數(shù)表梁號人群荷載公路Ⅰ級1號梁1.5310.39062號梁00.53號梁00.593754號梁00.593755號梁00.593786號梁00.593757號梁00.58號梁1.5310.39062.當荷載位于跨中時，按偏心壓力法計算荷載橫向分布系數(shù)(雖然寬跨比不滿足窄橋的要求)。本橋各根主梁的橫截面均相等，梁數(shù)n=8，梁間距為1.6m。車道折減系數(shù)根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60—2004)表4.3.1-4中的規(guī)定，雙車道橫向折減系數(shù)為1.00，三車道橫向折減系數(shù)為0.78，四車道橫向折減系數(shù)為0.67，五車道橫向折減系數(shù)為0.60。a×a根據(jù)公式：η,=n±卞一∑a2i

i=1

得各梁影響線η值如下表：1號梁η110.417ikη120.333η130.250η140.167η150.083η160η17-0.083η18-0.167η21η22η23η24η25η26η27η282號梁0.3330.2740.2140.1550.0950.036-0.024-0.083η31η32η33η34η35η36η37η383號梁0.2500.2140.1790.1430.1070.0710.0360η41η42η43η44η45η46η47η484號梁0.1670.1550.1430.1310.1190.1070.0950.083η51η52η53η54η55η56η57η585號梁0.0830.0950.1070.1190.1310.1430.1550.167η61η62η63η64η65η66η67η686號梁00.0360.0710.1070.1430.1790.2140.25η71η72η73η74η75η76η77η787號梁-0.083-0.0240.0360.0950.1550.2140.3330.333η81η82η83η84η85η86η87η888號梁-0.167-0.08300.0830.1670.2500.3330.417偏心壓力法各梁影響線和最不利加載情況如下圖所示：一］：QMJ卜1號一］：QMJ卜1號2號3號4號5號8貝U有： ∑a2=a2+a2+a2+a22號3號4號5號8貝U有： ∑a2=a2+a2+a2+a2+a2+a2+a2+a2i12345678i=1=5.62+42+2.42+0.82+(-0.8)2+(-2.4)2+(-4)2+(-5.6)2=107.52m21號梁橫向影響線的豎標值為：η111 a2 1 5.62=—+——1—=+ =0.417n n 8107.52a2η181n-a2

11 5.62i∑na2

i-8107.52=-0.167i=1由η和η繪制1號梁橫向影響線如上圖所示，圖中按《公路橋涵設計通用11 18由η規(guī)范》(JTGD60—2004)規(guī)定確定了汽車荷載的最不利荷載位置。進而由η和11η計算橫向影響線的零點位置。18設零點至1號梁位的距離為x，則：X=2義5.6-X 解得：X=8.0m0.417 0.167零點位置已知后，就可求出各類荷載相應于各個荷載位置的橫向影響線豎標值η和ηqr設人行道路緣石至1號梁軸線的距離為?,貝u：A=1.55-1.40=0.15m于是，1號梁的荷載橫向分布系數(shù)可計算如下(以x和x分別表示影響線qir零點至汽車車輪和人群荷載集度的橫坐標距離)：車輛荷載：三車道：m=—∑η=—×(η+η+η+η+η+η)×0.78cq2q2 q1 q2 q3q4 q5 q6=-2X(0.4932+0.3838+0.3047+0.1952+0.1161+0.0066)×0.78=0.5848兩車道：m=—∑η=—×(η+η+η+η)×1cq2q2 q1 q2 q3 q4=^X(0.4932+0.3838+0.3047+0.1952)×1=0.6885故取兩車道：m=0.6885cq人群荷載：m=η=工XX=""17X(8.0+0.15+?L^)=0.566crxr8.0 24號梁橫向影響線的豎標值為：η441 aη441 a2 1 0.82=—+—4—=—+ =0.131?ηn n 8107.52 ；48a2i1n上=1+°.8×(-5.6)=0.083n8 107.52a2

ii=1ii=1由η44和η48繪制4號梁橫向影響線如圖所示，圖中按《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60—2004)規(guī)定確定了汽車荷載的最不利荷載位置。進而由η44和

η計算橫向影響線的零點位置。48設零點至4號梁位的距離為x，則：X_x-1.6×40.131X_x-1.6×40.131—0.083解得：x=17.47m零點位置已知后，就可求出各類荷載相應于各個荷載位置的橫向影響線豎標值η和η。qr設人行道路緣石至4號梁軸線的距離為Δ，則：Δ=0.15+1.6+1.6+1.6=4.95m于是，4號梁的荷載橫向分布系數(shù)可計算如下(以x和x分別表示影響線qir零點至汽車車輪和人群荷載集度的橫坐標距離)：車輛荷載：11三車道：m=— =—×(η+η+η+η+η+η)X0.78cq2q2 q1 q2 q3 q4 q5 q6=2X(0.167+0.153+0.143+0.129+0.120+0.106)×0.78=0.319兩車道.m=1∑η=1×(0.167+0.153+0.143+0.129)×1cq2q2=2X(0.167+0.153+0.143+0.129)×1=0.296故取三車道： m=0?319cqTOC\o"1-5"\h\zη 0.131 1.40人群何載.m=η=-44-XX= ×(17.47+4.95+ )=0.176cr1 1x r117.47 2m=η=%4×X= X(17.47-4×1.6+0.15+ 2)=0.0764cr2 2x r217.47 2故m=m+m=0.176+0.0764=0.252cr cr1 cr22-3，5-8號梁同理，所以荷載位于跨中時，主梁的橫向分布系數(shù)如下表所示：跨中橫向分布系數(shù)表梁號人群荷載mcq公路Ⅰ級mcr最終取值兩車道三車道1號梁0.5660.6880.68850.58482號梁0.3790.4830.48310.42443號梁0.2780.3870.38710.36944號梁0.2530.3190.29610.31905號梁0.2530.3190.29610.31906號梁0.2700.3870.38710.36947號梁0.3790.4830.48310.42448號梁0.5670.6880.68850.5848最后取邊梁的橫向分布系數(shù)和中梁的橫向分布系數(shù)(中梁取中梁支點和跨中的最大橫向分布系數(shù)組合)如下表：邊梁和中梁的橫向分布系數(shù)最終取值表梁號支點m0跨中mc公路Ⅰ級人群荷載公路Ⅰ級人群荷載1和8號梁0.3911.5310.6880.566中梁0.59400.4830.379六、沖擊系數(shù)的確定根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60—2004)4.3.2中的規(guī)定，適用于

簡支梁的結構基頻計算公式如下：3.14EIG= '—^;m=—2l2 mc cg式中：f1為計算邊梁簡支梁沖擊力引起的正彎矩效應和剪力效應時采用的基頻。f為計算中梁簡支梁沖擊力引起的正彎矩效應和剪力效應時采用的基頻。2根據(jù)主梁的細部尺寸，求主梁截面重心位置a。x翼板的換算平均高度：用=10214=12Cm(160-18)×12×12+100×18×100a= 2 —=28.6CmX (160-18)×12+100×18主梁抗彎慣矩：I=12×(160-18)×123+(160-18)×12×(28.6-—)2+J×18×1003+18×100X(1^2°-28.6)2=20448+870335.04+1500000+824328=3215111.04cm4=0.03215111m4結構計算跨徑為：l=12?7m混凝土彈性模量為：C40的E=3.25×1010N/m2結構跨中處單位長度質(zhì)量為：、力海G(8.41+0.438+4.198+1.125)×103邊梁：m=-=2 = 1.445×103NS2/m2c1 g 9.81G(8.41+0.876+4.198+1.125)×103中梁：m=_=1 =1.489×103Ns2/m2c2 g 9.81邊梁：f,=0巨畫亞=8.28Hz邊梁：f,=0巨畫亞=8.28Hz2×12.72V 1.445×103中梁：3.14EIf I C-=2 2l2 mc3.142×12.72:3.25×1010×0.03215111: 1.489×103=8.15Hz沖擊系數(shù)μ=0.1767lnf-0.0157 (適用于1.5Hz≤f≤14Hz)則邊梁：μ=0.1767ln8.28-0.0157=0.3581中梁：μ=0.1767In8.15-0.0157=0.3552用于正彎矩效應和剪力效應：邊梁 1+μ=1+0.358=1.3581中梁1+μ=1+0.355=1.3552七、活載內(nèi)力計算.車道荷載取值根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60—2004)表4.3.1條，公路—Ⅰ級的均布荷載標準值q和集中荷載標準值P為：kkq=10.5kN/mk計算彎矩時：P=1×(180+360-180×(12.7-5))=210.8kN/mk 50-5計算剪力時：P=1.2×(180+360-180×(12.7-5))=253kN/mk 50-5各截面彎矩和剪力的影響線數(shù)據(jù)如下表所示：各截面彎矩和剪力的影響線數(shù)據(jù)表截面位置彎矩影響線剪力影響線影響線面積y影響線豎標影響線面積y影響線豎標左端點006.3511/8點8.821.3894.860.8751/4點15.122.383.570.753/8點18.92.982.480.625跨中20.163.1751.58750.55/8點18.92.982.480.6253/4點15.122.383.570.757/8點8.821.3894.860.875右端點006.351

.中梁跨中截面的最大彎矩和最大剪力：計算中梁跨中截面的最大彎矩和最大剪力采用直接加載求汽車荷載效應內(nèi)力，計算圖示如下圖所示。m0=0.594公路Im0=0.594公路I級人%=0人%=0mc=0.379M跨中點3.17Q橫向分布系數(shù)的變化圖和最不利加載圖=1.5875y=0.5-IXSyM跨中點3.17Q橫向分布系數(shù)的變化圖和最不利加載圖=1.5875y=0.5-IXSy="由上圖可知：對于汽車荷載：M=(1+μ)?ξ?m(∑q?Ω+P?y)2 ikjk=1.355X1.0X0.483X(10.5X20.6+210.8X3.175)=576.683kN?mQ=(1+μ)?ξ?m(∑q?Ω+P?y)2 ikjk=1.355x1.0X0.483X(10.5x1.5875+253X0.5)=93.718kN對于人群荷載：M=m?P?Ω=0.379X4.2X20.16=32.09kN?mcrrQ=m?p?Ω=0.379X4.2x1.5875=2.527kNcrr.其他截面的汽車荷載效應內(nèi)力和人群荷載效應內(nèi)力計算

同跨中截面，可計算其他截面，汽車荷載效應內(nèi)力和人群效應內(nèi)力數(shù)據(jù)見下表。中梁內(nèi)力計算數(shù)據(jù)表截面位置汽車荷載人群荷載彎矩M剪力Q彎矩M剪力Q左端點0259.4909.5561/8點252.29199.3214.047.6111/4點432.34148.7524.075.6833/8點541.12121.2430.093.948跨中576.6893.7232.092.5275/8點541.12-121.2430.09-3.9483/4點432.34-148.7524.07-5.6837/8點252.29-199.3214.04-7.611右端點0-259.490-9.556邊梁內(nèi)力計算數(shù)據(jù)表截面位置汽車荷載人群荷載彎矩M剪力Q彎矩M剪力Q左端點0196.54020.9971/8點204.64163.7328.6212.8941/4點617.48163.8935.948.4873/8點773.03172.1844.985.895跨中823.63133.8547.923.7745/8點773.03-172.1844.98-5.8953/4點617.48-163.8935.94-8.4877/8點204.64-163.7328.62-12.894右端點0-196.540-20.997八、內(nèi)力組合.按承載能力極限狀態(tài)設計基本組合：永久作用的設計值效應和可變作用設計值效應組合，其效應組合表達式為：YS=γ(∑YS+γS+ψ∑YS)0ud0GiGikQ1Q1k cQjQjkTOC\o"1-5"\h\zi=1 j=2或YS=Y(∑S+S+ψ∑S)=∑1.2S+1.4S+0.8×1.4S0ud0 Gid Q1d cQjd 自重 汽 人i=1 j=2 i=1.按正常使用極限狀態(tài)設計⑴、作用短期效應組合永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應相組合，其效應組合表達式即為：S=Y(∑S +∑ψS)sd0Gik 1jQjki=1 j=1=∑S +0.7S/(1+μ)+1.0S自重 汽 人i=1⑵、作用長期效應組合永久作用標準值效應與可變作用準永久值效應相組合，其效應組合表達式為：S=(∑S+∑ψS)1d Gik 2jQjki=1 j=1=∑S +0.4S/(1+μ)+0.4S自重 汽 人i=13、計算結果根據(jù)上述的組合要求，進行承載能力極限狀態(tài)內(nèi)力組合和正常使用狀態(tài)內(nèi)力組合，其結果見下表。

中主梁作用效應組合數(shù)據(jù)表中梁內(nèi)力組合S自重S汽S人截面位置內(nèi)力結構自重荷載汽車荷載人群荷載承載能力極限狀態(tài)短期效應組合長期效應組合左端點彎矩kN·m000000剪力kN92.76259.499.56485.307179.449140.6591/8點彎矩kN·m128.85252.2914.04523.551217.881177.318剪力kN69.57199.327.61371.055136.427106.4691/4點彎矩kN·m220.89432.3424.07897.296373.463303.947剪力kN46.38148.755.68270.26896.27773.9193/8點彎矩kN·m276.11541.1230.091122.586467.034380.051剪力kN23.19121.243.95201.98863.17645.362跨中彎矩kN·m294.52576.6832.091196.717498.019405.302剪力kN093.722.53134.03630.38416.9295/8點彎矩kN·m276.11541.1230.091122.586467.034380.051剪力kN-23.19-121.2-3.95-201.988-63.176-45.3623/4點彎矩kN·m220.89432.3424.07897.296373.463303.947剪力kN-46.38-148.8-5.68-270.268-96.277-73.9197/8點彎矩kN·m128.85252.2914.04523.551217.881177.318剪力kN-69.57-199.3-7.61-371.055-136.43-106.47右端點彎矩kN·m000000剪力kN-92.76-259.5-9.56-485.31-179.45-140.66

邊主梁作用效應組合數(shù)據(jù)表邊梁內(nèi)力組合S自重S汽S人截面位置內(nèi)力結構自重荷載汽車荷載人群荷載承載能力極限狀態(tài)短期效應組合長期效應組合左端點彎矩kN·m000000剪力kN89.98305.0521.00558.564201.650150.1921/8點彎矩kN·m124.99204.6428.62468.546214.440171.196剪力kN67.48163.7312.89324.651129.048100.4531/4點彎矩kN·m214.266