课程设计计算书

XX工程学院

土木工程学院

桥梁工程课程设计任务书

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指导教师

目录

第一章任务书 (3)

1.1目的与要求....................................。。。. (3)

1.2设计题目与技术标准 (3)

1.3设计内容 (3)

1.4归档书写要求 (4)

1.5设计规范与参考资料 (4)

第二章方案介绍............。.. (5)

2.1方案一：60+105+60M的变截面箱型连续梁 (5)

2.2方案二：56.25+110+58.75M斜拉桥 (9)

第三章方案比选 (12)

3.1方案优缺点比选 (12)

3.2结论 (12)

第四章设计总结 (13)

第五章参考文献 (13)

第一章任务书

一、目的与要求

桥梁工程课程设计是土木工程专业道桥方向《桥梁工程》专业课教学环节的重

要组成部分，其目的在于通过桥梁工程课程设计的基本训练，深化掌握本课程的实用

理论与设计计算方法；理解桥梁设计的程序、方法和计算内容；熟悉有关标准规范、

规程在工程设计中的应用及其重要性；能查阅有关设计手册、标准图、参考书，并进

行认真分析研究，为今后独立完成桥梁工程设计打下初步基础。

在课程设计的实践过程中，能使学生巩固和扩大专业知识，掌握本学科的主要

知识，进一步培养学生综合运用所学知识分析和解决实际问题的能力，从而提高学生

的动手能力和综合素质。学生在教师的指导下，综合应用所学结构力学、结构设计原理、桥梁工程等课程知识，按时按量独立完成所规定的设计工作。具体要求如下：

1.根据标准图、技术规范与经验公式，正确拟定各部结构尺寸，合理选择

材料、标号。

2.计算结构在各种荷载与其他因素作用下的内力组合效应，并进行配筋计

算与设计。

3.正确理解《公路桥涵设计规范》有关条文，并在设计中合理运用。

4.加强计算、绘图、文件编制等基本技能的训练。

二、设计题目与技术标准

1.设计题目

预应力混凝土变截面连续箱型梁桥设计

2.技术标准：

⑴桥面净空：按桥面标高+12m

⑵设计荷载：城市主干道A，人群荷载4.0KN/m2

⑶桥面铺装：表层为4cm厚沥青混凝土，下为8cm厚防水混凝土

⑷桥面横坡：双向1.5%

三、设计内容

⑴上部结构横断面布置草图；

⑵荷载横向分布系数计算；

⑶箱梁内力计算与内力组合；

⑷箱梁配筋计算与抗弯、抗剪强度验算；

⑸绘制箱梁配筋图；图幅尺寸按3#图纸绘制。

四、归档书写要求

计算书：一律用A4纸手写

五、设计规范与参考资料

[1]《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

[2]《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）

[3] 李自林《桥梁工程》华中科技大学出版社，2009年

[4]. 姚玲森《桥梁工程》人民交通出版社，2009年

[5] 邵旭东《桥梁工程》人民交通出版社，2009年

第二章方案介绍

方案一：60+105+60m的变截面箱型连续梁桥

本桥上部构造为60+105+60m的变截面预应力砼连续梁，箱梁采用的单箱双室截面，箱梁支点截面梁高6.5m，跨中截面梁高2.5m,梁宽20m，下部构造桥墩为实体式桥墩配桩基础；桥台为桩柱式桥台。由于该桥桥位较高，为了减少墩台数量且跨径选择合理。

图1变截面连续梁桥立面

图2 变截面连续梁剖面图

1．建桥背景

鉴于地质地形情况，该处地势崎岖，桥全长较长，故比选方案主要采用预应力混凝土连续梁和斜拉桥形式。根据安全、适用、经济、美观的设计原则，初步拟定了二个方案。下面为第一个方案的介绍。

2．技术标准

（1）道路等级：城市主干道A 人群较多车道数4 通航等级7级

（2）桥面净宽：净15+2*3非机动车道+2*2人行道

（3）桥下净空：按桥面标高+12m

（4）道路路面设计荷载：BZZ-100型标准轴载

人群荷载：人群4.0kN/m，两侧人行道

（5）地震烈度：7度

（6）设计水位：+102.86m

（7）最低水位：+96.00m

（8）冲刷深度：一般冲刷线低于河床1m，最大冲刷线低于河床2m。

（9）气温：年最高月平均气温32度，最低温度-4度。

3. 尺寸拟定

本设计方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长225m。设计主跨为105m。

4. 桥孔分跨

连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的，也有做成多跨一联的，但一般不超过六跨。对于桥孔分跨，往往要受到如下因素的影响：桥址地形、地质与水文条件，通航要求以及墩台、基础及支座构造，力学要求，美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的0.5—0.8倍，这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩，此外，边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系，对于采用现场浇筑的桥梁，边跨长度取为中跨长度的0.8倍是经济合理的。但是若采用悬臂施工法，则不然。本设计跨度，主要根据设计任务书来确定，其跨度组合为：(60+105+60)米。基本符合以上原理要求。

5. 截面形式

一、立截面

从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度布置为宜；在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。

二、横截面

梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。

当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外，箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。总之，箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。

常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改变对方案的取舍；但是，由框架分析可知：两者对顶板厚度的影响显著不同，双室式顶板的正负弯矩一般比单室式分别减少70%和50%。由于双室式腹板总厚度增加，主拉应力和剪应力数值不大，且布束容易，这是单箱双室的优点；但是双室式也存在一些缺点：施工比较困难，腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设计是一座城市主干道路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱双室。

6. 梁高

根据经验确定，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15—1/25之间，而跨中梁高与主跨之比一般为1/40—1/50之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土

用量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。

连续梁在支点和跨中的梁估算值：

等高度梁： H=（151～301）l ，常用H=（181～20

1）l 变高度梁：支点处：H=（161～201）l ，跨中H=（301～50

1）l 而此设计采用变高度的梁，支点处梁为6.5米，跨中梁高为2.5米。

7. 细部尺寸

一、 顶板与底板

箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。支墩处底版还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变化，墩顶处底板为梁高的1/10-1/12，跨中处底板一般为200-250。底板厚最小应有120。箱梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。

本设计中采用双面配筋，且底板由支点处以抛物线的形式向跨中变化。底板在支点处设计为实心箱型截面,在跨中厚20cm.顶板厚20cm 。

二、 腹板和其它细部结构

（1）. 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中，因为弯束对外剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的值比较小，腹板不必设得太大；同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为：

1） 腹板内无预应力筋时，采用200mm 。

2） 腹板内有预应力筋管道时，采用250—300mm 。

3） 腹板内有锚头时，采用250—300mm 。

大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处交大的剪力，一般采用300—600mm ，甚至可达到1m 左右。

本设计支座处腹板厚取30cm.，跨中腹板厚取80cm 。

（2）. 梗腋 在顶板和腹板接头处须设置梗腋。梗腋的形式一般为1：2、1：1、1：3、1：4等。梗腋的作用是：提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少扭转剪应力和畸变应力。此外，梗腋使力线过渡比较平缓，减弱了应力的集中程度。

本设计中，根据箱室的外形设置了宽300mm ，长600mm 的上部梗腋，而下部采用300*300的梗腋。

（3）. 横隔梁

横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。因此本设计没有加以考虑，而且由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影响较小，在内力计算中也可不作考虑。

跨中截面及中支点截面示意图如上图图二所示：（单位为cm ）

8. 主梁分段与施工阶段的划分

（1） 分段原则

主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时，分段越细，计算结果的内力越接近真实值，并且兼顾施工中的实施，所以本设计分为50个单元。

（2） 具体分段

本桥全长225米，全梁共分50个梁段，一般梁段长度分成4.5m。

（3）主梁施工方法及注意事项

主梁施工方法：主梁采用悬臂拼装法施工，预制尺寸要求准确，保证接缝密贴，外形准确。

图5.结构简图

方案二：56.25+110+58.75m斜拉桥

本桥上部构造为56.25+110+58.75m的箱型截面的斜拉桥，由于斜拉桥的多点支撑故可以大大减少主梁的高度，索距为11m，塔高36m。箱梁采用单相双室，梁高1m,梁宽20m，下部构造桥墩为实体式桥墩配桩基础；桥台为埋置式桥台配桩基础。

图3 斜拉桥立面图

图4 斜拉桥剖面图

1．建桥背景

鉴于地质地形情况，该处地势崎岖，桥全长较长，故比选方案主要采用预应力混凝土连续梁和斜拉桥形式。根据安全、适用、经济、美观的设计原则，初步拟定了二个方案。下面为二个方案的介绍。

2．技术标准

（1）道路等级：城市主干道A 人群较多车道数4 通航等级7级

（2）桥面净宽：净15+2*3非机动车道+2*2人行道

（3）桥下净空：按桥面标高+12m

（4）道路路面设计荷载：BZZ-100型标准轴载

人群荷载：人群4.0kN/m，两侧人行道

（5）地震烈度：7度

（6）设计水位：+102.86m

（7）最低水位：+96.00m

（8）冲刷深度：一般冲刷线低于河床1m，最大冲刷线低于河床2m。

（9）气温：年最高月平均气温32度，最低温度-4度。

3. 尺寸拟定

本设计方案采用独塔结构，自锚和部分地锚相结合的形式部分，全长225m。为56.25+110+58.75m.

4. 基本信息

斜拉桥作为一种拉索体系，比梁式桥的跨越能力更大，是大跨度桥梁的最主要桥型。斜拉桥由索塔、主梁、斜拉索组成。索塔型式有A型、倒Y型、H 型、独柱，材料有钢和混凝土的。其布置有单索面、平行双索面、斜索面等。如武汉长江二桥、白沙洲长江大桥均为钢筋混凝土双塔双索面斜拉桥。且其是一种自锚式体系，斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外，还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。这本桥案索塔采用H型，用了钢筋混凝土材料，采用斜索面，采用悬臂施工法进行施工。

5.构造原理

桥承受的主要荷载并非它上面的汽车或者火车，而是其自重，主要是主梁。以一个索塔为例，索塔的两侧是对称的斜拉索，通过斜拉索将索塔主梁连接在一起。现在假设索塔两侧只有两根斜拉索，左右对称各一条，这两根斜拉索受到主梁的重力作用，对索塔产生两个对称的沿着斜拉索方向的拉力，根据受力分析，左边的力可以分解为水平向向左的一个力和竖直向下的一个力；同样的右边的力可以分解为水平向右的一个力和竖直向下的一个力；由于这两个力是对称的，所以水平向左和水平向右的两个力互相抵消了，最终主梁的重力成为对索塔的竖直向下的两个力，这样，力又传给索塔下面的桥墩了。

斜拉索数量再多，道理也是一样的。之所以要很多条，那是为了分散主梁给斜拉索的力而已。

6. 主梁分段与施工阶段的划分

（1）分段原则

主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时，分段越细，计算结果的内力越接近真实值，并且兼顾施工中的实施，所以本设计分为50个单元。

（2）具体分段

本桥全长225米，全梁共分50个梁段，一般梁段长度分成4.5m。

（3）主梁施工方法及注意事项

主梁施工方法：主梁采用悬臂拼装法施工，预制尺寸要求准确，保证接缝密贴，外形准确。

图5.结构简图

第三章方案比选

3.1两方案主要优缺点比较表

3.4 结论

通过对比，从受力合理，安全适用，经济美观的角度综合考虑，方案一为最佳推荐方案，即60+105+60m的变截面箱型连续梁桥。

设计总结

此次设计历时一个月，在辅导老师的悉心指导下，我顺利的完成了设计任务书所要求的各项任务，同时也受益非浅。

通过本次设计，我感觉收获很大，不仅有助于自己设计思维的培养，把以前所学的理论知识与实际结合在一起，对过去所学的知识进一步熟悉，而且为以后的工作、学习打下了结实的基础；这一年来,我们所学的土木工程方面的知识面比较宽，但同时也致使了我们对桥梁的专业知识的学习还不够，对很多设计细节也不甚了解，所以在做桥梁设计时遇到了相当大的困难，要做好课程设计对我们来说无疑是一次巨大的挑战。

同时在设计过程中对行业规范也有了一定了解，学会了如何使用规范，并在设计过程中充分考虑施工的方便性。在设计过程中采用MIDAS软件进行计算，较多的使用了AUTOCAD和EXCEL等先进软件，给设计带来了很大的方便。但由于是第一次做一个相对完整的设计，没有设计经验，没有施工经验，在进行前面的设计环节时不能准确的预见后面可能发生的问题，造成返工等，这些都是我的弱点，我会在将来的学习、工作中不断提高，积累经验，增强自己的理论知识，并有效的和实际结合起来。

同时这次设计也有很多不足的地方，由于对施工过程不是十分了解，有很多地方进行了简化，当然也由于时间的问题，还有很多地方没有进行设计，比如说桥墩的设计及验算。在做设计的过程中也让我养成了一个查资料的好习惯，对于自己不懂的首先要去找相关的资料来看，不但能够懂得自己要了解的知识，而且也对相关的知识有所了解，扩大了自己的知识面。

通过这次设计，提高了我的综合能力。再次感谢各位老师对我的指导。

参考文献

1 范立础主编，预应力混凝土连续梁桥，人民交通出版社，1988.8。

2 姚玲森主编，桥梁工程(上)，人民交通出版社，1988.12。

3 徐光辉主编，桥梁计算示例集（预应力混凝土刚架桥），人民交通出版社，1995.12。

4 刘效尧，朱新实主编，预应力技术及材料设备，人民交通出版社，1998.4。

5 中华人民共和国交通部标准，公路桥涵设计通用规范，JTJ021-89，人民交通出版社，1990.1。

6 中华人民共和国交通部标准，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，JTJ023-85，人民交通出版社，1999.6。

7 石洞，石志源，黄东洲编，桥梁结构电算，同济大学出版社，1989.4。

8 徐岳、王亚君、万振江编著《预应力混凝土连续梁桥设计》，人民交通出版社，2000.5。

9 李亚东主编，桥梁工程概论，西南交通大学出版社，2001.1。

10 李乔等主编，桥梁工程第二分册-混凝土桥，西南交通大学出版社，2002.1。