单跨简支梁桥上部结构设计课程设计

《桥梁工程》课程设计任务书---------------------------------------------2 桥梁设计说明------------------------------------------------------------------3 计算书---------------------------------------------------------------------------4 参考文献-----------------------------------------------------------------------25 评语-----------------------------------------------------------------------------26 桥梁总体布置图--------------------------------------------------------------27 主梁纵、横截面布置图-----------------------------------------------------28 桥面构造横截面图-----------------------------------------------------------29

《桥梁工程》课程设计任务书

一、课程设计题目(9人以下为一组)

1、单跨简支梁桥上部结构设计

（标准跨径为23米，计算跨径为22.5米，桥面净空：净—10+2×1.50米）

二、设计基本资料

1、设计荷载：公路—Ⅱ级

2、河床地面线为（从左到右）：0/0，－3/5，－4/12，－3/17，－2/22，

－2/27，0/35（分子为高程，分母为离第一点的距离，单位为米）；地质假定为微风化花岗岩。

3、材料容重：水泥砼23 KN/m3，钢筋砼25 KN/m3，沥青砼21 KN/m3

4、桥梁纵坡为0.3%,桥梁中心处桥面设计高程为2.00米

三、设计内容

1、主梁的设计计算

2、行车道板的设计计算

3、横隔梁设计计算

4、桥面铺装设计

5、桥台设计

四、要求完成的设计图及计算书

1、桥梁总体布置图，主梁纵、横截面布置图（CAD出图）

2、桥面构造横截面图（CAD出图）

3、荷载横向分布系数计算书

4、主梁内力计算书

5、行车道板内力计算书

6、横隔梁内力计算书

五、参考文献

1、《桥梁工程》，姚玲森，2005，人民交通出版社.

2、《梁桥》（公路设计手册），2005，人民交通出版社.

3、《桥梁计算示例集》（砼简支梁（板）桥），2002，人民交通出版社.

4、中华人民共和国行业标准．公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京:人民交通出版社,2004

5、中华人民共和国行业标准．公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)含条文说明.北京:人民交通出版社,2004

6、中华人民共和国行业标准．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)含条文说明

六、课程设计学时

2周

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23.00m（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%。

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-102 1.50

m+?m人行道

（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45o，在通航河流上则不宜大于5o。

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6cm厚沥青混凝土和9cm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.活栽作用.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。

一．计算荷载横向分布系数

[1][2][3][4][5]

1．当荷载位于支点处，利用杠杆原理法计算

12345

横断面

1号梁

对于汽车荷载 111 2.40.30.3

0.522 2.4

oq q

m η-+=

=?=∑ 对于人群荷载 1 2.70.75

1.4375

2.4

or r m η+===

2号梁对于汽车荷载 2110.6 2.4 1.10.854222 2.4oq q m η++??

== ???

∑

对于人群荷载 2or m =0 （由于是出现负的，取零，出于安全考虑）

3号梁

对于汽车荷载 3110.6 2.4

1.10.854222

2.4oq q m η++??

== ???

∑ 对于人群荷载 30or m = 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，且承重结构的长度比为

22.5

1.8755

2.4

L B ==? 可按刚性横梁法绘制影响线并计算横向分布系数cq m ，本桥各根主梁的横向截面均相等，梁数n=5, 梁间距为2.4米。

()()()5

222

2222222123451

2 2.4 2.40 2.42 2.457.6

i i a a a a a a ==++++=?+++-+-?=∑

1号梁横向影响线的竖标值：

1号梁影响线

()2

211152

2 2.4110.6557.6

i i a n a η=?=+=+=∑

211552

0.40.25i

i a n a η==-=-=-∑

由11η和15η绘制1号梁的横向影响线，如上图及最不利荷载位置

可由11η和15η计算横向影响线的零点位置，设零点到1号梁的距离为x ，则

4 2.40.60.2x x

?-=

解得：7.2x m = 对于汽车荷载 ()1110.6 6.9 5.1 3.820.742227.2cq q m η??

=??+++= ???

∑ 对于人群荷载 ()10.6

7.20.20.750.6797.2

cr r m η==?++= 2号梁横向影响线的竖标值：

2号梁影响线

()122152

2 2.4 2.4110.4557.6

i i a a n a η=??=+=+=∑

()25

255

2 2.4 2.4110557.6

i a a n

η=??=+

=-=∑ 由21η、25η绘制2号梁的横向影响线，如上图及最不利荷载位置

可由21η和25η计算横向影响线的零点位置，则零点到1号梁的距离为9.6m 对于汽车荷载 ()2110.49.37.5 6.2 4.40.571229.6cq q m η??

=??+++= ???

∑ 对于人群荷载 ()20.4

9.60.20.750.4409.6

cr r m η==?++=

3号梁横向影响线的竖标值：

3＃梁影响线

3110.25η==、3510.25

η==

对于汽车荷载 ()311

0.240.422

cq q

m η=

=?=∑ 对于人群荷载 30.20.20.4cr r m η==+= 二、主梁内力计算

[1][2][3][4][5]

1．

恒载集度

（1）主梁：10.080.14

[0.20 1.7()(2.40.2)]2514.55/2

g KN m +=?+?-?= （2）横隔梁对于边主梁：

20.080.14 2.40.20.150.16[(1.5)()525]/22.5 1.317/222g KN m +-+??=-

????= ???

对于中主梁：'

2 1.317 2.634/g KN m =?= （3）桥面铺装层：

3(0.0610210.091023)/5 6.66/g KN m =??+??=

（4）栏杆和人行道：4 4.52/5 1.8/g KN m =?= 作用于边主梁的全部恒载强度：

14.55 1.317 6.66 1.824.327/i g g KN m ==+++=∑ 作用于中主梁的全部恒载强度：

14.55 2.634 6.66 1.825.644/i g g KN m ==+++=∑ 2．

恒载内力的计算

边跨弯矩剪力影响线

1号及5号梁内力（边跨）

跨中弯矩 2

1122.5

22.524.3271539.4432424l l M l g KN m =???=??

?=? 跨中剪力 2

0l V =

支点剪力 01

122.524.327273.6792Q KN =???=

1/4跨处弯矩：

1313

22.522.524.3271154.582216216

M l l g KN m =

???=????=? 1/4跨处剪力：

/41311

22.50.7524.32722.50.2524.327136.8392424l Q KN =????-????=

2号、3号及4号梁内力（中间跨）

跨中弯矩 2

1122.5

22.525.6441622.7842424l l M l g KN m =???=??

跨中剪力 2

0l V =

支点剪力 0

122.525.644288.4952Q KN =???=

1/4跨处弯矩：

;'1313

22.522.525.6441217.088216216

M l l g KN m =

???=????=? 1/4跨处剪力：

/41311

22.50.7525.64422.50.2525.644144.2482424l Q KN =????-????=

3．

活载内力 1 . 汽车荷载冲击系数

主梁横截面图

结构跨中处的单位长度量：

24.367102483.894/9.81

c G m kg m g ?==

= 主梁截面形心到T 梁上缘的距离：

11(240-20)(11/2)+17020170(1/2)

55.940.559411(240-20)+17020

y cm m ?????=

==??

跨中截面惯性矩：

3232744

1111

(24020)11(24020)11(55.94)2017012212

170

20170(55.94) 1.72100.1722c I cm m =

?-?+-??-+??+??-=?=

查表 E 取102.810a p ?

3.14 2.8100.172

4.318

2222.52483.894

f Hz

l m

π??

===

1.514

Hz f Hz

≤≤

0.1767ln0.01570.1767ln4.3180.01570.243

μ=-=?-=

所以冲击系数：

110.243 1.243

+=+=

2. 汽车荷载作用

公路—Ⅱ级均布荷载10.5/

q KN m

对于集中荷载，当5

l≤时，180/

P KN m

=；当50

l≥时，360/

P KN m

当550

<<时，采用内插法

公路—Ⅱ为公路—Ⅰ级的0.75倍

则0.7510.57.875/

q KN m

=?=

()

22.55

0.75180360180187.5

505

P KN

=?+?-=

当计算剪力时候187.5 1.2225

P KN

=?=

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

ξ=

跨中弯矩影响线如下图

3. 跨中弯矩的设计，

21122.522.563.282424

l l m Ω=??=??=

由于跨中弯矩横向分布系数1号、5号梁最大，所以只需计算1号、5号梁的弯矩，计算如下：对于1号梁车辆荷载作用下

()

11(1)2

cq cq k k M m P y m q l k μξ+=+Ω 22.51.24310.742187.50.7427.87563.281432.3574KN m ??

=????+??=? ???

跨中人群荷载最大弯矩

人群荷载集度3 1.5 4.5or P KN =?=

1,20.679 4.563.28193.352l cr or r

M m P KN m =Ω=??=?

对于2号和4号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中弯矩：

1,22(1)()k k Q k cq cq M

m P y m q k

μξ+=+Ω

22.5

1.2431(0.571187.50.5717.87563.28)110

2.2594

KN m =????+??=? 计算人群荷载的跨中弯矩：

人群荷载集度： 3 1.5 4.5or P KN =?=

122,

0.440 4.563.28125.294cr or Q k M

m P KN m =Ω=??=?

对于3号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中弯矩：

12,

33(1)()Q k k k cq cq M

m P y m q k

μξ+=+Ω

22.5

1.2431(0.4187.50.47.87563.28)77

2.1604

KN m =????

+??=? 计算人群荷载的跨中弯矩：

人群荷载集度： 3 1.5 4.5or P KN =?=

32,

0.4 4.563.28113.904cr or Q k M

m P KN m =Ω=??=?

4. 跨中剪力的计算跨中剪力影响线如下图：

21122.51 2.812524222

l m Ω=?=??=

对于1号和5号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力：

1,011(1)()

1.2431(0.7422250.50.7427.875

2.8125)124.187Q k cq k k cq k Q m P y m q KN

μξ=++Ω=????+??=

计算人群荷载的跨中剪力：

12,

0.679 4.5 2.81258.593l

cr or Q k Q

m P KN =Ω=??=

对于2号和4号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力：

1,022(1)()

1.2431(0.5712250.50.5717.875

2.8125)108.087Q k cq k k cq k Q m P y m q KN

μξ=++Ω=????+??=

计算人群荷载的跨中剪力：

22,

0.440 4.5 2.8125 5.567l cr or Q k Q

m P KN =Ω=??=

对于3号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的跨中剪力：

1,033(1)()

1.2431(0.42250.50.47.875

2.8125)66.947Q k cq k k cq k Q m P y m q KN

μξ=++Ω=????+??=

计算人群荷载的跨中剪力：

32,

0.4 4.5 2.8125 5.063l cr or Q k Q

m P KN =Ω=??=

5. 支点截面剪力的计算剪力影响线如下图所示：

211

122.511.2522

l m Ω=??=?=

横向分布系数变化区段的长度22.5

5.6 5.652a m =-=

对于1号和5号梁

附加三角形重心影响线坐标： 1122.5 5.65/22.50.9163y ??

=?-?= ???

0.083y '=

计算车辆荷载的支点剪力：

()

11111,0) 5.65

1.2431(0.74222510.7427.87511.25) 1.2431(0.50.742)7.875(0.9160.083)2

282.544(1)((1)2cq k cq oq cq Q k k k k

m q KN

Q m P y m m q y μξμξ

+Ω+=????+??+???-??+==++- 计算人群荷载的支点剪力：

()1112,02

or or cr or cr Q k a

Q m P m m P y =??Ω+?-??

()5.65

0.679 4.511.25 1.43750.679 4.5(0.9160.083)44.0072

KN =??+

?-??+=

对于2号和4号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的支点剪力（如下图所示）：

计算车辆荷载的支点剪力：

()

22221,0) 5.65

1.2431(0.57122510.5717.87511.25) 1.2431(0.85420.571)7.875(0.9160.083)2

223.568(1)((1)2cq k cq oq cq Q k k k k

m q KN

Q m P y m m q y μξμξ

+Ω+=????+??+???-??+==++-计算人群荷载的支点剪力：

()2222,02

or or cr or cr Q k a

Q m P m m P y =??Ω+?-??

()5.65

0.45 4.511.2500.4375 4.5(0.9160.083)17.3142

KN =??+?-??+= 对于3号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的支点剪力（如下图所示）：

计算车辆荷载的支点剪力：

()

3331,0) 5.65

1.2431(0.422510.47.87511.25) 1.2431(0.85420.4)7.875(0.9160.083)2

168.466(1)((1)2

cq k oq oq cq Q k k k k m q KN

Q m P y m m q y μξμξ

+Ω+=????+??+???-??+==++- 计算人群荷载的支点剪力：

()3332,02

or or cr or cr Q k a

Q m P m m P y =??Ω+?-??

()5.65

0.4 4.511.2500.4 4.5(0.9160.083)15.172

KN =??+?-??+= 6. 1/4跨弯矩的计算 1/4跨弯矩的影响线如下图

2131322.522.547.461216216

l l m ?Ω=??=??=

对于1号和5号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的1/4跨弯矩：

1,11(1)()k k Q k cq cq M

m P y m q k

μξ+=+Ω

1.2431(0.742187.5 4.2910.7427.87547.461)1086.770KN m =????+??=?

计算人群荷载的跨中弯矩：

人群荷载集度： 3 1.5 4.5or P KN =?=

112,

0.679 4.547.461145.142cr or Q k M

m P KN m =Ω=??=?

对于2号和4号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的1/4跨弯矩：

1,22(1)()k k Q k cq cq M

m P y m q k

μξ+=+Ω

1.2431(0.571187.5 4.2190.5717.87547.461)826.734KN m =????+??=? 计算人群荷载的跨中弯矩：

人群荷载集度： 3 1.5 4.5or P KN =?=

122,

0.44 4.547.46193.973cr or Q k M

m P KN m =Ω=??=?

对于3号梁

计算公路—Ⅱ级汽车活载的1/4跨弯矩：1

1,33

(1)()

k k

Q k cq cq

M m P y m q

μξ+

=+Ω

1.2431(0.4187.5 4.2190.47.87547.461)579.147KN m =????+??=?计算人群荷载的跨中弯矩：

人群荷载集度：3 1.5 4.5

P KN

=?=

0.4 4.547.46185.43

cr or

Q k

M m P KN m

=Ω=??=?7. 1/4跨剪力的计算

1/4跨剪力影响线如下图：

131322.5

0.750.75 6.328

2422

Ω=??=??=

对于1号和5号梁

计算公路—Ⅰ级汽车活载的1/4跨剪力：

1,011

(1)()

1.2431(0.7422250.750.7427.875 6.328)201.600

Q k cq k k cq k

Q m P y m q

KN μξ

=++Ω

=????+??=

计算人群荷载的跨中剪力：

0.679 4.5 6.32819.335

l cr or

Q k

Q m P KN

=Ω=??=

对于2号和4号梁

计算公路—Ⅰ级汽车活载的1/4跨剪力：

1,022(1)()

1.2431(0.5732250.750.5717.875 6.328)178.086Q k cq k k cq k Q m P y m q KN μξ=++Ω=????+??=

计算人群荷载的跨中剪力：

22,

0.44 4.5 6.32812.529l cr or Q k Q

m P KN =Ω=??=

对于3号梁

计算公路—Ⅰ级汽车活载的跨中剪力：

1,033(1)()

1.2431(0.42250.750.47.875 6.328)108.679Q k cq k k cq k Q m P y m q KN μξ=++Ω=????+??=

计算人群荷载的跨中剪力：

32,

0.4 4.5 6.32811.39l cr or Q k Q

m P KN =Ω=??=

8. 荷载组合

111

()n

o ud o Gi Gik Q q k c Qj QJK i j r s r r s r s r s φ===++∑∑其中 1.2Gi r =，1 1.4Q r =，

1.4Qj r =， 1.0o r =，0.8c φ=

跨中弯矩组合：

跨中剪力组合：

支点剪力组合：

1/4跨弯矩组合：

1/4跨剪力组合：

三、行车道板计算[1][2][3][4][5]

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

（1）计算每延米板的恒载g

沥青混凝土面层： 10.05 1.021 1.05/g KN m =??= C 25混凝土垫层： 20.1 1.023 2.3/g KN m =??= T 梁翼板自重： 30.080.14

1.025

2.75/2

g KN m +=

??= 合计： 3

1231

6.1/i g g g g KN m ==++=∑/KN m

（2）计算每延米板条的恒载内力弯矩： 22011

6.1 1.1 3.6922

og gl KN m M =

=??= 剪力： 6.1 1.1 6.71og KN Q gl =?==

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2P ?＝280kN 计算。轮载分布：车轮着地尺寸220.20.6a b m ?=?，经铺装层按45角扩散后，在板顶的分布尺寸：

1220.220.150.5a a H m =+=+?= 1220.620.150.9b b H m =+=+?=

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：

1020.5 1.42 1.1 4.18a a d l m =++=++?=