桥梁结构设计指导书
a 桥梁工程课程设计指导书
结构设计应包括上部结构设计和下部结构设计两大部分。上部结构设计的主要内容有，截面尺寸的拟定，内力计算（包括恒载内力、活载内力和附加内力的计算，内力组合，内力包络图的绘制），配筋设计，施工阶段和使用阶段的应力验算，最终承载能力极限状态强度验算，刚度验算，有的桥型如拱桥的主拱圈，斜拉桥的主塔等还需进行稳定性验算。下部结构设计的主要内容有：桥墩、桥台及其基础的设计计算。
课程设计的过程也是学生熟悉和应用设计规范的过程，在此阶段要求学会遵循《公路桥涵设计规范》进行桥梁设计。
一、上部结构设计
（一）截面尺寸的拟定
在方案阶段只是初步选定了截面的形式和轮廓尺寸（如梁高，翼缘宽度等），其余的细部尺寸（如箱梁的顶板厚度、底板厚度、腹板厚度、加腋尺寸等）尚未最后决定。细部尺寸的确定可参考已建成的相同桥型，相近跨径、桥宽、荷载标准的桥梁的截面尺寸；可根据方案的具体情况进行设计。设计时要考虑以下几方面因素：
1、受力
如：在梁式体系中截面主要受弯，其上下缘承受拉、压力而腹板承受剪力。因此顶板和底板的厚度应由拉、压应力控制，腹板厚度由剪应力控制。
T梁的翼缘板和箱梁的顶板除了作为主梁的一部分承受纵向弯矩外，还起桥面板的作用，承受横向弯矩，这部分尺寸必需先定下来，以免到最后加大返工工作量。因此，在梁式体系中计算内容的第一部分就是桥面板的计算。
2、构造
有时截面尺寸不是受力控制而是构造控制。
如钢筋混凝土梁的受拉区，混凝土不受力，仅起保护钢筋的作用，此时构件的尺寸在混凝土满足规范要求的保护层厚度的前提下尽量取小值，以减小构件自重；预应力混凝土简支T梁或箱梁的顶、底板，腹板厚度除了应满足受力要求外还应考虑预应力管道的布置要求，采用什么预应力体系，管道外径尺寸多大，如果需要多排或多列布置则考虑排、列间距后再加上外面普通钢筋和混凝土保护层即为构造要求的板厚，在预应力筋锚固截面还需考虑锚垫板的尺寸大小及锚头所占的最小尺寸。
装配式钢筋混凝土T形梁标准图设计基本尺寸：
下表1列出了装配式钢筋混凝土T形梁标准设计图（JT/GQS 025——84）的基本尺寸。
钢筋混凝土T形梁标准设计尺寸表1
恒载内力包括自重内力和后期恒载内力（如桥面铺装、人行道、防撞栏杆、灯柱等）两部分。其中自重内力和结构的施工方法有密切关系：如果结构采用分阶段施工，体系不断转换，则截面的恒载内力应是各施工阶段内力叠加的结果。在初步设计时，自重内力的计算有两种方法：
① 采用一次落架法计算，然后和活载内力、附加内力组合后绘制内力包络图，作为配筋设计的依据，但是如果采用悬臂施工法施工时，实际内力包络图在支点和跨中与一次落架的内力包络图相比有较大差别，前者的支点负弯短较后者的大，而跨中正弯矩却小得多。使得用一次落架法叠加的内力包络图配出的预应力筋束数在支点处显得不足，而在跨中处偏多。此时可用乘系数的方法来减小这些差别，如支点负弯矩乘以1.1的系数，跨中正弯矩乘以0．5～0.6的系数。如此配出的束数是否恰当，可在施工阶段验算时进行调整。
② 按施工程序进行计算，但此时不考虑预应力（也无法考虑）和徐变的影响，施工荷载可用集中力近似代替。这样计算的自重内力与实际受力情况比较符合。
2、活载内力计算
活载内力可按下式计算：
对于汽车荷载，将集中荷载直接布置在内力影响线数值最大的位置，其计算公式为：
(1)()c k i k i S m q m P y
μξ=+??Ω+汽 （2-3-8a ）
而对于人群荷载，则计算公式为
c r S m q =?Ω人
（2-3-8b ）
式中：S ——所示截面的弯矩或剪力；
)1(μ+——汽车荷载的冲击系数；
ξ——汽车荷载横向折减系数；
m c ——跨中横向分布系数；
k q ——汽车车道荷载中，每延米均布荷载标准值； Ω——弯矩、剪力影响线的面积
m i ——沿桥跨纵向与集中荷载位置对应的横向分布系数； P k ——车道荷载中的集中荷载标准值；
y i ——沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值； r q ——纵向每延米人群荷载标准值。
μ和ξ可据结构形式、频率、跨长、车道数查规范计算，内力影响线坐标可用程序计
算，这里主要说明横向分布系数计算中的一些问题。
（1）各种计算方法的适用对象
在《桥梁工程》课程中介绍过好几种求荷载横向分布系数的方法，有刚性横梁法、刚接梁法、铰接梁法、G-M 法。对于不同的上部结构和横截面形式，可采用不同的方法进行计算。
例如：对于宽跨比5.0/≤l B ，并具有可靠横向联结的梁系结构可采用刚性横梁法；对于采用刚性联结的多个单箱截面，可采用刚接梁法；对于刚性联结的二个单箱单室截面或单箱多室戳面，可采用杠杆法或刚接梁法，对于铰接空心板桥可采用铰接梁法；对于密排梁系，尤其是宽桥，G-M 法是一种比较合适的计算方法，在拱式体系中，对于双肋式下承式或中承式拱桥，系杆拱桥一般采用杠杆法，多肋的上承式拱桥一般采用刚性横梁法。
支点截面的荷载横向分布系数都是采用杠杆法。 （2）非简支体系荷载横向分布系数的计算。
这些方法的荷载横向分布系数都是在简支梁桥的跨中截面上推导出来的，即得到的是跨
中截面的荷载横向分布系数。计算弯矩时其他截面（除支点截面）只是借用了此值；计算剪力时，支点截面上采用的是杠杆法，从支点截面到第一片横梁（或1／4跨）直线变化，当设计采用的是悬臂梁或连续梁体系，通常的做法是：
① 借用简支梁的值；
② 参考《桥梁工程》介绍的方法进行修正；
③ 采用空间程序计算内力影响面，在影响面上加载。
由于活载内力在全部结构内力中占的比例不大，尤其跨度大时活载内力所占比例更小，因此，活载横向分布系数有些差别，对整个结构的受力影响不大，故一般采用第一种方法。
（三）内力组合
应按承载能力极限状态和正常使用极限状态两种组合进行。承载能力极限状态计算是以塑性理论为基础，采用荷载分项安全系数进行荷载组合，规范根据不同的荷载组合，给出不同的荷载安全系数；而正常使用极限状态是以弹性或弹塑性理论为基础，对结构在使用期间的变形及裂缝进行控制，保证结构能正常工作。按正常使用状态进行荷载组合时，荷载安全系数全部取1.0。对于预应力混凝土结构应该注意到：按承载能力极限状态设计时，预加力不作为荷载考虑，预加力所采用的预应力钢筋作为结构抗力的一部分；而在正常使用极限状态计算中，预加力就作为荷载的一部分。
（四）绘制内力包络图
在内力组合的基础上就可以绘制包络图了。包络图有弯矩包络图、轴力包络图和剪力包络图，它们是配筋设计的依据。当同一截面有多片主梁时，可选用各片梁的最大值。由于计算了两种极限状态的内力组合值，因此弯矩、轴力和剪力各有两个包络图。
（五）配筋设计
截面的配筋设计可根据《桥规》JTG062-2004中提供的公式进行，同一截面的预应力筋（或钢筋）可按正常使用极限状态和承载能力极限状态的最大组合内力配置，然后取其大值。在预应力结构中为了防止预留管道在施工工程中堵塞，设计时应多留3～4个孔道。
在正负弯矩区，如果需要调整束数，则当截面承受负弯矩时，截面下部需多配n 束，则上部也要相应地增配n 束才能满足0≥上σ的条件。同理，在承受正弯矩时，截面上部需多配n 束，则下部也应相应多配n 束。
（六）施工验算
施工验算是按照施工步骤，把荷载效应逐阶段进行叠加，每一阶段的计算荷动包括节段自重，施工荷载（施工机具、施工人员、模板等）和预应力。如果用程序进行验算，则应确定每一阶段的计算图式，把荷载全部作用到正确位置进行计算。结构应力应符合《桥规》JTG062-2004（下同）中第7节的规定，在验算构件吊装阶段的应力时应乘以动力系数。
（七）应力验算
应力验算主要指正常使用阶段的应力计算。对于钢筋混凝土结构主要进行变形和裂缝宽度的验算；可参照《桥规》JTG062-2004第6.4、6.5节的规定进行；预应力混凝土结构主要验算在使用荷载和预加力作用下，混凝土和预应力钢筋的应力，变形及B 类构件裂缝宽度，可参照“桥规”第6.3、6.4节的规定进行。值得注意的是，在进行变形计算时，不论构件处在开裂或不开裂状态，都假定是理想的弹性体，只是构件的刚度要进行折减，具体参见《桥
规》JTG062-2004第6.5节。
（八）强度验算
可参见《桥规》JTG062-2004第5节提供的计算公式及有关规定。
二、下部结构设计
下部结构包括桥墩、桥台和基础。它们的设计与上部结构设计一样也由类型选择、尺寸拟定、内力计算、强度验算、稳定性验算及抗震验算等几部分组成，对于钢筋混凝土和预应力混凝土墩台还应进行配筋设计。由于不同类型的墩台其计算项目和计算方法也不相同，因此这部分内容可参考公路桥涵设计手册《墩台与基础》第二、三章中的设计与计算部分。