桥梁结构毕业设计指导书解析

桥梁结构毕业设计指导书

第一部分

一、概述

一座大桥工程的设计工作，应包括桥梁规划设计（包括可行性方案设计）、初步设计（又称方案设计）和编制施工图三个阶段。

桥梁的规划设计包括有：

1、野外勘测与调查研究工作，即调查桥梁交通流量及其发展等；选择桥位；测量桥位附近的地形；钻探调

查桥位的地质情况；调查和测量河流的水文情况；其它与建桥有关的情况，如建筑材料等。

2、桥梁的纵、横断面设计和平面设计。

桥梁纵断面设计包括纵断面设计包括桥梁总跨径的确定，桥梁的分孔、桥面标高与桥下净空，桥上或桥

头纵坡等。

桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。

桥梁的分孔也与通航要求、地形和地质情况、水文情况及技术经济和美观要求确定。桥梁的分孔关系到

桥梁的造阶，一般来讲，跨径大，孔数少，上部结构的造阶就愈大，而墩台造阶就愈小。反之也然。因

而最经济的跨径是使桥梁上、下部结构总造阶最低，当桥墩较高或地质不良，基础工程复杂而造阶就

高，此时跨径可选取大一些，反之，当桥墩较矮或地基较好时，跨径可选得小一些。

另外，桥梁分孔还与通航、水文、结构体系、施工能力等等有关。

桥梁横断面设计，桥梁的宽度取决于桥上交通需要，我国《公路桥涵设计通用规

范》规定了公路桥面净空限界及桥面布置的尺寸如下：

规范还提出了在高速公路、一级公路上，一般以建上、下行两座独立桥梁为宜。

在弯道上的桥梁应适当加宽；

桥上人行道和自行车道的设置，应根据需要而定，人行道宽度取0.75m或1.0m，

大于1.0m可按0.5m的倍数增加。不设人行道的桥梁，可设置栏杆与安全带。

平面设计根据桥梁两端引道而定。

铁跨两线桥梁限界为8.88m。

桥面横坡：一般取1.5%~3%，

桥面铺装：有水泥混凝土、沥青混凝土、沥青表面处治、泥结碎石等。水泥混凝土和沥青混凝土一般厚

度为0.06~0.08m，桥面铺装一般不作受力计算，为使铺装

层具有足够的强度和良好的整体性，上般宜在混凝土中铺设直径为4~6mm的钢

筋网。

防水层：设在铺装层之下，厚度一般为0.01~0.02m，且在桥面伸缩缝处连续铺设，不可切断。

二、桥梁的设计荷载

设计荷载可分为永久荷载、可变荷载、偶然荷载三类。

1、永久荷载包括：结构重力、预加应力、混凝土收缩及徐变影响力、土的重力及

土侧压力、基础变位影响力、水的浮力；

2、可变荷载包括基本可变荷载（活载）和其它可变荷载两类，基本可变荷载包括汽车

荷载、汽车冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群荷载、平板挂车或履带车，平板挂车或履带车

引起的土侧压力；其它可变荷载有：风力、汽车制动

力、流水压力、冰压力、温度影响力、支座摩阻力。

3、偶然荷载包括：地震力、船只或漂流物的撞击力。

各级公路车辆荷载选用表：

用计算荷载计算时，按两行车队布载，汽车荷载不予折减；当桥（涵）面行车道宽度大于9m且小于或等于12m （有硬路肩时，包括硬路肩宽度）时，按三行车布载，汽车荷载可折减20%;按四行车队布载时，汽车荷载可折

减30%。但折减后不能小于两行车队布载的

计算结果。

用验算荷载验算时，不计冲击力、人群荷载和其它非经营作用在桥梁上的各种外力。履

带车在顺桥向可多辆布载，但两车间距不得小于50m，平板挂车在桥梁全长内用一辆布载。

汽车冲击力根据桥梁种类及跨度计算（参见规范）。

汽车制动力，当桥涵为一或二车道时（净-4.5m，净-7m，净-9m），制动力按布置在荷

载长度内和一行汽车车队总重力的10%计算，但不得小于一辆重车的30%，四车道的制动

力按上述规定的2倍计算。制动力的着力点在桥面以上 1.2m处。在计算墩台时可移至支座

中心，在计算刚构桥和拱桥时，可移至桥面上。

荷载组合：荷载组合可分为6类：

组合I:基本可变荷载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种，与永久荷载的一种或几种组合；

组合II :基本可变荷载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种，与永久荷载的一种或几种及其它可变荷载的一种或几种组合；

组合III :平板挂车或履带车与结构重量、预加应力、土的重力及土侧压力的一种或几种组合；

组合IV :基本可变荷载（平板挂车或履带车除外）的一种或几种，与永久荷载的一种或几种和偶然荷载的组合；

组合V :可能的施工荷载组合；

组合VI :结构重力、预加应力、土重及侧压力中的一种或几种，与地震力组合；在桥梁设计中，当采用极限状态设计时，应根据不同的极限状态和荷载组合，给出不同的荷载安全系数，当用容许应力设计时，则应按不同的荷载组合给出不同的材料容许应力

值。

对于预应力混凝土桥梁结构，预应力在结构使用极限状态设计时，应作为永久荷载计算其效应，计算时应考

虑相应阶段的预应力损失，但不计算由于偏心距增大所引起的附加内

力，在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为荷载，而将预应力钢筋作为结构抗力

的一部分。混凝土的收缩、徐变影响力在外部超静定的混凝土结构及复合梁桥等结构中是必

然产生的，而且是长期的，基础变位的影响力一旦出现，也是长期作用在结构上的。因此， 这些力都列入永久作用荷载。

混凝土收缩影响可作为相应于温度降低考虑， 考虑混凝土徐变的计算，可采用混凝土应

力与徐变变形直线关系的假定。

、连续梁桥与连续刚构桥的受力特点

连续梁桥、连续刚构桥可以是一联多跨，常用为三跨一联。

连续梁桥、连续刚构桥均是超静定结构，其结构刚度大、变形小、主梁变形的挠曲线平 缓，有利于高速行车。同时它们均会受墩台的不均匀沉降影响，产生附加内力。

根据活载位置的不同，连续梁桥、连续刚构桥的断面可能出现正弯矩或负弯矩，因而， 要按弯矩变化的幅值布置预应力钢筋。

连续刚构桥将连续梁与薄壁墩（柔性）固结而成。从而既保持了连续梁桥的优点，同时 又节省了支座，减少墩与基础的工程梁，并改善了结构的水平荷载作用下的受力性能， 即各

柔性墩按刚度比分配水平力。

当连续刚构桥的墩高较高时， 墩柔性较大，此时其梁上的受力与同跨径布置连续梁桥差 别很小。另外，预加力的影响、温度变化、混凝土徐变与收缩等对连续刚构桥有较大的影响。

三、连续梁桥与连续刚构桥的立面布置

连续梁桥一般均指预应力连续梁桥，可以是等跨度连续梁桥和不等跨连续梁桥。 对于跨度较大的连续梁桥一般宜采用不等跨的形式， 且是变高度连续梁。中小跨度桥梁

可采用等跨度等梁高连续梁桥。

三跨连续梁桥，为了保证中跨跨中不致产生异号弯矩，一般边跨长度可取中跨长的

0.5~0.8倍，如果减少边跨长度，则边跨和中跨的跨中弯矩均减少，此外，边跨跨长与中跨

跨长的比值还与施工方法有关，对于现场浇灌的桥梁，边跨长度取为中跨跨长度的 0.8倍是

经济合理，但采用悬臂施工法， 考虑到一部分边跨采用悬臂施工外， 余下的边跨部分还需另

搭脚手架，为使脚手架长度最短，则边跨长度应取中跨长度的

0.65倍为宜。

变高度梁的截面变化规律可采用圆弧线、 二次抛物线和直线等，通常以二次抛物线为最

常用。

连续梁在支点和跨中的梁估算值：

11 11

等高度梁：H =( ---------- )1，常用H =( --------- )1

15 30 18 20

、 1 1 1 1

变高度（曲线）梁：支点处： H =（ ---------- ）1，跨中：H =（ -------- ）1

16 20

30 50

连续刚构桥的跨径布置、 梁高变化可参照连续梁桥， 一般来讲，连续刚构桥宜适用于大 跨高墩桥，且桥墩采用柔性薄壁墩，目前常用的是双壁墩。薄壁墩宽度一般为

（0.2~0.3）

H ，

两壁的中距在8~12m 之间。

变高度（直线）梁：支点处:

H =（丄~丄）1，跨中:

16 20

1 1

H

_(22 ~ 28)1

连续刚构桥一般均采用悬臂施工法。

四、截面设计

对于跨度较大的连续梁桥和连续刚构桥，箱形截面是最适宜的横截面形式。常用的箱形

截面基本型式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。

腹板型式有竖腹板和斜腹板之分。

选用何种箱梁型式和腹板形式根据桥面宽、施工方法等等而定。

箱梁的顶底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，支墩处底板还要承受很大的压应

力，一般来讲：变截面箱梁底板厚度也随梁高变化，墩顶处底板厚为梁高的1/10~1/12，跨中处底板厚一般为200~250mm。底板厚最小应有120mm。

箱梁顶板厚度：应满足桥面板横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。参考如下（跨中截面）：

腹板厚度：腹板主要是抗剪和主拉应力，一般：

腹板内无预应力筋时：可采用200mm；有预应力筋管道时可采用250~300mm ;有锚头

时则可采用250~300mm。

在大跨度预应力混凝土箱梁桥中，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处较

大的剪力，一般采用300~600m m,有达到1m左右的。

在顶板与腹板接头处有必要设置梗腋，它可提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变应力。底板与腹板接头处可根据需要设置。梗腋形式一般为1: 2、1：1或3：1、2：1。

第二部分设计计算基本步骤

1、根据前述原则同时参照同类桥梁设计，拟定结构总体布置及结构断面细部尺寸。公路桥单箱单室，铁路

桥单箱双室。

支座处梁高根据跨度取6~7.5m，跨中高度3.5~5.2m，梁高按抛物线变化。顶板取25~50cm，底板

可沿跨度变化30~100cm，

腹板可变厚40~70cm。

顶板外伸长（单边）取2.5~3.5m，有人行道的可适当加大，最大可取 5.5m。

2、立面布置，结构分段，分段长度确定主要考虑每段吊装重量不超过吊机的起吊能力、每段长度满足肋束

下弯时设置竖曲线的需要、分段长度规格尽可能少。参考施工方法及过程，对梁进行划分，便于计算截

面内力。

各施工块重量大致相等；边跨及中跨跨中留2m长的合拢段。

3、各断面的截面几何特性的计算。（BSAS）

4、恒载内力的计算。包括一期、二期恒载等。（BSAS）

5、活载内力的计算。注意加载长度及冲击系数、车道折减等。（BSAS）

6、各截面内力组合，参见规范。（BSAS）

7、预应力筋束数的估算：按承载能力极限计算时满足正截面强度要求；按正常使用

状态计算时，拉应力满足要求；施工阶段，拉应力满足要求。（参见各参考书）

由于此时还无法求知二次内力等等，估束时可将前面计算的弯矩内力乘以 1.15

作为估束的依据。

求得各截面所需的预应力筋束数，然后进行布筋，计算预应力筋的几何曲线要素，

锚点布置，张拉方式，张拉顺序等等。

8预应力值的计算，张拉控制力、有效预应力，预应力损失的计算，预应力损失有

5项口：砼收缩徐变引起的损失；钢筋松弛引起的损失；预应力筋与管道的摩擦引起的损失；锚头变

形、钢丝加缩等引起的损失；混凝土弹性压缩引起的应力损失。（计算公式见规范）

3、日照温差二次内力、徐变引起的二次力矩、预应力张拉引起的二次力矩、支座沉降产生的内力等。

（BSAS）

4、截面内力的组合，早期及后期的内力组合。

5、承载能力极限状态的验算。

承载能力极限状态计算荷载组合，组合后的最大荷载弯矩应小于截面的极限抗弯能力

12、正常使用状态及施工阶段应力的计算。截面法向应力、截面的主应力、箍筋布置、抗剪设计等。

按弹性阶段计算的内力组合，在该内力作用下，截面的裂缝宽度满足要求（抗裂性），斜截面、横截面抗剪

能力满足要求，最大压应力应满足要求。

挠度验算，跨中截面的最大挠度应满要求。

13、绘制施工图。

14、工程量的计算；砼用量、普通钢筋用量、预应力筋用量、锚具用量、支座、其

15、英文翻译。

第三部分

预应力筋估算、预应力损失、徐变次内力等的计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定，在选定预应力钢筋的数量

时，应满足以下三方面要求：

1.正常使用极限状态下的应力要求（ 5.

2.21及5.2.22）；

2.承载能力极限状态下的强度要求（5.1.6）；

3.施工阶段的应力要求（5.3.4）。

本次设计要求按前两种方法进行估算。

1、采用美国ASTMA270级低松驰高强钢绞线；锚具采用群锚体系OVM锚或YM描。

①,锚具采用型，以下为常用锚具尺寸。

钢绞线规格建议采用

求。

采用抽拔橡胶管成型的管道，其净间距不应小于4cm，对于大吨位的预应力筋，建

仪不小于管道直径。采用预埋铁皮套管，其水平净距不应小于4cm，竖直方向在水

平段可两套叠置，叠置套管的水平净距也不应小于4cm。

管道至构件顶面或侧面边缘的净距不应小于 3.5cm,至构件底边缘净距不小于5cm。

曲线预应力钢绞线弯曲半径不小于4m （《铁规》规定大于钢丝直径的800倍），弯起角不大于30°。