桥梁工程课程设计-设计说明书解析.doc

学 号

（桥梁工程课程设计）
设计说明书

钢筋混凝土空心板桥设计
净-9+2×0.5m(护栏)，跨径Lk=13m，公路Ⅰ级

起止日期： 2013 年 5 月 27 日 至 2013 年 6 月 7 日

学生姓名

班级

成绩

指导教师(签字)

土木工程学院
2013年6 月 4 日

目录

1.封皮 …………………………………………………………………1
2.目录 …………………………………………………………………2
3.课程设计任务书………………………………………………………3
4.桥梁工程课程设计计算书 …………………………………………6
1).设计基本资料………………………………………………………6
2).横向分布系数计算 …………………………………………………6
3).板梁的内力计算和内力组合 ………………………………………10
4).板梁正截面抗弯强度计算与配筋……………………………………14
5).板梁斜截面抗剪强度核算与配筋……………………………………15
6).板梁（T梁）挠度计算与予拱度设置 ………………………………17
7). 板式橡胶支座设计 …………………………………………………21
5.参考文献 ……………………………………………………………23

天津城市建设学院
课程设计任务书
2012 —2013 学年第2 学期
土木工程 学院 道路桥梁与渡河工程 专业 10道桥2 班
课程设计名称： 桥梁工程课程设计
设计题目： 钢筋混凝土空心板桥设计
完成期限：自 2013 年 5 月 27 日至 2013 年 6 月 7 日共 2 周

指导教师（签字）： 郭红梅 董鹏
教研室主任（签字）：
批准日期：2013 年 5 月 24 日

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》专业课教学环节的有机组成部分，其目的在于通过桥梁工程设计实践的基本训练，深化掌握本课程的实用理论与设计计算方法，为今后独立完成桥梁工程设计打下初步基础。
学生应在教师的指导下，综合应用所学建筑材料、结构力学、弹性力学、结构设计原理、桥涵水文、桥梁工程、墩台基础等课程知识和桥梁实习所积累的工程实践经验，贯彻理论联系实际的原则，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，进行配筋设计与强度、稳定性、刚度的校核。
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、查阅与翻译有关技术文献等基本技能的训练。
二、 设计题目与基本资料
1.设计题目：1)钢筋砼简支空心板桥2) 钢筋砼简支T形梁桥3）预应力砼简支空心板桥4）预应力砼简支T形梁桥5)箱型截面简支梁桥，以上题目中任选其中之一。
2.技术标准：
1） 桥面净空：净—7+2人行道（根据自己的题目确定）
2） 设计荷载：公路-I级，人群荷载3.5kN/m2（根据自己的题目确定）
3） 地震动峰值加速度为0.05g
4） 桥面铺装：表层为3cm厚沥青砼，下为6 cm厚防水砼
5） 桥面横坡：双向1.5%
三、设计内容
1.上部结构横断面布置草图；
2.荷载横向分布系数计算；
3.板梁（T梁）内力计算与内力组合；
4.板梁（T梁）正截面抗弯强度计算与配筋；
5.板梁（T梁）斜截面抗剪强度核算与配筋；
6.板梁（T梁）挠度计算与予拱度设置；
7.板式橡胶支座设计；
8．绘制板梁（T梁）一般构造图、板梁（T梁）配筋图。图幅尺寸按2#图纸绘制。

四、设计规程与参考资料
[1]交通部.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）.北京：人民交通出版社，2004
[2]交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）.北京：人民交通出版社，2004
[3]交通部.公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京：人民交通出版社，2004
[4]毛瑞祥，程翔云．公路桥涵设计手册-基本资料．北京：人民交通出版社，1995．
[5] 徐光辉，胡明义．公路桥涵设计手册-梁桥（上册）．北京：人民交通出版社，1996．
[6] 刘效尧，赵立成．公路桥涵设计手册-梁桥（下册）．北京：人民交通出版社，2000．
[7] 李自林.桥梁工程，武汉：华中科技大学出版社，2008
[8] 姚玲森.桥梁工程（第二版），北京：人民交通出版社，2008
[9] 李自林.桥梁工程，北京，机械工业出版社，2011
[10] 张树仁，郑绍珪，黄侨等．钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理．北京：人民交通出版社，2004
[11]交通部.装配式预应力砼空心板桥上部构造图. 北京：人民交通出版社，2008．
[12]交通部.装配式钢筋砼T梁桥上部构造图. 北京：人民交通出版社，2008．
[13]交通部.装配式预应力砼T梁桥上部构造图. 北京：人民交通出版社，2008．
桥梁工程课程设计计算书

1. 设计基本资料
1.1跨径：标准跨径13m，计算跨径：12.5m；主梁全长：12.96m；
1.2荷载：公路I级，人群荷载3.0KN/，地震动峰值加速度为0.05g；
1.3桥面净空：净—9+2×0.5(护栏)；
1.4桥面铺装：表层为3cm厚的沥青混凝土，下层为6cm厚防水混凝土；
1.5桥面横坡：双向1.5%；
1.6主要材料：主筋采用HRB335钢筋，构造筋采用R235，其技术指标见表1；混凝土强度采用用C30，其技术指标见表2。
表1-1 钢筋强度标准值和设计值
种类
弹性模量Es
抗拉强度标准值ƒsk
抗拉强度设计值ƒsd
R235钢筋
2.1×105MPa
235 MPa
195MPa
HRB335钢筋
2.0×105MPa
335 MPa
280MPa

表1-1 混凝土强度标准值和设计值
强度等级
弹性模量Ec
轴心抗压强度设计值ƒcd
轴心抗拉强度设计值ƒtd
轴心抗拉强度标准值ƒtk
C30
3.0×104MPa
13.8 MPa
1.39MPa
2.01MPa

2.横向分布系数计算
本桥取上部独立桥梁进行计算，桥面净宽9+2×0.5m，两侧为安全护栏，全桥采用10块1米宽的砼空心板，水泥砼铺装厚6cm，沥青砼厚3cm。标准横断面见图1所示。空心板的标准跨径为13m，计算跨径L＝12.5m。

图1.桥梁横断面图（尺寸单位：cm）

图2.空心板截面构造及尺寸（尺寸单位：cm）
1. 2.1计算截面抗弯惯性距
空心板是上下对称截面，形心轴位于截面中心，故其抗弯惯矩为（如图2所示半圆的几何性质）：

2.2计算截面抗扭惯性矩
空心板截面可近似简化成图2中虚线所示的薄壁箱形截面来计算，则有：

2.3计算刚度参数γ

2.4计算跨中荷载横向分布影响线
由铰接板荷载横向分布影响线计算用表中，根据γ值，查教材附录Ⅰ，在之间插值求得时各块板轴线处的影响线竖标值，，，，，计算如下表2-1所示。

表2-1 γ=0.0214 的竖坐标影响线计算表

板号

γ
单位荷载作用位置

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

1
0.02
234
192
146
111
085
066
052
043
037
034

1000
0.04
306
232
155
103
069
047
032
023
018
015
0.0214
239.04
194.80
146.63
110.44
083.88
064.67
050.60
041.60
035.67
032.67

2

0.02
192
188
157
120
092
071
056
046
040
037

999
0.04
232
229
181
121
081
055
038
027
020
018
0.0214
194.80
190.87
158.68
120.07
091.23
069.88
054.74
044.67
038.60
035.67

3
0.02
146
157
162
138
106
082
065
054
046
043

999
0.04
155
181
195
158
106
072
049
035
027
023
0.0214
146.63
158.68
164.31
139.40
106.00
081.30
063.88
052.67
044.67
041.60

4
0.02
111
120
138
148
129
100
080
065
056
052

999
0.04
103
121
158
180
149
101
069
049
038
032
0.0214
110.44
120.07
139.40
150.24
130.40
100.07
079.23
063.88
054.74
050.60

5
0.02
085
092
106
129
142
126
100
082
071
066

999
0.04
069
081
106
149
175
146
101
072
055
047
0.0214
083.88
091.23
106
130.40
144.31
127.40
100
07
081.30
069.88
064.67
2.5计算横向分布系数
设计车道为2车道，将公路—I级汽车荷载和人群荷载沿横向布置，找出最不利荷载位置如图4所示，由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号板至5号板的横向分布影响线坐标值。
对于1号板： 公路-I级： 1/2(0.217+0.140+0.094+0.059)=0.255
对于2号板： 公路-I级： 1/2(0.193+0.147+0.103+0.064)=0.254
对于3号板： 公路-I级： 1/2(0.153+0.157+0.119+0.074)=0.252
对于4号板： 公路-I级： 1/2(0.115+0.142+0.138+0.091)=0.243
对于5号板： 公路-I级： 1/2(0.088+0.113+0.138+0.116)=0.228

图3.1、2、3、4、5号板的荷载横向分布影响线（单位：cm）

表2-2 跨中横向分布系数对比
板位
手算法
电算法

1号
0.255
0.255
2号
0.254
0.256
3号
0.252
0.254
4号
0.243
0.246
5号
0.228
0.234

列表得，并用电算得出结果列表2，相比较。相差最大的是5号板的，其相对误差=符合规定。

3.板梁的内力计算和内力组合
3.1结构重力产生的内力计算
3.1.1结构重力集度
分别考虑预制梁自重（第一期荷载）和湿接缝、桥面铺装、人行道栏杆等（二期荷载）重力集度。
3.1.2空心板自重(一期恒载)

3.1.3桥面系自重及绞缝重 (二期恒载)
1）桥面铺装：
全桥宽铺装每延米总重0.06269+0.03239=20.25KN/m，
2）防撞护栏：
由桥涵设计通用图之<<桥涵公用构造图>>查得,桥上栏杆的荷载密集度为，。
3）铰缝重：
由于前面在计算一期恒载时采用的是毛截面计算，已经算入了铰缝中混凝土的质量，所以在此铰缝重量不再重复计算。故，
3.2结构重力产生的内力
跨中弯矩：，支点剪力：
3.3恒载内力计算见表3-1。
表3-1 重力内力计算表
项目
g
(kN/m)
L
(m)
M(KN.m)
Q(KN)
跨中（）
1/4跨
（）
支点
（1/2gl）
1/4跨
（1/4gl）
一期恒载
7.82
12.5
152.73
114.5
48.88
24.44
二期恒载
3.68
12.5
71.88
53.91
23
11.5
恒载合计
11.5
12.5
224.61
168.46
71.88
35.94
3.4计算支点荷载横向分布系数
用铰接板法计算的横向分布系数适用于跨中，因此，还需要用杠杆法就计算靠近支点处的横向分布系数。
公路-I级：
支点到L/4处的荷载横向分布系数按直线内插求得。并将空心板的荷载横向分布影响汇总于下表。

表3-2 空心板荷载横向分布系数
板位
跨中至l/4处
支点

1号
0.255
0
2号
0.254
0.5
3号
0.252
0.5
4号
0.243
0.5
5号
0.228
0.5

3.5 冲击系数计算
根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)条文说明4.3.2，简支梁桥的自振频率（基频）可采用下式计算：
——结构材料的弹性模量；
——结构跨中截面的截面惯性矩；
——结构跨中处的单位质量kg；
G——结构跨中处每延米结构重力。
式中： L=12.5m，，。
空心板毛截面面积:
，
空心板第一阶段自重:
，，
将上列数据代入公式

根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)，有：
，, ，双车道，不折减。
3.6荷载内力的计算
一号板的值最大，根据经验知道，一号板的弯矩组合值和剪力组合值最大。由此计算相关数据
1）计算公路-I级荷载跨中最大弯矩

=1.33812100.2553.125+1.338110.50.2553.12512.5/2=293.88KN.m
2）计算公路-I级荷载跨中最大剪力

=1.33812101.20.2550.5+1.338110.50.2550.512.50.50.5=48.59KN.m

图4.公路-I级荷载跨中最大弯矩计算图 图5.公路-I级荷载跨中最大剪力计算图

图6.公路-I级荷载1/4跨截面最大弯矩计算图 图7.公路-I级荷载1/4跨截面最大剪力计算图

3）计算公路-I级荷载1/4跨截面最大弯矩

=1.33812100.2552.344+1.338110.50.2552.34412.50.5=220.43KN.m
4）计算公路-I级荷载1/4跨截面最大剪力

=1.33812100.2550.751.2+1.338110.50.2550.7512.53/4=77.08KN

图8.公路-I级荷载支点截面最大剪力计算图

5）计算公路-I级荷载支点截面最大剪力

=1.33811.22100.2551+1.338110.50.255112.5/2
-1.33810.5[(0.255-0) 3.1250.916/2+(0.255-0) 3.1250.083/2]
=102.78KN

3.7主梁内力组合
根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），基本组合、短期效应组合、长期效应组合分别按下式进行组合，其结果见表3-3。1号板梁的弯矩组合值和剪力组合值最大，将其作为设计效应组合的设计值进行设计。
表3-3 荷载内力组合计算表

板号
序号
荷载类别
弯矩
剪力
1/4截面
跨中截面
支点截面
跨中截面
1/4截面
1号
1
恒载
168.46
224.61
71.88
0.00
35.94
2
公路一级荷载
220.43
293.88
102.78
48.59
77.08
3
基本组合
510.75
680.96
230.15
68.03
151.04
4
短期组合
332.76
430.33
143.83
34.01
89.90
5
长期组合
256.63
342.16
121.99
19.44
66.77
4.板梁正截面抗弯强度计算与配筋
4.1已知数据及要求：见前所述，荷载内力见表3-3。
4.2边板跨中截面的纵向受拉钢筋计算
1）确定中性轴的位置
形心位置：空心板是上下对称截面，形心轴位于截面中心，即：形心离下缘高度为30cm。
2）将空心板截面按抗弯等效的原则，换算为等效工字形截面的方法是在保持截面面积、惯性矩和形心位置不变的条件下，将空心板的圆孔（直径为D）换算为、的矩形孔。

图9.空心板换算等效工字型截面
图10.空心板跨中截面钢筋布置
，得到 （1）
（2） 把（2）式代入（1）式，得到
在保持原截面高度、宽度及圆孔形心位置不变的情况下，等效工字形截面尺寸为：
上翼缘厚度
下翼缘厚度
腹板厚度
4.3正截面抗弯计算
1）空心板采用帮扎钢筋骨架，一层受拉主筋。假设，则有效高度为。
2）判断截面类型：
属于第一类T型截面。
3）计算受压区高度

方程的合适解

4）受拉钢筋的面积计算：

现选择10φ25钢筋，钢筋面积为4909；混凝土保护层C =35mm＞d=25mm，

故满足构造要求
故，取，则。
最小配筋计算：，即最小配筋率应不小于0.22%。且不应小于0.2%，故取，实际配筋率
受压区高度
正截面抗弯承载能力
故截面复合满足要求。

4.4构造设计
架立筋采用5Φ10，水平纵向钢筋的面积取系数为0.0015，由于,即6Φ8，间距为135mm,符合100-150mm。

5.板梁斜截面抗剪强度核算与配筋
5.1截面抗剪强度上下限复核
选取距支点h/2处截面进行斜截面抗剪承载力计算。截面构造尺寸及配筋见图12。首先进行抗剪强度上下限复核，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第5.2.9条：
在距支点h/2处a=45mm,h0=555mm,b=282mm,=30MPa, ,代入上式：
，
计算结果表明，空心板截面尺寸满足要求。
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）第5.2.10条：

并对照表3-3。沿跨长各截面的控制剪力组合设计值，在距跨中l/4至支点的部分区段内应按计算，要求配置抗剪箍筋，其他区段可按构造要求配置箍筋。
为了构造方便和便于施工，该空心板不设弯起钢筋，计算剪力全部由箍筋承受，则斜截面承载力按下式计算：，，
异号弯矩影响系数，预应力提高系数，受压翼缘影响系数，箍筋选用HRB335，。选用直径为8mm的双肢箍筋，箍筋截面积，配箍率，纵向钢筋配筋率，则箍筋间距的计算式为：

取箍筋间距，并按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）要求，在制作中心向跨中方向不小于一倍（600mm）的梁高范围内，箍筋间距取200mm,配箍率

在组合设计剪力值的部分区段内（L=1894，取整1800mm），可只按照构造要求配置箍筋，设箍筋仍选用直径为8mm的双肢箍筋，配箍率取，则由此可得，构造配置的箍筋间距。取。
.
5.2斜截面承载力计算
1）距支座中心h/2=300mm处截面，x=4450mm。
2）距跨中位置x=4450mm处截面（箍筋间距变化处）。
计算截面的剪力组合值，可按表5由跨中和支点的设计值内插得到，计算结果如下表所示。
5.2.1距支座中心h/2=300mm处截面，x=4450mm。
由于空心板的普通钢筋是直线配筋，故截面的有效高度沿跨长不变，即，其等效工字型截面的肋宽b=282mm,由于不设弯起钢筋，因此，斜截面抗剪承载力按下式计算：

式中，，，，，
，
，，，代入得到：

故该斜截面抗剪承载力满足要求。

5.2.2距跨中位置x=4450mm处截面（箍筋间距变化处）。
，，，，
，，，代入得到：

故该斜截面抗剪承载力满足要求。

6.板梁（T梁）挠度计算与予拱度设置
6.1裂缝验算
由表5可知，荷载短期效应组合值为：
荷载长期效应组合弯矩计算值为：
跨中截面裂缝计算值为：
钢筋表面形状系数，主钢筋为带肋钢筋，取
作用（或荷载）长期效应影响系数，
与构件受力性质有关的系数，该板为钢筋混凝土受弯构件，取
钢筋应力，受弯构件，得
纵向受拉钢筋直径，该板的钢筋直径相同，取d=25mm
纵向受拉钢筋配筋率，对于混凝土构件，当取当取。
对于该构件，取
计算可得，

6.2板梁跨中挠度验算
在进行板梁变形计算时，应取板与板之间横向连接后，全宽度受压翼缘板计算，即，而
6.2.1.板梁换算截面的惯性矩和计算

对于该板梁开裂截面：
，即 得
板梁跨中截面为第二类T型截面，此时，受压区高度有下式确定，即

开裂截面的换算截面的惯性矩（）为

全截面的换算面积（）

受压区高度为

全截面换算惯性矩为

6.2.2计算开裂构件的抗弯刚度
全截面抗弯刚度

开裂截面抗弯刚度

全截面换算截面受拉区边缘的弹性抵抗矩为

全截面换算截面的面积矩为

则塑性影响系数为
开裂弯矩
开裂构件的抗弯刚度为

=1.989
6.2.3受弯构件跨中截面处的长期挠度值
受弯构件在使用阶段的跨中截面的长期挠度值为:

在自重作用下的跨中截面的长期挠度值为:

则可变荷载频遇值计算值长期挠度值为

符合《公路桥规》的要求。

6.2.4在荷载短期效应组合并考虑荷载长期效应影响下板梁跨中处产生的长期挠度值为
，故跨中需要设置预拱度。
根据《公路桥规》对预拱度的设置规定，跨中截面的预拱度

7. 板式橡胶支座设计
7.1确定支座平面尺寸
选定支座的平面尺寸，采用中间层橡胶片厚度。该桥为装配式钢筋混凝土板桥，每跨布置两个支座。支座处剪力为
1）计算支座的平面形状系数
，由于，符合形状系数的取值。
2） 计算橡胶支座的弹性模量

3） 验算橡胶支座的承压强度
，符合要求
7.2确定支座厚度
7.2.1主梁的计算温差设为，温度变形由两端的支座均摊，则每一支座承受的水平位移为：

7.2.2为了计算汽车荷载制动力引起的水平位移，首先要确定作用在每一支座上的制动力。对于9.5m的桥跨，，一车道的荷载的总重，则汽车的制动力标准值为，又根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ ）规定，该值不得小于。经比较，取制动力为。9块板共18个支座，每支座承受的水平力。
7.2.3确定需要的橡胶片总厚度
不计汽车制动力
计入汽车制动力
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ ）的其他规定

选用4层钢板和5层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚0.25cm，中间层厚0.5cm，薄钢板厚0.2cm，则橡胶片总厚度：且。（合格）
支座厚度：
验算支座偏转情况
，，则平均压缩变形量为

按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ ）规定，尚应满足，即（合格）

7.3计算梁端转角
由关系式和可得。设在结构自重作用下，主梁处于水平状态。经计算知跨中挠度为1.83cm，代入上式得

7.4验算支座偏转情况
，即（合格）

7.5验算支座的抗滑稳定性
1）计算温度变化引起的水平力

2）验算抗滑稳定性
，
则，即（合格），
（合格）

参考文献

[1]交通部.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）.北京：人民交通出版社，2004
[2]交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）.北京：人民交通出版社，2004
[3]交通部.公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京：人民交通出版社，2004
[4]毛瑞祥，程翔云．公路桥涵设计手册-基本资料．北京：人民交通出版社，1995．
[5] 徐光辉，胡明义．公路桥涵设计手册-梁桥（上册）．北京：人民交通出版社，1996．
[6] 刘效尧，赵立成．公路桥涵设计手册-梁桥（下册）．北京：人民交通出版社，2000．
[7] 李自林.桥梁工程，武汉：华中科技大学出版社，2008
[8] 姚玲森.桥梁工程（第二版），北京：人民交通出版社，2008
[9] 李自林.桥梁工程，北京，机械工业出版社，2011
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[11]交通部.装配式预应力砼空心板桥上部构造图. 北京：人民交通出版社，2008．
[12]交通部.装配式钢筋砼T梁桥上部构造图. 北京：人民交通出版社，2008．
[13]交通部.装配式预应力砼T梁桥上部构造图. 北京：人民交通出版社，2008．

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