橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)書

1、a橋梁工程課程設(shè)計指導(dǎo)書結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)包括上部結(jié)構(gòu)設(shè)計和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計兩大部分。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容有， 截面尺寸的擬定，內(nèi)力計算(包括恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力和附加內(nèi)力的計算，內(nèi)力組合，內(nèi)力 包絡(luò)圖的繪制)，配筋設(shè)計，施工階段和使用階段的應(yīng)力驗(yàn)算，最終承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度 驗(yàn)算，剛度驗(yàn)算，有的橋型如拱橋的主拱圈，斜拉橋的主塔等還需進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容有：橋墩、橋臺及其基礎(chǔ)的設(shè)計計算。課程設(shè)計的過程也是學(xué)生熟悉和應(yīng)用設(shè)計規(guī)范的過程，在此階段要求學(xué)會遵循公路橋涵設(shè)計規(guī)范進(jìn)行橋梁設(shè)計。一、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(一)截面尺寸的擬定在方案階段只是初步選定了截面的形式和輪廓尺寸(如梁高，翼緣寬度等)，其

2、余的細(xì)部尺寸(如箱梁的頂板厚度、底板厚度、腹板厚度、加腋尺寸等)尚未最后決定。細(xì)部尺寸 的確定可參考已建成的相同橋型，相近跨徑、橋?qū)挕⒑奢d標(biāo)準(zhǔn)的橋梁的截面尺寸；可根據(jù)方案的具體情況進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計時要考慮以下幾方面因素：1、受力如：在梁式體系中截面主要受彎，其上下緣承受拉、壓力而腹板承受剪力。因此頂板和底板的厚度應(yīng)由拉、壓應(yīng)力控制，腹板厚度由剪應(yīng)力控制。T梁的翼緣板和箱梁的頂板除了作為主梁的一部分承受縱向彎矩外，還起橋面板的作 用，承受橫向彎矩，這部分尺寸必需先定下來，以免到最后加大返工工作量。因此，在梁式 體系中計算內(nèi)容的第一部分就是橋面板的計算。2、構(gòu)造有時截面尺寸不是受力控制而是構(gòu)造控制。

3、如鋼筋混凝土梁的受拉區(qū)， 混凝土不受力，僅起保護(hù)鋼筋的作用， 此時構(gòu)件的尺寸在混 凝土滿足規(guī)范要求的保護(hù)層厚度的前提下盡量取小值，以減小構(gòu)件自重；預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁或箱梁的頂、底板，腹板厚度除了應(yīng)滿足受力要求外還應(yīng)考慮預(yù)應(yīng)力管道的布置要求， 采用什么預(yù)應(yīng)力體系， 管道外徑尺寸多大，如果需要多排或多列布置則考慮排、列間距后再加上外面普通鋼筋和混凝土保護(hù)層即為構(gòu)造要求的板厚，在預(yù)應(yīng)力筋錨固截面還需考慮錨墊板的尺寸大小及錨頭所占的最小尺寸。裝配式鋼筋混凝土 T形梁標(biāo)準(zhǔn)圖設(shè)計基本尺寸：卜表1列出了裝配式鋼筋混凝土 T形梁標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計圖(JT/GQS 02584)的基本尺寸。鋼筋混凝土 T形梁標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計尺寸

4、表1標(biāo)準(zhǔn) 跨徑 (m)計算 跨徑(cm)梁全長L (cm)梁高 H (cm)高跨比L/H肋厚(cm)翼緣厚(cm)橫隔 板數(shù) (片)吊重(t)跨中 誨根部 邊緣中梁 邊梁10950996901/1118302012311.3012.0013125012961101/1218302012316.4316.8516155015961301/12.318302012522.5822.7520195019961501/13.318352012532.2032.45示意圖現(xiàn)澆混凝土和1 .逞橫隔板60-2表2列出了裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土T形的標(biāo)準(zhǔn)圖（JT/GQS 02483）和非標(biāo)準(zhǔn)圖的結(jié)構(gòu)基本尺寸。裝配式

5、預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁基本尺寸表2類 別標(biāo)準(zhǔn)梁高(cm)肋厚(cm)上翼板（cm）馬蹄吊重（t）跨徑 （m）高跨比預(yù)制寬 全寬根部厚 邊緣厚全寬全高橫隔 板數(shù)中梁邊梁251751/14.31616022021104032648.847.1標(biāo) 準(zhǔn) 圖302001/151616022021104041763.461.1352251/15.61616022021104041883.080.2402501/161616021409101.0220105097.6續(xù)表2-2-2非標(biāo)準(zhǔn)圖50502501/202601/19.21618176230248248176216.724505038示（二）內(nèi)力計算內(nèi)力

6、計算包括恒載內(nèi)力和活載內(nèi)力計算，如果是超靜定結(jié)構(gòu)則還應(yīng)計算由于溫度變化、 混凝上收縮、徐變，墩臺不均勻沉降等引起的次內(nèi)力，如果是超靜定預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)則應(yīng)計算張拉預(yù)應(yīng)力引起的預(yù)應(yīng)力二次矩等。1、恒載內(nèi)為計算恒載內(nèi)力包括自重內(nèi)力和后期恒載內(nèi)力(如橋面鋪裝、人行道、防撞欄桿、燈柱等)兩 部分。其中自重內(nèi)力和結(jié)構(gòu)的施工方法有密切關(guān)系：如果結(jié)構(gòu)采用分階段施工，體系不斷轉(zhuǎn)換，則截面的恒載內(nèi)力應(yīng)是各施工階段內(nèi)力疊加的結(jié)果。在初步設(shè)計時，自重內(nèi)力的計算有兩種方法： 采用一次落架法計算，然后和活載內(nèi)力、附加內(nèi)力組合后繪制內(nèi)力包絡(luò)圖，作為配 筋設(shè)計的依據(jù)，但是如果采用懸臂施工法施工時，實(shí)際內(nèi)力包絡(luò)圖在支點(diǎn)和跨中

7、與一次落架的內(nèi)力包絡(luò)圖相比有較大差別，前者的支點(diǎn)負(fù)彎短較后者的大，而跨中正彎矩卻小得多。使得用一次落架法疊加的內(nèi)力包絡(luò)圖配出的預(yù)應(yīng)力筋束數(shù)在支點(diǎn)處顯得不足，而在跨中處偏 多。此時可用乘系數(shù)的方法來減小這些差別，如支點(diǎn)負(fù)彎矩乘以1.1的系數(shù)，跨中正彎矩乘以0. 50.6的系數(shù)。如此配出的束數(shù)是否恰當(dāng)，可在施工階段驗(yàn)算時進(jìn)行調(diào)整。按施工程序進(jìn)行計算，但此時不考慮預(yù)應(yīng)力(也無法考慮)和徐變的影響，施工荷 載可用集中力近似代替。這樣計算的自重內(nèi)力與實(shí)際受力情況比較符合。2、活載內(nèi)力計算活載內(nèi)力可按下式計算：對于汽車荷載，將集中荷載直接布置在內(nèi)力影響線數(shù)值最大的位置，其計算公式為： S汽=(1)mcm

8、P y)(2-3-8a)而對于人群荷載，則計算公式為S人=mic，qq(2-3-8b)式中：S所示截面的彎矩或剪力；(1十N)汽車荷載的沖擊系數(shù)；汽車荷載橫向折減系數(shù)；mc跨中橫向分布系數(shù)；qk 汽車車道荷載中，每延米均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；彎矩、剪力影響線的面積mi沿橋跨縱向與集中荷載位置對應(yīng)的橫向分布系數(shù)；Pk車道荷載中的集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值；yi沿橋跨縱向與荷載位置對應(yīng)的內(nèi)力影響線坐標(biāo)值； qr 縱向每延米人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值。N和巴可據(jù)結(jié)構(gòu)形式、頻率、跨長、車道數(shù)查規(guī)范計算，內(nèi)力影響線坐標(biāo)可用程序計算，這里主要說明橫向分布系數(shù)計算中的一些問題。(1)各種計算方法的適用對象在橋梁工程課程中介紹過好幾種求荷載

9、橫向分布系數(shù)的方法，有剛性橫梁法、剛接梁法、校接梁法、G-M法。對于不同的上部結(jié)構(gòu)和橫截面形式，可采用不同的方法進(jìn)行計算。例如：對于寬跨比 B/l <0,5 ,并具有可靠橫向聯(lián)結(jié)的梁系結(jié)構(gòu)可采用剛性橫梁法；對 于采用剛性聯(lián)結(jié)的多個單箱截面，可采用剛接梁法；對于剛性聯(lián)結(jié)的二個單箱單室截面或單箱多室戳面，可采用杠桿法或剛接梁法， 對于較接空心板橋可采用錢接梁法；對于密排梁系，尤其是寬橋，G-M法是一種比較合適的計算方法，在拱式體系中，對于雙肋式下承式或中承 式拱橋，系桿拱橋一般采用杠桿法，多肋的上承式拱橋一般采用剛性橫梁法。支點(diǎn)截面的荷載橫向分布系數(shù)都是采用杠桿法。(2)非簡支體系荷載橫向分

10、布系數(shù)的計算。這些方法的荷載橫向分布系數(shù)都是在簡支梁橋的跨中截面上推導(dǎo)出來的，即得到的是跨中截面的荷載橫向分布系數(shù)。計算彎矩時其他截面（除支點(diǎn)截面）只是借用了此值；計算剪力時，支點(diǎn)截面上采用的是杠桿法，從支點(diǎn)截面到第一片橫梁（或 1/4跨）直線變化，當(dāng) 設(shè)計采用的是懸臂梁或連續(xù)梁體系，通常的做法是：借用簡支梁的值； 參考橋梁工程介紹的方法進(jìn)行修正； 采用空間程序計算內(nèi)力影響面，在影響面上加載。由于活載內(nèi)力在全部結(jié)構(gòu)內(nèi)力中占的比例不大，尤其跨度大時活載內(nèi)力所占比例更小， 因此，活載橫向分布系數(shù)有些差別，對整個結(jié)構(gòu)的受力影響不大，故一般采用第一種方法。（三）內(nèi)力組合應(yīng)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極

11、限狀態(tài)兩種組合進(jìn)行。承載能力極限狀態(tài)計算是以塑性理論為基礎(chǔ)，采用荷載分項(xiàng)安全系數(shù)進(jìn)行荷載組合，規(guī)范根據(jù)不同的荷載組合，給出不同的荷載安全系數(shù)；而正常使用極限狀態(tài)是以彈性或彈塑性理論為基礎(chǔ)，對結(jié)構(gòu)在使用期間的變形及裂縫進(jìn)行控制，保證結(jié)構(gòu)能正常工作。按正常使用狀態(tài)進(jìn)行荷載組合時，荷載安全系數(shù)全部取1.0。對于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)該注意到：按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時，預(yù)加力 不作為荷載考慮，預(yù)加力所采用的預(yù)應(yīng)力鋼筋作為結(jié)構(gòu)抗力的一部分；而在正常使用極限狀態(tài)計算中，預(yù)加力就作為荷載的一部分。（四）繪制內(nèi)力包絡(luò)圖在內(nèi)力組合的基礎(chǔ)上就可以繪制包絡(luò)圖了。包絡(luò)圖有彎矩包絡(luò)圖、軸力包絡(luò)圖和剪力包絡(luò)圖，它們是配筋設(shè)計

12、的依據(jù)。當(dāng)同一截面有多片主梁時，可選用各片梁的最大值。由于計算了兩種極限狀態(tài)的內(nèi)力組合值，因此彎矩、軸力和剪力各有兩個包絡(luò)圖。（五）配筋設(shè)計截面的配筋設(shè)計可根據(jù)橋規(guī)JTG062-2004中提供的公式進(jìn)行，同一截面的預(yù)應(yīng)力筋（或鋼筋）可按正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)的最大組合內(nèi)力配置，然后取其大值。在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中為了防止預(yù)留管道在施工工程中堵塞，設(shè)計時應(yīng)多留34個孔道。在正負(fù)彎矩區(qū)，如果需要調(diào)整束數(shù)，則當(dāng)截面承受負(fù)彎矩時，截面下部需多配n束，則上部也要相應(yīng)地增配 n束才能滿足仃上之0的條件。同理，在承受正彎矩時，截面上部需多配n束，則下部也應(yīng)相應(yīng)多配 n束。（六）施工驗(yàn)算施工驗(yàn)算是按照施工

13、步驟，把荷載效應(yīng)逐階段進(jìn)行疊加，每一階段的計算荷動包括節(jié)段 自重，施工荷載（施工機(jī)具、施工人員、模板等）和預(yù)應(yīng)力。如果用程序進(jìn)行驗(yàn)算，則應(yīng)確 定每一階段的計算圖式，把荷載全部作用到正確位置進(jìn)行計算。結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)符合橋規(guī) JTG062-2004 （下同）中第7節(jié)的規(guī)定，在驗(yàn)算構(gòu)件吊裝階段的應(yīng)力時應(yīng)乘以動力系數(shù)。（七）應(yīng)力驗(yàn)算應(yīng)力驗(yàn)算主要指正常使用階段的應(yīng)力計算。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要進(jìn)行變形和裂縫寬度的驗(yàn)算；可參照橋規(guī)JTG062-2004第6.4、6.5節(jié)的規(guī)定進(jìn)行；預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)主要驗(yàn)算在使用荷載和預(yù)加力作用下，混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力， 變形及B類構(gòu)件裂縫寬度，可參照“橋規(guī)”第 6.3、6.4節(jié)的規(guī)定進(jìn)行。值得注意的是，在進(jìn)行變形計算時，不論構(gòu)件 處在開裂或不開裂狀態(tài)， 都假定是理想的彈性體， 只是構(gòu)件的剛度要進(jìn)行折減， 具體參見橋 規(guī) JTG062-2004 第 6.5 節(jié)。（