橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

a

橋梁工程課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包括上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩大部分。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有，

截面尺寸的擬定，內(nèi)力計(jì)算（包括恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力和附加內(nèi)力的計(jì)算，內(nèi)力組合，內(nèi)力

包絡(luò)圖的繪制），配筋設(shè)計(jì)，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，

構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：橋墩、橋臺(tái)及其基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)算。課程設(shè)計(jì)的過程也是學(xué)生熟悉和應(yīng)用設(shè)計(jì)規(guī)范的過程，

涵設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)。

一、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）截面尺寸的擬定

斜拉橋的主塔等還需進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算。下部結(jié)

在此階段要求學(xué)會(huì)遵循《公路橋

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、

案的具體情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮以下幾方面因素：1、受力

橋?qū)?、荷載標(biāo)準(zhǔn)的橋梁的截面尺寸；可根據(jù)方

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。

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(jì)算內(nèi)容的第一部分就是橋面板的計(jì)算。

2、構(gòu)造

有時(shí)截面尺寸不是受力控制而是構(gòu)造控制。

因此頂板和

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(shí)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，

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，

以減小構(gòu)件自重；預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支

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，

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(jì)基本尺寸：

在預(yù)應(yīng)力筋錨固截面還需考慮錨墊

下表1列出了裝配式鋼筋混凝土

鋼筋混凝土

T形梁標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)圖（JT/GQS025——84）的基本尺寸。T形梁標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)尺寸

表1

標(biāo)準(zhǔn)

跨徑

（m）

計(jì)算

跨徑

(cm)

梁全長(zhǎng)

L

(cm)

梁高

H

(cm)

高跨比

LH

肋厚

跨中

梁端

(cm)

翼緣厚

根部

邊緣

(cm)

橫隔

板數(shù)

（片）

吊重（

中梁

邊梁

t）

10950996901/11

13125012961101/12

16155015961301/12.3

18

30

18

30

18

30

20

12

20

12

20

12

3

3

5

30

00

16.43

16.85

22.58

22.75

20195019961501/13.3

示

意

圖

18

35

現(xiàn)澆混凝土

60

2

20

12

5

橫隔板

32.20

32.45

表2列出了裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土基本尺寸。

T形的標(biāo)準(zhǔn)圖（JT/GQS024—83）和非標(biāo)準(zhǔn)圖的結(jié)構(gòu)裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土

T形梁基本尺寸

表2

類

別

標(biāo)準(zhǔn)

跨徑

（m）

梁高

（cm）

高跨比

肋厚

（cm）

上翼板（

預(yù)制寬

全寬

cm）

根部厚

邊緣厚

馬蹄

全寬

全高

橫隔

板數(shù)

吊重（

中梁

邊梁

t）

標(biāo)

準(zhǔn)

圖

251751/14.316

302001/1516

352251/15.616

402501/1616

160

220

160

220

160

220

160

220

21

10

21

10

21

10

21

10

40

32

40

50

48.8

47.1

63.4

61.1

83.0

80.2

101.0

97.6

續(xù)表

2-2-2

非

標(biāo)

準(zhǔn)

圖

502501/2016

502601/19.218

176

230

248

248

17

16.7

24

8

62

50

50

38

鋪裝層

示

現(xiàn)澆混凝土

意

圖

60

2

橫隔板

（二）內(nèi)力計(jì)算

內(nèi)力計(jì)算包括恒載內(nèi)力和活載內(nèi)力計(jì)算，如果是超靜定結(jié)構(gòu)則還應(yīng)計(jì)算由于溫度變化、混凝上收縮、徐變，墩臺(tái)不均勻沉降等引起的次內(nèi)力，

計(jì)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(jì)算

如果是超靜定預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)則應(yīng)

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。

兩種方法：

①采用一次落架法計(jì)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(jì)的依據(jù)，但是如果采用懸臂施工法施工時(shí)，

在初步設(shè)計(jì)時(shí)，自重內(nèi)力的計(jì)算有

實(shí)際內(nèi)力包絡(luò)圖在支點(diǎn)和跨中與一次落架

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(shí)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0．5～0.6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(shí)進(jìn)行調(diào)整。②按施工程序進(jìn)行計(jì)算，但此時(shí)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(jì)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(jì)算

活載內(nèi)力可按下式計(jì)算：

對(duì)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(jì)算公式為：

S

汽

(1)

m(qmPy)ckiki

（2-3-8a）

而對(duì)于人群荷載，則計(jì)算公式為

Smq人cr

（2-3-8b）

式中：

S——所示截面的彎矩或剪力；

(1)

——汽車荷載的沖擊系數(shù)；

——汽車荷載橫向折減系數(shù)；

m——跨中橫向分布系數(shù)；

c

q——汽車車道荷載中，每延米均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；k

——彎矩、剪力影響線的面積

m——沿橋跨縱向與集中荷載位置對(duì)應(yīng)的橫向分布系數(shù)；

i

P——車道荷載中的集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

k

y——沿橋跨縱向與荷載位置對(duì)應(yīng)的內(nèi)力影響線坐標(biāo)值；

i

——縱向每延米人群荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

和可據(jù)結(jié)構(gòu)形式、頻率、跨長(zhǎng)、車道數(shù)查規(guī)范計(jì)算，內(nèi)力影響線坐標(biāo)可用程序計(jì)算，這里主要說明橫向分布系數(shù)計(jì)算中的一些問題。

（1）各種計(jì)算方法的適用對(duì)象

在《橋梁工程》課程中介紹過好幾種求荷載橫向分布系數(shù)的方法，

梁法、鉸接梁法、G-M法。對(duì)于不同的上部結(jié)構(gòu)和橫截面形式，

有剛性橫梁法、剛接可采用不同的方法進(jìn)行計(jì)算。

例如：對(duì)于寬跨比于采用剛性聯(lián)結(jié)的多個(gè)單箱截面，

B/l0.5

，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(duì)

可采用剛接梁法；對(duì)于剛性聯(lián)結(jié)的二個(gè)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(duì)于鉸接空心板橋可采用鉸接梁法；

對(duì)于密排梁系，

尤其是寬橋，G-M法是一種比較合適的計(jì)算方法，在拱式體系中，對(duì)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(jiǎn)支體系荷載橫向分布系數(shù)的計(jì)算。

這些方法的荷載橫向分布系數(shù)都是在簡(jiǎn)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(jì)算彎矩時(shí)其他截面（除支點(diǎn)截面）

只是借用了此值；計(jì)算剪

力時(shí)，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(jì)采用的是懸臂梁或連續(xù)梁體系，通常的做法是：

借用簡(jiǎn)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(jì)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(shí)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(duì)整個(gè)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)和正常使用極限狀態(tài)兩種組合進(jìn)行。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，

承載能力極限狀態(tài)計(jì)算是以規(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(duì)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(shí)，

荷載安全

系數(shù)全部取1.0。對(duì)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(jì)時(shí)，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；

態(tài)計(jì)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

而在正常使用極限狀

在內(nèi)力組合的基礎(chǔ)上就可以繪制包絡(luò)圖了。絡(luò)圖，它們是配筋設(shè)計(jì)的依據(jù)。

包絡(luò)圖有彎矩包絡(luò)圖、

當(dāng)同一截面有多片主梁時(shí)，可選用各片梁的最大值。由于計(jì)

軸力包絡(luò)圖和剪力包

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(gè)包絡(luò)圖。

（五）配筋設(shè)計(jì)

截面的配筋設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)應(yīng)多留3～4個(gè)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(shí)，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

上

0

的條件。同理，在承受正彎矩時(shí)，截面上部需多

配n束，則下部也應(yīng)相應(yīng)多配（六）施工驗(yàn)算

n

束。

施工驗(yàn)算是按照施工步驟，

把荷載效應(yīng)逐階段進(jìn)行疊加，

每一階段的計(jì)算荷動(dòng)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(jì)算圖式，把荷載全部作用到正確位置進(jìn)行計(jì)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(shí)應(yīng)乘以動(dòng)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(jì)算。

對(duì)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(jì)算時(shí)，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