混凝土简支T梁桥结构桥梁设计指导书

《桥梁工程》任务书
设计题目
上部结构：混凝土简支T梁桥结构计算及配筋
下部结构：重力式墩台构造图
设计资料
1.上部结构形式及基本尺寸
装配式钢筋混凝土简支T梁桥，双车道，主梁之间的桥面板为铰接，每个同学在桥梁设计选题里选择一种跨径、桥面宽度和主梁细部尺寸后画出主梁纵、横断面布置图。

比如下图所示为横向5梁式，纵向5块横隔板的布置方式（按照下图的尺寸标注样式，将自己拟定的尺寸与下图的标注线一一对应起来，单位cm）。

2.桥面布置
桥梁位于直线上，两侧设人行道，桥面铺装为2cm厚的沥青混凝土，其下为C25混凝土垫层，设双面横坡，坡度为1.5% 。

横坡由混凝土垫层实现变厚度(6-12cm)。

3.材料
1）混凝土：上部结构C30（容重为25kN/m 3）
下部结构C25（容重为23kN/m 3
主筋：II级钢筋；
构造钢筋：I级钢筋
2）桥面铺装：沥青混凝土（容重为21kN /m 3）；混凝土垫层C25（容重为23kN/m 3）
4）人行道：人行道包括栏杆荷载集度为6 kN/m；
4.设计规范及参考书目
1）《公路桥涵设计通用规范》
2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
3）《桥梁工程》
4）《混凝土结构设计原理》
5）《结构力学》
6）《桥梁通用构造及简支梁桥》
设计与计算要求
（1）取行车道板（单位板宽即1m宽）、边梁和中梁进行恒载、活载内力计算。

（2）选取合适的方法进行荷载横向分布系数计算，并根据规范公式计算主梁自振频率和冲击系数。

（3）按规范进行作用组合（分别对应承载能力极限状态和正常使用极限状态）
（4）根据作用组合进行行车道板和一片梁的截面配筋设计（主要是正截面抗弯验算与斜截面抗剪验算）
成果要求
1.完整的计算书，要求条理清楚，格式整齐。

计算说明书包括：行车道板的内力计算、配筋、验算；主梁的荷载横向分布系数的计算；主梁内力计算、配筋、验算。

2.绘制相关图纸：墩台构造图、桥面板、主梁钢筋布置图（纵断面和横断面及局部构造图）。

图纸可以打印或手绘，但同等条件下，打印图纸较手绘的可优先评较高一个等级。

《桥梁工程》指导书
设计步骤
一上部结构主要尺寸的拟定
1.跨径要求：标准跨径10m，13m , 16m ，20m；任选一种；
2 .根据所选跨径确定主梁细部尺寸；
二桥面板设计
1.确定桥面板的类型
2.计算荷载有效分布宽度；
3.桥面板恒载、活载内力计算；
4.荷载组合；
5.桥面板配筋设计与强度验算。

三主梁设计
1.恒载内力计算；
2.计算荷载横向分布系数；
3.活载内力计算；
4.计算各种荷载作用下的控制截面内力；
5.进行作用效应组合；
6.正截面、斜截面设计计算配筋及验算；
7.全梁承载能力校核及构造要求；
8.裂缝宽度及变形验算。

四桥墩设计
1.桥墩尺寸拟定
2.桥墩截面积和截面几何性质
3.计算作用在桥墩上的荷载
4.荷载组合
5.墩身截面强度及偏心验算
6.基底应力和偏心验算
7.桥墩稳定性验算
计算方法
一结构主要尺寸的拟定（参考桥梁设计选题）。

钢筋混凝土T梁细部尺寸
T梁简图梁高肋板厚度上缘翼板厚度横隔梁尺寸
高跨比1/11~1/ 16随跨径增大取小值，随梁数减少取较大值一般采用18cm
主梁间距小于2m
的，梁肋一般做成
全长等厚度；
主梁间距大于2m
的，梁肋端部
2~5m范围可逐渐
加宽至梁端为
30cm，以满足抗剪
和安放支座的需
要
翼缘板与梁肋衔接处的厚
度应不小于主梁高度的
1/10
主梁间距小于2m的铰接梁
桥，板边缘厚度可采用8cm
（桥面铺装不参与受力）或
6cm（桥面用钢筋混凝土与
翼缘板共同受力）
主梁间距大于2m的刚接梁
桥，桥面板的跨中厚度不小
于15cm；边梁板边厚度不
小于10cm
横隔梁厚度
一般取
15~18cm（做
成上宽下窄
和内宽外窄
的楔形）
高度一般为
主梁高度的
3/4，支座处
可与主梁等
高
二桥面板设计
1.确定桥面板的类型
实际工程中桥面板可能计算图式为：梁式单向板、悬臂板、铰接悬臂板、双向板。

2.计算荷载有效分布宽度
根据板的类型查阅有效板宽公式
3. 桥面板恒载、活载内力计算
（a）单向板分析概要
单向板简化计算：先按简支梁进行内力分析（M 0、Q 0）；再根据梁肋约束状况进行修正。

计算步骤：
A .确定计算跨径L；
B .计算荷载分布宽度a' 、
a；
C .按简支板(M 0、Q 0 )进行车
辆布载；
D .由荷载位置计算荷载集
度；
E .计算M 0p、Q 0p及M 0g、Q 0g；
图1 单向板内力计算简图
F. 由比值t /h 求M 中、M支、Q支；
t / h ＜1/4 时，M中= +0.5 M0M支= -0.7 M0
t / h ≥1/4 时，M中= +0.7 M0M
支= -0.7 M0
（b）悬臂板分析概要
按固端悬臂梁计算
悬臂板内力计算步骤：
A.确定计算跨径L0；
B.进行最不利车辆布载；
C.计算荷载分布宽度
a= a2 +2H +2L0
D .计算荷载集度p；
E.计算根部M p、Q p及M g、Q g；图2悬臂板计算图式
（c）铰接悬臂板分析概要
与悬臂板比较，铰接悬臂板为一次超静定结构
图 3 铰接悬臂板计算简图
工程实际简化计算：将一个车轮对中作用在悬臂板的铰缝处，将铰接悬臂板简化为悬臂板，按悬臂板计算内力。

4.荷载组合；
按承载能力极限状态基本组合对上一步的荷载效应进行荷载组合，S d=1.2S GK+1.4S QK得出行车道板设计内力值M d Q d
5.桥面板配筋设计与强度验算。

用上一步的M d行截面主钢筋计算（取行车道板纵向一米板条）设a s，求出h0，解方程Md=f cd bx(h0-x/2),求出x，并满足x≤ξb h0再由f cd bx=f sd A s求出As，进行配筋，并满足最小配筋率。

用上一步的Q j验算行车道板斜截面抗剪强度的上限值
，检查是否需要根据计算配置箍筋
，并由此判断是否需要专门进行抗剪配筋设计计算。

三主梁内力计算方法
1.恒载内力计算
计算恒载时，通常将跨内横隔梁的重量、桥面系的重量平均分配给各梁，因此，对于等截面梁桥的主梁，其计算荷载为均布荷载，在精确计算时，也可将恒载根据横向分系数的计算原理法进行横向分配的计算。

恒载内力计算时的恒载集度计算较为繁琐，应仔细读图，了解各部分的构造后，方可统计正确。

若简支梁承受的恒载集度为g，应用截面法，恒载引起的任意截面弯矩M X和剪力Q X 分别为：
利用上述公式计算出各控制截面的M g Q g
2. 计算荷载横向分布系数
用杠杆法求支点截面的横向分布系数；用偏心压力法求跨中截面的横向分布系数（忽略窄桥条件，通过在跨中设置刚度极大的横隔梁来弥补）。

并画出荷载横向分布顺跨度分布图。

图 4 荷载横向分布系数沿全桥的分布
3.活载内力计算
按照《桥规》给的公式计算汽车荷载冲击系数。

按照结构不同的基频f，汽车引起的冲击系数在0.05~0.45之间变化，其计算方法为：当f<1.5Hz时μ=0.05
当1.5Hz≤f≤14Hz时μ=0.1767lnf-0.0157
当f＞14Hz时μ=0.45
简支梁桥的基频 f=π
2l2√EI c m c
m c=G
g
式中：l-计算跨径；
I c-单根主梁跨中截面的截面惯矩（m4）
G-单根主梁跨中处每延米结构重力（N/m）
画出各个控制截面的M影响线和Q影响线，在其上进行汽车与人群的最不利布载（车道荷载由均布荷载和集中荷载组成，为求得最大的内力，将集中荷载作用于影响线纵标最大的位置处，均布荷载引起的内力为均布荷载值乘以相应的影响线面积）。

车道荷载：
人群荷载：
利用上述公式计算出各控制截面的M q M r Q q Q r
4.计算各种荷载作用下的控制截面内力
如风荷载、温度、汽车制动力等
5.进行作用效应组合，绘出弯矩和剪力包络图（至少包括支点截面、跨中截面、1/4截面）
根据《公路桥涵设计通用规范》第4.1.6条，进行荷载组合，求
M d,L/2 、M d,L/4 、V d,0 、V d L/2
M d=1.2M GK+1.4M Q1K+0.8×1.4M Q2K（其L/2截面值用于正截面配筋设计，L/4截面值用于绘制弯矩包络图用）
V d=1.2V GK+1.4VQ1K+0.8×1.4V Q2K(求出支点截面和L/2截面值，用于斜截面抗剪配筋时绘制剪力分配图用)
6.正截面、斜截面设计计算配筋及验算；
A正截面承载力计算
（一）截面设计
1．确定Ｔ梁翼缘的有效宽度b f′
取下列三者较小值：
计算跨径的1/3；；相邻两梁间距
设mm左右
判别Ｔ形截面类型
若满足则为第一类T形，否则为第二类。

2．配筋设计
第一类公式：
第二类公式：
截面复核
检查钢筋布置并求s
判别Ｔ形截面类型
若满足则为第一类T形，否则为第二类。

求截面的承载能力M u
公式同上。

B斜截面抗剪承载力计算
（一）截面抗剪配筋设计
1．检查截面尺寸（抗剪上限复核），支点截面的剪力应满足：
kN（h0可取支点截面值）
2．检查是否需要根据计算配置箍筋
当跨间某长度范围内的剪力满足（kN），（h0可取跨中截面值）则该长度范围内仅按构造配置箍筋，即：。

其余梁段应按计算配置腹筋。

3．计算剪力的分配
按《桥规》规定剪力分配图进行剪力分配。

4．箍筋设计
由式解出，再由求，或将代入上式求，其中可先
选择、，则，取整并满足构造要求，确定箍筋间距。

式中：为距支座为h/2处的剪力值，,和?可取支点和跨中截面的平均值。

5．弯起钢筋及斜筋设计
按斜截面抗剪强度的构造要求初步确定弯起钢筋的位置，即：
第一排弯起钢筋的弯终点应位于支座中心截面处；以后各排弯起钢筋的弯终点应落在或超过前一排弯起钢筋弯起点截面。

各排弯起钢筋的面积：（mm2）
计算第一排弯起钢筋时，取用距支座中心h/2处由弯起钢筋承担的那部分剪力值；
计算以后每一排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋弯起点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。

如、…按弯起钢筋弯起点的位置，由三角形相似比及几何关系确定。

各排弯起钢筋可由主筋提供或设置专门的斜筋。

（二）斜截面抗剪承载力复核（略）
7.全梁承载能力校核及构造要求
（一）全梁承载能力校核
绘制弯矩包络图和抵抗弯矩图
（二）构造要求
1．弯起钢筋的构造要求
1）保证正截面抗弯承载力
通过承载能力图和弯矩包络图的比较来完成全梁的正截面抗弯问题。

若抵抗弯矩图将弯矩包络图完全包裹住，则全梁正截面抗弯承载力满足要求。

2）保证斜截面抗剪承载力
《桥规》规定：第一排弯起钢筋的弯终点应位于支座中心截面处，以后各排弯起钢筋的弯终点应落在或超过前一排弯起钢筋弯起点截面。

以保证每个截面至少有一排弯起钢筋。

3）保证斜截面抗弯承载力
（1）弯起钢筋的弯起点应设在按正截面抗弯承载力计算该钢筋的强度被充分利用的截面以外，其距离不小于；
（2）弯起钢筋与梁中轴线的交点必须在其不需要点以外。

以上两项要求可通过计算或作图来完成。

2．不需要弯起的主筋可在其理论断点外伸一定的长度（锚固长度）后截断。

8.裂缝宽度及变形验算
a．裂缝验算
按公式（mm）≤0.2mm
C1——考虑钢筋表面形状的系数，光面钢筋取1.4，螺纹钢筋取1
C2——考虑荷载作用的系数，短期静荷载作用，C2=1.0,长期C3——与构件形式有关的系数，梁C3=1.0
式中：，，，
长期效应组合：
短期效应组合：
b．变形计算
1）挠度验算
短期荷载效应组合计算的跨中截面挠度为：
式中：，经计算B＝982×1012N·mm2，也可自己计算。

长期挠度：
消除结构自重产生的长期挠度：应（L 为计算跨径）
2）是否需设置预拱度
若长期挠度，则应设置预拱度。

预拱度值为按结构自重和1/2可变荷载频遇值计算的长期挠度之和，即：
（mm）
四桥墩设计
1.重力式桥墩尺寸拟定
根据《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》、《公路设计手册（墩台与基础）》、《桥梁工程》《公路桥涵设计通用规范》等资料，初步拟定各部分尺寸。

墩帽尺寸主要包括厚度、顺桥向宽度、横桥向宽度。

墩帽厚度：大跨径桥一般不小于50cm，中小桥不应小于40cm，并有5~10cm的檐口。

墩帽顺桥向宽度b：b≥f+(a+a`)/2+2C1+2C2
墩帽横桥向宽度B：B≥桥跨结构两外侧主梁中心距+支座底板横向宽度+2C1+2C2
墩身尺寸主要包括墩身高度、顶面和底面尺寸、桥墩侧坡等；
墩基础尺寸主要为平面襟边尺寸、基础层数及层高
墩顶长度：根据桥梁上部构造的宽度选定墩顶长度（需考虑是否设置挡块等构造措施）；
墩顶宽度：按相邻两孔桥的支座尺寸和距离，并加上支座边缘至墩顶边缘的距离选定墩顶的宽度；小跨径桥不宜小于80cm，中跨径桥不宜小于100cm，大跨径桥视上部构造类型而定。

墩身侧坡：20：1~30：1，小跨径桥可用直坡。

墩底面尺寸：确定了墩顶的尺寸，再按照选定的墩身两侧的侧坡向下放坡，从而确定墩底面尺寸。

墩基础平面尺寸及厚度：由墩底尺寸和地基条件确定（四周各放大25~75cm），可做成单层，也可以做成2~3层台阶式。

2.桥墩截面积和截面几何性质
通常选取墩身底面及墩身截面突变处，本例选墩顶、墩底截面
3.计算作用在桥墩上的荷载
4.荷载组合
5.墩身截面强度及偏心验算
6.基底应力和偏心验算
7.桥墩稳定性验算。