第四章混凝土简支梁桥的计算 习题 一、填空题： 1、设置横隔梁的作用：。 2、为消除梁桥的恒载挠度而设置预拱度，其值通常取为：。 3、偏压法计算横隔梁内力的力学模型是：。 二、名词解释： 1、荷载横向分布影响线 2、板的有效分布宽度 3、预拱度 4、单向板 三、简答题： 1、偏心压力法计算荷载横向分布系数的基本假定和适用条件。 2、杠杆原理法计算荷载横向分布系数的基本假定和适用条件。 3、试述荷载横向分布计算的铰接板法的基本假定和适用条件。 4、设计桥梁时，为什么要设置预拱度，如何设置？ 四、计算题： 1、如图所示Ｔ梁翼缘板之间为铰接连接。试求该行车道板在公路—Ⅰ级荷载作用下的计算内力，已知铺装层的平均厚度12cm，容重22.8kN/m3，Ｔ梁翼缘板的容重为25kN/m3。（依《桥规》，车辆荷载的前轮着地尺寸a1=0.2m，b1=0.3m，中、后轮着地尺寸a1=0.2m，b1=0.6m） 2、某五梁式简支梁桥，标准跨径25.0m，计算跨径为24.20m，两车道，设有六道横隔梁（尺寸如图所示），设计荷载为公路—Ⅱ级荷载，已求得2#主梁的跨中及支点截面的横向分布系数分别为m cq=0.542、m oq=0.734，。试求： 1）画图说明2#梁的横向分布系数沿跨径的一般变化规律。 2）在公路—Ⅱ级荷载作用下，2#梁的跨中最大弯矩及支点最大剪力。 答案 一、填空题： 1、设置横隔梁的作用：保证各根主梁相互连接成整体，共同受力。 2、为消除梁桥的恒载挠度而设置预拱度，其值通常取为：全部恒载和一半静活载所产生的竖向挠度值。 3、偏压法计算横隔梁内力的力学模型是：将桥梁的中横隔梁近似的视做竖向支承在多根弹性主梁的多跨弹性支承连续梁。
第四章混凝土简支梁桥的计算 一、填空题： 1、设置横隔梁的作用：。 2、为消除梁桥的恒载挠度而设置预拱度，其值通常取为：。 3、偏压法计算横隔梁内力的力学模型是：。 二、名词解释： 1、荷载横向分布影响线 2、板的有效分布宽度 3、预拱度 4、单向板 三、简答题： 1.行车道板的定义是什么？其作用是什么？ 2.单向板的定义是什么？其结构受力计算要求是什么？ 3.自由端悬臂板的定义是什么？其结构受力计算要求是什么？ 4.铰接端悬臂板的定义是什么？其结构受力计算要求是什么？ 5.行车道板上的车轮荷载作用面是由有哪三条假定进行分布的？ 6.板的有效工作宽度的定义是什么？ 7.试写出多跨连续单向板弯矩计算的步骤？ 8.试写出铰接悬臂板悬臂根部最大弯矩计算的步骤？ 9.主梁结构重力的内力计算有哪两点基本假定？ 10.荷载横向分布系数的定义是什么？ 11.杠杆原理法的基本假定是什么？该方法的适用范围如何？ 12.试写出杠杆原理法计算荷载横向分布系数的步骤? 13.偏心压力法的基本假定是什么？该方法的适用范围如何？ 14.试写出偏心压力法计算荷载横向分布系数的步骤? 15.修正偏心压力法的基本假定是什么？ 16.两种偏心压力法对边梁或中梁计算的荷载横向分布系数值，在定性上有何异同？ 17.荷载横向分布系数沿桥跨变化的条件与特征各是什么？ 18.桥跨上恒载、活载产生的挠度各有何特性？何谓预拱度？ 19.试述荷载横向分布计算的铰接板法的基本假定和适用条件? 20.设计桥梁时，为什么要设置预拱度，如何设置？ 四、计算题： 1、如图所示Ｔ梁翼缘板之间为铰接连接。试求该行车道板在公路—Ⅰ级荷载作用下的计算内力，已知铺装层的平均厚度12cm，容重22.8kN/m3，Ｔ梁翼缘板的容重为25kN/m3。（依《桥规》，车辆荷载的前轮着地尺寸a1=0.2m，b1=0.3m，中、后轮着地尺寸a1=0.2m，b1=0.6m）
简支梁桥的设计计算 1.车轮荷载在板上是如何分布的？ 答：作用在桥面上的车轮荷载，与桥面的接触面近似于椭圆，但为了便于计算，通常把接触面看错矩形，作用在桥面上的车轮荷载，与桥面的接触面近似于椭圆，为便于计算，把此接触面看作的矩形。车轮荷载在桥面铺装层中呈450角扩散到行车道板上。 2.梁桥横向力计算时，杠杆法的基本原理和使用条件是什么？ 答：杠杆法基本原理是忽略了主梁之间横向结构的联系作用，即假设桥面班在主梁上断开，把桥面板看作沿横向支承在主梁上的简支梁获简支单悬臂梁。 杠杆法的适用条件：（1）双肋式梁桥；（2）多梁式桥支点截面 3.杠杆法计算荷载横向分布系数的步骤是什么？ 答：（1）绘制主梁的荷载反力影响线； （2）确定荷载的横向最不利的布置； （3）内插计算对应于荷载位置的影响线纵标ηi ； （4）计算主梁在车道荷载和人群荷载作用下的横向分布系数； 4.多跨连续单向板的内力计算时，计算弯矩和剪力有哪些需要注意的地方？ 答： 1．弯矩首先计算出跨度相同的简支板在恒载和活载作用下的跨中弯矩M0，再乘以相应的修正系数，得支点、跨中截面的设计弯矩，弯矩修正系数可根据板厚t和梁肋高度h的比值（即主梁的抗扭能力的大小）来选用。 2．剪力计算单向板支点剪力时，一般不考虑板和主梁的弹性固结作用，荷载应尽量靠近梁肋边缘布置。计算跨径取用梁肋间的净跨径。考虑相应的有效工作宽度沿桥梁跨径方向的变化，计算出荷载强度q和q＇，将每米板宽承受的分布荷载分为矩形部分A1 和三角形部分A2 。对于跨内只有一个车轮荷载的情况，由恒载及活载引起的支点剪力Qs为：如行车道板的跨径内不只一个车轮进入时，需计及其它车轮的影响。 5.桥梁支座必须满足那些方面的要求？ 答：（1）首先具有足够的承载力（包括恒载和活载引起的竖向力和水平力），以保证安全可靠地传递支座反力；
简支T 梁内力计算及结果对比 一、桥梁概况 一座九梁式装配式钢筋混凝土简支梁桥的主梁和横隔梁截面如图1-1所示，计算跨径29.5l m =，主梁翼缘板刚性连接。设计荷载：公路—I 级，人群荷载：3.0/kN m ， 每侧的栏杆及人行道构件自重作用力为5/kN m ，桥面铺装5.6/kN m ，主梁采用C50混凝土容重为25/kN m 。 （a ） （b ） 图1-1主梁和横隔梁简图（单位：cm ） 二、恒载内力计算 ㈠．恒载集度 主梁：()10.080.140.18 1.30 1.600.18259.76/2g kN m ?+??? =?+?-?= ??????? 横隔梁： 对于边主梁：()12 1.600.18 1.000.110.1572529.500.56/2 g kN m -=-? ???÷= 对于中主梁：2 122220.56 1.12/g g kN m =?=?= 桥面铺装：3 5.6/g kN m =
栏杆和人行道：45/g kN m = 作用于边主梁的全部恒载为： 19.760.56 5.6520.92/i g g kN m ==+++=∑ 作用于中主梁的恒载为： 29.76 1.12 5.6521.48/i g g kN m ==+++=∑ ㈡．恒载内力 计算主梁的弯矩和剪力，计算图式如图2-1所示，则： ()222x gl x gx M x gx l x = ?-?=-，()222 x gl g Q gx l x =-=- g 图2-1 恒载内力计算图式 各计算截面的剪力和弯矩值见表2-1和表2-2。 边主梁恒载内力 表2-1 内力 截面位置 剪力()Q kN 弯矩()M kN m ? 0x = 308.572 gl Q = = 0M = 4l x = 154.294 gl Q == 2 31706.7832gl M == 2 l x = 0Q = 2 2275.708 gl M == 中主梁恒载内力
主梁的内力计算 主梁的内力计算包括恒载内力计算和活载内力计算。根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，计算活载作用下的梁桥荷载横向分布系数，求出各主梁控制截面（取跨中、四分点、变化点截面及支点截面）的恒载和最大活载内力，然后再进行主梁内力组合。 一、恒载内力计算 1、恒载集度 ⑴预制梁自重（第一期恒载） ①．跨中截面段主梁自重（四分点截面至跨中截面，长7.25m ） (1)0.861625.07.25156.165g KN =??= ②．马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重近似计算（长3.7m ） 主梁端部截面面积为A=1.176m 2 ()(2) 1.17600.8616 3.725.0/294.239g KN =+??= ③．支点段梁的自重（长3.55m ） (3) 1.1760 3.5525.0=104.37g KN =?? ④．横隔梁的自重 中横隔梁体积为： ()30.16 1.590.920.240.72/20.120.12/20.219072m ??-?-?= 端横隔梁体积为： ()30.25 1.840.80.20.6/20.353m ??-?= 故半跨内横隔梁重量 ()(4)20.21907210.3532519.7786g KN =?+??= ⑤．主梁永久作用集度 ()156.16594.239104.3719.7786/14.9825.00/g KN m KN m I =+++= （2）第二期恒载
①翼缘板中间湿接缝集度 ()50.40.1625.0 1.6/g KN m =??= ②现浇部分横隔梁 一片中横隔梁（现浇部分）体积：3 0.16 1.590.20.05088m ??= 一片端横隔梁（现浇部分）体积：3 0.250.2 1.840.092m ??= 故()()630.0508820.09225.0/29.960.2809/g KN m =?+??= ③桥面铺装层 6cm 沥青混凝土铺装：0.0612.52317.25/KN m ??= 将桥面铺装重量均分给五片主梁，则 ()717.25/5 3.45/g KN m == ④防撞栏：两侧防撞栏均分给五片主梁，则 ()87.52/53/g KN m =?= ⑤主梁二期永久作用集度 II 1.60.2809 3.4538.3309/g KN m =+++= 2、永久作用效用：下面进行永久作用效用计算（参照图1-4），设c 为计算截面至左侧支座的距离，并令/a c l =。 主梁弯矩M 和剪力V 的计算公式分别是 ()21 12a M a a l g =- ()1 122 a V a gl = - 永久作用效用计算见表1-2。
桥梁工程课设——简支梁桥设计 1. 基本设计资料 1) 跨度和桥面宽度 (一) 标准跨径：35m （墩中心距）。 (二) 计算跨径：34.5m (三) 主梁全长：34.96m (四) 桥面宽度：净14m （行车道）+2×1m （人行道） 2) 技术标准 设计荷载：公路—I 级，人群荷载为23m KN 。 设计安全等级：一级。 3) 主要材料 (一) 混凝土：混凝土简支T 形梁及横梁采用C40混凝土，容重为3 26m KN ； 桥面铺装为厚0.065~0.17m 的防水混凝土，容重为325m KN 。 (二) 钢材：采用R235钢筋、HRB400钢筋。 4) 构造形式及截面尺寸（见图1-1和1-2） 如图所示，全桥共由9片主梁组成，单片T 形梁高为2m ，宽为1.6m ，桥上 横坡为双向1.5%，坡度由混凝土桥面铺装控制；设有五根横梁。 图1-1 桥梁横断面图
图1-2 主梁纵断面图 2. 主梁的荷载横向分布系数计算 1) 跨中荷载横向分布系数计算 如前所述，本例桥跨内设有5道横隔梁，具有可靠横向连接，且承重结构的宽跨比为：5.0464.05.3416≤==l B ，故可以按照修正的刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数c m 。 (一) 计算主梁的抗弯和抗扭惯性矩I 和T I 计算主梁截面的重心位置x 翼缘板厚按平均厚度计算，其平均板厚为 cm h 13)1610(2 1 1=+?=
则，cm x 8.7020 20013)20160(10020200213 13)20160(=?+?-??+? ?-= 主梁抗弯惯性矩I 为 4 23238.24294296)8.70100(2002020020121)2138.70(13)20160(13)20160(121cm I =? ?? ???-??+??+-??-+?-?=对于T 形梁截面，抗扭惯性矩可近似按下式计算： i i m i i T t b c I ∑==1 式中 i b ，i t ——单个矩形截面的宽度和高度； i c ——矩形截面抗扭刚度系数，由表2-1可以查的 T I 的计算过程及结果见表2-2 既得4310825.5m I T -?= (二) 计算抗扭修正系数β 对于本例，主梁间距相同，将主梁近似看成等截面，则得 9682.06.153243.01210 825.5425.05.34911 12113 22 2=??????+=+ = -∑E E a EI GI nl i T β (三) 按修正偏心压力法计算横向影响线竖坐标值
T 形简支梁桥 1．设计名称：天河简支梁设计 2.设计资料及构造布置 2.1.桥面跨径及桥宽 标准跨径：该桥为二级公路上的一座简支梁桥，根据桥下净空和方案的经济比较，确定主梁采用标准跨径为20m 的装配式钢筋混凝土简支梁桥。 计算跨径：根据梁式桥计算跨径的取值方法，计算跨径取相邻支座中心间距为19.5m. 桥面宽度：横向布置为 净－7（行车道）＋2×0.75m （人行道）＋2×0.25（栏杆） 桥下净空: 4m 混凝土：主梁采用C25 主梁高：取1.5m. 主梁梁肋宽：为保证主梁抗剪需要，梁肋受压时的稳定，以及混凝土的振捣质量，通常梁肋宽度为15cm －18cm ，鉴于本桥跨度16m 按较大取18cm 2.2.设计依据 （1）《公路桥涵设计通用规》 （JTGD60-2004） （2）《公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规》（JTGD62-2004） （3）《桥梁工程》 （4）《桥梁工程设计方法及应用》 3荷载横向分布系数计算书 3.1主梁荷载横向分布系数计算 3.1.1①跨中荷载横向分布系数 a.计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I X 和I TX 利用G －M 法计算荷载横向分布系数，求主梁截面的形心位置a X 平均板厚为： h 1=2 1 (h 薄＋h 厚)=0.5×（13+8）=10.5cm
则a X =［（180-15）×10.5×（10.5÷2）+15×150×（150÷2）］/［(180-15) ×10.5+15×150］=44.7cm I X = 121×(180-15) ×10.53+(180-15) ×10.5×(44.7-2 5.10)2+121 ×15×1503+15× 150×(44.7-2 150)2 =4.99×106 cm 4 T 形截面抗扭惯性矩I TX =1.15×3 1 ×［(1.8-0.15) ×0.1053+1.5×0.153］=2.67×10-3 m 4 则单位抗弯及抗扭惯性矩： J X =b I x =1801099.42-?= 2.77×10-4 m 4/cm J TX =b I TX =180102.67-3 ?=1.48×10-5 m 4/cm b.计算横梁的抗弯及抗扭惯性矩I y 和I Ty l=4b=4×180=720 cm c=2 1 ×(480-15)=232.5 cm h ＇=150×4 3 =112.5cm 取整110 cm b ＇=15 cm 由c/l=232.5/720=0.32查得λ/c=0.608 则λ=0.608×232.5=141.4 cm=1.41m 求横隔梁截面重心位置： a y =［141×10.52＋(1÷2) ×15×1102 ］/[2×141×10.5+110×15]=23.1cm 横梁抗弯惯性矩： I y =121 ×2×141×10.53＋2×141×10.5×(23.1-25.10)2＋121 ×15×1103＋15×110× (23.1-110/2)2 =4.31×106 cm 4 =4.31×10-2 m 4 I Ty =1.15×31 ×(2×141.4×103 +110×153)=2.6×105 cm 3 单位抗弯惯性矩和抗扭惯性矩为：b 1
第四章 简支梁（板）桥设计计算 第一节 简支梁（板）桥主梁内力计算 对于简支梁桥的一片主梁，知道了永久作用和通过荷载横向分布系数求得的可变作用，就可按工程力学的方法计算主梁截面的内力（弯矩M 和剪力Q ），有了截面内力，就可按结构设计原理进行该主梁的设计和验算。 对于跨径在10m 以内的一般小跨径混凝土简支梁（板）桥，通常只需计算跨中截面的最大弯矩和支点截面及跨中截面的剪力，跨中与支点之间各截面的剪力可以近似地按直线规律变化，弯矩可假设按二次抛物线规律变化，以简支梁的一个支点为坐标原点，其弯矩变化规律即为： )(42 max x l x l M M x -= （4-1） 式中：x M —主梁距离支点x 处的截面弯矩值； m ax M —主梁跨中最大设计弯矩值； l —主梁的计算跨径。 对于较大跨径的简支梁，一般还应计算跨径四分之一截面处的弯矩和剪力。如果主梁沿桥轴方向截面有变化，例如梁肋宽度或梁高有变化，则还应计算截面变化处的主梁内力。 一 永久作用效应计算 钢筋混凝土或预应力混凝土公路桥梁的永久作用，往往占全部设计荷载很大的比重（通常占60～90%），桥梁的跨径愈大，永久作用所占的比重也愈大。因此，设计人员要准确地计算出作用于桥梁上的永久作用。如果在设计之初通过一些近似途径（经验曲线、相近的标准设计或已建桥梁的资料等）估算桥梁的永久作用，则应按试算后确定的结构尺寸重新计算桥梁的永久作用。 在计算永久作用效应时，为简化起见，习惯上往往将沿桥跨分点作用的横隔梁重力、沿桥横向不等分布的铺装层重力以及作用于两侧人行道和栏杆等重力均匀分摊给各主梁承受。因此，对于等截面梁桥的主梁，其永久作用可简单地按均布荷载进行计算。如果需要精确计算，可根据桥梁施工情况，将人行道、栏杆、灯柱和管道等重力像可变作用计算那样，按荷载横向分布的规律进行分配。 对于组合式梁桥，应按实际施工组合的情况，分阶段计算其永久作用效应。 对于预应力混凝土简支梁桥，在施加预应力阶段，往往要利用梁体自重，或称先期永久作用，来抵消强大钢丝束张拉力在梁体上翼缘产生的拉应力。在此情况下，也要将永久作用分成两个阶段（即先期永久作用和后期永久作用）来进行计算。在特殊情况下，永久作用可能还要分成更多的阶段来计算。 得到永久作用集度值g 之后，就可按材料力学公式计算出梁内各截面的弯矩M 和剪力Q 。当永久作用分阶段计算时，应按各阶段的永久作用集度值g i 来计算主梁内力，以便进行内力或应力组合。 下面通过一个计算实例来说明永久作用效应的计算方法。 例4-1：计算图4-1 所示标准跨径为20m 、由5片主梁组成的装配式钢筋混凝土简支梁桥主梁的永久作用效应，已知每侧的栏杆及人行道构件的永久作用为m kN /5。
二、 主梁内力计算 [1][2][3][4][5] 1． 恒载集度 （1）主梁：10.080.14 [0.20 1.5()(2.00.2)]2512.45/2 g KN m +=?+?-?= （2）横隔梁 对于边主梁： 20.080.1420.20.150.16[(1.3)()525]/21.50.965/222g KN m +-+?? =- ????= ??? 对于中主梁：' 220.965 1.93/g KN m =?= （3）桥面铺装层： 30.05 2.1210.08 2.123 6.069/g KN m =??+??= （4）栏杆和人行道：4 4.52/5 1.8/g KN m =?= 作用于边主梁的全部恒载强度： 12.450.965 6.069 1.821.284/i g g KN m ==+++=∑ 作用于中主梁的全部恒载强度： 12.03 2.27 6.069 1.822.245/i g g KN m ==+++=∑ 2． 恒载内力的计算 边跨弯矩剪力影响线 1#及5#梁内力（边跨）
跨中弯矩 2 1121.521.521.2841115.4152424 l l M l g KN m = ???=???=? 跨中剪力 2 0l V = 支点剪力 01 121.521.284228.2032 Q KN =???= 1/4跨处弯矩： 1313 21.521.521.284922.362216216 M l l g KN m = ???=????=? 1/4跨处剪力： /41311 21.50.7521.28421.50.2521.284114.4022424 l Q KN =????-????= 2#、3＃及4#梁内力（中间跨） 跨中弯矩 2 121.5 0.521.522.2451285.344244 l l M l g KN m = ???=???= 跨中剪力 2 0l V = 支点剪力 01 121.522.245239.1342 Q KN =???= 1/4跨处弯矩： '1313 21.521.522.245964.008216216 M l l g KN m = ???=????=? 1/4跨处剪力： /41311 21.50.7520.38521.50.2522.245119.5672424 l Q KN =????-????= 3． 活载内力 1 . 汽车荷载冲击系数 主梁横截面图 结构跨中处的单位长度量： 3 21.284102169.623/9.81 c G m kg m g ?=== 主梁截面形心到T 梁上缘的距离：
第十一章 梁和结构的位移思考题解析 11-1. 何谓挠曲线？何谓挠度？何谓挠角？它们之间有何关系？ 答：梁在荷载作用下的变形曲线叫挠曲线，挠曲线上的某一点的垂直于梁轴的移动叫挠度，梁上某截面在变形后绕中性轴转过的角度叫转角。 挠度与转角的关系：在小变形条件下，)(x f dx dy '==θ 11-2. 挠曲线近似微分方程是如何建立的？为什么说它是近似的？ 答：挠曲线近似微分方程是利用梁纯弯曲时的曲率表达式x EI x M )(1 =ρ而建立的。 因梁中存在着剪力，M 和ρ都不是常量，因此由它导出的挠曲线微分方程是近似的。 11-3. 用积分法求梁的变形时，若采用图示的两种坐标系，挠度y 和转角θ的符号是否会改变？ 答：不会改变，图11-3（a ）（b ）两坐标的y 方向相同，故挠度y 的符号不会改变； 而转角θ规定顺时针转动为正，与x 坐标的方向无关，故转角θ的符号不会改变。 11-4. 怎样确定对挠曲线近似微分方程进行积分时所得的积分常数？ 答：要充分利用结构的边界条件和变形连续条件： 如为悬臂梁，在固定端处，横截面的转角和挠度均为零； 如为简支梁，两端铰支座处的挠度均为零；某截面处应具有相同的转角和挠度。 11-5. 如何利用叠加法求梁的变形？应用叠加法的前提条件是什么？ 答：当某梁上有两种以上荷载作用时，可求出每种荷载单独作用时梁上某点的位移，然后再将这些位移代数相加，即为各荷载共同作用下所引起的位移。 应用叠加原理的前提是： 变形是微小的，材料是处于弹性阶段且服从虎克定律。 11-6. 图思11-6所示悬臂梁，横截面为等厚度的矩形，如求自由端的竖向位移，可以用单位荷载法吗？可以用图乘法吗？如可以，应怎样做？如不可以，为什么？ 答：对图思11-6所示的变形截面悬臂梁，求自由端的竖向位移可用单位荷载法，作法是，另取一等截面的直悬臂梁，沿所求位移方向加P = 1的力，列)(x M 表达式，用积分公式可求位移，需注意的是变截面)(x EI 不是常数，不能提到积分号外。 不可用图乘法求自由端的竖向位移，是因为变截面，)(x EI 不是常数，不能提到积分号外，因而不可用图乘公式。 11-7. 为求图思11-7所示悬臂梁中点的竖向位移，用如下公式： 021y EI l ω= ? ω：p M 图形的面积；
T 形简支梁桥 1设计名称：天河简支梁设计 2.设计资料及构造布置 2.1. 桥面跨径及桥宽 标准跨径：该桥为二级公路上的一座简支梁桥，根据桥下净空和方案的经济比较， 确定主梁采用标准跨径为20m 的装配式钢筋混凝土简支梁桥。 计算跨径：根据梁式桥计算跨径的取值方法，计算跨径取相邻支座中心间距为 19.5m. 桥面宽度：横向布置为 净—7 (行车道)+ 2X 0.75m (人行道)+ 2X 0.25 (栏 杆) 桥下净空：4m 混凝土：主梁采用C25 主梁高：取1.5m. 主梁梁肋宽：为保证主梁抗剪需要，梁肋受压时的稳定，以及混凝土的振捣质量， 通常梁肋宽度为15cm- 18cm 鉴于本桥跨度16m 按较大取18cm 2.2. 设计依据 (1) (2) (3) (4) 3荷载横向分布系数计算书 3.1主梁荷载横向分布系数计算 3.1.1①跨中荷载横向分布系数 a.计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I X 和I TX 利用G - M 法计算荷载横向分布系数，求主梁截面的形心位置 a x 平均板 厚为： 《公路桥涵设计通用规范》 (JTGD60-2004 《公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004 《桥梁工程》 《桥梁工程设计方法及应用》
h 1=-(h 薄 + h 厚)=0.5X( 13+8) =10.5cm 则 a x = [( 180-15)X 10.5X( 10.5- 2) +15X 150X( 150-2)： / [(180-15) X 10.5+15X 150： =44.7cm |x=— X (180-15) X 10.5^+(180-15) X 10.5X (44.7-105 )2 +丄 X 15X 1503 +15X 12 2 12 150X (44.7-^)2=4.99X 106 cm 4 T 形截面抗扭惯性矩 I TX = 1.15X 1 X[ (1.8-0.15) X 0.1053 +1.5X 0.153 : =2.67X 3 10-3 m 4 则单位抗弯及抗扭惯性矩: 2 J x 丄二 4.99 10 = 2.77X 10-4 m 4 /cm b 180 -3 Jr x =-| l^= 2. 67 10 =1.48X 10-5 m 4 /cm b 180 b.计算横梁的抗弯及抗扭惯性矩l y 和i Ty l=4b=4X180=720 cm 1 C=^ X (480-15)=232.5 cm 2 3 h ，=150X- =112.5cm 取整 110 cm 4 b ，=15 cm 由 c/l=232.5/720=0.32 查得入 /c=0.608 则入=0.608X 232.5=141.4 cm=1.41m 求横隔梁截面重心位置: a y = [ 141X 10.52 + (1 十2) X 15X 1102 ] /[2 X 141X 10.5+110X 15]=23.1cm 横梁抗弯惯性矩： |y=— X 2X 141 X 10.53 + 2X 141 X 10.5X (23.1-105)2 + — X 15X 1103 + 15X 12 2 12 110X (23.1-110/2)2=4.31 X 106 cm 4=4.31 X 10-2 m 4 |Ty =1.15X 1 X (2X 1414X 103 +110X 153 )=2.6X 105 cm 3 单位抗弯惯性矩和抗扭惯性矩为：b 1
第四章 简支梁（板）桥设计计算 第一节 简支梁（板）桥主梁内力计算 对于简支梁桥的一片主梁，知道了永久作用和通过荷载横向分布系数求得的可变作用，就可按工程力学的方法计算主梁截面的内力（弯矩M 和剪力Q ），有了截面内力，就可按结构设计原理进行该主梁的设计和验算。 对于跨径在10m 以内的一般小跨径混凝土简支梁（板）桥，通常只需计算跨中截面的最大弯矩和支点截面及跨中截面的剪力，跨中与支点之间各截面的剪力可以近似地按直线规律变化，弯矩可假设按二次抛物线规律变化，以简支梁的一个支点为坐标原点，其弯矩变化规律即为： )(42 max x l x l M M x -= （4-1） 式中：x M —主梁距离支点x 处的截面弯矩值； m ax M —主梁跨中最大设计弯矩值； l —主梁的计算跨径。 对于较大跨径的简支梁，一般还应计算跨径四分之一截面处的弯矩和剪力。如果主梁沿桥轴方向截面有变化，例如梁肋宽度或梁高有变化，则还应计算截面变化处的主梁内力。 一 永久作用效应计算 钢筋混凝土或预应力混凝土公路桥梁的永久作用，往往占全部设计荷载很大的比重（通常占60～90%），桥梁的跨径愈大，永久作用所占的比重也愈大。因此，设计人员要准确地计算出作用于桥梁上的永久作用。如果在设计之初通过一些近似途径（经验曲线、相近的标准设计或已建桥梁的资料等）估算桥梁的永久作用，则应按试算后确定的结构尺寸重新计算桥梁的永久作用。 在计算永久作用效应时，为简化起见，习惯上往往将沿桥跨分点作用的横隔梁重力、沿桥横向不等分布的铺装层重力以及作用于两侧人行道和栏杆等重力均匀分摊给各主梁承受。因此，对于等截面梁桥的主梁，其永久作用可简单地按均布荷载进行计算。如果需要精确计算，可根据桥梁施工情况，将人行道、栏杆、灯柱和管道等重力像可变作用计算那样，按荷载横向分布的规律进行分配。 对于组合式梁桥，应按实际施工组合的情况，分阶段计算其永久作用效应。 对于预应力混凝土简支梁桥，在施加预应力阶段，往往要利用梁体自重，或称先期永久作用，来抵消强大钢丝束张拉力在梁体上翼缘产生的拉应力。在此情况下，也要将永久作用分成两个阶段（即先期永久作用和后期永久作用）来进行计算。在特殊情况下，永久作用可能还要分成更多的阶段来计算。 得到永久作用集度值g 之后，就可按材料力学公式计算出梁内各截面的弯矩M 和剪力Q 。当永久作用分阶段计算时，应按各阶段的永久作用集度值g i 来计算主梁内力，以便进行内力或应力组合。 下面通过一个计算实例来说明永久作用效应的计算方法。
装配式钢筋混凝土简支T梁桥计算 一.基本设计资料 （一）.跨度及桥面宽度 二级公路装配式简支梁桥，双车道，计算跨径为13m，桥面宽度为净7.0+2×2+2×0.5=12m，主梁为钢筋混凝土简支T 梁，桥面由7片T梁组成，主梁之间的桥面板为铰接，沿梁长设置3道横隔梁。（二）.技术标准 设计荷载：公路—Ⅱ级，人群荷载3.0KN/m2。 汽车荷载提高系数1.3 （三）.主要材料 钢筋：主筋用HRB335级钢筋，其他用R235级钢筋。 混凝土：C50，容重26kN/m3；桥面铺装采用沥青混凝土；容重23kN/m3； （四）.设计依据 ⑴《公路桥涵设计通用规范》（JTJ D60—2004） ⑵《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ D62—2004）； （五）.参考资料 ⑴结构设计原理：叶见曙，人民交通出版社； ⑵桥梁工程：姚玲森，人民交通出版社； ⑶混凝土公路桥设计： ⑷桥梁计算示例丛书《混凝土简支梁(板)桥》(第三版) 易建国主编.人民交通出版 社 (5)《钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥结构设计》闫志刚主编.机械工业出版社 （六）.构造形式及截面尺寸 1. 主梁截面尺寸： 根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），梁的高跨比的经济范围在1/11到1/16之间，此设计中计算跨径为13m，拟定采用的梁高为1.0m，翼板宽2.0m。腹板宽0.18m。
2. 主梁间距和主梁片数： 桥面净宽：7.0+2×2+2×0.5=12m ，采用7片T 型主梁标准设计，主梁间距为2.0m 。 全断面7片主梁，设3道横隔梁，横隔板厚0.15m,高度取主梁高的3/4,即0.75m 。路拱横坡为双向2%，由C50沥青混凝土垫层控制，断面构造形式及截面尺寸如图所示。 二 .主梁的计算 （一）.主梁的荷载横向分布系数计算 1.跨中荷载弯矩横向分布系数（按G —M 法） （1）主梁的抗弯及抗扭惯矩x I 和Tx I 求主梁界面的的重心位置x a （图2）： 平均板厚： ()11 913112 h cm = += 主梁截面的重心位置：
目录 《桥梁工程》课程设计任务书---------------------------------------------2 桥梁设计说明------------------------------------------------------------------3 计算书---------------------------------------------------------------------------4 参考文献-----------------------------------------------------------------------25 评语-----------------------------------------------------------------------------26 桥梁总体布置图--------------------------------------------------------------27 主梁纵、横截面布置图-----------------------------------------------------28 桥面构造横截面图-----------------------------------------------------------29
《桥梁工程》课程设计任务书 一、课程设计题目(9人以下为一组) 1、单跨简支梁桥上部结构设计 （标准跨径为23米，计算跨径为22.5米，桥面净空：净—10+2×1.50米） 二、设计基本资料 1、设计荷载：公路—Ⅱ级 2、河床地面线为（从左到右）：0/0，－3/5，－4/12，－3/17，－2/22， －2/27，0/35（分子为高程，分母为离第一点的距离，单位为米）；地质假定为微风化花岗岩。 3、材料容重：水泥砼23 KN/m3，钢筋砼25 KN/m3，沥青砼21 KN/m3 4、桥梁纵坡为0.3%,桥梁中心处桥面设计高程为2.00米 三、设计内容 1、主梁的设计计算 2、行车道板的设计计算 3、横隔梁设计计算 4、桥面铺装设计 5、桥台设计 四、要求完成的设计图及计算书 1、桥梁总体布置图，主梁纵、横截面布置图（CAD出图） 2、桥面构造横截面图（CAD出图） 3、荷载横向分布系数计算书 4、主梁内力计算书 5、行车道板内力计算书 6、横隔梁内力计算书 五、参考文献 1、《桥梁工程》，姚玲森，2005，人民交通出版社. 2、《梁桥》（公路设计手册），2005，人民交通出版社. 3、《桥梁计算示例集》（砼简支梁（板）桥），2002，人民交通出版社. 4、中华人民共和国行业标准．公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京:人民交通出版社,2004 5、中华人民共和国行业标准．公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)含条文说明.北京:人民交通出版社,2004 6、中华人民共和国行业标准．公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)含条文说明 六、课程设计学时 2周
T形简支梁桥 1．设计名称：天河简支梁设计 2.设计资料及构造布置 2.1.桥面跨径及桥宽 标准跨径：该桥为二级公路上的一座简支梁桥，根据桥下净空和方案的经济比较，确定主梁采用标准跨径为20m的装配式钢筋混凝土简支梁桥。 计算跨径：根据梁式桥计算跨径的取值方法，计算跨径取相邻支座中心间距为19.5m. 桥面宽度：横向布置为净－7（行车道）＋2×0.75m（人行道）＋2×0.25（栏杆） 桥下净空: 4m 混凝土：主梁采用C25 主梁高：取1.5m. 主梁梁肋宽：为保证主梁抗剪需要，梁肋受压时的稳定，以及混凝土的振捣质量，通常梁肋宽度为15cm－18cm，鉴于本桥跨度16m按较大取18cm 2.2.设计依据 （1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004） （2）《公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004） （3）《桥梁工程》 （4）《桥梁工程设计方法及应用》 3荷载横向分布系数计算书 3.1主梁荷载横向分布系数计算 3.1.1①跨中荷载横向分布系数 a.计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I X和I TX 利用G－M法计算荷载横向分布系数，求主梁截面的形心位置a X平均板厚为：
h 1=2 1 (h 薄＋h 厚)=0.5×（13+8）=10.5cm 则a X =［（180-15）×10.5×（10.5÷2）+15×150×（150÷2）］/［(180-15) ×10.5+15×150］=44.7cm I X = 121×(180-15) ×10.53+(180-15) ×10.5×(44.7-2 5.10)2+121 ×15×1503+15× 150×(44.7-2 150)2 =4.99×106 cm 4 T 形截面抗扭惯性矩I TX =1.15×3 1 ×［(1.8-0.15) ×0.1053+1.5×0.153］=2.67× 10-3 m 4 则单位抗弯及抗扭惯性矩： J X =b I x =1801099.42-?= 2.77×10-4 m 4/cm J TX =b I TX =180102.67-3 ?=1.48×10-5 m 4/cm b.计算横梁的抗弯及抗扭惯性矩I y 和I Ty l=4b=4×180=720 cm c=2 1 ×(480-15)=232.5 cm h ＇=150×4 3 =112.5cm 取整110 cm b ＇=15 cm 由c/l=232.5/720=0.32查得λ/c=0.608 则λ=0.608×232.5=141.4 cm=1.41m 求横隔梁截面重心位置： a y =［141×10.52＋(1÷2) ×15×1102］/[2×141×10.5+110×15]=23.1cm 横梁抗弯惯性矩： I y =121 ×2×141×10.53＋2×141×10.5×(23.1-25.10)2＋121 ×15×1103＋15× 110×(23.1-110/2)2=4.31×106 cm 4=4.31×10-2 m 4 I Ty =1.15×31 ×(2×141.4×103 +110×153)=2.6×105 cm 3 单位抗弯惯性矩和抗扭惯性矩为：b 1
框剪在恒荷载作用下的内力分析 2.6.1 恒荷载计算 上人屋面： 架空隔热层 21.90kN/m 二毡三油铺小石子 20.35kN/m 30mm 水泥砂浆找平层 2 0.0320=0.60kN/m ? 20mm 水泥炉渣找坡层 20.02+(0.02+5.253%) 12=1.07kN/m 2 ?? 120mm 现浇混凝土楼板 20.1226=3.12kN/m ? 20mm 石灰砂浆抹底 20.0217=0.34kN/m ? 恒荷载标准值： 合计：2 7.38kN/m 2.6.2 恒荷载作用下框架的受荷情况 (1)顶层荷载分析： 取第7轴横向框架进行计算，屋顶层的该框架的受荷情况如图2.6.1所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过纵向框架梁以集中力的形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重合，因此在框架节点上须考虑集中力矩。 荷载计算： 计算简图如图2.6.2所示: 图2.6.1 顶层恒荷载受荷简图
2.6.2 顶层AB 、BC 梁恒荷载作用计算简图 AB 梁荷载： 梁自重： 10.20.426170.04(0.40.1) 2.28/G kN m =??+??-= 一侧板传来的荷载： 1 3.9 7.3814.39/2 q kN m =?=(最高点) B 端处 1240039000.5 (1)11.07/39000.5 q q kN m -?=-=? BC 梁荷载： 梁自重： 10.250.526170.04(0.50.1) 3.52/g KN m =??+??-= (2)标准层荷载分析： 标准层层的该框架的受荷情况如图2.6.3所示，计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向框架梁以集中力的形式形式传给横向框架，作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重 合，因此在框架节点上须考虑集中力矩。 荷载计算 计算简图如图2.6.4所示. 图2.6.3 标准层恒荷载作用受荷简图
《桥梁工程》课程设计任务书 一、设计题目 1.钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计 二、设计基本资料 1．标准跨径（计算跨径）：20m（19.5m）、25m（24.5m）、30m（29.5m）。 2．桥面净空：①净-0.5m（栏杆）+8m（车道）+0.5m（栏杆）、②净-8.5+2×1.0m（人行道）、③净-9.25+2×1.0m（人行道）+2×0.5m（栏杆）。 3．设计荷载：①公路-I级，人群3.5KN/m2；②公路-Ⅱ级，人群3.0KN/m2。 4．截面形式：空心板、T型截面、箱型截面。 5. 结构重要性系数：1.0。 6．材料:①钢筋：主筋采用Ⅲ级钢筋（HRB400），其他钢筋采用Ⅱ级钢筋（HRB335）；②混凝土：C40。 7．材料容重：水泥砼24 KN/m3，钢筋砼25 KN/m3，沥青砼21 KN/m3 三、设计内容 1. 荷载横向分布系数计算 2．主梁的设计计算（恒载、活载及人群） 3．行车道板的设计计算（悬臂板、铰接悬臂板、单向板） 4．横隔梁设计计算 5．桥面铺装设计 四、要求完成的设计图及计算书 1．钢筋混凝土简支梁桥上部结构设计（可手工制图或CAD出图） 2．桥面构造横截面图（可手工制图或CAD出图） 3．荷载横向分布系数计算书 4．主梁内力计算书
5．行车道板内力计算书 6．横隔梁内力计算书 五、参考文献 1．《桥梁工程》（第3版），邵旭东、金晓勤主编，2012，武汉理工出版社。 2．《梁桥》（公路设计手册），2005，人民交通出版社。 3．《桥梁计算示例集》（砼简支梁（板）桥），易建国主编，2002，人民交通出版社。 4．中华人民共和国行业标准.《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）.北京：人民交通出版社，2004。 5．中华人民共和国行业标准.《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)含条文说明.北京：人民交通出版社，2004。 6．中华人民共和国行业标准.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)。 六、课程设计学时 1.学时安排：1周(第9周)。 七、附注 1.课程设计可2人一组。 2.设计标准跨径、净宽、设计荷载和截面形式可随机组合，但每组不准重合。 设计基本资料 1．标准跨径（计算跨径）：20m（19.5m） 2．桥面净空：①净-0.5m（栏杆）+8m（车道）+0.5m（栏杆） 3．设计荷载：公路-Ⅱ级，人群3.0KN/m2。 4．截面形式：T型截面 5. 结构重要性系数：1.0。 6．材料:①钢筋：主筋采用Ⅲ级钢筋（HRB400），其他钢筋采用Ⅱ级钢筋（HRB335）；
2.6框剪在恒荷载作用下的内力分析 2.6.1恒荷载计算 上人屋面： 2架空隔热层1.90kN/m 2 二毡三油铺小石子0.35kN/m 2 30mm水泥砂浆找平层0.0320=0.60kN/m 20mm水泥炉渣找坡层 0.2+(0.02+5.253%) 2 12=1.07kN/m 2 2120mm现浇混凝土楼板0.1226=3.12kN/m 220mm石灰砂浆抹底0.0217=0.34kN/m 2 7.38kN/m恒荷载标准值：合计： 2.6.2恒荷载作用下框架的受荷情况 (1)顶层荷载分析： 取第7轴横向框架进行计算，屋顶层 的该框架的受荷情况如图2.6.1所示，计 算单元范围内的其余楼面荷载则通过纵 向框架梁以集中力的形式传给横向框架， 作用于各节点上。由于纵向框架梁的中心 线与柱的中心线不重合，因此在框架节点 上须考虑集中力矩。 荷载计算： 计算简图如图2.6.2所示: 图2.6.1顶层恒荷载受荷简图
2.6.2顶层AB、BC梁恒荷载作用计算简图AB梁荷载： 梁自重：G10.20.426170.04(0.40.1)2.28kN/m 一侧板传来的荷载： 2.6.3 q7.3814.39kN/m(最高点) 1 2 B端处 240039000.5 q(1)q11.07kN/m 1 39000.5 BC梁荷载： g10.250.526170.04(0.50.1)3.52KN/m梁自重： (2)标准层荷载分析： 标准层层的该框架的受荷情况如图2.6.3所示， 计算单元范围内的其余楼面荷载则通过次梁和纵向 框架梁以集中力的形式形式传给横向框架，作用于各 节点上。由于纵向框架梁的中心线与柱的中心线不重 合，因此在框架节点上须考虑集中力矩。 荷载计算 计算简图如图2.6.4所示. 图2.6.3标准层恒荷载作用受荷简图