桥梁专业毕业设计指导书
第一部分
一、概述
一座大桥工程的设计工作，应包括桥梁规划设计（包括可行性方案设计）、初步设计（又称方案设计）和编制施工图三个阶段。
桥梁的规划设计包括有：
1野外勘测与调查研究工作，即调查桥梁交通流量及其发展等；选择桥位；测量桥位附近的地形；钻探调查桥位的地质情况；调查和测量河流的水文情况；其它与建桥有关的情况，如建筑材料等。
2桥梁的纵、横断面设计和平面设计。
桥梁纵断面设计包括纵断面设计包括桥梁总跨径的确定，桥梁的分孔、桥面标高与桥下净空，桥上或桥头纵坡等。
桥梁的总跨径一般根据水文计算确定。
桥梁的分孔也与通航要求、地形和地质情况、水文情况及技术经济和美观要求确定。桥梁的分孔关系到桥梁的造价，一般来讲，跨径大，孔数少，上部结构的造价就愈大，而墩台造价就愈小。反之也然。因而最经济的跨径是使桥梁上、下部结构总造价最低，当桥墩较高或地质不良，基础工程复杂而造价就高，此时跨径可选取大一些，反之，当桥墩较矮或地基较好时，跨径可选得小一些。
另外，桥梁分孔还与通航、水文、结构体系、施工能力等等有关。
桥梁横断面设计，桥梁的宽度取决于桥上交通需要，我国《公路桥涵设计通用规JTG D60-2004》3.3.1条规定了公路桥面净空限界及桥面布置的尺寸。
规还提出了在高速公路、一级公路上，一般以建上、下行两座独立桥梁为宜。
在弯道上的桥梁应适当加宽；
桥上人行道和自行车道的设置，应根据需要而定，人行道宽度取0.75m或1.0m，大于1.0m可按0.5m 的倍数增加。不设人行道的桥梁，可设置栏杆与安全带。
平面设计根据桥梁两端引道而定。
铁路两线桥梁限界为8.88m。
桥面横坡：一般取1.5%~3%，
桥面铺装：有水泥混凝土、沥青混凝土、沥青表面处治、泥结碎石等。水泥混凝土和沥青混凝土一般厚度为0.06~0.08m，桥面铺装一般不作受力计算，为使铺装层具有足够的强度和良好的整体性，上般宜在混凝土中铺设直径为4~6mm的钢筋网。
防水层：设在铺装层之下，厚度一般为0.01~0.02m，且在桥面伸缩缝处连续铺设，不可切断。
二、桥梁的设计作用
设计作用可分为永久作用、可变作用、偶然作用三类：
1.永久作用包括：结构重力、预加应力、混凝土收缩及徐变影响力、土的重力及土侧压力、基础
变位影响力、水的浮力；
2.可变作用包括汽车作用、汽车冲击力、离心力、汽车引起的土侧压力、人群作用、平板挂车或
履带车，平板挂车或履带车引起的土侧压力、风力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度影响力、支座摩阻力。
3.偶然作用包括：地震力、船只或漂流物的撞击力。
各级公路车辆荷载选用表
用计算荷载计算时，按两行车队布载，汽车作用不予折减；当桥（涵）面行车道宽度大于9m且小于或等于12m（有硬路肩时，包括硬路肩宽度）时，按三行车布载，汽车作用可折减22%；按四行车队布载时，汽车作用可折减33%。但折减后不能小于两行车队布载的计算结果。
汽车冲击力根据桥梁种类及跨度计算（参见规）。
汽车制动力，当桥涵为一或二车道时（净-4.5m，净-7m，净-9m），制动力按布置在作用长度和一行汽车车队总重力的10%计算，但不得小于一辆重车的30%（公路-I级为165kN，公路-II级为90kN），双向四车道（同向双车道）的制动力按上述规定的2倍计算。制动力的着力点在桥面以上1.2m处。在计算墩台时可移至支座中心，在计算刚构桥和拱桥时，可移至桥面上。
作用组合：
承载能力极限状态组合：基本组合、偶然组合，见《公路桥涵设计通用规JTG D60-2004》第4.1.6条；
正常使用极限状态组合：短期效应组合、长期效应组合，见《公路桥涵设计通用规JTG D60-2004》第4.1.7条。
在桥梁设计中，当采用极限状态设计时，应根据不同的极限状态和作用组合，给出不同的作用安全系数，当用容许应力设计时，则应按不同的作用组合给出不同的材料容许应力值。
对于预应力混凝土桥梁结构，预应力在结构使用极限状态设计时，应作为永久作用计算其效应，计算时应考虑相应阶段的预应力损失，但不计算由于偏心距增大所引起的附加力，在结构承载能力极限状态设计时，预加应力不作为作用，而将预应力钢筋作为结构抗力的一部分。混凝土的收缩、徐变影响力在外部超静定的混凝土结构及复合梁桥等结构中是必然产生的，而且是长期的，基础变位的影响力一旦出现，也是长期作用在结构上的。因此，这些力都列入永久作用作用。
混凝土收缩影响可作为相应于温度降低考虑，考虑混凝土徐变的计算，可采用混凝土应力与徐变变形直线关系的假定。
三、连续梁桥与连续刚构桥的受力特点
连续梁桥、连续刚构桥可以是一联多跨，常用为三跨一联。
连续梁桥、连续刚构桥均是超静定结构，其结构刚度大、变形小、主梁变形的挠曲线平缓，有利于高速行车。同时它们均会受墩台的不均匀沉降影响，产生附加力。
根据活载位置的不同，连续梁桥、连续刚构桥的断面可能出现正弯矩或负弯矩，因而，要按弯矩变化的幅值布置预应力钢筋。
连续刚构桥将连续梁与薄壁墩（柔性）固结而成。从而既保持了连续梁桥的优点，同时又节省了支座，减少墩与基础的工程量，并改善了结构的水平作用作用下的受力性能，即各柔性墩按刚度比分配水平力。
当连续刚构桥的墩高较高时，墩柔性较大，此时其梁上的受力与同跨径布置连续梁桥差别很小。另外，预加力的影响、温度变化、混凝土徐变与收缩等对连续刚构桥有较大的影响。
四、连续梁桥与连续刚构桥的立面布置
连续梁桥一般均指预应力连续梁桥，可以是等跨度连续梁桥和不等跨连续梁桥。
对于跨度较大的连续梁桥一般宜采用不等跨的形式，且是变高度连续梁。中小跨度桥梁可采用等跨度等梁高连续梁桥。
三跨连续梁桥，为了保证中跨跨中不致产生异号弯矩，一般边跨长度可取中跨长的0.5~0.8倍，如果减少边跨长度，则边跨和中跨的跨中弯矩均减少，此外，边跨跨长与中跨跨长的比值还与施工方法有
关，对于现场浇灌的桥梁，边跨长度取为中跨跨长度的0.8倍是经济合理，但采用悬臂施工法，考虑到一部分边跨采用悬臂施工外，余下的边跨部分还需另搭脚手架，为使脚手架长度最短，则边跨长度应取中跨长度的0.65倍为宜。
变高度梁的截面变化规律可采用圆弧线、二次抛物线和直线等，通常以二次抛物线为最常用。
连续梁在支点和跨中的梁估算值：
等高度梁：h = (1/25~1/15)l，常用h = (1/20~1/18)l
变高度梁：支点处：h = (1/25~1/16)l，跨中：h = (1/50~1/30)l
连续刚构桥的跨径布置、梁高变化可参照连续梁桥，一般来讲，连续刚构桥宜适用于大跨高墩桥，且桥墩采用柔性薄壁墩，目前常用的是双壁墩。薄壁墩宽度一般为(0.2~0.3)h，两壁的中距在8~12m 之间。
连续刚构桥一般均采用悬臂施工法。
五、截面设计
对于跨度较大的连续梁桥和连续刚构桥，箱形截面是最适宜的横截面形式。常用的箱形截面基本型式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。
腹板型式有竖腹板和斜腹板之分。
选用何种箱梁型式和腹板形式根据桥面宽、施工方法等等而定。
箱梁的顶底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，支墩处底板还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面箱梁底板厚度也随梁高变化，墩顶处底板厚为梁高的1/10~1/12，跨中处底板厚一般为200~250mm。底板厚最小应有120mm。
(跨中截面)：
腹板无预应力筋时：可采用200mm；有预应力筋管道时可采用250~300mm；有锚头时则可采用250~300mm。
在大跨度预应力混凝土箱梁桥中，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处较大的剪力，一般采用300~600mm，有达到1m左右的。
在顶板与腹板接头处有必要设置梗腋，它可提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减少了扭转剪应力和畸变应力。底板与腹板接头处可根据需要设置。梗腋形式一般为1:2、1:1或3:1、2:1。
第二部分设计计算基本步骤
1、根据前述原则同时参照同类桥梁设计，拟定结构总体布置及结构断面细部尺寸。
公路桥单箱单室，铁路桥单箱双室。
支座处及跨中梁高根据跨度取值，梁高按抛物线变化。
顶板取25~50cm，底板可沿跨度变化30~150cm，
腹板可变厚40~80cm。
顶板外伸长（单边）取2.5~3.5m，有人行道的可适当加大，最大可取5.5m。
2、立面布置，结构分段，分段长度确定主要考虑每段吊装重量不超过吊机的起吊能力、每段长
度满足肋束下弯时设置竖曲线的需要、分段长度规格尽可能少。
参考施工方法及过程，对梁进行划分，便于计算截面力。
各施工块重量大致相等；边跨及中跨跨中留2m长的合拢段。
3、各断面的截面几何特性的计算。（BSAS）
4、恒载力的计算。包括一期、二期恒载等。（BSAS）
5、活载力的计算。注意加载长度及冲击系数、车道折减等。（BSAS）
6、各截面力组合，参见规。（BSAS）
7、预应力筋束数的估算：按承载能力极限计算时满足正截面强度要求；按正常使用
状态计算时，拉应力满足要求；施工阶段，拉应力满足要求。（参见各参考书）
由于此时还无法求知二次力等等，估束时可将前面计算的弯矩力乘以1.15
作为估束的依据。
求得各截面所需的预应力筋束数，然后进行布筋，计算预应力筋的几何曲线要素，
锚点布置，拉方式，拉顺序等等。
8、预应力值的计算，拉控制力、有效预应力，预应力损失的计算，预应力损失有
5项，如：砼收缩徐变引起的损失；钢筋松弛引起的损失；预应力筋与管道的摩擦引起的损失；锚头变形、钢丝加缩等引起的损失；混凝土弹性压缩引起的应力
损失。（计算公式见规）
9、日照温差二次力、徐变引起的二次力矩、预应力拉引起的二次力矩、支座沉降产生的力等。
(BSAS)
10、截面力的组合，早期及后期的力组合。
11、承载能力极限状态的验算。
承载能力极限状态计算作用组合，组合后的最大作用弯矩应小于截面的极限抗
弯能力
12、正常使用状态及施工阶段应力的计算。截面法向应力、截面的主应力、箍筋布
置、抗剪设计等。
按弹性阶段计算的力组合，在该力作用下，截面的裂缝宽度满足要求（抗裂性），斜截面、横截面抗剪能力满足要求，最大压应力应满足要求。
挠度验算，跨中截面的最大挠度应满要求。
13、绘制施工图。
14、工程量的计算；砼用量、普通钢筋用量、预应力筋用量、锚具用量、支座、其
它等等。
15、英文翻译。
第三部分
预应力筋估算、预应力损失、徐变次力等的计算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》规定，在选定预应力钢筋的数量时，应满足以下三方面要求：
1.正常使用极限状态下的应力要求（5.
2.21及5.2.22）；
2.承载能力极限状态下的强度要求（5.1.6）；
3.施工阶段的应力要求（5.3.4）。
本次设计要求按前两种方法进行估算。
1、采用美国ASTMA270级低松驰高强钢绞线；锚具采用群锚体系OVM锚或YM描。
钢绞线规格建议采用7Φ5，锚具采用OVM15型，以下为常用锚具尺寸。
2、后法预应力混凝土构件，预应力钢筋的净间距及预应力钢筋的预留管道应符合下列要求。
● 采用抽拔橡胶管成型的管道，其净间距不应小于4cm ，对于大吨位的预应力筋，建仪不小于管
道直径。采用预埋铁皮套管，其水平净距不应小于4cm ，竖直方向在水平段可两套叠置，叠置套管的水平净距也不应小于4cm 。
● 管道至构件顶面或侧面边缘的净距不应小于3.5cm ，至构件底边缘净距不小于5cm 。
● 曲线预应力钢绞线弯曲半径不小于4m （《铁规》规定大于钢丝直径的800倍），弯起角不大于30o
。 ● 锚下应设置厚度大于15mm 的钢板和钢筋网。 3、预应力筋的估算
(一)、按承载能力极限计算时满足正截面强度要求；
预应力梁到达受弯的极限状态时，受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强度，受拉区钢筋达到抗拉设计强度。截面的安全性是通过截面抗弯安全系数来保证的。
● 对于仅承受一个方向的弯矩的单筋截面梁，所需预应力筋数量按下式计算：
如图：∑=0N ， y y a y
R nA bx R N
== （1）
∑=P
M
M ， )/(20x h bx R M a P -= （ 解上两式得：
受压区高度 b
R M h h x a P
2200-
-
= （3 预应力筋数 )/(20x h R A M n y y P
-=
， （4a ）
或 ???
?
?
?γ--=
b R M h h R A b
R n a c y
y a 2200 (4b) 式中：P M 为截面上组合力矩（考虑混凝土安全系数=γc 1.25时，M M c P γ=）。 a R 为混凝土抗压设计强度； y R 为预应力筋抗拉设计强度； y A 为单根预应力筋束截面积；
b 为截面宽度
● 若截面承受双向弯矩时，需配双筋的，可据截面上正、负弯矩按上述方法分别计算上、下缘所需预
应力筋数量。这忽略实际上存在的双筋影响时（受拉区和受压区都有预应力筋）会使计算结果偏大，作为力筋数量的估算是允许的。 （二）、按正常使用状态计算时，拉应力满足要求估算下限；压应力满足要求估算上限。
Y 上
+ - - -
+
规（JTJ023-85的5.2.21和5.2.22条）规定，截面上的预压应力应大于作用引起的拉应力，预压应力与作用引起的压应力之和应小于混凝土的允许压应力（为
b
a
R 50.），或为在任意阶段，全截面承压，
截面上不出现拉应力，同时截面上最大压应力小于允许压应力。
写成计算式为：
对于截面上缘
0min
≥+
上
上W M y σ （5）
b
a
y R W M 5.0max ≤+
上
上σ （6）
对于截面下缘
0max
≥-
下
下W M y σ （7）
b
a
y R W M 5.0min ≤-
下
下σ （8）
其中，y σ—由预应力产生的应力，W —截面抗弯模量，b
a R —混凝土轴心抗压标准强度。M max 、M min 项的符号当为正弯矩时取正值，当为负弯矩时取负值，且按代数值取大小。
一般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上缘和下缘的压应力不是控制因素，为简便计，可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件(求得预应力筋束数的最小值)。
公式（5）变为
上
上W M y min -
≥σ （9）
公式（7）变为
下下W M y max
≥
σ （10）
由预应力钢束产生的截面上缘应力
上
y σ和截面下缘应力
下
y σ分为三种情况讨论：
截面上下缘均配有力筋Ny 上和Ny 下以抵抗正负弯矩，由力筋Ny 上和Ny 下在截面上下缘产生的压应力分别为：
上上
下下下上
上上上y y y y y W e N A
N W e N A
N σ=-
+
+
（11）
下下
下下下下
上上上y y y y y W e N A
N W e N A
N σ=+
+
-
（12）
将式（9）、（10）分别代入式（11）(12)，解联立方程后得到
)
)(()
()(min 下上下上下上下下上e e K K e K M K e M N maz y +++--=
（13）
)
)(()()(min max 下上下上上上上下下
e e K K e K M e K M N y ++-++= （14）
令
y y y R A n N 上上=
y
y y R A n N 下下=
代入式（13）（14）中得到
y y R A e e K K e K M K e M n 1
?
+++--=))(()()(min max 下上下上下上下下上 （15） y
y R A e e K K e K M e K M n 1
?
++-++=
))(()()(min max 下上下上上上上下下 （16） 其中，A y ——每束预应力筋的面积，y R ——预应力筋的永存应力(可取0.5~0.75b
y R 估算)，e ——预应力力筋重心离开截面重心的距离，K ——截面的核心距，A ——混凝土截面面积，可取毛截面计算。 A
W K 上
下=
A W K 下上=
当截面只在下缘布置力筋Ny 下以抵抗正弯矩时
当由上缘不出现拉应力控制时：
y
y R A K e M n 1
?
-=
下下下min
当由下缘不出现拉应力控制时：
y
y R A K e M n 1
?
+=上下下max
当截面中只在上缘布置力筋N 上 以抵抗负弯矩时：
当由上缘不出现拉应力控制时
y
y R A K e M n 1
?
+-
=下上上min
当由下缘不出现拉应力控制时
y
y R A e K M n 1
?
-=
下上上max
当按上缘和下缘的压应力的限制条件计算时(求得预应力筋束数的最大值)。可由前面的式(6)和式（8）推导得：
y y a R A R e e K K e W W e K M K e M n ]
[))(()()()(min max ?
++++--+-=
下上下上下下上下下上下上
y
y a R A R e e K K e W W e K M e K M n ]
[))(()()()(max min ?
++++-++=
下上下上上下上下上上下下
有时需调整束数，当截面承受负弯矩时，如果截面下部多配'
下
n 根束，则上部束也要相应增配
'上
n 根，
才能使上缘不出现拉应力，同理，当截面承受正弯矩时，如果截面上部多配'
上
n 根束，则下部束也要相
应增配
'下
n 根。其关系为：