2013-1课程设计指导书

《桥梁工程》课程设计指导书编制：黄文雄长江大学城市建设学院2013.7.7《桥梁工程》课程设计指导书（黄文雄）第1页共10页《桥梁工程》课程设计指导书1.课程设计的性质和任务：《桥梁工程》是土木工程（道路与桥梁工程）专业一门专业核心课程，主要包括桥梁设计荷载的计算、结构的构造布置、荷载的横向分布计算、结构受力分析、强度应力验算等内容，并进行施工图的绘制训练；是一门理论和实践并重的课程。课程设计是专业教学计划中的重要环节，其目的是让学生系统的巩固所学的理论知识，初步掌握桥梁结构设计的基本原理，熟悉桥梁结构设计的方法、步骤和内容。要求学生在教师的指导下，独立完成一座桥梁结构的设计，培养学生理论联系实际、分析和解决实际问题的能力。通过课程设计，要使学生熟悉桥梁设计规范，初步掌握桥梁结构设计的基本计算理论和方法，提高分析和解决实际工程问题的能力，培养独立思考和独立工作能力、组织能力以及认真负责的工作态度，具有桥梁结构设计的初步能力；同时对桥梁工程课程的知识有一个全面的复习，并为毕业设计以及今后工作中遇到各种交通工程结构物的设计打下良好的基础。本课程设计指导书与王丽荣或姚玲森主编的《桥梁工程》教材及相关规范配套使用。2.课程设计题目与内容：荆州市西干渠园林路桥桥梁结构设计3.课程设计设计起止时间：20年月日～20年月日（共2周）4.设计要求依据设计任务书的要求，根据桥址处的水文与地质条件，结合当地的实际状况与自然条件，选择一种适当的桥型，设计修建一座科学、经济、实用、合理的现代化桥梁，使其满足桥下流水、桥上行车的要求，方便当地人民群众的生产与生活，完善城市道路网的建设，促进城市经济的发展。5.课程设计所需资料及原始数据(1)桥址概况：该桥位于荆州市西干渠上。西干渠疏挖断面上宽25米，下底宽13米，深3.0米，设计渠道边坡1∶2，渠底高程25.64，设计洪水高程28.16米，设计枯水位高程26.96米，为非通航性河道；(2)桥址中线地质断面图一幅；(3)全桥为双幅双车道，桥面净宽：净—9+2*1.5米；(4)设计荷载：公路—Ⅱ级，人群荷载3.0kN/m；(5)参考桥面设计标高：32.00米；(6)结构抗震设计应符合《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）的规定；(7)需要其他资料可在设计过程中搜集或予提供。6.课程设计应完成的主要内容桥梁结构设计主要包括设计资料的收集及设计条件分析、水文计算与方案比选、上部结构设计、下部结构设计*、施工技术/施工组织设计*等；其中本次课程设计由于时间的限制，主要进行上部结构设计中的主梁结构设计，对于水文计算与方案比选，同学们有所了解即可；至于上部结构设计中的行车道板的设计、横隔梁的设计以及下部结构设计、施工技术/施工组织设计则属于提高部分，有兴趣的同学可以选做；对于桥型选择为拱桥的同《桥梁工程》课程设计指导书（黄文雄）第2页共10页学，则主要是主拱圈的结构设计。各部分的主要内容与要求如下：（1）设计资料的收集及设计条件分析本部分主要是对桥梁设计与建设的依据、目的、意义、规模及性质进行论证，从而为桥梁的设计与建设提供依据，其应该是对本工程原工程可行性研究内容的提炼与总结。与此同时，要收集桥梁所在地区的自然条件、经济状况、施工条件等，为桥梁的设计与建设提供基础资料，为下一步桥梁设计方案的比选及结构设计工作做准备。要求：a）论证桥梁设计与建设的目的、意义；b）收集桥梁所在地区的各种信息，为桥梁设计与建设做准备。（2）水文计算与方案比选A）主要任务根据所给资料结合当地自然条件，自己收集相关资料进行水力水文计算，确定桥长、跨径、主要设计标高（参考桥面设计标高已给定）；综合考虑各方面的因素，遵循桥梁设计“安全、适用、经济、美观、先进、环保与可持续发展”的基本原则，设计出2种以上（至少2种）的可行性桥型方案，进行综合分析与比选，选出推荐方案。要求：a）对于水文计算部分，考虑实际情况，本次设计不作要求，直接由桥址概况与给定的参考桥面设计标高确定桥型方案；b）桥型方案比选的过程，只需大体陈述自己的理由就行了，要求并不十分严格；c）参考桥型方案：简支梁桥，预应力简支板桥，预应力简支梁桥，连续梁桥，拱桥等；d）参考桥梁跨径：10m×3，30m，9m+12m+9m等；e）绘制桥梁方案比选示意图、桥型方案一般布置图。B）主要内容在方案比较阶段，应根据桥梁的功能要求，结合桥位地形、地质、水文、其它自然条件，首先完成有关的水力水文计算，确定桥长、跨径、主要设计标高；之后综合考虑各方面的因素,遵循桥梁设计“安全、适用、经济、美观、先进、环保与可持续发展”的基本原则，设计出2种以上（至少2种）的可行性桥型方案，进行综合分析与比选，选出推荐方案。方案比选主要应考虑以下几方面问题：安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期等。方案比选应包括：①桥梁型式：思路要宽广，可暂不管经济、美观与否都可提出，可不拘材料类型，或可同时考虑上、中、下承式各种桥型。总之，凡具有一定优点而有可能实现的体系，均可提出。②截面类型：在确定桥梁型式后，对各种可能采用的截面型式进行比选。③墩柱型式：应使上下部协调一致，轻巧美观，与城市环境和谐、匀称。墩台选型一般服从梁部型式，此外，也受占地、道路、通视等限制。方案评比的主要内容是：工程材料指标和造价、施工技术力量、施工设备、工期、养护和维修运营、抗震性能、修复、跨线条件、美观等方面。C）主要步骤①根据所给资料结合当地自然条件，自己收集相关资料进行水力水文计算，确定桥长、跨径、主要设计标高（参考桥面设计标高已给定）；②选择3个方案，分孔并拟定各部主要尺寸（含下部、基础的形式和主要尺寸）；③方案比较的主要内容（打为主要的比较内容）：a)主要材料（砼、钢材、木材）用量b)劳动力数量c)总造价：上、下部分别比较后综合d)工期《桥梁工程》课程设计指导书（黄文雄）第3页共10页e)养护费用f)营运（行车）条件g)有无困难工程（或复杂施工技术）h)要否特殊机具i)其它（如标准跨径等）。④选定“推荐方案”D）注意事项在进行方案设计与比选时，思路要宽广,先不管高次超静定结构计算是否有复杂性，只要认为是可行的、合理的桥梁方案均可以提出来。各个方案绘制在一张图纸上，图上要标出桥梁总长、跨径、矢高、矢跨比、主粱高度、低水位、常水位、设计洪水位、通航水位、路线标高等，在方案比较图中，每—个方案应绘制立面图和横剖面图，同一图中X向与Z向只准用同一比例尺。立面图与剖面图可以用不同的比例尺，横剖面图可以大一些。方案比较图应有必要的附注说明和工程材料数量比表较。推荐方案要求理由充足，方案比选要绘制比选方案图，编写方案比选说明书。方案图应绘制纵向立面图、横向剖面图和平面图。各方案图上除应注明必要的数据外，还应列出方案的主要材料数量，并附注各项说明，诸如图面比例、采用规范名称、荷载等级等。说明书应包括：本桥设计的任务、编制方案的根据和原则、水力水文计算、各个方案的优缺点、方案评比的论证说明、工程材料的估算和依据、施工吊装的方法等等。说明书言简意赅，其中引用的文献资料名称以及冗繁的计算过程均应列入附录备查。（3）上部结构设计A）主要任务根据选定的桥型方案选定上部结构的结构形式，拟定结构的几何尺寸；之后依据所选方案、拟定的结构尺寸、任务书相关资料、相关规范及其它自己收集的各种资料，进行上部结构内力计算（恒载内力、活载内力、作用效应组合）与结构设计（主梁、横隔梁*、桥面板*、支座*或拱桥主拱圈结构设计）。要求：a）根据选定的桥型选定上部结构的结构形式，拟定几何尺寸，绘制上部结构一般布置图；b）根据拟定的结构进行结构内力计算与结构设计，绘制相应图纸（上部结构构造及配筋图、桥梁细部构造图、结构大样图等）。c）简支梁上部结构设计主要应包括：主梁、横隔梁*、桥面板*、支座*的设计等；考虑到时间有限，在本次课程设计中，只要求进行主梁的结构设计；其它部分属于提高部分，不作硬性要求，有兴趣的同学可以在课外选做；d）简支梁主梁结构设计主要应包括：主梁恒载内力计算；主梁荷载横向分布系数与主梁活载内力计算；主梁截面设计与配筋；结构验算：结构各部的承载力、应力验算，裂缝验算，变形验算与预拱度的设置等。e）若桥型选择为拱桥，则结构设计主要应包括：①拱桥受力力学体系确定、拱轴线线型选择与拱上建筑的布置；②恒载内力计算（计弹性压缩）；③活载内力计算（计弹性压缩）；④温度内力计算（年温差内力，不计骤变温差；砼结构须计算砼收缩、徐变影响力）；⑤裸拱内力计算（无支架施工时）；⑥内力组合；⑦主拱强度验算——如验算通不过时：修改截面尺寸或调整总体尺寸→①；内力调整→②；f）上部结构设计过程与内容参考课本、相关参考书、《桥梁工程课程设计指导书》（黄文雄）及其相应的《桥梁工程》课程设计指导书（黄文雄）第4页共10页参考设计附录；g）结构设计的方法、指标与标准应符合《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62－2004）等的相关规定；h）要求图幅整洁、设计合理、内容完整；i）该步骤为本次设计的重点和难点，工作量大，必须重视；j）本次课程设计老师可以提供相应的“桥梁博士（破解版）”，学有余力的同学可对软件进行学习后，用软件对自己的设计成果进行校核。B）主要内容结构设计是根据方案评比后的推荐方案进行设计计算；或根据教学要求，由指导教师指定某一方案进行设计。其主要训练学生正确拟定结构构件尺寸，进行上、下部结构受力分析，构件的截面设计与验算，桥面板的设计计算等（结构体系比较简单时,应对桥梁支座、桥面连续构造进行验算或设计计算），进一步了解与应用公路桥涵设计规范、查阅和应用有关资料，最后作出结构设计详图。结构设计的主要内容包括：1）详拟上部结构尺寸。针对选定的桥型方案，结合施工方法，确定相应的结构形式，并初步给定结构各构件的材料与尺寸，特别应满足构造要求；拟定结构细部构造及尺寸估算要有根据、有理由，实际工作中可参考相应的标准图。具体确定桥面铺装的做法，选定附属设施等。2）桥跨结构设计选定桥型为简支梁桥：Ⅰ）主梁的设计：①主梁内力计算根据桥梁的结构形式和桥梁所处的环境及其功能，确定桥梁可能受到的荷载作用，如恒载、车辆荷载、车道荷载、人群荷载、风荷载、地震作用、温度作用等然后进行结构在各种荷载作用下的内力分析。特别注意，对于汽车荷载的计算，应选用适当的横向分布系数的计算方法。内力组合：确定主梁在各种荷载组合作用下的内力，并确定控制内力。②主梁截面配筋计算或预应力筋的估算和布置桥型为简支梁桥：依据组合而得的控制内力，进行主梁截面受力主钢筋配筋计算，并进行合理的布置。桥型为预应力简支梁桥：依据组合而得的控制内力，初步估计预应力筋的数量，并进行合理的布置。③预应力损失计算（桥型为预应力简支梁桥时）依据现行《桥规》（JTGD62-2004）的相应规定，计算预应力损失。④主梁截面验算进行结构在施工阶段与运营阶段的承载力与变形验算。如果验算结果过于富余或不满足，应调整主梁的截面尺寸或主受力筋/预应力筋的配置。⑤主梁变形验算与预拱度对主梁变形进行验算，看是否满足规范要求；如不满足，则应设置预拱度，要计算预拱度的大小。Ⅱ）横隔梁的设计。①横隔梁内力计算首先应选定合适的横隔梁模型和恰当的计算方法，原则上，横隔梁的计算方法应与主梁的计算方法相对应。横隔梁的恒载内力一般较小，可予以忽略，但仍应采用极限状态的方法对荷载进行组合。应分别计算最大正弯矩和最大负弯矩。②横隔梁配筋及验算横隔梁一般跨径不大，采用钢筋混凝土一般能达到跨径的要求，所以可通过计算配置普通钢筋，确实需要时，也可采用预应力混凝土结构。对应于最大正弯矩和最大负弯矩，横隔梁的配筋分为正弯矩筋和负弯矩筋。由《桥梁工程》课程设计指导书（黄文雄）第5页共10页于横隔梁中的剪力较小，一般不需通过计算配置专门的受剪钢筋。Ⅲ）行车道板的设计①行车道板内力计算计算行车道板内力之前，首先应判断行车道板的类型，从而得到其受力图式。行车道板上的荷载最主要的是恒载和汽车荷载。特别应注意荷载分布