铁路桥梁课程设计任务书及指示书

前 言

预应力简支梁桥课程设计的目的是使专科学生在学完基础课和有关专业课之后，能够深入掌握和运用所学的基础知识，独立完成预应力简支梁桥的主要设计工作，以进一步培养学生设计计算、分析和绘图能力。

课程设计内容包括：拟定尺寸，设计桥面板和主梁，绘制结构图，编写说明书及设计分析或小结。课内外共１００学时。

在设计中，要求学生在教师的指导下，正确运用设计理论和规范。创造性地、独自地完成上述设计任务（整个学期按规定的进度要求分阶段完成）。学生在设计中必须做到：原理正确，计算没有错误，数据表格化，说明简单扼要，编写有条理。整个设计要求：卷面整洁、文句通顺、字迹工整、图纸美观。

本指示书对设计过程及叙述要点作提纲性指示，供参考。并推荐一些计算表格，供选用。为逐步推广和应用电算作课程设计，对工作量比较繁重的章节，学生可编写部分电算程序，以节省用于重复计算的时间。

第一章 课程设计任务书

一．设计项目：

位于直线上的单线铁路，有道碴桥面，预应力混凝土简支梁桥。

二．设计依据：

１．计算跨度：Lp＝（18单号，24双号）m，梁全长L＝Lp＋0.6m

２．活载：铁路列车竖向活载采用“中――活载”

３．设计规范：《铁路工程技术规范》TBJ2－85，以下简称《桥规》。

４．材料：

混凝土：采用500号（Ｃ50）。

预应力钢筋：（两者择一）

24υ5高强钢丝束，钢丝的抗拉极限强度Ｒyj＝1500MPa，Eg=2.0×105MPa。 5×7υ4钢绞线束，钢绞线的公称抗拉强度Ｒyg＝1600MPa，Eg=1.9×105MPa。 根据试验，其抗拉极限强度Ｒyj＝0.96Ｒyg

普通钢筋：受力钢筋及腹板内箍筋用υ10的16Mnq钢筋，

其应力容许值为：主力[σg]=180MPa；

主+附[σg]=230MPa；

其余分布钢筋为A3和16Mnq钢筋。

５．施工方法：

工厂预制，后张法施工，张拉采用拉丝式体系。

预应力钢筋用24υ5高强钢丝束时：

锚具为钢质销锚，千斤顶采用TD－60型三作用千斤顶。

预应力钢筋用5×7υ4钢绞线束时：

锚具为JM12－5型片销锚，千斤顶采用YC－60型穿心式双作用千斤顶。

孔道成型采用υ48mm橡胶管。

三．设计内容：

１．截面尺寸拟定及草算

２．预应力混凝土主梁设计

３．编写说明书于上述设计过程中

４．绘制结构设计图

５．作出设计分析或小结

第二章 截面尺寸拟定及草算

一、 截面形式及分块方式

铁路装配式钢筋混凝土桥梁总的格局。截面形式选择原则和常用的截面形式，本设计计算所选择截面形式的理由。（从受力合理，形式简单，施工方便，拼装的可能性方面确定本设计的截面形式、分块方式及连接方法。）

二、 梁高

简述选择梁高应考虑的技术经济指标、建设高度、运输净空、互换性、尺寸模数化等因素。

本设计所取用的梁高和高跨比。

三、 上翼缘尺寸

从《桥规》中有关条文中找出针对以下各设计步骤中的相关规定，并扼要阐明本设计中的取值之理由。

１、道碴桥面顶宽（见§2.3.6）及每片梁的相对宽度。

２、道碴槽板厚的确定：

（１）外边板外缘的厚度（见§5.4.7）

（２）梗胁处的板厚(见§5.3.15)

（３）上翼缘梗胁常用的坡度

（４）道碴槽板底轮廓线的确定

（５）从受力角度及全截面匀称的要求确定内边板的尺寸

３、板顶排水横坡的处理方式

４、道碴槽板内外挡碴墙之作用、尺寸和构造断缝（见§5.4.11）

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《桥规》§2.3.6条：道碴桥面的道碴槽顶面外缘宽不宜小于3.9m；轨底应高出挡碴墙顶不小于0.20m。梁上应铺设碎石道碴，轨下枕底道碴厚度不应小于0.25m5.4.7条：板的一般构造可按表5.4.7采用。

板的一般构造 表5.4.7

②在所有受力钢筋转折处均应设置分配钢筋。

《桥规》§5.3.15条：梁的计算应符合下列规定：

一．当Ｔ梁的板在受压区域时（图略）

１．无梗胁板的厚度h’i不小于梁全高h的1/10时，其截面按Ｔ形计算。 ２．有梗胁而坡度tanα不大于1:3且板与梗胁相交处的厚度h”i不小于梁

全高h的1/10时，其截面按Ｔ形计算。

３．梗胁坡度tanα大于1:3时，则应符合下式条件，方可按Ｔ形截面计算：

hi+'13C≥h

10 （Ｃ－为梗胁水平投影长）

４．梁梗两边伸出的板为对称时，板的计算宽度采用下列三项中的最小值：

（１）梁的计算跨度的1/3；

（２）两相邻梁轴线间的距离；

（３）b+2c+12 h’i。 （b—为腹板厚度）

当伸出的板为对称时，其最大悬臂一边人梁梗中线算起，其宽度小于

（1），（3）项的一半是，可按实际宽度采用。

二．如不能符合上述条件1、2或3项条件时，则截面应按宽度为b的矩形计

算。

＃＃＃＃5.4.11条：挡碴墙的边墙应设置必要的断缝。当人行道悬臂板与边墙或道碴槽板筑成整体时，也应设置断缝。

四、 下翼缘尺寸

１、由预应力钢束的布置要求确定

(１) 按跨中截面强度条件估算钢束用量：

假设一根钢束的面积Ａy，受拉钢束的计算强度（见§6.2.7）Ｒy，

'式中：h0≈0.92h h≈A3+A4+A5+A6b

12 运营荷载下的跨中弯矩：M=

式中：自重（参照）q1=∑8ql （ＫＮ／Ｍ） 1113.732.6

线路设备（参照）q2=18.5 （ＫＮ／Ｍ）

列车活载（见§3.3.5及附录三）q3=

钢束用量：钢丝束：N=KM

ZAyRy12K0.5(1+u) ， 钢绞线束：N=1.1KMZAyRy 本设计采用钢丝束数量。

(２) 其他钢丝束用量估算方法。

(３) 根据标准设计，Ｎ≤26束时，下翼缘可采用底宽78cm，边厚25cm的统

一尺寸，以利制造。

２、底宽要考虑架梁时单片梁的横向稳定性及支座设置的要求。

３、边厚要考虑运输、吊装时偶然碰撞这一可能性因素。

４、下翼缘梗胁常用的坡度。

五、 腹板中心距

从整孔梁的侧向稳定，道碴墙内、外边的受力及梁的平面弯曲诸因素考虑，照顾模板尺寸的统一及墩台顶帽尺寸的标准化的标准设计的统一尺寸。本设计的腹板中心距。

六、 腹板厚度

１、从承受剪应力和主应力的角度来看，应是沿梁长变厚度。

２、从灌注混凝土的施工要求（见§6.4.19）

３、从稳定性考虑（见§6.4.18）6.4.2, §6.4.3）

参照标准设计，确定本设腹板厚度及沿梁长方向的变化。

七、 横隔板

１、作用及间距要求（见§6.4.19）

２、本设计的横隔板布置及端隔板、中间隔板的厚度。

３、维修所需孔洞的设置。

八、 跨中截面及支座截面轮廓尺寸图

用比例尺1：20绘于计算书，并标注尺寸，单位为mm。

####《桥规》§6.2.7条：钢筋的计算强度应按表6.2.7采用：

钢筋的计算强度 MPa 表6.2.7

《桥规》§6.4.19条：腹板厚度不得小于140mm。在工字形或Ｔ形截面分片式结构中，横隔板间距不应大于腹板厚度的30倍，并不大于6m。横隔板的下缘应尽可能与梁底平齐。

《桥规》§６.４.１８条：受弯构件的翼缘应在与腹板相交处设置梗肋。上、下翼缘梗肋之间的腹板高度，当腹板内在预应力箍筋时，不应大于腹板厚度的20倍；当无预应力箍筋时，不应大于腹板厚度的15倍。

《桥规》§６.４.２条：预应力钢筋或管道间的净距应按下列规定采用：

一． 对于采用钢丝束的后张法结构：

１、 钢丝束布置在梁体内，其管道间净距：当管道直径等于或小于55mm时，

不应小于40mm；当管道直径大于55mm时，不应小于管道直径或65mm。 ２、 布置在明槽时，钢丝束净距不应小于钢丝束直径或不小于：水平方向―

30mm；垂直方向―20mm。

二． 在先张法结构中，钢丝束之间或锚头之间的净距不应小于钢丝束直径或

60mm。钢丝束与埋入式锚头之间的净距不应小于20mm。对于粗钢筋，其净距不应小于1.5倍直径，且不小于30mm。

《桥规》§6.4.3条：预应力钢筋或管道表面与结构表面之间的保护层厚度，应按下列规定采用：

一． 结构顶面和侧面――当管道直径大于55mm时，不应小于45mm；当管道直

径等于或小于55mm时，不应小于35mm。

二． 结构底面――不应小于50mm。

第三章 钢筋混凝土桥面板设计

一、 设计说明

简述计算图式，板的结构类型，计算时截取的部位及长度。桥面板设计的控

制截面及设计计算时所取的截面，附示意图。

线路设备按配置木枕计算，参见教科书中图3-1。

二、 桥面板计算荷载

１．恒截

（1）桥面板自重：容重见§3.2.1。

板的自重：q1近似按匀布荷载计。

挡碴墙重：Ｑ1简化为梯形截面计，作用于重心。

（2）线路材料重q2按道碴体积计（见§3.2.1），作用至挡碴墙根部。

（3）人行道步板重q3板厚７cm计。

本设计每侧人行道宽105cm，人行道与挡碴墙外侧构造间隙1cm。

（4）支架及栏杆重Ｑ4按钢筋混凝土栏杆柱设计，沿桥长平均为604N/M，简化为一集中荷载，作用于人行道外缘。

２．活 载

（１）列车活载Ｋ５

按特种活载计（见§3.3.3），其分布：纵向（顺桥向）取1.2M；横向自枕木头按1：1计。

冲击系数按§3.3.5办理。

确定列车活载的分布集度及在桥面板上的作用长度。

（２）人行道活载：按§3.5.1办理。（道碴桥面）

距梁中心2.45m以内：Ｋ6=10KPa 从挡碴墙外侧起算。

距梁中心2.45m以外：Ｋ7=4KPa

３．计算荷载的作用位置图

绘制作用位置示意图要标注尺寸。

三、 内力计算

１．各项荷载在计算截面上产生的内力

２．外边板的两种主力组合及内力

（１）有车时：恒载＋列车活载＋距中心2.45m以外的人行道静活载； （２）无车时：恒载＋全部人行道静活载；

（３）最不利荷载组合及计算内力。

四． 桥面板的配筋设计

１．计算说明

简述配筋计算的类型，板顶面的排水坡高度是否略去。

为便于施工，通长板的配筋计算及特点。

２．主筋的选定

直径（见§5.4.7），保护层厚（见§5.4.2），注意：螺纹筋的最大外径加2mm，选用的主筋间距（见§5.4.7）。

３．钢筋及混凝土应力计算

４．检算条件

检算бg，бh，τ，配筋率，低筋计算条件及最大裂缝宽度。

参见§5.3.2，§5.3.4，§5.3.5，§5.3.10各条。

５．桥面板配筋计算的电算源程序

标识符的定义及程序框附后，由学生自行编写和调试，代替以上手算。 ６．桥面板的钢筋布置

绘桥面板钢筋布置图于计算书中，比例1:20，标注钢筋编号，不注尺寸。

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《桥规》§3.2.1条：桥涵结构的恒载应按以下规定计算：

一． 一般常用材料容重，（KN／m3）

钢----------------------------------------78.5

钢筋混凝土--------------------------------25.0

混凝土或片石混凝土------------------------23.0

碎石道碴(包括线路材料)--------------------20.0

其余材料略

钢筋混凝土中配筋率大于3%时,其容重为单位体积中混凝土(扣除所含钢筋体积)自重加钢筋自重。

二． 单线明桥面的计算恒载，无人行道时采用6KN／m，直线上双侧人行道铺

设木步行板是为8KN／m，铺设钢筋混凝土或钢步行板时为10KN／m。 三． 略

四． 如全跨度上的竖向恒载不均匀，但实际的不均匀性超过平均值的10％时，

可按均匀的计算。

《桥规》§3.3.3条：略（可见教材中有关章节） 《桥规》§3.3.5条：略（可见教材中有关章节） 《桥规》§3.5.1条：略（可见教材中有关章节） 《桥规》§5.4.7条：见前

《桥规》§5.4.2条：混凝土保护层厚度不得小于30mm，也不得大于50mm，但板的高度小于300mm时，保护层厚度可减为20mm。箍筋的保护层厚度不得小于15mm。 ＃＃＃＃

第四章 预应力混凝土主梁计算

一．主梁钢束布置及其位置计算 １．钢束布置的有关规定

管道直径的选定（见§6.4.10），管道间净距及保护层（见§6.4.2，§6.4.3）。锚具和张拉设备对端部布置的要求。 ２．跨中截面钢束的排列

简述布置的原则，如对称性，单束置最下层，尽量向下布置，避免钢束成为空间曲线，弯起的考虑，腹板范围的考虑等。跨中截面钢束布置示意图如下：

３．沿跨度方向钢束的布置

配合弯矩和剪力的变化，考虑梁端锚头的分散布置；底部数束是考构造需要弯起；起弯角和曲率半径的考虑（见§6.4.7）；施工上的要求等。

４．梁端钢束的布置

梁端设四块大垫板，与弯起的钢束正交；垫板外缘至梁端面的最小布置距离的确定。钢束锚头分散布置于四块垫板上，梁端钢束重心要与截面重心轴接近。

梁端钢束布置、锚底钢束中心的座标及钢束曲率半径和起弯角如下面的钢束布置示意图所示。

５．钢束轴线几何参数的计算

钢束轴线几何参数的计算的目的是算出所布置的钢束的全部几何参数，为以后的设计计算作好数据准备。

要求的几何参数有：钢束的平均长度的起弯角度，各计算截面钢束的平均Sinα ，Cosα值及铜重心至梁底的距离等。 （1）钢束起弯轴线的计算见表NO.4

（2）1/2LＰ截面钢束位置的计算见表NO.5

（3）距支点座1.4m截面钢束位置的计算（同上，略）

（4）各检算截面钢束位置计算结果汇总见表NO.6

钢束平面布置示意图

（a）２０和２０束以下的布置方案 （b）２０束以上的布置方案

梁端钢束布置示意图

钢 束 位 置 参 考 尺 寸 表

６．全桥钢束布置详见梁体钢筋布置图

二．截面几何特性计算 1．计算说明

参考轴的选取；截面分块方式。

略去管道及钢束本身之惯性矩ＩＯ。 换算截面的计算公式。

2．跨中截面几何特性计算见表NO.7

3．其他各截面几何特性见表NO.8 4．各检算截面抗弯截面模量计算见表NO.9 5．各检算截面面积矩的计算

跨中截面面积矩的计算见表NO.10

距支点1.4m截面面积矩计算表式同上；计算时要注意：钢束已弯至截面重心轴以上部分。

各检算时截面面积矩汇总见表NO.11

三．主梁荷载及内力计算 1．控制截面的确定

简述根据内力大小、外形尺寸变化、钢束的布置以及考虑预加应力和运送、吊装时的受荷情况，确定统预应力简支梁的设计控制截面。 本设计检算的控制截面由指导教师指定。

2．内力影响线的绘制

简单的计算图示。

检算截面内力影响线的图形及面积计算见表NO.12 图形中标明尺寸、单位和影响线的正负区段。

3．荷载的计算

（1）一期恒载：梁体自重。

按梁的体积计算，再全长均匀分布（见§3.2.1） 参照标准梁设计时，可借鉴的计算公式如下：

q1=

1L

[G±n⨯0.19⨯2.5±∆l⨯A⨯2.5]

（KN／m）

式中：Ｇ＝1113.7KN ，为跨度32m标准梁每片重。 n—本设计较标准梁增减的横隔板数。 L—本设计梁全长。（m）

0.19—半个中间隔板体积。（m3 ）

△L—本设计较标准梁增减的长度。（m）

Ａ—跨中全截面积。（m3）

其他简化计算方法。

（2）二期恒载：道碴、线路设备及人行道1.05m时，每片梁上线性荷载重为q2=18.5KN/m 。 （3）列车活载：

活载集度：Ｑ３＝0.5K(1+μ) KN/m，计算见表NO.13。 冲击系数：（1+μ ），（见§3.3.5）； 换算匀布荷载Ｋ（见《桥规》附录三）。

４．内力计算

本设计要计算各检算截面的最大弯矩Mmax及其相应的剪力Ｑ，计算最大剪力Ｑmax及其相应的弯矩Ｍ。 （1）最大弯矩的计算见表NO.14 （2）最大剪力的计算见表NO.15 （3）最大剪力时的相应弯矩计算

活载按最大剪力加载时，对应的活载弯矩Ｍ/3＝αLQ3 。 最大剪力时相应弯矩Ｍ相应＝Ｍ１＋Ｍ２＋Ｍ3，计算见表NO.16

（4）最大弯矩时的相应剪力计算

活载按最大弯矩加载时的轮轴位置用《结构力学》中判别式来确定。对应的活载剪力Ｑ/3可取分离体计算，此时“中－活载”须乘以系数0.5(1+μ)。

最大弯矩时相应剪力Ｑ相应＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ/3，计算见表NO.17

（5）各检算截面的计算内力汇总见表NO.18

四．跨中截面抗弯强度检算

强度检算时非预应力纵向钢筋所起作用的考虑。

按破坏阶段时平衡条件求算受压区混凝土面积（见§6.3.10）。

由受压区面积去推算相应的中性轴位置时可用试算加内插的方法、解析法和电算程序计算。

检算受压区高度应符合的条件（见§6.3.10）。

受压区混凝土面积的重心至梁顶的距离可利用表NO.7计算或由电算程序求算。 抗弯强度检算按§6.3.2，§6.3.18条办理。

/

本节计算工作，除荷载弯矩外，均可采用电算程序来求算，强度安全系数Ｋ可在打印结果中计算，详情请见附录二。 五．抗裂性计算

（一）钢束预应力损失计算

按§6.3.21，§6.3.38，§6.3.39，§6.3.40各条规定及材料实际试验资料办理。各根钢束用相同的张拉工艺和张拉力张拉，近似认为各截面、各钢束的预应力损失值相等，因此计算时经取代表性的平均值计。 １． 钢束控制应力

拉丝式体系，取用锚外控制应力 σ'k=钢束与锚圈口的磨擦损失由试验得σ's=

0.790.780.07

R

（钢丝束）

yj

（钢绞线束）

（钢丝束）

σ'k

0.06（钢绞线束）

锚外控制应力和锚下控制应力的计算与校核。 ２． 钢束与管道的磨擦损失σS4

计算条件：橡胶管成型，工厂预制，两端张拉，以跨中为计算截面，取平

均值计算。 ３． 锚具变形损失σS3

计算条件：用钢质锥销锚（或片销锚），两端同时张拉，同时顶销，以跨

中为计算截面。

４． 混凝土的弹性压缩损失σS6

计算条件：分批张拉，每批张拉一根，考虑先期已发生的损失，取１／４

LP截面为计算截面，取钢束几何重心为应力计算点，按净截面特性计。 ５． 松驰损失σS2

先计算传力锚固时的钢束的应力值σy c，再判断计算松驰以前必须满足的条

件。

松驰损失按试验资料取用：σs2=

（钢丝束）

σyc

0.07（钢绞线束）0.05

。

松驰损失的一半在张拉后第二天即已发生，余为长期损失。 ６． 混凝土的收缩和徐变损失σS1

计算条件：构件在一般使用条件下，预加应力时混凝土已达到设计强度，

考虑自重和预应力两种荷载的作用，钢束统预应力扣除已发生的损失，计算徐变损失时，混凝土正应力取用1/2的1/4LＰ两端截面钢束几何重心处应力的平均值，见表NO.19，按净截面特性计。 ７． 钢束各阶段民生的损失及应力值汇总见表NO.20 （二）跨中截面抗裂性计算

１．预应力钢束产生的下翼缘混凝土预应力σh

（１）不分阶段计算：（本设计不采用）用有效预应力值及净截面特

性计；σh=

Ny1A

j

+

Ny1ejWj

式中：Ny1=σy1Ay

（２）分阶段计算：压浆前用净截面特性，压浆后用换算截面特性。 本设计考虑张拉两天后压浆，计算见表NO.21。 ２．考虑混凝土塑性的修正系数γ

按§６.３.１８规定，取γ＝２ＳＯ／ＷＯ。 ３．设计荷载产生的下翼缘混凝土拉应力σ

按§６.３.１８规定，要扣除管道削弱部分的影响。

σ=M(Wo-Wk)或σ=M1Wj+(M2+M3)Wo-Wj) 式中：ＷＫ为管道内灰浆部分的截面抵抗矩。 ４．抗裂安全系数检算按§６.３.２，§６.３.１８条办理。 （三）预应力损失计算的源程序

此为选作内容。学生可在教师的指导下，分如下两段编写：

（１）在同一锚下控制应力条件下，逐一计算各截面、各钢束的摩擦损失、

锚具变形损失及弹性压缩损失并求其平均值。

（２）在同一传力锚固的应力条件下，考虑混凝土收缩、徐变和钢筋松驰

的相互影响，分时段计算钢束预应力长期损失的终极值。

六．预加应力阶段检算

１．计算说明

计算图式：按存梁时实际支承情况计，如下图。

预加应力时，设混凝土已达到设计强度，预应力作用取传力锚固时应力计。

检算截面的确定：手算时取1/2和3/8LP两截面来检算；电算时见后文所叙。 制作时部分钢束的早期张拉检算从略；预加应力阶段的强度检算从略。 ２．预加应力阶段钢束应力检算

按§6.3.22条办理。

３．预加应力阶段混凝土正应力检算

梁体自重产生的弯矩M1 t按实际支承情况计：

M1t=

12

q1L(x-2.6)-12q1x

2

12

q1x

2

L2≥x≥2.6m

x≤2.6m

M1t=-

检算条件见§6.3.24条。

４．预加应力阶段混凝土正应力检算的源程序

此项为选作内容，可分为两种方式编写：

（１）将电算程序中10个计算截面的混凝土正应力一一求出并作检算，其

程序框图可参照表NO.22计算顺序拟定。

（２）比较自重作用和预应力作用的大小，确定最不利截面位置，再作混凝

土正应力检算，其程序框图可在教师指导下拟定。

七．运营阶段计算

说明计算图式及通常情况下控制截面的位置。 （一）运营阶段混凝土正应力检算

简述自重产生的应力，考虑支承位置改变以及截面特性变化而分阶段计算的原理和算式。

预应力产生的应力亦分阶段计算，见第五节“抗裂性计算”。 运营阶段跨中截面混凝土正应力计算见表NO.23。 检算条件见§6.3.31条。

（二）运营阶段钢束应力检算

应力检算点的确定及钢束应力计算假定和计算方法。 运营阶段跨中截面的钢束应力计算见表NO.24。 检算条件见§6.3.30条。

（三）运营阶段混凝土剪应力检算

这部分内容列在第八节“主应力检算”中。

（四）运营阶段混凝土主拉应力检算及箍筋设计

同上，列在第八节“主应力检算”中。

（五）运营阶段跨中截面的正应力汇总，见表ＮＯ.25。 八．主应力检算

（一）计算说明

１．检算截面的确定

说明主应力检算时应取的截面，参看§6.3.19条。 本设计手算时只检算跨中及距支点1.4m两截面。 ２．检算应力点的确定

说明Ｔ形截面梁应检算的应力点位置并绘图示意，参看§6.3.19条。 ３．最不利荷载的确定

说明计算主应力时活载的加载方式。

４．运营阶段混凝土剪力、主拉应力检算及箍筋设计列入本节中。 （二）计算步骤

１．预应力产生的轴力、弯矩和剪力计算，见表NO.26。 ２．预应力产生的混凝土正应力和剪应力计算，见表NO.27。 ３．荷载产生的混凝土正应力计算，见表NO.28。 ４．荷载产生的混凝土剪应力计算，见表NO.29。

５．运营阶段混凝土的正应力及剪应力汇总，见表NO.30。相应于裂缝形

成时的混凝土正应力及剪应力亦汇总于该表。 ６．运营阶段混凝土主拉应力计算，见表NO.31。 ７．相应于裂缝形成时的主应力计算，见表NO.32。 （三）计算结果分析及箍筋设计

１．运营阶段混凝土剪应力检算

指出最大剪应力所在的截面、位置及加载情况；按§6.3.32条规定核

算。

结论：从梁的抗剪要求出发，是否需要修改截面尺寸或设预应力箍筋。 ２．运营阶段混凝土主应力检算

指出最大主应力所在的截面、位置及加载情况。 按§6.3.33，§6.3.34条确定箍筋设计原则。 ３．相应于裂缝形成时混凝土主应力检算

指出最大主拉应力和最大主压应力所处的截面、位置及加载情况。 按§6.3.20条规定校核。

结论：从斜截面抗裂性要求出发，是否需要修改设计。 ４．箍筋布置说明

参照§5.4.2，§6.4.12条构造要求办理，为满足截面抗剪强度要求，在梁端至1/8LＰ范围内加强。其具体布置试作如下说明： （１）箍筋种类、材料、直径及保护层的选定。 （２）腹板箍筋型式、肢数和各段的布置间距。 （３）下翼缘箍筋型式、肢数和各梁段的布置间距。 （４）焊接定位网钢筋的间距及取代的箍筋。 箍筋详细布置见梁体钢筋布置图。

（四）主应力检算的源程序

这部分内容由学生选作，可利用电算程序中的截面特性数据，分两种方式编写：

（１） 按简化计算假定一一检算截面的主应力，其程序框图可参照表

NO.26~~32计算顺序拟定。

（２） 考虑预应力及自重的不同阶段作用情况以及净截面重心与换算截

面重心位置的不同，计算各截面的主应力，其程序框图可在教师指导下拟定。

九．其他项目的检算

以下设计内容，由学生任选一项来作，本讲义略作提示，详情由教师指导。 １．预加应力阶段的两项检算

（１）部分钢束早期张拉的检算：

有六根钢束早期张拉，此时混凝土只达300级，支承情况与预加应力时同，检算条件同§6.3.23条。

（２）预加应力时强度检算：

按预应力偏压构件及§6.3.26~~§6.3.29条办理。

２．运送及安装阶段检算

（１）运送阶段检算：支点距梁端3.3m，按§6.3.35~~36条检算。 （２）安装阶段检算：同上。

（３）架桥检算：按所选定的架桥机类型、轴重及其最不利位置，对架桥所

通过的梁部结构进行强度、抗裂性及混凝土应力的检算，按§6.33.7条办理。

３．斜截面强度检算

按§6.3.11条及附录十四有关规定计算。

（１）斜截面抗弯强度检算：取1/4LＰ附近的一个截面计。

（２）斜截面抗剪强度检算：取（1/8~~1/4）LＰ梁段中一个截面计。 ４．梁端局部应力计算

按§6.3.17条及教科书中的计算方法作端块局部应力检算。 ５．锚下混凝土抗裂性和局部承压强度检算

（１）锚下混凝土抗裂性检算：按§6.3.15条办理，可取若干个最不利的群

锚来计。

（２）锚下间接配筋位置，混凝土局部承压强度检算：按§6.3.16条办理。 ６．梁的挠度计算

按常规力学方法计算，参看教科书中有关章节。 检算条件同§5.1.2条。

＃＃＃＃

《桥规》§6.4.10条：在后张法结构中，用管道形成器形成的管道直径或铁皮套管内径，应比钢丝束直径至少大10mm。 《桥规》§6.4.2条：见前 《桥规》§6.4.3条：见前

《桥规》§6.4.7条：后张法结构中的预应力钢筋布置成曲线形时，其曲率半径不小于钢丝直径的800倍，也不小于4m 。

《桥规》§6.3.10条：按公式（略）求得的混凝土受压区高度，应符合下列条件：

2a'≤X≤0.4ho

《桥规》§6.3.21条：在预加应力的过程中，预应力钢筋在锚下的控制应力应符

j合下列条件： σk=σy1+σs≤0.75Ry

式中：σκ--预应力钢筋在锚下的控制应力，ＭＰa；

σy1--预应力钢筋中有效预应力，ＭＰa； σs--预应力钢筋中的全部预应力损失值，ＭＰa；

《桥规》§6.3.38条，§6.3.39条，§6.3.40条：是有关预应力损失计算的条款，可详见教科书中有关章节。

《桥规》§6.3.2条：设计时采用的安全系数不应小于表6.3.2所列数值：

安全系数 表6.3.2

《桥规》§6.3.22条：在传力锚固时，预应力钢筋的应力应符合下列条件：

j

一． 对于先张法构件：σy=σk-(0.5σs2+σs3+σs5+σs6)≤0.65Ry j二． 对于后张法构件：σy=σk-(σs3+σs4+σs6)≤0.65Ry

式中：σy――传力锚固时预应力钢筋的应力，ＭＰa；

σ

s2„„σs6――预应力钢筋的各项预应力损失值，ＭＰa；

《桥规》§6.3.24条：在预加应力过程中，由于临时超张拉而在混凝土产生的压

应力应符合下列条件：σ

h a≤0.80R’a 。

《桥规》§6.3.31条：在运营荷载作用下，混凝土的正应力（扣除全部应力损失后）应符合下列要求：

一． 混凝土的最大压应力不得大于0.5Ra 。 二． 在构件的受拉区，不容许出现拉应力。

《桥规》§6.3.30条：在运营荷载作用下，预应力钢筋中的最大应力（扣除全部预应力损失后），对钢丝、粗钢筋不应超过0.55Ｒjy ，对钢绞线不应超过0.5Ｒ

j

y 。

如钢筋的最小应力与最大应力之比ρ≥0.85，则其容许应力结钢丝、粗钢筋可提高到0.60Ｒjy ，对钢绞线可提高到0.55Ｒjy 。

《桥规》§6.3.19条：对于预应力混凝土受弯构件应检算相应于裂缝形成时的主应力。主应力检算应针对下列部位进行：

一． 在构件长度方向，应检算剪力及弯矩均较大的区段，以及构件外形和腹板

厚度在变化之处。

二． 沿截面高度方向，应检算截面重心轴处及腹板与上、下翼缘相接处。 《桥规》§6.3.32条：在运营荷载作用下，混凝土的最大剪应力应符合下列要求：

τh=τ-τy≤

R90

式中：τh――混凝土的最大剪应力，ＭＰa；

τ――由荷载及自重产生的剪应力，ＭＰa； τy――由预加应力产生的预剪应力，ＭＰa； Ｒ――混凝土的标号。

如在预应力箍筋，则其容许最大剪应力可提高到：(其中σ

R90

+0.55σhy)

。

h y――由预应力箍筋产生的竖向预压应力，MPa

。

《桥规》§6.3.33条：预应力受弯构件的箍筋应按以下规定设计：当计算荷载作用时，在σzl≤

RLK2

的梁段内，箍筋不予计算，仅按构造上的要求布置；在σzl

R

L

K2

的梁段内，箍筋按承受主拉应力的60%计算。Ｋ２为混凝土到达抗拉极限强度（主拉应力）时的安全系数，按表6.3.2采用。

《桥规》§6.3.34条：箍筋间距应按下式计算： Sk=

式中：ＳＫ――箍筋间距，m；

RgAkσzlbK

1

ＡＫ――在构件同一截面内，箍筋的总截面面积，m3；

σzl――在计算荷载作用下，由箍筋承受的主拉应力，MPa；

Ｋ１――安全系数，按表6.3.2采用； Ｒg――箍筋的抗拉计算强度，MPa； b――腹板的厚度，m 。

＃＃＃＃

第五章 设计小结

通过预应力简支梁桥的设计实践，同学们可自选一、两个有兴趣的小题写一篇评述性短文，作为设计小结。文章尽量简单扼要，约500字（不含必要的计算资料），要有明确观点、有分析、有说服力，以考察学生独立分析问题和写作科技文章的能力，激发同学对某些专题的兴趣和创造精神。

评述的题目主要由学生自定，以下就结构设计和计算方法两方面提供一些选题的内容，供参考。 （一）结构设计方面

主要是综合、分析、比较和评价所作的设计并提出改善意见。

１．所作设计的主要缺点是什么？设计的主要控制条件是哪一项？如何进一步改

善设计？

２．不同材料的设计方案的比较，钢束用量的增减、混凝土标号的高低以及钢丝束

与钢绞线的比较等。

３．不同截面尺寸的设计方案的比较，改变梁高或板厚的探讨。 ４．不同钢束的布置设计方案比较，钢束重心线最佳位置的探讨。 ５．从形心主惯性轴的计算，分析截面尺寸的合理性。

６．综述预应力简支梁桥的设计主要步骤，分析结构布置、内力计算和结构检算三

者之间的相互关系，找出主要矛盾，探讨优化设计的可能。

７．改变钢束控制应力和有效预应力值对设计有何影响，以及最佳应力值的选定。 ８．《桥规》以设计原理的指导性和简化计算工作的实际意义表现在哪几方面？通

过设计，你对掌握、运用和进一步完善《桥规》有何新的认识？

（二）计算方法方面

主要以计算说明、计算方法和设计原理作些分析、比较和探讨。

１．主拉应力的检算不能反映抗剪强度安全储备的分析，详见教科书中的讨论。 ２．考虑普通钢筋的受力作用，对强度、抗裂性和应力计算的影响。

３．用钢束几何重心代替其合力重心计算抗裂性和应力所引起的偏差的分析。 ４．考虑局部作用的竖直方向正应力时，对主应力的影响。 ５．预应力损失值的精密计算及与《桥规》计算方法的比较。 ６．分阶段计算与简化计算在主应力计算中的比较。

７．Ｔ形截面预应力梁的桥面板混凝土正应力、剪应力及裂缝宽度的必要性。 ８．各项计算的计算说明的适应性评述。 ９．自选的计算项目和自选的电算程序段评述。

第六章 结构设计图的绘制

将所设计的预应力简支梁桥用工程制图表示出来，以进一步培养学生的绘图能力。由于学时的限制，每个学生只绘制两张主要结构设计图。现将有关注意事项简述如下： 一．一般要求

１．国标GB126至141－74是绘图的统一规则。

２．鉴于供应图纸尺寸为790×1095mm，为节省纸张，本设计图幅尺寸作如下修

订：

图幅及边框尺寸

３．绘图要规范化，避免绘图错误，图纸布局要合理、美观又整洁。 ４．图线要均匀，对比明显，线条接头良好。 ５．尺寸在标注得正确、齐全、合理；醒目易找。

６．图中汉字、数字和字母，必须做到字体端正，笔划清楚，排列整齐，间隔均

匀。

７．图纸折叠后与设计资料装订在一起，其折叠法如图示，图标必须在最上层，

面向外。

二．轮廓图

１．图号：跨度 米预应力混凝土梁轮廓图。

比例：见图。

内容和布置如图示，参考“叁标桥2019－8”图。

２．正面、平面图1:50

注意，因跨度与标准图的不同而要适当调整横隔板、挡碴墙断缝、泄水管和人行道支架螺栓的位置。

挡碴墙断缝、泄水管和人行道支架螺栓的位置应相互错开，均匀配置。支架螺栓的布置要与步行板的标准化相配合。 ３．丙－丙，丁－丁截面1:50

注意投影关系和多棱体的相贯线。 ４．甲－甲，乙－乙截面1:40

５．梁体封端立面1:40束锚头并注上编号。 ６．挡碴墙大样、内边墙大样、端边墙大样1:10 ７．每片梁主要工程数量表

工程数量近似计算方法：

①ＶＨ＝42.52±n×0.19±ΔL×A，见Ｐ14说明。

②按下料长度计算，钢束长＝LP＋2.0 (m)，υ5钢丝束每米0.154 kg 。 ③同上，5×7υ4钢绞线束每米重3.605 kg 。

④Ｖh×17.1/42.52；Ｖh×17.8/42.52照标准设计混凝土体积比计算。 ⑤1113.7±(n×0.19+ΔL×A)×25.0，见Ｐ14说明。 ８．附 注

（１）本图尺寸以毫米计。

（２）人行道支架用的Ｕ形螺栓位置应准确无误，若有相碰可移动道碴槽钢

筋。

（３）当混凝土标号达到300号时，先早期张拉×、×、×共6根钢束，然

后顶梁移梁，张拉其余全部钢束并存放待用。此时梁端允许悬出长度为2.6m，在运输吊装时允许悬出长度为3.3m。

（４）管道压浆采用400号水泥浆，在张拉后第二天进行。压浆后锚头周围

设置钢筋网，灌注400号封端混凝土。

三．梁体钢筋布置图

１．图名：跨度××米预应力混凝土简支梁梁体钢筋布置图。

比例：1:25

内容和布局如图示，参考“叁标桥2019-11”图。

２．梁梗中心截面，注意跨度不同对钢筋布置的影响。

钢筋代号：A－梁体，B－道碴槽，C－横隔板，E－定位网；不同种类和形

西南交通大学峨眉分校桥梁工程课程设计指示书

状有不同编号；同一种类，不同长度有不同尾号。 下翼缘箍筋的布置不得妨碍主束的弯起。

锚头的外形尺寸：υ110，h—55，锚下布置符合§6.4.6条。

＃＃（§6.4.6条：在后张法结构中，除在端部锚下设厚度不小于16mm的钢垫板外，并应在锚下设置分布钢筋网（A5υ10）或螺旋筋（dhe=75,L=210mm）。 ３．甲－甲，乙－乙，丙－丙，丁－丁截面

注意钢筋编号的一致。绘出正确的钢束位置并注明编号。 ４．附 注：

（１）本图尺寸以毫米计。

（２）本设计钢筋骨架以跨中为界，分制成两段，施工时可酌情变更。 （３）为保证钢束有准确位置，本设计采用焊接定位网钢筋××。在定位网

位置，腹板箍筋××及下翼缘内层闭合箍筋××~~××可以取消。施工时胶管内必须插入芯棒，以形成圆顺的管道。

（４）若梁体钢筋与钢束相撞，可移动梁体钢筋。 （５）锚头下螺旋筋由υ3高强度钢丝绕制。

（６）道碴槽钢筋布置、梁体封端钢筋布置以及定位网钢筋和螺旋筋的尺寸，

本图未示。

５．补充内容

参照“叁标桥2018-5”图将所设计的道碴槽板钢筋布置绘于梁体钢筋布置图的纵、横面内，由部分同学选作。

- ３１ -

No 4 钢束起弯轴线计算

第 32 页

表 No 5 1/4 lp 截面钢束位置计算 （1/4 lp截面至跨中距离x= mm）

Sinα=0,Cosα=1Sinα=Sinα,Cosα=Cosα

第 33 页

表No 6 各检算截面钢束位置计算结果汇总

表No7 跨中截面几何特性计算 a= cm

A

i

ye

2

第 34 页

表No 8 其它个截面几何特性计算

第 35 页

第 36 页

第 37 页

表No 11 各检算截面面积距汇总

单位： CM

3

表No 12 各截面内力影响线的图形及面积计算

表No 13 最大活载加载时活载集度计算

第 38 页

表No 14 各截面最大弯矩的计算

第 39 页

表No 15 各截面最大剪力的计算

表No 16 各截面最大剪力加载时相应弯矩的计算

第 40 页

西南交大峨眉分校桥梁专业课程设计指示书

表No 17 各截面最大弯矩加载时相应剪力的计算

表No 18 各检算截面内力汇总

第 41 页