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1、1 桥型方案比选1.1概述该桥位于某省境内，由于清河较宽、河水也较深，为此，政府决定在清河畔上建一座新桥。1.1.1设计依据（1）清河桥建设规划说明及规划图。（2）清河桥纵断面及河床断面图。（3）物探报告和钻孔报告。1.1.2技术标准（1）路线道路等级：一级道路。（2）设计行车速度：60km/h.（3）桥面总宽17.6m，净14+21.8m（安全带）。（4）车辆荷载标准：汽车荷载按公路-I级，人群荷载为3.0（5）通航标准：无通航要求。（6）设计洪水频率：50年一遇。1.1.3工程地质条件该地层地质条件较好，上层为厚度较小的淤泥，下层为单一密实的细砂加砾石。1.2构思宗旨1）符合地区发展规划，
2、满足交通功能需要。2）桥梁构造形式简洁、轻巧，体现民族风格，成为这座历史名城发展的象征。3）设计方案力求结构新颖，尽量采用有特色的新结构，又要保证结构受力合理，并技术可靠，施工方便。1.3 比选方案第一方案：上承式拱桥。（1）孔径布置：跨度90m，是一种美观经济的常用桥型，尤其该桥位于文化古城，这种桥型在方案的竞争中有一定的优势。（2）主跨结构构造。可以采用。（3）主墩基础。由于该桥修建在软土地基上，故两岸桥台采用轻型结构，既减小自重，又能增大桥台台背的土抗力，能够减小桥台的水平位移和转角，保证桥梁能正常的运营。（4）施工方案。已有成熟的工艺技术经验。需要用大量的吊装设备，占用一定的场地，同时
3、需要较多的人力。（5）主要工程量见表1-1 主要工程梁表 表1-1项目数量材料构造钢筋混凝土300号桁架拱片161.23200号微弯板185.87横系梁等86.24桥面39.04横梁52.00桁架拱边块件100桥台拱板22.74台座17.48栏杆455.77灯柱200.76250号腹孔班板19.00150号片石混凝土基础202.2750号片石砌块台深114.44八字墙145.58合计钢筋115.399混凝土2402.4块石圬工260.02第二方案：预应力简支T形梁（1）孔径布置：采用30m跨径，共3跨，全桥长为90m。（2）桥梁结构构造：全桥上部结构采用8片主梁，主梁高度为1.8m，主梁翼缘宽
4、度为1.8m，每跨设五道横隔梁（支点、跨中、1/4截面）（3）桥墩基础：选用双柱式桥墩，直径为2m，系梁高度为1m。墩下钻孔灌注桩直径为2.0m，长度为5m，桥台柱直径为1.2m，承台高度为1m，台下钻孔灌注桩直径为2.2m，高度为15m。（4）施工方案：采用从下往上流水性作业。（5）主要工程梁见表1-2 主要工程梁表 表1-2材料结构混凝土（）钢筋（）钢绞线（）上部结构主梁10002570安全带14210桥面铺装440下部结构墩身86074基础201288总 计453419770第三方案：悬臂刚构桥。（1）孔径布置：25m+40m+25m，共长90m。（2）桥梁上下部结构构造：上部结构为变截
5、面箱梁，采用单箱单室形式。用高强混凝土以及采用大吨位预应力体系来实现主梁的轻型化。由于弱风化岩强度较高，钻孔灌注桩的终孔深度以弱风化岩控制。为防止水位较低时，钻孔桩露出水面而影响桥梁美观，在承台四周设置了2m深的围裙。钻孔灌注桩用C30水下混凝土，承台采用C35混凝土。（3）采用悬臂浇注施工。（4）主要工程梁见表1-2主要工程梁表 表1-3材料结构混凝土（）钢绞线（t）钢筋（）上部结构主梁13809056横隔梁12012桥面铺装177下部结构墩身73980基础200198总 计4417902461.4 方案评选根据设计构思宗旨，桥型方案应满足结构新颖、受力合理、技术可靠、施工方便的原则。以上三
6、个方案基本都满足这一要求。1.4.1经济方面从材料用量来评比，第一方案是最经济的。第三方案的材料用梁稍高。如果仅从材料方面看。第一方案是最好的。1.4.2安全方面由于河道不考虑通航要求，所以通航安全不作为主要的比选对象。而行车安全主要是通过桥面设计布置来实现，结构和基础条件的安全以及施工安全的角度进行比较。其中第二方案在中小跨径使用非常多，其施工技术已趋于成熟；而第三方案抗震性能好。 1.4.3功能方面桥梁的使用功能包括两个方面：一是跨越障碍，二是承受荷载。悬臂刚构有较好的平整度，所以行车舒适性在三个方案中最好。1.4.4施工方面从施工难度看，三种方案的施工方法差别不是太大。就施工程序而言，简
7、支梁的施工无疑成为最合适的方案。总的来说，这三中方案都符合了安全、功能、经济、施工的要求。在美观上第一方案较有优势。在功能要求上，第二方案占有一定的优势。但本次设计鉴于水平有限，故选简支梁作为清河桥的设计方案。2 桥梁的设计计算2.1 设计资料2.1.1 桥梁跨径及桥设计跨径：30m宽主梁全长：90m计算跨径：28.26m桥面净空：净14+21.82.1.2设计荷载公路I级.2.1.3 材料及工艺混凝土：主梁用C50。预应力钢束采用ASTM（美国标准）270级钢绞线，每束由7股组成。抗拉强度标准值,抗拉强度设计值,公称直径15.24mm，公称面积140锚局具采用夹片式群锚。非预应力钢筋：HRB
8、400级钢筋，抗拉强度标准。抗拉强度设计值。直径小于12者，一律采用HRB335级钢筋，级钢筋，抗拉强度标准，抗拉强度设计值。混凝土：主梁采用C50，抗拉强度标准值，抗压强度设计值；抗拉强度标准值，抗拉强度设计值。2.1.4 设计依据交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004），简称“公预规”。按预应力混凝土构件设计此梁。2.1.5施工方法采用后张法施工，预制主梁时，预留孔道采用预埋金属波纹管成型，刚绞线采用TD双作用千斤顶两端同时张拉；主梁安装就位后现浇40mm宽的湿接封。最后施工沥青桥面铺装层2.2 横截面布置2.2.1 主梁间距与主梁片数主梁间距通常应随梁高
9、与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率p很有效，故在许可条件下适当加宽T梁翼板。而本设计考虑实际所需桥面宽度。主梁间距采用220cm。净14+21.8的桥宽则选用8片主梁。 主梁横剖面（尺寸单位：mm） 图2-12.3 主梁全截面几何特性2.3.1受压翼缘有效宽度，取下列三者最小者。（1） 简支梁计算跨径的L/3=28660/3=9553mm；（2） 相邻两梁的平均间距，对于中梁为2200mm；（3） （），式中b为梁腹板宽度，为承托长度，这里=0，为受压区翼缘的悬出板的厚度，可取跨中截面翼缘板厚度的平均值，所以（）=200+60+12228=2936mm；所以，受压翼缘有效
10、宽度=2200mm2.3.2全截面几何特性的计算在工程设计中，主梁几何特性多采用分块数值求和法进行，其计算式为全截面面积：A=全截面重心至梁顶的距离： 式中 分块面积 分块面积的重心至梁顶的距离。主梁跨中截面的全截面几何特性如表2.1所示，根据图2.1可知变化点的截面几何尺寸与跨中截面相同，故几何特性也相同，为A=876000； 主梁跨中截面的全截面几何特性 表2.1 分块号分块面 积Ai（）（mm）分块面积对上缘静矩Si=AiYi(cm2)D=（mm）分块面积对截面形心惯矩 Ix=AiDi2(cm4)I(cm4)截面分块示意图121000180=360000903240045474.2020
11、.9722800120=960002202112032410.0780.07731600200=320000800256000-25620.97268.2674100200=20000153330660-98919.5620.0445200400=800001700136000-1156106.9070.267合计A=876000=544=1800-544=1256=476180231.72169.627第三章主梁内力计算根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过活载作用下的梁桥荷载横向分布计算,分别求得各主梁控制截面（一般取跨中、四分点、变化点截面和支点截面）的恒载和最大活载内力，然后再进行内
12、力组合3.1 恒载内力计算3.1.1 恒载集度1) 预制梁自重（第一期恒载）a. 按跨中截面计，主梁的横载集度：g(1)=0.87625=21.9kN/mb. 由于变截面的过度区段折算成的横载集度：g(2)= 2.70.21725/28.66=0.8kN/mc. 由于梁端腹板加宽所增加的重力折算成的横载集度g(3)=210.21.825/28.66=0.628 kN/m d. 横隔梁边主梁体积:（0.81.47-0.80.50.12）0.15=0.1692mm端体积：0.7（0.2+1.1+0.12）-0.70.50.120.15=0.1428所以 g(4)=（30.1692+20.1428）
13、25/28.66=0.692 kN/m中主梁的横隔梁体积g(4)=2 g(4)=20.692=1.384e. 第一期恒载:边主梁的恒载集度为: g(1)=21.9+0.8+0.628+0.692=24.02中主梁的横载集度为:=21.9+0.8+0.628+1.384=24.7122) 第二期横载 一侧栏杆：1.52kN/m; 一侧人行道：3.60kN/m 1号梁: 0.5（0.07+0.076）0.425=0.73 kN/m2号梁 0.5（0.076+0.109）2.225=5.0875 kN/m3号梁 0.5（0.109+0.142）2.225=6.9025 kN/m4号梁 0.5（0.1
14、42+0.175）2.225=8.7175 kN/m恒载汇总表 表3-1梁号一期恒载二期恒载恒载总和124.025.8529.87224.7125.087529.8324.7126.902531.6424.7128.717533.433.1.2 恒载内力 如图所示，设x为计算截面离作支座的距离，并令，则：主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： （31）： （32）恒载内力计算表恒载内力计算表 表3-2计算数据l=28.66m l2=821.396m2项目跨中四分点变化点四分点变化点支点0.5000.2500.0690.2500.1300.1250.09380.03210.2500.370.5001第
15、一期恒载kN/m)24.022466.241850.671115.738172.1254.7344.2第二期恒载(kN/m)5.85600.6450.7271.7341.96283.83汇总29.873066.842301.371387.46214316.7428第一期恒载 (kN/m)24.7122537.319041147.87177262354.122第二期恒载(kN/m)5.0875522.36392236.336.4553.9572.9汇总29.83059.6622961384.17213.45315.954273第一期恒载 (kN/m)24.7122537.31903.981147
16、.87177262354.12第二期恒载(kN/m)6.9025708.7531.82320.6249.4673.298.61汇总31.632462435.81468.5226.46335.2453第一期恒载 (kN/m)24.7122537.319041147.87177262354.124第二期恒载(kN/m)8.72895.32671.8540562.592.47125汇总34.433432.622575.851552.9239.5354.5479.123.2 活载内力计算 （修正刚性横梁法）3.2.1 冲击系数和车道折减系数冲击系数可按下式计算:当f14Hz时 =0.45式中 f结构基
17、频简支梁桥结构基频可按下式计算：式中： 结构的计算跨径 E 结构材料的弹性模量 结构跨中截面的截面惯矩 结构跨中处的单位长度质量 结构跨中处延米结构重力g 重力加速度 g=本设计中:l=28.66m，=301.34810 E=3.5510 G=0.8653251000=21632.5 则 则 u = 0.1767则1+u =1.238 对于四车道折减33%但折减值不小于两队车布载的计算结果。3.2.2主梁的荷载横向分布系数1) 跨中的荷载横向分布系数本设计中桥跨内设有五道横隔梁,具有可靠的横向联结且承重结构的长宽比为L/B=28.66/（82.2）=6.52 所以可按修正的刚性横隔梁法来绘制横
18、向影响线和计算横向分布系数a. 计算主梁抗扭惯矩可近似按下式计算式中相应为单位矩形截面的宽度和高度 为矩形截面抗扭刚度系数 梁截面划分成单个矩形截面的个数对于跨中翼缘板的换算平均厚度， cm。马蹄部分cm的计算结果见下 表3-3分块名称（cm）（cm）（cm）翼缘板220249.170.3129.49腹板202010.1410.2256马蹄40301.330.1801.911.6156b. 计算抗扭修正系数对于本设计主梁的间距相同，将主梁看成近似等截面，则得：式中：G =0.43E L =28.66m 计算得：=0.994c. 按修正的刚性横梁法计算横向影响线坐标值式中：n = 8 = 2 (
19、 ) =203.28 计算所得值见下表。值 表3-4梁号e（m）17.70.415-0.16527.70.332-0.08237.70.249-0.007547.70.1662-0.0836梁号在汽车荷载作用下的分布系数人群作用下的分布系数10.370.3020.2530.1850.1360.068-0.0195-0.04820.42320.30.250.2160.1680.1330.0850.0500.337430.230.20.180.150.1290.10.0790.0280.25240.1460.120.0950.0650.04190.0141/0.171号梁 1车道：0.5（0.37
20、+0.302+0.253+0.185+0.136+0.068-0.0195-0.0482）0.67=0.44 2车道：0.555 人群0.4232号梁 1车道 ：0.5（0.3+0.25+0.216+0.168+0.133+0.085+0.05）0.67=0.42车道：0.467 人群0.33743号梁 1车道 ：0.5（0.23+0.2+0.18+0.15+0.129+0.1+0.079+0.028）0.67=0.37 2车道 0.386 人群0.2524号梁 1车道：0.5（0.146+0.12+0.095+0.065+0.0419+0.0141）0.67=0.162车道：0.213 人群
21、0.172) 支点的荷载横向分布系数m如上图所示 ，按杠杆原理法绘制荷载横向影响线并进行布载则活载横向分布系数计算如下1号梁 0.50.9048=0.4524 1.092号梁 0.5（0.545+0.6364+0.0454）=0.6134 0.0913号梁 0.5（0.364+0.9545+0.227）=0.77275 04号梁 0.5（0.773+0.6364）=0.7047 0 横向分布系数汇总表 表3-5荷载类别1号梁2号梁3号梁4号梁汽车0.550.6010.4610.61340.3860.7730.2130.705人群0.4231.090.33740.090.25200.1703.2
22、.3 计算活载内力在活载内力计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下考虑：计算主梁活载弯矩时，均采用全跨统一的横向分布系数，鉴于跨中和四分点剪力影响线的较大坐标位于桥跨中部，故也按不变化的来计算。求支点和变化点截面活载剪力时，由于主梁的荷重集中在支点附近而应考虑支承条件的影响，按影响分布系数沿桥跨变化曲线取值，即从支点到之间，横向分布系数用和之间值直线插入，其余区段均取值1) 计算跨中截面最大弯矩, 下图示出跨中截面内力计算图示:1+u =1.238 1.2 Q=10.5 KN对于汽车荷载:1号梁 (0.50.528.660.5+1.22800.5)0.5551.238=141.3KN(0.
23、528.667.510.5+2807.5)0.5551.238=2218.3 KN.M2号梁 （0.50.528.660.510.5+1.22800.5）0.41.238=118.88 KN(0.528.667.510.5+2807.5) 1.2380.46=1866.54 KN.M3号梁 (0.50.528.660.5+1.22800.5)1.2380.386=98.26 KN(0.528.667.510.5+2807.5) 1.2380.386=1542.8 KN.M4号梁 (0.50.528.660.5+1.22800.5)1.2380.213=54.2 KN(0.528.667.510
24、.5+2807.5) 1.2380.213=851.33 KN.M对于人群荷载q=1.83=5.4 KN/M1号梁 ： 0.1250.4235.428.66=234.53KN.M0.50.528.660.50.4235.4=8.2KN2号梁 0.1255.428.660.337=186.850.50.528.660.55.40.337=6.523号梁 0.1255.428.660.252=139.720.50.528.660.55.40.252=4.8754号梁 0.1255.428.660.17=94.260.50.528.660.55.40.17=3.32) 求四分点截面的最大弯矩和最大剪
25、力:对于车道荷载:1号梁: (0.50.7522.510.5+2801.2+0.75)0.5551.238=234KN(0.528.665.62510.5+2805.625)0.5551.238=1663.7KN/M2号梁：(0.50.7522.510.5+2801.2+0.75) 1.2380.467=196.92(0.528.665.62510.5+2805.625) 1.2380.467=1399.93号梁： (0.50.7522.510.5+2801.2+0.75) 1.2380.386=162.76(0.528.665.62510.5+2805.625) 1.2380.386=115
26、7.14号梁：(0.50.7522.510.5+2801.2+0.75) 1.2380.213=89.8(0.528.665.62510.5+2805.625) 1.2380.213=638.5对于人群荷载1号梁： 0.522.50.755.40.423=19.3KN0.528.665.6255.40.423=184.12 KN2号梁 0.522.50.755.40.337=15.35 KN 0.528.665.6255.40.337=146.7 KN/M3号梁 0.522.50.755.40.252=11.48 KN0.528.665.6255.40.252=109.7 KN/M4号梁 0.
27、522.50.755.40.17=7.7 KN0.528.665.6255.40.17=74 KN.M3) 求变化点截面的最大弯矩和最大剪力:采用直接加载求活载内力,计算图示如下图:活载内力计算如下表: 表3-6梁号1234汽车荷载 KN.M946.6721.35658.26363.2KN211.6213.6216.49161人群荷载 KN.M104.783.462.442.1 KN270.4101.2665.3344.764) 求支点截面最大剪力采用直线加载求活载内力,计算图示如下:活载内力表: 表3-7梁号1234汽车荷载KN284349411.5356人群荷载 KN45.8334.351
28、4.6259.93.3 主梁内力组合1号梁内力组合表 表3-8序号荷载类别跨中截面四分点截面变化点截面支点截面M(KN.m)Q(kN)M(KN.m)Q(kN)M(KN.m)Q(kN)Q(kN)1一期恒载2466.2401850.7172.11115.73254.7344.22二期恒载600.60450.741.9271.736283.833总恒载3066.8402301.372141387.46316.74284人群234.538.2184.1219.3104.7270.445.835汽车荷载2218.3141.31663.7234946.46211.262846(4)+(5)2452.831
29、49.51847.82253.31051.16481.66329.837(3)+(6)5519.67149.54149.2467.32438.62798.36757.8381.2(3)+1.4(5)+1.40.8(4)7048.52076954.168800.563107.2697865962.532号梁内力组合表 表3-9序号荷载类别跨中截面四分点截面变化点截面支点截面M(KN.m)Q(kN)M(KN.m)Q(kN)M(KN.m)Q(kN)Q(kN)1一期恒载2537.3019041771147.87262354.122二期恒载522.36039236.52236.3539.9572.93总
30、恒载3059.6602296213.451384.17315.954274人群186.856.52146.715.3583.45101.2634.355汽车荷载1866.54118.881399.9196.92721.35213.634961.2(3)+1.4(5)+1.40.8(4)6494.02173.74879.365492764.36719.61039.4723号梁内力组合 表3-10序号荷载类别跨中截面四分点截面变化点截面支点截面M(KN.m)Q(kN)M(KN.m)Q(kN)M(KN.m)Q(kN)Q(kN)1一期恒载2537.3019041771147.87262354.122二
31、期恒载708.70531.8249.46320.6273.298.93总恒载324602435.8226.461468.5335.24534人群139.724.875109.711.4862.465.3314.6255汽车荷载1542.898.261157.1162.76658.26216.49411.561.2(3)+1.4(5)+1.40.8(4)6171.361434665.76512.472753.65778.511364号梁内力计算 表3-11序号荷载类别跨中截面四分点截面变化点截面支点截面M(KN.m)Q(kN)M(KN.m)Q(kN)M(KN.m)Q(kN)Q(kN)1一期恒载2
32、537.3019041771147.87262354.122二期恒载895.320671.8562.540592.471253总恒载3432.6202575.85293.51552.9354.5479.124人群94.263.3747.742.144.769.95汽车荷载851.3354.2638.589.8363.216135661.2(3)+1.4(5)+1.40.8(4)5416.879.584067.8486.5442419.1700.91084.4第四章钢束的估算及其布置4.1 钢束的估算及其确定按构件正截面抗裂性要求预应力钢筋的数量对于A类部分预应力混凝土构件。根据跨中截面抗裂要求
33、，由跨中截面所需的有效预加应力为：式中的为正常使用极限状态按作用短期效应组合计算的弯距值=3066.84+0.72218.3+234.53=4854.2KN.M设预应力钢筋截面重心距离截面下缘为=100mm 则预应力钢筋的合力作用点至截面重心轴的距离为=1156mm 钢筋估算时截面性质近似取用全截面的性质来计算，跨中截面面积为A=876000mm，全截面对抗裂验算边缘的弹性抗拒为：W=I/=301.34810，所以有效预加应力合力为：=3.083910N预应力钢筋的张拉控制应力为预应力损失按张拉控制应力的20%计算，则可得需要预应力钢筋的面积为采用3束715.2钢绞线，预应力钢筋的面积为=37
34、140=2940采用夹片式群锚，70金属波纹管成孔。4.2预应力钢筋的布置4.2.1跨中截面预应力钢筋的布置后张法预应力混凝土受弯构件的预应力管道布置应符合公路桥规中的有关构造要求。参考已有的设计图纸并按公路桥规中的构造要求，对跨中截面的预应力钢筋进行初步布置如图4.2.2锚固面钢束布置为了施工方便，全部3束预应力钢筋均锚于于梁端，这样布置符合均匀分布的原则，不仅能满足张拉的要求，而且N1，N2在梁端均弯起较高，可以提供较大的预剪力。4.2.3其他截面钢束位置及倾角计算1) 钢束弯起形状，弯起角及其弯曲半径采用直线段中接圆弧曲线段的方式弯曲，为使预应力钢筋的预加应力垂直作用于锚垫板，N1，N2
35、，N3弯起角均取=8各钢束的弯曲半径为:R=45000mm,R=30000mm,R=15000mm.2) 钢束各控制点位置的确定以N3号钢束为例,其弯起布置如图所示由确定导线点锚距点的水平距离=400=2846mm由确定弯起点至导线点的水平距离=15000所以弯起点至锚固点的水平距离为则弯起点至跨中截面的水平距离为根据圆弧切线的性质，图中弯止点沿切线方向至导线点的距离与弯起点至导线的距离相等，所以弯止点至导线点的水平距离为 故弯止点至跨中截面的水平距离为同理可以计算N1，N2的控制点位置，将各钢束的控制参数汇于下表各钢束的控制要素参数表 表4-1钢束号升高值c（mm）弯起角（）弯起半径R（mm
36、）支点至锚固点的水平距离d（mm）弯起点距跨中截面水平距离x（mm）弯止点距跨中截面水平距离（mm）N116108450001565956858N2900830000256679610972N35008150003121047128353) 各截面钢束位置及其倾角的计算仍以N3号钢束为例计算钢束上任一点I离梁底距离及该处钢束的倾角，式中a为钢束弯起前其重心至梁底的距离，a=100mm；c为I点所在的计算截面处钢束位置的升高值。计算时，首先应判断出I点所在处的区段，然后计算c及，既当（）时，I点位于直线段还未弯起，c=0，故a= a=100mm；=0当（）时，I点位于圆弧弯曲段，c及按下式计算，
37、即 =当（）时，I点位于靠近锚固端的直线段，此时=8，c按下式计算，即:各截面钢束位置a及其倾角计算值详表 表4-2计算截面钢束编号（mm）（mm）（）（mm）=c（mm）a= a+ c（mm）跨中截面（I-I）0N15956263为负值，钢束尚未弯起00100N267964176N3107472088L/4截面10630mmN15956263（）8481581N267964176（）=3690.7052102N3107472088为负值，钢束尚未弯起00100变化点截面II-II10630mmN15956263（）89681068N267964176（）=38347.342246346N31
38、07472088为负值，钢束尚未弯起00100支点截面14330mmN15956263（）814881588N267964176（）8764864N3107472088（）83564564) 钢束平弯段的位置及平弯角N1，N2，N3三束预应力钢绞线在跨中截面布置在同一水平面上,而在锚固端三束钢绞线则都在肋板中心线上,为实现钢束的这种布筋方式,N2,N3在主梁肋板中必须从两端平弯到肋板中心线上,为了便于施工中布置预应力管道, N2,N3在梁中的平弯采用相同的形式,其中平弯位置如下图所示.平弯段有两段曲线弧,每段曲线弧的弯曲角为跨中截面中心线N2,N3钢束平弯示意图（尺寸单位mm）4.3非预应力钢筋截面积估
