常宁回水湾至荫田公路5合同段回水湾段桥梁毕业设计

毕业设计新乡学院09土木交通方向桥梁优秀毕业设计第1章 工程概况1.1工程概述常宁至衡阳公路是位于湖南省常宁市境内省道1811线的重要段落，本设计路段为常宁回水湾至荫田公路5合同段回水湾段。常宁大桥是回水湾至荫田公路上的最大的一座桥，位于常宁二大桥下游八公里处，该桥位于常宁市宜水区新田村宜水河干流处，为多孔跨径不通航大桥。1.2 技术标准设计荷载：公路I级；桥面净空：双幅桥，净-11m+人行道1.50米；设计流量：2000；平均流速：2.20；设计洪水频率：100年一遇,桥下不通航。1.3 工程地质条件拟建场地地处河海冲淤积平原区，第四纪堆积约25m厚，基底为中粒花岗岩，地基土类型多，变化大，土质不均，工程地质条件复杂。详细地质分布由上至下如下：1、填土：灰色，灰黄色，稍松稍密，稍湿湿，成分以粘性土为主，含有中粗砂，瓦砾及碎石块等，土质不均。本层东西岸均有分布，层厚1.4-2.0m，堆积时间大于15年之久。2、粘土：灰黄色，褐黄色，湿饱和，软可塑可塑，成分以粘土为主，含氧铁结核，此层ZK2孔被填土替代缺失，ZK4孔为耕植粘土0.3m厚，层厚0.3-3.2m。3、淤泥质土：灰色，青灰色，软流塑，饱和，由淤泥质粘土、淤泥质亚粘土组成。但是，ZK4孔一带中上部为淤泥，下部为淤泥质土，中混10-15%的粉细砂及少量有机质，含腐殖物，具腐臭味。该层东西岸均有分布，层厚4.1-6.0m。4、含泥中细中粗砂夹淤泥质土、砂质粘土层：含泥中细粗砂：灰色，灰黄色，稍密，饱和，北岸中粗砂为主，西岸中细砂为主含砾卵石（直径0.5-5cm），泥质含量约10-20%，该层于ZK3孔，10-11.7m相变为稍密状砂粒卵石；于ZK2、ZK3、ZK4孔一带中部夹软流塑淤泥质土厚约1-2m；于ZK4孔一带中下部夹2m厚之可塑状砂质粘土。全层总厚度5.35-6.40m，纯砂厚3.5-6.5m。5、砂卵石：黄色，灰黄色，稍密，饱和，由卵石，沙砾组成，卵石直径2-6cm，个别大于10cm，呈亚圆状，成分为中风化凝灰熔岩，分选性较差，磨圆度中等，卵石含量30-60%，泥质含量约10-15%。砂泥充填，该层东西岸均有分布，层厚4.10-7.15m。6、残积质粘性土：褐黄色，灰白色，黄白色，饱和，可塑硬塑，母岩为中粒结构花岗岩，此层由粘性土，石英砂，云母片等组成，原岩结构大部已破坏，该层东西岸均有分布，层厚3.30-5.10m。7、强风化花岗岩：褐黄色，黑夹白色，硬塑，由长石、石英、云母片及暗色矿物组成，中粒结构，呈砂砾状，矿物已显著变化，岩芯易碎成半土半岩，钻进时有“咔嚓”声，该层东西岸均有分布，层厚3.5-5.7m。8、中风化花岗岩：灰白色，黑夹白色，坚硬，岩芯呈碎块状，裂隙发育，中粒结构，矿物成分基本未变，该层东西岸均有分布，层厚0.4-1.1m。9、微风化花岗岩：墨黑夹白色，灰白色，坚硬，中粒结构，块状构造，裂隙中等发育，岩芯完整，呈短柱状，本层东西岸均有分布，该层钻孔最大控制厚度为6m。1.4 岩土层物理力学指标统计表表1-1 岩土层物理力学指标统计表层号土名土工试验标贯测试重力动探测试天然含水量w（%）天然容重g(kN/m3)天然孔隙比e液性指数II内聚力C(kPa)内磨擦角f(°)压缩模量Ee1-2（MPa）击数N63.5值(修正值)击数N63.5值(修正值)2粘土43.2181.180.7134.416.14.023淤泥质土44.47517.21.2391.539.051.72.4434中细中粗砂8.8265砾卵石9.4486残积质粘性土25.418.70.820.1521.5326.134.55722.631.5 地基承载力表表1-2 地基承载力表层号土名状态地基土标准承载力fk（kPa）压塑模量Ee1-2（MPa）冲钻孔灌注桩桩周土摩擦力极限承载力（kPa）桩端极限承载力（kPa）1填土松散稍密80-90252粉质粘土软缩可塑1003303淤泥质粘土软流塑50-701.5-2.512-144含泥中细中粗砂稍密110-1603.920-404-1淤泥质土软流塑70-802.54-2砂质粘土可塑18065砾卵石稍密380-40070-804.06残积质粘性土硬塑220-2504.5-5.5502.0-2.47强风化花岗岩硬塑500-550604.0-4.58中风化花岗岩坚硬1500-1600909微风化花岗岩坚硬8000-900012016.0-18.01.6 工程地质评述桥基持力层及基础类型：拟建场地地基土由人工填土（厚1.4-2.0m）、河漫滩相可塑状粘土层（厚0.3-3.2m）、海相高压缩性淤泥质土（厚4.1-6.0m）、含泥中细中粗砂（厚5.35-6.4m）、河床相稍密状砾卵石（厚4.10-7.15m）、残积质粘性土（厚3.30-5.10m）、强风化花岗岩（厚3.5-5.7m）、中风化花岗岩（厚0.4-1.1m）、微风化花岗岩组成。上部：填土呈稍松稍密状，均匀性差；粘土层厚度变化大，中压塑性；淤泥质土流塑状，高压塑性，承载力低；含泥中细中粗砂饱和可液化砂土均不具备天然持力层条件。中部：砾卵石层分布稳定，工程性能差，强透水性，无下伏软弱土层，低压塑性，承载力高；残积质粘性土工程性质较好，承载力较大。下部：强风化花岗岩，微风化花岗岩层厚大，其中微风化花岗岩饱和单轴极限抗压强度高，为115.49-136.40Mpa，是桥基良好的桩端持力层。鉴于中风化花岗岩上覆地基土土质不均，桥梁竖直荷载大，加之风力、地震力水平荷载作用，桩基承受一定的上拔作用，为减少桩基沉降差异，确保桩基稳定性，建议桩基持力层选用微风化花岗岩。1.7 河床横断面表1-3 河床横断面桩 号标 高（m）桩 号标 高(m)0+0002.800+110-2.600+0101.700+120-2.900+046.600.200+134.60-1.100+057.60-2.600+166.400.300+070-2.950+1802.600+080-2.60常水位1.050+090-3.10设计水位5.100+100-2.80桥面设计标高8.10标高高程以黄海为基准面第2章 水文计算和方案比选2.1 水文计算2.1.1水文地质条件该桥梁拟建场地地处河海冲淤积平原区，第四纪堆积约25m厚，基底为中粒花岗岩，地基土类型多，变化大，土质不均，工程地质条件复杂。2.1.2岸坡稳定性分析拟建场地东西两岸，经河流上、下游两条断面图实测结果，岸坡陡直，坡角85-90度。但是，东岸ZK2孔一带岸坡相对较缓，坡角约45度。根据东岸ZK1、西岸ZK4孔按条分法、圆弧法计算，ZK1孔按坡身园设定，其稳定安全系数Ks=0.635；ZK4孔按坡身园、坡角园设定，安全系数分别为0.463，0.909，均属不稳定岸坡。计算的安全系数系指自然岸坡状态，倘若顾及地震作用、动水力作用更加不稳定，故应采取护坡措施。2.1.3水文资料根据外业收集资料及计算知，桥位处天然河槽平均流速为2.20，设计流量为2000，桥位断面如图3-1所示。初步拟定上部结构采用标准跨径为40m（桥墩中心间距）的预应力钢筋混凝土简支梁，墩宽为1.2m。2.1.4确定桥长及桥跨布置图2-1 桥跨布置图解：用过水面积法计算，其中各系数如下：1、根据公路桥涵设计规范冲刷系数表得到山区河段冲刷系数：2、涡流阻水系数为：3、桥墩阻力系数为：4、所需桥下毛过水面积计算值：5、参照图3-1，采用4×40m桥跨，将二岸桥台置于K0+010，K0+170处，计算得桥下实有毛过水面积为805.2m2，略大于计算值，可以采用。6、确定采用的桥孔净长：2.2 方案比选2.2.1 桥梁结构方案比选2.2.1.1 比选方案的主要标准桥梁的形式以及前面的地质资料、水文计算可考虑简支梁桥、悬臂梁桥、T形钢构桥和斜拉桥作比较。从实用、安全、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。2.2.1.2 桥梁设计原则（1）实用性桥梁必须实用，要有足够的承载能力，能保证行的畅通、舒适和安全；既满足当前的需要，又考虑今后的发展；既满足交通运输本身的需要，也要考虑到支援农业，满足农田排灌的需要；通航河流上的桥梁，应满足航运的要求，考虑综合利用；桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证其设计基准期内正常使用，并便于检查和维修；桥梁还应考虑在战时适应国防的要求；在特定地区，桥梁不定期应满足特定条件下的特殊要求（如地震）。（2）舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。（3）经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合考虑到工程造价及将来的养护和维修等费用。（4）先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。（5）美观一座桥梁，尤其是坐落于城市之上的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。但应注意合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，不应把美观片面的理解为豪华的装饰。2.2.1.3 桥梁的综合评估（1）简支梁桥梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：a、混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；b、结构造型灵活，可模性好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；c、结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；d、结构的整体性好，刚度较大，变性较小；e、可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；f、结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；g、预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；h、预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。（2）悬臂梁桥悬臂梁桥一般做成双悬臂式结构，中间跨径为8m10m，两端伸出的悬臂长度约为中间跨径的0.3倍，板在跨中的厚度约为跨径的1/141/18，在支点处的板厚要比跨中的加厚30%40%。悬臂端可以直接伸到路堤上，不用设置桥台。为了使行车平稳顺畅，两悬臂端部都设置搭板与路堤相衔接。但在车速较高，荷载较重且交通量很大时，搭板容易损坏，从而导致车辆在从路堤上桥时对悬臂的冲击，故目前较少使用。（3）T形钢构桥T形钢构桥一种具有悬臂受力特点的梁式桥。从墩上伸出悬臂，跨中用剪力铰或简支挂梁组合而成，因墩上在两侧伸出悬臂，形同T字，故称此名。由于悬臂施工方法的突出的优点，预应力T型钢构桥的近十年来得到了较快的发展，成为大跨径桥梁中广泛采用的结构形式之一，跨径从60米至170米。预应力混凝土T型钢构桥现在得到了广泛的推广和应用。T形钢构桥块件预制时，逐块密贴，拼装接缝由纯干接缝改进为胶结，使之更为安全可靠。预制构件可采用工厂或工地预制，上下部施工可同时进行。由于张拉前砼有足够强度，预应力损失少，长期挠度可减少，质量容易控制，几乎不受气温影响，速度快，施工期短。T形钢构桥有所需场地大，运输与安装设备较多，预制需要有很高的精确度，施工非常困难等缺点。2.2.1.4 方案编制（1）悬臂梁桥图2-2 方案比选图悬臂梁桥（2）T型钢构桥图2-3 方案比选图T型钢构桥（3）简支T型梁桥图2-4 方案比选图简支T型梁桥2.2.1.5 方案比选表2-1 案比选表 桥型性质悬臂梁桥T形刚构桥预应力混凝土简支T形梁桥适用性1桥墩上为单排支座，可以减小桥墩尺寸；2主梁高度可较小，降低结构自重，恒载内力减小。超静定结构容易受温度、混凝土收缩徐变作用、基础不均匀沉降等影响，容易造成行车不顺1施工方便；2适合中小跨径；3结构尺寸标准化。安全性1在悬臂端与挂梁衔接处的挠曲线折点不利行车；2梁翼缘受拉，容易出现裂缝，雨水浸入梁体成为安全隐患。建国初期大量采用目前国内大量采用，安全，行车方便。美观性做成变截面梁较漂亮。结构美观结构美观经济性支架昂贵维修费用高。造价较低工期较短造价第二用钢量大。纵观桥梁的发展，悬臂梁桥已经基本不采用，由于是跨线桥，跨度不大，斜拉桥一般用于大跨度的跨海、跨河大桥，T形钢构桥多用于高墩建设，以及经过上述方案的比较，决定采用预应力混凝土简支T形梁桥。2.2.2桥梁截面形式比选桥梁截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、空心矩形板（梁）、T型梁等可采用的梁型。 （1）T型梁截面T型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟，跨越能力大，施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状，景观效果差。同时，其帽梁虽较槽型梁方案短些，但较其他梁型长，预制在吊装实施过程存在着与其他预制梁同样的问题。（2）简支组合箱梁截面结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低。也可在施工现场设置预制场地预制箱梁，成型后直接用吊车起吊安装。桥面板需要现浇施工,增加现场作业量，工期也相应延长。（3）空心矩形板（梁）截面无论对钢筋混凝土还是预应力混凝土装配式板桥来说，跨径增大，实心矩形截面就显得不合理。因而将截面中部部分挖空，做成空心板，不仅能减小自重，而且对材料的充分利用也是合理的。钢筋混凝土空心板目前使用范围在616m。空心板较同跨径的实心板重量小，运输安装方便，而建筑高度又较同跨径的T梁小，因此目前使用较多。相应于这些跨径的板厚，对于钢筋混凝土板为0.40.8m。空心板桥有形状简单，施工方便，建筑高度小等优点，因而在使用较广泛。相比之下，T型梁截面桥有形状简单，施工方便，建筑高度小等优点，因而在使用较广泛，且施工技术成熟，造价适中。因此，结合工程特点和施工条件，选择T型梁截面板（梁）。T型梁截面板（梁）截面图如图2-5所示。图2-5 T型梁截面2.2.3桥墩方案比选桥墩类型有重力式实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和拼装式桥墩。（1）重力式实体桥墩重力式实体桥墩主要依靠自身重力来平衡外力保证桥墩的稳定，适用于地基良好的桥梁。重力式桥墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，截面尺寸及体积较大，外形粗壮。（2）柱式桥墩柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁和立交桥及中小跨度铁路旱桥中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好。（3）轻型桥墩轻型桥墩适用于小跨度、低墩以及三孔以下（全桥长不大于20m）的公路桥梁。轻型桥墩可减少圬工材料，获得较好的经济效益。在地质不良地段、路基稳定不能保证时，不宜采用轻型桥墩。由上面可知，根据本桥所处位置地质条件非常差，基础埋深较大的特点，柱式桥墩是最合适的墩型，与本工程的要求非常吻合。所以选择柱式桥墩。桥墩形式如图3-7所示。图26 柱式桥墩第3章 上部结构的计算3.1设计资料及构造布置3.1.1设计资料1、标准跨径及桥宽标准跨径：40m；主梁全长：39.96m；计算跨径：39.08m；桥面净空：双幅桥，净-11m+人行道1.5m。2、设计荷载公路I级，人群荷载3.0kN/ m2 ，车道荷载，集中荷载。3、材料及工艺混凝土：主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C25。预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）的s15.24钢绞线，每束7根，全梁配7束，。普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均用R235钢筋。按张法施工工艺制作主梁，采用内径50mm、外径57mm的预埋金属波纹管和夹片锚具。4、设计依据（1）、交通部颁公路工程技术标准（JTG B012003），简称“标准”；（2）、交通部颁公路桥涵设计通用规范（JTG D602004），简称“桥规”；（3）、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”。5、基本计算数据（见表3-1） 表3-1 基本数据计算名称项目符号单位数据混凝土立方强度弹性摸量轴心抗拉标准强度MPaMPaMPa503.45×1042.65（续）名称项目符号单位数据混凝土轴心抗压设计强度轴心抗拉设计强度MPaMPa22.41.83短暂状态容许压应力容许拉应力0.70.7MPaMPa20.721.757持久状态标准荷载组合：容许压应力容许主压应力短期效应组合:容许拉应力容许主拉应力0.50.60.6MPaMPaMPaMPa16.219.4401.59s15.24钢绞线标准强度弹性摸量抗拉设计强度最大控制应力Ep0.75MPaMPaMPaMPa18601.95×10512601395持久状态应力：标准荷载组合0.6MPa1209材料容重钢筋混凝土沥青混凝土钢绞线KN/m3KN/m3KN/m325.023.078.5钢束与混凝土的弹性模量比无量纲5.653.1.2横截面布置1、主梁间距与主梁片数此桥梁要求设计六车道，考虑桥梁较宽，为了增强桥梁的整体性和改善行车条件，采用双幅桥面设计。（横断面布置如图3-1）主梁间距通常应随梁高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指标很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。本设计中翼板宽度中主梁为220cm，边主梁为210cm。由于宽度较大，为板正桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，宽度为40cm，因此主梁的工作截面有两种：预施应力、运输、吊装阶段的小截面（bi=160cm）和运营阶段的大截面（bi=220/210cm）。净-11m+人行道1.5m的桥宽选用六片主梁，如图3-1所示。注：本设计中考虑混凝土强度达到混凝土设计强度的75%时开始张拉预应力钢束。和分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则：，。2、主梁跨中截面主要尺寸拟订（1）主梁高度预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25，标准设计中高跨比约在1/181/19。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束的用量，同时梁高增加一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，本算例中取用200cm的主梁高度是比较合适的。（2）主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计中预制T梁的翼板边缘厚度取用15cm，翼板根部加厚到20cm，以抵抗翼缘根部较大的弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于梁高的1/15。本设计中取腹板厚度为20cm。为了满足布置预应力束筋及承受张拉阶段压应力的要求，应将梁的下缘扩大做成马蹄形。马蹄的尺寸大小应满足预施应力各个阶段的强度要求。个别桥由于马蹄尺寸过小，往往在施工和使用中形成水平纵向裂缝，特别是在马蹄斜坡部分。因此马蹄面积不宜过小，一般应占到截面总面积的10%20%为合适。本设计中考虑到主梁需要配置较多的预应力钢束，将钢束按三层布置，一层最多排两束，同时根据“公预规”9.4.9条对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为40cm，高度30cm，马蹄与腹板交接处作三角形过渡，高度10cm，以减小局部应力。按照以上拟订的外形尺寸，就可绘制出预制梁的跨中截面图（见图3-1）图3-1 纵横断面图（尺寸单位：cm）（3）计算截面几何特征将主梁跨中截面分成五个规则图形的小单元，如图3-2，截面几何特性列表计算见表3-2。 图3-2 横断面（尺寸单位：mm）按公路桥规规定，T形截面梁受压翼缘有效宽度，取下列三者中的最小值：简支梁计算跨径的,即相邻两梁的平均间距，对于中梁为式中b为梁腹板宽度，为承托长度，这里为受压区翼缘悬出板的厚度，可取跨中截面翼板厚度的平均值，即 。所以有所以，受压翼缘的有效宽度取在工程计算中，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： 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边的距离。主梁跨中截面的全截面几何特性如表3-2所示。 表3-2 跨中截面全截面几何特性分块号分块面积 大毛截面(续)分块号分块面积 大毛截面合计小毛截面(续)分块号分块面积 小毛截面合计（4）检验截面效率指标上核心距：下核心距:截面效率指标：表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。3、横截面沿跨长的变化如图3-1所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变。梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端214cm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。马蹄部分为配合钢束弯起而从六分点附近开始向指点逐渐抬高，在马蹄抬高的同时腹板宽度亦开始变化。3.1.3横隔梁的设置在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道横隔梁；当跨度较大时应设置较多的横隔梁。本设计在桥跨中点、三分点、六分点、支点处设置七道横隔梁。中横隔梁间距为651cm，边横隔梁为652cm。端横隔梁的高度与主梁高度相同，厚度为16cm；中横隔梁的高度为190cm，厚度为18cm。祥图见图3-1和3-2所示。3.2主梁作用效应计算根据上述桥跨结构纵、横截面的布置，并通过可变作用下的桥梁荷载横向分布计算，可分别求得各主梁控制截面（跨中、四分点、支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。3.2.1永久作用效应计算1、恒载集度（1）预制梁自重a、按跨中截面计，主梁的恒载集度：边跨： 中跨：b、由于马蹄抬高形成四个横置的三棱柱，折算成恒载集度为：c、由于腹板加厚所增加的重量折算成恒载集度为：d、边主梁的横隔梁中横隔梁体积：端横隔梁体积：故：e、预制梁恒载集度： 中主梁： 边主梁：（2）二期恒载集度a、T梁翼板现浇部分恒载集度：b、现浇部分横隔梁恒载集度：一片中横隔梁（现浇部分）体积： 一片端横隔梁（现浇部分）体积： 故：c、铺装本设计取桥面横向排水坡度为：1.5%，则桥面铺装层平均厚度为16.25cm，其中：11.25cm的混凝土铺装层5cm沥青铺装平均摊给6片主梁：d、栏杆一侧人行栏杆：一侧安全护轮带：平均摊给6片主梁，则：e、二期恒载集度：如图3-3所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令图3-3永久作用计算图主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： 表3-3 恒载内力计算见跨 中四 分 点支 点一期边主梁弯矩4619.923464.940剪力0236.43472.87中主梁弯矩4333.563250.170剪力0221.78443.56二期弯矩2021.881516.410剪力0103.47206.95边主梁弯矩6641.804981.350剪力0339.91679.82中主梁弯矩6355.444766.580剪力0325.25650.513.2.2可变作用效应计算（刚性横梁法）1、冲击系数和车道折减系数按桥规4、3、2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构的基频。简支梁桥的基频可以采用下列公式估算公式计算：公路I级荷载冲击系数 式中 结构的计算跨径（m） 结构材料的弹性模量(N/m2)_ 结构跨中截面的截面惯矩(m4) 结构跨中处的单位长度质量(kg/m) 结构跨中处每延米结构重力（N/m） 重力加速度，g=9.81(m/s2)已知: ； 其中： 根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为：按“桥规”4.3.1条，当车道大于两车道时，需要进行车道折减，三车道折减22%，四车道折减33%，但折减后不得小于用两行车队布载的计算结果。本桥按三车道设计，因此在计算可变作用效应时需进行车道折减。2计算主梁的荷载横分布系数(1)、跨中的荷载横分布系数本桥跨内设有五道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承重结构的长宽比为： 又因为本桥每跨均设置7道横隔梁，具有可靠的横向联系。所以可按刚性横梁法可绘制横向影响线和计算横向分布系数a、计算主梁抗扭惯矩图3-4示出了的计算图示，的计算出表3-4。对于T形梁截面，抗扭惯矩可近似按下式计算：式中：和相应为单个矩形截面的宽度和高度；矩形截面抗扭刚度系数；梁截面划分为单个矩形截面的个数。对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：马蹄部分的换算平均厚度：图3-4 计算图示（尺寸单位：mm）表3-4 计算表分块名称翼缘板腹板马蹄b、计算抗扭修正系数本桥主梁的间距相差不大，同时将主梁近似看成等截面，则得：式中：计算得：c、按修正的刚性横性梁法计算横向影响线竖坐标值：式中： 计算所得的值列于表5-5内。表5-5 各梁的梁号1(6)0.51970.38240.23860.0948-0.0491-0.18632(5)0.38240.29850.21060.12270.0348-0.04913(4)0.23860.21060.18130.15200.12270.0948d、计算荷载横向分布系数1号梁跨中的横向分布影响线和最不利布载图示如图3-5所示。图3-5号梁跨中的横向分布系数mc计算图示(尺寸单位：mm）公路I级：三车道： 二车道：故取汽车荷载的横向分布系数为：,人群荷载：。2号梁跨中的横向分布影响线和最不利布载图示如图3-6所示。图3-62号梁跨中的横向分布系数mc计算图示(尺寸单位：mm）公路I级：三车道： 二车道：故取汽车荷载的横向分布系数为：人群荷载：3号梁跨中的横向分布影响线和最不利布载图示如图3-7所示。图3-73号梁跨中的横向分布系数mc计算图示(尺寸单位：mm）公路I级：三车道： 二车道：故取汽车荷载的横向分布系数为：人群荷载：(2)、支点的荷载横分布系数，支点截面的荷载横向分布系数用杠杆原理法求。各梁支点截面的横向分布影响线和最不利布载图示如图3-8所示。图3-8 各梁支点截面的横向分布系数mc计算图示(尺寸单位：mm）1号梁支点截面的横向分布系数计算如下：公路I级：人群：2号梁支点截面的横向分布系数计算如下：公路I级：人群：3号梁支点截面的横向分布系数计算如下：公路I级：人群：(3)、横向分布系数汇总（见表3-6）表3-6 各梁横向分布系数梁号荷载类别1(6)汽车人群2(5)汽车人群3(4)汽车人群 3、车道荷载的取值根据“桥规”4.3.1条，公路I级的均匀荷载标准值 和集中荷载标准值为： 计算集中力值时： 计算剪力时： 4、计算可变作用效应在可变效应计算中,对横向分布系数的取值作好以下的考虑：支点处的横向分布系数取mo，从支点到第一根横梁段，横向分布系数从mo直线过渡到mc，其余梁段均取mc.(1)、求跨中截面的最大弯矩和剪力a、计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力时采用加载求可变作用效应，图3-7示出跨中截面作用效应计算图式，以及各梁的横向分布图。图3-7（1）跨中截面作用效应计算图示图3-7（2）各梁横向分布系数b、计算四分之一点截面的弯矩和剪力的计算图示，如图3-8；图3-8四分之一截面作用效应计算图c、计算支点截面的剪力的计算图示，如图3-9。图3-9支点截面作用效应计算图d、计算跨中截面和四分之一截面的最大弯矩采用直接加载求活载内力，计算公式为：不计冲击 冲击效应 不计冲击 冲击效应 式中： 所求截面的弯矩或剪力；车辆冲击系数；车道折减系数；车道均布荷载标准值；影响线上同号区段的面积；主梁跨中荷载横向分布系数；车辆荷载的轴重；沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值。表37 公路-I级荷载产生的弯矩梁号内力内力值1(6) 0.62901.141316.210.59.77190.913655.790.62901.141316.210.57.33143.182742.392(5)0.47721.141316.210.59.77190.912773.510.47721.141316.210.57.33143.182080.553(4)0.39781.141316.210.59.77190.912312.040.39781.141316.210.57.33143.181734.37表38 公路I级荷载产生的剪力梁号内力内力值1(6)0.62901.141316.210.50.7510.99253.022(5)0.47721.141316.210.50.7510.99191.963(4)0.39781.141316.210.50.7510.99160.02表39 人群荷载产生的弯矩梁号内力内力值1(6)0.57943.0190.91331.840.57943.0143.18248.882(5)0.38643.0190.91221.300.38643.0143.18165.973(4)0.23983.0190.91137.340.23983.0143.18103.00表310 人群荷载产生的剪力梁号内力内力值1(6)0.57943.010.9919.102(5)0.38643.010.9912.743(4)0.23983.010.997.91e、计算活载剪力应计入横向分布系数沿桥跨变化的影响，通常分两步进行，即分跨中剪力和支点剪力计算。表311 公路I级荷载跨中产生的剪力梁号内力内力值1(6)0.6290316.210.50.54.8851.141150.282(5)0.4772316.210.50.54.8851.141114.013(4)0.3978316.210.50.54.8851.14195.04表312 人群荷载产生的跨中剪力梁号内力内力值1(6)0.57943.04.8858.492(5)0.38643.04.8855.663(4)0.23983.04.8853.51支点剪力计算图示如图3-10，计算公式：式中： 相应于某集中活载作用处的横向分布图纵坐标;相应于某集中活载作用处的剪力影响线图坐标；相应于某集中活载的数值；图3-10（1） 支点剪力计算图示图3-10（2） 各梁横向分布系数图示1(6)号梁：公路I级荷载（汽车）在支点处产生的标准剪力： 公路I级荷载（汽车）在支点处产生的冲击剪力：人群荷载产生的剪力： 2(5)号梁：公路I级荷载（汽车）在支点处产生的标准剪力： 公路I级荷载（汽车）在支点处产生的冲击剪力：人群荷载产生的剪力： 3(4)号梁：公路I级荷载（汽车）在支点处产生的标准剪力： 公路I级荷载（汽车）在支点处产生的冲击剪力：人群荷载产生的剪力： 3.2.3 主梁作用效应组合按 桥规4.1.64.1.8条规定，根据可能同时出现的作用效应应选择了三种最不利效应组合：短期组合、标准组合和承载能力极限状态基本组合，见表3-13。表3-13 主梁作用效应组合梁号序号荷载类别跨中截面四分点截面支点截面(1)第一期恒载4619.9203464.94236.43472.87(续)梁号序号荷载类别跨中截面四分点截面支点截面(2)第二期恒载2021.8801516.41103.47206.95(3)总恒载=(1)+(2)6641.8004981.35339.90679.82(4)人群331.848.49248.8819.1048.83(5)公路-I级3204.02131.712403.50221.75186.37(6)冲击作用3655.79150.282742.39253.02212.65(7)标准组合=(3)+ (4)+ (6)10629.43158.777972.62612.02941.30(8)短期组合=(3) +0.7(5)+ (4)9216.45100.696912.68514.23859.11(9)极限组合=1.2(3)+1.4(6)+1.4(4) 0.813552.84222.2810165.40788.851181.86(1)第一期恒载4333.5603250.17221.78443.56(2)第二期恒载2021.8803032.83103.47206.95(3)总恒载=(1)+(2)6355.4404766.58325.25650.51(4)人群221.305.66165.9712.7427.61(5)公路-I级2430.7799.921823.44168.24290.08(6)冲击作用2773.51114.012080.55191.96330.98(7)标准组合=(3)+ (4)+ (6)9350.25119.677013.10529.951009.10(8)短期组合=(3) +0.7(5)+ (4)8278.2875.606208.96455.76881.18(9)极限组合=1.2(3)+1.4(6)+1.4(4) 0.811819.26167.548865.02676.881282.64（续）梁号序号荷载类别跨中截面四分点截面支点截面(1)第一期恒载4333.5603250.17221.78443.56(2)第二期恒载2021.8803032.83103.47206.95(3)总恒载=(1)+(2)6355.4404766.58325.25650.51(4)人群137.343.51103.007.9116.27(5)公路-I级2026.3383.301520.04140.25346.59(6)冲击作用2312.0495.041734.37160.02395.46(7)标准组合=(3)+ (4)+ (6)8804.8298.556603.95493.181062.24(8)短期组合=(3) +0.7(5)+ (4)7911.2161.825933.61431.34909.39(9)极限组合=1.2(3)+1.4(6)+1.4(4) 0.811055.66137.978292.21625.401357.033.3预应力钢束的估算及其布置3.3.1跨中截面钢束的估算和确定根据公预规规定，预应力梁应满足正常使用极限状态的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。以下就跨中截面在各种作用效应组合下。分别按照上述要求对主梁所需的钢束数进行估算，并且按这些估算的钢束数的多少确定主梁的配束。(1).按正常使用极限状态的应力要求估算钢束数，本桥按全预应力混凝土构件设计，按正常使用极限状态组合计算时，截面不允许出现拉应力。对于简支梁带马蹄的T形截面，当截面混泥土不出现拉应力时，则得到钢束数n的估算公式： 式中：持久状态使用荷载产生的跨中截面弯矩标准组合值，按表3-13取用； C1与荷载有关的经验系数，对于公路级，C1取用0.51； 一股715.2钢绞线截面积，一根钢绞线的截面积是1.4cm2,故=9.8cm2。大毛截面上核心距，T梁高为h，为预应力钢束重心对大毛截面重心轴的距离， ，可预先假定，h为梁高，大毛截面形心到上缘的距离，可查表3-2；大毛截面的抗弯惯矩，见表3-2。本桥采用的预应力钢铰线，标准强度为，设计强度为，弹性模量。假设，则钢束数n为(2).按承载能力极限状态估算钢束数：根据极限状态的应力计算图式，受压区混凝土达到极限强度，应力图式呈矩形，同时预应力钢束也达到设计强度，钢束数n的估算公式为 式中 承载能力极限状态的跨中最大弯矩组合设计值，按表3-13取用；经验系数，一般采用0.750.77,本桥采用0.77。则根据上述两种极限状态所估算的钢束数量在8根左右，故取钢束数n=8。3.3.2预应力钢束布置 （1）跨中截面及锚固端截面的钢束布置1） 对于跨中截面，在保证布置预留管道构造要求的前提下，尽可能使钢束群重心的偏心距尽量大。本设计采用内径70mm，外径77mm的预埋铁皮波纹管，根据“公预规”9.1.1规定，管道至梁底和梁侧净距不应小于3cm及管道直径的1/2。根据“公预规”9.4.9条规定，直线管道的净距不应小于40mm，且不宜小于管道直径的0.6倍；对于预埋的金属或塑料波纹管和铁皮管，在竖直方向可将两管道叠置。根据以上规定，跨中截面的细部构造(如图4-11a)所示。由此可直接得出钢束群重心至梁底距离为，如图3-11a所示。则钢束群重心到梁底距离为图3-11 钢束布置图(单位:mm)2）为了方便操作，将所有钢束都锚固在梁端面。对于锚固端截面，应使预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心，使截面均匀受压，而且要考虑锚具布置的可能性，以满足张拉操作方便的要求。在布置锚具时，应遵循均匀、分散的原则。锚固端截面布置的钢束如图3-11b所示，钢束群重心至梁底距离为为核算上述布置的钢束群重心位置，需计算锚固端截面几何特性。图3-12示出计算图式，锚固端截面特性计算见表3-14所示。其中：故计算得：，说明钢束群重心处于截面核心范围内。图3-14钢束重心位置复核图示表3-14 锚固端截面特性计算分块名称（1）（2）（3）=（1）（2）（4）（5）（6）（7）=（4）+（6）翼板33007.5247506187567.4715022262.9715084137.97角承托306.616.164954.66326.7758.811060411.71060738.47腹板7400107.579550021105416.67-32.537830686.6628936103.3311006.6825204.6645080979.77（2）钢束起弯角和线形的确定在确定钢束起弯角时，既要照顾到由其弯起产生足够的竖向预剪力又要考虑到所引起的摩擦预应力损失不宜过大。为此，本设计将端部锚固端截面分成上、下两部分（见图3-14），上部钢束的弯起角度定为15度；下部钢束弯起角度定为7度；预应力钢筋在跨中分为五排。为简化计算所有钢束布置的线形均为直线加圆弧。（3）钢束计算1）计算钢束起弯点至跨中的距离锚固点到支座中心线的水平距离(见图3-15)为：(可在CAD图中测量得)图3-16示出钢束计算图式，钢束起弯点至跨中的距离列表计算在表3-15内。表3-15 钢束起弯点至跨中距离计算表钢束号起弯高度31.1512.1918.9610099.2572544.06310.041571.7963.4512.1951.2610099.2576877.40838.141038.78101.1525.8875.2710096.59152208.95571.72