土木工程专业（道路桥梁方向）毕业论文西柏坡高速公路跨南水北调工程桥梁设计

题 目西柏坡高速公路跨南水北调工程桥梁设计（公路-I级）Design of Water Transfering South-to-North Project Bridge on Xibaipo Expressway (Highway-I level)124摘 要摘 要本设计是西柏坡高速公路跨南水北调工程的桥梁设计。本桥要求采用双幅分离式桥；单幅桥面宽16.25米；安全等级为一级；设计车速为100km/h等。本设计本着“安全、经济、美观、实用”的八字原则以及设计要求和地质情况初步拟定了以下三个方案：1、预应力连续箱梁桥2、钢管混凝土抛物线型拱拱桥3、钢管混凝土圆弧型拱拱桥。最后从施工等多方面考虑比较确定预应力连续箱梁桥为最终方案。连续梁桥是工程上广泛使用的一种桥型，它不但具有可靠的强度，刚度及抗裂性，而且具有行车舒适平稳，养护工作量小，设计及施工经验成熟的特点。设计一座桥梁必须从桥跨布设，尺寸拟定，钢束布置以及施工方法等方面综合考虑，还要充分考虑设计参数和环境影响。本设计是主跨采用三跨一连连续梁桥，截面形式为单箱双室，纵向变截面；施工方式是满堂支架整体现浇。边跨引桥是简支空心板梁桥，采用预制装配式施工方法。桥跨布置为：。下部结构采用板式橡胶支座，三柱式墩，钻孔灌注摩擦桩及重力式桥台。本设计主要阐述了该桥的设计和计算过程。首先进行的是方案比选，对主桥进行总体结构设计，然后对上部结构进行内力、配筋计算，再进行强度、应力及变形验算，最后进行下部结构的计算及验算。具体包括以下几部分内容：1、拟定三个方案；2、桥型方案比选；3、荷载组合；4、配筋计算；5、预应力损失计算；6、截面强度验算；7、截面应力及变形验算；8、下部结构计算及验算。关键字： 预应力混凝土； 连续梁桥 ； 满堂支架 ； 三柱式桥墩 ； 钻孔灌注桩 ； 重力式桥台ABSTRACTThis design is for Water Transferring South-to-North project bridge on Xibaipo expressway. The bridge requires a separate two-piece bridge; single bridge 16.25 meters wide; security level to level; design speed of 100km / h.For the purpose of safety, economy, beauty and practicality, to the assignment of design ,geographic and hydraulic, three different types of bridge are provided for comparison and selection: 1. The continuous prestressed concrete box girder bridge; 2. The parabolic arch concrete filled steel tube (CFST) arch bridge; 3. The circular arch concrete filled steel tube (CFST) arch bridges. Finally, after the comparisons of design and construction, the continuous prestressed concrete box girder bridge is selected.The continuous beam bridge is a kind of bridge type used widely on the project. It not only has a reliable strength, stiffness and cracking, but also has a smooth journey comfortable, conservation work on the design and construction experience of the characteristics of maturity. Design a bridge must be laid across from the bridge-laying, the size of the development, steel beam layout and construction methods. but also give full consideration to the design parameters and environmental impact. This is a design for a three-span continuous bridge, whose cross-section is two-compartment, and changing on the road direction, constructed by pouring on site on full framing. Simply supported edge is hollow cross-bridge approach slab bridge, the use of prefabricated construction methods. The spans of the design are 916m+(48m+60m+48m)+916m.Rubber plate bearing ,bored piles，column piers and gravity abutment are adopted in the substructure of bridge.This essay focuses on the design and calculating process of the bridge. Firstly, compare and choose a best scheme form several bridge types; and make an overall structure design of the main span. Secondly perform the calculation of the internal force and reinforcing bar on the superstructure. Thirdly, check the intensity, stress and deflection. Finally, check the substructure.The main points of the design are as the follows.1. Three different types of bridge;2. Comparison of several bridge types;3. Combination of every kind of load;4. Arrangement of prestressed reinforcing bar;5. Calculation of the prestressed loss;6 .Check of the section intensity;7. Check of the section stress and deflection;8. Check the substructure.Keywords: prestress conctete; continuous bridge; full framing; three-column pier; cast-in-place bored pile; gravity abutment 朗读显示对应的拉丁字符的拼音字典目 录目 录第1章 桥梁设计方案比选1 1.1 概述1 1.2 桥型方案的提出及结构设计2 1.3 方案比选8 1.4 桥梁设计前期方案比选重要性浅析10第2章 预应力混凝土空心板的设计计算12 2.1 设计资料12 2.2 设计要点12 2.3 空心板截面几何特性计算13 2.4 作用效应计算14 2.5 预应力钢筋数量估算及布置25 2.6 换算截面几何特性计算29 2.7 承载能力极限状态计算30 2.8 预应力损失计算33 2.9 正常使用极限状态计算39 2.10 主梁变形验算47 2.11 持久状况应力验算50 2.12 短暂状况应力验算55 2.13 最小配筋率复核60 2.14 铰缝计算61 2.15 行车道板计算65第3章 支座的设计计算72 3.1 选定支座的平面尺寸72 3.2 确定支座的厚度72 3.3 验算支座的偏转73 3.4 验算支座的抗滑稳定性74第4章 盖梁的设计计算75 4.1 桥梁下部结构基本组成及尺寸75 4.2 盖梁荷载及各计算截面应力计算75 4.3 截面配筋设计及承载力校核81第5章 桥墩设计计算85 5.1 荷载计算85 5.2 截面配筋计算及应力计算87第6章 摩擦桩的设计计算89 6.1 荷载计算89 6.2 桩长的确定90 6.3 桩的内力计算91 6.4 桩身截面配筋与承载能力验算94 6.5 墩顶纵向水平位移验算96致谢97参考资料及设计规范98附录99外文资料原件及译文115毕业设计任务120进度表125第1 章 桥梁设计方案比选第1章 桥梁设计方案比选1.1 概述1.1.1 工程概况南水北调中线工程可缓解京、津、华北地区水资源危机，改善供水区生态环境和投资环境，对推动我国中部地区的经济发展具有重大、积极的社会、经济、生态意义。目前西柏坡高速公路跨越段南水北调中线工程已经建成，预计将于2014年投入运营。该段南水北调中线工程穿越现状三环辅路、太平河和石太高速公路段为暗渠，之后向北至石阎路段为明渠。本工程在南水北调中线干渠桩号237+856处跨越，交点坐标为X=4220289.601、Y=537089.410（1954年北京坐标系），干渠为明渠段。明渠设计断面为：渠底度宽11米，渠顶宽级48.75米，马道中线距离约53.75米，堤顶中线距约109.42米，堤外坡脚距离约为126.45米。隔离网之间距离约为149.4米。设计水位为76.225米，加大水位为76.648米。断面图如下：图1-1 河流横断面图1.1.2气候条件路线走廊经过地区为华北平原，地形总体平坦、开阔，村镇密集，河流和渠道纵横交织，偶尔有沟豁及小丘出现。石家庄地处华北平原腹地，北靠京津，东临渤海，西倚太行山，属于暖温带大陆性季风气候，总的气候特点是：春温夏热秋凉冬冷，雨量时空分布不均，干湿期明显。春季气候干燥，降水量少，常有4、5级风，可能伴有扬沙天气，但气温回升比较快；夏季是一年中降水最多的季节，温度较高，一年中最热的月份和降水最多的月份分别为7月和8月，夏季降水量约占全年降水量的65%左右；秋季晴朗少雨，温度适中，气候适宜，是一年中最好的季节；冬季寒冷干燥，降水较少。夏冬季节长，分别为105天、145天，春秋季短，分别为55天、60天。1.1.3地质地震概况拟建工程位于华北平原凹陷。华北地块是一个具有古老构造基底的地台，又是中、新生代构造活动很强烈的地区，地壳运动的主要形式为差异性断块升降运动。设计地震震烈等级7度；设计地震动峰值加速度系数：0.15；设防地震动峰值加速度系数：0.20。勘察部门提供的地质资料如下：表1-1 地质资料表层号岩土名称层底深度（m）fa0 (kPa)桩基设计参数qsik(KPa)（北高庄霍寨段）杂填土0.004.40粉土、粉质粘土10.7012.612045细砂、中砂10.717.018060粉质粘土14.825.315050砂卵石24.838.7350150基岩1.2. 桥型方案的提出及结构介绍1.2.1. 预应力钢筋混凝土连续箱梁桥（1）桥型介绍本桥主跨采用预应力混凝土连续箱梁桥，边跨引桥采用预应力混凝土空心板简支梁桥。预应力混凝土连续箱梁是常用的一种桥梁结构形式，属于超静定体系。其在恒载、活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载作用，使其内力状态比较均匀合理。结构刚度大，变形小，机动性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。并且主跨相应的跨越能力大大增加，便于跨越不便设置墩台的地方。可采用悬臂施工的方法、顶推法等。预应力混凝土空心板预制厂预制，然后吊装，施工速度快。而且预应力板的跨度相对较大，这样就减少了下部结构的工程量。（2）尺寸拟定1）桥跨布置初步确定桥跨布置为,总长444m。布置图如图1-2所示：2）截面尺寸图1-2 梁桥桥跨布置简图（主跨连续、边跨简支）本桥主梁采用等截面连续箱梁，根据资料（a.顶板 箱梁顶板需要满足横向抗弯以及布置预应力钢筋的需求。一般地：在腹板间距为3.57.0m时，顶板厚度可采用 0.180.3m。 b.底板 变高度连续梁底板厚度随负弯矩从跨中到支点逐渐加厚。 跨中底板宜采用 0.250.3m；支点底板厚度一般取梁高的 1/10;c.腹板厚度 腹板厚度除满足受力需求外，还需要满足通过、连接、锚固预应力钢筋的构造需求。腹板厚度一般采用 0.400.80m。通常，中大跨径连续梁支点处腹板较厚，跨中处较薄，对于变高度连续梁折线变化点一般设置在 L/4 附近，变化段长度一般取 36m。d. 悬臂板 悬臂板长度及腹板间距是调节桥面板弯矩的主要手段。悬壁板长度一般为 2.54.5m,悬臂端部厚度一般取 0.160.20m，悬臂根部厚度一般为 0.40.6m。）截面细部构造如图1-3：图1-3 箱梁截面细部尺寸图（上图为跨中截面、下图为支点截面）引桥空心板梁截面尺寸根据规范选取如图1-4所示：（3）下部结构图1-4 空心板梁截面尺寸图（左图：中间板，右图：边板）桥墩采用柱式桥墩，桥台采用U型桥台。（4）施工方案本方案中：连续箱梁采用悬臂浇筑法施工，板梁采用吊装组拼施工。（5）材料用量估算箱梁、空心板梁均采用C50混凝土等等，具体材料明细见表1-2 方案一材料用量统计：表1-2 方案一材料用量统计方案一材料用量汇总表混凝土C30混凝土(m3)C40混凝土(m3)C50混凝土(m3)5581580223685钢筋（kg）预应力钢绞线HRB400HRB33517标准型-15.2-1860-II-GB/T 5224-1995 钢绞线282825222016121081835792210501697508098527577227484125561423928714930245其他构件支座(个)波纹管(m)锚垫板锚具定位钢板(kg)1072+326348120个120组6904桥面铺装沥青混凝土(m3)C40防水混凝土(m3)混凝土垫层(m3)609.4541.7389.31.2.2.钢管混凝土抛物线拱桥（1）桥型介绍钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而能显著提高混凝土的抗压强度由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。本方案具体细节介绍如下：1）该方案采用钢管混凝土拱桥，矢跨比采用1：4。2）本方案根据渠、堤断面情况主跨采用五跨拱桥，跨境布置为17.5+60+60+60+17.5米；两侧边跨引桥仍然采用16米跨境的预应力空心板梁桥，每侧5跨。3）主线采用抛物线拱。若单位以cm记，以一端为起点则轴线方程为Y=-X26000 +X。4）17.5m跨，曲线方程：Y=-X25946.5+0.572X。5）材料选定：a、钢管（拱肋钢管、联系钢管）均采用B级Q345号钢。拱肋钢管采用卷制焊接管，钢管拱肋节段采用对接焊缝，符合建筑钢结构规范的一级焊缝标准。b、管内混过凝土采用C50。c、钢管混凝土拱桥中的立柱，采用钢管混凝土构件。对于钢管混凝土构件，立柱下端直接与拱肋钢管焊接形成固结，立柱上端周边应有钢筋分别伸入立柱和盖梁。钢筋伸入长度满足锚固长度要求，钢筋截面积应不小于立柱混凝土计算截面积的0.4%。d、钢管混凝土无铰拱将拱肋伸入拱座内，伸入长度大于拱肋弦管直径的1倍以上，以确保拱肋与拱座固结。在拱脚埋置段内,宜在钢管外缘设置螺旋箍筋或其它可靠构造措施。 拱座内拱脚截面下应设置24层分布钢筋网。e、吊杆及系杆 ：考虑吊杆和系杆的防护措施和耐久性。吊杆及系杆所用防护材料不得含有对钢材有腐蚀作用的成分。吊杆锚具采用冷铸锚式的拉锚体系锚具；系杆锚具另采用经过耐疲劳及强度试验证明其可靠性的预应力体系常规锚具。 对外露的锚具部分应设防护罩；对靠边的短吊杆锚端设可转动球铰。f、吊杆采用预应力钢丝束，直径8cm。g、横梁采用工字钢。h、横梁间采用3道纵向加劲梁，加劲梁使用高50cm，厚5cm，翼缘宽15cm，翼缘厚1.5cm厚的工字钢i、桥面板采用钢筋混凝土槽型板。另外边跨引桥仍采用16m预应力空心板桥。（2）尺寸拟定1）桥跨布置图1-5 抛物线型拱拱桥桥跨布置图（边跨采用空心板梁桥）初步确定桥跨布置为,总长375m。布置如图1-5所示：2）截面尺寸主拱截面采用双哑铃型钢管混凝土截面，截面形式及细部构造尺寸如图1-6所示：（3）下部结构引桥桥墩采用柱式墩，单排桩。拱桥边跨采用单向推力墩，桥台采用U型桥台。具体尺寸等参见方案图。（4）施工方法设计图1-6 拱肋横断面尺寸图主拱部分采用缆索吊装拼装法，引桥板梁仍采用现场吊装。（5）材料用量估算材料种类、用量等参见表1-3 方案二材料用量统计：表1-3 方案二材料用量统计方案二材料用量汇总拱肋、连梁、立柱等钢管用钢材（kg）556193混凝土C50混凝土（m3）C40混凝土（m3）C30混凝土（m3）266092116376横梁(kg)2419763纵向联系梁(kg)283542HRB335钢筋(kg)2825222016121082495423861234810659075244541869321206118119317标准型-15.2-1860-II-GB/T 5224-1995 钢绞线(kg)55305预应力吊索(kg)51138其他构件支座（个）锚具(组)定位板钢(kg)桥面铺装(m3)624个2168628沥青混凝土防水混凝土5154002.2.3.钢管混凝土圆弧拱桥（1）桥型介绍钢管混凝土拱桥的特点在上一方案中已经介绍，此处不在重复，重点介绍本方案细节，如下：1）该方案采用钢管混凝土拱桥，矢跨比采用1：5 。2）本方案根据渠、堤断面情况主跨采用单跨拱桥，跨境为150米；两侧边跨引桥仍然采用16米跨境的预应力空心板梁桥，每侧6跨。3）轴线采用圆形拱半径为：108.75m。材料选定：a.钢管（拱肋钢管、联系钢管）均采用B级Q345号钢。拱肋钢管采用卷制焊接管，钢管拱肋节段采用对接焊缝，符合建筑钢结构规范的一级焊缝标准。b.管内混过凝土采用C50。c.钢管混凝土拱桥中的立柱，采用钢管混凝土构件。对于钢管混凝土构件，立柱下端直接与拱肋钢管焊接形成固结，立柱上端周边应有钢筋分别伸入立柱和盖梁。钢筋伸入长度满足锚固长度要求，钢筋截面积应不小于立柱混凝土计算截面积的0.4%。d.钢管混凝土无铰拱将拱肋伸入拱座内，伸入长度大于拱肋弦管直径的1倍以上，以确保拱肋与拱座固结。在拱脚埋置段内,宜在钢管外缘设置螺旋箍筋或其它可靠构造措施。 拱座内拱脚截面下应设置24层分布钢筋网。e.吊杆及系杆 ：考虑吊杆和系杆的防护措施和耐久性。吊杆及系杆所用防护材料不得含有对钢材有腐蚀作用的成分。吊杆锚具采用冷铸锚式的拉锚体系锚具；系杆锚具另采用经过耐疲劳及强度试验证明其可靠性的预应力体系常规锚具。 对外露的锚具部分应设防护罩；对靠边的短吊杆锚端设可转动球铰。f.吊杆采用预应力钢丝束，直径8cm。g.横梁采用I型钢。h.横梁间采用3道纵向加劲梁，加劲梁使用高50cm，厚5cm，翼缘宽15cm，翼缘厚1.5cm厚的工字钢i.桥面板采用钢筋混凝土槽型板。（2）尺寸拟定1）桥跨布置图1-7 圆弧型拱拱桥桥跨布置图（边跨采用空心板梁桥）初步确定桥跨布置为166+150+166,总长342m。布置图如图1-7所示。2）截面尺寸主拱截面采用双哑铃型钢管混凝土截面，截面形式及细部构造尺寸如图1-8所示：（3）下部结构图1-8 拱肋横断面尺寸图引桥桥墩采用柱式墩，单排桩。拱桥边跨采用单向推力墩，桥台采用U型桥台。具体尺寸等参见方案图。（4）施工方法设计主拱部分采用缆索吊装拼装法，引桥板梁仍采用现场吊装。（5）材料用量估算材料种类、用量等参见表1-4 方案三材料用量统计：表1-4 方案三材料用量统计方案三材料用量汇总拱肋、连梁、立柱等钢管用钢材(kg)713251混凝土（m3）C50混凝土C40混凝土C30混凝土346973393427横梁(kg)1716324纵向联系梁(kg)200458钢筋(kg)28252220161210813585852849216500204571247316426211014750236预应力吊索(kg)5113817标准型-15.2-1860-II-GB/T 5224-1995 钢绞线(kg)66366其他构件支座(个)锚具(组)定位板钢(kg)桥面铺装(m3)728个2124396沥青混凝土防水混凝土4803741.3方案比选三方案各项指标及评定结果如表1-5所示：表1-5 方案比选表桥型内容指标预应力钢筋混凝土连续箱梁桥钢管混凝土抛物线拱桥钢管混凝土圆弧拱桥桥跨布置169+（48+60+48）+169,总长444m165+（17.5+603+17.5）+165,总长375m166+150+166,总长342m截面形式单箱双室箱梁+空心板梁双哑铃拱肋+空心板梁双哑铃拱肋+空心板梁优点1.混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2.结构造型灵活，可模型号，可根据使用要求浇筑成各种形状的结构；3.结构耐火性、耐久性较好，建成后维修费用较少；4.结构整体性好，刚度较大，变形较小5.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，及节省材料、增大其跨越能力，有提高其抗裂和抗疲劳的能力；6.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，通过施加纵向、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钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而能显著提高混凝土的抗压强度由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。钢管混凝土拱桥是将钢管内填充混凝土，由于钢管的径向约束而限制受压混凝土的膨胀，使混凝土处于三向受压状态，从而能显著提高混凝土的抗压强度由于钢管的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而显著提高混凝土的抗压强度。同时钢管兼有纵向主筋和横向套箍的作用，同时可作为施工模板，方便混凝土浇筑，施工过程中，钢管可作为劲性承重骨架，其焊接工作简单，吊装重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工工期。拱肋相对于抛物线拱制作程序简单。缺点结构自重较大，自重消耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力，并且增加了下部结构的工程量。材料性能要求高，施工复杂，要求施工水平较高，建成后维修费用高，墩梁固结，在基础发生变位时不能修复；钢材用量大，抗腐蚀、耐火性能不好。整体性较差，纵向、横向刚度低，行车稳定性不好。材料性能要求高，施工复杂，要求施工水平较高，建成后维修费用高，墩梁固结，在基础发生变位时不能修复；钢材用量大，抗腐蚀、耐火性能不好。整体性较差，纵向、横向刚度低，行车稳定性不好。工期较短较长较长经济型（材料用量）见表1-2见表1-3见表1-4美观性一般好好推荐方案综合以上的介绍，根据经济型、适用性、舒适安全性、先进性、美观性等指标，推荐方案一为最终方案。1.4 桥梁设计前期方案比选重要性浅析桥梁设计的方案比选是一个非常重要的课题，也是一个比较困难的问题，它对以后的初步设计乃至施工图设计起着至关重要的作用。一个好的桥梁方案不仅能节约造价、缩短工期，而且在整个设计周期中起着“万事开头难”的功效。一旦桥梁方案确定，在初步设计和施工图设计时，借助于现代桥梁电算，可以说是不难的。而在方案比选中，首先要把握的是四项主要标准：安全、经济、功能与美观。其中自然要数安全与经济为重，过去设计往往对桥梁功能重视不够，现在由于城市交通量的发展，需要十分重视桥下净空是否满足城市车辆的通行、桥下车行轨迹是否满足行车习惯。至于桥梁美观，要视经济而定，设计的桥梁再美观，一旦经济不允许，只能是“纸上谈兵”，到头来还得重新设计。1.4.1安全是桥梁结构设计的前提 随着改革开放的力度加大，城市车辆的飞速发展，城市交通运输十分繁忙，车速也在不断提高，桥梁结构不光要求结构自身的受力安全，而且要求桥梁构造的安全。在作乐山市大渡河龚嘴电站大桥设计中，我们设计组也进行了许多方案比选，有河中设墩的连续箱梁，有连续刚构，有上承式拱桥等桥梁结构形式。根据实际的地形、地质、地物，最后综合比较选择了中承式拱桥，一跨135米跨过，保证了急流的大渡河流水断面和桥梁结构自身安全（该桥验算荷载为特种荷载-300，已于1999年10月通车，并进行了动、静载实验，运行良好）。又如在大营坡立交桥设计中，桥墩是采用圆柱还是方柱问题上，我们设计组也进行了结构分析和讨论，最终一致选择用方柱，保证桥墩的结构刚度（因上部结构传下的偏心弯矩较大），方柱的四角采用了R15cm的圆角，以尽量减少桥下车辆对桥墩摩擦引起桥梁结构的不安全和增强桥梁建筑的美观。1.4.2经济是桥梁结构设计的保证一座桥梁建筑设计的再如何漂亮，若它的造价比看上去一般化的桥梁高出许多，这座漂亮的桥梁设计也是失败的。在乐山市大渡河龚嘴电站大桥设计中，定下采用中承式拱桥后，拱圈是用钢筋砼呢，还是钢管砼？经过比选，我们设计组采用了变截面钢筋砼拱圈。因为本桥地处偏远大山之中的大渡河上，当地的砂、石料比较丰富，可就地取材，而钢管拱不仅昂贵，且钢管运距也相当远。故在桥梁设计中，在满足结构安全的前提下，应尽量地考虑经济。1.4.3功能在桥梁结构设计中也不应忽视城市桥梁不同于公路桥梁，在城市交通日益剧增的情况下，桥梁方案设计中，交通组织功能也要摆在重要的地位上，尤其是立交桥，不光桥上有车辆，桥下车辆也川流不息。如果不综合考虑交通功能，下行车辆撞击桥墩或有关桥梁部分，导致桥梁坍塌，这种事故在国内外都有发生。作为桥梁设计人员必须注意这一点来进行桥梁方案比选，乃至方案确定后的桥梁分跨。在贵阳市都司路高架桥跨越中华路的大南门交叉口位置，设计者在地面设置了交通导流环岛，一跨20米跨径的桥梁正好处于环岛内。桥梁建成后，随着城市的发展，车辆的增多，该交叉口经常塞车，不得已取消了地面环岛。由于该交叉口的桥梁跨径较小，导致左转车辆的行车轨迹不顺畅，司机抱怨连天，这无疑是桥梁设计败笔。1.4.4美观是桥梁设计必须考虑的一部分城市桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，所以设计必须精心方案比选、精心设计、精心施工，以期求得在增加投资不多的条件下，取得桥梁美观的效果。比如在城区建一座二、三十米跨度的立交桥，不管用钢还是预应力砼，通常的做法是用一根等截面梁跨越，但由于人们的视觉有错觉，所以往往把这根梁看成是带下垂挠度的弯梁，看起来很不舒服，甚至有怕它掉下来的危险。我们在贵阳市中心环南线朝阳洞路玉厂路立交桥方案设计中，有意把梁底线作成反拱线，在桥墩支点处稍微增加一点材料，但给桥下车辆和行人一种安全美的感觉。实际上呈反拱的下弦就等于是一根弧形托梁，这是一种最简单的支承，它融合在梁体内，变得看不出，可它能起到美化桥梁的作用。综合考虑以上四项标准来进行桥梁方案比选，最后的设计、施工将会变得容易，建成后的桥梁才是安全美、经济美、功能美与环境、视角美。第2章 预应力混凝土空心板的设计计算第2章 预应力混凝土空心板桥设计计算2.1设计资料2.1.1跨度和桥面宽度（1）标准跨径LK：16m（墩中心距）。（2）计算跨径L：15.56m。（3）主梁全长：15.96m。（4）桥面宽度（桥面净空）：净15.25+20.5（防撞护栏）。采用混凝土防撞护栏，线荷载为7.5kN/m。2.1.2技术标准（1）设计荷载：公路-I级。（2）环境标准：I类环境。（3）设计安全等级：一级。2.1.3主要材料（1）混凝土：混凝土空心板采用C50混凝土，铰缝采用C40混凝土；桥面铺装采用C30沥青混凝土9cm厚，C40防水混凝土8cm，C30混凝土垫层0-11.5cm。（2）钢筋：预应力钢筋采用高强度低松弛7丝捻制的预应力钢绞线，公称直径为15.20mm，公称面积140mm2，标准强度fpk=1860Mpa，弹性模量Ep=1.95105MPa。2.2设计要点2.2.1结构设计（1）本空心板按部分预应力混凝土A类构件设计。（2）桥面板横坡为1.5%，双向横坡，各板水平，靠混凝土垫层找坡。（3）空心板断面：空心板高度0.8m，宽度1.22m，各板之间留有0.01m的缝隙。图2-1 桥梁横断面及构造图（单位：cm）（4） 桥面铺装：为0.09m厚的C30沥青混凝土，0.08m厚的C40防水混凝土，0-0.115m厚的C30混凝土垫层。（5）施工工艺：预制预应力空心板采用先张法施工工艺。（6）桥梁横断面与构造及空心板截面尺寸如图2-1、图2-2所示。2.2.2设计参数图2-2 空心板截面细部尺寸图（单位：cm）（1）C50混凝土的材料特性：，（2）沥青混凝土重度按23kN/m3计，预应力混凝土结构重度按26kN/m3计，混凝土重度按25kN/m3计。2.3 空心板截面几何特性计算2.3.1 截面面积空心板截面面积为：2.3.2 截面重心位置全截面对1/2板高处的静矩为:铰缝的面积为：则毛截面重心离1/2板高的距离为： (即毛截面重心离板上缘距离为41.06cm)铰缝重心与1/2板高处的距离为：2.3.3 空心板毛截面对其重心轴的惯性矩计算边长为10cm的等腰直角三角形对自身重心轴的惯性矩为： 。铰缝对自身重心轴的惯性矩为： 。空心板毛截面对其重心轴的惯性矩为：空心板截面的抗扭刚度可简化为如图2-3所示的箱型截面来近似计算：根据下式，抗扭刚度：2.4 作用效应计算2.4.1 永久作用效应计算图2-3 截面抗扭刚度简化计算图式（单位：cm）（1）空心板自重（一期结构自重）： （2）桥面系自重（二期结构自重）：本设计采用混凝土防撞护栏，按单侧7.5kN/m线荷载计算。 桥面铺装上层为9cm厚C30沥青混凝土，中间层为8cm厚C40防水混凝土，下层为0-11.5cm厚的C30混凝土垫层，则全桥宽铺装层每延米重力为： 上述自重效应是在各空心板形成整体后再加至桥上的，由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应是不相同。为了计算方便，近似按各板平均分配桥面铺装重量来考虑，则每块空心板分配到的每延米桥面系重力为： （3）铰缝自重计算（二期结构自重）： 有上述计算得空心板每延米总重力为：(一期结构自重)(二期结构自重)由此可计算出简支空心板永久作用效应，计算结果见表2-1：表2-1 永久作用效应计算表作用种类作用集度/（kN/m）计算跨径/m作用效应-弯矩M（kNm）作用效应-剪力V/kN跨中1/4跨支点1/4跨跨中14.31315.56433.1715324.8786111.355155.677608.307515.56251.4198188.564964.632432.3162022.620515.56684.5913513.4435175.987587.993802.4.2 可变作用效应计算公路-I级车道荷载的均布荷载标准值为和集中荷载标准值为：计算弯矩时，计算剪力时，（1）冲击系数和车道折减系数计算：结构的冲击系数与结构的基频f有关，故应先计算结构的基频，根据下式计算简支梁桥的基频：其中：由于,故可有下式计算出汽车荷载的冲击系数：当车道大于两车道时，应进行车道折减，四车道折减33%，但折减后不得小于用两车道汽车荷载布载的计算结果。为简化计算，此处仅按两车道和四车道布载，分别进行计算，取最不利情况进行设计。（2）汽车荷载横向分布系数：此处空心板跨中和L/4处大的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点按杠杆原理法计算，支点至L/4点之间截面的荷载横向分布系数通过直线内插求得。1）跨中及L/4处的荷载横向分布系数计算首先计算空心板的刚度系数：由前面计算得知：，单板宽，计算跨度L=15.56m=1556cm，代入上式的：在求得刚度参数后，即可依板块个数及所计算板号按值查公路桥梁设计手册第298页表格得各板块轴线处的影响线坐标。由内插得到时17号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值，内插计算结果见表2-2 。有表2-2的数据画出各板的横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得两车道及四车道两种情况下的各板横向分布系数。各板的横向分布影响线及横向最不利布载见图2-4，由于桥梁横断面结构对称，故只需计算17号板的横向分布影响线坐标值。表2-2 各板横向分布影响线坐标值计算表板号1234567891011121310.21070.17610.13660.10600.08320.06550.05170.04150.03390.02830.02430.02190.020920.17610.17150.14560.11350.08840.06970.05530.04410.03590.02990.02590.02330.021930.13660.14560.14800.12760.09960.07820.06210.04930.04010.03350.02890.02590.024340.10600.11350.12760.13420.11730.09200.07280.05810.04730.03910.03350.02990.028350.08320.08840.09960.11730.12660.11230.08800.07020.05710.04730.04010.03590.033960.06550.06970.07820.09200.11230.12260.10930.08700.07020.05810.04930.04410.041570.05170.05530.06210.07280.08800.10930.12160.10930.08800.07280.06210.05530.0517各板的荷载横向分布系数计算见表2-3：计算公式为：。表2-3 各板荷载横向分布系数计算表板号1234567荷载四车道二车道四车道二车道四车道二车道四车道二车道四车道二车道四车道二车道四车道二车道荷载横向分布系数0.20390.20390.17610.17610.13850.14160.10720.10890.08410.09280.06620.08390.05230.07930.14930.14930.15590.15590.14930.14800.12280.12680.09500.11630.07490.11120.05940.10810.11340.11340.12180.12180.13490.12600.13450.13420.11250.12660.08740.12260.06950.12160.07950.07950.08440.08440.09220.08760.11250.10540.12560.10100.11570.09890.09180.09930.06170.06580.07380.08660.10640.12130.11410.04410.04700.05260.06190.07470.09330.11480.03550.03760.04200.04950.05980.07360.0