桥梁工程毕业设计（论文）-跨径160m中承式钢管混凝土悬索线拱桥.doc

全套图纸加153893706跨径160m中承式钢管混凝土悬索线拱桥摘要本设计根据任务书要求设计一跨径160m中承式钢管混凝土悬索线拱桥，矢跨比为1/5，拱轴截面采用等截面。第一步进行初步设计。即拟定所选方案桥型的具体尺寸以及相关参数。根据含钢率、套箍指标及设计经验等拟定拱肋截面；根据承载力及配筋要求确定桥面板、纵梁、横梁尺寸；根据一般设计经验确定横撑、吊杆、立柱尺寸；根据已有资料确定拱轴线方程。第二步要对进行计算和验算。计算部分包括手算和电算，手算部分主要确定构件的内力并对其配筋，采用多跨连续单向板计算桥面板内力，并通过配筋验算；采用了刚性横梁法计算横梁及纵梁的内力，并且通过配筋验算。电算部分主要是为构件的验算服务；验算部分主要包括建模正确性验算及全桥安全性验算。本部最为关键的便是建模，最后的计算是否正确，在很大程度上取决于模型建的是否正确。本设计利用桥梁博士软件计算，定义好截面尺寸、节点及单元。并将计算好的模型参数赋给模型结构单元。添加约束，输入荷载后模型就建立完成，进入计算阶段。利用软件就可计算出结构各控制截面的内力。第三步编写成果表。利用excel将软件输出结果进行整理及绘出图形，再将它制作成word文档打印出来。通过上述步骤，并严格遵从交通颁布实施的关于此类桥设计规范要求，设计出一座合格的桥梁。关键词：钢管混凝土悬索线拱桥；多跨连续单向板；刚性横梁法；桥梁博士电算I160 m span half-through arch bridge concrete suspension cable lineAbstractThis design according to the requirements specification design a span of 160 m half-through arch bridge concrete suspension cable line, rise-span ratio of 1/5, cross section in cross section of arch axis, etc.The first step for preliminary design. The size for the selected scheme of bridge and related parameters. According to the steel ratio, ferrule index and design experience for arch rib section; According to the requirement of bearing capacity and reinforcement of bridge panel and girder, beam size; According to the general design experience to determine the cross arm, derrick, pillar size; According to the existing data to determine the arch axis equation.The second step of calculation and checking. Calculate calculate part includes hand and computer calculation, hand part of the main component of the internal force and the reinforcement is determined, the bridge are calculated by use of a multi span continuous ChanXiangBan panel internal force, and through the reinforcement calculation; Adopted a rigid beam method to calculate the internal force of the beam and the longitudinal beam, and through the reinforcement calculation. Computer parts mainly for calculating the component services; Checking part mainly includes the modeling accuracy checking and the safety of the whole bridge calculation. Based modeling, the most important thing is the final calculation is correct, to a large extent depends on the built model is correct. This design USES a bridge software calculation, Dr Defined section size, node, and the unit. And will calculate a good model parameter is assigned to model structure unit. Adding constraints, input load model is built after the completion, entered into the phase of computing. Using the software can calculate the structure internal force of the control section.Step 3 write results table. Using excel software output results to sort and draw graphics, then make it into word document printed.Through the above steps, and strictly obey the traffic law about this kind of bridge design specification requirements, design a qualified bridge.Key words: concrete-filled steel tube arch bridge cable line; Multi-span continuous ChanXiangBan; Rigid beam method; Dr Bridge computer目录目录摘要IAbstractII第1章 概述11.1 钢管混凝土拱桥简介11.2 钢管混凝土拱桥的总体布置3第二章 设计资料62.1概况62.2 主要设计原则6第三章 桥型方案比选83.1 初选设计方案说明83.2桥型方案83.3 最终方案的确定10第四章 结构尺寸拟定114.1 上部结构尺寸拟定及下部结构尺寸拟定114.2 桥面系尺寸拟定124.3 拱轴线的确定124.4 初步设计结构尺寸13第五章 桥面系内力计算与配筋验算145.1 桥面板计算145.1.1由纵横梁间距可得145.1.2横载内力计算：（以纵向1m的板条进行计算）145.1.3活载内力计算155.1.4荷载组合205.1.5配筋验算215.2 横梁内力计算与配筋验算235.2.1 确定作用在横隔梁上的计算荷载235.2.2 绘制中横隔梁的内力影响线255.3.3 截面内力计算285.2.4 内力组合295.2.5 截面配筋验算305.3 小纵梁内力计算与配筋验算375.3.1 恒载内力计算375.3.2 活载横向分布系数计算375.3.3 活载内力计算405.3.4 荷载组合435.3.5 截面配筋验算44第六章 桥梁博士程序模型建立与计算496.1 建模数据准备496.1.1 划分节点与单元号496.1.2 主纵梁预应力计算506.1.3 估算吊索面积和立柱截面526.2 内力位移计算部分536.2.1 项目的建立536.2.2 输入总体信息556.2.3 输入单元信息556.2.4 输入钢束信息646.2.5输入施工信息666.2.6 输入使用信息696.3 模型正确性判断726.3.1 安装杆件和施加二期恒载阶段永久荷载内力及位移图正确的判断726.3.2 张拉预应力荷载阶段内力与位移图的正确判断766.3.3 调索阶段累计内力图的正确判断776.3.4 成桥后结构重力内力图正确判断786.3.5 成桥后预应力内力位移图正确判断796.3.6 成桥后收缩徐变内力位移图正确判断806.3.7 荷载横向分布计算结果816.3.8 成桥后各荷载工况的Mmax-Nmin等移动荷载内力图836.3.9 桥面板非线性温度内力位移图896.4 配筋估算90第七章 模型安全性验算967.1 主拱验算967.1.1 拱圈承载力验算967.1.2 拱肋整体稳定性验算977.1.3 主拱圈应力验算987.2 吊杆复核1027.3 立柱验算1037.4 主纵梁验算103结论107参考文献109致谢110附表111附表I111附表II115附表III119附表IV123附表V127附表VI131附表VII135附录VIII139附表IX143附表X147附表XI151附表XII155附表XIII159附表XIV161附表XV162附表XVI166附表XVII170附表XVIII174附表XIX178附表XX182VII全套图纸加153893706第1章 概述1.1 钢管混凝土拱桥简介 钢管混凝土拱桥属于钢-混凝土组合结构中的一种。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，吊重重量轻，从而能简化施工工艺，缩短施工周期。钢管混凝土应用拱桥，始于20世纪30年代末，苏联建造了跨越列宁格勒涅瓦河101m的下承式钢管混凝土公路拱桥和位于西伯利亚跨度达140m的上承式钢管混凝土铁路拱桥。此后相当长的时间内，世界范围内再也没有修建这种类型的桥梁。1990年，我国第一座钢管混凝土拱桥-四川旺苍东河大桥建成，该桥为跨径115m的下承式刚架系杆拱桥。它是我国在钢管混凝土结构理论研究与实际应用上的新的突破，对我国钢管混凝土拱桥的发展影响是巨大的。表1-1 我国部分已建的跨径大于200m的钢管混凝土拱桥序号名称跨径（m）结构形式矢跨比拱轴线形拱肋截面建成年份1四川巫山长江大桥460中承式1/3.8m=1.55悬链线四管桁式（变高）20052湖南南县茅草街大桥368飞燕式1/5m=1.543悬链线四管桁式20063广州丫髻沙大桥360飞燕式1/4.5m=2.0悬链线六管桁式（变高）20004广西南宁永和大桥338中承式1/4.5四次抛物线四管桁式20045浙江淳安南浦大桥308中承式1/5.5m=1.167悬链线四管桁式20036重庆梅溪河大桥288上承式1/5悬链线四管桁式（变高）20017武汉江汉三桥280下承式刚架系拱桥1/5m=1.543悬链线横哑铃形桁式20008广西三岸邕江大桥270中承式1/5m=1.67悬链线四管桁式19989湖北秭归青干河大桥256中承式1/4m=1.67悬链线四管桁式200010浙江三门健跳大桥245中承式1/5二次抛物线横哑铃形桁式2001 续表1-111武汉江汉五桥240飞燕式1/5m=1.5悬链线四管桁式200012湖北施南里渡大桥240上承式1/5m=1.756悬链线单片桁式200213贵州落脚河大桥240中承式集束五管变截面200214浙江铜瓦门大桥238中承式1/4.82修正二次抛物线四管桁式200215贵州北盘江大桥236200116徐连高速京杭运河大桥235飞燕式1/4m=1.33悬链线平行四边形 四管桁式200117广西刘景邕江大桥220中承式悬链线四管桁式199918湖北秭归龙潭河大桥208中承式1/4.94三次样条函数横哑铃形200019四川眉山岷江大桥206飞燕式悬链线四管桁式198620四川绵阳培江大桥202飞燕式钢架系杆拱悬链线四管桁式199721广东南海三山西大桥200飞燕式1/4.5m=1.3悬链线横哑铃形桁式199522重庆合川嘉陵江大桥200中承式1/4m=1.6悬链线四管桁式2002由于钢管混凝土结构在桥梁上的应用，同时解决了拱桥高强度材料应用与施工两大难题，因此，钢管混凝土拱桥在我国得到迅猛的发展。近二十年的时间里，我国共修建了200多座钢管混凝土拱桥。如1995年建成的广东南海三山西大桥，主桥为45m+200m+45m带悬臂钢管混凝土中承式刚架系杆拱桥，主拱肋采用等截面横哑铃形桁式，用预应力钢绞线作为系杆，平衡主拱与边拱的不平衡推力。2000年建成的广东丫髻沙大桥（见表1-1），主桥为76m+360m+76m三跨连续中承式钢管混凝土刚架系杆拱桥，跨径居当时同类型桥梁之最（图1-1）。图1-1 广东丫髻沙大桥随着钢管混凝土拱桥的应用与发展，我国对钢管混凝土拱桥的理论研究也迅速开展起来。国家自然科学基金资助项目钢管混凝土拱桥抗震研究、大跨度钢管混凝土拱桥施工过程变形及盈利模拟、核心混凝土收缩、徐变对钢管混凝土拱桥静力性能影响研究及西部交通建设科技项目钢管混凝土拱桥设计、施工、养护关键技术研究等课题正在研究当中或部分已结题。由重庆交通科研院主编的钢管混凝土拱桥设计规范、钢管混凝土拱桥施工技术规范于2004年形成了报批稿。有关标准规范在修订中也增加了钢管混凝土拱桥的内容。由于钢管混凝土拱肋由钢管和管内混凝土组成，目前工程界存在着两种设计计算方法。一种是从架设钢管拱肋开始，采用应力叠加法分别计算钢管和管内混凝土的应力，分别对钢和混凝土的应力采用容许应力法进行验算，而对成桥后的受力视钢管混凝土为整体，采用内力叠加法计算内力，然后进行整体和局部构件承载力验算。陈宝春教授建议钢管混凝土拱桥对施工过程的验算，在管内混凝土形成强度以前应以钢结构进行验算。可遵循现行的公路桥规中对刚桥的规定，按采用容许应力法验算；钢管混凝土拱肋形成后的施工过程和成桥，均应以钢管混凝土结构按采用极限状态法进行验算，考虑初应力与徐变等因素的影响，而不应按应力叠加计算应力。按容许应力法进行强度验算。此外，大量论文及论著介绍了钢管混凝土拱桥的理论研究成果。在计算理论研究方面，对钢管混凝土拱桥初应力、温度、管内混凝土收缩徐变，拱肋刚度计算取值、挠度限值、节点局部应力、节点疲劳、动力性能、极限承载力及稳定等问题进行了大量的研究，取得了可靠地成果，这些研究为钢管混凝土拱桥的进一步发展提供了了理论基础。但总的来说，有关钢管混凝土拱桥的理论研究尚不够系统与深入，距形成成熟的计算理论还有相当长的差距，还有许多工作要做。1.2 钢管混凝土拱桥的总体布置拱桥和其他桥梁一样，也是由桥跨结构（上部结构）及下部结构两部分组成。拱桥一个大家族，其结构形式众多。根据行车道布置不同分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥。根据结构两部分组成和受力不同，上承式拱桥可分为两大类：一类是普通型上承式拱桥，这类拱桥由主拱（圈）、拱上传载构件或填充物、桥面系组成，主拱圈是主要承重结构；另一类是整体型上承式拱桥，这类拱桥是由主拱片（指由拱圈与拱上传载构件组成的整体结构）、桥面系组成，主拱片是主要承重结构。一般上承式拱桥外形如图1-2所示。图1-2 普通上承式拱桥 中承式拱桥的行车道位于拱肋的中部，桥面系（行车道、人行道、栏杆等）一部分用吊杆悬挂在拱肋下，一部分用门式刚架立柱支撑在拱肋上，如图1-3所示。下承式拱桥通过吊杆将所有纵梁和横梁系统悬挂在拱肋下，在纵梁、横梁上设置行车道板，组成桥面系，如图1-4所示。图1-3 普通中承式拱桥图1-4 普通下承式拱桥现在我们已从感性上认识了钢管混凝土拱桥的外形，并且知道了它的优缺点，下面就按实际情况设计出了一座钢管混凝土拱桥。第二章 设计资料2.1概况（1）气候状况 此桥位于北回归线以北，属于亚热带季风气候，多年平均气温15.8C，1月份气温最低，平均5C，极端最低气温-9.3C；七月份气温最高，多年日最高气温40.6C，年降雨量1645mm，4-6月为梅雨季节；7-9月台风季节，主导风向为北风和东北风，历史上出现的最大阵风风速达35m/s。（2）水文条件 桥址处涉及频率水位（黄海高程）：20年一遇水位为23.43m，100年一遇水位为24.39m，300年一遇水位为24.39m。（3）地形地貌 桥区属河流冲击地貌，其特征可分江心滩，河漫滩，河床阶地3部分；河床底部标高一班在6-12m之间，东西两侧为级阶地，标高一般在14-20m之间；东西两岸建有人工防洪堤，堤面标高在25-26m之间，江中地形平坦，地面标高在17-19m之间。（4）地质 桥区属第四纪发育，下伏基岩为第三季红砂岩系，第四纪总体厚度在15-37m之间，区域内地质构造不存在构造断裂带，桥址处于一个相对稳定的安全区。地下水主要有松散岩类孔隙水和红层基岩裂隙水两类，均对混凝土无腐蚀性。（5）地震 此桥位于基本烈度6度地震区，地震动峰加速度小于0.05g，反应谱特征周期小于0.35s，为基本稳定区。桥位区无地震液化土层，属于抗震有利地段。（6）通航 桥址处河段为内河-3航道，净宽60m，净高10m。考虑到主泓摆动，河势可能变迁，要求中，枯水位期主桥两侧的副桥能通航。2.2 主要设计原则（1）设计规范1）公路桥涵设计通用规范，人民交通出版社。2）钢管混凝土拱桥，陈宝春编著，人民交通出版社。3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，人民交通出版社。（2）主要技术指标 1）桥面总宽：22.5m双向六车道+2m人行道+0.5m防撞护栏+2m路缘带+2.5m中央分隔带。2）桥面纵坡：2%3）桥长：桥梁全长160m4）公路等级：一级5）通航标准：内河-3级6）设计洪水频率：1/3008）设计基准期：100年有了设计资料后，我们就可以根据其他地形地貌设计出不同类型的桥梁，再对其不同类型的桥梁通过经济、施工技术、美观等方面进行比较，这就是下一步的工作方案比选。第三章 桥型方案比选3.1 初选设计方案说明随着桥型理论的不断成熟，在桥梁设计中要求桥的适应性强、舒适安全，建桥费用经济，科技含量高，对建在城市中的桥梁还特别注重美观大方。由此，对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会作出基本要求的多种不同设计方案，只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学的得出完美的设计方案。在方案比较中主要有以下三项任务：一是拟定桥梁图式，二是编制方案，三是技术经济比较和最优方案的选定。编制设计方案，通常是从桥梁分孔和拟定桥梁图式开始。对一般的大跨度桥梁，依据以往的设计经验，主跨与边跨的比值有一个范围，再由此选定可能实现的桥型图式，鼓励新式桥型的大胆采用。一般选几个（通常2-4个）构思好、各具优点，但一时还难以断定孰优孰差的图式，作为进一步详细研究而进行比较的方案。对每一个图式可在跨度、高度、失度等方面大致按比例画在同样大小的桥址断面图上。编制方案中，主要包括：主要材料（普通钢筋、预应力钢筋、混凝土）用量、劳动力数量、全桥总造价（分上、下部结构列出）、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标，以便相互比较，科学的从中选定最佳方案。在编制方案中要拟定结构主要尺寸，并计算主要工程量。有了工程量，采取相应的材料和劳动力定额以扩大单价，就可以确定全桥造价。并且在每个方案中绘制出河床断面及地质分层的立面图和横断面图。设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。安桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。但当技术因素或是使用性质等特殊要求时就另当别论，注重考虑的侧重点。技术高，造价必然会高，各个因素是相互制约的。所以在比较时必须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件，找所面临的问题的关键所在，分清主次。在方案比较中，除了绘制方案比较外，还应编制与方案比较说明书。其中应阐明编制方案的主要原则，拟定方案的理由，方案比较的综合评述，对于推荐方案的详细说明等。有关拟定结构主要尺寸所做的各种计算资料，以及为估算三材指标和造价等所依据的文件名称，均对附件的形式载入。3.2桥型方案根据桥位地形状况，初步设计阶段做了三个方案：第一方案：2孔80m预应力连续梁，由于此地形平坦，河床底部标高与两岸的标高相差不是很大，且连续梁桥便于施工，则此地形适宜做连续梁桥，如下图3-1。图3-1 连续梁桥立面图（单位：mm）第二方案：独塔双垮式斜拉桥，由于斜拉桥的拉索的水平分力可对混凝土主梁产生轴向预压作用，增强了主梁的抗裂性能从而可增大跨径，其经济合理的跨径在200m-500m之间，采用独塔双垮式即可横跨河道，并且斜拉桥很适合平原地区，即斜拉桥适用，如下图3-2。图3-2 独塔双跨式立面布置（单位：mm）第三方案：中承式拱桥，由于桥位处基岩埋置较浅，地质条件适用，适宜采用拱桥方案，再因钢管混凝土拱桥在美观、施工、造价等方面明显优于其他桥型，如下图3-3。图3-3 中承式钢管混凝土拱桥立面图（单位：mm）3.3 最终方案的确定表3-1 三种方案比较项目桥型 连续梁桥 斜拉桥 拱桥 技术造型新颖美观，有可靠的刚度、强度、抗裂性能、伸缩缝小。无创新，技术成熟。造型新颖，为提高抗风稳定性，要求采取复杂的措施。有创新，技术难度大造型新颖，有可靠的强度、刚度、抗风稳定性好。有创新，设计、施工难度大。 经济混凝土需求量大，桥墩数量较多，总体费用一般。混凝土需求量大，总体费用大。需用钢材多，混凝土较少，总体费用较高、较好。 施工工艺要求严格，需要的设备少，技术先进，占用的场地少，施工难度大，施工速度较慢。高度机械化，施工作业周期进行，需要一整套机械设备动力，施工难度大，施工速度快。高度机械化，施工需要一整套机械设备动力，施工速度快。由以上内容可知钢管混凝土拱桥在美观、施工、经济等方面明显优于其它两个方案，因此在初步设计中顺利通过采用钢管混凝土拱桥方案。在众多的桥型中，拱桥应属较美观的桥型。而在拱桥体系中，中承式拱桥有较上承式和下承式优美，且此地形更适合中承式拱桥，为此此桥采用中承式钢管混凝土拱桥。本桥的矢跨比采用1/5，拱轴截面为等截面。第四章 结构尺寸拟定4.1 上部结构尺寸拟定及下部结构尺寸拟定（1）拟定桥梁主要结构参数主拱圈矢跨比为1/5，吊杆和立柱间距相同，同为6m。横梁间距为6m，纵梁及小纵梁间距为3m。（2）拟定主拱圈截面，主拱圈的高度一般为跨径的1/30-1/60，宽度一般有横向稳定性决定，高度与宽度比控制在0.5-1。本桥选用4管式拱肋截面，每肋由4900钢管混凝土组成，由横向平联板，腹杆连接成为钢管混凝土桁架。其中外侧、内侧钢管为300*8mm，钢管间的横向平联板总厚800mm，钢板厚20mm。沿拱肋采用等截面，截面高4.60m，宽2.60m，如图4-1所示。 图4-1 主拱圈横截面布置图(单位：mm)（3）拟定吊杆和立柱截面吊杆采用7mm镀锌钢丝墩头锚成品吊杆，外包双层PE防护，分别锚于主拱肋的下缀板及横梁下梁，立柱采用直径为0.6m的圆形截面。（4）拟定横撑布置拱肋上共2道空钢管桁式K字横撑和1道空钢管桁式一字横撑，横撑钢管采用325mm，厚度为8mm，另外在拱肋与桥面系交界处的固定横梁亦起横撑作用。4.2 桥面系尺寸拟定（1）根据道路条件，拟定桥面高度桥梁外缘间总宽29.5m，详细构造为：0.25m（防撞护栏）+1.0m（人行道）+3*3.75m（行车道）+1m（路缘带）+2.5m（中央分隔带）+3*3.75m（行车道）+1.0m（人行道）+0.25m（防撞护栏）（2）根据纵梁，横梁与小纵梁形成的网格纵横梁结构，拟定桥面板厚度，一般为纵横梁间距的1/10-1/30，约为20-50cm。则有以上内容桥面板厚拟定为30cm。（3）横梁高度一般为拱肋横向间距的1/8-1/10，宽度应能满足布置预应力锚具，约需布置4个OVM锚具。横梁高度为2.5m，宽度为1.0m。（4）端横梁的高度一般与普通横向相同，宽度由拱座大小决定。（5）纵梁高度一般为横梁间距的1/10-1/20。纵梁高度为2.0m宽度为1.1m（6）小纵梁高度一般为横梁间距的1/10-1/15，宽度由受力计算确定，其主要作用是承担桥面板分配的纵向车辆荷载。小纵梁高度为0.5m，宽度为0.4m。4.3 拱轴线的确定拱轴线采用悬索线，悬索线是悬链线的一种特殊形式，它是当拱轴作用单位弧长的荷载为一常数g时所形成的曲线，对于较小矢跨比的无铰拱，采用悬索线具有一定的优越性（拱轴系数较小）。纵坐标方程为： ，系数a如下表4-1 等截面悬索线拱a值表f/L1/31/41/51/61/71/81/91/10乘数a0.4211660.5371600.6558620.7762890.8978481.0201791.1430531.266323L4.4 初步设计结构尺寸图4-2 主桥断面布置图图4-3 主桥立面图布置第五章 桥面系内力计算与配筋验算5.1 桥面板计算 当板的长边与短边之比接近2时，荷载值的绝大部分将沿板的短跨方向传递，沿长跨方向传递的荷载将不足6%。长边与短边之比值越大，向长跨度方向传递的荷载就越少。根据板的上述受力特殊，并考虑钢筋混凝土结构计算本身所固有的近似性，通常只把长度比等于和大于2的周边支撑板视做单由短跨承受荷载的单向受力板（即单向板）来设计。5.1.1由纵横梁间距可得，则为单向板。5.1.2横载内力计算：（以纵向1m的板条进行计算）桥面铺装为2cm厚的沥青混凝土面层（重度为21KN/ ）和平均厚度9cm的混凝土底层（重度为23/ ,桥面板钢筋混凝土的重度为25KN/ ）。沥青混凝土面层：混凝土底层：桥面板自重：合计：每米宽板条的恒载内力：弯矩：剪力：则进行恒载内力修正 即跨中弯矩：支点弯矩：支点剪力：5.1.3活载内力计算多跨连续单向板计算，根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004），局部加载选用车辆荷载。规范中表4.3,1-2规定，车辆荷载前轮着地长度及宽度为0.2m0.3m，中后轮着地尺寸为0.2m0.6m，则板上荷载压力面的边长为：前轮：中后轮：规范中给出了车辆荷载的立面和平面尺寸，纵向而言，前轮与中轮前轴距离为3.0m，中轮后轴与后轮前轴距离为7.0m，中轮和后轮的前轴之间的距离为1.4m，横向而言，同一车辆两个车轮之间的距离为1.8m，并行车车辆两车轮间最近距离为1.3m，如图5-1所示。140KN140KN120KN120KN30KNa) 立面布置b) 平面布置图5-1 车辆荷载的立面、平面尺寸（单位：mm）根据图5-2，计算车辆荷载对于跨中的有效分布宽度。图5-2 纵横梁细部图（单位：mm） 前轮：即：中、后轮：即：由此可知，中后轮的纵向有效分布宽度存在重叠部分，计算重叠后的有效分布宽度为：即a=3.4（m） 横向而言，布置在两个纵梁之间的车轮中心距最近车轮边缘的距离为：所以在多跨连续单向板计算中，车轮在横向上产生叠加效应。即如图5-3所示。 图5-3 车辆荷载横向布置规范（尺寸单位：mm）计算车辆荷载位于板的支撑处：即 a=1.0（m）所以：根据图5-4，计算跨中活载，用简支梁计算，则：则：即：支撑处的剪力为：图5-4 单向板内力计算图式（尺寸单位：mm，应力单位：KPa）则：即：则进行活载内力修正跨中活载弯矩：支点活载弯矩：支点剪力：5.1.4荷载组合根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）的规定，分别对桥面板进行承载能力极限状态设计，并进行不同的作用效应组合。（1）承载能力极限状态设计本设计中未考虑偶然作用，因此不进行偶然组合，仅进行基本组合，其中结构重要系数取1.1，永久作用效应分项系数取1.2，汽车荷载效应分项系数取1.4，则有：跨中弯矩组合：支点弯矩组合：支点处的剪力组合：（2)正常使用极限状态设计在不考虑汽车荷载外的其他可变作用的前提下，作用短期效应组合的组合效应值显然大于作用长期效应组合，短期效应组合中汽车荷载（不计冲击力）的频遇值系数取0.7，长期效应组合中汽车荷载（不计冲击力）的频遇值系数取0.4，则有 短期效应组合 跨中弯矩组合： 支点弯矩组合： 支点剪力组合： 长期效应组合 跨中弯矩组合： 支点弯矩组合： 支点剪力组合：5.1.5配筋验算双筋截面梁破坏时的受力特点与单筋截面梁相似，其计算图示如图5-3所示，其中除受压钢筋的应力取钢筋抗压强度设计值以外，其余各项均与单筋截面梁相似，如下图5-5。5-5 双筋矩形截面受弯构件正截面承载力计算图式由桥面板采用混凝土和HRB400钢筋可知，。按其中最不利荷载效应配筋，即M=48.83（KN*m）。其高度为h=30cm，净保护层厚度a=30mm。设则。将以上数据代入下式得：解得：将所得x值代入下式，求得所需钢筋截面面积为：查有关板宽1m内钢筋截面与距离表，当选用14钢筋时，需要钢筋间距为260mm，此时所提供的钢筋面积为：。则，截面的钢筋率，满足最小配筋率要求。由公式求受压区高度：将所得x值代入下式，求得截面所能承受的弯矩组合设计值为：计算结果表明，该构件正截面承载力是足够的。连续板支点处界面配筋计算和上面一样，由此上、下缘配筋相同，均为14260mm。配筋布置如下图5-6所示。图5-5 行车道板受力钢筋布置图式（单位：mm） 图5-6 行车道板受力钢筋布置图式（单位：mm）矩形截面受弯构件的截面尺寸应符合下列要求。即：满足抗剪最小尺寸要求。因为：则不需要进行截面抗剪强度计算，仅按构造要求配置钢筋。根据规范可知，板内应设置垂直于主钢筋的分布钢筋，直径不应小于8mm，间距不应大于200mm，因此本设计中板内分布钢筋用10200mm。5.2 横梁内力计算与配筋验算5.2.1 确定作用在横隔梁上的计算荷载（1）对于跨中横隔梁的最不利荷载位置如图5-7所示（车道荷载）图5-7 跨中横隔梁受载图示（单位：mm）P=360KNq=10.5KN/m1.0公路级车道，荷载均布荷载标准值为=10.5KN/m，集中荷载标准值取用=360KN，则。（2）对于跨中横隔梁的最不利荷载位置如图5-8所示（车辆荷载）1201201401401.00.767图5-8 跨中横隔梁受载图示（尺寸单位：mm，轴重单位：KN）车辆荷载，则取最不利荷载情形，即用（1）中的情形求中横隔梁上的计算荷载，所以一侧人行道的人群荷载：5.2.2 绘制中横隔梁的内力影响线图5-9 按偏心受压法计算的横梁R、M和Q影响线由图5-9可知，1号梁的横向影响线竖坐标值为：有反力互等定理和梁的对称性，可以求得5号梁和10号梁的横向影响线坐标值分别为：，。（1）绘制弯矩影响线对于5号和6号主梁之间截面的弯矩影响线可计算如下，p=1作用在1号梁轴上时：P=1作用在10号梁轴上时： 有了二个竖坐标值和已知影响线折点位置（所计算的截面位置）就可绘出影响线，如图5-10所示。（2）绘制剪力影响线对于1号主梁处截面的影响线可计算如下。P=1作用在计算截面以右时：即（就是1号梁横向影响线）p=1作用在计算截面以左时：即绘成的影响线如图14所示。图5-10 中横隔梁内力影响线（尺寸单位：mm）5.3.3 截面内力计算将求得的计算荷载在相应的影响线上按最不利荷载位置加载，对于汽车荷载并计入冲击影响，其中汽车荷载冲击系数u取0.3，则得：（1）对于弯矩影响线布置5车道时：布置4车道时：布置3车道时：布置2车道时：布置1车道时：由此可知应该布置3车道，则弯矩：（2）对于剪力影响线布置6车道时：布置5车道时：布置4车道时：布置3车道时：布置2车道时：布置1车道时：由此可知应该布置4车道，则剪力：（3）对于人群，也要计算，则（4)横载内力计算桥面板及纵梁自重在横梁上产生的弯矩和剪力： 横梁自重产生的弯矩和剪力：则：5.2.4 内力组合（1）承载能力极限状态设计横梁跨中弯矩组合：横梁支点处的剪力组合：（2）正常使用极限状态设计短期荷载组合（不计冲击力）横梁跨中弯矩：横梁支点处的剪力：长期荷载组合（不计冲击力）横梁跨中弯矩：横梁支点处的剪力：5.2.5 截面配筋验算采用预应力混凝土横梁设计（1）材料性能参数1）混凝土 强度等级为,主要强度指标为： 强度标准值：强度设计值：弹性模量：2）预应力钢筋采用17标准型-15.2-1860-II-GB/T5224-1995钢绞线，其强度指标为 抗拉强度标准值：抗拉强度设计值：弹性模量：相对受压区高度：3）普通钢筋纵向抗拉普通钢筋采用HRB400钢筋，其强度指标为 抗拉强度标准值：抗拉强度设计值：弹性模量：相对界限受压区高度：钢筋及构造钢筋采用HRB335钢筋，其强度指标为 抗拉强度标准值： 抗拉强度设计值： 弹性模量：（2）横梁主要结构尺寸 横梁全长29.5m，计算跨径27m。 横梁高度h=2500mm，横梁间距S=6000mm，宽1000mm。横梁横断面尺寸如下图5-11所示： 图5-11 横梁横断面尺寸（尺寸单位：mm）（3）采用全预应力混凝土梁设计1）预应力钢筋数量的确定及布置 首先，根据跨中截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需要的有效预加力为：为短期效应组合设计值，由上表查得=7604.01，A、W为估算钢筋时近似采用毛截面几何性质，按图15截面尺寸计算。为预应力钢筋重心至毛截面重心的距离， 假设拟采用钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积，抗拉强度标准值，张拉控制应力取，未考虑预应力损失，可以将系数降为0.55，则所需预应力钢绞线的面积为： 采用4束12预应力钢筋，预应力筋束的截面面积为： 采用ovm15-12型锚具，80金属波纹管成孔，预留孔道直径为85mm，预应力筋束的布置如图5-12所示。 图5-12 锚垫板布置图（尺寸单位：mm）（2）承载能力极限状态计算1）跨中截面尺寸及配筋情况见图16，图中：由的条件，计算混凝土受压区高度将代入下式，计算截面承载力为：计算结果表明，跨中截面的抗弯承载力满足。2）斜截面抗剪承载力计算选取距支点h/2处进行斜截面抗剪承载力复核。箍筋采用HRB335钢筋，直径为8mm，双肢箍，间距，距支点相当于一倍梁高范围内，箍筋间距。距支点h/2截面斜截面抗剪承载力计算首先，进行截面抗剪强度上、下限复核：为验算截面处剪力组合设计值，求点距支点h/2=1250mm处的为。预应力提高系数取1.25，所以：由此可知，不需要进行斜截面抗剪承载力计算，仅需按构造要求配置箍筋。（3）正常使用极限状态设计 1）全预应力混凝土构件抗裂性验算正截面抗裂性验算正截面抗裂性验算以跨中截面受拉边的的正应力控制。在荷载短期效应组合作用下应满足：为在荷载短期荷载效应组合作用下，截面受拉边缘的应力：为截面下边缘的有效预压应力：代入得计算结果表明，在短期效应组合下，正截面抗裂性满足要求。斜截面抗裂性验算斜截面抗裂性验算以主拉应力控制，一般取变截面点分别计算，但由于是等截面，则取等截面最下缘处在荷载效应组合下的朱拉应力，应满足的要求。为荷载短期效应组合作用下的主拉应力计算结果表明，在短期效应组合下，斜截面抗裂性满足要求。2）变形计算使用阶段的挠度计算使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合计算，并考虑挠度长期影响系数，对混凝土，刚度由于横梁为等截面，则。荷载短期效应组合作用下的挠度值，按等效均布荷载作用情况计算：自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算：有以上内容可知则：消除自重产生的挠度，并考虑挠度长期影响系数后，使用阶段挠度值为：计算结果表明，满足规范要求。由预加力产生的反拱度及预拱度的设置截面的刚度按跨中截面毛截面确定,反拱长期增长系数采用，预加力引起的跨中挠度为：所以：故应设置预拱度，预拱度的设置为：5.3 小纵梁内力计算与配筋验算小纵梁计算模型为支撑在横梁的连续梁，计算步骤如下5.3.1 恒载内力计算纵梁以上的部分：纵梁自重：合计：简支梁跨中弯矩：支点剪力：则小纵梁内力为负弯矩:正弯矩：剪力：5.3.2 活载横向分布系数计算由设计可知边缘是处于最不利荷载位置，则求1号梁横向分布系数图5-13 横纵梁简图中心轴从图5-13中可以看出：则影响线如下（图5-14）：图5-14 小纵梁影响线由图5-14可知，布置车道数为6时：横向布置车道数时，车道数n2时应乘以折减系数，则：布置车道