光辉公路桥初步设计和施工图设计.doc

徐州工程学院毕业设计(论文)光辉公路桥初步设计和施工图设计第一章 绪论毕业设计目的是通过毕业设计这一时间较长的教学环节，培养土木工程专业本科毕业生综合应用所学基础课、技术基础课及专业课知识和相关技能，解决具体问题的土木工程设计问题所需的综合能力和创新能力。现代所修建的桥梁中，无论公路桥或是铁路桥梁，中小跨径桥梁占有主导地位，其中混凝土简支梁桥又占有绝对数量。混凝土简支梁桥由于其结构简单、受力明确、施工方便，是中小跨径桥梁的首选结构。一般认为，混凝土简支梁桥的合理跨径在50 m 以下，超出这一范围，梁高急剧加大，将失去其经济合理性。但随着新材料、新技术和新工艺的发展，该跨度范围有增大之趋势。目前以国内情况而言由于钢筋混凝土梁桥具有能就地取材，工业化施工，而持久性好，适应性强，整体性好以及美观等各种优点，它们仍将得到推广和运用。 在我国混凝土简支梁桥的建设取得了很大的成就，其技术进步主要表现在以下几方面：在结构材料方面，高强、早强混凝土，高性能混凝土，高弹模、轻质的特点，研究超高强硅烟和聚合物混泥土、高强双相钢丝刚纤维增强混泥土、纤维塑料等一系列材料取代目前桥梁用的钢和混凝土；以及在特殊使用要求下的特种混凝土正在得到推广应用，商品混凝土和泵送混凝土正在取代传统的施工方法；大吨位的新型支座，大位移量的伸缩缝也在推陈出新，在结构设计方面，计算结构力学的发展和计算的普及应用，使得大型复杂桥梁的计算和绘图工效率大大提高；同时，一些复杂的力学分析，诸如挠度、徐变收缩、剪滞效应、非线性、抗震等棘手的问，可以通过电算来求出较为符合实际的结果。在施工技术方面，以悬拼、悬灌为代表的各种无架施工方法走向成熟，施工机具的现代化水平正提高，施工管理的水平也上了新台阶。桥梁的安全性：桥梁建成交付使用后，将通过自动检测和管理系统保证桥梁的安全和正常运行，一旦发生故障或损伤，将自动报告损伤部位和养护对策。大力发展交通运输事业，是加速实现四个现代化的重要保证。四通八达的现代交通，对于加强全国各族人民的团结，发展国民经济，促进文化交流和巩固国防等方面，都具有非常重要的作用。我国幅员辽阔，大小山脉和江河湖泽纵横全国，在已通车的公路路线中尚有大量渡口需要改建为桥梁，并且随着社会主义工业、农业、国防和科学技术现代化的逐步实现，还迫切需要修建许多公路、铁路和桥梁，在此我们广大桥梁工程技术人员将不断面临着设计和建造各类桥梁的光荣而艰巨的任务。第二章 工程概况和方案比选2.1概述 农牧位于徐州西北部，处于苏、鲁、豫、皖四省交界之地，是淮海经济区1.2亿人口的中心城市。境内交通通讯便利，京杭大运河穿境而过，徐沛铁路纵横南北，与陇海铁路和京广铁路、京九铁路、京沪铁路接轨。公路四通八达，境内通车里程1300公里，自然形成连接鲁南、皖北、豫东和苏北的交通枢纽。距徐州观音国际机场仅有90公里，可直达北京、上海、成都、昆明、广州、厦门、深圳等国内大中城市。 2.2 工程概况2.2.1 地形地貌 农牧地处黄淮平原中部，境内无山，地形单一，全部为冲积平原，地表坦荡。地势由西南部海拔41米向东北部逐降至31. 5米左右。整个地面坡降为l300015000，总的地形，地势特点俗称“百里平川地，十里高三尺”。 2.2.2 水文条件农牧境内西有大沙河，东临昭阳、微山二湖，河网密布，属淮河流域泗水水系中的南四湖水系。因受地形制约，河流多由西南流向东北入湖。各条河流主要补给水源是大气降水，雨水是最主要的补给形式，干旱季节东部低洼地区有少量地下水补给。河流的水位和流量季节变化和年季变化大，一般7-9月份为汛期。入冬以后，徐沛运河以西的河流经常断流或干涸。除大沙河外，河流含沙量不大，冬季最冷时河面有结冰现象。县境内主要有姚楼河、大沙河、杨屯河、沿河、鹿口河、顺堤河、苏北堤河、徐沛运河、龙口河等9条骨干河流。 2.2.3 气象条件徐州农牧属暖温带半湿润季风气候，四季分明，夏无酷暑，冬无严寒，年气温14。气候特点是：四季分明，光照充足，雨量适中，雨热同期。四季之中春、秋季短，冬、夏季长，春季天气多变，夏季高温多雨，秋季天高气爽，冬季寒潮频袭。2.2.4 地质条件 （1） 工程地质：对建筑物有较大影响的是第四纪地层，本工程地质条件能满足一般建筑物的要求，到需注意冲沟、岩脉，建筑物总平面布置应尽量避开，以免导致建筑物倾斜、拉裂。粘土、亚粘土地基承载力R=1.2-1.5kg/ 强风化片麻岩地基承载力R=2.5-3kg/ 本工程地基土体的平均容重取18.0kg/ ；粘土的孔隙比及液性指数均大于0.85 ；地基承载力标准值取220KN/ 。 （2）水文地质：本地区地下水靠天然降水补给，地下水由东、东南向西、西北方向流动，与地形坡度一致。 （3）地震工程地质：地质运动以断裂运动为主，褶皱运动为辅，断层裂缝较多，老的断层有三条：峄山断层、张范断层、花石沟断层。在断层内有活动迹象，地壳运动比较活跃，尤其是花石沟断层比较明显，裂隙地面可见。根据有关方面分析：虽然断层较多，但断层并无应力积聚条件，故历史上从未发生过较大地震（最大三级），国家地震局和省地质局确定为7度设防区。 （4） 岩土物理力学指标： 岩石物理力学性质指标统计表 表1.1岩石名称密度（g/cm3）吸水率孔 隙率平均软化系数抗压强度（Mpa）动弹性模量Ed（MPa）动泊松比（）湿干天然状态浸水饱和灰岩白云灰岩2.592.762.512.740.9 3.52.3 8.80.860.8732.4 50.620.3 101.8砂岩2.652.732.622.700.72.11.84.70.820.9352.6107.639.2109.357134.766981.10.280.30粉砂岩2.732.622.662.84.18.611.00.726.99.12.813.136409.60.28页岩2.632.822.632.742.14.95.612.40.697.911.42.711.821667.60.32土体物理力学性质指标统计表 表1.2天然密度。g/cm3土粒比重Gs饱和度Sr%天然孔隙比e。含水量%塑限p液限l%塑性指数IP液性指数Il内聚力CkPa内摩擦角。压缩系数a1-2MPa压缩模量Es1-2MPa自由膨胀率Fs%1.642.022.742.86851000.701.652458285251118235100.4939.6134.41.925.40.090.1415.8221.8020881.641.912.662.85881000.9381.6533.658365472128348600.4967.6134.41.915.00.10.1514.8619.0440881.772.062.722.7970990.631.417361625244181700.76546221.722.60.0730.0831213.71.341.872.782.86851001.011.313587246242101183900.6474916.625.10.0480.2005212.3方案基本介绍及其比选2.3.1方案基本介绍2.3.1.1构思宗旨1.满足交通功能需要及通航要求，分孔跨径的基础与墩台相协调一致。2.桥梁结构造型简洁，轻巧，不出现太复杂的结构形式，以期成为一道新的风景线，并能反映新科技成就，体现民族风格。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，技术可靠，施工方案。2.3.1.2方案一：混凝土简支梁桥 桥型介绍：混凝土简支粱桥是常用的一种桥梁结构形式，由多根两端分别支撑在一个活动支座和一个铰支座上的梁作为主要承重结构的梁桥。属于静定结构。是梁式桥中应用最广泛的一种桥形。其构造简单，架设方便，结构内力不受地基变形，温度改变的影响。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的作用，使其内力状态比较均匀合理。变形小，动力性能好，丰梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。可采用现场吊装施工，充分应用简支梁桥的优点使施工设备机械化，生产工厂化；采用预制厂，预制主梁，然后安装就位，施工速度快。梁桥的一般设计步骤：一、桥梁纵断面设计桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥梁的标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等（一）桥梁总跨径的确定桥梁的总跨径一般根据水文计算确定，必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大的冲刷。在安全前提下，设计者应适当缩短桥梁的总长度，以节约总投资。由此可见，桥梁的总跨径应根据具体情况经过全面分析后加以确定。本桥前后总的设计长度131M左右，标准跨径18M（二）桥梁的分孔根据通航要求、地理和地质情况，水文情况以及技术经济和美观的条件加以确定。但有时各矛盾互相冲突，使其成为设计中最基本、最复杂的问题。跨径越大、孔数越少，上部结构的造价就很高，墩台的造价就减少；反之，则上部结构的造价降低，而墩台的造价将提高。最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价趋于最低。 本桥地处地形趋于平缓，地质下层是粘土，采用的是梁桥，现在梁桥的技术非常纯熟，所以我觉得中间一跨的净跨径是标准跨径18M，大致分孔情况是：2.500m+18*7m+2.500m。（三）桥道标高的确定对于跨河桥梁，桥道的标高应保证桥下排洪的需要；对于跨线桥，则应确保桥下安全行车。因此必须根据设计洪水位、桥下通航（或通车）净空等需要，结合桥型、跨径等一起考虑，以确定合理的桥道标高。二、桥梁横断面设计桥梁横断面的设计取决于桥上交通需求，主要内容是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面宽度决定于行车和行人的交通需要。各级公路的桥面行车道净宽标准的一般规定见(公路工程技术标准)第6.0.4条。桥上人行道和自行车道的设置，应根据实际需要而定。人行道的宽度2.75，一条自行车道的宽度为一米，当单独设置自行车道时，一般不应少于两条自行车道的宽度。本桥的道路等级是公路一级，双向4车道。一级公路有人行道。本桥的单向桥面净宽=4*3.5+2*1.5+2*0.5=18M桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳的通过。高速公路和一级公路上的大、中桥，以及各级公路上的小桥的线形及其与公路的衔接，应符合路线布设的规定。二、三、四级公路上的大、中桥线形，一般为直线，如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布设规定。从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交，但对于一般小桥，为了改善路线线型，或城市桥梁受原由街道的制约时，也允许修建斜交桥，斜度通常不宜大于45度，在通航河流上则不宜大于5度。本桥是一级公路，桥梁平面相关的要求均满足上述的要求。4、 其它方面（施工方法方面）梁桥的施工方法：就地浇筑施工 ：就地浇筑施工是一种古老的施工方法，它是在支架上安装模板、绑扎及安装钢筋骨架、预留孔道、并在现场浇筑混凝土与施加预应力的施工方法。由于施工需用大量的模板支架，一般仅在小跨径桥或交通不便的边远地区采用。随着桥梁结构型式的发展，出现了一些变宽的异型桥跨、弯桥等复杂的混凝土结构，又由于近年来临时钢构件和万能杆件系统的大量应用，在其他施工方法都比较困难或经过比较施工方便、费用较低时，也有在中、大桥梁中采用就地浇筑的施工方法。悬臂施工 ：悬臂施工法是在已建成的桥墩上，沿桥梁跨径方向对称逐段施工的方法。它不仅在施工期间不影响桥下通航或行车，同时密切配合设计和施工的要求，充分利用了预应力混凝土承受负弯矩能力强的特点，将跨中正弯矩转移为支点负弯矩，提高了桥梁的跨越能力。 逐孔施工 ：逐孔施工法从桥梁一端开始，采用一套施工设备或一、二孔施工支架逐孔施工，周期循环，直到全部完成。它使施工单一标准化、工作周期化，并最大程度地减少了工费比例，降低了工程造价，自5O年代末期以来，在连续梁桥的施工中得到了广泛应用和发展。顶推施工 ：顶推施工是在沿桥纵轴方向的台后设置预制场地，分节段预制梁，并用纵向预应力筋将预制节段与施工完成的梁体联成整体，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前顶推出预制场地，然后继续在预制场进行下一节段梁的预制，直至施工完成。 转体施工 ：桥梁转体施工是本世纪40年代以后发展起来的一种架桥工艺。它是在河流的两岸或适当的位置，利用地形或使用简便的支架先将半桥预制完成，之后以桥梁结构本身为转动体，使用一些机具设备，分别将两个半桥转体到桥位轴线位置合拢成桥。 2.3.1.3方案二：钢管混凝土拱桥 桥型介绍：钢管混凝土拱桥结构上无支座、施工体系转换方便、伸缩缝少、行车舒适、顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大、受力性能好，顺桥向抗推刚度小，对温变、混凝士收缩徐变及地震均有利。从施工上考虑，钢管混凝土拱桥施工状态和成桥状态保持一致，支架法平衡施工技术成熟，操作相对简单。此外，墩梁固结也在一定程度上克服了大吨位支座设计与制造的困难，也省去了其它桥梁施工过程中墩梁临时固结、合龙后再行调整的这一施工环节。钢管拱桥的一般设计思路：一、桥梁纵断面设计桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥梁的标高、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度等（一）桥梁总跨径的确定桥梁的总跨径一般根据水文计算确定，必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致遭受过大的冲刷。在安全前提下，设计者应适当缩短桥梁的总长度，以节约总投资。由此可见，桥梁的总跨径应根据具体情况经过全面分析后加以确定。本桥前后总的设计长度90m左右。（二）桥梁的分孔根据地理和地质情况，水文情况以及技术经济和美观的条件加以确定。但有时各矛盾互相冲突，使其成为设计中最基本、最复杂的问题。跨径越大、孔数越少，上部结构的造价就很高，墩台的造价就减少；反之，则上部结构的造价降低，而墩台的造价将提高。最经济的分孔方式就是使上、下部结构的总造价趋于最低。本桥地处地形趋于平缓，地质下层是粘土，采用的是钢管拱桥，所以我觉得一跨的跨径是60M，（三）桥道标高的确定对于跨河桥梁，桥道的标高应保证桥下排洪和通航的需要；对于跨线桥，则应确保桥下安全行车。因此必须根据设计洪水位、桥下通航（或通车）净空等需要，结合桥型、跨径等一起考虑，以确定合理的桥道标高。二、桥梁横断面设计桥梁横断面的设计取决于桥上交通需求，主要内容是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。桥面宽度决定于行车和行人的交通需要。各级公路的桥面行车道净宽标准的一般规定见(公路工程技术标准)第6.0.4条。本桥的道路等级是公路一级，设计等级是公路级，双向4车道。城市快速路有人群道和自行车道。本桥无盖梁，所以分双向两座桥，本桥的单向桥面净宽=桥面行车道净宽+结构物宽度（桥面行车道净宽：4*3.5=14M；结构物宽度：2*0.5=1M；人行道1.5*2=3M）。本桥的桥面净宽18M三、平面布置桥梁的线形及桥头引道要保持平顺，使车辆能平稳的通过。高速公路和一级公路上的大、中桥，以及各级公路上的小桥的线形及其与公路的衔接，应符合路线布设的规定。二、三、四级公路上的大、中桥线形，一般为直线，如必须设成曲线时，其各项指标应符合路线布设规定。从桥梁本身的经济性和施工方便来说，应尽可能避免桥梁与河流或与桥下路线斜交，但对于一般小桥，为了改善路线线型，或城市桥梁受原由街道的制约时，也允许修建斜交桥，斜度通常不宜大于45度，在通航河流上则不宜大于5度。本桥是一级公路，本桥梁平面相关的要求均满足上述的要求。下承式钢管混凝土系杆拱桥尽管有着自身的缺点和局限，得出了以下一些结论：（1）下承式钢管混凝土系杆拱桥空间效应非常明显，局部杆件扭矩效应不能忽视。（2）各种荷载效应作用下，恒载效应占的比重最大，横桥向静阵风荷载效应占的比重次之，汽车活载效应占的比重与混凝土桥相比有较大的增加，温度效应可以忽略。横桥向静阵风荷载效应和温度荷载效应对边界条件非常敏感，支座选取要恰当，支座后期的养护要到位。（3）大跨度下承式钢管混凝土系杆拱桥进行极限承载力分析时，应该考虑双重非线性的影响。大跨度钢桁架拱桥与传统的混凝土拱桥相比失稳模态有一定的差别。（4）大跨径下承式钢管混凝土系杆拱桥结构比较轻巧，整体刚度（顺桥向刚度和横桥向刚度）不大。恒载作用、拱桥纵桥向刚度和拱桥横桥向刚度对下承式钢管混凝土系杆拱桥的动力特性影响很大。 （5）下承式钢管混凝土系杆拱桥设计的成桥状态确定后，只要施工过程中采取的措施恰当，成桥的内力和线形是比较理想的。下承式钢管混凝土系杆拱桥施工过程中内力和线形的可调性是有的，可以采取各种辅助措施来实现。下承式钢管混凝土系杆拱桥施工过程中无论采取何种措施，都应遵循“内力调整为主，线形调整为辅”这一原则。2.3.2方案比选原则2.3.2.1适用性桥上应保证车辆的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。 （1）应保证桥梁在100年的设计基准期内正常使用。（2）桥面宽度能满足当今以及今后规划年限内的交通流量。（3）桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形忽然过宽的裂缝。（4）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。（5）考虑综合利用，方便各种管线（水、电气、通信等）的搭载。（6）桥梁的两端方便车辆的进入和疏散，不致产生交通堵塞现象等。（7）应考虑不同的环境类别对桥梁耐久性的影响，在选择材料、保护层厚度、防锈等方面满足耐久性的要求。这次设计的两座桥：梁桥和钢管混凝土拱桥，都能满足适用性的要求。2.3.2.2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。（1）所设计的桥梁结构在强度和稳定性方面有足够的安全储备。（2）防撞栏杆具有足够的高度和强度。（3）对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸。这次设计的两座桥：梁桥和钢管混凝土拱桥，都能满足舒适与安全性的要求。2.3.2.3经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。（1）桥梁的设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则。（2）经济的桥型应该是造价和使用年限内养护费用综合最省的桥型，设计中应充分考虑维修的方便和维修费用少，维修时尽可能不中断交通，或中断交通的时间最短。（3）所选择的桥位应是地质、水文条件好，桥梁长度也较短。（4）桥位应考虑建在能缩短河道两岸的运距，促进该地区的经济发展，产生最大的效益，对于过桥收费的桥梁应能吸引更多的车辆通过，达到尽可能快回收投资的目的。 从材料用量上看，方案二的混凝土用量最多，但从钢材以及钢筋方面进行综合考虑，方案一最合理。就经济方面，梁桥占有优势。2.3.2.4 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。在因地制宜的前提下，尽可能采用成熟的新结构、新设备、新材料和新工艺，必须认真学习国内外先进技术，充分利用最新科学技术成就。梁桥和钢管混凝土拱桥的技术都很纯熟。2.3.2.5美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。钢管混凝土拱桥外观优美，梁桥稍逊一筹。2.3.2.6其它根据设计构的宗旨，桥型方案应满足结新颖，受力合理，技术可靠，施工方法方便的原则，对于此，以上两个方案中，方案一：由于设计中的上部结构，受力情况比较简单，其稳定性相对于后一个方案差不多。从结构的外形上看，两个方案分别为梁桥，钢管混凝土拱桥。方案一：此桥采用的是装配式钢筋混凝土的T形梁桥，两边采用现场吊装的方法，从而在整体上考虑减轻了整个桥上部结构的恒重，节省了大量的材料，在结构主要部位安放组装一些合理的钢板，在提高桥的稳定性的同时，充分发挥了钢材的优势，使结构既轻巧又美观，大大减少了工程量材料，从而减少了工程中的造价，提高了方案比较中的有力的竞争地位。方案二总体上比较简单，采用的一跨整体式，方案较多地体现了设计的思想，也符合设计规划的要求，技术先进，工艺成熟，其唯一不是的就是整体受力不稳，在这样的地质条件下，其基础的设计，施工要特别注意。从施工难度上看，两个方案中，方案一采用悬臂吊装安装的方法。方案一是钢筋混凝土箱形梁，方案一其施工比较短。方案二：采用的是支架法的方法，进分部安装，但需 要较长的施工时间，工期比较长。2.3.3 方案比选比较项目第一方案第二方案主桥跨桥型混凝土连续梁钢管混凝土拱桥主桥跨结构特点混凝土连续梁桥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。结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构，整体性好，刚度较大，变性较小。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软土地基上建造拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。为此采用大吨位预应力筋以承担拱的水平推力；预应力筋的寄体是系梁，即加劲纵梁，从而以梁式桥为基体，按各种梁桥的弯矩包络图用拱来加强。这样可以使桥梁结构轻型化，同时能提高这类桥梁的跨越能力建筑造型侧面上看线条明晰，与当地的地形配合，显得美观大方跨径较大，线条非常美，与环境和谐，增加了城市的景观养护维修量小较大设计技术水平经验较丰富，国内先进水平经验一般，国内一般水平施工技术满堂支架法：结构不发生体系转换，不引起恒载徐变二次矩，预应力筋可以一次布置，集中张拉等优点。施工难度一般转体施工法：对周围的影响较小，将结构分开建造，再最后合拢，可加快工期，是近十年来新兴的施工方法，施工难度较大工 期较 短较 长综上所述：这两个方案都符合了适用、安全、经济、美观、环保要求。但在经济、适用、美观要求上，第一方案占一定的优势。另考虑，简支梁的设计较简单，受力较明确，比较适合初学者作为毕业设计用，因此选择方案一比较好，即混凝土简支T型梁桥。 第三章 上部结构尺寸拟定及内力计算3.1 设计资料3.1.1桥面净空 净2*(3.75*2+1.5+1.5+0.5)=22M3.1.2设计荷载 公路I级和人群荷载标准值为3.53.1.3主梁跨径和全长标准跨径：18m(墩中心距离)；计算跨径：17.5 (支座中心距离)；主梁全长：17.7 (主梁预制长度)3.1.4材料 T形梁混凝土主要指标指标强度等级弹性模量（MPa）重量（kN/）轴心抗压设计强度（MPa）抗拉设计强度（MPa）轴心抗压标准强度（MPa）抗拉标准强度（MPa）C503.452622.41.8332.42.65钢筋主要指标钢筋种类抗拉设计强度（MPa）抗压设计强度（MPa）标准强度（MPa）弹性模量（MPa）R2351951952352.1HRB3352802803352.03.1.5缝宽度限值：1类环境（允许裂缝宽度0.02mm）。3.1.6设计依据公路桥涵设计通甩规范（JTGD602004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD622004）3.1.7参考资料桥梁工程，姚玲森主编，人民交通出版社，北京。桥梁计算示例集混凝土简支梁（板）桥，易建国主编，人民交通出版社，北京。结构设计原理，沈浦生主编。3.2上部结构尺寸的拟定主梁截面尺寸：根据公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004），梁的高跨比的经济范围在1/11到1/16之间，此设计中标准跨径为24m，拟定采用的梁高为1.00m，翼板宽1.75m，腹板宽0.12m。 主梁间距和主梁片数：桥面净空：净22m人行道，采用10片T型主梁标准设计，主梁间距为2.2m。 3.3 行车道板计算3.3.1永久荷载及其效应1.每延米板上的横载沥青混凝土层面：0.031.023=0.69（KN/m）C30混凝土垫层：g2=0.091.024=2.16(KN/m)T梁翼缘板自重g3=0.111.025=2.75(KN/m)每延米跨宽板恒载合计：g=5.60KN/m2.每米宽板条的恒载内力弯矩：MAh=-5.60()2=-1.411(KN/m)剪力：VAh=5.60=3.976(KN)3.车辆荷载产生的内力 公路四级：以重车后轮作用于绞缝轴线上为最不利位置，后轴作用力标准值为P=140KN,轮压分布宽度如下图所示，按照公路桥涵设计通用规范知后车轮地宽度b2及长度a2为：a2=0.20m ，b2=0.60m a1=a2+2H=0.20+20.12=0.44(m)b1=b2+2H=0.60+20.12=0.84(m)荷载作用于悬臂根部的有效分布宽度： a=a1+1.4+2l0=0.44+1.4+20.71=3.26(m) 冲击系数：1+=1.3 作用于每米板宽条上的剪力为：VAp=(1+)=1.3=27.914(KN)作用于每米板宽条上的弯矩为：MAp=-(1+)(l0-)2=-1.3(0.71-)=-13.957(KN/m)4. 基本组合 恒+汽： 1.2MAh+1.4MAp=-1.21.411-1.413.957=-21.233（KN/m） 1.2VAh+1.4VAp=1.23.976+1.427.914=43.8508(KN)故行车道板的设计作用效应为：MA=-21.233（KN/m），VA=43.851(KN)3.3.2截面设计、配筋与强度验算(1)悬臂板根部高度h=140mm，净保护层a=25mm。若选用12钢筋，则有效高度h0=h-a=115mm 按（D62）5.2.2条： r0Mdfcdbx(h0-x/2) 故x=14.3mm而且14.3mmb h0=0.56115=64.4mm(2) 求钢筋面积AS按（D62）5.2.2条：fsdAS=fcdbx 故AS=7.0510-4(m2)(3) 配筋查有关板宽1m内的钢筋截面与间距表，当选用12钢筋时，需要钢筋间距为150mm时，此时所提供的钢筋截面积为：Ag=7.54cm27.05cm2(4) 尺寸验算：按（D62）5.2.9条抗剪上限值：按（D62）5.2.10条抗剪上限值： 由上式可知可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅须按构造要求配置箍筋，取分布钢筋用8，间距取20cm承载能力验算 fsdAS=fcdbx 得x= 143 mm Md=fcdbx(h0-x/2)Md=13.8 故承载力满足要求。3.4主梁内力计算3.4.1主梁的荷载横向分布系数 跨中荷载弯矩横向分布系数（偏心压力法计算）本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n=5，梁间距为1.6米，则：=+=(2)2+1.62+02+(-1.6)2+(-21.6)2=25.6m21号梁横向影响线的竖坐标值为： =+=+=0.20+0.40=0.60=-=-=0.20-0.40=-0.20进而由和计算横向影响线的零点位置，设零点至1号梁位的距离为,则：= 解得：=4.80m零点位置确定后，就可求出各类荷载相应于各个荷载位置的横向影响线竖坐标值和。由和绘制1号梁横向影响线，按照桥规确定汽车荷载最不利位置，图示如下：设人行道缘石至1号梁轴线的距离为，则：=0.3m于是1号梁的荷载横向分布系数可计算如下（以和分别表示影响线零点至汽车车轮和人群荷载集度的横坐标距离）车辆荷载：=0.538人群荷载：=同理可以求得各梁横向影响线的竖标值：公路-一级：=0.538，=0.469，=0.4 梁端剪力横向分布系数计算（按杠杆法）公路一级 m1汽=1/20.875=0.438 m2汽=1/21.000=0.500 m3汽=1/2（0.938+0.250）=0.5943.4.2内力计算3.4.2.1恒载内力(1)恒载：假定桥面构造各部分重量平均分配给各土梁承担，计算如下。构件名单元构件体积及算式（KN/M）主梁横隔梁边主梁中主梁桥面铺装沥青混凝土面层混凝土垫层人行道部分缘石支撑梁人行道梁A人行道梁B镶面砧栏杆柱扶手 一侧人行道部分每2.5m长时重12.35/2.5=4.94(kN/m)。按人行道板横向分布系数分摊至各梁的板重为：1号梁、5号梁：2号梁、4号梁：3号梁：各梁的永久荷载汇总于表：梁号主梁横梁铺装层合计1（5）2（4）39.769.769.760.641.281.284.564.564.5618.3417.7816.59恒载内力 ， 内力1，5号梁2，4号梁3号梁弯矩M剪力Q弯矩M剪力Q弯矩M剪力QX=00169.650164.470153.46X=l/4588.4684.82570.4982.23532.3176.73X=l/2784.60760.650709.740（2）公路一级均布荷载qk,集中荷载Pk及其影响线面积 按照桥规规定，公路II级车道荷载均布荷载qk=7.875kN/m, Pk=175.5kN。计算剪力效应时，集中荷载标准值Pk应乘以1.2的系数。项目42.7832.092.319.25可变作用（人群）（每延米）p人：p人=30.75=2.25（kN/m）（3）可变作用效应梁号内力qk(3)(4)Pk(5)yk(6)弯矩效应10.5381.37.87542.78175.54.625803.620.53832.093.469602.5520.46942.784.625700.290.46932.093.469525.2730.40042.784.625597.260.40032.093.469447.99基本荷载组合：按照桥规规定，永久作用设计值效应与可变作用设计值效应的分项系数为：永久荷载作用系数： 汽车荷载作用系数： 弯矩组合效应梁号内力永久荷载汽车1784.6803.621926.08588.46602.551444.532760.6542.54700.291940.83570.4931.91525.271455.713709.7419.25597.261709.41532.3114.44447.991282.13注：-桥梁结构重要性系数，取=0.9，=0.8公路II级产生的跨中剪力梁号内力qk(3)(4)Pk(5)yk(6)弯矩效应10.5381.37.8752.31210.60.588.3720.46975.2930.40064.22汽车荷载作用如上图，计算结果如下表汽车荷载计算结果如下表计算公式：，梁号内力1+剪力效应11.30.4380.5389.25-0.2310.92168.6820.5000.4690.072181.9830.5940.4000.449204.73人群荷载计算结果如下表：计算公式：，其中梁号内力10.6841.4222.251.719.250.9217.7820.422-0.422-1.954.7530.2000-0.463.21梁号内力永久荷载汽车0.9（1.2+1.4+1.40.8）1V0169.65168.68413.68088.37114.932V0164.47181.98457.46075.2997.183V0153.46204.73426.93064.2281.97 3.4.3 截面设计、配筋与验算（1）由弯矩基本组合表可知，1号梁Md值最大，考虑到施工方便，偏安全地一律按1号梁计算弯矩进行配筋。采用焊接钢筋骨架配筋，设钢筋净保护层为3cm，则主梁有效高度，。翼缘计算宽度按照下面公式计算，并取其中最小值：，故取首先判断截面类型，即，为第一类T型截面。确定混凝土受压区高度 由 推出As=5988.2mm2采用两排焊接骨架，每排332+128，合计为632+228，则钢筋As=4825+1232=6057mm25988.2mm2。钢筋布置如下图所示 钢筋截面重心至截面下边缘的距离为 梁的实际有效高度为配筋率，满足要求。3.4.3.1 持久状况截面承载力极限状态计算： 按截面实际配筋率计算受压区高度： 截面抗弯极限承载力 Mad= 满足规范要求。3.4.3.2 根据斜截面抗剪承载力进行斜筋配置由剪力效应组合表知，支点剪力效应以3号梁为最大，为偏安全设计，一律用3号梁数值。跨中剪力效应以1号梁最大，一律以1号梁为准。假定有通过支点。按公预规构造要求： 又由公预规规定，构造要求需满足： 按公预规规定， 介乎两者之间应进行持久状况斜截面抗剪极限状态承载力验算。3.4.3.3斜截面配筋的计算图示。 按公预规5.2.6与5.2.11条规定：最大剪力取用支座中心（梁高一半）处截面的数值，其中混凝土与箍筋共同承担不小于60%，弯起筋（按45%弯起），承担不大于40%；计算第一排（从支座向跨中计算）弯起钢筋时，取用距支座中心处由弯起筋承担的那部分剪力值；计算以后每一排弯起钢筋时，取用前一排弯起钢筋点处由弯起钢筋承担的那部分剪力值。 弯起钢筋配置计算图示如下：由内插可得，距梁高处的剪力效应：,其中混凝土和箍筋共同承担的剪力，即由弯起钢筋承担的剪力组合设计值为相应各排弯起钢筋位置与承担的剪力值见下表，斜筋派次弯起点据支座中心距离（mm）承担的剪力值（kN）11137141.3522238105.793330771.26(1)各排弯起钢筋的计算，按公桥规范规定，与斜截面相交的弯起钢筋的抗剪承载力计算公式：式中：而且则每排弯起钢筋的面积为：，由纵筋弯起232，提供的，由纵筋弯起232，提供的，由纵筋弯起232，提供的，由纵筋弯起228，提供的 在近跨中处，增设两组220辅助斜筋，弯起钢筋的弯起点，应设在按抗弯强度计算不需要该钢筋的截面以外不小于外，本方案满足要求。3.4.3.4主筋弯起后持久状况承载能力极限状态正截面承载能力校核：用弯矩包络图和结构抵抗图来完成。对于钢筋混凝土简支桥梁，可以将弯矩包络图近似为一条二次抛物线。若以梁跨中截面处为横坐标原点，其纵坐标表示该截面上作用的最大弯矩（向下为正），则简支梁的弯矩包络图可以描述为由已知弯矩，按上式作出梁的弯矩包络图；各排弯起钢筋弯起后，按照下部钢筋的数量计算各截面正截面的抗弯承载能力，绘制结构抵抗图各截面正截面的抗弯承载能力计算如下：由支座中心至1点：纵向钢筋为232。假设截面为第一类，则说明假设正确，即截面类型为第一类。，符合构造要求。将x值代入中，求得截面所能承受的弯矩设计值，计算结果如下表梁区段截面纵筋有效高度截面类型受压区高度抗弯承载力钢筋充分利用点支座中心-12321252I21.8560.1L1-24321234I43.41089.1K2-36321216I65.31599.5J3-跨中632+2281198I81.91961.6I将表中正截面抗弯承载力在图中用各平行线表示出来，得到结构抵抗图。从图中看出结构抵抗图外包弯矩包络图，说明该梁正截面抗弯承载力满足了要求。3.4.3.5箍筋配置箍筋间距的计算公式为：式中：异形弯矩影响系数，取=1.0； 受压翼缘的影响系数，取=1.1； Vd据支座中心处截面上的计算剪力 P斜截面内纵向受拉主筋的配筋率，P=100； Asv同一截面上箍筋的总截面面积（mm）； 箍筋的抗拉设计强度； 混凝土和钢筋的剪力分担系数，取=0.6。选用28双肢箍筋（R235，），则面积Asv=1.006cm2;距支座中心处的主筋为232，选用根据公预规规定，在支座中心向跨径方向长度不小于1倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于100mm。综上，全梁箍筋的配置为28双肢箍筋；由支点据支座中心2.3m处，=10cm，其余地方箍筋间距为=30cm。 则配筋率分别为：当=10cm时，=当=30cm时，=均大于规范规定的最小配股率：R235钢筋不小于0.18%的要求。3.4.3.6 斜截面抗剪承载能力验算以距支座中心处处斜截面承载力的复核方法为例验算a) 选定斜截面顶端位置。从图中可以得到距离支座中心处处斜截面的横坐标为x=9250-650=8600mm，正截面有效高度。现取斜截面投影长度，则得到选择的斜截面顶端位置A，其横坐标为x=8600-1252=7348mm。b)斜截面抗剪承载力复核。A处正截