常寧回水灣至蔭田公路5合同段回水灣段橋梁畢業(yè)設計

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1、 畢業(yè)設計 新鄉(xiāng)學院 09土木交通方向橋梁優(yōu)秀畢業(yè)設計 第1章 工程概況 1.1工程概述 常寧至衡陽公路是位于湖南省常寧市境內省道1811線的重要段落，本設計路段為常寧回水灣至蔭田公路5合同段回水灣段。常寧大橋是回水灣至蔭田公路上的最大的一座橋，位于常寧二大橋下游八公里處，該橋位于常寧市宜水區(qū)新田村宜水河干流處，為多孔跨徑不通航大橋。 1.2 技術標準 設計荷載：公路—I級； 橋面凈空：雙幅橋，凈-11m+人行道1.50米； 設計流量：2000； 平均流速：2.20； 設計洪水頻率：100年一遇,橋下不通航

2、。 1.3 工程地質條件 擬建場地地處河——海沖淤積平原區(qū)，第四紀堆積約25m厚，基底為中粒花崗巖，地基土類型多，變化大，土質不均，工程地質條件復雜。詳細地質分布由上至下如下： 1、填土：灰色，灰黃色，稍松—稍密，稍濕—濕，成分以粘性土為主，含有中粗砂，瓦礫及碎石塊等，土質不均。本層東西岸均有分布，層厚1.4-2.0m，堆積時間大于15年之久。 2、粘土：灰黃色，褐黃色，濕—飽和，軟可塑—可塑，成分以粘土為主，含氧鐵結核，此層ZK2孔被填土替代缺失，ZK4孔為耕植粘土0.3m厚，層厚0.3-3.2m。 3、淤泥質土：灰色，青灰色，軟流塑，飽和，由淤泥質粘土、淤泥質亞粘土組成。

3、但是，ZK4孔一帶中上部為淤泥，下部為淤泥質土，中混10-15%的粉細砂及少量有機質，含腐殖物，具腐臭味。該層東西岸均有分布，層厚4.1-6.0m。 4、含泥中細—中粗砂夾淤泥質土、砂質粘土層：含泥中細—粗砂：灰色，灰黃色，稍密，飽和，北岸中粗砂為主，西岸中細砂為主含礫卵石（直徑0.5-5cm），泥質含量約10-20%，該層于ZK3孔，10-11.7m相變?yōu)樯悦軤钌傲Ｂ咽?；于ZK2、ZK3、ZK4孔一帶中部夾軟流塑淤泥質土厚約1-2m；于ZK4孔一帶中下部夾2m厚之可塑狀砂質粘土。全層總厚度5.35-6.40m，純砂厚3.5-6.5m。 5、砂卵石：黃色，灰黃色，稍密，飽和，由卵石，沙礫組

4、成，卵石直徑2-6cm，個別大于10cm，呈亞圓狀，成分為中風化凝灰熔巖，分選性較差，磨圓度中等，卵石含量30-60%，泥質含量約10-15%。砂泥充填，該層東西岸均有分布，層厚4.10-7.15m。 6、殘積質粘性土：褐黃色，灰白色，黃白色，飽和，可塑—硬塑，母巖為中粒結構花崗巖，此層由粘性土，石英砂，云母片等組成，原巖結構大部已破壞，該層東西岸均有分布，層厚3.30-5.10m。 7、強風化花崗巖：褐黃色，黑夾白色，硬塑，由長石、石英、云母片及暗色礦物組成，中粒結構，呈砂礫狀，礦物已顯著變化，巖芯易碎成半土半巖，鉆進時有“咔嚓”聲，該層東西岸均有分布，層厚3.5-5.7m。 8、中風

5、化花崗巖：灰白色，黑夾白色，堅硬，巖芯呈碎塊狀，裂隙發(fā)育，中粒結構，礦物成分基本未變，該層東西岸均有分布，層厚0.4-1.1m。 9、微風化花崗巖：墨黑夾白色，灰白色，堅硬，中粒結構，塊狀構造，裂隙中等發(fā)育，巖芯完整，呈短柱狀，本層東西岸均有分布，該層鉆孔最大控制厚度為6m。 1.4 巖土層物理力學指標統(tǒng)計表 表1-1 巖土層物理力學指標統(tǒng)計表 層號 土名 土工試驗 標貫測試 重力動 探測試 天然 含水量 w（%） 天然容重g (kN/m3) 天然 孔隙比 e 液性指數(shù) II 內聚力 C (kPa) 內磨擦角 f() 壓縮模量Ee1-2

6、 （MPa） 擊數(shù)N63.5值(修正值) 擊數(shù)N63.5值(修正值) 2 粘土 43.2 18 1.18 0.71 34.4 16.1 4.02 3 淤泥質土 44.475 17.2 1.239 1.53 9.05 1.7 2.443 4 中細—中 粗砂 8.826 5 礫卵石 9.448 6 殘積質 粘性土 25.4 18.7 0.82 0.15 21.53 26.13 4.557 22.63 1.5 地基承載力表 表

7、1-2 地基承載力表 層號 土名 狀態(tài) 地基土標 準承載力 fk（kPa） 壓塑模量 Ee1-2 （MPa） 沖鉆孔灌注樁 樁周土摩 擦力極限 承載力（kPa） 樁端極限 承載力 （kPa） 1 填土 松散—稍密 80-90 25 2 粉質粘土 軟縮—可塑 100 3 30 3 淤泥質粘土 軟流塑 50-70 1.5-2.5 12-14 4 含泥中細—中 粗砂 稍密 110-160 3.9 20-40 4-1 淤泥質土 軟流塑 70-80 2.5 4-2 砂質粘土

8、 可塑 180 6 5 礫卵石 稍密 380-400 70-80 4.0 6 殘積質粘性土 硬塑 220-250 4.5-5.5 50 2.0-2.4 7 強風化花崗巖 硬塑 500-550 60 4.0-4.5 8 中風化花崗巖 堅硬 1500-1600 90 9 微風化花崗巖 堅硬 8000-9000 120 16.0-18.0 1.6 工程地質評述 橋基持力層及基礎類型： 擬建場地地基土由人工填土（厚1.4-2.0m）、河漫灘相可塑狀粘土層（厚0.3-3.2m）、海相高壓縮性淤泥質

9、土（厚4.1-6.0m）、含泥中細—中粗砂（厚5.35-6.4m）、河床相稍密狀礫卵石（厚4.10-7.15m）、殘積質粘性土（厚3.30-5.10m）、強風化花崗巖（厚3.5-5.7m）、中風化花崗巖（厚0.4-1.1m）、微風化花崗巖組成。 上部：填土呈稍松—稍密狀，均勻性差；粘土層厚度變化大，中壓塑性；淤泥質土流塑狀，高壓塑性，承載力低；含泥中細—中粗砂飽和可液化砂土均不具備天然持力層條件。中部：礫卵石層分布穩(wěn)定，工程性能差，強透水性，無下伏軟弱土層，低壓塑性，承載力高；殘積質粘性土工程性質較好，承載力較大。下部：強風化花崗巖，微風化花崗巖層厚大，其中微風化花崗巖飽和單軸極限抗壓強度高

10、，為115.49-136.40Mpa，是橋基良好的樁端持力層。 鑒于中風化花崗巖上覆地基土土質不均，橋梁豎直荷載大，加之風力、地震力水平荷載作用，樁基承受一定的上拔作用，為減少樁基沉降差異，確保樁基穩(wěn)定性，建議樁基持力層選用微風化花崗巖。 1.7 河床橫斷面 表1-3 河床橫斷面 樁 號 標 高（m） 樁 號 標 高(m) 0+000 2.80 0+110 -2.60 0+010 1.70 0+120 -2.90 0+046.60 0.20 0+134.60 -1.10 0+057.60 -2.60 0+166.40 0.30

11、 0+070 -2.95 0+180 2.60 0+080 -2.60 常水位 1.05 0+090 -3.10 設計水位 5.10 0+100 -2.80 橋面設計標高 8.10 標高高程以黃海為基準面 第2章 水文計算和方案比選 2.1 水文計算 2.1.1水文地質條件 該橋梁擬建場地地處河—海沖淤積平原區(qū)，第四紀堆積約25m厚，基底為中粒花崗巖，地基土類型多，變化大，土質不均，工程地質條件復雜。 2.1.2岸坡穩(wěn)定性分析 擬建場地東西兩岸，經河流上、下游兩條斷面圖實測結果，

12、岸坡陡直，坡角85-90度。但是，東岸ZK2孔一帶岸坡相對較緩，坡角約45度。根據(jù)東岸ZK1、西岸ZK4孔按條分法、圓弧法計算，ZK1孔按坡身園設定，其穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=0.635；ZK4孔按坡身園、坡角園設定，安全系數(shù)分別為0.463，0.909，均屬不穩(wěn)定岸坡。計算的安全系數(shù)系指自然岸坡狀態(tài)，倘若顧及地震作用、動水力作用更加不穩(wěn)定，故應采取護坡措施。 2.1.3水文資料 根據(jù)外業(yè)收集資料及計算知，橋位處天然河槽平均流速為2.20，設計流量為2000，橋位斷面如圖3-1所示。初步擬定上部結構采用標準跨徑為40m（橋墩中心間距）的預應力鋼筋混凝土簡支梁，墩寬為1.2m。 2.

13、1.4確定橋長及橋跨布置 圖2-1 橋跨布置圖 解：用過水面積法計算，其中各系數(shù)如下： 1、根據(jù)《公路橋涵設計規(guī)范》沖刷系數(shù)表得到山區(qū)河段沖刷系數(shù)： 2、渦流阻水系數(shù)為： 3、橋墩阻力系數(shù)為： 4、所需橋下毛過水面積計算值： 5、參照圖3-1，采用440m橋跨，將二岸橋臺置于K0+010，K0+170處，計算得橋下實有毛過水面積為805.2m2，略大于計算值，可以采用。 6、確定采用的橋孔凈長： 2.2 方案比選 2.2.1 橋梁結構方案比選 2.2.1.1 比選方案的主要標準 橋梁的形式以及前面的地質資料、水文計算可考慮

14、簡支梁橋、懸臂梁橋、T形鋼構橋和斜拉橋作比較。從實用、安全、經濟、美觀、施工、占地與工期多方面比選，最終確定橋梁形式。 2.2.1.2 橋梁設計原則 （1）實用性 橋梁必須實用，要有足夠的承載能力，能保證行的暢通、舒適和安全；既滿足當前的需要，又考慮今后的發(fā)展；既滿足交通運輸本身的需要，也要考慮到支援農業(yè)，滿足農田排灌的需要；通航河流上的橋梁，應滿足航運的要求，考慮綜合利用；橋下應滿足泄洪、安全通航或通車等要求。建成的橋梁應保證其設計基準期內正常使用，并便于檢查和維修；橋梁還應考慮在戰(zhàn)時適應國防的要求；在特定地區(qū)，橋梁不定期應滿足特定條件下的特殊要求（如地震）。 （2）舒適與安

15、全性 現(xiàn)代橋梁設計越來越強調舒適度，要控制橋梁的豎向與橫向振幅，避免車輛在橋上振動與沖擊。整個橋跨結構及各部分構件，在制造、運輸、安裝和使用過程中應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。 （3）經濟性 設計的經濟性一般應占首位。經濟性應綜合考慮到工程造價及將來的養(yǎng)護和維修等費用。 （4）先進性 橋梁設計應體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁建設的新技術。應便于制造和架設，應盡量采用先進工藝技術和施工機械、設備，以利于減少勞動強度，加快施工進度，保證工程質量和施工安全。 （5）美觀 一座橋梁，尤其是坐落于城市之上的橋梁應具有優(yōu)美的外形，應與周圍的景致相協(xié)調。但應注意合理的結構布局和輪廓是美觀的主要因素，不

16、應把美觀片面的理解為豪華的裝飾。 2.2.1.3 橋梁的綜合評估 （1）簡支梁橋 梁式橋是指其結構在垂直荷載的作用下，其支座僅產生垂直反力，而無水平推力的橋梁。預應力混凝土梁式橋受力明確，理論計算較簡單，設計和施工的方法日臻完善和成熟。 預應力混凝土梁式橋具有以下主要特征： a、混凝土材料以砂、石為主，可就地取材，成本較低； b、結構造型靈活，可模性好，可根據(jù)使用要求澆鑄成各種形狀的結構； c、結構的耐久性和耐火性較好，建成后維修費用較少； d、結構的整體性好，剛度較大，變性較??； e、可采用預制方式建造，將橋梁的構件標準化，進而實現(xiàn)工業(yè)化生產； f、結構自重較大，

17、自重耗掉大部分材料的強度，因而大大限制其跨越能力； g、預應力混凝土梁式橋可有效利用高強度材料，并明顯降低自重所占全部設計荷載的比重，既節(jié)省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲勞的能力； h、預應力混凝土梁式橋所采用的預應力技術為橋梁裝配式結構提供了最有效的拼裝手段，通過施加縱橫向預應力，使裝配式結構集成整體，進一步擴大了裝配式結構的應用范圍。 （2）懸臂梁橋 懸臂梁橋一般做成雙懸臂式結構，中間跨徑為8m~10m，兩端伸出的懸臂長度約為中間跨徑的0.3倍，板在跨中的厚度約為跨徑的1/14~1/18，在支點處的板厚要比跨中的加厚30%~40%。懸臂端可以直接伸到路堤上，不用設置橋臺。

18、為了使行車平穩(wěn)順暢，兩懸臂端部都設置搭板與路堤相銜接。但在車速較高，荷載較重且交通量很大時，搭板容易損壞，從而導致車輛在從路堤上橋時對懸臂的沖擊，故目前較少使用。 （3）T形鋼構橋 T形鋼構橋一種具有懸臂受力特點的梁式橋。從墩上伸出懸臂，跨中用剪力鉸或簡支掛梁組合而成，因墩上在兩側伸出懸臂，形同T字，故稱此名。由于懸臂施工方法的突出的優(yōu)點，預應力T型鋼構橋的近十年來得到了較快的發(fā)展，成為大跨徑橋梁中廣泛采用的結構形式之一，跨徑從60米至170米。預應力混凝土T型鋼構橋現(xiàn)在得到了廣泛的推廣和應用。T形鋼構橋塊件預制時，逐塊密貼，拼裝接縫由純干接縫改進為膠結，使之更為安全可靠。預制構件可采用工

19、廠或工地預制，上下部施工可同時進行。由于張拉前砼有足夠強度，預應力損失少，長期撓度可減少，質量容易控制，幾乎不受氣溫影響，速度快，施工期短。T形鋼構橋有所需場地大，運輸與安裝設備較多，預制需要有很高的精確度，施工非常困難等缺點。 2.2.1.4 方案編制 （1）懸臂梁橋 圖2-2 方案比選圖—懸臂梁橋 （2）T型鋼構橋 圖2-3 方案比選圖—T型鋼構橋 （3）簡支T型梁橋 圖2-4 方案比選圖——簡支T型梁橋 2.2.1.5 方案比選 表2-1 案比選表 橋型 性質 懸臂梁橋 T形剛構橋 預應力混凝土簡支T形梁橋 適 用 性

20、 1．橋墩上為單排支座，可以減小橋墩尺寸；2．主梁高度可較小，降低結構自重，恒載內力減小。 超靜定結構容易受溫度、混凝土收縮徐變作用、基礎不均勻沉降等影響，容易造成行車不順 1．施工方便；2．適合中小跨徑； 3．結構尺寸標準化。 安 全 性 1．在懸臂端與掛梁銜接處的撓曲線折點不利行車；2．梁翼緣受拉，容易出現(xiàn)裂縫，雨水浸入梁體成為安全隱患。 建國初期大量采用 目前國內大量采用，安全，行車方便。 美觀性 做成變截面梁較漂亮。 結構美觀 結構美觀 經濟性 支架昂貴維修費用高。 造價較低工期較短 造價第二用鋼量大。 縱觀橋梁的發(fā)展，懸臂梁橋已經基本不采用，由于

21、是跨線橋，跨度不大，斜拉橋一般用于大跨度的跨海、跨河大橋，T形鋼構橋多用于高墩建設，以及經過上述方案的比較，決定采用預應力混凝土簡支T形梁橋。 2.2.2橋梁截面形式比選 橋梁截面形式考慮了箱形梁、組合箱梁、空心矩形板（梁）、T型梁等可采用的梁型。 （1）T型梁截面 T型梁結構受力明確，設計及施工經驗成熟，跨越能力大，施工可采用預制吊裝的方法，施工進度較快。該方案建筑結構高度最高，由于梁底部呈網狀，景觀效果差。同時，其帽梁雖較槽型梁方案短些，但較其他梁型長，預制在吊裝實施過程存在著與其他預制梁同樣的問題。 （2）簡支組合箱梁截面 結構整體性強，抗扭剛度大，適應性強。箱梁預

22、制吊裝，鋪預制板，重量輕。從預制廠到工地的運輸要求相對較低，運輸費用較低。也可在施工現(xiàn)場設置預制場地預制箱梁，成型后直接用吊車起吊安裝。橋面板需要現(xiàn)澆施工,增加現(xiàn)場作業(yè)量，工期也相應延長。 （3）空心矩形板（梁）截面 無論對鋼筋混凝土還是預應力混凝土裝配式板橋來說，跨徑增大，實心矩形截面就顯得不合理。因而將截面中部部分挖空，做成空心板，不僅能減小自重，而且對材料的充分利用也是合理的。鋼筋混凝土空心板目前使用范圍在6~16m?？招陌遢^同跨徑的實心板重量小，運輸安裝方便，而建筑高度又較同跨徑的T梁小，因此目前使用較多。相應于這些跨徑的板厚，對于鋼筋混凝土板為0.4~0.8m?？招陌鍢蛴行螤詈唵?/p>

23、，施工方便，建筑高度小等優(yōu)點，因而在使用較廣泛。 相比之下，T型梁截面橋有形狀簡單，施工方便，建筑高度小等優(yōu)點，因而在使用較廣泛，且施工技術成熟，造價適中。因此，結合工程特點和施工條件，選擇T型梁截面板（梁）。T型梁截面板（梁）截面圖如圖2-5所示。 圖2-5 T型梁截面 2.2.3橋墩方案比選 橋墩類型有重力式實體橋墩、空心橋墩、柱式橋墩、輕型橋墩和拼裝式橋墩。 （1）重力式實體橋墩 重力式實體橋墩主要依靠自身重力來平衡外力保證橋墩的穩(wěn)定，適用于地基良好的橋梁。重力式橋墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，截面尺寸及體積較大，外形粗壯。 （2）柱式橋墩 柱式橋墩是目前公路

24、橋梁、橋寬較大的城市橋梁和立交橋及中小跨度鐵路旱橋中廣泛采用的橋墩形式。這種橋墩既可以減輕墩身重量、節(jié)省圬工材料，又比較美觀、結構輕巧，橋下通視情況良好。 （3）輕型橋墩 輕型橋墩適用于小跨度、低墩以及三孔以下（全橋長不大于20m）的公路橋梁。輕型橋墩可減少圬工材料，獲得較好的經濟效益。在地質不良地段、路基穩(wěn)定不能保證時，不宜采用輕型橋墩。 由上面可知，根據(jù)本橋所處位置地質條件非常差，基礎埋深較大的特點，柱式橋墩是最合適的墩型，與本工程的要求非常吻合。所以選擇柱式橋墩。橋墩形式如圖3-7所示。 圖2–6 柱式橋墩 第3章

25、 上部結構的計算 3.1設計資料及構造布置 3.1.1設計資料 1、標準跨徑及橋寬 標準跨徑：40m； 主梁全長：39.96m； 計算跨徑：39.08m； 橋面凈空：雙幅橋，凈-11m+人行道1.5m。 2、設計荷載 公路—I級，人群荷載3.0kN/ m2 ，車道荷載，集中荷載。 3、材料及工藝 混凝土：主梁用C50，欄桿及橋面鋪裝用C25。 預應力鋼筋采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62－2004）的Φs15.24鋼絞線，每束7根，全梁配7束，。 普通鋼筋直徑大于和等于12mm的采用HRB335鋼筋；直徑小于12mm的均用R2

26、35鋼筋。 按張法施工工藝制作主梁，采用內徑50mm、外徑57mm的預埋金屬波紋管和夾片錨具。 4、設計依據(jù) （1）、交通部頒《公路工程技術標準》（JTG B01－2003），簡稱“標準”； （2）、交通部頒《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTG D60－2004），簡稱“橋規(guī)”； （3）、交通部頒《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62－2004），簡稱“公預規(guī)”。 5、基本計算數(shù)據(jù)（見表3-1） 表3-1 基本數(shù)據(jù)計算 名稱 項目 符號 單位 數(shù)據(jù) 混凝土 立方強度 彈性摸量 軸心抗拉標準強度 MPa MPa MPa

27、 50 3.45104 2.65 （續(xù)） 名稱 項目 符號 單位 數(shù)據(jù) 混 凝 土 軸心抗壓設計強度 軸心抗拉設計強度 MPa MPa 22.4 1.83 短暫狀態(tài) 容許壓應力 容許拉應力 0.7 0.7 MPa MPa 20.72 1.757 持久狀態(tài) 標準荷載組合： 容許壓應力 容許主壓應力 短期效應組合: 容許拉應力 容許主拉應力 0.5 0.6 0.6 MPa MPa MPa MPa 16.2 19.44 0 1.59 Φs15.24鋼 絞 線 標

28、準強度 彈性摸量 抗拉設計強度 最大控制應力 Ep 0.75 MPa MPa MPa MPa 1860 1.95105 1260 1395 持久狀態(tài)應力： 標準荷載組合 0.6 MPa 1209 材料容重 鋼筋混凝土 瀝青混凝土 鋼絞線 KN/m3 KN/m3 KN/m3 25.0 23.0 78.5 鋼束與混凝土的彈性模量比 無量綱 5.65 3.1.2橫截面布置 1、主梁間距與主梁片數(shù) 此橋梁要求設計六車道，考慮橋梁較寬，為了增強橋梁的整體性和改善行車條件，采用雙幅橋面設計。

29、（橫斷面布置如圖3-1） 主梁間距通常應隨梁高與跨徑的增大而加寬為經濟，同時加寬翼板對提高主梁截面效率指標ρ很有效，故在許可條件下應適當加寬T梁翼板。本設計中翼板寬度中主梁為220cm，邊主梁為210cm。由于寬度較大，為板正橋梁的整體受力性能，橋面板采用現(xiàn)澆混凝土剛性接頭，寬度為40cm，因此主梁的工作截面有兩種：預施應力、運輸、吊裝階段的小截面（bi=160cm）和運營階段的大截面（bi=220/210cm）。凈-11m+人行道1.5m的橋寬選用六片主梁，如圖3-1所示。 注：本設計中考慮混凝土強度達到混凝土設計強度的75%時開始張拉預應力鋼束。和分別表示鋼束張拉時混凝土的抗壓、抗拉標

30、準強度，則：，。 2、主梁跨中截面主要尺寸擬訂 （1）主梁高度 預應力混凝土簡支梁橋的主梁高度與其跨徑之比通常在1/15～1/25，標準設計中高跨比約在1/18～1/19。當建筑高度不受限制時，增大梁高往往是較經濟的方案，因為增大梁高可以節(jié)省預應力鋼束的用量，同時梁高增加一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。綜上所述，本算例中取用200cm的主梁高度是比較合適的。 （2）主梁截面細部尺寸 T梁翼板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載的要求，還應考慮能否滿足主梁受彎時上翼板受壓的強度要求。本設計中預制T梁的翼板邊緣厚度取用15cm，翼板根部加厚到20cm，以抵抗翼緣根部較大的彎

31、矩。 在預應力混凝土梁中腹板內主拉應力較小，腹板厚度一般由布置預制孔管的構造決定，同時從腹板本身的穩(wěn)定條件出發(fā)，腹板厚度不宜小于梁高的1/15。本設計中取腹板厚度為20cm。 為了滿足布置預應力束筋及承受張拉階段壓應力的要求，應將Ｔ梁的下緣擴大做成馬蹄形。馬蹄的尺寸大小應滿足預施應力各個階段的強度要求。個別橋由于馬蹄尺寸過小，往往在施工和使用中形成水平縱向裂縫，特別是在馬蹄斜坡部分。因此馬蹄面積不宜過小，一般應占到截面總面積的10%～20%為合適。 本設計中考慮到主梁需要配置較多的預應力鋼束，將鋼束按三層布置，一層最多排兩束，同時根據(jù)“公預規(guī)”9.4.9條對鋼束凈距及預留管道的構造要求，

32、初擬馬蹄寬度為40cm，高度30cm，馬蹄與腹板交接處作三角形過渡，高度10cm， 以減小局部應力。 按照以上擬訂的外形尺寸，就可繪制出預制梁的跨中截面圖（見圖3-1） 圖3-1 縱橫斷面圖（尺寸單位：cm） （3）計算截面幾何特征 將主梁跨中截面分成五個規(guī)則圖形的小單元，如圖3-2，截面幾何特性列表計算見表3-2。 圖3-2 橫斷面（尺寸單位：mm） 按《公路橋規(guī)》規(guī)定，T形截面梁受壓翼緣有效寬度，取下列三者中的最小值： ①簡支梁計算跨徑的,即 ②相鄰兩梁的平均間距，對于中梁為 ③式中b為梁腹板寬度，為承托長度，這里為受壓區(qū)翼緣懸出板的厚度，可取跨

33、中截面翼板厚度的平均值，即 。所以有所以，受壓翼緣的有效寬度取 在工程計算中，主梁幾何特性多采用分塊數(shù)值求和法進行，其計算式為 全截面面積： 全截面重心至梁頂?shù)木嚯x： 式中 —分塊面積； —分塊面積的重心至梁頂邊的距離。 主梁跨中截面的全截面幾何特性如表3-2所示。 表3-2 跨中截面全截面幾何特性 分 塊號 分塊面積 大毛截面 ① ② ③ ④ ⑤

34、 (續(xù)) 分 塊號 分塊面積 大毛截面 合計 小毛截面 ① ② ③ ④ ⑤ (續(xù)) 分 塊號 分塊面積 小毛截面 合計 （4）檢驗截面效率指標 上核心距： 下核心距: 截面效率指標： 表明以上初擬的主梁跨中截面是合理的。 3、橫截面沿跨長的變化 如圖3-1所示，本設

35、計主梁采用等高形式，橫截面的T梁翼板厚度沿跨長不變。梁端部區(qū)段由于錨頭集中力的作用而引起較大的局部應力，也為布置錨具的需要，在距梁端214cm范圍內將腹板加厚到與馬蹄同寬。馬蹄部分為配合鋼束彎起而從六分點附近開始向指點逐漸抬高，在馬蹄抬高的同時腹板寬度亦開始變化。 3.1.3橫隔梁的設置 在荷載作用處的主梁彎矩橫向分布，當該處有橫隔梁時比較均勻，否則直接在荷載作用下的主梁彎矩很大。為減小對主梁設計起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中設置一道橫隔梁；當跨度較大時應設置較多的橫隔梁。本設計在橋跨中點、三分點、六分點、支點處設置七道橫隔梁。中橫隔梁間距為651cm，邊橫隔梁為652cm。端橫

36、隔梁的高度與主梁高度相同，厚度為16cm；中橫隔梁的高度為190cm，厚度為18cm。祥圖見圖3-1和3-2所示。 3.2主梁作用效應計算 根據(jù)上述橋跨結構縱、橫截面的布置，并通過可變作用下的橋梁荷載橫向分布計算，可分別求得各主梁控制截面（跨中、四分點、支點截面）的永久作用和最大可變作用效應，然后再進行主梁作用效應組合。 3.2.1永久作用效應計算 1、恒載集度 （1）預制梁自重 a、按跨中截面計，主梁的恒載集度： 邊跨： 中跨： b、由于馬蹄抬高形成四個橫置的三棱柱，折算成恒載集度為： c、由于腹板加厚所增加的重量折算成恒載集度為： d、邊主梁

37、的橫隔梁 中橫隔梁體積： 端橫隔梁體積： 故： e、預制梁恒載集度： 中主梁： 邊主梁： （2）二期恒載集度 a、T梁翼板現(xiàn)澆部分恒載集度： b、現(xiàn)澆部分橫隔梁恒載集度： 一片中橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積： 一片端橫隔梁（現(xiàn)澆部分）體積： 故： c、鋪裝 本設計取橋面橫向排水坡度為：1.5%，則橋面鋪裝層平均厚度為16.25cm，其中： 11.25cm的混凝土鋪裝層 5cm瀝青鋪裝 平均攤給6片主梁： d、欄桿 一側人行欄桿： 一側安全護輪帶： 平均攤給6片主梁，則： e、二期恒

38、載集度： 如圖3-3所示，設x為計算截面離左支座的距離，并令 圖3-3　永久作用計算圖 主梁彎矩和剪力的計算公式分別為： 表3-3 恒載內力計算見 跨 中 四 分 點 支 點 一 期 邊 主梁 彎矩 4619.92 3464.94 0 剪力 0 236.43 472.87 中 主梁 彎矩 4333.56 3250.17 0 剪力 0 221.78 443.56 二 期 彎矩 2021.88 1516.41 0 剪力 0 103.47 206.95 邊 主梁

39、彎矩 6641.80 4981.35 0 剪力 0 339.91 679.82 中 主梁 彎矩 6355.44 4766.58 0 剪力 0 325.25 650.51 3.2.2可變作用效應計算（剛性橫梁法） 1、沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù) 按《橋規(guī)》4、3、2條規(guī)定，結構的沖擊系數(shù)與結構的基頻有關，因此要先計算結構的基頻。 簡支梁橋的基頻可以采用下列公式估算公式計算： 公路—I級荷載沖擊系數(shù) 式中 —結構的計算跨徑（m） —結構材料的彈性模量(N/m2)_

40、 —結構跨中截面的截面慣矩(m4) — 結構跨中處的單位長度質量(kg/m) —結構跨中處每延米結構重力（N/m） —重力加速度，g=9.81(m/s2) 已知: ；；； 其中： 根據(jù)本橋的基頻，可計算出汽車荷載的沖擊系數(shù)為： 按“橋規(guī)”4.3.1條，當車道大于兩車道時，需要進行車道折減，三車道折減22%，四車道折減33%，但折減后不得小于用兩行車隊布載的計算結果。本橋按三車道設計，因此在計算可變作用效應時需進行車道折減。 2．計算主梁的荷載橫分布系數(shù) (1)、跨中的荷載橫分布系數(shù) 本橋跨內設有五道橫隔梁，具有可靠

41、的橫向聯(lián)系，且承重結構的長寬比為： 又因為本橋每跨均設置7道橫隔梁，具有可靠的橫向聯(lián)系。所以可按剛性橫梁法可繪制橫向影響線和計算橫向分布系數(shù) a、計算主梁抗扭慣矩 圖3-4示出了的計算圖示，的計算出表3-4。 對于T形梁截面，抗扭慣矩可近似按下式計算： 式中： 和—相應為單個矩形截面的寬度和高度； —矩形截面抗扭剛度系數(shù)； —梁截面劃分為單個矩形截面的個數(shù)。 對于跨中截面，翼緣板的換算平均厚度： 馬蹄部分的換算平均厚度： 圖3-4　 計算圖示（尺寸單位：mm） 表3-4 計算表 分塊名稱 翼緣板①

42、 腹板② 馬蹄③ b、計算抗扭修正系數(shù) 本橋主梁的間距相差不大，同時將主梁近似看成等截面，則得： 式中： 計算得： c、按修正的剛性橫性梁法計算橫向影響線豎坐標值： 式中： 計算所得的值列于表5-5內。 表5-5 各梁的 梁號 1(6) 0.5197 0.3824 0.2386 0.0948 -0.0491 -0.1863 2(5) 0.3824 0.2985 0.2106 0.1227 0.0348 -0.0491 3(4) 0

43、.2386 0.2106 0.1813 0.1520 0.1227 0.0948 d、計算荷載橫向分布系數(shù) 1號梁跨中的橫向分布影響線和最不利布載圖示如圖3-5所示。 圖3-5　?。碧柫嚎缰械臋M向分布系數(shù)mc計算圖示(尺寸單位：mm） 公路—I級： 三車道： 二車道： 故取汽車荷載的橫向分布系數(shù)為：,人群荷載：。 2號梁跨中的橫向分布影響線和最不利布載圖示如圖3-6所示。 圖3-6　　2號梁跨中的橫向分布系數(shù)mc計算圖示(尺寸單位：mm） 公路—I級： 三車道：

44、 二車道： 故取汽車荷載的橫向分布系數(shù)為： 人群荷載： 3號梁跨中的橫向分布影響線和最不利布載圖示如圖3-7所示。 圖3-7　　3號梁跨中的橫向分布系數(shù)mc計算圖示(尺寸單位：mm） 公路—I級： 三車道： 二車道： 故取汽車荷載的橫向分布系數(shù)為： 人群荷載： (2)、支點的荷載橫分布系數(shù)，支點截面的荷載橫向分布系數(shù)用杠桿原理法求。 各梁支點截面的橫向分布影響線和最不利布載圖示如圖3-8所示。 圖3-8 各梁支點截面的橫向分布系數(shù)mc計算圖示(尺寸單位：mm） 1號梁支點截面的橫向分布系數(shù)計算如下： 公路

45、—I級： 人群： 2號梁支點截面的橫向分布系數(shù)計算如下： 公路—I級： 人群： 3號梁支點截面的橫向分布系數(shù)計算如下： 公路—I級： 人群： (3)、橫向分布系數(shù)匯總（見表3-6） 表3-6 各梁橫向分布系數(shù) 梁號 荷載類別 1(6) 汽車 人群 2(5) 汽車 人群 3(4) 汽車 人群 3、車道荷載的取值 根據(jù)“橋規(guī)”4.3.1條，公路—I級的均勻荷載標準值 和集中荷載標準值為： 計算集中力值時：

46、 計算剪力時： 4、計算可變作用效應 在可變效應計算中,對橫向分布系數(shù)的取值作好以下的考慮：支點處的橫向分布系數(shù)取mo，從支點到第一根橫梁段，橫向分布系數(shù)從mo直線過渡到mc，其余梁段均取mc. (1)、求跨中截面的最大彎矩和剪力 a、計算跨中截面的最大彎矩和最大剪力時采用加載求可變作用效應，圖3-7示出跨中截面作用效應計算圖式，以及各梁的橫向分布圖。 圖3-7（1）　　跨中截面作用效應計算圖示 圖3-7（2）　　各梁橫向分布系數(shù) b、計算四分之一點截面的彎矩和剪力的計算圖示，如圖3-8； 圖3-8　　四分

47、之一截面作用效應計算圖 c、計算支點截面的剪力的計算圖示，如圖3-9。 圖3-9　　支點截面作用效應計算圖 d、計算跨中截面和四分之一截面的最大彎矩采用直接加載求活載內力，計算公式為： 不計沖擊 沖擊效應 不計沖擊 沖擊效應 式中： —所求截面的彎矩或剪力； —車輛沖擊系數(shù)； —車道折減系數(shù)； —車道均布荷載標準值； —影響線上同號區(qū)段的面積； —主梁跨中荷載橫向分布系數(shù)； —車輛荷載的軸重； —沿橋跨縱向與荷載位置對應的內力影響線坐標值。 表3–7 公路-I級荷載產生的彎矩 梁號 內力

48、 內力值 1(6) 0.6290 1.141 316.2 10.5 9.77 190.91 3655.79 0.6290 1.141 316.2 10.5 7.33 143.18 2742.39 2(5) 0.4772 1.141 316.2 10.5 9.77 190.91 2773.51 0.4772 1.141 316.2 10.5 7.33 143.18 2080.55 3(4) 0.3978 1.141 316.2 10.5 9.77 190.91 2312.04 0.

49、3978 1.141 316.2 10.5 7.33 143.18 1734.37 表3–8 公路—I級荷載產生的剪力 梁號 內力 內力值 1(6) 0.6290 1.141 316.2 10.5 0.75 10.99 253.02 2(5) 0.4772 1.141 316.2 10.5 0.75 10.99 191.96 3(4) 0.3978 1.141 316.2 10.5 0.75 10.99 160.02 表3–9 人群荷載產生的彎矩 梁號 內力

50、 內力值 1(6) 0.5794 3.0 190.91 331.84 0.5794 3.0 143.18 248.88 2(5) 0.3864 3.0 190.91 221.30 0.3864 3.0 143.18 165.97 3(4) 0.2398 3.0 190.91 137.34 0.2398 3.0 143.18 103.00 表3–10 人群荷載產生的剪力 梁號 內力 內力值 1(6) 0.5794 3.0 10.99 19.10 2(5) 0.

51、3864 3.0 10.99 12.74 3(4) 0.2398 3.0 10.99 7.91 e、計算活載剪力應計入橫向分布系數(shù)沿橋跨變化的影響，通常分兩步進行，即分跨中剪力和支點剪力計算。 表3–11 公路—I級荷載跨中產生的剪力 梁號 內力 內力值 1(6) 0.6290 316.2 10.5 0.5 4.885 1.141 150.28 2(5) 0.4772 316.2 10.5 0.5 4.885 1.141 114.01 3(4) 0.3978 316.2

52、 10.5 0.5 4.885 1.141 95.04 表3–12 人群荷載產生的跨中剪力 梁號 內力 內力值 1(6) 0.5794 3.0 4.885 8.49 2(5) 0.3864 3.0 4.885 5.66 3(4) 0.2398 3.0 4.885 3.51 支點剪力計算圖示如圖3-10，計算公式： 式中： ——相應于某集中活載作用處的橫向分布圖縱坐標; ——相應于某集中活載作用處的剪力影響線圖坐標； ——相應于某集中活載的數(shù)值； 圖3-10（1） 支點剪力計算圖示

53、 圖3-10（2） 各梁橫向分布系數(shù)圖示 1(6)號梁： 公路—I級荷載（汽車）在支點處產生的標準剪力： 公路—I級荷載（汽車）在支點處產生的沖擊剪力： 人群荷載產生的剪力： 2(5)號梁： 公路—I級荷載（汽車）在支點處產生的標準剪力： 公路—I級荷載（汽車）在支點處產生的沖擊剪力： 人群荷載產生的剪力： 3(4)號梁： 公路—I級荷載（汽車）在支點處產生的標準剪力： 公路—I級荷載（汽車）在支點處產生的沖擊剪力： 人群荷載

54、產生的剪力： 3.2.3 主梁作用效應組合 按 橋規(guī)4.1.6～4.1.8條規(guī)定，根據(jù)可能同時出現(xiàn)的作用效應應選擇了三種最不利效應組合：短期組合、標準組合和承載能力極限狀態(tài)基本組合，見表3-13。 表3-13 主梁作用效應組合 梁號 序號 荷載類別 跨中截面 四分點截面 支點截面 ① (1) 第一期恒載 4619.92 0 3464.94 236.43 472.87 (續(xù)) 梁號 序號 荷載類別 跨中截面 四分點截面 支點截面 ① (2) 第

55、二期恒載 2021.88 0 1516.41 103.47 206.95 (3) 總恒載=(1)+(2) 6641.80 0 4981.35 339.90 679.82 (4) 人群 331.84 8.49 248.88 19.10 48.83 (5) 公路-I級 3204.02 131.71 2403.50 221.75 186.37 (6) 沖擊作用 3655.79 150.28 2742.39 253.02 212.65 (7) 標準組合=(3)+ (4)+ (6) 10629.43 158.77 7972.62

56、 612.02 941.30 (8) 短期組合=(3) +0.7(5)+ (4) 9216.45 100.69 6912.68 514.23 859.11 (9) 極限組合=1.2(3)+1.4(6)+1.4(4) 0.8 13552.84 222.28 10165.40 788.85 1181.86 ② (1) 第一期恒載 4333.56 0 3250.17 221.78 443.56 (2) 第二期恒載 2021.88 0 3032.83 103.47 206.95 (3) 總恒載=(1)+(2) 6355.44 0

57、4766.58 325.25 650.51 (4) 人群 221.30 5.66 165.97 12.74 27.61 (5) 公路-I級 2430.77 99.92 1823.44 168.24 290.08 (6) 沖擊作用 2773.51 114.01 2080.55 191.96 330.98 (7) 標準組合=(3)+ (4)+ (6) 9350.25 119.67 7013.10 529.95 1009.10 (8) 短期組合=(3) +0.7(5)+ (4) 8278.28 75.60 6208.96 455

58、.76 881.18 (9) 極限組合=1.2(3)+1.4(6)+1.4(4) 0.8 11819.26 167.54 8865.02 676.88 1282.64 （續(xù)） 梁號 序號 荷載類別 跨中截面 四分點截面 支點截面 ③ (1) 第一期恒載 4333.56 0 3250.17 221.78 443.56 (2) 第二期恒載 2021.88 0 3032.83 103.47 206.95 (3) 總恒載=(1)+(2) 6355.44 0 4766.58 325.25 6

59、50.51 (4) 人群 137.34 3.51 103.00 7.91 16.27 (5) 公路-I級 2026.33 83.30 1520.04 140.25 346.59 (6) 沖擊作用 2312.04 95.04 1734.37 160.02 395.46 (7) 標準組合=(3)+ (4)+ (6) 8804.82 98.55 6603.95 493.18 1062.24 (8) 短期組合=(3) +0.7(5)+ (4) 7911.21 61.82 5933.61 431.34 909.39 (9) 極限組

60、合=1.2(3)+1.4(6)+1.4(4) 0.8 11055.66 137.97 8292.21 625.40 1357.03 3.3預應力鋼束的估算及其布置 3.3.1跨中截面鋼束的估算和確定 根據(jù)《公預規(guī)》規(guī)定，預應力梁應滿足正常使用極限狀態(tài)的應力要求和承載能力極限狀態(tài)的強度要求。以下就跨中截面在各種作用效應組合下。分別按照上述要求對主梁所需的鋼束數(shù)進行估算，并且按這些估算的鋼束數(shù)的多少確定主梁的配束。 (1).按正常使用極限狀態(tài)的應力要求估算鋼束數(shù)，本橋按全預應力混凝土構件設計，按正常使用極限狀態(tài)組合計算時，截面不允許出現(xiàn)拉應力。對于簡支梁帶馬蹄的T形截

61、面，當截面混泥土不出現(xiàn)拉應力時，則得到鋼束數(shù)n的估算公式： 式中：—持久狀態(tài)使用荷載產生的跨中截面彎矩標準組合值，按表3-13取用； C1—與荷載有關的經驗系數(shù)，對于公路—級，C1取用0.51； —一股7Φ15.2鋼絞線截面積，一根鋼絞線的截面積是1.4cm2,故 =9.8cm2。 —大毛截面上核心距，T梁高為h，為 —預應力鋼束重心對大毛截面重心軸的距離， ，可預先假定，h為梁高， —大毛截面形心到上緣的距離，可查表3-2； —大毛截面的抗彎慣矩，見表3-2。 本橋采用的預應力鋼鉸線

62、，標準強度為，設計強度為，彈性模量。 假設，則 鋼束數(shù)n為 (2).按承載能力極限狀態(tài)估算鋼束數(shù)：根據(jù)極限狀態(tài)的應力計算圖式，受壓區(qū)混凝土達到極限強度，應力圖式呈矩形，同時預應力鋼束也達到設計強度，鋼束數(shù)n的估算公式為 式中 —承載能力極限狀態(tài)的跨中最大彎矩組合設計值，按表3-13取用； —經驗系數(shù)，一般采用0.75～0.77,本橋采用0.77。 則 根據(jù)上述兩種極限狀態(tài)所估算的鋼束數(shù)量在8根左右，故取鋼束數(shù)n=8。 3.3.2預應力鋼束布置 （1）跨中截面及錨固端截面的鋼束布置 1） 對于跨中截面，在保證布置預留管道

63、構造要求的前提下，盡可能使鋼束群重心的偏心距盡量大。本設計采用內徑70mm，外徑77mm的預埋鐵皮波紋管，根據(jù)“公預規(guī)”9.1.1規(guī)定，管道至梁底和梁側凈距不應小于3cm及管道直徑的1/2。根據(jù)“公預規(guī)”9.4.9條規(guī)定，直線管道的凈距不應小于40mm，且不宜小于管道直徑的0.6倍；對于預埋的金屬或塑料波紋管和鐵皮管，在豎直方向可將兩管道疊置。根據(jù)以上規(guī)定，跨中截面的細部構造(如圖4-11a)所示。由此可直接得出鋼束群重心至梁底距離為，如圖3-11a所示。則鋼束群重心到梁底距離為 圖3-11 鋼束布置圖(單位:mm) 2）為了方便操作，將所有鋼束都錨固在梁端面。對于錨固端截面，

64、應使預應力鋼束合力重心盡可能靠近截面形心，使截面均勻受壓，而且要考慮錨具布置的可能性，以滿足張拉操作方便的要求。在布置錨具時，應遵循均勻、分散的原則。錨固端截面布置的鋼束如圖3-11b所示，鋼束群重心至梁底距離為 為核算上述布置的鋼束群重心位置，需計算錨固端截面幾何特性。圖3-12示出計算圖式，錨固端截面特性計算見表3-14所示。其中： 故計算得： ， 說明鋼束群重心處于截面核心范圍內。 圖3-14　鋼束重心位置復核圖示 表3-14 錨固端截面特性計算 分塊名稱 （1） （2） （3）=（1）

65、（2） （4） （5） （6） （7）=（4）+（6） 翼板 3300 7.5 24750 61875 67.47 15022262.97 15084137.97 角承托 306.6 16.16 4954.66 326.77 58.81 1060411.7 1060738.47 腹板 7400 107.5 795500 21105416.67 -32.53 7830686.66 28936103.33 11006.6 825204.66 45080979.77 （2）鋼束起彎角和線形的確定 在確定鋼束起彎角時，既要照

66、顧到由其彎起產生足夠的豎向預剪力又要考慮到所引起的摩擦預應力損失不宜過大。為此，本設計將端部錨固端截面分成上、下兩部分（見圖3-14），上部鋼束的彎起角度定為15度；下部鋼束彎起角度定為7度；預應力鋼筋在跨中分為五排。為簡化計算所有鋼束布置的線形均為直線加圓弧。 （3）鋼束計算 1）計算鋼束起彎點至跨中的距離 錨固點到支座中心線的水平距離(見圖3-15)為：(可在CAD圖中測量得) 圖3-16示出鋼束計算圖式，鋼束起彎點至跨中的距離列表計算在表3-15內。 表3-15 鋼束起彎點至跨中距離計算表 鋼束號 起彎高度 31.15 12.19 18.96 100 99.25 7 2544.06 310.04 1571.79 63.45 12.19 51.26 100 99.25 7 6877.40 838.14 1038.78 101.15 25.88 75.27 100 96.59 15 2208.95 571.72