【正文】 橋梁上部結(jié)構設計0 前言隨著經(jīng)濟不斷發(fā)展，橋梁建設得到了飛速發(fā)展，它已從最開始的方便人們過河、跨海之用，已廣泛應用于各種場合，它的用途不斷多樣化，它的形式也在最基本的三種受力體系上逐漸多樣化，不僅從功能上、規(guī)模上，還從美觀上、經(jīng)濟效益上，逐漸與時代發(fā)展相協(xié)調(diào)。所以橋梁建筑已不僅是交通線上的重要載體，也是一道美麗的風景被人津津樂道。面對著新工藝、新挑戰(zhàn)，原有的橋梁建設正面對歷史的考驗，當代建設者肩負著光榮而又艱巨的任務，為明天創(chuàng)造歷史。本設計說明書所編寫的是沈陽至阜新公路橋的上部設計方案。通過詳細的勘察確定上部可變荷載，擬定橋梁尺寸，以確定相應的內(nèi)力，配置以合適的預應力鋼筋，使其提高橋梁的承載力，使達到橋梁的耐久性要求。在橋梁的使用期內(nèi)，完成橋梁的使命。通過本次設計，我基本上掌握了橋梁上部設計的基本內(nèi)容，從選截面尺寸，到配置鋼筋，每一個細節(jié)都是經(jīng)過多次考慮，通過反復驗算，使橋梁結(jié)構滿足要求，且以經(jīng)濟合理的材料用量完成。所以上部設計是要求橋梁設計者，從一開始就要考慮到最后，這樣就不會盲目的試算。但通過試算，使我深刻了解到了適當?shù)恼嬲x。本次設計旨在使我鞏固、加深本科期間所學理論知識，使自己能夠具備在以后工作中利用知識解決問題的的能力。1 概述 設計資料橋孔布置為預應力混凝土簡支橋梁，跨徑為35m，橋梁總長為175m。設計車速為，整體式雙向四車道。路線等級：一級公路；荷載等級：公路Ⅰ級荷載，人群荷載：。橋面寬：。 工程地質(zhì)資料該地區(qū)土質(zhì)主要分5層：素黏土 礫石 亞黏土 粉砂 泥巖。地下水類型為第四季孔隙水，水位埋深4m左右，含水層主要巖性為礫石，厚3m左右。地震烈度為四度。 水文及氣候資料橋梁位于阜新市境內(nèi)，河流均為獨流水域，流量隨季節(jié)變化較大，地表水體為沙河支流，屬于季節(jié)性河流（勘察時無水），設計洪水頻率百年一遇。氣候?qū)俦睖貛Т箨懶詺夂?，冬寒夏熱，晝夜溫差大，年平均最低氣?3℃，℃，年平均氣溫為7℃。年平均降水量為450mm550mm，無霜期為145160天。 設計依據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTG D602004)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D622004）沈陽至阜新公路橋設計資料2 方案比選 方案比選的主要標準橋梁設計的標準遵循以下原則：安全性、適用性、經(jīng)濟性、美觀性，其中以安全性與經(jīng)濟性最為重要。橋型的選擇應符合因地制宜、就地取材和便于施工與養(yǎng)護的原則。 方案編制 梁式橋梁式橋是一種在豎向荷載作用下無水平反力的結(jié)構，由于外力（恒載和活載）的作用方向與橋梁結(jié)構的軸線接近垂直，因此與相同跨徑的其他結(jié)構相比，橋梁內(nèi)產(chǎn)生的彎矩最大，因此需要用抗彎、抗拉能力強的材料來建造，適合標準跨徑的中等跨徑橋。這種橋結(jié)構簡單、施工方便，且對地基承載力要求也不高。（圖21）圖21 簡支梁橋Fig 21 Simple beam Bridge 剛架橋橋跨結(jié)構主梁與墩臺整體相連的橋梁稱為剛架橋。由于梁和柱兩者之間是剛性連接的，在豎向荷載作用下，將在主梁端部產(chǎn)生負彎矩，在柱腳處產(chǎn)生水平反力，梁部主要受彎，但其彎矩較同跨徑的簡支梁小，梁內(nèi)有軸力作用，因此，剛架橋的受力狀態(tài)介于梁橋與拱橋之間，在豎向荷載的作用下，都會產(chǎn)生水平推力，為此，必須要有良好的地質(zhì)條件或較深的基礎，也可以用特殊的構造措施來抵抗水平推力的作用。（圖22）圖22 剛架橋Fig 22 Rigid Frame Bridge 拱式橋拱橋主要承重結(jié)構是主拱圈或拱肋，在豎向荷載作用下，橋墩和橋臺將承受水平推力。同時，墩臺向拱圈或拱肋提供水平反力，這將大大抵消拱圈或拱肋中的由荷載產(chǎn)生的彎矩。因此，與同跨徑的梁式橋相比，拱橋的彎矩、剪力和變形卻要小得多，拱圈或拱肋以受壓為主。拱式橋不僅跨越能力大，外形也比較美觀，在允許條件按下，修建拱橋往往是經(jīng)濟合理的。但而為了確保安全，下部結(jié)構（特別是橋臺）和地基必須具備能承受很大水平推力的能力。（圖23）圖23 拱式橋Fig 23 Arch Bridge 方案比選對上述三種橋梁結(jié)構形式的對比，經(jīng)過對橋位所在附近地質(zhì)的探測，包含其土壤的分層、物理力學性能、地下水等；調(diào)查和測量河流的水文情況（勘測時無水），包括河道性質(zhì)，歷年洪水資料等；當?shù)赜嘘P氣象資料：氣溫，雨量等。綜合上述資料以及查得該地區(qū)地基承載力不是很高。且當?shù)厥a(chǎn)建筑材料（砂、石料等），水泥鋼材運輸也方便。綜合而言，預應力簡支梁橋具有造價經(jīng)濟，施工工藝簡單更成熟，施工工序相對簡單，工期短，且最主要的是橋墩對基礎承載能力要求不是很高，這樣對于當?shù)爻休d力不高的基礎的要求就不大。故為使該橋做到結(jié)構先進可靠，施工方便，行車舒適，故推薦預應力簡支梁橋方案。3 主梁的設計 設計資料 技術設計標準簡支梁跨徑：標準跨徑，計算跨徑；橋面凈寬：；荷載：公路Ⅰ級荷載；人群荷載：；安全等級為二級，結(jié)構重要性系數(shù)；環(huán)境：嚴寒地區(qū)，Ⅱ類環(huán)境條件。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JDT D622004）》要求，按照A類預應力混凝土構件設計此梁。施工方法采用后張法施工；預制主梁時，預留孔道采用預埋金屬波紋管成型；鋼絞線采用TD雙作用千斤頂兩端同時張拉；主梁安裝就位后現(xiàn)澆30cm寬的濕接縫。%施工瀝青橋面鋪裝層。 材料1)預應力鋼筋：采用ASTM A41697a標準的低松弛鋼絞線（標準型），抗拉強度標準值，抗拉強度設計值，公稱截面積，彈性模量，錨具采用夾片式群錨。2)非預應力鋼筋：HRB400級鋼筋，抗拉強度標準值，抗拉強度設計值；HRB335級鋼筋，抗拉強度標準值，抗拉強度設計值。3)混凝土：主梁采用C50，軸心抗壓強度標準值，軸心抗拉強度標準值；軸心抗壓強度設計值，軸心抗拉強度設計值。 主梁截面尺寸擬定 橫截面布置圖31 主梁跨中預制階段截面尺寸Fig 31 Prestage of the main beam under section size圖32 主梁跨中使用階段截面尺寸圖Fig 32 Girder crosssection size used in phase diagram梁高：160cm；梁肋寬度：25cm；箱梁腹板（直腹式），取厚度：25cm；主梁間距：310cm；翼板寬度；280cm（30cm為濕接縫寬度）；翼板厚度：翼板端部12cm，翼板與腹板連接處18cm。根據(jù)“公路橋規(guī)”條文說明，由于箱型梁的頂板直接承受活載，為了改善其受力狀態(tài)，頂板與腹板相交處設置承托。另外，設置承托也可以增加箱型截面的抗扭能力，故采用1:1形式，取高度：6cm；底板寬度：腹板間距a和懸臂長b應滿足，取a=160cm，b=60cm，則；腹板厚度：為滿足抗剪及施工要求，取25cm。橋面鋪裝：面層 瀝青混凝土10cm，容重， 三角墊層 防水混凝土15cm，容重。 縱斷面的布置橫截面沿跨長的變化，靠近支點時為適應預應力鋼筋的彎起布置，從跨截面截面，腹板和底板開始加厚。圖33 主梁端截面尺寸圖Fig 33 The main beam end section size chart 毛截面幾何特性（以中主梁使用階段計算為例）1)面積，，， 圖34 中主梁使用階段分割塊Fig 34 Stage in the main beam using the split block2)分塊截面形心至上邊緣距離，，，3)分塊面積對上緣凈距：，，，，4)分塊面積的自身慣性矩則，，所以有，， 5)自身慣性矩，，故預制階段的邊主梁：，預制階段的中主梁：，檢驗截面效率指標（以使用階段中主梁為例）：上核心距： (31)下核心距： (32)截面效率指標： (33)根據(jù)設計經(jīng)驗：一般截面效率指標取,且較大者宜較經(jīng)濟，上述計算表明，初擬主梁跨中截面是合理的。4 恒載內(nèi)力計算主梁內(nèi)力由兩大部分組成，各片主梁靠行車道板連成空間整體結(jié)構，當橋上作用荷載（橋面板上兩個車軸，前軸軸重為，后軸軸重為），各片主梁共同參與工作，形成各片主梁之間的內(nèi)力分布。計算活載：考慮各片梁的分布，汽車荷載所引起的各片梁的內(nèi)力大小與梁的橫斷面形式、荷載作用位置有關。計算恒載：主梁自重。橋面鋪裝、人行道、欄桿總重除以梁片數(shù)，得到每片梁承擔的重量。 荷載的橫向分布系數(shù) 支點截面：杠桿法圖41 支點截面杠桿法2號梁計算圖示Fig 41 Fulcrum Lever 1,2 beam crosssection calculation icon1號梁： (41) (42)2號梁： （人群荷載對2號梁將引起負反力，故為有利荷載） 3號梁： （無影響），圖42 支點截面杠桿法3號梁計算圖示Fig 42 Fulcrum Lever Act section 3 on the calculation icon 跨中截面：鉸接板法由于此橋的寬跨比，故采用鉸接板法計算。截面面積（不考慮鋼筋的影響）：截面對形心軸的抗彎慣矩：：將截面圖形轉(zhuǎn)化（圖43）， (43) (44) 圖43 計算抗扭慣距的截面轉(zhuǎn)化圖形Fig 43 Crosssection into shapes： (45) 根據(jù)，查公路設計手冊《橋梁》（上冊）第一篇，附表二，按直線內(nèi)插可求的的影響線豎標值，1號、2號和3號梁列表如下：表41 影響線豎標值Table 41 Standard values of vertical impact line梁號單位荷載作用位置（第號梁中心）時的值123456112131表42 荷載橫向折減系數(shù)Table 42 Lateral Load Reduction Factor橫向布置車道數(shù)2345橫向折減系數(shù)圖中內(nèi)插得到活載作用位置的豎標值圖44 鉸接板法計算跨中截面的豎標值Fig 44 The law of the board stepped up in the rear section1號梁5列車4列車3列車2列車2號梁5列車4列車3列車2列車3號梁5列車4列車3列車2列車人群：3號梁2號梁1號梁表43 跨中荷載橫向分布系數(shù)匯總?cè)缦耇able 43 Summary of coefficient of lateral distribution of load梁號橫向分布系數(shù)采用值汽車5列汽車4列汽車3列汽車2列1（3列）2（5列）3（5列）表44 荷載橫向分布系數(shù)總匯Table 44 Summary of coefficient of lateral distribution of load梁號自跨中至段的分布系數(shù)支點分布系數(shù)汽車荷載人群荷載汽車荷載人群荷載1210310 內(nèi)力計算 活載內(nèi)力計算橋面凈寬：=，車輛雙向行駛，橫向布置車隊數(shù)為4，考慮折減系數(shù)。公路Ⅰ級荷載：計算跨徑，位于550之間，集中荷載標準值，；均布荷載標準值；人群荷載標準值為；計算剪力效應時。結(jié)構基頻： (46) 因為當時?？缰薪孛妫簣D45內(nèi)力活載跨中截面Fig 45 Cross section of internal forces in the impac