【文章內(nèi)容簡介】 平原。 具體方案比選 初步設(shè)計階段，對橋型提出三種方案，分別是：預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋、部分預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋、上承式桁架拱橋 。 預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋方案 （ 30+30+36+30+30） m5 跨預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋。主梁采用箱形截面，橋墩均采用雙柱式橋墩，橋臺為肋式橋臺，基礎(chǔ)為鉆孔灌注樁鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 3 基礎(chǔ)。 簡圖如圖 1 所示： 圖 1 預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋 部分預(yù)應(yīng)力 混凝土斜拉橋方案 （ 30+30+36+30+30） m 五 跨部分預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋 , 橋梁全長156m。采用雙索面形式，塔、梁固結(jié)，主梁采用變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，單箱多室截面，主塔采用實(shí)心混凝土矩形截面。下部采用鋼筋混凝土空心墩，灌注樁基礎(chǔ)。 簡圖如圖 2 所示： 圖 2 部分預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋 上承式剛架拱橋方案 簡圖如圖所示： 采用跨度為 156m 鋼架結(jié)構(gòu)拱橋方案。 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 4 圖 3 上承式剛架拱橋 三種方案比較詳見表。 方案比選 表 1 方案比較表 預(yù)應(yīng)力混凝土箱型梁橋 部分預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋 上承式剛架拱橋 安全性 靜定結(jié)構(gòu)，構(gòu)造簡單。主梁高跨比適中， 技術(shù)成熟，計算簡單，施工方法簡單，質(zhì)量好，保證工程本身安全。行車較為平順。 可保證司機(jī)正常行駛，滿足交通運(yùn)輸安全要求 高次超靜定結(jié)構(gòu)，包含更多設(shè)計變量，全橋中的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性不能簡單地由結(jié)構(gòu)體積小、重量輕或者滿足應(yīng)力要求等概念準(zhǔn)確表示，給選定橋型方案和尋求合 理設(shè)計帶來一定困難。主橋跨度適中， 拉索是柔性體系，風(fēng)力作用下會振動，會影響橋上行車和橋本身的安全，橫向剛度小。 行車平順舒適。 拱的承載潛力大。但伸縮縫較多。上承式拱曲線底面將增加橋面高程。 行車條件 較 差 。 經(jīng)濟(jì)性 施工技術(shù)成熟，方法簡單，易掌握，需要的機(jī)具少，無需大型設(shè)備，可充分降低施工成本，所用材料簡單，價格低，成橋后養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少。 需要大量拉索鋼絲，預(yù)應(yīng)力束，主塔構(gòu)造復(fù)雜，高空作業(yè)多， 斜拉索施工復(fù)雜，工期較長。斜拉索后期營運(yùn)養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高 ，基礎(chǔ)施工復(fù)雜，還需要減震裝置 。 需要大量的吊裝設(shè)備，占用施工場地大， 需勞動力多。工序較多，建橋時間也較長。 美觀性 形式簡明，造型簡單 現(xiàn)代感強(qiáng)，可通過索塔與拉索布置形式獲得滿意造型，塔較高，使橋向縱向和橫向延伸，比例協(xié)調(diào)，均勻。 曲線造型優(yōu)美 適用性 變形小，動力性能好，主梁性能好，主梁變形撓曲線平緩， 行車較為平順。 可保證司機(jī)正常行駛，滿足交通運(yùn)輸安全要求。且施工簡單。 跨度大，行車性能好，不用作大量基礎(chǔ)工程，由于拉索多點(diǎn)支撐作用，梁高小，可采用懸臂施工，不影響通航，梁可以預(yù)制，可加快施工速度。 上部結(jié)構(gòu)的自重較大，存在水平推力，下部結(jié)構(gòu)工程量 大 ，地質(zhì)條件要求高。 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 5 因本地段為非通航河流地段，且地質(zhì)條件 復(fù)雜 ，經(jīng)綜合比較后最終以適用最廣、材料用量最少、施工方便的預(yù)應(yīng)力混凝土 箱型 梁橋作為最佳設(shè)計方案。 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 6 第二部分 上部結(jié)構(gòu)計算 由于時間和篇幅限制，本設(shè)計只對橋梁上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計計算，其計算過程及結(jié)果如下： 1 基本 設(shè)計資料 跨度和橋面寬度 標(biāo)準(zhǔn)跨徑： 36m（墩中心距離）； 主梁全長： ； 計算跨徑： ； 橋面凈空：凈－ +2179。 =。 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計荷載： 公路 I 級 。 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)： I 類環(huán)境。 設(shè)計安全等級：二級。 主要材料 混凝土： 上部結(jié)構(gòu)采 用 C50 混凝土 ， 下部結(jié)構(gòu)、 欄桿及橋面鋪裝用 C25 混凝土 。 預(yù)應(yīng)力鋼筋采用《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（ JTG D62－ 2021）的 鋼絞線，每束 7 根，全梁配 6 束，鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 7 pkf =1860MPa. 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 R235 鋼筋。 按后張法施工工藝制作主梁，采用內(nèi)徑 60mm、外徑 67mm 的預(yù)埋波紋管和夾片錨具。 設(shè)計依據(jù) （ 1）、交通部頒《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（ JTG B01－ 2021），簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》； （ 2）、交通部頒《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（ JTG D60－ 2021），簡稱《橋規(guī)》； （ 3）、交通部頒《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（ JTG D62－ 2021 簡稱《公預(yù)規(guī)》。 基本計算數(shù)據(jù) 表 2 基本計算數(shù)據(jù)表 名稱 項(xiàng)目 符號 單位 數(shù)據(jù) 混凝土 立方強(qiáng)度 kcuf, MPa 50 彈性模量 cE MPa ? 軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 ckf MPa 軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 tkf MPa 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 8 注：本設(shè)計考慮混凝土強(qiáng)度達(dá)到 C45時開始張拉 預(yù)應(yīng)力鋼束， 39。ckf 和 39。tkf 分別表示鋼束張拉時混凝土的抗壓、抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，則 39。ckf =， 39。tkf =。 軸心抗壓設(shè)計強(qiáng)度 cdf MPa 軸心抗拉設(shè)計強(qiáng)度 tdf MPa 短暫狀態(tài) 容許壓應(yīng)力 39。 ckf MPa 容許拉應(yīng)力 39。 tkf MPa 持久 狀態(tài) 標(biāo)準(zhǔn)荷載組合： MPa 容許壓應(yīng)力 MPa 容許主壓應(yīng)力 MPa 短期效應(yīng)組合： MPa 容許拉應(yīng)力 MPa 0 容許主拉應(yīng)力 MPa 59 鋼絞線 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 pkf MPa 1860 彈性模量 Ep MPa ? 抗拉強(qiáng)度設(shè)計 cdf MPa 1260 最大控制應(yīng)力 con? MPa 1395 持久狀態(tài)應(yīng)力： MPa 標(biāo)準(zhǔn)荷載組合 MPa 1209 材料重度 鋼筋混凝土 1? 3/mKN 瀝青混凝土 2? 3/mKN 鋼絞線 3? 3/mKN 鋼束與混凝土的彈性模量比 Ep? 無量綱 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 9 主梁跨中截面主要尺寸擬訂 本箱梁 按全預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計，施工工藝為后張法。 橋上橫坡為單向 2%。 箱梁截面尺寸：梁高為 ，為了便于模板制作和外形美觀，主梁沿縱向外輪廓尺寸保持不變，端部設(shè)置橫隔梁，高 ，寬 ；橫向共計 5 片箱型梁，采用濕接縫法進(jìn)行連接，濕接縫寬 ，厚度為 ，預(yù)制箱型梁頂板寬 ，跨中腹板厚 ；頂板，底板均厚 ，端部腹板厚 ，頂板與底板均厚 ，腹板和頂板之間沒有承托。底板厚度、腹板厚度在距支座中心線 處開始漸變?yōu)榫嘀ё行木€ 處的 （ 即端部截面尺寸），如圖 1 所示。 預(yù)應(yīng)力管道采用金屬波紋管成形，波紋管內(nèi)徑為 60mm，外徑為67mm，管道摩擦系數(shù) ?? ，管道偏差系數(shù) ?k ，錨具變形和鋼束回縮量為 6mm（單端）。 瀝青混凝土重度按 23kN/m3計，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)自重按 26kN/m3計，混凝土自重按 25kN/m3計，單側(cè)防撞欄線荷載為 。 計算截面幾何特征 根據(jù)以上擬 定的各部分尺寸，繪制箱型梁的跨中及截面圖，詳見下圖： 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 10 線路中心線端部橫斷面 跨中橫斷面跨徑中心線支座中心線圖 4 結(jié)構(gòu)尺寸圖 （尺寸單位： mm） 將主梁跨中截面分成 四 個規(guī)則圖形的小單元，截面幾何特性列表計算見下表。 表 3 跨中截面幾何特性 計 算表 分塊名稱 分塊面積 iA 分塊面積形心至上緣距離 iy 分塊面積對上緣靜矩iii yAS ?? 分塊面積的自身慣矩 iI isi yyd?? 分塊面積對截面形心的慣矩2iix dAI ? xi III ?? 2cm cm 3cm 4cm cm 4cm 4cm ⑴ ⑵ ⑶ =⑴179。⑵ ⑷ ⑸ ⑹ =⑴179。⑸ 2 ⑺ =⑷ +⑹ 1 20501 2018507.5174.5181572520032 32 20 20187.5174.550 5018164182001 20 1 20簡化端部截面 簡化跨中截面鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 11 由上表可計算出截面效率指標(biāo) ? （希望 ? 在 以上） hkk xs ??? 式中： sk —— 截面上核心距，可按下式計算 )(12 69 650 17 16 53 ????? ??xs AyIk cm xk —— 截 面下核心距，可按下式計算 69650 1716 53 ???? ??sx AyIk cm 截面效率指標(biāo)： 大毛截面 （含濕接縫） 頂板 5400 10 54000 145800 承托 483 腹板 4932 461142 7714059 底板 1881 ∑ 12696 小毛截面 （不含濕接縫） 頂板 4320 10 43200 116640 承托 483 腹板 4932 461142 7714059 9985400 底板 1881 ∑ 11616 大毛截面形心至上緣距離： sy = 小毛截面形心至上緣距離： sy = 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 12 180 ????? h kk xs?＞ 表明以上 的 初擬 截面是合理的。 主梁的作用效應(yīng)計算包括永久作用效應(yīng)和可變作用效應(yīng)。根據(jù)梁跨結(jié)構(gòu)縱、橫截面的布置，計算可變作用下荷載橫向分布系數(shù)，求出各主梁控制截面（取跨中、四分點(diǎn)、變化點(diǎn)截面及支點(diǎn)截面）的永久作用和最大可變作用效應(yīng)，再進(jìn)行主梁作用效應(yīng)組合（標(biāo)準(zhǔn)組合、短期組合和極限組合）。本設(shè)計以中梁作用效應(yīng)進(jìn)行計算。 永久作用效應(yīng)計算 永久作用集度 1 主 梁自重 ①跨中截面段主梁的自重（ 底板寬度變化處截面至跨中截面，長） ? ? ? ? 1 5 7 2 1 6 1 ＝????q kN ② 底板加厚 與腹板變寬段梁的自重 近似計算 （長 ） ? ? ? ? ＝????q kN ③支點(diǎn)段梁的自重（長 ） ? ? 1 7 7 2 ＝???q kN ④ 中 主梁的橫隔梁 端橫隔梁體積 ： 3 5 5 9 )4 8 8 6 2 2 3 2 7 ( ??? 3m 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 13 故半跨內(nèi)橫隔梁 重力為 ： 8 9 8 7 5 5 9 )4( ???q kN ⑤預(yù)制梁永久作用集度 ) 5 7 2 ( ??????g kN/m 2 二期永久作用集度 ① 頂板中間濕接縫集度 )5( ?????q kN/m 、 ② 中 梁現(xiàn)澆部分橫隔梁的作用集度 ： 一片端橫隔梁（ 現(xiàn)澆部分）體積： ??? 3m 所以 3 1 2 )6( ????q kN/m ③ 橋面鋪裝層 9cm 瀝青 混凝土鋪裝層： ??23= kN/m 6cm 混凝土 鋪裝： ??23= kN/m 若將橋面鋪裝傳給 五 片主梁，則 )7( ?g kN/m ④ 防撞欄 若將防撞欄均攤給五片主梁，則： 35/)8( ???g kN/m ⑤邊梁二期 永久作用 集度： 9 2 2 1 2 ??????g kN/m 永久作用效應(yīng) 如下圖所示，設(shè) x 為計算截面離左支座的距離，并令 lac? 。 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支梁橋設(shè)計 14 永久作用效應(yīng)計算見 下表 。 L = 3 9 .00 mM 影響線圖13 永久 作用效應(yīng)計算圖式V 影響線( 1c)cqKVa = cl ( 1 c)lc (1c )lM1 圖 5 永久作用效應(yīng)計算圖 表 4 1號梁永久作用效應(yīng) 作用效應(yīng) 跨中 c= 四分點(diǎn) c= 支點(diǎn) c=0 一期 彎矩（ mKN? ） 0 剪力（ KN ）