【正文】 。年平均氣溫 ，最冷月平均氣溫 40C，七月平均氣溫 。 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 1 設(shè)計(jì)原始資料 1. 地形、地貌、氣象、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)、地震烈度等自然情況 （ 1） 氣象：天津地區(qū)氣候?qū)儆谂瘻貛啙駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，部分地區(qū)受海洋氣候影響。四季分明，冬季寒冷干旱，春季大風(fēng)頻繁，夏季炎熱多雨，雨量集中，秋季冷暖變化顯著。 （ 2） 工程地質(zhì)：天津地鐵一號(hào)線經(jīng)過(guò)地區(qū)處于海河沖積平原上，地形平坦，地勢(shì)低平，地下水位埋深較淺，沿線分布了較多的粉砂、細(xì)砂、粉土，均為地震可液化層，局部地段具有地震液化現(xiàn)象。 a. 人工填土層，厚度 5m， ?k=100KPa； b. 粉質(zhì)黏土，中密，厚度 15m， ?k=150 KPa； c. 粉質(zhì)黏土，密實(shí)，厚度 15m， ?k=180KPa； d. 粉質(zhì)黏土，密實(shí)，厚度 10m， ?k=190KPa。任選三種作比較，從安全、功能、經(jīng)濟(jì)、美觀、施工、占地與工期多方面比選，最終確定橋梁形式。橋下應(yīng)滿(mǎn)足泄洪、安全通航或通車(chē)等要求。 2． 舒適與安全性 現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)越來(lái)越強(qiáng)調(diào)舒適度，要控制橋梁的豎向與橫向振幅，避免車(chē)輛在橋上振動(dòng)與沖擊。 3． 經(jīng)濟(jì)性 設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性一般應(yīng)占首位。 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 2 4． 先進(jìn)性 橋梁設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)現(xiàn)代橋梁建設(shè)的新技術(shù)。 5． 美觀 一座橋梁，尤其是座落于城市的橋梁應(yīng)具有優(yōu)美的外形，應(yīng)與周?chē)木爸孪鄥f(xié)調(diào)。 應(yīng)根據(jù)上述原則，對(duì)橋梁作出綜合評(píng)估。預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋受力明確，理論計(jì)算較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和施工的方法日臻完善和成熟。 拱橋 拱橋的靜力特點(diǎn)是，在豎直何在作用下，拱的兩端不僅有豎直反力，而且還有水平反力。如在均布荷載 q 的作用下，簡(jiǎn)直梁的跨中彎矩為 qL2/8，全梁的彎矩圖呈拋物線形，而拱軸為拋物線形的三鉸拱的任何截面彎矩均為零，拱只受軸向壓力。由于拱是主要承受壓力的結(jié)構(gòu)，因而可以充分利用抗拉性能較差、抗壓性能較好的石料，混凝土等 來(lái)建造。 由墩、臺(tái)承受水平推力的推力拱橋，要求支撐拱的墩臺(tái)和地基必須承 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 3 受拱端的強(qiáng)大推力，因而修建推力拱橋要求有良好的地基。由于天津地鐵一號(hào)線所建位置地質(zhì)情況是軟土地基，故不考慮此橋型。為此采用大噸位預(yù)應(yīng)力筋以承擔(dān)拱的水平推力；預(yù)應(yīng)力筋的寄體是系梁，即加勁縱梁，從而以梁式橋?yàn)榛w ，按各種梁橋的彎矩包絡(luò)圖用拱來(lái)加強(qiáng)。這類(lèi)橋梁不僅技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)、造價(jià)低廉，同時(shí)橋型美觀，反映出力與美的統(tǒng)一、結(jié)構(gòu)形式與環(huán)境的和諧，增加了城市的景觀。他們適用于大跨、特大跨度橋梁，現(xiàn)在還沒(méi)有其他類(lèi)型的橋梁的跨度能超過(guò)他們。由于斜拉橋的主梁通過(guò)拉緊的斜索與塔直接相連，增加了主梁抗彎、抗扭剛度，在動(dòng)力特性上一般遠(yuǎn)勝于懸索橋。 斜拉橋具有施工方便、橋型美觀、用料省、主梁高度小、梁底直線容易滿(mǎn)足通航和排洪要求、動(dòng)力性能好的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展非常迅速，跨徑不斷增大。 目前我國(guó)城市軌道交通高架橋結(jié)構(gòu)一般考慮簡(jiǎn)支梁和連續(xù)梁結(jié)構(gòu)形式。連續(xù)梁結(jié)構(gòu)與同等跨度的簡(jiǎn)支梁相比，可以降低梁高，節(jié)省工程數(shù)量，有利于爭(zhēng)取橋下凈空，并改善景觀；其結(jié)構(gòu)剛度大，具有良好的動(dòng)力特性以及減震降噪作用，使行車(chē)平穩(wěn)舒適，后期的維修養(yǎng)護(hù)工作也較少。但連續(xù)梁對(duì)基礎(chǔ)沉降要求嚴(yán)格，特別是由于聯(lián)長(zhǎng)較大，橋上無(wú)縫鋼軌因溫度變化而產(chǎn)生的水平力很大，使得梁體與墩臺(tái)之間的受力十分復(fù)雜，加大了設(shè)計(jì)難度。 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 4 梁拱組合橋鋼筋混凝土簡(jiǎn)直梁橋連續(xù)梁橋 方案比選 比較項(xiàng)目 第一方案 第二方案 第三方案 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 5 主橋跨橋型 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù) 梁 預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)直 梁 梁拱組合橋 主橋跨結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無(wú)水平推力。受力明確，理論計(jì)算較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)和施工的方法日臻完善和成熟 在垂直荷載的作用下，其支座僅產(chǎn)生垂直反力，而無(wú)水平推力。為此采用大噸位預(yù)應(yīng)力筋以承擔(dān)拱的水平推力；預(yù)應(yīng)力筋的寄體是系梁，即加勁縱梁，從而以梁式橋?yàn)榛w，按各種梁橋的彎矩包絡(luò)圖用拱來(lái)加強(qiáng)。 跨徑較大，線條非常美，與環(huán)境和諧，增加了城市的景觀 養(yǎng)護(hù)維修量 小 小 較大 設(shè)計(jì)技術(shù) 水平 經(jīng)驗(yàn)較豐富，國(guó)內(nèi) 先進(jìn)水平 經(jīng)驗(yàn)豐富，國(guó)內(nèi)先 進(jìn)水平 經(jīng)驗(yàn)一般，國(guó)內(nèi)一 般水平 施工技術(shù) 滿(mǎn)堂支架法：結(jié)構(gòu)不發(fā)生體系轉(zhuǎn)換，不引起恒載徐變二次矩，預(yù)應(yīng)力筋可以一次布置，集中張拉等優(yōu)點(diǎn)。所以選擇第一方案作為首選。 連續(xù)單箱梁方案該方案結(jié)構(gòu)整體性強(qiáng)，抗扭剛度大，適應(yīng)性強(qiáng)。該方案需 采用就地澆筑，現(xiàn)場(chǎng)澆筑砼及張拉預(yù)應(yīng)力工作量大，但可全線同步施工，施工期間工期不受控制 ,對(duì)橋下道路交通影響較其他方案稍大。雙箱梁預(yù)制吊裝，鋪預(yù)制板，重量輕。從預(yù)制廠到工地的運(yùn)輸要求相對(duì)較低，運(yùn)輸費(fèi)用較低。但美觀較差，并且徐變變形大，對(duì)于無(wú)縫線路整體道床軌道結(jié)構(gòu)形式來(lái)說(shuō)，存在著后期維修養(yǎng)護(hù)工作量大的缺點(diǎn)。同時(shí)，由于結(jié)構(gòu)為開(kāi)口截面，結(jié)構(gòu)剛度及抗扭性較差，而且需要較大的技術(shù)儲(chǔ)備才能實(shí)現(xiàn)。該方案建筑結(jié)構(gòu)高度最高，由于梁底部呈網(wǎng)狀 ,景觀效果差。 相比之下，箱型梁抗扭剛度大，整體受力和動(dòng)力穩(wěn)定性能好，外觀簡(jiǎn)潔，適應(yīng)性強(qiáng)，在直線、 曲線、折返線及過(guò)渡線等區(qū)間 段均可采用，且施工技術(shù)成熟，造價(jià)適中。箱型梁截面圖如下： 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 7 三、橋墩方案比選 橋墩類(lèi)型有重力式實(shí)體橋墩、空心橋墩、柱式橋墩、輕型橋墩和拼裝式橋墩。重力式橋墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，街面尺寸及體積較大，外形粗壯，很少應(yīng)用于城市橋梁。 柱式橋墩是目前公路橋梁 、橋?qū)捿^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。 輕型橋墩適用于小跨度、低墩以及三孔以下（全橋長(zhǎng)不大于 20m）的公路橋梁。在地質(zhì)不良地段、路基穩(wěn)定不能保證時(shí)，不宜采用輕型橋墩。適用于交通較為方便、同類(lèi)橋墩數(shù)量多的長(zhǎng)大干線中的中小跨度橋梁工點(diǎn)。所以選擇柱式橋墩。根據(jù)橋下通航凈容要求，主跨徑定為 40m 。 1． 主跨徑的擬定 主跨徑定為 40m ，邊跨跨徑根據(jù)國(guó)內(nèi)外已有經(jīng)驗(yàn)，為主跨的 ~倍，采用 倍的中跨徑，即 30m ，則全聯(lián)跨徑為： 30 40 30 10 0( )m? ? ? 2．主梁尺寸擬定（跨中截面） （ 1） 主梁高度 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的主梁高度與起跨徑之比通常在 115 ～ 125 之間，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)中，高跨比約在 118 ～ 119 ，當(dāng)建筑高度不受限制時(shí)，增大梁高是比較經(jīng)濟(jì)的方案。根據(jù)橋下通車(chē)線路情況，并且為達(dá)到美觀的效果，取梁高為 2m ，這樣高跨比為 2 40 1 20? ，位于 115 ～ 125 之間，符合要求。 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 9 具體尺寸見(jiàn)下圖： 跨中處截面支座處截面 一、 本橋主要材料 預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用 50C 號(hào)混凝土；預(yù)應(yīng)力鋼筋采用 10 7 5?? 的鋼絞線， pkf 1860MPa? ；非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用 ?? 級(jí)鋼筋，構(gòu)造鋼筋采用 ? 級(jí)鋼筋。 （一）恒載內(nèi)力計(jì)算 1． 第 一期恒載（結(jié)構(gòu)自重） 恒載集度 1 1 2 3( 80 10 10)G A A A ?? ? ? ? ? ? ? 221 m ?? 222A 69 89 95 2c m 99 2 m?? 325 /KN m? ? 2123 5 .5 4 6 8 6 .8 9 9 2 6 .2 2 3 m22AAA ? ?? ? ? 則： 1 ( 468 80 992 10 23 10) 25 143 74. 15K NG ? ? ? ? ? ? ? ? 11 1 4 3 7 4 .1 5 1 4 3 .7 4 /100Gg K N mL? ? ? 2． 第二期恒載 包括結(jié)構(gòu)自重、橋面二期荷載按 65KN/m計(jì)?？煞譃榱N情況作用在橋梁上。其具體計(jì)算方法是：三跨連續(xù)梁的四個(gè)支點(diǎn)中的每個(gè)支點(diǎn)分別下沉 1cm ，其余的支點(diǎn)不動(dòng)，所得到的內(nèi)力進(jìn)行疊加，取 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 12 最不利的內(nèi)力范圍。 梁體截面分布圖： 利用 Midas 橋梁計(jì)算軟件建模，將其平分為 40 個(gè)單元，每單元 ，將單位集中荷載 1在梁體上移動(dòng)，畫(huà)出其各節(jié)點(diǎn)的影響線，影響線確定后，將移動(dòng)荷載作用在最大處，由此來(lái)計(jì)算出移動(dòng)荷載在最不利位置而產(chǎn)生的梁體的內(nèi)力。 計(jì)算簡(jiǎn)圖如下 解得： 12 R KN?? 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 16 將數(shù)據(jù)與由 Midas 計(jì)算出的結(jié)果相比，相差不大，檢算滿(mǎn)足要求。 1 截面反力影響線： 移動(dòng)荷載在 1 截面作用的最不利位置如圖所示： 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140Trial Version 2 截面即邊跨 1/4 截面彎矩影響線： 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 19 Trial VersionTrial Version 3 截面即邊跨跨中截面彎矩影響線： 4 截 面即支座處反力影響線： 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 20 Trial Version 移動(dòng)荷載最不利加載情況： 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140 140Trial Version 彎矩影響線為： 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 21 5 截面即跨中截面彎矩影響線： Trial Version 根據(jù)上面的影響線，將移動(dòng)荷載加載在最不利的位置，由此得出移動(dòng)荷載作用下，梁產(chǎn)生的內(nèi)力為： 截面位置 剪力 KN 彎矩 KNm? 端部 0 1/4 跨截面 邊跨跨中截面 支座截面 跨中截面 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 22 移動(dòng)荷載作用下的彎矩圖： 將上述的荷載進(jìn)行組合，可以有 5 種情況： 自重 +二期恒載 自重 +二期恒載 +沉降 自重 +二期恒載 +移動(dòng)荷載 自重 +二期恒載 +沉降 +移動(dòng)荷載 將上述組合分別計(jì)算，求出內(nèi)力。 包絡(luò)數(shù)據(jù)為： 截面位置 剪力 KN 彎矩 KNm? 端部 0 1/4 跨截面 邊跨跨中截面 支座截面 跨中截面 其彎矩圖： 第三章 預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計(jì)與布置 根據(jù)包絡(luò)圖可知，支座處的彎矩絕對(duì)值最大，由此按支座處的彎矩估算預(yù)應(yīng)力筋的面積，通長(zhǎng)配置。 由公式 p ptdf cdAfx bf?? ?、 可知： 1 8 9 9 9 .4 3 7 1 6 7 44 0 0 0 2 3 .1x ?? ? 34 4. 2 40 0fm m h m m? ? ?、 中 國(guó) 橋 梁 網(wǎng) 27 截面抗彎承載力按下式驗(yàn)算： 0()2d p ptd xM A f h? ? ? 21 3 8 .7 2 2 0 3 0 5 1 4pA m m? ? ? 0 2 0 0 0 8 0 3 5 0 1 5 7 0h m m? ? ? ? 0()2p ptd xA f h?? 3 4 4 . 23 0 5 1 4 1 6 7 4 (1 7 2 0 )2? ? ? ? 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