最新高速公路某預應力混泥土簡支箱型梁橋設計

1、前 言隨著經濟社會的發(fā)展，國家不斷推進道路基礎建設，各地高等級公路建設力度加大，道路里程增多、環(huán)境改善，路面等級提升，通行能力、通行效率不斷提高，為各地經濟發(fā)展提供了良好的道路交通環(huán)境，但也給高速（高等級）公路交通管理工作帶來了一些困難，特別是交通阻塞已成為二級公路急需解決的問題。一、昭麻二級公路基本情況（一）道路情況。昭通至麻柳灣二級公路全程97公里，2000年建成試通車。道路全寬10米，全封閉，立體交叉。是云南連接重慶、成都等內地城市的大通道，是高速公路路網(wǎng)的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計，目前平峰車輛流量為5000輛左右，節(jié)假日、特別是春節(jié)假日車輛流量在15000輛左右。（二）道路環(huán)境情況。該線途

2、經昭陽區(qū)、大關縣，沿途經6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。最高海拔凌子口1950米，最低海拔大關壽山岔河600米。全線小凌子口、大凌子口冬季濃霧、冰凌突出，特別是每年冬季10月至次年2月，濃霧突出，冰凌嚴重，給車輛通行帶來極大困難。（三）昭麻線連接公路情況。北向：2008年，水麻一級高速公路建成通車，雙向4車道，全封閉、立體交叉，全程165公里，從昭通市水富縣經大關縣麻柳灣連接昭麻二級公路。南向： 2006年，昭待二級公路建成通車，從昭通經待甫連接至昆明。2011年底，經昭麻二級公路連接至綏江縣、永善縣、鹽津縣、鎮(zhèn)雄縣、威信縣的二級公路相繼建成通車。道路條件改善，選擇機動車出行的人群進一步增多，車輛流量逐步加大。二、

3、易發(fā)生交通阻塞的時間和造成阻塞車輛情況一是國慶、春節(jié)長假往返高峰期間。二是“五.一”、清明、周末假日。三是道路改造，通行能力降低，大型貨運超長、超寬車會車困難，違法停車加水占道，大型貨車故障占用道路。四是交通事故、自然災害易導致交通中斷。三、造成交通阻塞根本原因二級公路是車輛雙向通行，以道路中心線分隔。如果發(fā)生交通事故、自然災害，易造成車輛通行困難，甚至造成道路中斷，從而導致局部或長距離交通涌阻。究其根本原因，主要有以下幾個方面：（一）道路通行效率低、通行能力弱。一是該線通車12年，維護不及時，路面凹凸不平，過往機動車通行困難。二是路邊攤點、餐館吸引駕駛人停車交易，占道突出，降低了通行效率。三

4、是由于高速公路車輛行駛速度快，通行率高，進入二級路后，通行困難，交通擁擠。四是路面窄、彎道多，難以適應當前該線交通需求。（二）交通事故造成交通中斷。二級公路發(fā)生機動車交通事故，特別是兩方以上機動車交通事故，大多會占用車輛通行路面，從而造成交通擁擠排隊、阻塞交通。（三）自然災害造成交通阻塞。每年冬季，道路經常結冰，導致車輛通行困難。另外，山體滑坡、泥石流、塌方、落石等自然災害也容易造成交通阻塞。（四）延長交通阻塞時間的主觀因素。一是交通事故出警處置時間。一般情況下，一旦發(fā)生人員受傷的交通事故，大多數(shù)當事人會首先向“120”急救中心和保險公司報案，再報交警處置，這個過程大約需要2030分鐘。交警接

5、到報警后，到達現(xiàn)場大約需要30分鐘，一旦事故現(xiàn)場附近道路被其他機動車占用，出警人員只能步行趕往現(xiàn)場，從而延長了處置時間，增加了車輛排隊距離，容易造成交通涌阻。二是現(xiàn)場勘查時間。簡易交通事故處置時間的長短與車輛類型相關。小型汽車單方肇事，不易造成交通阻塞。大型汽車單方肇事或兩方以上機動車肇事，容易造成交通中斷。發(fā)生人員傷亡的，交警搶救傷員、勘查現(xiàn)場的時間大約在3090分鐘。無人員傷亡的，勘查時間大約3060分鐘?，F(xiàn)場勘查完畢，組織施救車輛。根據(jù)施救單位距事故現(xiàn)場距離（一般情況下，交警部門趕到現(xiàn)場，確定車輛施救的，立即通知施救單位，時間應包括出現(xiàn)場勘查時間），施救單位反應速度、施救車輛到達現(xiàn)場的時

6、間以及施救速度也會延長交通阻塞時間。以大關縣轄區(qū)為例，對麻柳灣段交通事故施救，施救車輛從大關到現(xiàn)場大約需4060分鐘左右；對玉碗段交通事故施救，施救車輛接到通知后，趕到現(xiàn)場大約需3060分鐘。為此，如果小型汽車發(fā)生交通事故，從出警、勘查現(xiàn)場、組織施救到恢復交通，需1個小時左右才能處置完畢。如從距離大關轄區(qū)較遠的施救單位趕到現(xiàn)場施救，需更長時間，進一步延長了交通阻塞時間。三是部分駕駛人不遵守道路交通法規(guī)，違法占用對向車道，造成交通阻塞。交通群體屬于非組織人群，互相之間只有利益沖突，其余只能依托于法律、風俗、道德等聯(lián)系，聯(lián)系的緊密程度又靠管理來實現(xiàn)。當發(fā)生交通阻塞，在沒有管理者的情況下（有部分駕駛

7、人即便是有交警在場也時常違法），部分駕駛人便帶頭超車占道，一些駕駛人也跟隨違法。根據(jù)交通行為社會心理現(xiàn)象，個人違法不會大家受罰，從而跟著違法，形成惡性循環(huán)，造成雙向車輛無法通行，導致交通阻塞。四是交通阻塞時長和距離，與車輛流量有關，成正比關系。以大關縣轄區(qū)為例，平峰24小時車輛流量大約為4000輛，平均每小時通過道路橫截面車輛為200輛當量。節(jié)假日高峰期，每24小時車輛流量為15000輛當量，平均每小時通過道路橫截面車輛為600輛當量。大關南至麻柳灣全程21公里，按每輛大型貨車占用道路長20米計算，可容納1050輛車，可并行1列小車容納3150輛。可見，平峰24小時、高峰8小時車輛即可從麻柳灣

8、阻塞至大關南，形成全程21公里大面交通阻塞。綜上所述 ，修建麻昭高速公路是十分重要和迫切的一個問題。本橋位于云南麻(麻柳灣)昭(昭通)高速公路路段，麻昭高速公路是渝昆高速公路的重要組成部分，是云南的大通道，云南橋頭堡建設以及實施烏蒙片區(qū)連片扶貧戰(zhàn)略，都對這條境內的高速公路有著強烈的需求，是云南省以昆明為中心對外九個重要通道公路網(wǎng)的重要組成部分，此路的貫通標志著進入東南亞、南亞，出滇入渝進川，連通長江經濟大的綠色大通道已正式貫通，對進一步加快西部大開發(fā)，促進云南與中原地區(qū)的經濟往來有著至關重要的作用。本設計所要編寫的是213國道麻昭公路某大橋的上部結構設計方案。全橋主梁長100米，分4跨，跨徑2

9、5米，為預應力鋼筋混凝土簡支箱型梁橋。橋梁上部結構內力設計和配筋計算是下面進行下部結構設計的前提，對于整座橋梁也是極其重要的部分。本設計按照相關橋梁規(guī)范規(guī)定，對主梁尺寸擬定、主梁內力的計算、橫隔梁內力的計算、行車道板內力的計算以及配筋的設計進行編制。在此過程中，主要參考了橋梁工程、結構力學、材料力學、等相關的國內外書籍和文獻。綜合考慮了材料以及結構的強度、剛度、穩(wěn)定性等綜合性能。充分考慮了橋梁設計的“安全、適用、經濟、美觀”的原則。第一章 工程概況及方案比選1.1 工程地質該橋，自上而下可劃分為四個工程地質層。第一層：礫砂，該層分布連續(xù)，層厚4-4.2m左右。第二層:卵石,該層連續(xù)分布,層厚3

10、.5m左右,層底標高127.3-127.04m 。第三層：強風化花崗巖，該層分布連續(xù)，層厚層底標高123.63-123.44m 。第四層：弱風化花崗巖，該層分布連續(xù)，層厚1.3-2.0m 。第五層：微風化花崗巖，在勘探深度內未揭穿該層。第四系孔隙潛水主要存在于沖積、洪積層中，分布于河流及較大溝谷中，其富水性及沉積厚度常因河流主干、支流情況變化?；瘜W成分為淡水。巖石裂隙水埋藏在巖漿巖、沉積巖的構造裂隙及風化裂隙中，分布廣，其化學成分為弱礦化度水。地下水貯藏條件主要是第四系孔隙潛水及基巖裂隙潛水。該地區(qū)雨量充沛。6-8月為汛期，7-8月雨量集中，多年平均降水雨量721.4毫米，年降水總量25.31

11、億m，平均降水量7.96億m。夏季雨水集中多降大雨、暴雨，常因大雨造成山洪或泥石流。汛期最大洪峰流量2500m/s，枯水期最小流量0.02 m/s，多年平均徑流量3.46 m/s，平均坡降4.75%。洪水水位為4.00米，洪水頻率為百年一遇。氣候屬亞熱帶、暖溫帶共存的高原季風立體氣候，年平均氣溫12.6，年平均日照1900小時，年平均降雨量760毫米。本區(qū)抗震設防烈度為7度，地震動峰值加速度為0.15g。由于簡支梁受力明確，構造簡單施工方便，可便于裝配施工，省時省工，適用于本設計的規(guī)模。簡支梁屬于靜定結構，受力不如連續(xù)梁，同時伸縮縫多，養(yǎng)護麻煩，但是造價低廉勞動力耗用少，工作量小，經濟，中小型

12、橋尤其適用。1.2 設計要求本設計根據(jù)具體情況，應滿足高速公路行車要求，需要滿足以下要求：1、使用上的要求行車道寬度應保證車輛的安全行駛，并應滿足未來30年的交通量增長的需要。2、經濟上的要求堅持因地制宜、就地取材、方便施工的原則，合理選用適當?shù)臉蛐汀２⒛軡M足快速施工的要求以達到縮短工期的橋梁設計，以提早通車在運輸上帶來大的經濟效益。3、結構尺寸和構造上的要求整個橋梁結構及其各部分構件，在制造、運輸。和使用過程中應具有足夠的強度、剛度、穩(wěn)定性和耐久性。4、美觀上的要求在外觀上力求與周圍的景致相協(xié)調。1.3 方案比選根據(jù)原始資料及使用要求，初步擬定以下三種方案：方案一：中承式拱梁組合橋圖1-1

13、中承式拱梁組合橋Fig.1-1 The half-through hybrid bridge of arch and beam1、孔徑布置：20m（邊跨）+60m（主跨）+20m（邊跨）=100m，主跨拱肋失跨比為1/4，失高15米，拱肋高出橋面9.5米。2、主跨結構構造：主跨拱肋的構造以橋面為界分成二種，橋面以上為圓端頭鋼管混凝土，橋面以下為實心矩形鋼筋混凝土拱肋。二片拱肋之間在橋面以無風撐連接，在橋面以下設置斜撐，加強拱腳部分橫向剛度。邊跨拱肋采用鋼筋混凝土實心矩形截面。加勁縱梁采用鋼筋混凝土箱型截面。拱肋與加勁梁剛接，并在連接處設置強大橫梁，拱肋與加勁梁之間設置7根吊桿，間距為7米，縱梁

14、在吊桿處均設預應力的混凝土橫梁，橫梁以上澆注混凝土橋面板。預應力束通過加勁縱梁，使橫隔梁與加勁縱梁形成整體框架。3、橋墩基礎：主墩基礎采用圓形混凝土沉井，分別以卵石層和基層為持力層。方案二：預應力混凝土連續(xù)箱型梁橋圖1-2 預應力混凝土連續(xù)箱梁橋Fig.1 -2 The continuous prestressed concrete box-girder bridge1、孔徑布置：預應力混凝土變截面先簡支后連續(xù)梁橋，分四跨，每跨25米，全長共100m。2、主梁結構構造：主梁為預制預應力鋼筋混凝土箱型梁。主梁間距325cm，采用等截面梁高125cm，跨中截面頂板厚度18cm，頂板與腹板相交處設置

15、三角承托。腹板水平厚度18cm，底板18cm，腹板與底板相接處設置下三角承托。3、橋墩基礎：主墩基礎采用1.2m和1.3m的鉆井灌注樁，東西邊墩（橋臺）采用剛性擴大基礎。采用梯形蓋梁。方案三：預應力混凝土簡支箱型梁橋圖1-3 預應力混凝土簡支箱型梁橋Fig. 1 -3 The prestressed concrete box -girder bridge1、孔徑布置：預應力混凝土變截面先簡支后連續(xù)梁橋，分四跨，每跨25米，全長共100m。2、主梁結構構造：主梁為預制預應力鋼筋混凝土箱型梁。主梁間距325cm，采用等截面梁高125cm，跨中截面頂板厚度18cm，頂板與腹板相交處設置三角承托。腹板

16、水平厚度18cm，底板18cm，腹板與底板相接處設置下三角承托。在距支座一個梁高處采用變截面，由此處開始向支點處向內均勻變化，腹板水平寬度由18cm增加到25cm，底板由18cm增加到25cm，梁高保持不變。主梁間預留50cm后澆注。3、橋墩基礎：主墩基礎和橋臺采用剛性擴大基礎。蓋梁采用梯形蓋梁。4、施工方案：現(xiàn)場預制預應力混凝土預應力梁，采用閘門式架橋機施工，然后后澆注橋面板，最終橋面系施工。方案點評及選擇：方案一是一座中承式拱梁組合體系橋，失高15米，拱失度橋面以上9.5米，接近黃金分割0.618（9.27m），美觀、合理。根據(jù)橋位處的地質條件，如建造有推力的拱式體系，顯然要加大下部結構的

17、造價，中承式拱梁組合體系不僅外形美觀，有利于與周圍環(huán)境協(xié)調，而且其推力由加勁縱梁承受，避開了推力問題。加勁梁的建筑高度小，便于橋梁兩端與路線的連接。同時，結構的正負彎矩分配比較合理。但是中承式拱梁組合橋施工難度大，造價高。方案二是預應力混凝土箱型連續(xù)梁橋，從使用效果方面看，該結構屬于超靜定結構受力較好，無伸縮縫，行車條件好，養(yǎng)護方便。柱式墩臺，配合樁基礎結構穩(wěn)定，施工方便對地基的強度不過分依賴，對于本設計的亞粘土-粉沙地形尤為如此。但是預應力連續(xù)梁的技術先進，工藝要求比較嚴格，需要專門設備和專門技術熟練的隊伍，且預應力梁的反拱度不容易控制，該方案機具耗用多，前期投入大，成本較多，成本回收難。方

18、案三是預應力混凝土箱型簡支梁橋，簡支梁橋是我們最早使用的橋型，也是應用最為廣泛的橋型。它受力簡單，梁中只有正彎矩，體系溫度、混凝土收縮徐變、張拉預應力等均不會在粱中產生附加內力，設計計算方便，最容易設計成各種標準跨徑的裝配式結構。由于簡支梁是靜定結構，結構內力不受地基變形的影響，對基礎要求較低，適用于地基較差的橋址上建橋。在多孔簡支梁橋中，相鄰橋孔各自單獨受力，便于預制、架設、簡化施工管理，施工費用低，因此被廣泛采用。缺點是簡支梁屬于靜定結構，受力不如連續(xù)梁，同時伸縮縫多，養(yǎng)護麻煩，但是造價低廉勞動力耗用少，工作量小，經濟，中小型橋尤其適用。綜上，由對比我們可以看出方案三所需設備較少，占用施工

19、場地少，對地基承載能力的要求不高，現(xiàn)行的施工技術、施工工藝和施工設備都很完善，施工難度小，造價低，工期短，適合中小型橋梁。所以，方案三是最佳選擇。第二章 設計資料及構造布置2.1 設計資料2.1.1 橋面跨徑及橋寬標準跨徑：總體方案選擇的結果，采用裝配式預應力混凝土箱型梁，跨度25m，共四跨。主梁長：預制梁長24.84m。計算跨徑：取相鄰支座中心間距24.24m。單幅橋面凈空：13m（分離式雙向四車道高速公路）橋橫向布置：0.52（防撞墻）+3.752（行車道）+1（左路肩）+3.5（右路肩包括0.5米的路緣帶）=13m2.1.2 設計荷載根據(jù)線路的等級,確定荷載等級，由一級公路，設計時速80

20、km/h100km/h可查得：計算荷載：公路一級荷載。2.1.3 材料及工藝1、水泥混凝土：主梁、欄桿采用C50號混凝土，橋面鋪裝采用C50號混凝土?？箟簭姸葮藴手担箟簭姸仍O計值，抗拉強度標準值，抗拉強度設計值, 。2、預應力鋼筋采用（ASTM A41697a標準）低松弛鋼絞線17標準型?？估瓘姸葮藴手担估瓘姸仍O計值，公稱直徑，公稱面積，彈性模量。 設計依據(jù)1、公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2004）；2、公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范（JTG D62-2004）；2.2 構造布置2.2.1 主梁間距與主梁片數(shù)為使材料得到充分利用，擬采用抗彎剛度和抗扭剛度都較大的箱型截面

21、，按單箱單室截面設計，為減小下部結構的工程數(shù)量，采用斜腹式。施工方法采用先預制，在吊裝的方法。在保證行車道板使用性能撓度和裂縫控制的前提下，將預制箱梁控制在可以吊裝的范圍內，整橋橫向按4片預制箱梁布置，設計主梁間距均為3.25m，邊主梁寬3.00m,中主梁寬2.75m，主梁之間留0.5m后澆段，以減輕吊裝重量，同時能加強橫向整體性。 1、主梁高：根據(jù)預應力混凝土簡支梁的截面尺寸設計經驗梁高跨比通常為1/15-1/25，本設計取1/20，即梁高h=1.25m。2、頂板寬度與厚度：頂板寬度在橋面寬度和主梁片數(shù)確定以后，就已經確定：3.25m；厚度與其受力有關，此處采用變厚度，懸臂遠端18cm，與腹

22、板相交處厚度為25cm，由腹板向內依然采用相同的變厚度。3、底板寬度與厚度：底板寬度取100cm，厚度既要滿足受力要求，又要考慮到預應力鋼筋孔道的布置，因此厚度取18cm。4、腹板厚度：除了要滿足抗剪及施工要求外，腹板厚度選取時還應考慮到預應力鋼筋的布置和彎起，此處取18cm（注：18cm為水平厚度）。2.2.2 橫截面沿跨長改變本設計梁高采用等高度形式，梁端部分由于錨頭集中力的作用而引起較大的局部應力，也因布置錨具的要求，在端頭附近做成鋸齒形，截面厚度在距支座1m處開始變化，厚度由原來18cm變?yōu)?5cm。2.2.3 橫隔梁設計為了增強主梁之間的橫向連接剛度，除設置端橫隔梁外，還在跨中、四分

23、之一處設置三片中橫隔梁，共計五片。橫隔梁厚度為20cm，為了減輕吊裝質量、節(jié)省材料橫隔梁中間留孔。主梁跨中、支點截面以及橫隔梁尺寸見圖2-1、圖2-2所示：圖2-1 箱梁跨中橫截面Fig. 2 -1 The cross-section of mid-span box beam 圖2-2 箱梁支點截面 Fig.2 -2 The cross-section of side end-span box beam 2.2.4 橋面鋪裝采用厚度為8cm水泥混凝土墊層，表面10cm的瀝青混凝土，橋面橫坡為2%。2.2.5 橋梁橫斷面圖圖2-3 橋梁橫斷面圖（單位：cm）Fig.2-3 The diagram

24、 of bridge cross section 2.3 主梁毛截面幾何特性計算2.3.1 計算截面幾何特性本設計采用分塊面積法，因為只在距支點1m處開始變截面，為簡便計算，可近似按等截面計算，所以只需分別計算邊主梁、中主梁預制時和使用時跨中截面的幾何特性。主要計算公式如下：毛截面面積：21)各分塊面積對上緣的面積距： (22)毛截面重心至梁頂?shù)木嚯x： (23)毛截面慣性距計算移軸公式： (24)式中分塊面積；分塊面積重心至梁頂?shù)木嚯x；毛截面重心至梁頂?shù)木嚯x；各分塊對上緣的的面積距；各分塊面積對其自身重心的慣性距。利用以上公式，分別計算邊主梁、中主梁預制時和使用時跨中截面的幾何特性，將結果列入

25、一下各表中。其中：矩形自身慣性矩三角形自身慣性矩表2-1邊梁的截面幾何特性計算表（使用前）Tab.2-1 The calculation of the geometrical features of side beam（before use）分塊號頂板540094860037.881458007748429.76底板1800 11620880-69.12486008599633.92上三角承托（內）54.7520.31116.926.58162.0938390.17上三角承托（外）298.220.36053.4626.58811.77210677.23上三角承托（外）7020.3142126.

26、58190.5649454.74承托矩形12621.5270925.38514.581162.19腹19.12827052539587.81腹板處三角形2590.32257.5-43.4217.3647132.4110931.7512509.261850894.2317314468.24表2-2 中梁的截面幾何特性計算表（使用前）Tab.2-2 The calculation of the geometrical features of center beam（before use）分塊號/cm2/cm/cm4/cm/cm4/cm4頂板495094455033.561

27、336505575054.32底板1800116208800-73.44486009708180.48上三角承托(內)54.7520.31116.922.26130208.3326885.84上三角承托(外)7020.3142122.26162.0934685.53承托矩形12621.5270921.06190.5655883.97腹23.44514.5810963.99腹板處三角形2590.32257.5-47.7417.3656977.6910883.5463190.81838123.0217254028.84其中：=51.1I= 表2-3 主梁的截面幾何特性計算

28、表（使用階段）Tab.2-3 The calculation of the geometrical features of main beam（The use of phase）分塊號/cm2/cm/cm4/cm/cm4/cm4頂板5850952600311579505521850底板1800116208800-764860010396800上三角承托（內）54.7520.31116.919.7126.0921032.76上三角承托（外）7020.3142119.7190.5627166.3承托矩形12621.5270918.5514.543123.5腹2682705

29、2997776腹板處三角形2590.32257.5-50.317.3663252.2511783.5471290.81862423.0218223351.62其中：2.3.2 檢驗截面效率指標以跨中截面為例：上核心距：下核心距：截面效率指標：根據(jù)設計經驗，一般截面效率指標取，且較大者較經濟。上述計算表明，初擬的主梁截面是合理的。第三章 主梁內力計算3.1 恒載內力計算3.1.1 第一期恒載（主梁自重）在距主梁端部1m處為過渡寬度。1、邊主梁自重荷載：跨中部分：支點部分：邊主梁荷載集度：2、中主梁自重荷載：跨中部分 支點部分 中主梁荷載集度：3、橫隔梁自重荷載：一個橫隔梁體積：橫隔梁荷載集度：邊

30、梁部分： 中梁部分：第一期恒載集度：3.1.2 第二期恒載（主梁現(xiàn)澆濕接縫）邊主梁： 中主梁：3.1.3 第三期恒載（防撞墻、橋面鋪裝）1、防撞墻：按規(guī)定?。ㄖ挥羞吜撼袚?、橋面鋪裝：第三期恒集度：3.1.4 恒載集度匯總表3-1 主梁恒載匯總表Tab.3-1 The collection of the dead load of main beam荷載梁第一期荷載第二期荷載第三期荷載總和g邊主梁28.9091.1720.97951.058中主梁29.252.3414.58346.1373.2 恒載內力設為計算截面至支撐中心的距離，并令圖 3-1 恒載內力計算圖Fig.3-1 The diag

31、ram of constant load calculation 則計算公式為： (31) (32)其中： 則邊主梁和中主梁的恒載內力計算如下表表3-2 恒載內力表Tab.3 -2 The table of dead load 項目/KNm/KN跨中四分點變化點四分點變化點支點a(1-a)L/277.8858.4134.07(1-2a)L/26.249.3612.48一期恒載邊主梁2251.4321688.575987.821180.392270.588360.78428.909中主梁2277.991708.493996.548182.52273.78365.0429.25二期恒載邊主梁91.

32、1268.34039.8627.30110.95114.6021.17中主梁182.239136.67979.72414.60121.90229.2032.34三期恒載邊主梁1633.8451225.383714.755130.909196.363261.81820.979中主梁1135.724851.793496.84390.998136.497181.99614.583總恒載邊主梁3976.3972982.2981739.546318.602477.903637.20451.058中主梁3595.9532696.9651573.114288.120432.180576.24046.173第

33、四章 荷載橫向分布計算4.1 支點截面橫向分布系數(shù)計算本設計應用杠桿法計算支點截面的橫向分布系數(shù)。杠桿法忽略了主梁之間橫向結構的聯(lián)系作用，假設橋面板在主梁上斷開，把橋面板看作沿橫向支承在主梁上的簡支梁或簡支單懸臂梁，主要適用于雙肋式梁橋或多梁式橋支點截面。本橋為多梁式橋，當橋上荷載作用在靠近支點處時，荷載的絕大部分通過相鄰的主梁直接傳至墩臺。雖然端橫隔梁連續(xù)于幾根主梁之間，但是其變形極其微小，荷載主要傳至兩個相鄰的主梁支座。因此，偏于安全的用杠桿原理法來計算荷載在支點的橫向分布系數(shù)。1、對于1號梁，首先繪制1號梁反力影響線，如圖4-1。并確定荷載最不利位置：圖 4-1 1號梁橫向分布系數(shù)圖Fi

34、g.4-1 The diagram of 1 Leung horizontal distribution coefficient1號梁荷載橫向分布系數(shù)：2、對于1號梁，首先繪制1號梁反力影響線，如圖4-2。并確定荷載最不利位置：圖 4-2 2號梁橫向分布系數(shù)圖Fig. 4-2 The diagram of 2 Leung horizontal distribution coefficient2號梁荷載橫向分布系數(shù)：4.2 跨中截面橫向分布系數(shù)計算本設計應用修正偏心壓力法計算跨中截面的橫向分布系數(shù)。修正偏心壓力法是當橋主梁間具有可靠連接時，在汽車荷載作用下，中間橫隔梁的彈性撓曲變形與主梁的變形相

35、比很小，因此可假定中間橫隔梁像一根無窮大的剛性梁一樣保持直線形狀。本設計因除了設置端橫隔梁外，還分別在跨中、四分之一處設置了橫隔梁，并且主梁之間預留50cm后澆注，所以在本設計中，主梁之間具有可靠的連接，固選用修正偏心壓力法計算跨中橫向分布系數(shù)。4.2.1 計算主梁抗彎慣性矩由前面截面幾何特性計算可知4.2.2 計算主梁截面抗扭慣性矩對于本設計箱形截面，空室高度大于截面高度0.6倍（即0.820.6）,所以屬于薄壁閉合截面。對于單室箱型截面，其抗扭慣性矩可分為兩部分：兩邊懸出的開口部分和薄壁部分。由于本設計截面采用的是變厚度，所以計算前把截面轉化成兩個矩形和一個閉口槽型，它們的厚度采用轉換后的

36、厚度，如圖4-4：懸出部分可按實體矩形截面計算： (41)其中： 矩形長邊長度矩形短邊長度矩形截面抗扭剛度系數(shù)主梁截面劃分為單個矩形的塊數(shù)薄壁閉合部分： (42)圖 4-4 截面轉換圖Fig.4-4 The conversion cross-section map1、計算懸臂部分抗扭慣性矩懸臂換算厚度： 則: 表4-1矩形截面抗扭剛度系數(shù)表Tab.4-1 rectangular section torsional stiffness coefficient tablet/b10.90.80.70.60.50.40.30.20.10.10.1410.1550.1710.1890.2090.229

37、0.2500.2700.2910.3121/3由通過查表（內插法）可得，懸臂部分抗扭剛度系數(shù)則：2、 計算閉口薄壁部分抗扭慣性矩薄壁箱型截面頂板換算厚度：圖 4-5 抗扭計算簡圖 Fig.4-5 Diagram calculated torsional4.2.3 計算主梁截面抗扭剛度修正系數(shù)本橋使用后各主梁的橫截面均相等，, 梁數(shù)，梁間距為，并取，則： 抗扭修正系數(shù)： 其中： 材料剪切模量；主梁抗彎慣性矩材料的彈性模量；主梁抗扭慣矩；4.2.4 跨中截面橫向分布系數(shù)計算1、1號梁計算考慮抗扭修正系數(shù)的橫向影響線豎標值由橫向影響線的豎標值繪制各梁的橫向影響線，并確定荷載的最不利位置。1梁的橫向影

38、響線和布載圖式如圖4-6：圖4-6 1號梁的橫向影響線和布載圖Fig. 4 -6 The diagram of 1 leongs horizontal impact lines and load設影響線零點離1號梁軸線的距離為，則：解得： 則汽車荷載橫向分布系數(shù)2、2號梁計算考慮抗扭修正系數(shù)的橫向影響線豎標值由橫向影響線的豎標值繪制各梁的橫向影響線，并確定荷載的最不利位置。2梁的橫向影響線和布載圖式如圖4-7：圖4-7 1號梁的橫向影響線和布載圖Fig. 4 -7 The diagram of 2 leongs horizontal impact lines and load設影響線零點離2號

39、梁軸線的距離為，則：解得：則汽車荷載橫向分布系數(shù)為：由于公路，無人群荷載，所以根據(jù)對稱性，4號梁與1號梁支點的橫向分布系數(shù)相同，3號梁與2號梁的橫向分布系數(shù)相同4.3 荷載截面橫向分布系數(shù)匯總由以上計算將荷載橫向分布系數(shù)匯總到表4-2表4-2橫向分布系數(shù)匯總表Tab. 4 -2 The summary of horizontal distribution coefficient 梁號荷載位置公路級荷載作用橫向分布系數(shù)備注 1支點1.034支點截面按“杠桿原理法”計算跨中截面按“修正偏心壓力法”計算跨中0.994 2支點1.061跨中0.999第五章 活載影響下主梁內力計算5.1 沖擊系數(shù)和車道

40、折減系數(shù)的確定根據(jù)橋規(guī)，簡支梁橋的自振頻率可采用以下公式估算： (5-1) 式中：結構計算跨徑（）；結構材料的彈性模量（）；對于混凝土，取 N/m2結構跨中截面的截面慣矩（）；結構跨中處的單位長度質量（），當換算為重力計算時其單位為（）；結構跨中處延米結構重力（）；重力加速度（）。即：橋規(guī)規(guī)定，沖擊系數(shù)按下式計算：當時，；當時，；當時，本計算。故： 所以?。焊鶕?jù)橋規(guī)規(guī)定，本設計為單幅兩車道，考慮橫向車道折減，其折減系數(shù)。5.2 活載內力計算本設計中，因為除設置端橫隔梁外，跨中還設置了3根內橫隔梁，所以跨中部分采用不變的，從第一根內橫隔梁起至支點從直線過度到。在計算簡支梁跨中最大彎矩與剪力時，由

41、于車輛的重軸一般作用于跨中區(qū)段，而橫向分布系數(shù)在跨中區(qū)段的變化不大，為了簡化計算，通常采用不變的跨中橫向分布系數(shù)計算。根據(jù)橋規(guī)，公路級車道荷載的均布荷載標準值為。集中荷載標準值隨計算跨徑而變，當計算跨徑小于或等于時，為；計算跨徑等于或大于時，為；計算跨徑在之間時，值采用直線內插求得。當計算剪力效應時，集中荷載標準值應乘以1.2的系數(shù)，其主要用于驗算下部結構或上部結構的腹板。因此由內插求得：求得。 5.2.1 1號梁活載內力計算1、1號梁跨中截面彎矩和剪力計算跨中截面彎矩影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-1，跨中截面彎矩計算采用不變的橫向分布系數(shù)。圖5-1 1號梁跨中彎矩計算圖Fig. 5 -1 Th

42、e calculation of 1 leongs span moment 跨中彎矩影響線的最大坐標值：跨中彎矩影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下1號梁跨中彎矩：跨中截面剪力影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-2，跨中截面剪力計算采用不變的橫向分布系數(shù)。圖5-2 1號梁跨中剪力計算圖Fig.5 -2 The calculation of 1 leongs span shear跨中剪力影響線的最大坐標值：跨中剪力影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下1號梁跨中剪力：2、1號梁處截面彎矩和剪力計算處截面彎矩影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-3，截面彎矩計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的

43、變化，支點截面取，至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-3 1號梁處彎矩計算圖Fig. 5-3 The calculation of 1 Leongs department moment 處彎矩影響線的最大坐標值：三角荷載合力作用點處影響線坐標值：處彎矩影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下1號梁處彎矩：處截面剪力影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-4，截面剪力計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，至取，支點段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-4 1號梁處剪力計算圖Fig.5 -4 The calculation of 1 Leongs department shear處剪

44、力影響線的最大坐標值：處剪力影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下1號梁處剪力：3、1號梁變化點處截面彎矩和剪力計算變化點處截面彎矩影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-5，變化點截面彎矩計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-5 1號梁變化點處彎矩計算圖Fig. 5-5 The calculation of 1 Leongs Change-point department moment 變化點處彎矩影響線的最大坐標值：三角荷載合力作用點處影響線坐標值：變化點處彎矩影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下1號梁變化點處彎矩：變化

45、點處截面剪力影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-6，變化點截面剪力計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-6 1號梁變化點處剪力計算圖Fig.5-6 The calculation of 1 Leongs Change-point department shear變化點處剪力影響線的最大坐標值：三角荷載合力作用點處影響線坐標值：變化點處剪力影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下1號梁變化點處剪力：4、1號梁支點處截面剪力計算支點處截面剪力影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-7，支點截面剪力計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，

46、至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-7 1號梁支點處剪力計算圖Fig. 5-7 The calculation of 1 Leongs Support department moment 支點處剪力影響線的最大坐標值：三角荷載合力作用點處影響線坐標值：支點處剪力影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下1號梁支點處剪力：5.2.2 2號梁活載內力計算1、2號梁跨中截面彎矩和剪力計算跨中截面彎矩影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-8，跨中截面彎矩計算采用不變的橫向分布系數(shù)。圖5-8 2號梁跨中彎矩計算圖Fig. 5 -8 The calculation of 2 leongs span m

47、oment跨中彎矩影響線的最大坐標值：跨中彎矩影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下2號梁跨中彎矩：跨中截面剪力影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-9，跨中截面剪力計算采用不變的橫向分布系數(shù)。圖5-9 2號梁跨中剪力計算圖Fig.5-9 The calculation of 2 leongs span shear跨中剪力影響線的最大坐標值：跨中剪力影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下2號梁跨中剪力：2、2號梁處截面彎矩和剪力計算處截面彎矩影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-10，截面彎矩計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-10

48、 2號梁處彎矩計算圖Fig. 5-10 The calculation of 2 Leongs department moment處彎矩影響線的最大坐標值：三角荷載合力作用點處影響線坐標值：處彎矩影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下2號梁處彎矩：處截面剪力影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-11，截面剪力計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。5-11 2號梁處剪力計算圖Fig.5 -11 The calculation of 2 Leongs department shear處剪力影響線的最大坐標值：處剪力影響線的面積：集中荷載：均布荷

49、載：車道荷載作用下2號梁處剪力：3、2號梁變化點處截面彎矩和剪力計算變化點處截面彎矩影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-12，變化點截面彎矩計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-12 2號梁變化點處彎矩計算圖Fig. 5-12 The calculation of 2 Leongs Change-point department moment變化點處彎矩影響線的最大坐標值：三角荷載合力作用點處影響線坐標值：變化點處彎矩影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下2號梁變化點處彎矩：變化點處截面剪力影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-13，變化點截

50、面剪力計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-13 2號梁變化點處剪力計算圖Fig. 5-13 The calculation of 2 Leongs Change-point department shear變化點處剪力影響線的最大坐標值：三角荷載合力作用點處影響線坐標值：變化點處剪力影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下2號梁變化點處剪力：4、2號梁支點處截面剪力計算支點處截面剪力影響線及橫向分布系數(shù)見圖5-14，支點截面剪力計算需考慮荷載橫向分布系數(shù)沿橋縱向的變化，支點截面取，至取，支點至段橫向分布系數(shù)按直線變化。圖5-

51、14 2號梁支點處剪力計算圖Fig. 5-14 The calculation of 2 Leongs Support department moment支點處剪力影響線的最大坐標值：三角荷載合力作用點處影響線坐標值：支點處剪力影響線的面積：集中荷載：均布荷載：車道荷載作用下2號梁支點處剪力：由于高速公路，無人群荷載，所以根據(jù)對稱性，3號梁與2號梁支點的橫向分布系數(shù)相同，4號梁與1號梁的橫向分布系數(shù)相同。荷載內力組合表5-1荷載內力組合表Tab.5 -1 load combination of internal forces Table荷載類別彎矩/KN.m剪力/KNL/2L/4變化點L/2L

52、/4變化點支點恒載3976.3972982.2981739.5460318.602477.903637.204汽車荷載2907.4542184.1181360.577229.546373.924466.232563.8781.2恒4771.6763578.7582087.4550382.322573.484764.6451.4汽4070.4363058.1851904.806321.364523.494652.725289.430=+8842.1126136.9433992.263321.364905.8161226.2491536.075/46.01%49.83%47.71%100%57.79%53.23%51.39%5.3 繪制內力包絡圖沿梁軸的各個截面處，將所采用的計算內力值按適當?shù)谋壤呃L成縱坐標，連接這些標點得到內力包絡圖，這條曲線可大致表示各個截面在恒載和活載作用下所差生的內力。內力包絡圖主要為在主梁內配置預應力筋、縱向主筋、斜筋和箍筋提供設計依據(jù)，并進行各種驗算。本橋簡支梁主梁內力包絡圖如圖5-15。圖5-15 內力包絡圖Fig. 5 -15 envelope diagram of internal forces第六章 配筋計算6.1 預應力鋼束面積估算6.1.1 按跨中正截面抗裂性要求估算鋼筋面積根據(jù)跨中正截面