桥梁上部结构设计0前言随着经济不断发展，桥梁建设得到了飞速发展，它已从最开始的方便人们过河、跨海之用，已广泛应用于各种场合，它的用途不断多样化，它的形式也在最基本的三种受力体系上逐渐多样化，不仅从功能上、规模上，还从美观上、经济效益上，逐渐与时代发展相协调。

所以桥梁建筑已不仅是交通线上的重要载体，也是一道美丽的风景被人津津乐道。

面对着新工艺、新挑战，原有的桥梁建设正面对历史的考验，当代建设者肩负着光荣而又艰巨的任务，为明天创造历史。

本设计说明书所编写的是至公路桥的上部设计方案。

通过详细的勘察确定上部可变荷载，拟定桥梁尺寸，以确定相应的力，配置以合适的预应力钢筋，使其提高桥梁的承载力，使达到桥梁的耐久性要求。

在桥梁的使用期，完成桥梁的使命。

通过本次设计，我基本上掌握了桥梁上部设计的基本容，从选截面尺寸，到配置钢筋，每一个细节都是经过多次考虑，通过反复验算，使桥梁结构满足要求，且以经济合理的材料用量完成。

所以上部设计是要求桥梁设计者，从一开始就要考虑到最后，这样就不会盲目的试算。

但通过试算，使我深刻了解到了适当的真正含义。

本次设计旨在使我巩固、加深本科期间所学理论知识，使自己能够具备在以后工作中利用知识解决问题的的能力。

1 概述1.1 设计资料桥孔布置为535m⨯预应力混凝土简支桥梁，跨径为35m，桥梁总长为175m。

设计车速为80/km h，整体式双向四车道。

路线等级：一级公路；荷载等级：公路-Ⅰ级荷载，人群荷载：2kN m。

3.0/桥面宽：⨯++⨯+⨯=行车道双黄线人行道防撞墙。

m m m m m4 3.75()0.5()2 1.0()20.5()18.51.2 工程地质资料该地区土质主要分5层：1、素黏土 2、砾石 3、亚黏土 4、粉砂 5、泥岩。

地下水类型为第四季孔隙水，水位埋深4m左右，含水层主要岩性为砾石，厚3m左右。

地震烈度为四度。

1.3 水文及气候资料桥梁位于市境，河流均为独流水域，流量随季节变化较大，平均水深0.5m左右，地表水体为沙河支流，属于季节性河流（勘察时无水），设计洪水频率百年一遇。

气候属北温带大陆性气候，冬寒夏热，昼夜温差大，年平均最低气温-23℃，历史最高气温为37.4℃，年平均气温为7℃。

年平均降水量为450mm-550mm，无霜期为145-160天。

1.4 设计依据《公路桥涵设计通用规》(JTG D60-2004)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》（JTG D62-2004）至公路桥设计资料2 方案比选2.1 方案比选的主要标准桥梁设计的标准遵循以下原则：安全性、适用性、经济性、美观性，其中以安全性与经济性最为重要。

桥型的选择应符合因地制宜、就地取材和便于施工与养护的原则。

2.2 方案编制2.2.1 梁式桥梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力（恒载和活载）的作用方向与桥梁结构的轴线接近垂直，因此与相同跨径的其他结构相比，桥梁产生的弯矩最大，因此需要用抗弯、抗拉能力强的材料来建造，适合标准跨径的中等跨径桥。

这种桥结构简单、施工方便，且对地基承载力要求也不高。

（图2-1）图2-1 简支梁桥Fig 2-1 Simple beam Bridge2.2.2 刚架桥桥跨结构主梁与墩台整体相连的桥梁称为刚架桥。

由于梁和柱两者之间是刚性连接的，在竖向荷载作用下，将在主梁端部产生负弯矩，在柱脚处产生水平反力，梁部主要受弯，但其弯矩较同跨径的简支梁小，梁有轴力作用，因此，刚架桥的受力状态介于梁桥与拱桥之间，在竖向荷载的作用下，都会产生水平推力，为此，必须要有良好的地质条件或较深的基础，也可以用特殊的构造措施来抵抗水平推力的作用。

（图2-2）图2-2 刚架桥Fig 2-2Rigid Frame Bridge2.2.3 拱式桥拱桥主要承重结构是主拱圈或拱肋，在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。

同时，墩台向拱圈或拱肋提供水平反力，这将大大抵消拱圈或拱肋中的由荷载产生的弯矩。

因此，与同跨径的梁式桥相比，拱桥的弯矩、剪力和变形却要小得多，拱圈或拱肋以受压为主。

拱式桥不仅跨越能力大，外形也比较美观，在允许条件按下，修建拱桥往往是经济合理的。

但而为了确保安全，下部结构（特别是桥台）和地基必须具备能承受很大水平推力的能力。

（图2-3）图2-3 拱式桥Fig 2-3 Arch Bridge2.3 方案比选对上述三种桥梁结构形式的对比，经过对桥位所在附近地质的探测，包含其土壤的分层、物理力学性能、地下水等；调查和测量河流的水文情况（勘测时无水），包括河道性质，历年洪水资料等；当地有关气象资料：气温，雨量等。

综合上述资料以及查得该地区地基承载力不是很高。

且当地盛产建筑材料（砂、石料等），水泥钢材运输也方便。

综合而言，预应力简支梁桥具有造价经济，施工工艺简单更成熟，施工工序相对简单，工期短，且最主要的是桥墩对基础承载能力要求不是很高，这样对于当地承载力不高的基础的要求就不大。

故为使该桥做到结构先进可靠，施工方便，行车舒适，故推荐预应力简支梁桥方案。

3 主梁的设计3.1 设计资料3.1.1 技术设计标准简支梁跨径：标准跨径35L m =，计算跨径34.02l m =；桥面净宽：4 3.750.52 1.020.518.5m m m m m ⨯++⨯+⨯=；荷载：公路-Ⅰ级荷载；人群荷载：23.0/kN m ；安全等级为二级，结构重要性系数0 1.0γ=；环境：严寒地区，Ⅱ类环境条件。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规（JDT D62-2004）》要求，按照A 类预应力混凝土构件设计此梁。

施工方法采用后法施工；预制主梁时，预留孔道采用预埋金属波纹管成型；钢绞线采用TD 双作用千斤顶两端同时拉；主梁安装就位后现浇30cm 宽的湿接缝。

最后按1.5%施工沥青桥面铺装层。

3.1.2 材料1)预应力钢筋：采用ASTM A416-97a 标准的低松弛钢绞线（17⨯标准型），抗拉强度标准值1860pk f MPa =，抗拉强度设计值1260pd f MPa =，公称直径15.2mm ，公称截面积2139mm ，弹性模量51.9510p E MPa =⨯，锚具采用夹片式群锚。

2)非预应力钢筋：HRB400级钢筋，抗拉强度标准值400sk f MPa =，抗拉强度设计值330sd f MPa =；HRB335级钢筋，抗拉强度标准值335sk f MPa =，抗拉强度设计值280sd f MPa =。

3)混凝土：主梁采用C50，43.4510c E MPa =⨯，轴心抗压强度标准值32.4ck f MPa =，轴心抗拉强度标准值 2.65tk f MPa =；轴心抗压强度设计值22.4cd f MPa =，轴心抗拉强度设计值 1.83td f MPa =。

3.2 主梁截面尺寸拟定3.2.1 横截面布置图3-1 主梁跨中预制阶段截面尺寸Fig 3-1 Pre-stage of the main beam under section size图3-2 主梁跨中使用阶段截面尺寸图Fig 3-2 Girder cross-section size used in phase diagram梁高：160cm ；梁肋宽度：25cm ；箱梁腹板（直腹式），取厚度：25cm ；主梁间距：310cm ；翼板宽度；280cm （30cm 为湿接缝宽度）；翼板厚度：翼板端部12cm ，翼板与腹板连接处18cm 。

根据“公路桥规”条文说明，由于箱型梁的顶板直接承受活载，为了改善其受力状态，顶板与腹板相交处设置承托。

另外，设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 ；底板宽度：腹板间距a 和悬臂长b 应满足31~5.21=a b ，取a=160cm ，b=60cm ，则375.0=a b ； 腹板厚度：为满足抗剪及施工要求，取25cm 。

桥面铺装：面层 沥青混凝土10cm ，容重323/kN m ，三角垫层 防水混凝土15cm ，容重325/kN m 。

3.2.2 纵断面的布置横截面沿跨长的变化，靠近支点时为适应预应力钢筋的弯起布置，从/8L 跨截面截面，腹板和底板开始加厚。

图3-3 主梁端截面尺寸图Fig 3-3 The main beam end section size chart3.2.3 毛截面几何特性（以中主梁使用阶段计算为例）1)面积211512180A cm =⨯=，230.5660180A cm =⨯⨯=，242514833700A cm =⨯=， 25251102750A cm =⨯=，260.56618A cm =⨯⨯=， 1234562222A A A A A A A =+++++218033602180237002750418=⨯++⨯+⨯++⨯ 214302cm =图3-4 中主梁使用阶段分割块Fig 3-4 Stage in the main beam using the split block2)分块截面形心至上边缘距离16y cm =，26y cm =，31126143y cm =+⨯=，4112148862y cm =+⨯=， 511606147.52y cm =-⨯=，61126143s y cm =+⨯=，611602561333d y cm =--⨯= 3)分块面积对上缘净距：i i i S A y =⨯3118061080S cm =⨯=，323360620160S cm =⨯=，33180142520S cm =⨯=， 34370086318200S cm =⨯=，352750147.5405625S cm =⨯=， 361814252s S cm =⨯=，36181332394d S cm =⨯=， 1234562222S S S S S S S =+++++2(108025203182002522394)20160405625=⨯++++++ 31074677cm =4)分块面积的自身惯性矩xi I107467775.1414302u S y cm A === 则169.14u y y cm -=，269.14u y y cm -=，361.14u y y cm -= 410.86u y y cm -=-，572.36u y y cm -=-，661.14u s y y cm -= 657.86u d y y cm -=-所以有24118069.14860461.13x I cm =⨯=，242336069.1416061941.06x I cm =⨯= 24318061.14672857.93x I cm =⨯=，2443700(10.86)436376.52x I cm =⨯-= 2452750(72.36)14398916.4x I cm =⨯-=，2461861.1467285.79x s I cm =⨯= 24618(57.86)60260.03x d I cm =⨯-=123456622222xi x x x x x x s x d I I I I I I I I =++++++∑()2860461.13672857.93436376.5267285.7960260.03=⨯++++16061941.0614398916.4++434655340.26cm =5)自身惯性矩i I34111612216012I cm =⨯⨯=，3421280124032012I cm =⨯⨯= 343160636036I cm =⨯⨯=，3441251486753733.3312I cm =⨯⨯=345111025143229.1712I cm =⨯⨯=，3461663636I cm =⨯⨯=1234562224iII I I I I I =+++++∑()221303606753733.3323640320143229.17=⨯+++⨯++413696199.83cm =434655340.2613696199.8348351540.09m xi i I I I cm ∴=+=+=∑∑ 故预制阶段的边主梁：213942.00A cm =，446581773.1482m I cm = 预制阶段的中主梁：213942.00A cm =，446581773.1482m I cm = 检验截面效率指标（以使用阶段中主梁为例）： 上核心距：()m ms x u I I K A y A h y ==⋅⋅- (3-1) ()48351540.091430216075.14=⨯-39.84cm =下核心距：mx uI K A y =⋅ (3-2) 48351540.091430275.14=⨯44.99cm =截面效率指标：39.8444.990.53160s x K K h ρ++=== (3-3)根据设计经验：一般截面效率指标取0.45~0.55ρ=,且较大者宜较经济，上述计算表明，初拟主梁跨中截面是合理的。