.专业.专注. 桥梁上部结构设计毕业论文
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/kmh，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：23.0/kNm。
桥面宽：
43.75()0.5()21.0()20.5()18.5mmmmm行车道双黄线人行道防撞墙。
1.2 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。
张海荣：沈阳至阜新公路桥上部结构设计
2 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 Bridge .专业.专注. 2.2.2 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 2-2 Rigid Frame Bridge
2.2.3 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 张海荣：沈阳至阜新公路桥上部结构设计
4 Fig 2-3 Arch Bridge
2.3 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。
.专业.专注.
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35Lm，计算跨径34.02lm；
桥面净宽：43.750.521.020.518.5mmmmm；
荷载：公路-Ⅰ级荷载；人群荷载：23.0/kNm；
安全等级为二级，结构重要性系数01.0；
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1860pkfMPa，抗拉强度设计值1260pdfMPa，公称直径15.2mm，公称截面积张海荣：沈阳至阜新公路桥上部结构设计
6 2139mm，弹性模量51.9510pEMPa，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400skfMPa，抗拉强度设计值330sdfMPa；HRB335级钢筋，抗拉强度标准值335skfMPa，抗拉强度设计值280sdfMPa。
3)混凝土：主梁采用C50，43.4510cEMPa，轴心抗压强度标准值32.4ckfMPa，轴心抗拉强度标准值2.65tkfMPa；轴心抗压强度设计值22.4cdfMPa，轴心抗拉强度设计值1.83tdfMPa。
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 .专业.专注.
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31~5.21ab，取a=160cm，b=60cm，则375.0ab；
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/kNm，
三角垫层 防水混凝土15cm，容重325/kNm。
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。 张海荣：沈阳至阜新公路桥上部结构设计
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图3-3 主梁端截面尺寸图
Fig 3-3 The main beam end section size chart
3.2.3 毛截面几何特性
（以中主梁使用阶段计算为例）
1)面积
211512180Acm，230.5660180Acm，242514833700Acm，
25251102750Acm，260.56618Acm，
1234562222AAAAAAA
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 block .专业.专注. 2)分块截面形心至上边缘距离
16ycm，26ycm，31126143ycm，4112148862ycm，
511606147.52ycm，61126143sycm，611602561333dycm
3)分块面积对上缘净距：iiiSAy
3118061080Scm，323360620160Scm，33180142520Scm，
34370086318200Scm，352750147.5405625Scm，
361814252sScm，36181332394dScm，
1234562222SSSSSSS
2(108025203182002522394)20160405625
31074677cm
4)分块面积的自身惯性矩xiI
107467775.1414302uSycmA
则169.14uyycm，269.14uyycm，361.14uyycm
410.86uyycm，572.36uyycm，661.14usyycm
657.86udyycm
所以有
24118069.14860461.13xIcm，242336069.1416061941.06xIcm
24318061.14672857.93xIcm，2443700(10.86)436376.52xIcm
2452750(72.36)14398916.4xIcm，2461861.1467285.79xsIcm
24618(57.86)60260.03xdIcm
123456622222xixxxxxxsxdIIIIIIII
2860461.13672857.93436376.5267285.7960260.03
16061941.0614398916.4