桥梁工程设计概述.doc

广州市官洲河大桥西引桥施工图设计 1 尺寸拟定与方案比选1.1 工程背景及使用要求1.1.1 工程背景介绍广州新洲至化龙快速路，位于广州市东南部，起点与新港东路对接，并与广州环城高速公路东环线连接，跨越珠江后航道之官洲河和沥窖水道、穿越长洲岛，终点于番禺金山大道与广珠高速公路化龙至坦尾段连接。新洲至化龙快速路是广州南部地区未来道路主骨架网络的重要组成部分，是广州市南出口的主要通道之一。总投资19.8亿元。该项目为官洲河特大桥工程，大桥全长2220.6米，主桥跨越官洲河水道。官洲河特大桥为广州南部地区(仑头至龙穴岛)快速路的sd3标段，本标段范围为k2+839k3+764.102，全长925.102米。本桥跨官洲河（小洲）水道，位于小洲村瀛洲生态公园以南，南接新造岛北新造立交。1.1.2 工程使用要求广州市官洲河大桥，必须遵照“技术先进、安全可靠、使用耐久、经济合理”的要求进行设计，同时应满足美观、环境保护和可持续发展的要求。广州市官洲河大桥西引桥的主要技术标准如下：(1) 设计荷载：公路-级；(2) 设计速度：60 km/h（双向四车道）；(3) 桥梁全长：330m（每跨T梁长30米）；(4) 桥面宽度：15.0m，横向布置为0.5m（防撞护栏）+14.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；(5) 设计洪水频率：百年一遇；(6) 通航等级：无。1.2 方案比选1.2.1 方案比选下表列出了3种方案，简述了预应力混凝土连续梁桥、简支预应力混凝土T梁桥和预应力混凝土连续刚构桥的美观、安全和适用的性能，通过对三种桥型的比较，选择合适的方案进行设计计算。表1-2-1 方案比选表方案设计方案一设计方案二设计方案三桥型预应力混凝土连续梁桥简支预应力混凝土T梁桥预应力混凝土连续刚构桥美观性全桥线条简洁明快，与周围环境协调好，因此，桥型美观。桥梁的线型简单单调，但也不缺乏这特有的简单之美。桥型美观，气势宏伟，与周围景观协调一致。安全性1. 选用作为引桥的桥型，桥跨度合适，采用箱形断面，刚度大，施工安全；2. 桥梁本身构造简单，现浇施工，整体刚度好；3. 桥梁的运营养护成本在后期较低。1. T形截面，制造简单，接头也方便，常用跨径7.5-20m，预应力混凝土则为20-50m。2. 施工采用吊装施工，需要一定的吊装设备以保证工期；1.全桥跨度适中用技术先进 的悬臂浇筑法施工能安全的建成，且在施工过程中不需大量施工支架和临时设备，故施工方便，质量可靠，工期较短；2.全桥后期营运养护费用少；3.行车平顺舒适。适用性1.跨径为330米，与河道的适应性好； 2. 建筑高度小，外形简单且久用不衰；3. 桥面平顺，行车舒适性较好。1采用预应力混凝土T梁，最大跨径为50米；2.受力明确，构造简单，施工方便，经济合理，装配式结构，节约大量模板，缩短了工期，使用广泛。3.横隔梁保证各根主梁相互结成主体，以提高桥梁的整体刚度。1.中孔主跨跨越主航道，与航道适应性好，通航净空大，防撞要求低；2.河床压缩少，有利于汛期泄洪；3.全桥采用三跨一联的连续刚构，故只在两岸桥台处各有一伸缩缝。1.2.2 预应力混凝土T梁介绍1.2.2.1 构造布置当跨径超过20m时，一般采用预应力混凝土梁。我国后张法装配式预应力混凝土简支梁的标准设计有25，30，35，40 m四种。主梁梁距通常在1.52.2m之间。横隔梁在装配式T形梁中起着保证各根主梁相互连成整体的作用；它的刚度愈大，桥梁的整体性愈好，在荷载作用下各主梁就能更好地协同工作。然而，设置横隔梁使主梁模板工作稍趋复杂，横隔梁的焊接接头又往往要在设于桥下专门的工作架上进行，施工比较麻烦。实践证明，对于简支梁桥，一般在跨中，四分点，支点处各设一道横隔梁就可满足要求。1.2.2.2 主要尺寸主梁：高跨比的经济范围是1/151/25之间，跨径大，取偏小值；肋厚1416cm，在接近梁的两端的区段内，为满足抗剪强度和预应力束筋布置锚具的需要，将肋厚逐渐扩展加厚。梁高：我国后张法装配式预应力混凝土简支梁的标准设计有25，30，35，40m四种，其梁高分别为1.251.45，1.651.75，2.00，2.30m。标准设计中高跨比值约为1/171/20，其主梁高度主要取决于活载标准，主梁间距可在较大范围内变化，通常其高跨比在1/151/25左右。主梁高度如不受建筑高度限制，高跨比宜取偏大值。增大梁高，只增加腹板高度，混凝土数量增加不多，但可以节省钢筋用量，往往比较经济。肋厚：预应力混凝土，由于预应力和弯起束筋的作用，肋中的主拉应力较小，肋板厚度一般都由构造决定。原则上应满足束筋保护层的要求，并力求模板简单便于浇筑。国外对现浇梁的腹板没有预应力管道时最小厚度为200mm，纵向或竖向管道的腹板需要300mm，既有纵向又有竖向管道的腹板需要380mm。对于高度超过2400mm的梁，这些尺寸尚应增加，以减少混凝土浇筑困难，装配式梁的腹板厚度可适当减少，但不能小于165mm。如为先张法结构，最低值可达125mm。我国目前所采用的值偏低，一般采用160mm，标准设计中为140160mm，在接近梁的两端的区段内，为满足抗剪强度和预应力束筋布置锚具的需要，将肋厚逐渐扩展加厚。横梁：中横梁为主梁高度的3/4，端横梁与主梁同高，宽1220cm，可挖空；预制时，做成上宽下窄和内宽外窄的楔形，以便脱模。横隔梁的高度可取为主梁高度的四分之三左右。在支点处可与主梁同高，以利于梁体在运输和安装中的稳定性。但如果端横隔梁高度比主梁略小一些，则对安装和维修支座是有利的。横隔梁的肋宽常用1220cm。预制时做成上宽下窄和内宽外窄的楔形，以便脱模。箱梁横隔梁的基本作用是增加截面的横向刚度，限制畸变应力。在支承处的横隔板还担负着承受和分布较大支承反力的作用。箱形截面由于具有很大的抗扭刚度，所以横隔板的布置可以比一般肋形的桥梁少一些。目前许多国家认为可以减少或不设置中间横隔板。从受力角度来分析，中间横隔板对纵向应力和横向弯矩的分布影响很小，活载横向弯矩的增加很少超过8%，而恒载应力又不受横隔板的影响，因此，单从结构上来考虑，中间横隔板的作用可以用局部加强腹板或采取特殊的横向框架的办法来代替。翼板：端部较薄，根部加厚，不小于主梁高度的1/12。T梁翼板的厚度，在中小跨径的预应力简支梁中，主要满足于桥面板承受的车辆局部荷载要求。根据受力特点，翼缘板一般都做成变厚度的，即端部较薄，至根部（与梁肋衔接处）加厚，并不小于主梁高度的1/12。翼缘板厚度的具体尺寸，有两种处理方法：一种是考虑翼缘板承担全部桥面上的恒载与活载，板的受力钢筋设在翼缘板内，在铺装层内只有局部的加强钢筋网，这时翼缘板做得较厚一些，端部一般取80mm；另一种是翼缘板只承担桥面铺装层的荷载、施工临时荷载以及自重，活载则由翼缘板和布置有受力钢筋的钢筋混凝土铺装层共同承担（例如：在小跨径无中横隔板的桥上），在此情况下，端部厚度采用60mm就够了。目前高速公路上的桥梁及城市高架桥梁均设置防撞栏杆，根据防冲撞的要求，翼缘板端部厚度不小于200mm。为使翼缘板和梁肋连接平顺，在截面转角处一般均应设置钝角式承托或圆角，以减少局部应力和便于脱模。下马蹄：面积不宜过小，一般应占截面总面积的1020； 下翼缘也不应过大、过高，否则，会面形心，减小预应力筋的偏心距。 在预应力混凝土T梁的下缘，为了满足布置预应力束筋及承受张拉阶段压应力的要求，应扩大做成马蹄形。马蹄的尺寸大小应满足预施应力各个阶段的强度要求。个别桥由于马蹄尺寸过小，往往在施工和使用中形成水平纵向裂缝，特别是在马蹄斜坡部分，因此马蹄面积不宜过小，一般应占截面总面积的1020，具体尺寸建议如下：马蹄总宽度约为肋宽的24倍，并注意马蹄部分（特别是斜坡区），管道保护层不宜小于60mm。 下翼缘高度加1/2斜坡区，高度约为梁高的（0.150.20）倍，斜坡宜陡于45。 应注意的是：下翼缘也不宜过大过高，这就要求将预应力束筋尽可能按二层或单层布置，将其余的束筋布置在肋板内，因为下马蹄过大，会降低截面形心，减小预应力筋的偏心距。1.2.2.3 配筋特点受力钢筋： (1) 预应力筋-根据结构受力配置预应力束。 (2) 非预应力纵受力钢筋-在预应力混凝土简支梁中，有时为了补充局部梁段内强度的不足，有时为了满足极限强度的要求，有时为了更好地分布裂缝和提高梁的韧性，可以将非预应力钢筋与预应力钢筋协同配置，这样往往能达到经济合理的效果。 (3) 斜筋-一般不设斜筋。 (4) 箍筋-预应力混凝土梁中剪应力一般较小，故按计算仅需布置少量的箍筋，但为了防止混凝土受剪时的脆性破坏，常按构造要求配置必要的箍筋，规定如下：箍筋直径不小于6mm，箍筋间距不大于25mm；下马蹄中需设闭合箍筋，箍筋间距不大于150mm。 (5) 翼缘板横向钢筋 (6) 横梁钢筋 分布钢筋： (1) 架立钢筋-根据构造要求布置，用来架设箍筋，以便将各种钢筋扎成骨架。其直径依梁截面尺寸大小而定，通常采用1014mm。 (2) 水平分布钢筋-由于梁的上下翼缘在横向都比腹板厚，阻碍着腹板的收缩变形，因而有可能在腹板上产生平行于轴线的裂缝，为此，需在腹板内设置防裂钢筋。这种钢筋宜用小直径钢筋组成网格放在混凝土表面，紧贴箍筋布置。 (3) 锚固区的加强钢筋-在梁端锚固区应力非常集中，在锚具附近不仅有很大的压应力，还有很大的拉应力，因此，为防止锚具附近混凝土裂缝，因此，必须配置足够的钢筋予以加强。 (4) 支座下局部加强钢筋-提高局部承压构件的裂缝荷载和极限承载力。1.2.2.4 横向联结钢板式接头：焊接钢板预先与横隔梁的受力钢筋焊接在一起做成安装骨架。当T梁安装就位后，即可在横隔梁的预埋钢板上再加焊接钢盖板使联成整体。接头强度可靠，焊接后立即就能承受荷载，但现场要有焊接设备，而且施工难度大。 如图所示是采用钢板连接的接头构造。上缘接头钢板设在T梁翼板上，下缘接头钢板设在横梁梁肋的两侧。焊接钢板预先与横隔梁的受力钢筋焊接在一起做成安装骨架。当T梁安装就位后，即可在横隔梁的预埋钢板上再加焊接钢盖板使联成整体。端横隔梁的焊接钢板接头构造与中横隔梁相同，但由于其外侧（近墩台一侧）不好施焊，故焊接接头只设于内侧。相邻横隔梁之间的缝隙最好用水泥沙浆填满，所有外露钢板也应借水泥灰浆封盖。这种接头强度可靠，焊接后立即就能承受荷载，但现场要有焊接设备，而且有时需要在桥下进行仰焊、施工较困难。扣环式接头：将横隔梁中伸出的环状钢筋相互搭接，并用叉状短筋销住，在相距0.450.60m的接头部位，就地浇筑混凝土连成整体。图1-2-1 钢板连接的接头构造与钢板式接头比较，施工复杂一些，但整体性及耐久性好。在缺乏焊接设备时，横隔梁亦可采用现浇混凝土联结，即扣环式接合。将横隔梁中伸出的环状钢筋相互搭接，并用叉状短筋销住，在相距0.450.60m的接头部位，就地浇筑混凝土连成整体。这种做法也可用于主梁间距较大的场合，为减小翼板挑出长度，翼板与横隔梁一起用扣环式筋联结，然后现浇混凝土连成整体。这种形式构造与钢板式接头比较，施工复杂一些，但整体性及耐久性好。目前正逐步取代前种连接形式。图1-2-2 扣环式接头企口铰联结：主梁翼板内伸出连接钢筋，交叉弯制后在接缝处再放局部的F6钢筋网，并将它们浇筑在桥面混凝土铺装层内。接头构造由于连接钢筋甚多，使施工增添了一些困难。采用上面两种连接构造的装配式T梁的翼板均当作悬臂板来处理，为了改善挑出翼板的受力状态，往往将悬臂板也连结起来，通常采用桥面板的企口铰联接。如图所示为装配式T梁设计中所采用的联结方式。主要翼板内伸出连接钢筋，交叉弯制后在接缝处再放局部的F6钢筋网，并将它们浇筑在桥面混凝土铺装层内。或者可将翼板的顶层钢筋伸出，并弯转套在一根长的钢筋上，以形成纵向铰，如图b所示。显然，此种接头构造由于连接钢筋甚多，使施工增添了一些困难。图1-2-3 企口铰联结1.2.2.5 简支梁桥的常用施工方法现场浇筑法：就地浇筑施工是一种古老的施工方法，它是在支架上安装模板、绑扎及安装钢筋骨架、预留孔道、并在现场浇筑混凝土与施加预应力的施工方法。目前，就地浇筑施工在简支梁中较少使用。就地浇筑施工方法的优缺点：(1) 桥梁的整体性好，施工平稳、可靠，不需大型起重设备； (2) 施工中无体系转换；(3) 预应力混凝土连续梁桥，可以采用强大预应力体系，使结构构造简化，方便施工；(4) 需要使用大量施工支架，跨河桥梁搭设支架影响河道的通航与排洪，施工期间支架可能受到洪水和漂流物的威胁；(5) 施工工期长、费用高，需要有较大的施工场地，施工管理复杂。预制安装法：预制装配施工是将在预制厂或桥梁现场预制的梁运至桥位处，使用一定的起重设备进行安装和完成横向联结组成桥梁的施工方法。目前，预制安装法是简支梁经常采用的一种施工方法，预制梁的安装主要有联合架桥机法、双导梁安装法、扒杆吊装法、跨墩龙门吊机安装法、自行式吊车安装法、浮吊架设法几种。 (1) 联合架桥机法:以联合架桥机并配备若干滑车、千斤顶、绞车等辅助设备架设安装预制梁；适用于多孔30m以下孔径的装配式桥梁。 (2) 双导梁安装法：又称穿巷式架桥机，钢桁架导梁由贝雷梁或万能构件组装而成，其梁长大于两倍桥梁跨径。 (3) 扒杆吊装法：桥跨两墩设扒杆，预制梁两端系在扒杆的起吊钢束上，后端的制动索控制速度，使预制梁平稳就位；适用于起吊高度不大和水平移动范围较小的中、小跨径的桥梁。 (4) 跨墩龙门吊机安装法：两台跨墩龙门吊机分别设于待安装孔的前、后墩位置，用跨墩龙门吊机上的吊梁平车将梁吊起，卷扬机使梁横移就位；适用于岸上和浅水滩以及不通航浅水区域安装预制梁。 (5) 自行式吊车安装法：先将梁运到桥位处，采用一台或两台自行式汽车吊机或履带吊机直接将梁片吊起就位；适用于陆地桥梁、城市高架桥。 (6) 浮吊架设法：在通航河道或水深河道上架桥，可采用浮吊安装预制梁。 方法特点：构件标准化，机械化和自动化程度高，安装速度快，但需要一定的设备，高空作业多。预制装配施工的特点为：(1) 桥梁构件的型式和尺寸可向标准化发展，有利于大规模工业化生产；(2) 在预制厂（场）集中生产，可充分利用先进设备，提高施工机械化和自动化的程度，因此可提高工程质量、降低劳动强度、降低工程造价、提高生产效率；(3) 能节省大量支架和模板材料，多跨桥梁施工只需一套施工设备，能多次周转使用；(4) 构件预制不受季节的限制，上、下部构造可同时施工，预制梁安装速度快；(5) 需要有一定起吊能力的吊装设备，施工时高空作业多；(6) 预制梁安装后需进行横向联接，增加施工工序。1.2.3 方案确定通过对三种方案的对比，在经济上（工程费用，维修养护，运营费大小）的比较，以及以桥梁结构的经济性、实用性、安全性、美观性和施工的难易程度为考虑因素，综合个设计方案的优缺点，最终选定一个最优方案：多跨简支预应力混凝土T梁方案。1.2.4 计算理论1.2.4.1 主梁的内力计算主梁的内力计算，可分为设计和施工内力计算两部分。设计内力是强度验算及配筋设计的依据。 施工内力是指施工过程中，各施工阶段的临时施工荷载以及运输、安装过程中动荷载，如施工机具设备（挂兰、张拉设备等）、模板、施工人员等引起的内力，主要供施工阶段验算用。把这部分内力和该阶段的主梁自重内力叠加，检验设计的截面尺寸和配筋是否满足施工时的强度和刚度要求，否则应增配临时束或对截面进行局部临时加固。这里主要介绍主梁的设计内力计算（以下简称内力计算）。对于简支梁桥，主梁内力包括恒载内力、活载内力和附加内力（如风力或离心力引起的内力）。将它们按规范的规定进行组合，从中挑选最大设计内力，依此进行配筋设计和应力验算。设计实践表明：在这几部分内力中，恒、活载内力是主要的， 一般它们占整个设计最大内力的8090以上。恒载内力：主梁恒载内力，包括主梁自重（前期恒载）引起的主梁自重内力和后期恒载（如桥面铺装、人行道、栏杆、灯柱等引起的主梁后期恒载内力，总称为主梁恒载内力。前期恒载内力：主要包括主梁自重，它是在结构逐步形成的过程中作用于桥上的， 因而它的计算与施工方法有密切关系。特别在大、中跨预应力混凝土超静定梁桥的施工过程中不断有体系转换过程，在计算主梁自重内力时必须分阶段进行，有一定的复杂性。而在简支梁的施工过程中结构不发生体系转换。主梁自重作用于桥上时，结构已是最终体系， 主梁自重内力，可根据沿跨长变化的自重集度，按下式计算： （1-2-1） 式中：主梁自重内力（弯矩或剪力）； 主梁自重集度； 相应的主梁内力影响线座标。后期恒载内力：包括桥面铺装、人行道、栏杆、灯柱等，它用于桥上时，主梁结构已形成最终体系，主梁在纵、横向的联接也已完成，因此，计算这部分内力时应考虑结构的空间受力特点，这部分内力可直接应用结构内力影响线进行计算，其计算方法可参考活载内力计算。活载内力：活载内力由基本可变荷载中的车辆荷载（包括汽车、履带车、挂车、人群）产生。在使用阶段，结构已成为最终体系，其纵向的力学计算图式是明确的。但如上所述，此时主梁在横向也联成了整体，因此呈现空间结构的受力特性，即荷载在结构的纵向和横向都有传递，精确计算是复杂的。为此，要利用实用空间计算方法，即把荷载在横向对各片主梁的分配用“横向分布系数” 考虑，从而把一个空间结构的力学计算问题简化成平面问题。主梁活载内力计算分为二步：第一步求某一主梁的最不利荷载横向分布系数；第二步应用主梁内力影响线，将荷载乘以横向分布系数，在纵向满足桥梁规范规定的车轮距限制条件下，使最大，确定车辆的最不利位置，相应求得主梁的最大活载内力。对汽车车列必须比较正向和逆向行驶两种布置情况，取其大者。对于三角形或抛物线型的内力影响线，可直接使用等代荷载表，以免除排列荷载的反复试算。对于有经验的设计工作者来说，一般情况下，将车辆荷载的最大重轮置于影响线的最大坐标上即可求得最大活载内力。根据规范要求，对汽车荷载还必须考虑冲击力的影响，因此主梁活载内力计算公式为： （1-2-2）式中：主梁最大活载内力 （弯矩或剪力）； 汽车荷载的冲击系数， 它与跨径（对于简支梁）或影响线荷载长度（对于悬臂梁或连续梁等）L有关。对验算荷载与人群荷载，则不计冲击影响，对钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥，； 汽车荷载的折减系数，规范规定当桥梁横向布置车队数大于2时,应考虑计算荷载效应的横向折减，但折减后的效应不得小于用两行车队布载的计算结果，对于验算荷载和人群荷载均不予折减，即1； 荷载横向分布系数，计算主梁弯矩可用跨中荷载横向分布系数代替全跨各点上的，在计算主梁剪力时，应考虑在跨内的变化。 汽车列车的轮重； 主梁内力影响线的纵座标； 主梁内力影响线的等代荷载； 相应的主梁内力影响线的面积。1.2.4.2 挠度计算短期挠度：考虑到在正常条件下构件的自重直接与初始预张拉相迭合，故构件在预张拉作用下的实际挠度为： （1-2-3）式中：构件在预张拉作用下的实际挠度； 初始预张拉力的作用引起的短期挠度；张拉时参与作用的构件自重产生的挠度。 图1-2-4 预张拉产生的挠度不难用共轭梁法、等效荷载法等熟知的计算方法来求得。对于具有抛物线形预应力筋的预应力混凝土简支梁，如图所示，在初始张拉力作用下的跨中短期挠度为： （1-2-4）这里汇总了常用的配筋情况以供参考（点击图示）。对于其他较复杂体系的情况，还可应用等效荷载法查阅有关参考手册来确定预应力挠度。任意时刻的挠度：考虑到徐变是在由于收缩、松弛和徐变本身的组合作用而逐渐减小的预张拉力作用下发展的。这就可以采用所谓时段递增法来进行计算。将历经的时间划分成一系列时段t，实际计算各时段内发生的递增变化值，并用总和法来求得任意历经时间t时的预应力挠度。这种逐步逼近的方法虽然仍是近似的，但它能够通过减小所考虑时段的步长，从而增加时段的数量，来提高精度至任意所希望的程度。在此情况下： （1-2-5）式中：将任意时刻t时的挠度； 由于应力损失发生后的预张拉力所引起的挠度值； 表示某一时段起始时的预张拉应力所引起的挠度值；表示某一时段起始时和终止时的徐变系数。任一时段终止时的预张拉力，等于该时段起始时的预张拉力减去收缩、徐变和松弛产生的损失。前一时段终止时的预张拉力，就作为后一时段预张拉力的起始值。求得预应力挠度后，就可叠加上恒载和活载的长期挠度和瞬时挠度， 以获得所研究荷载阶段的总挠度。 尚须指出，利用上式计算时，必要的话还可以计及混凝土弹性模量Eh随时间的变化。挠度验算与预拱度：公路桥梁规范中规定，对于钢筋混凝土及预应力混凝土梁式桥，以汽车荷载（不计冲击力）计算的上部结构跨中最大竖向挠度，不应超过 （为计算跨径）；当用平板挂车或履带荷载验算时，允许的竖向挠度尚可增加20。恒载挠度并不表征结构的刚度特性，它不难通过施工时预设的反向挠度，俗称预拱度，来加以抵消，使竣工后的桥梁达到理想的设计线型。桥梁的预拱度通常按结构的1/2可变荷载频遇值计算的长期挠度值二者之和采用，这意味着在使用阶段常遇荷载情况下桥面基本上接近设计高程。对于一般小跨径的钢筋混凝土桥梁，当由结构自重和汽车荷载所计算的长期挠度不超过跨径的1/1600 时，可不设预拱度。对于位于竖曲线上的桥梁，应视竖曲线的凸起（或凹下）情况，适当增（或减）预拱度值，使竣工后的线型与竖曲线接近一致。1.2.4.3 简支梁桥横向分布计算杠杆原理法：因为早期有些桥梁如老式木桥、简易人行桥等虽然在形式上是空间结构，但实际上从力学观点分析却属于平面结构，它们的桥面板仅是简支在大梁上，或者是桥面板搁在横梁上，横梁再搁在主梁上。桥面板和横梁仅是传递荷载的局部构件，并非与主梁牢固连续共同承载。荷载通过桥面板和横梁传递给各主梁，形成了荷载的横向分布。图1-2-4中(a)所示即为桥面板直接搁在I字形主梁上的装配式梁桥。当桥上有车辆荷载作用时，很明显，作用在左边悬臂板上的轮重 只传递至1号和2号梁，作用在中间简支板上者只传给2号和3号梁，也就是板上的轮重各按简支梁反力的方式分配给左右两片主梁，而反力 的大小只要利用简支板的静力平衡条件即可求得，这就是通常所谓的“杠杆原理”。如果主梁所支承的相邻两块板上都有荷载，则该梁所受的荷载是两个支承反力之和，如图1-2-4中(b)所示2号梁所受的荷载为 。为了求得主梁在横向分配到的最大荷载，首先应求得各片主梁的荷载横向影响线，在此情况即为简支梁反力影响线，如图1-2-4中(b)所示。有了各片主梁的荷载横向影响线，就可根据不同活载按横向最不利位置排列，求得各片主梁分配到的横向荷载最大值为。在此，表示主梁在横向分配到的最大荷载比例，称为荷载横向分布系数，脚码0表示用杠杆原理法计算。图中表示了汽车、挂车和人群的荷载横向分布系数，和的计算表达式。图中表示每延米人群荷载的强度。由于横向传力系统的构造在全跨是相同的，因此对于某一片主梁而言，其荷载横向分布系数的值在全跨是一个常值。有了荷载横向分布系数，主梁就可以按承受外荷载为的单梁进行设计计算，即把荷载在内力影响线上按纵向最不利位置进行加载，计算最大的设计内力值。所以实际上这种构造形式的梁桥还是属于平面结构的范畴，按杠杆原理法，计算得到的荷载横向分布系数，其含义很明确，它表示了荷载在横向对各片主梁分配的概念。1.2.4.4 横向分布系数沿纵向的变化弯矩荷载：如图1-2-5所示：主梁弯矩影响面在方向和单梁跨中弯矩影响线 相似，都成三角形，而在方向和用刚性横梁法计算得到的荷载横向分布影响线相似。于是用变量分离的方法，即采用两个单值函数的乘积、组成的近似内力影响面去代替一个由双值函数表示的精确内力影响面。严格地说，任意位置上的各个内力都有各自的内力影响面，在实用计算方法中，应有各自的荷载横向分布系数。实际上，由于精确内力影响面可作变量分离，主梁各截面弯矩的横向分布系数均采用全跨单一的跨中截面横向分布系数。关于弯矩的横向分布系数的计算方法，有三种：(1) 梁格法：此法假定梁桥结构为主梁与横梁处于弹性支承梁关系上的格构，由节点的挠度和扭角关系找出节点力，解析，以Leonhardt-Homberg为代表。刚性横梁法就是这种体系的一个特例。 (2) 梁系法：此法将桥面沿纵向划分成各个主梁单元，而横梁的抗弯刚度均摊在桥面上，主梁之间的连接用赘余力（弯矩和剪力）表示，可用力法求解，以Hundry-Jarger为代表，刚接梁法、铰接梁（板）法亦属这类体系。 (3) 板系法：它将梁桥结构的主梁与横梁的刚度分别在桥的纵、横向均摊模拟为正交各向异性板，用板的挠曲微分方程式为基础求解（简称G-M法），以Guyon-Massonnet为代表，比拟正交异性板法。 图1-2-5 弯矩荷载剪力荷载:图1-2-6中(a)所示是跨中剪力影响面，图1-2-6中(b)所示是支点剪力影响面。显见，主梁剪力影响面的图形的纵横向完全异形，无法作变量分离，也就不能得出一个简化的在全跨单一的荷载横向分布系数，因而就必须寻求剪力的荷载横向分布的近似计算办法。由于在简支梁桥中剪力由支点截面控制，因此这里仅讨论支点截面的剪力荷载横向分布计算。有关中间截面的剪力的荷载横向分布近似计算。从图1-2-6中(b)所示的1号梁的精确支点剪力影响面中可见，在支点截面上的剪力分布和杠杆法的分布相近，而从跨内第一片横梁开始，到梁的另一端之间的剪力影响面，在纵横向可看作各自相似，所以，如果我们仍然采用全跨统一变量分离的方法绘制近似影响面，如图图1-2-6中(c)所示，则将由于影响面峰值处的图形被歪曲而导致过大的误差。为此，我们可以作如下的近似处理：即在计算支点剪力时，其荷载横向分布系数在梁端采用按杠杆法计算得到的，在跨内从第一片横梁则近似采用跨中的荷载横向分布系数，从梁端到第一片中横梁之间采用从到的直线过渡形式，当仅有一片中横梁时，则取用距支点1/4跨径的一段；如图1-2-6中(d)所示。图1-2-6 剪力荷载1.3 调研报告1.3.1 我国已建成的简支梁桥下表列出了我国从古到今一些著名的简支梁桥表1-3-1 工程实例表桥 名桥 址福建泉州洛阳桥福 建山东东汉石刻渭水桥山 东浙江绍兴兰亭贴水平桥浙 江四川雅州雅江桥四 川陕西凤翔双亭桥陕 西广州市郊架木桥广 东内蒙古壁画长安渭水桥内蒙古扬州五亭桥江 苏广西兴安灵渠石平桥广 西京广线石家庄百孔大桥北 京新荷线东明黄河特大桥四 川1.3.2 工程实例图1-3-1 简支梁桥施工简支梁桥是梁式桥中应用最早，使用最广泛的一种桥型。它受力简单，梁中只有正弯矩，适用T型截面梁这种构造简单的截面形式；体系温变，混凝土收缩徐变，张拉预应力等均不会在梁中产生附加内力，设计计算方便，最易设计成各种标准跨径的装配式结构。由于简支梁是静定结构，结构内力不受地基变形的影响，对基础要求较低，能适用于地基较差的桥址上建桥。图1-3-2 京广线石家庄百孔大桥图1-3-3 新荷线东明黄河特大桥图1-3-4 汉丹线桥梁1.4 文献综述改革开放以来，我国公路建设事业迅猛发展，尤其是高速公路建设，从无到有，现已建成8700km。作为公路建设重要组成部分的桥梁建设也得到相应发展，跨越大江（河）、海峡（湾）的长大桥梁建设也相继修建，一般公路和高等级公路上的中、小桥、立交桥，形式多样，工程质量不断提高，为公路运输提供了安全、舒适的服务。随着经济的发展、综合国力增强，我国的建筑材料、设备、建筑技术都有了较快发展。特别是电子计算技术的广泛应用，为广大工程技术人员提供了方便、快捷的计算分析手段。更重要的是我国的经济政策为公路事业发展提供多元化的筹资渠道，保证了建设资金来源。我国广大桥梁工作者，充分认识到这一可贵、难得的机遇，竭尽全力，发挥自己的聪明才智，为我国公路桥梁建设事业，积极工作，多做贡献。型梁桥在我国公路上修建最多，早在50、60年代，我国就建造了许多T型梁桥，这种桥型对改善我国公路交通起到了重要作用。80年代以来，我国公路上修建了几座具有代表性的预应力混凝上简支T型梁桥（或桥面连续），如河南的郑州、开封黄河公路桥，浙江省的飞云江大桥等，其跨径达到62m，吊装重220t。T形梁采用钢筋混凝土结构的已经很少了，从16m到5Om跨径，都是采用预制拼装后张法预应力混凝土T形梁。预应力体系采用钢绞线群锚，在工地预制，吊装架设。其发展趋势为：采用高强、低松弛钢绞线群锚：混凝土标号4060号；T形梁的翼缘板加宽，25m是合适的；吊装重量增加；为了减少接缝，改善行车，采用工型梁，现浇梁端横梁湿接头和桥面，在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束，形成比桥面连续更进一步的“准连续”结构。预应力混凝土T形梁有结构简单，受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大等优点。其最大跨径以不超过50m为宜，再加大跨径不论从受力、构造、经济上都不合理了。大于50m跨径以选择箱形截面为宜。目前的预应力混凝土T形梁采用全预应力结构，预应力张拉后上拱偏大，影响桥面线形，带来桥面铺装加厚。为了改善这些缺点，建议预制时在台座上设反拱，反拱值可采用预施应力后裸梁上拱值的1/22/3。预应力混凝土简支或“准连续”T形梁，建议由交通行业主管部门组织编制一套适用的标准图。随着我国经济发展，材料、机械、设备工业相应发展，这为我国修建大跨径斜拉桥和悬索桥提供了有力保障。再加上广大桥梁建设者的精心设计和施工，使我国建桥水平已跃身于世界先进行列。我国幅员辽阔，经济发展水平参差不齐，经济上总体水平不高，公路桥梁发展还是要着眼于量大、面广的一般大、中桥，这类桥梁仍以预应力混凝土结构为主。首先，要着重抓多样化、标准化，编制适用经济的标准图，提高施工水平和质量，然后再抓住跨越大江（河）、海湾的特大型桥梁建设，不断总结经验，既体现公路人的建桥水平，又要保证高标准、高质量建桥。改革开放，党的富民政策，改变了人们的认识，“要致富、先修路”已成共识，加快交通基础设施建设已变成了人们的自觉行动。国家投资重点倾斜以及集资渠道的多元化，为我国公路桥梁发展提供了资金保证。展望公路桥梁发展趋势，珍惜时机，创造性劳动，为改变我国公路建设落后状况，努力工作。2 设计资料及构造布置2.1 设计资料2.1.1 桥梁跨径及桥宽标准跨径：30m；计算跨径：28.66m；桥面宽度：15.0m，横向布置为0.5m（防撞护栏）+14.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；2.1.2 设计荷载公路-级，不设人行道，两侧防撞护栏重力的作用力为4.99KN/m。2.1.3 材料及工艺混凝土：主梁采用C50，栏杆及桥面铺装采用C30。预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）15.2mm的钢绞线，每束6根，全梁配5束， =1860MPa。普通钢筋均采用HRB335钢筋。后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋式波纹管和夹片锚具。2.1.4 设计依据1.交通部颁公路工程技术标准（JTG B01-2003）,简称标准；2.交通部颁公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）,简称桥规；3.交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004），简称公预规。2.1.5 基本计算数据表表2-1-1 基本数据计算表名称项目符号单位数据混凝土立方强度50弹性模量续表2-1-1名称项目符号单位数据混凝土轴心抗压标准强度32.4轴心抗拉标准强度2.65轴心抗压设计强度22.4轴心抗拉设计强度1.83暂停状态容许压应力20.72容许拉应力1.757持久状态标准荷载组合容许压应力16.2容许主压应力19.44短期效应组合容许拉应力0容许主拉应力1.59钢绞线标准强度1860弹性模量抗拉设计强度1260最大控制应力1395持久状态应力标准荷载组合1209材料重度钢筋混凝土25.0沥青混凝土23.0钢绞线78.5钢束与混凝土的弹性模量比无量纲5.652.2 构造布置2.2.1 主梁与梁片数主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。本设计中主梁翼板宽度为1500mm。2.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定2.2.2.1 主梁高度预应力混凝土简支梁的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25，标准设计中高跨比约在1/181/19。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束用量，同时增大梁高一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。本设计中取用1800mm的主梁高度是比较合适的。2.2.2.2 主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计中预制T梁的翼板厚度取用200mm，翼板根部加厚到400mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15。本设计中腹板厚度取200mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，初拟马蹄的宽度为600mm，高度200mm，马蹄与腹板交接处作三角过度，高度200mm，以减小局部应力。5015001400501.5%1.5%图2-2-1 截面图2.2.3 计算截面几何特征将主梁跨中截面划分为五个规则的小单元，截面几何特性列表计算。表2-2-1 跨中截面几何特性计算表分块名称分块面积分块面积形心至上缘距离分块面积对上缘静矩分块面积的自身惯性矩分块面积截面形心的惯性矩（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）翼板3000.0010.0030000.00100000.0066.8413402756.8013502756.80三角承托1300.0027.7836111.4028888.8949.063129203.803158092.69腹板2800.0070.00140000.001666666.676.8493571.201760237.87下三角400.00133.3345332.208888.89-36.49532695.60541584.49马蹄1200.00170.00204000.001080000.00-73.1619268588.2020348588.2010300.00455443.6039311260.102.2.4 横隔梁的设置跨中截面变化点截面支点截面(a) 主梁横隔梁布置图(b) 跨中截面(c) 变化点截面(d) 支点截面图2-2-2 主梁各部分尺寸图（尺寸单位mm）在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩较大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。在本设计中共设五道横隔梁，其间距为7165mm。3 横向分布系数及主梁内力计算3.1 永久作用效应计算3.1.1 预制梁自重跨中截面段主梁的自重：马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重：支点段梁的自重：中横隔梁体积：端横隔梁体积：故半跨内横梁重力为：预制梁永久作用集度：3.1.2 二期永久作用铺装：8cm混凝土铺装：5cm沥青铺装：若将桥面铺装均摊给10片主梁，则：栏杆：一侧防撞栏：4.99kN/m。若将两侧防撞栏均摊给10片主梁，则：二期永久作用集度：3.1.3 永久作用效应主梁弯矩和剪力的计算公式分别为： （3-1-1） （3-1-2）表3-1-1 1号梁永久作用效应计算表作用效应跨中四分点变化点支点一期弯矩（）2846.252134.69406.080.00剪力（）0.00189.75351.39379.50二期弯矩（）608.40456.3086.810.00剪力（）0.0040.5675.1181.12弯矩（）3454.652590.99492.890.00剪力（）0.00230.31426.50460.623.2 可变作用效应及横向分布系数计算3.2.1 冲击系数和车道折减系数按桥规4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算机构的基频，简支梁桥的基频可采用下列公式计算：其中： 根据桥规的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为：按桥规4.3.1条，当车道大于两车道时，需进行车道折减，本设计按四车道设计，因此在计算可变作用效应时需进行车道折减。3.2.2 计算主梁的横向分布系数3.2.2.1 跨中的荷载横向分布系数对于T形截面，抗扭惯性矩可近似按下式计算： （3-2-1）式中：，相应为单个矩形截面的宽度和高度；矩形截面抗扭刚度系数；梁截面划分成单个矩形截面的个数。对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：马蹄部分的换算平均厚度：则：图3-2-1 计算图示（尺寸单位mm）表3-2-1 计算表分块名称翼缘板150305.0000.323313.0937腹板120206.0000.31272.9882马蹄60302.0000.20983.398819.4807对于本设计中的主梁间距相同，并将主梁近似看成等截面，则得：计算横向影响线竖坐标值： （3-2-2）式中：表3-2-2 值梁号10.32670.23600.23600.19070.145320.28130.24510.20880.17250.136330.23600.20880.18160.15440.127240.1