广州大学土木工程学院毕业设计
永胜一桥设计
土木工程专业（城市道路与桥梁）2005级土木工程（5）班 陆有聪
指导老师：孙卓
摘要：本设计根据毕业设计任务书及现行公路桥梁设计规范，对永胜一桥的主桥和引桥进行了设计。通过方案比选，综合考虑永胜一桥河床地质、地形等条件，确定设计桥长695m，
两边引桥采用25m主桥采用预应力混凝土五跨连续刚构型式，跨径组合为70m+3×110m+70m，
标准跨径的后张法预制预应力混凝土简支T梁。本设计主要对主桥进行内力计算、控制截面的抗弯配筋计算及变形验算；对引桥进行内力、配筋计算、预应力损失计算、强度验算、使用阶段裂缝宽度验算和变形验算；最后对主桥和引桥的基础进行了单桩承载力计算与桩身强度验算。计算分析结果表明，永胜一桥的设计合理，达到设计任务的要求。 关键词：预应力, 连续刚构, 简支T梁, 下部结构
Abstract: In this design, based on the design assignment and the present Highway Bridge Specifications，a design of the main bridge and the approach bridge of the No.1 YongSheng Bridge has been completed．After the selection of possible bridge projects，take the geology for further analysis，the main bridge of the No.1 YongSheng Bridge adopted the pretress concrete continuous beam bridge with three spans of 70m+3×110m+70m, while the approach bridge adopt posttensioning method of precast simple span prestress concrete PC T-beam bridge with a span of 25m．In regard to the main bridge，the internal force，the disposition of pretress steel and the deflection at the main cross-section are studied in brief．In the meantime, as to the approach bridge，strength intensity，disposition of prestress steel，the lost of prestressing force and deflection of the service stage are calculated．Futhermore，the capacity and the strength of the sill are analyzed．The result indidcated that the design is fit the need of the design task． Keywords: pre-stress；continuous rigid frame；simple span PC T-beam bridge；substructure
1. 前 言
本设计对永胜一桥的主体结构进行初步设计，其目的主要是使我们通过系统地完 成一个工程项目的设计，比较具体的了解了一个工程设计的全过程，在巩固已学课程的基础上，培养了自己考虑问题，分析问题，解决问题的能力，同时接触到和掌握一些新的专业知识和技能，通过综合运用已学课程的知识，正确地分析和解决所遇到的新问题。
该桥车道数为双向四车道，两侧各设宽度为2m的人行道；设计荷载为公路Ⅰ级；III级通航要求；最大纵坡为2％；桥面横坡为±1.5％。设计参考的规范如下：JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》； JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》；JTGD63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》。
广州大学土木工程学院毕业设计
2. 主桥设计
2.1 桥型方案设计与比选 2.1.1 设计构思
根据《永胜一桥桥址位置处地质剖面图》、毕业设计任务书的要求，结合桥梁结构的设计、受力、施工等特点，兼顾考虑结构的实用、安全、经济、美观等要求，参照工程实例和经验，对主桥提出了两个桥型方案——连续梁桥、连续刚构桥。 主桥构思方案见图2-1、图2-2。
设计水位 63.00m通航水位 61.00m粉砂土全风化带强风化带弱风化带微风化带砂岩微风化带土粉砂带化强风图2-1 预应力混凝土连续梁桥总体布置图(方案一)
设计水位 63.00m通航水位 61.00m粉砂土全风化带强风化带弱风化带微风化带砂岩微风化带土粉砂带强风化 图2-2 预应力混凝土连续刚构桥总体布置图(方案二)
2.1.2 方案比较
1、 受力比较
预应力混凝土连续梁桥：主梁为主要承重结构，依靠其抗弯能力来承受荷载。同时，由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减少，使主梁内力分配更加合理。
预应力混凝土连续刚构桥：受力特点与连续梁桥类似，但跨中区域活载正弯矩比同跨径连续梁桥的小 。同样作为超静定结构，温度变化、混凝土收缩徐变、基础变位以及预加力等，都会使连续刚构桥产生次内力，其次内力比连续梁桥大，但由于连续刚构桥多采用双柱薄壁墩，此处桥墩较高，因此柔性比较大，能减少变形时受到约束时所产生的次内力，从而降低根部梁弯矩峰值。并且可以利用高墩的柔度来适应结构由预应力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的纵向位移，因此可具有较大的跨越能力。
广州大学土木工程学院毕业设计
2、 施工比较
预应力混凝土连续梁桥：施工技术成熟，但施工过程相对来讲比较复杂，需要梁墩临时固结和体系转换，最后必须拆除临时固结措施，使主墩上的永久性支座进入工作，施工工期长。
预应力混凝土连续刚构桥：采用悬臂挂篮浇注的施工方法，无需临时固结措施与大型支座，避免了施工过程中的支座更换、临时固结等复杂工序，缩短施工工期。
3、实用性比较
预应力混凝土连续梁桥：伸缩缝少，结构刚度大，变形小，主梁变形挠曲线平缓，行车平顺，通畅，安全，容易满足交通运输要求。
预应力混凝土连续刚构桥：与连续梁桥类似，但施工技术成熟，易保证工程质量，同等跨度下主桥尺寸比连续梁桥小，桥下净空大，可满容易足通航要求。
4、安全性比较
预应力混凝土连续梁桥：伸缩缝少，行车性能良好，可保证司机正常行车，满足交通运输安全要求。桥墩尺寸较大，防撞性能好，但是阻水面积大。
预应力混凝土连续刚构桥：型整体性好，行车舒适，养护工作量少，能够避免工人在支座养护时所可能遇到的危险。桥墩较薄，阻水面积小，对防洪排洪影响甚小，易满足水利部门的要求。有利于抗震，能够将地震水平分力分摊到各个桥墩上去，使得地震水平力引起的桥墩下端弯矩减少，也能够减少汽车制动力等水平分力的影响。由于墩梁固结，上下部结构形成高次超静定体系，即使局部结构屈服，仍能够因应力重分布而减少整体破坏的可能性。
5、经济性比较
预应力混凝土连续梁桥：施工技术成熟，需要的机具少，无需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料普通，价格低，但需要造价昂贵的大型永久性支座，运营阶段的支座养护费用高。
预应力混凝土连续刚构桥：与连续梁桥基本相同。但无须支座，节省大型永久性支座的费用以及日后养护的费用，降低工程造价。
6、外观比较
预应力混凝土连续梁桥：形势简单，造型单一。
预应力混凝土连续刚构桥：墩梁固结作用可降低梁高，配合双柱薄壁墩，可以使主桥看起来更纤巧、更美观。
因此，从设计、使用、施工的可行性，以及工程的经济、安全、美观以及施工周期等方面考虑，最终确定了主桥采用连续刚构桥的方案。
2.2 推荐方案内力分析与配筋估算
运用MIDAS/Civil专业程序建立空间梁单元计算分析模型，进行内力计算分析，根据程序对节段的划分要求、计算精度以及对施工时吊重的要求，主桥一共分为分为193个单元，共194个节点，见图2-3所示，承载能力组合下的弯矩、剪力包络图见图2-4、图2-5。
广州大学土木工程学院毕业设计
图2-3 主桥结构计算模型
图2-4 承载能力组合剪力包络图（单位：kN）
图2-5 承载能力组合弯矩包络图（单位：kN⋅m）
2.3预应力钢束的估算
各截面根据正截面抗裂要求，按公式(2-1)、（2-2）确定预应力钢筋数量。
Npe≥
Ms/W
（2-1） e1p
0.85(+)AW
广州大学土木工程学院毕业设计
np=
Npe
(σcon−σs)Ap
（2-2）
由此得各控制截面预应力钢束数量，结果见表2-1。
表4-3 各控制截面预应力钢束估算结果
截面位置
Ep Ms
（kNm） （mm）
Npe
（kN）
钢丝所配置钢预应
配筋面积（mm2）
需根数丝根数力束
73948 210 100358 163742
跨中 102909.99 1416.7 601.69 518 530 28
L/4
-45833.18
1517.7 -19317.95-167-704-1152
190 10722 381178
62
主跨 L/8 -248103.82 2097.2 -81793.05支点 -517678.12 2847.7 -134060.06边支点 0.00 L/8 边 跨
L/4 L/2
77854.09
~ ~ ~ ~ ~ ~ 1369.8 47404.12 408 418 2258102 84512 47538 63384 110922
117513.19 1420.5 68560.94 590 608 3278761.75
1760.1 35724.04 308 342 18-422-7
456 24798 42
3L/4 -129099.30 1790.4 -49060.777L/8 -302504.63 2448.4 -88860.37
主桥采用混凝土用C50号混凝土，fck=32.4MPa,fcd=22.4MPa。
各截面预应力筋均采用19φ15.2预应力钢绞线，极限强度fpk=1860MPa，设计强 度fpd=1260MPa。采用OVM15—19型锚具，由φ100金属波纹管成孔，预留管道直径为107mm。
j
广州大学土木工程学院毕业设计
3.引桥设计
3.1 设计资料
根据设计任务书要求，引桥横断面布置见图3-1。
图5-1 引桥横断面图（左跨中、右支点）（单位cm）
T梁主要结构尺寸见图3-2、3-3。
图5-2 T梁半立面图（单位cm）
图5-3 主梁半剖面图（单位cm）
主梁高度h=2000mm，主梁间距S=2200mm，其中主梁上翼缘预制部份宽160cm，现浇段宽为60cm。全桥由9片梁组成。预制T形梁的翼板端部厚度取用18cm，根部加厚取30cm。初拟马蹄宽度50cm，高度25cm。T形梁腹板跨中区段厚度均取20cm、支点厚度50cm。本设计主梁采用等高形式，横截面的T形梁翼缘板厚度沿跨长不变，马蹄部分为配合钢束弯起而在近支点范围内逐渐将马蹄抬高，将腹板逐渐加厚到与马蹄同宽。全桥共设5横隔梁，中间间距585cm，端部间距585.5cm。具体细部尺寸布置见图5-2、5-3。
广州大学土木工程学院毕业设计
3.2 主梁内力计算
引桥内力计算包括恒载内力计算和活载内力计算。恒载内力包括一期恒载和二期恒载；活载计算的内容包括跨中和支点处的荷载横向分布系数，均布荷载和内力影响线面积计算，冲击系数，各控制截面由活载引起的弯矩和剪力计算。其中，跨中的荷载横向分布系数按刚性横梁法计算，而支点处的横向分布系数采用杠杆法计算。内力组合主要针对承载能力极限状态和正常使用极限状态，主梁各截面内力组合最大值见表3-1。
表3-1 主梁各截面内力组合最大值表 截 面 位 置
基本组合Sd
项目
Md (kN⋅m)
短期组合Ss
Ms
长期组合SL
ML
Vd (kN)
Vs (kN)
VL (kN)
(kN⋅m) (kN⋅m)
支点 Mmax,VmaxL/4
0.000 1170.1980.000 726.822 0.000 632.606 302.954 2577.886 248.952 71.124 3437.192 39.479 556.845 1096.907 485.912 Mmax,Vmax
4346.271 514.670 2904.7925795.132 178.485 3873.1021848.495 861.237 1235.725跨中 Mmax,Vmax变截
面
Mmax,Vmax
3.3 预应力钢束估算及布置
引桥预应力筋估算过程与主桥预应力筋估算过程相似，可按公式(2-1)、（2-2）
确定预应力钢筋数量。
j
经计算得出引桥T梁采用3束7φ15.2预应力钢丝束，采用OVM15—7型锚具。所供给
的预应力筋截面面积为Ap=21×139=2919(mm)，并采用φ70金属波纹管成孔，预留管道直径为75mm。
2
预应力钢束布置见图5-4。
图5-8 预应力钢束布置图（单位cm）
广州大学土木工程学院毕业设计
4.基础设计
4.1 基础方案选定
根据已知的水文地质资料以及上部结构的荷载大小，主桥基础采用直径d＝2.0m的钻孔灌注桩，桩群布置经初步计算拟采用10根钻孔灌注桩，且每根桩必须打到微风化岩层以下1m深；引桥基础采用直径d＝2.0m的摩擦桩，摩擦桩根数经初步计算拟采用3根，桩长为31.2m。主桥和引桥的下部结构具体构造见图4-1、图4-2.。
图4-1 主桥下部结构构造图（单位cm）
广州大学土木工程学院毕业设计
图4-2 引桥下部结构构造图（单位cm）
4.2 主桥和引桥桩截面配筋以及布置
主桥和引桥的基础均按桩截面面积的0.5%含筋率配置钢筋，主桥采用32根φ25 HRB335钢筋；引桥采用26根φ25 HRB335钢筋。
为了节省钢筋用量以及降低工程造价，经计算可知：
主桥基础在深度Z=12m处（即承台地面以下H=17.5m）以下的弯矩非常小，所以按构造要求只把一半主筋伸到桩底，另外一半主筋在H=17.5m处截断。
引桥基础在深度Z=11m处（即墩底以下H=15.2m）以下的弯矩非常小，所以按构造要求只把一半主筋伸到桩底，另外一半主筋在H=15.2m处截断。
主桥最大横向应力集中在Z=1.85m附近，所以按构造要求在Z=0m~Z=5m(即H=0-10.5m)之间设置Q235, φ8@100的箍筋，在H=10.5m以下间距为200mm。
广州大学土木工程学院毕业设计
引桥最大横向应力集中在Z=2.12m附近，所以按构造要求在Z=0m~Z=4m(即H=0-8.2)之间设置Q235, φ8@100的箍筋，在H=8.2m以下间距为200mm。
由于篇幅的关系，主桥和引桥的上部结构与下部结构的验算略。
5. 结论
永胜一桥设计坚持安全、实用、经济、美观的原则。该桥构造尺寸合理，并符合规范承载能力极限状态验算与正常使用极限状态验算的要求。通过内力计算与各项验算，证明了本设计方案是可行的。
参考文献
［1］ ［2］ ［3］ ［4］ ［5］ ［6］
刘夏平．桥梁工程[M]．北京：科学出版社，2005．
范立础．桥梁工程[M]．北京：人民交通出版社，2001． 张继尧，王昌将．悬臂浇注预应力混凝土连续梁桥[M]．北京：人民交通出版社，2004． 范立础．预应力混凝土连续梁桥[M]．北京：人民交通出版社，1988． 邵旭东，胡建华．桥梁设计百问[M]．北京：人民交通出版社，2005．
张树仁，郑绍珪，黄侨，鲍卫刚．钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计原理[M]．北京：人民交通出版社，2004．
［7］ 程文瀼，康谷贻．混凝土结构[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002． ［8］ 叶见曙．结构设计原理[M]．北京：人民交通出版社，2002． ［9］ 凌治平，易经武．基础工程[M]．北京：人民交通出版社，1997．
