橋梁工程設計概述(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 筑材料、設備、建筑技術都有了較快發展。特別是電子計算技術的廣泛應用，為廣大工程技術人員提供了方便、快捷的計算分析手段。更重要的是我國的經濟政策為公路事業發展提供多元化的籌資渠道，保證了建設資金來源。　　我國廣大橋梁工作者，充分認識到這一可貴、難得的機遇，竭盡全力，發揮自己的聰明才智，為我國公路橋梁建設事業，積極工作，多做貢獻。型梁橋在我國公路上修建最多，早在50、60年代，我國就建造了許多T型梁橋，這種橋型對改善我國公路交通起到了重要作用。　　80年代以來，我國公路上修建了幾座具有代表性的預應力混凝上簡支T型梁橋（或橋面連續），如河南的鄭州、開封黃河公路橋，浙江省的飛云江大橋等，其跨徑達到62m，吊裝重220t。　　T形梁采用鋼筋混凝土結構的已經很少了，從16m到5Om跨徑，都是采用預制拼裝后張法預應力混凝土T形梁。預應力體系采用鋼絞線群錨，在工地預制，吊裝架設。其發展趨勢為：采用高強、低松弛鋼絞線群錨：混凝土標號40～60號；T形梁的翼緣板加寬，25m是合適的；吊裝重量增加；為了減少接縫，改善行車，采用工型梁，現澆梁端橫梁濕接頭和橋面，在橋面現澆混凝土中布置負彎矩鋼束，形成比橋面連續更進一步的“準連續”結構。　　預應力混凝土T形梁有結構簡單，受力明確、節省材料、架設安裝方便，跨越能力較大等優點。其最大跨徑以不超過50m為宜，再加大跨徑不論從受力、構造、經濟上都不合理了。大于50m跨徑以選擇箱形截面為宜。　　目前的預應力混凝土T形梁采用全預應力結構，預應力張拉后上拱偏大，影響橋面線形，帶來橋面鋪裝加厚。為了改善這些缺點，建議預制時在臺座上設反拱，反拱值可采用預施應力后裸梁上拱值的1/2～2/3。　　預應力混凝土簡支或“準連續”T形梁，建議由交通行業主管部門組織編制一套適用的標準圖。隨著我國經濟發展，材料、機械、設備工業相應發展，這為我國修建大跨徑斜拉橋和懸索橋提供了有力保障。再加上廣大橋梁建設者的精心設計和施工，使我國建橋水平已躍身于世界先進行列。我國幅員遼闊，經濟發展水平參差不齊，經濟上總體水平不高，公路橋梁發展還是要著眼于量大、面廣的一般大、中橋，這類橋梁仍以預應力混凝土結構為主。首先，要著重抓多樣化、標準化，編制適用經濟的標準圖，提高施工水平和質量，然后再抓住跨越大江（河）、海灣的特大型橋梁建設，不斷總結經驗，既體現公路人的建橋水平，又要保證高標準、高質量建橋。　　改革開放，黨的富民政策，改變了人們的認識，“要致富、先修路”已成共識，加快交通基礎設施建設已變成了人們的自覺行動。國家投資重點傾斜以及集資渠道的多元化，為我國公路橋梁發展提供了資金保證。展望公路橋梁發展趨勢，珍惜時機，創造性勞動，為改變我國公路建設落后狀況，努力工作。2 設計資料及構造布置 設計資料 橋梁跨徑及橋寬標準跨徑：30m；計算跨徑：；橋面寬度：，（防撞護欄）+（行車道）+（防撞護欄）； 設計荷載公路Ⅱ級，不設人行道。 材料及工藝混凝土：主梁采用C50，欄桿及橋面鋪裝采用C30。預應力鋼筋采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D622004），每束6根，全梁配5束， =1860MPa。普通鋼筋均采用HRB335鋼筋。后張法施工工藝制作主梁，采用內徑70mm、外徑77mm的預埋式波紋管和夾片錨具。 設計依據《公路工程技術標準》（JTG B012003）,簡稱《標準》；《公路橋涵設計通用規范》（JTG D602004）,簡稱《橋規》；《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTG D622004），簡稱《公預規》。 基本計算數據表表211 基本數據計算表名稱項目符號單位數據混凝土立方強度50彈性模量續表211名稱項目符號單位數據混凝土軸心抗壓標準強度軸心抗拉標準強度軸心抗壓設計強度軸心抗拉設計強度暫停狀態容許壓應力容許拉應力持久狀態標準荷載組合容許壓應力容許主壓應力短期效應組合容許拉應力0容許主拉應力鋼絞線標準強度1860彈性模量抗拉設計強度1260最大控制應力1395持久狀態應力標準荷載組合1209材料重度鋼筋混凝土瀝青混凝土鋼絞線鋼束與混凝土的彈性模量比無量綱 構造布置 主梁與梁片數主梁間距通常應隨梁高與跨徑的增大而加寬為經濟，同時加寬翼板對提高主梁截面效率指標很有效，故在許可條件下應適當加寬T梁翼板。本設計中主梁翼板寬度為1500mm。 主梁跨中截面主要尺寸擬定 主梁高度預應力混凝土簡支梁的主梁高度與其跨徑之比通常在1/15～1/25，標準設計中高跨比約在1/18～1/19。當建筑高度不受限制時，增大梁高往往是較經濟的方案，因為增大梁高可以節省預應力鋼束用量，同時增大梁高一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。本設計中取用1800mm的主梁高度是比較合適的。 主梁截面細部尺寸T梁翼板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載要求，還應考慮能否滿足主梁受彎時上翼板受壓的強度要求。本設計中預制T梁的翼板厚度取用200mm，翼板根部加厚到400mm以抵抗翼緣根部較大的彎矩。在預應力混凝土梁中腹板內主拉應力較小，腹板厚度一般由布置預制孔管的構造決定，同時從腹板本身的穩定條件出發，腹板厚度不宜小于其高度的1/15。本設計中腹板厚度取200mm。馬蹄尺寸基本由布置預應力鋼束的需要確定的，初擬馬蹄的寬度為600mm，高度200mm，馬蹄與腹板交接處作三角過度，高度200mm，以減小局部應力。501500140050%%圖221 截面圖 計算截面幾何特征將主梁跨中截面劃分為五個規則的小單元，截面幾何特性列表計算。表221 跨中截面幾何特性計算表分塊名稱分塊面積分塊面積形心至上緣距離分塊面積對上緣靜矩分塊面積的自身慣性矩分塊面積截面形心的慣性矩（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）翼板三角承托腹板下三角馬蹄 橫隔梁的設置跨中截面變化點截面支點截面(a) 主梁橫隔梁布置圖(b) 跨中截面(c) 變化點截面(d) 支點截面圖222 主梁各部分尺寸圖（尺寸單位mm）在荷載作用處的主梁彎矩橫向分布，當該處有橫隔梁時比較均勻，否則直接在荷載作用下的主梁彎矩較大。為減小對主梁設計起主要控制作用的跨中彎矩，在跨中設置橫隔梁；當跨度較大時，應設置較多的橫隔梁。在本設計中共設五道橫隔梁，其間距為7165mm。3 橫向分布系數及主梁內力計算 永久作用效應計算 預制梁自重跨中截面段主梁的自重：馬蹄抬高與腹板變寬段梁的自重：支點段梁的自重：中橫隔梁體積：端橫隔梁體積：故半跨內橫梁重力為：預制梁永久作用集度： 二期永久作用鋪裝：8cm混凝土鋪裝：5cm瀝青鋪裝：若將橋面鋪裝均攤給10片主梁，則：欄桿：一側防撞欄：。若將兩側防撞欄均攤給10片主梁，則：二期永久作用集度： 永久作用效應主梁彎矩和剪力的計算公式分別為： （311） （312）表311 1號梁永久作用效應計算表作用效應跨中四分點變化點支點一期彎矩（）剪力（）二期彎矩（）剪力（）彎矩（）剪力（） 可變作用效應及橫向分布系數計算 沖擊系數和車道折減系數按《橋規》，結構的沖擊系數與結構的基頻有關，因此要先計算機構的基頻，簡支梁橋的基頻可采用下列公式計算：其中： 根據橋規的基頻，可計算出汽車荷載的沖擊系數為：按《橋規》，當車道大于兩車道時，需進行車道折減，本設計按四車道設計，因此在計算可變作用效應時需進行車道折減。 計算主梁的橫向分布系數 跨中的荷載橫向分布系數對于T形截面，抗扭慣性矩可近似按下式計算： （321）式中：，——相應為單個矩形截面的寬度和高度；——矩形截面抗扭剛度系數；——梁截面劃分成單個矩形截面的個數。對于跨中截面，翼緣板的換算平均厚度：馬蹄部分的換算平均厚度：則：圖321 計算圖示（尺寸單位mm）表321 計算表分塊名稱翼緣板15030腹板12020馬蹄6030對于本設計中的主梁間距相同，并將主梁近似看成等截面，則得：計算橫向影響線豎坐標值： （322）式中：表322 值梁號12345梁號12345計算荷載橫向分布系數：500180130130180180130180圖322 跨中橫向分布系數計算圖示（尺寸單位cm）四車道：三車道：兩車道：故取可變作用（汽車）的橫向分布系數為：。 支點截面的荷載橫向分布系數按杠桿原理法繪制荷載橫向分布影響線并進行布載，1號梁可變作用的橫向分布系數：18050118013011號梁2號梁5號梁4號梁3號梁130118013011801130180圖323 支點的橫向分布系數計算圖示（尺寸單位cm）可變作用（汽車）： 橫向分布系數匯總表323 1號梁可變作用橫向分布系數可變作用類別公路Ⅱ級人群—— 主梁內力計算 均布荷載和內力影響線面積計算表331 均布荷載和內力影響線面積計算表截面公路Ⅱ級均布荷載影響線面積影響線圖示L/4LLL/2L/2+L1 公路Ⅱ級集中荷載計算計算彎矩時：計算剪力時： 計算沖擊系數則： 跨中彎矩、跨中剪力計算表332 跨中彎矩、跨中剪力計算表截面類型公路Ⅱ級210公路Ⅱ級252 計算支點截面汽車荷載最大剪力橫向分布系數變化區段的長度：變化區荷載荷載重心處的內力影響線坐標為公路Ⅱ級影響線圖 331 支點截面汽車荷載剪力影響線則：公路Ⅱ級作用下，1號梁支點的最大剪力為： 主梁內力組合表333 主梁內力組合表序號荷載類別彎矩剪力梁端變化點四分點跨中梁端變化點跨中1結構自重002汽車荷載（不計沖擊系數）03汽車荷載（計入沖擊系數）04005060704 預應力鋼束的估算及其布置 跨中截面鋼束的估算和確定根據《公預規》規定，預應力梁應滿足正常使用極限狀態的應力要求和承載能力極限狀態的強度要求。一下就跨中截面在各種作用效應組合下，分別按照上述要求對主梁所需的鋼束進行估算，并且按這些估算的鋼束數的多少確定主梁的配束。 按正常使用極限狀態的應力要求估算鋼束數對于簡支梁馬蹄的T形截面，當截面混凝土不出現拉應力控制時，則得到鋼束數n的估算公式： （411）式中：——持久狀態使用荷載產生的跨中彎矩標準組合值；——與荷載有關的經驗系數，對于公路—Ⅱ級，；——，故=。已計算出成橋后跨中截面==，=，初估=15，則鋼束偏心距為：===。1號梁：