目录

1 引言.................................................................................................................................1
2工程概况及方案比选.......................................................................................................2
2.1工程概况.................................................................................................................2
2.1.1 设计标准.....................................................................................................2
2.1.2沿线自然地理概况.......................................................................................2
2.1.3水文地质资料...............................................................................................2
2.1.4当地气象情况...............................................................................................3
2.1.5设计依据.......................................................................................................3
2.2方案比选.................................................................................................................3
2.2.1设计原则.......................................................................................................3
2.2.2方案一：预应力混凝土简支空心板桥.......................................................3
2.2.3方案二：预应力钢筋混凝土连续梁桥.......................................................4
2.2.4方案三：预应力钢筋混凝土刚构连续梁桥...............................................4
2.2.5方案比选结论...............................................................................................4
3上部结构计算...................................................................................................................5
3.1 设计资料主要技术指标.......................................................................................5
3.1.1 设计荷载.....................................................................................................5
3.1.2 桥面跨径及净宽.........................................................................................5
3.1.3 主要材料.....................................................................................................5
3.1.4 施工工艺.....................................................................................................6
3.1.5 计算方法及理论.........................................................................................6
3.1.6 设计依据.....................................................................................................6
3.2 构造布置及尺寸...................................................................................................6
3.3 板的毛截面几何特性计算...................................................................................8
3.4 主梁内力计算.......................................................................................................9
3.4.1 荷载横向分布系数的计算.........................................................................9
3.4.2 荷载内力计算...........................................................................................15
3.4.3 内力组合...................................................................................................25
3.5预应力钢筋面积的估算及预应力钢筋布置.......................................................28
3.5.1 估算预应力钢筋面积...............................................................................28
3.5.2 钢束布置...................................................................................................29

3.6 主梁截面截面几何特性计算及束界校核.......................................................31
3.6.1截面几何特性计算.....................................................................................31
3.6.2力筋布置位置（束界）的校核.................................................................33
3.7持久状况截面承载能力极限状态计算...............................................................35
3.7.1 正截面承载力计算...................................................................................35
3.7.2 斜截面承载能力计算...............................................................................37
3.8 预应力损失计算.................................................................................................39
3.8.1 力筋与孔道间摩擦引起的应力损失 ..................................................39
3.8.2锚具变形、钢筋回缩引起的应力损失 ...............................................41
3.8.3分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失 ...................................42
3.8.4预应力钢筋松弛引起的损失 ...............................................................43
3.8.5 混凝土收缩徐变引起的应力损失 .....................................................43
3.8.6 永存预应力值...........................................................................................45
3.9短暂状态应力验算...............................................................................................45
3.10持久状况的应力验算.........................................................................................46
3.10.1跨中截面混凝土法向正应力验算...........................................................46
3.10.2跨中截面预应力钢筋拉应力验算...........................................................46
3.10.3斜截面主应力验算...................................................................................47
3.11正常使用极限状态计算.....................................................................................50
3.11.1作用短期效应组合正截面抗裂性验算...................................................50
3.11.2作用短期效应组合斜截面抗裂性验算...................................................51
3.12主梁变形(挠度)计算............................................................................................54
3.12.1荷载短期效应作用下主梁挠度验算.......................................................54
3.12.2预加力引起的上拱度计算.......................................................................54
3.12.3预拱度的设置...........................................................................................55
3.13 铰缝计算...........................................................................................................55
3.13.1铰缝的横向分布系数...............................................................................55
3.13.2 铰缝剪力计算.........................................................................................56
3.13.3 铰缝抗剪强度验算.................................................................................57
3.14 预制空心板吊环计算.......................................................................................57
3.15 支座计算...........................................................................................................58
3.15.1 选定支座的平面尺寸.............................................................................58
3.15.2 确定支座的厚度.....................................................................................59
3.15.3 验算支座的偏转.....................................................................................60

3.15.4 验算支座的抗滑稳定.............................................................................60
3.16 行车道板设计...................................................................................................61
3.16.1 计算理论.................................................................................................61
3.16.2 单向板内力计算公式.............................................................................62
3.16.3 行车道板设计.........................................................................................63
4 下部结构设计计算.......................................................................................................66
4.1桥墩盖梁设计计算...............................................................................................66
4.1.1 设计采用数据汇总...................................................................................66
4.1.2内力计算及配筋.........................................................................................69
4.2桩柱计算...............................................................................................................98
4.2.1顺桥向强度裂缝、位移、桩长计算.......................................................102
4.2.2横桥向桩长计算.......................................................................................129
4.3桥台计算.............................................................................................................131
结 论.............................................................................................................................149
谢辞.................................................................................................................................150
参考文献.........................................................................................................................151

1 引言

大力发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网络，对于加强全国各 族人民的团结，发展国民经济，促进文化交流，消灭城乡差别和巩固国防等方 面，都有非常重要的作用。特别是我国实行改革开放政策以来，路，桥建设突 飞猛进的发展，对创造良好的投资环境，促进地域性的经济腾飞，起到了关键 性的作用。同时也成为了好多地方的标志性风景线，无论是跨河大桥、跨线 桥、跨海大桥还是高速公路上迂回交叉的各式立交桥，城市内环线建设的各种 高架桥，都为我们的生产和生活提供了很大的方便，也都为我们的国家腾飞和 发展奠定了更好的基础。

本设计就定河公路安国段4标段桥梁结构，综合运用所学理论知识，参考以 往工程设计经验及规范要求，通过手算结合电算的形式，对包括方案比选，结 构设计，施工图绘制等设计过程作以详细的设计计算说明。

2 工程概况及方案比选

2.1工程概况

2.1.1设计标准

公路等级：二级公路，

设计时速：60km/h

设计荷载：公路一Ⅱ级

桥面宽度：净-7米，人行道宽0.75米

桥面横坡为2%

地震烈度：Ⅶ度

洪水频率：1/100

2.1.2 沿线自然地理概况

平原微地区，沿线为Ⅶ度震区。

2.1.3 水文资料地质资料

低水位176米，设计水位179米。

地形

里程桩号	地面标高	设计标高
7990	185.265	186
8000	185.158	186
8010	183.563	186
8020	181.294	186
8030	178.325	186
8040	176.256	186
8050	175.421	186
8060	175.200	186
8070	175.908	186
8080	176.692	186
8090	179.350	186
8100	182.320	186
8110	184.450	186

8120	186.550	186
8130	186.630	186

地质

地质钻孔资料，详见图纸。

2.1.4 当地气象情况

多年平均气温为18℃，极端最高气温40℃，极端最低气温-15℃。

• 2.1.5 设计依据

• 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ D63-2007）

• 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

《公路钢筋混凝上及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D60-2004）

《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD6l-2005）

• 2.2 方案比选

2.2.1 设计原则

• （1）实用性。桥梁必须实用，要有足够的承载力。能保证行车的畅通、舒

• 适和安全。既满足当前的需要，又要考虑今后的发展。要能满足交通运输本身 的需要，

• （2）安全性。桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要，能够保证

• 其耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。

（3）经济性。在社会主义市场经济体制的今天，经济性是不得不考虑的重 要因素。在能够满足桥梁两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济，是否以 最少的投入获得最好的效果。

• （4）美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优

• 美，要与周围环境相适应。

• （5）环保性。随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对环境保护提

• 出了更高的要求，在建筑领域，一个工程的建设不能以牺牲环境作代价，在保 证顺利施工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。应根 据上述原则，对桥梁作出综合评估：

2.2.2方案一：预应力混凝土简支空心板桥

梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水 平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工 的方法日趋完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：

• （a）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；

• （b）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；

• （c）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；

• （d）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；

  • （e）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；

• （f）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全

• 部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的 能力；

• （g）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最

• 有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一 步扩大了装配式结构的应用范围。

简支梁：

目前我国道路桥梁结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明 确，因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单 化；但其梁高较大，景观稍差，但是计算比较简单成熟，需要设置伸缩缝其行 车条件不如连续梁。

2.2.3方案二：预应力钢筋混凝土连续T梁桥

连续T梁结构可以有效减少材料的用量，节省工程数量，并改善景观，其结 构刚度大，T形梁可在承受与板相同的弯矩的同时还可以有效地减少自身重力从 而增加了跨越能力，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒 适，后期的维修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平 整、线路流畅，将给城市争色不少。但连续T梁在预制过程中模板较繁琐，且其 对场地运输的要求较高需要有支护措施，对基础沉降要求严格，特别是由于联 长较大，梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。

2.2.4方案三：预应力钢筋混凝土连续箱梁桥

箱梁除了具有板桥以及T形梁桥所具有的有以外，最大的优点是抗扭能力 大，其抗扭惯性矩较相应T梁截面要大很多，因此在横向偏心荷载作用下，箱梁 桥的受力要比T梁均匀得多。且其承受正负弯矩的能力基本相等，适宜做成连续 结构，箱梁还可以做成薄壁结构，变高截面，适合于更大的跨径，在预施应 力、运输、安装阶段单梁的稳定性要比T梁好得多。然而，箱梁薄壁构件在预制 施工阶段比较复杂，质量也比较大，造价较高。所以在比较长的跨径时可以考 虑选用这种桥梁形式。

2.2.5 方案比选结论

	方案比	选表	表2-1
	方案一	方案二	方案三
方案桥型名称	预应力混凝土简支空	预应力混凝土连续T	预应力混凝土连续

		心板桥	梁桥	箱梁桥
1	跨径布置（m）	7×20	5×30	3×50
				续表2-1
2	截面形式	空心板截面	T形梁截面	变截面单箱单室箱 形截面
		集中预制，质量便于 控制运输安装方便， 施工快速方便，高度	工艺要求较严格，需 要的施工设备少，技 术先进，占用施工场	制作工艺较复杂， 施工技术要求严
3	工艺技术要求	机械化，施工作业周 期进行，需一整套机 械动力设备，施工速 度快，占用场地少。	地少，施工中利用临 时墩，采用先简支后 连续的方法有，体系 转换	格，所用机械设备 较多，需要严格预 制和安装的质量
4	上部结构施工方 法	先简支安装，后桥面 连续	先简支后连续法	先简支后连续法
		桩柱盖梁，U型扩基	桩柱盖梁，U型扩基	轻型薄壁桥墩，孔
5	下部结构	桥台，钻孔灌注桩基 础	桥台，钻孔灌注桩基 础	灌注桩基础，U型 扩基桥台
6	使用效果	受力简单，建筑高度 较低，美观，自重 小，但桥面主梁交接 处容易发生损害，后 期维护较多	属超静定结构，有可 靠的强度、刚度、及 抗裂性能，伸缩缝 小，行车舒适，易养 护	属超静定结构抗扭 刚度大，受力性能 好，行车舒适，易 养护。
7	工程造价	高	较高	非常高
8	工期	较短	长	较长

综合考虑结果本设计采用简支板梁桥桥面连续结构

3 上部结构计算

3.1 设计资料主要技术指标

3.1.1 设计荷载

公路一Ⅱ级：

人群荷载：

3.1.2 桥面跨径及净宽

标准跨径：根据该桥的桥下净空及造价的因素，选取标准跨径20m。

桥梁全长：考虑到预制梁安装需要和伸缩缝的设置，留4cm伸缩缝，预制梁

长19.96m。

计算跨径：19.6m

桥面宽度：净-7米，人行道宽0.75米

3.1.3 主要材料

混凝土：主梁采用装配式预应力混凝土结构，混凝土用C50，人行道、栏杆 混凝土采用C30，企口缝采用细石混凝土C30；桥面铺装采用C30的沥青混凝土； 预应力钢筋：钢绞线， ，弹性模量 。

锚具：采用与钢绞线配套的XM锚具。

钢筋：直径大于或等于12mm时采用HRB335钢筋；直径小于12mm时采用

HPB335钢筋。

泄水管：φ12铸铁管。

板式橡胶支座：采用氯丁橡胶支座，最大温差为45℃，尺寸根据计算确

定。

钢板：锚具垫板采用Q235钢钢板，伸缩缝处45号铸钢。

3.1.4 施工工艺

采用预制装配式施工工艺

3.1.5 计算方法及理论

• (1) 支座处荷载横向分布系数计算：用杠杆原理法。

• (2) 跨中荷载横向分布系数计算：用铰接板法.

• 3.1.6 设计依据

• 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ D63-2007）

• 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

• 《公路钢筋混凝上及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

• 《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD6l-2005）

• 3.2 构造布置及尺寸

• （1）桥梁横断面：施工方法采用先预制，再吊装。板间采用企口缝混凝土

• 湿接。板厚85cm，预制板宽100cm，全桥横桥向由8块预制板拼装而成，每块预 制板中有直径为50cm的空洞，见图3-1.

  • （2）桥面铺装：采用厚度为8cm混凝土垫层，6cm沥青混凝土。

• （3）桥面采用连续桥面，偏于安全地未计入行车道板的承载力中，采用钢

• 板伸缩缝，钢板通过预埋锚筋锚固在桥面板或桥台上。

• （4）泄水管采用12mm的铸铁管，每两跨设一泄水孔，且在全桥两侧堆成布

• 置。其纵向间距根据当地降水资料另行计算。

图3-1 桥梁横断面

图3-2 预制中板

图3-3 预制边板

图3-4 成桥阶段的截面