人民中桥一阶段施工图设计
第一部分 桥梁计算
第一章 方案比选
（一）设计资料
公路Ⅱ级，人群3.0kN/㎡N
桥面宽度：净—7.5m+2×1.5m人行道,2×0.5m防撞墙
表层为2-3m不等厚强风化泥岩，下为中分化泥岩，可作为基础的持力层，容许承载力为1.0MPa 桥位处为干沟，常年无水 桥面纵坡：0.5%
桥面采用沥青混凝土桥面铺装，厚6cm。防水层，C40水泥混凝土，厚度为15cm~8cm。混凝土桥面设双向横坡，坡度为1.5%。为了排除桥面积水，桥面设置预制混凝土集水井和θ10cm铸铁泄水管，每20m设置一处。
方案一：技术工艺成熟，施工场地广泛采用工业化施工，可预制生产，现代化起重设备安装，降低劳动强度，缩短工期，占用的施工场地少。建筑高度和重量都较小。施工周期短。广泛应用于桥梁建设中，但是需要设置多个桥墩，常用于地质情况较优良处。
方案二：技术工艺先进，工艺要求严格，采用挂蓝施工，施工难度大，成本高。挂蓝需令置一套设备。施工速度较慢，不利缩短工期，需要的劳动资源较多。投资成本高，基础要求也大。
因为本工程基础为泥岩，基础好，采用大跨径就会造成资源的浪费；并且大跨径的桥梁影响施工进度，本工程为二级公路，对桥型要求较低，因此20m预应力混凝土空心板为一个较好的桥型。
本设计在对桥型进行选择的时候，还考虑地形、地质条件良好，桥位处为干沟常年无水的有利条件，适合于多跨径的桥梁。
综上所述，采用编制方案（一），即20m预应力混凝土简支梁桥为推荐方案（实施方案）。
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（二）方案比选
方案一：3跨20m预应力钢筋混凝土简支空心板（详细见方案图） 1、方案简介
本方案为钢筋混凝土简支空心板桥。全桥分3跨，每跨均采用标准跨径20m。。桥墩为桩基桥墩，桥台为埋置式桥台。桥墩直径为120cm，桩基直径为150cm。 2、尺寸拟定
本桥拟用空心板，净跨径为19.96m。空心板中板底宽为129cm，高为120cm，由9块预应力空心板组成。
方案二：两跨50米预应力混凝土T形钢构桥（详细见方案图） 1、方案简介
本方案为预应力T形钢构桥。全桥分两跨，单跨跨径25m。桥墩为扩大式墩基础，桥台为U型桥台 2、尺寸拟定
本桥拟用箱梁，桥面行车道宽7.5m，两边各设1.5m栏杆，0.5m的栏杆，箱中部高为450cm，两侧主梁高为250cm，底宽为550cm，内置空心高度均为220cm。
（三）技术经济比较和最优方案的选定
对编制方案：
第二章 预应力混凝土空心板计算
一、设计标准
1、跨径：标准跨径 LK=20.00m；
计算跨径L=19.20m。
2、桥面净空：15m+7.5m+1.5m，栏杆均为0.5m。
3、材料：预应力钢筋：Φj15.24(7θ5)低松弛钢绞线，弹性模量E=1.95×10MPa；
非预应力钢筋采用HRB335，R235； 空心板块混凝土采用C50； 绞缝为C50细集料混凝土； 桥面铺装采用沥青混凝土；
栏杆及混凝土铺装采用C40混凝土。
二、构造形式及尺寸选定
本桥净空为1.5m+7.5m+1.5m，全桥宽采用9块C50的预制预应力混凝土空心板，其中7块中板每块空心板宽129cm，高120cm；2块边板每块空心板宽119.5cm，高120cm，空心板全长19.96m。采用先张法施工工艺，预应力钢筋采用1×7股钢绞线，直径15.20mm，截面面积为140mm2；fpk=1860MPa，fpd=1260MPa。弹性模量：EP=1.95×10MPa。预应力钢绞线沿板跨长直线布置。C50混凝土空心板的fck=32.4MPa，fcd=2.65MPa； ftk=22.4MPa，ftd=1.83MPa。全桥空心板横断面布置如图1-1，每块空心板截面及构造尺寸见图1-2。
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三、空心板毛截面几何特性计算 （一）毛截面面积A（参见图1-2）
A=14145-8152=5993 cm2
（二）空心板毛截面对其重心轴的惯矩I
I=11.2926×106cm4
空心板截面的抗扭刚度可简化为图1-3的单箱截面来近似计算
抗扭刚度：
(t2) (t3) (t3) (t1) 4b2h264 I??18.93?10cmT图1-3 计算IT的空心板截面简化图2h11
?b?(?)（尺寸单位：cmt3t1） t2
其中，b=130-21=109；h=120-11/2-13/2=108；t1=11；t2=13；t`3=21 四、作用效应计算 （一）永久作用效应计算
1、空心板自重（第一阶段结构自重）g1
g1?A???5993?10?4?25?14.983(kN/m)
2、桥面系自重（第二阶段结构自重）g2
人行道及防撞墙重力单侧：10.928+11.7821＝22.71kN/m) 桥面铺装：每延米自重：0.175×7.5×23＝30.19(kN/m)
g2?22.71?2?30.19?8.40kN/m
93、绞缝自重（第二阶段结构自重）g3
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g3?2.65?25?3.313kN/m 20由此得空心板每延米总重力g为：
gⅠ=g1=14.983(kN/m) （第一阶段结构自重）
图1-2 空心板中板截面
gⅡ=g2+g3=8.40+3.313=11.714(kN/m) （第二阶段结构自重） 1-2求出横向分布影响线，并按横向最不利位置布载，求得两车道情况下的各板横向分布系数。由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号至5号板的横向影响线坐标值。
g??g?g?g?14.983?11.714?26.70kN/m
iⅠⅡ由此可计算出简支空心板永久作用（自重）效应，计算结果见表1-1。
永久作用效应汇总表 表1-1
项目 作用gi 计算跨径 作用效应M(KN·m) 作用效应V(KN) 作用种类 (KN/m) l(m) 跨中(1gl218) 跨(332gl2) 支点(1gl) 1424跨(14gl) 跨中 gⅠ 14.983 19.2 690.4 517.8 143.8 71.9 0 gⅡ 11.714 19.2 540.979 404.836 112.454 56.227 0 g= gⅠ+ gⅡ 26.70 19.2 1230.336 922.752 256.32 128.16 0 （二）可变作用效应计算 汽车荷载采用公路Ⅱ荷载，它由车道荷载和车辆荷载组成。《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。由公路Ⅱ荷载由qk=7.875(KN/m)的均布荷载和Pk=180(KN)的集中荷载两部分组成。
而计算剪力效应时，均布荷载qk=37.5(KN/m)。 1、汽车荷载横向分布系数计算
空心板跨中和l/4处的荷载横向分布系数按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算。支点至l/4点之间的荷载横向分布系数按直线内插求得。 （1）跨中及l/4处的荷载横向分布系数计算
首先计算空心板的刚度参数γ：
??π2EIb2Ib4GI()?5.8()2
TlITl由前面计算：
I=11.2926×106 cm4 IT=18.93×106 cm4 b=130cm l=19.2m
计算刚度参数：
Ib6??5.8I()2?5.8?11.2926?1018.93?106?（130）2＝0.01586
TL1920求得刚度参数后，即可按其查铰接板桥荷载横向分布影响线表，由γ＝0.01及γ＝0.02内插得到γ＝0.01586时1号至5号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值，计算结果列于表1-2中。由表
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各板荷载横向分布影响线坐标值表 表1-2
板号 单位荷载作用梁板号(i号板中心线) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0.212 0.178 0.140 0.111 0.088 0.072 0.059 0.051 0.046 2 0.178 0.174 0.149 0.118 0.094 0.076 0.063 0.054 0.048 3 0.140 0.149 0.152 0.132 0.105 0.085 0.070 0.061 0.054 4 0.111 0.118 0.132 0.139 0.124 0.100 0.083 0.070 0.063 5 0.088 0.094 0.105 0.124 0.134 0.121 0.100 0.085 0.076 各板横向分布系数计算如下）： 1号板：
m汽?12??i汽＝12（0.057?0.074?0.091?0.126?0.16?0.209）＝0.3585 m人＝??i人＝0.043
2号板：
m汽?12??i汽＝12（0.061?0.078?0.097?0.134?0.162?0.178）＝0.355 m人＝??i人＝0.046
3号板：
m汽?12??i汽＝12（0.068?0.088?0.109?0.142?0.15?0.141）＝0.349 m人＝??i人＝0.051
4号板：
m1汽?2??i汽＝12（0.08?0.103?0.126?0.135?0.125?0.112）＝0.341 m人＝??i人＝0.032
5号板：
m汽?12??i汽＝12（0.096?0.123?0.133?0.114?0.099?0.89）＝0.327 m人＝??i人＝0.072
各板横向分布系数计算结果汇总于表1-3。
各板横向分布系数汇总表 表1-3 横向分布系数 1 2 3 4 5 m3汽 0.3585 0.355 0.349 0.341 0.327 m人 0.043 0.046 0.051 0.032 0.072 2）车道荷载作用于支点处的横向分布系数计算 支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算，如图1-5：
（ 由《公预规》查得C50混凝土弹性模量E=3.45×104MPa，代入公式得：
πf?22lEIcπ?2mc2lEIcπ3.45?104?106?11292.6?10?5???5.3791(HZ) 23G/g2?19.2029.375?10/9.81则：
??0.1767ln5.3791?0.157?0.2973
图 1-5 支点处荷载横向分布影响线及最不利布载图
三行汽车：m汽=1/2×1.0=0.5 人群荷载：m人＝0
（3）支点到l/4处的荷载横向分布系数
按直线内插求得。
空心板的荷载横向分布系数汇总于表1-4。
空心板的荷载横向分布系数 表1-4 作用位置 作用种类 汽车荷载 人群荷载 跨中至l/4处 0.359 0.072 支点 0.500 0 1???1.2973
3、可变作用效应计算 （1）车道荷载效应
计算车道荷载引起的空心板跨中及l/4截面的效应（弯矩和剪力）时，均布荷载qk应满布于使空心板最不利的同号影响线上，集中荷载Pk(或Pk’)只作用于影响线中的一个最大影响线峰值处，见图1-6。
2、汽车荷载冲击系数计算 《桥规》规定汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数μ。μ按结构基频f的不同而不同，对于简支板桥：
f?π2l2EIc mcf?1.5HZ1.5HZ?f?14HZ
f?14HZ
?0.05????0.1767lnf?0.157?0.45?式中：l——结构计算跨径（m）； E——结构材料弹性模量（N/m2）； Ic——结构跨中截面截面惯矩（m4）；
mc——结构跨中处的单位长度质量（kg/m，当换算为重力单位时为Ns2/m2），mc=G/g； G——结构跨中处每延米结构重力（N/m）； g——重力加速度，g=9.81m/s2。 由前面计算，
G=23.981k N/m =23.981×103N/m l=19.2m
Ic=11292.6×10-5m4
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①跨中截面
弯矩：M汽＝?m(qk?k?Pkyk)(不计入冲击时)
M汽＝(1??)?m(qk?k?Pkyk)(计入冲击时)
不计冲击系数：
M汽=1.0×0.359×(7.785×46.08+177.6×4.8)=434.825(KN/m) 计入冲击系数：
M汽=1.2637×434.825=549.489(KN/m)
剪力：V汽＝?m(qk?k?Pk'yk)(不计入冲击时)
V汽＝(1??)?m(qk?k?Pk'yk)(计入冲击时)
不计冲击系数：
V汽=1.0×0.359×(7.875×2.4+213.12×0.5)=45.04（KN) 计入冲击系数：
V汽=1.2637×45.04=56.917(KN) ②l/4截面 弯矩：
不计冲击系数：
M汽=1.0×0.359×(7.875×34.56+177.6×3.6)=327.236(KN/m) 计入冲击系数：
M汽=1.2637×327.236=413.529(KN/m) 剪力：
不计冲击系数：
V汽=1.0×0.359×(7.875×5.4+213.12×0.75)=72.67 (KN) 计入冲击系数：
V汽=1.2637×72.67=91.833 (KN) ③支点截面剪力
计算支点截面由于车道荷载产生的效应时，考虑横向分布系数沿空心板跨长的变化，同样均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处，见图1-7。
qk
q人
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汽车荷载采用公路Ⅱ荷载，它由车道荷载和车辆荷载组成。《桥规》规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。由公路Ⅱ荷载由qk=7.875(KN/m)的均布荷载和Pk=177.6(KN)的集中荷载两部分组成。
而计算剪力效应时，Pk=213.12(KN)。
图1-7 支点截面剪力计算简图