桥梁上部结构总体设计

1 桥梁上部结构总体设计

1.1 方案比选

初拟在安徽地区新建一条二级公路来满足当地居民的生产、生活需要，并带动当地经济的发展。由于线型的要求，路线需跨越池河，本设计即通过各种方案比选后确定该桥的桥位、桥跨孔径、桥道标高、桥型等一系列技术指标，并进行桥梁的结构设计、施工设计以及概预算编制等工作。

1.1.1 工程概述 1> 地形地貌

路线所经区域北部以淮河为界，分为淮北平原与江淮丘陵，南部为滁河与长江冲击平原，标高在4.4～13.9m之间。由走向北东主干脊岭中嘉山、老嘉山、岱山和北将军山组成江淮分水岭，标高在300m左右，为低山丘陵区。

2> 区域气象

路线所经区域由南向北为季风亚热带湿润气候至季风温暖半湿润气候。年平均气温在12.9℃～17℃之间，年平均降雨量878.5～1027mm，旱年最小降雨量576.2mm，丰年最大降雨量在1621.3mm，一年内降雨多集中在6～9月份，年平均蒸发量为1121mm，相对湿度为75%，全年无霜期213～230天。

3> 水系

本区水系以老嘉山为界，以北为淮河水系，以南为长江水系，北部地区的地表水体属淮河水系。路线穿越的池河、北淝河为其一级支流。池河注入洪泽湖，北淝河注入淮河。各河流随季节变化，7～9月份为丰水期，12月至次年2月为枯水期。南部地区河流除流经三界、管店的南沙河属淮河水系外，其余河流均属长江水系。

4> 确定桥址

该桥属于新建二级公路上的一个构造物，它的选址、选型等工作必须服从服务于公路的走向、线型等要求，还要考虑到工程量、造价等因素所占整个工程的比例。

由于该工程项目投资款项的筹集比较紧张，所以在进行方案比选的过程中造价就成了一个比较重要的控制指标。

为了降低造价，方便施工，在路线过河的时候应尽量选择在地势平坦、河床地质良好、河流狭窄、河滩较窄较高岔流少的河段，这样可缩短桥长，减少工程数量，所选定的桥位横断面图如图所示：

由于河床自然坡度很缓，水位较低，流量也不大，冲刷较小，而且对于非通航河流的桥下净空要求相对较低：梁底高出计算水位0.50m，高出最高流冰面0.75m。为了降低造价，在满足桥下净空的前提下，应尽可能的降

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低桥道标高、缩短桥梁长度。暂定梁底距计算水位0.7m，双向纵坡分别为：i1=0.34％，i2=0.31%

考虑到诸方面因素，暂拟定桥梁跨径为35m，主桥为35×11＝385m，两边引桥长35×2＝70m，所以桥梁全长为：35×2＋35×11＋35×2＝525m（详见桥位横断面图所示）

1.1.2 桥型设计方案比选 1> 设计依据

<1>路线走向及线型设计

<2>新建桥纵断面图及桥址河床断面图 2> 技术标准

<1>路线道路等级：一般公路二级； <2>设计行车速度：80km/h； <3>桥面总宽：11.5m，其中车行道2×3.75m，人行道2×1.0m，栏杆2×0.25； <4>车辆荷载标准：汽车-20级，挂车-100，人群荷载3.0kN/m2； <5>桥上纵坡、平竖曲线半径等按《公路路线设计规范》（JTJ011-94）及路面标高等综合考虑；

<6>设计洪水频率：百年一遇。 3> 采用规范

<1>《公路路线设计规范》（JTJ011-94）

<2>《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）<3>《公路桥涵地基及基础设计规范》（JTJ024-85） 4> 构思宗旨

<1>与路线衔接顺适，满足线型及车辆行驶要求；

<2>满足经济、实用的原则，所选桥型既能满足造价适宜，又可满足受力等方各面技术指标，而且还要便于施工，尽可能的缩短工期；

<3>满足桥位处河流的泄洪能力，尽量减少对过水断面的挤压所造成的对桥梁墩台的不利冲刷；

<4>与周围自然景观协调自然。 5> 比选方案

第一方案：预应力钢筋混凝土T形梁 <1>孔径布置为 35×2（左引桥）＋35×11（主桥）＋35×2（右引桥），全长525 m，最高水位距梁底距离0.70m，满足桥下净空的要求。

<2>结构构造

全桥采用预应力钢筋混凝土T形梁，高跨比在1/15～1/16之间，取主梁高度2.3m，主梁间距2.1m；为了便于预应力钢束的布置，降主梁肋板下端做成马蹄加宽；为了节省混凝土用量、减轻主梁自重，将横隔梁设成洞开式。

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第二方案：预应力钢筋混凝土连续箱梁 <1>孔径布置为 35×2（左引桥）＋35×11（主桥）＋35×2（右引桥），全长525 m，最高水位距梁底距离0.70m，满足桥下净空的要求。

<2>结构构造

全桥采用预应力钢筋混凝土组合箱梁，按单箱单室截面设计，横桥向按4片预制箱梁布置。为减小下部结构的工程数量，采用斜腹式，高跨比在1/20～1/21之间，取梁高1.70m，主梁间距3.1m，腹板厚度16cm，宽度取1.3m；仅在梁端、跨中设横隔梁（主梁间为横隔梁，箱室内为横隔板）并沿跨度方向等间距设5片中横隔板，为减轻吊装重量和为施工人员穿行提供方便，横隔板中间留孔。

6> 方案点评

根据设计构思宗旨，桥型方案应满足实用、经济、结构尺寸和构造上的要求，施工方便，与周围景观相协调等原则，以上两个方案基本都能满足。

从受力情况上看：简支T形梁属于静定结构，只有正弯矩，受力情况简单；而箱梁则属于多次超静定结构，支座处既有正弯矩，又有负弯矩，从而使得梁跨中截面的弯矩大为减少。实际上，对于相同跨径的简支梁和连续箱梁，箱梁的跨中弯矩要小的多，从而能够大大降低梁体自重以及预应力钢束的用量。

从施工难度上看：简支T梁结构简单，预制施工及吊装都十分方便，各方面技术水平都比较成熟；而箱梁由于构造复杂，给预制施工带来一定的不便，受各方面因素的影响，施工进度比较缓慢。

经过多方面的比选，决定选用各方面技术水平都比较成熟的桥型即：预应力钢筋混凝土T形梁。

1.2 设计资料及构造布置

1.2.1 设计资料 1> 桥梁跨径及净宽

标准跨径：35m（墩中心距离）； 主梁全长：34.96m； 计算跨径：34.0m； 桥面净空：净-9附2×1m人行道（细部尺寸详见图1-1） 2> 设计荷载

汽车-20；挂车-100；人群荷载3kN/m2； 3> 材料及工艺

混凝土：主梁用50号，人行道、栏杆及桥面铺装用30号；

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预应力钢筋采用ASTM270级?j15.24低松弛钢绞线，每束6根； 普通钢筋：直径大于和等于12mm的采用16Mn钢或Ⅱ级热轧螺纹钢筋；直径小于12mm的均用Ⅰ级热轧光圆钢筋；

钢板：锚头下支承垫板、支座垫板等均采用普通A3碳素钢；

锚具：按后张法施工工艺制作主梁，采用直径70mm的波纹预埋管和OVM锚。

4> 设计依据

交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）简称《桥规》； 交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）简称《公预规》；

5> 基本计算数据（见表1-1）

表1-1 基本计算数据表 名称 项目 符号 立方强度 R 弹性模量 Eh b轴心抗压标准强度 Ra b抗拉标准强度 Rl b轴心抗压设计强度 Ra b抗拉设计强度 Rl 极限压应力 0.75Rab? 预施应力阶段 极限拉应力 0.70Rlb? b极限压应力 0.5Ra荷载组合Ⅰ 极限主压应力 0.8Rlb 使用荷 极限主拉应力 0.6Rab 载作用 b极限压应力 0.6Ra阶段 荷载组合Ⅲ 极限主压应力 0.9Rlb 极限主拉应力 0.65Rab 标准强度 b Ry 混 凝 土 单位 MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa MPa 数据 50 350000 35 3.00 28.5 2.45 21.0 1.82 17.5 2.4 21 21 2.7 22.75 1860 190000 1488 1395 1209 1302 25.0 24.0 78.5 ?J15.24 钢绞线 弹性模量 抗拉设计强度 最大控制应力 荷载组合Ⅰ 使用荷载作用 阶段极限应力 荷载组合Ⅲ 钢筋混凝土 混凝土 钢绞线 Ey Ry 材料 容重 MPa b MPa 0.75Ryb MPa 0.65Ryb MPa 0.70Ryγ1 kN/m3 γ2 kN/m3 γ3 kN/m3 1.2.2 横截面布置 1> 主梁间距与主梁片数

主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板时对提高主梁截面效率指标ρ很有效，故在许可条件下，应适当加宽T梁翼

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