桥梁工程毕业设计模板

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目录第Ⅰ章方案比选………………………………………………………………5第Ⅱ章桥梁方案说明…………………………………………………………6第Ⅲ章桥梁结构设计及计算…………………………………………………9第一部分桥跨结构与支座一、构造形式及尺寸拟定…………………………………………………….9二、毛截面几何特性计算……………………………………………………10三、作用效应计算……………………………………………………………121.永久作用效应计算…….………………………………………………..122.可变作用效应计算……………………………………………………...123.作用效应组合…………………………………………………………...18四、预应力钢筋数量估算及布置…..………………………………………..211.预应力钢筋数量的估算…..………………………………………...…..212.预应力钢筋束的布置…..……………………………………………….233.普通钢筋数量估算及布置…..………………………………………….23五、换算截面几何特性计算…..………………………………………..........26六、承载能力极限状态计算…..……………………………………………..281.跨中截面正截面抗弯承载力计算……………………………………...282.斜截面抗剪承载力计算…………………………………………….…..29七、预应力损失计算…..……………………………………………………..34八、正常使用状态极限状态验算……………………………………………401.正截面抗裂性验算……………………………………………………...402.斜截面抗裂性验算……………………………………………………...44九、变形计算…………………………………………………………………51十、持久状态应力验算………………………………………………………54十一、短暂状态应力验算……………………………………………………59十二、最小配筋率复合………………………………………………………64十三、铰缝计算………………………………………………………………66十四、预制空心板吊环计算…………………………………………………68十五、支座计算………………………………………………………………69第二部分桥墩及钻孔桩基础一、桥墩尺寸拟定……………………………………………………………72二、盖梁计算…………………………………………………………………24三、桥墩墩柱设计……………………………………………………………85四、钻孔桩计算………………………………………………………………89专业英文文献翻译结束语主要参考文献（仅做参考） 第Ⅰ章.方案比选先拟用两种形式桥梁，具体比较如下表所示：经济技术评价及综合比较：该桥梁位于苏州市郊，跨径不大，无通航要求，对建筑高度要求不高。长三角地区交通发达，原材料运输便捷。所需承担荷载无特殊性，抗震要求低。简支空心板桥（第三方案）构造简单，工艺不复杂，施工方便，造价较低，实用性强。虽结构稳定性略低于前两方案，但能够完全满足实际要求。从经济和实用性兼顾施工复杂程度方面，考虑选用第三方案。 第Ⅱ章.桥梁方案说明桥型采用预应力简支板梁桥。主梁的静力学体系为简支结构，主梁横截面构造为空心板式。总体布置根据设计资料，由于该桥梁位于主干道上，且设计荷载为公路Ⅰ级，故拟建成为全封闭式一级公路桥。1.桥梁纵断面设计由河面宽度及深度，采用不等跨桥跨结构，全桥分三孔，每孔跨径分别为8+13+8米标准跨径。桥道标高约为4.9m。桥上纵坡为定2%，桥头引道纵坡为3%。基础的埋置深度13m左右。2.桥梁横断面设计封闭式一级公路，不设人行道及非机动车道。为与公路衔接平顺，采用分幅式结构。分为两幅，分别与两个方向行驶车道连接。每幅宽为净—9m，其中车道宽占2×3.75m，两侧路缘带为2×0.25m，两侧防撞护栏为2×0.5m，见图0-3。3.平面布置全桥梁线形为直线，与一级公路衔接。桥梁与河道正交，见图0-2。纵断面示意图0-1平面示意图0-2 横断面图0-3下部构造及地基处理采用柱式桥墩桥台。由于地下土层的地质情况较差，故可选用钻孔灌注桩作为基础。盖梁、桥墩和钻孔桩选型参见图2-17。桥面构造桥面横坡为每幅1.5%，将其设在盖梁顶；桥面铺装采用厚度10cm的沥青混凝土；由于跨径和宽度都不大，桥面设置流水槽实行自然排水；桥跨连接处采用橡胶式伸缩缝（氯丁橡胶）。在单幅桥面两侧路缘带外侧设置防撞护栏，其的形式及细部尺寸如下图0-4所示。防撞护栏采用C25混凝土，估算其截面积为：取图0-4主梁采用企口混凝土铰连接，铰缝处填装C30细集料混凝土。在主梁靠近铰缝一侧插入R235铰接钢筋，在施工过程中进行焊接连接，以保证主梁的横向连接牢靠。详细计算过程参见计算书。安全 根据《公路桥涵设计通用规范》（下面简称《桥规》）规定，一级公路桥涵、小桥安全等级采用二级，=1.0;地震设防烈度为7度，无须做抗震设计。计算说明及资料汇总由于该桥分双幅，且左右对称，计算书中主要对其中一个单幅桥结构进行计算，另一幅桥结构计算雷同。桥跨结构计算以13米主梁为例，8米主梁的计算可参照类似进行。全桥设计资料汇总：㈠、上部结构1.跨径：标准跨径=13.00m,计算跨径=12.6m。2.桥面净空：0.5m+0.25m+2×3.75m+0.25m+0.5m=9.0m(单幅)3.设计荷载：公路—Ⅰ级。4.安全等级：=1.05.材料：预应力钢筋采用钢绞线，直径15.2mm；非预应力钢筋采用HRB335，R235；空心板块混凝土采用C40；铰缝为C30细集料混凝土；桥面铺装采用C30沥青混凝土；防撞护栏为C25混凝土。㈡、下部结构1.设计标准及上部构造设计荷载：公路—Ⅰ级；桥面净空：净——0.5m+0.25m+2×3.75m+0.25m+0.5m=9.0m(单幅);标准跨径：=13m,梁长12.96m；上部构造：钢筋混凝土简支板桥。2.水文地质条件冲刷深度：拟2.5m；地质条件：以软塑黏性土为例。3.材料钢筋：盖梁主筋用HRB335钢筋；混凝土：盖梁、墩柱用C30，系梁及钻孔灌注桩用C25。 Ⅳ.桥梁结构设计及计算配筋第一部分：桥跨结构与支座一、构造形式及尺寸选定桥面单幅净空为:0.5m+0.25m+2×3.75m+0.25m+0.5m。全桥宽采用18块C40的预制预应力混凝土空心板，每块空心板宽99cm,高62cm，空心板全长12.96m。采用先张法施工工艺，预应力钢筋采用1×7股钢铰线，直径15.2mm，截面面积，=1860MPa,=1260MPa，=MPa。预应力钢铰线沿板跨长直线布置。C40混凝土空心板的=26.8MPa，=18.4MPa，=2.4MPa，=1.65MPa。全桥空心板截面布置如图1-1，每块空心板截面及构造尺寸见图1-2。图1-1图1-2 二、毛截面几何特性计算㈠毛截面面积（参见图1-2）㈡毛截面重心位置全截面对1/2板高处的静距：铰缝的面积：毛截面重心离板高处的距离为：（向下移）铰缝重心对板高处的距离为：㈢空心板毛截面对其重心轴的惯矩:每个挖空的半圆面积为：半圆重心轴：半圆对其自身重心轴O-O的惯性矩为 由此得空心板毛截面对重心轴的惯矩(忽略了铰缝对自身重心轴的惯矩)空心板截面的抗扭刚度可简化为图1-4的单箱截面来近似计算：图1-3（单位：厘米）图1-4（单位：厘米）三、作用效应计算㈠永久作用效应计算 1.空心板自重（第一阶段结构自重）2.桥面自重（第二阶段结构自重）防撞护栏自重（单幅）：桥面铺装用等厚度10cm的沥青混凝土，全桥宽铺装层每延米重为：上述自重效应是在各空心板形成整体后，在加至板桥上的，精确地说由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应是不相同的，为计算方便近似按格板平均分担来考虑，则每块空心快分摊到每延米桥面系重力为3.铰隙自重（第二阶段结构自重）由此得空心板的每延米总重为由以计算出简支空心板永久作用（自重）效应，计算结果见下表1-1。㈡可变作用效应计算汽车荷载采用公路I级荷载，它由车道荷载及车辆荷载组成。《桥规》4.3.1规定，汽车荷载由车和车辆荷载组成。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。桥梁结构的整体计算采用车道荷载；桥梁结构的局部加载。 公路I级车道荷载均布荷载标准值为=10.5kN/m集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于或等于5m时，PK=180kN;桥梁计算跨径等于或者大于50m时，Pk=360kN;桥梁计算跨径在5m~50m之间时，Pk值采用直线内插求得。本桥单跨计算跨径为12.6m，则集中荷载标准值为计算剪力效应时，集中荷载标准值应乘以1.2的系数，即计算剪力时。按《桥规》规定车道荷载的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重大影响线峰值处。考虑多车道折减，每幅桥面设双车道，按《桥规》双车道折减系数ξ=1.0。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发计算，支点处按杠杆原理计算。支点至l/4点之间的荷载横向分布系数按直线内插求得。⑴跨中及l/4处的荷载横向分布系数计算先计算空心板的刚度参数：由前面计算：将以上数据代入得： 按《公路桥涵设计手册—梁桥（上册）》，第一篇附录（二）中9块板的铰接板荷载横向分布影响线表,由内插可得时，1至9号板在车道荷载作用下的荷载横向分布影响线值。计算结果列于下表1-2：由上表1-2画出各板的横向分布影响线，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，各板的横向分布影响线及横向最不利布见下图1-5。由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算1号至5号板的横向分布影响线坐标值。各板荷载横向分布系数计算如下：1号板：两行汽车2号板：两行汽车3号板：两行汽车 4号板：两行汽车5号板：两行汽车各板横向分布系数计算结果汇总于表1-3。由表1-3可以看出，1号、2号、8号、9号板的横向分布系数最大，最不利。为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格，则跨中和l/4处的荷载横向分布系数，偏安全的取1号板的⑵车道荷载作用于支点处的荷载横向分布系数计算支点处荷载横向分布系数计算用杠杆原理法计算。由图1-6，则2、8号板的横向分布系数计算如下：图1-6⑶支点到l/4处的荷载横向分布系数计算按直线内插求得。空心板的荷载横向分布系数汇总于表1-4 荷载横向分布沿梁长的变化图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乘以冲击系数。按结构基频f的不同而不同，对于简支板桥当时，；当时，；当时，。式中：l——结构的计算跨径E——结构材料的弹性模量（）IC——结构跨中截面的截面惯矩（）——结构跨中处的单位长度质量（kg/m，当换算成重力单位时为），=G/g；G——结构跨中处每延米结构重力g——重力加速度，g=9.81m/s2由前面计算由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（以下简称《公预规》）查得C40混凝土的弹性模量，代入公式得： 则3.可变作用效应计算⑴车道荷载效应计算车道荷载引起空心板跨中及l/4截面效应（弯矩和剪力）时，均布荷载应满布于使空心板产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载（或）只作用于影响线中最大影响线峰值处，见图1-7。①跨中截面弯矩:(不计冲击时)不计冲击：计入冲击：剪力不计冲击计入冲击②截面弯矩不计冲击计入冲击剪力 不计冲击：计入冲击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足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。参见图1-8。两行车道荷载：不计冲击计入冲击㈢作用效应组合按《桥规》公路桥涵结构设计应按承载力极限状态和正常使用极限状态进行效应组合，并用于不同的计算项目，按承载能力极限状态设计的基本组合表达式为：式中，——结构重要性系数，本桥取1.0； ——承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；——永久作用效应标准值；——汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值；——人群荷载效应的标准值。按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组合：作用短期效应组合表达式式中：——作用短期效应组合设计值——永久作用效应标准值——不计冲击的汽车荷载效应标准值——人群荷载效应的标准值作用长期效应组合表达式：式中：各符号意义同上。《桥规》还规定结构中当需进行弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效应组合，即此时效应组合表达式为式中：——标准值效应组合设计值、、——永久作用效应，汽车荷载效应（计入汽车冲击力）的标准值根据计算得到的作用效应，按《桥规》各种组合表达式可求得个效应组合设计值将计算汇总于表1-6。 四、预应力钢筋数量估算及布置㈠、预应力钢筋数量的估算采用先张法预应力混凝土空心板构造形式。设计时它应满足不同设计状况下规范规定的控制条件要求，例如承载力、抗裂性、裂缝宽度、变形及应力等要求。在这些控制条件中，最重要的是满足结构在正常使用极限状态下的使用性能要求和保证结构在达到承载能力极限状态时具有一定的安全储备。因此，预应力混凝土桥梁设计时，一般情况下，首先根据结构在正常使用极限状态截面抗裂性或裂缝宽度限值确定预应力钢筋的数量，再由构陷的承载能力极限状态要求确定普通钢筋的数量。本梁用部分预应力A类构件设计，首先按正常使用极限状态正截面抗裂性确定有效预加力。按《公预规》6.3.1条，A类预应力混凝土构件正截面抗裂性是控制混凝土的法向拉应力，并符合以下条件。在作用短期效应组合下，应满足要求。式中：——在作用（或荷载）短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力；——构件抗裂验算边缘混凝土的有效预压应力在初步设计时，和可按下列公式近似计算：式中：——构件毛截面面积——构件毛截面惯性矩——构件毛截面重心至计算纤维处的距离——预应力钢筋重心对毛截面重心轴的偏心距，，可以预先假定代入 即可求得满足部分预应力A类构件正截面抗裂性要求所需的有效预应力式中：——混凝土抗拉强度标准值。预应力空心板采用C40，由表1-6可查得：空心板毛截面换算面积：，，假设，则代入得：则所需预应力钢筋截面积为式中：——预应力钢筋的张拉控制应力——全部预应力损失值，按张拉控制应力的20%估算本梁采用股钢铰线作为预应力钢筋，直径，公称截面面积为、、、。按《公预规》规定，现取。预应力损失总和近似假定为20%张拉控制应力来估算，则：采用12根股钢绞线，即钢绞线，则 ，满足要求。㈡预应力钢筋束的布置预应力空心板选用7根1×7股钢铰线布置在空心板下缘，，沿空心板跨长直线布置，即沿跨长保持不变，见图1-9。预应力钢筋布置应满足《公预规》要求，钢铰线净距不小于25mm，端部设置长度不小于150mm的螺旋钢筋。图1-9㈢普通钢筋数量估算及布置在预应力钢筋数量已经确定的情况下，可由正截面承载能力极限状态要求的条件确定普通钢筋数量，暂不考虑在受压区配置预应力钢筋，也暂不考虑普通钢筋的影响，空心板截面可换算成等效工字形截面来考虑：由得把代入，求得，则得等效工字形截面的上翼缘板厚度 等效工字形截面的下翼缘板厚度等效工字形截面的板厚度等效工字型截面尺寸见图1-10。图1-9图1-10估算普通钢筋是，可先假定，则下式可求受压高度,设由《公预规》得知，，标号C40的混凝土，。由表1-6，可知，，代入上式得：整理得：解得：，且说明中和轴在翼缘板内，可用下式求得普通钢筋面积说明按受力计算配置纵向普通钢筋。先按构造要求配置。普通钢筋选用HRB335，， 按《公预规》构造要求，说明按构造要求配置普通钢筋即可满足要求。普通钢筋选择，，显然满足最小配筋率要求。综上计算，配置普通钢筋布置在空心板下缘一排（截面受拉边缘），沿空心板跨长直线布置，钢筋重心至板下缘40mm处，即.混凝土保护层厚度，钢筋间净距：满足要求。 五、换算截面几何特性计算由前面计算已知空心板毛截面的几何特征，毛截面面积，毛截面重心轴到1/2板高的距离是（向下），毛截面对其重心轴惯性矩㈠换算截面面积；；代入得：㈡换算截面重心位置所有钢筋换算截面对毛截面重心的静矩为换算截面重心至空心板毛截面重心的距离为（向下移）换算截面重心至空心板截面下缘的距离为换算截面重心至空心板截面上缘的距离为换算截面重心至预应力钢筋重心的距离为 换算截面重心至普通钢筋重心的距离为㈢换算截面惯性矩㈣换算截面弹性地抵抗矩下缘上缘 六、承载能力极限状态计算㈠跨中截面正截面抗弯承载力计算跨中截面构造尺寸及配筋见图1-9。预应力钢绞线合力作用点到截面底边的距离，普通钢筋截面底边的距离，则预应力钢筋和普通钢筋的合理作用点到截面底边的距离为：采用换算等效工字形截面来计算，参见图1-10，上缘翼板厚度，上缘翼工作宽度，肋宽。首先按公式判断截面类型：所以属于第一类T形截面，应按宽度的矩形截面来换算其抗弯承载力。计算混凝土受压区高度：由得：将代入下列公式计算跨中截面的抗弯承载力 计算结果表明，跨中截面抗弯承载力满足要求。㈡斜截面抗剪承载力计算1.截面抗剪强度上、下限复核选取距支点h/2处截面进行斜截面抗剪承载力计算、截面构造尺寸及配筋。截面尺寸及配筋见图1-9。首先进行抗剪强度上、下限复核，按《公预规》5.2.9条，矩形、T形和I形截面的受弯构件，其抗剪截面应符合：（kN）式中:——验算截面处的剪力组合设计值，由前支点剪力及跨中截面剪力，内插得到距支点处的截面剪力；——剪力组合设计值处的截面有效高度，由于本桥预应力钢筋及普通钢筋都是直线配置有效高度与跨中截面相同，；——边长为150mm混凝土立方体抗压强度标准值，空心板为C40，则；——等效工字形截面的有效宽度；代入上述公式计算结果表明空心板截面尺寸符合要求。按《公预规》第5.2.10条，矩形、T形和I形截面的受弯构件，当符合下列条件可不进行斜截面抗剪承载力的验算，仅需按本规范9.3.13条构造要求配置。式中 为预应力提高系数，允许出现裂缝的预应力混凝土受弯构件。《公预规》5.2.10条板式受弯构件，公式右边计算值可乘以1.25提高系数由于而并对照表1-6中沿跨长各截面的控制剪力组合设计值，在l/4至支点部分区段内应按计算要求配置箍筋，其它区段可按构造要求布置箍筋。为构造方便和便于施工，预应力混凝土空心板不设弯起钢筋，计算剪力全部由混凝土及箍筋承受，则斜截面抗剪承载力计算：式中，各系数值按《公预规》5.2.7条规定取用——异号弯矩影响系数，计算简支梁近边支点梁段的抗剪承载力时，。——预应力提高系数，。——受压翼缘的影响系数，取——等效工字形截面的肋宽，——等效工字形截面的有效宽度，——斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率—箍筋的配筋率，，箍筋选用双股，箍筋间距的计算式为 ，箍筋选用HRB335，则，封闭式。取箍筋间距,并按《公预规》要求，在支座中心向跨径方向长度相当于不小于一倍梁高的范围内，箍筋间距取。配筋率（按《公预规》9.3.13条规定，HRB335钢筋，截面最小配筋率）在组合设计剪力值的部分梁段，即在的部分可只按构造要求配置箍筋，设箍筋仍选用双肢，配筋率取最小配筋率，则由此求得构造配置的箍筋间距取且小于板高。对于箍筋，《公路桥规》还规定，近梁端第一根箍筋应设置在距端面一个混凝土保护层的距离处。经比较和综合考虑，箍筋沿空心板跨长布置如下图1-11。图1-112.斜截面抗剪计算承载力由图1-11，选取以下三个位置，进行空心板斜截面抗剪承载力计算：①距支座中心处截面，②距跨中位置处截面（箍筋间距变化处）③距跨中位置处截面（箍筋间距变化处）计算截面的剪力组合设计值，可按跨中和支点的设计值内插得到，计算结果 列于表1-7：⑴距支点中心处截面，即由于空心板的预应力筋及普通钢筋是直线配筋，故此截面的有效高度取与跨中近似相同，，其等效工字形截面的肋宽是。由于不设弯起斜筋，因此，斜截面抗剪承载力按下式计算：（根据《公预规》5.2.7条）其中，—异号弯矩影响系数，取1.0—预应力提高系数，取1.0—受压翼缘的影响系数，取此处，箍筋间距,,。则代入得：抗剪承载力满足要求。⑵距跨中截面处此处，间距， 斜截面抗剪承载力：斜截面抗剪承载力⑶距跨中截面距离处此处，间距，斜截面抗剪承载力计算表明均满足截面斜截面抗剪承载力要求 七、预应力损失计算本桥预应力钢筋采用直径为的股钢绞线，，控制应力取㈠锚具变形，回缩引起的应力损失（注：由于是先张法，不考虑预应力钢筋与管道壁之间的摩擦）预应力钢铰线的有效长度取为张拉台的长度，设台座L=50m，采用一端张拉夹片式锚具，有顶压时，则：㈡加热养护引起的温差损失先张法预应力混凝土构件，当采用加热方法养护，为了减少温差引起的预应力损失，采用分阶段养护措施，设控制预应力钢绞线与台座之间的最大温差，则：—张拉钢筋时，制造场地的温度（）—混凝土加热养护时，受拉钢筋的最高温度（）㈢预应力混凝土构件，由混凝土弹性压缩引起的预应力损失先张法预应力混凝土构件，放松钢筋时由混凝土弹性压缩引起的预应力损失——预应力钢筋弹性模量与混凝土弹性模量的比值——在计算截面钢筋中心处，由全部钢筋预加力产生的混凝土法向应力，其值为： 其中——预应力钢筋传力锚固时的全部预应力损失值，由《公预规》条，先张法构件传力锚固时的损失为，其中取值由下面计算取值。㈣预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失式中：——张拉系数，一次张拉时，——钢筋松弛系数，低松弛——预应力钢绞线的抗拉强度标准值，——传力锚固时的钢筋应力由《公预规》条，对先张法构件：则由前面计算空心板换算截面面积，，，。则㈤混凝土收缩，徐变引起的预应力损失 式中：——构件受拉区全部纵向钢筋的含筋率————构件截面受拉区全部纵向钢筋截面重心的距离—构件截面回转半径——构件受拉区全部纵向钢筋重心处，由预应力（扣除相应阶段的预应力损失）和结构自重产生的混凝土法向拉应力，其值为——传力锚固时，预应力钢筋的预加力，其值为：————构件受拉区全部纵向钢筋重心至截面重心的距离，由前面计算。——预应力钢筋传力锚固龄期，计算龄期为时的混凝土收缩应变——加载龄期为，计算考虑的龄期为时的徐变系数。 考虑自重的影响，由于收缩徐变持续时间较长，采用全部永久作用，空心板跨中截面全部永久作用弯矩由表1-6查得，在全部钢筋重心处由自重产生的拉应力为：跨中截面：截面：支点截面：则全部纵向钢筋重心处的压应力为：跨中:截面：支点截面：《公预规》6.2.7条规定， 不得不大于传力锚固时混凝土立方体抗压强度的倍，设传力锚固时，混凝土达到C30，则,，设跨中、截面、支点截面全部钢筋重心处的压应力、、，均小于,满足要求。设传力锚固龄期为，计算龄期为混凝土终极值，设桥梁所处环境的大气相对湿度为。由前面计算，空心板毛截面面积，空心板与大气接触的周边长度为，理论厚度：查《公预规》表直线内插得到：把各项数值代入计算式中，得：跨中：截面：支点截面：㈥预应力损失组合传力锚固时第一批损失 传力锚固后预应力损失总和跨中截面：截面：支点截面：各截面的有效预应力：跨中截面：截面：支点截面： 八、正常使用极限状态计算㈠正截面抗裂性验算正截面抗裂性计算是对构件跨中截面混凝土的拉应力进行计算，并满足《公预规》6.3条要求，对于本桥预应力A类构件，应满足两个要求：第一，在作用短期效应组合下，；第二，在荷载长期效应组合下，，即不出现拉应力。式中：——在作用（或荷载）短期效应组合下，构件抗裂验算边缘的混凝土法向拉应力。按作用短期效应组合计算的弯矩值，空心板跨中截面弯矩，由前面计算换算换算截面下缘弹性抵抗距，代入得：。——扣除全部预应力损失后的预加力，在构件抗裂验算边缘产生的预压应力，其值为：、空心板跨中截面下缘的预压应力为 ——在荷载的长期效应组合下，构件抗裂验算边缘产生的混凝土法向拉应力，，由表1-6，跨中截面同样，，代入公式，则得：由此得：符合《公预规》对A类构件的规定。温差应力计算，按《公预规》附录B计算。本桥面铺装厚度为,由《公预规》4.3.10条，，。竖向温度梯度见图1-12，由空心板高为，大于，取。图1-12对于简支板桥，温差应力：正温差应力：式中：——混凝土线膨胀系数，；——混凝土弹性模量，，；——截面内的单位面积； ——单位面积内温差梯度平均值，均以正值代入；——计算应力点至换算截面重心轴的距离，重心轴以上取正值，以下取负值；——换算截面面积和惯性；——单位面积重心至换算截面重心轴的距离，重心轴以上取正值，重心轴以下取负值。列表计算，，，计算见下表，计算结果见表1-8。正温差应力：梁顶： 梁底：预应力钢筋重心处：普通钢筋重心处：预应力钢筋温差应力：普通钢筋温差应力：反温差应力：按《公预规》4.2.10条及经验，反温差为正温差乘以，则得反温差应力梁顶：梁底：预应力钢绞线反温差应力： 普通钢筋反温差应力：以上正值表示压应力，负值表示拉应力设温差频遇系数为0.8，则考虑温差应力，在作用短期效应组合下，梁底总拉应力为：则满足预应力A类构件条件。在长期效应组合下，梁底的总拉应力为：则，符合A类预应力混凝土构件条件。上述计算结果表明，本桥在短期效应组合及长期效应组合下，并考虑温差应力，正截面抗裂性均满足要求。㈡斜截面抗裂性验算部分预应力A类构件斜截面抗裂性验算是以拉应力控制，采用作用的短期效应组合，并考虑温差作用，温差作用效应可利用正截面抗裂计算中温差应力计算及前表1-8、图1-12，并选用支点截面，分别计算支点截面纤维（空洞顶面），纤维（空心板换算截面重心轴），纤维（空洞底面）处主拉应力，对于部分预应力A类构件应满足：式中：——混凝土的抗拉强度标准值，C40，；——由作用短期效应组合预加力引起的混凝土主拉应力，并考虑温度作用先计算温差应力，由表1-8和图1-12。1.正温差应力 纤维：纤维：纤维：2.反温差应力正温差应力乘以。纤维纤维纤维正值表示压应力，负值表示拉应力。3.主拉应力⑴纤维（空洞顶面） 式中：——支点截面短期组合效应剪力设计值，由表1-6查——计算主拉应力处截面腹板总宽。取；——计算主拉应力截面抗弯惯距。；——空心板纤维以上截面对空心板换算截面重心轴的静矩，。则：式中：[——纤维至截面重心轴的距离，] （计入正温差效应）式中：——竖向荷载产生的弯矩，在支点；——温差频遇系数，取。计入反温差效应则：主拉应力：（计入正温差应力）计入反温差应力：负值表示拉应力。预应力混凝土A类构件，在短期效应组合下，预制构件应符合，现纤维处（计入正温差影响），（计入反温差影响），都符合要求。⑵纤维（空心板换算截面重心处）参照图1-12。式中：——纤维以上截面对重心轴的静矩。 （铰缝未扣除）（——纤维至重心轴距离，）同样，,。（计入正温差应力）（计入反温差应力）纤维处，（计入正温差应力），（计入反温差应力），负值为拉应力，均小于，符合《公预规》对部分预应力A类构件斜截面抗裂性要求。㈢纤维（空洞底面） 式中：——纤维以上截面对重心轴的静矩。[—纤维至重心轴距离，](计入正温差应力)（计入反温差应力）负值为拉应力。纤维处的主拉应力：（不计正温差应力）；（计入反温差应力)。 上述计算结果表明，本桥空心板满足《公预规》对部分预应力A类构件斜截面抗裂性要求。 九、变形计算㈠正常使用阶段的挠度计算使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合计算，并考虑挠度长期增长系数，对于C40混凝土，=1.60，对于部分预应力A类构件，使用阶段的挠度计算时，抗弯刚度.取跨中截面尺寸及配筋情况确定:短期荷载组合作用下的挠度值，可简化为按等效均布荷载作用情况计算：自重产生的挠度值按等效均布荷载作用情况计算：值由表1-6可得。消除自重产生的挠度，并考虑长期影响系数后，正常使用阶段的挠度值为：计算结果表明，使用阶段的挠度值满足《公预规》要求。㈡预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置1.预加力引起的反拱度计算空心板当放松预应力钢绞线时跨中产生反拱度，设这时空心板混凝土强度达到C30,预加产生的反拱度计算按跨中截面尺寸及配筋计算，并考虑反拱长期增长系数=2.0。先计算此时的抗弯刚度：放松预应力钢绞线时，设空心板混凝土强度达到C30,这时，则：换算截面面积： 所有钢筋换算面积对毛截面重心的静距为：换算截面重心至毛截面重心的距离为：（向下移）则换算截面重心至空心板下缘的距离：换算截面重心至空心板上缘的距离;预应力钢绞线至换算截面重心的距离：普通钢绞线至换算截面重心的距离：换算截面惯矩:换算截面的弹性抵抗矩：下缘：上缘：空心板换算截面几何特性汇总于表1-9。 由前九、㈠计算得扣除预应力损失后的预加力：则由预加力产生的跨中反拱度，并乘以长期增长系数后得：2.预拱度的设置由《公预规》6.5.5条，当预加应力的长期反拱值小于按荷载短期效应组合计算的长期挠度时应设置预拱度，其值该荷载的挠度值与预加应力长期反拱度值之差采用。，应设置预拱度。跨中预拱度，支点，预拱度值沿顺桥向做成平顺的曲线。 十、持久状态应力验算持久状态应力验算应计算使用阶段正截面混凝土的法向压应力,预应力钢筋的拉应及斜截面的主压应力。计算时作用取标准值，不计分项系数，汽车荷载考虑冲击系数并考虑温差应力。㈠跨中截面混凝土法向压应力验算。跨中截面的有效预应力：跨中截面的有效预加力：由表1-6得标准值效应组合则：㈡跨中截面预应力钢绞线拉应力验算式中：——按荷载效应标准值计算的预应力钢绞线重心处混凝土法向应力。有效预应力：考虑温差应力，则预应力钢绞线中的拉应力为：㈢斜截面主应力验算斜截面主应力计算选取支点截面的A-A纤维（空洞顶面）、B-B纤维（空心板重心轴）、C-C 纤维（空洞底面）在标准值效应组合和预加力作用下产生的主压应力和主拉应力计算，并满足的要求。主要公式：1.纤维（空洞顶面）式中：——支点截面标准值效应组合设计值；——腹板宽度,；——换算截面抗弯惯矩，；——纤维以上截面对空心板重心轴的静距，见九、㈡计算，。式中：——预加力产生在纤维处的正应力，见九、㈡计算，；——竖向荷载产生的截面弯矩，支点截面；——纤维处的正温差应力，见九、㈡计算，，反温差应力。则纤维处的主应力（计入正温差应力）： 计入反温差应力时：则：C40混凝土主压应力限值为，符合《公预规》要求。2.纤维式中：——纤维以上截面对空心板重心轴的静距，见九、㈡计算，。由前面九、㈡计算得，（计入正温差），（计入反温差）。则：（计入正温差应力）（计入负温差应力）则纤维处的主应力为（计入正温差应力）：计入反温差应力： 混凝土主压应力限值为，符合《公预规》要求。3.纤维式中：——纤维以上截面对空心板重心轴的静距，见九、㈡计算，；由九、㈡计算得，（计入正温差），（计入反温差）。则：（计入正温差应力）（计入负温差应力）则纤维处的主应力为（计入正温差应力）：计入反温差应力：混凝土主压应力限值为，符合《公预规》要求。计算结果表明使用阶段正截面混凝土法向应力，预应力钢筋拉应力和斜截面主压应力均满足规范要求。以上主拉应力最大值发生在纤维处为，按《公预规》7.1.6条，在区段，箍筋可按构造设置。在区段，箍筋间距按下列公式计算： 式中:——箍筋抗拉强度标准值，由前箍筋采用HRB335，其；——同一截面内箍筋的总截面面积，由前箍筋为双肢；——腹板宽度，。则箍筋间距计算如下：采用。此时配筋率：按《公预规》9.3.13条，对于HRB335，不小于0.12%，满足要求。支点附近箍筋间距10cm，其它截面适当加大，需按计算决定，箍筋布置见图1-11，即满足斜截面抗弯要求，也满足主拉应力计算要求，箍筋间距也满足不大于板高的一半即，以及不大于400mm的构造要求。 十一、短暂状态应力计算预应力混凝土受弯构件按短暂状态计算时，应计算构件在制造、运输及安装等施工阶段，由预加力（扣除相应的应力损失），构件自重及其他施工载荷引起的截面应力，并满足《公预规》要求。为此对本设计应设计在放松预应力钢铰线时预制空心板的板底压应力和板顶拉应力。设预制空心板当混凝土强度达到C30时，放松预应力钢绞线，这时，空心板处于初始预加力及空心板自重共同作用下，计算空心板板顶（上缘）、板底（下缘）法向应力。C30混凝土，，，，，=，，由此计算空心板截面的几何特性，见表1-9。放松预应力钢绞线时，空心板截面法向力计算取胯中，l/4，支点三个截面，计算如下。㈠跨中截面1.由预加力产生的混凝土法向应力(由《公预规》6.1.5条)；=式中:——先张法预应力钢筋和普通钢筋的合力，其值为：其中：——放松预应力钢绞线时预应力损失值，由《公预规》6.2.8条对先张法构件，则- =2.由板自重产生的板截面上、下缘应力由表1-6，空心板跨中截面板自重弯矩，则由板自重产生的截面法向应力为：===放松预应力钢绞线时，由预加力及板自重共同作用，空心板上下缘产生的法向应力为：=截面上下缘均为压应力，且小于，符合《公预规》要求。㈡截面 =由表1-6可知，空心板l/4截面板自重弯矩，则由板自重产生的截面法向应力为：===放松预应力钢绞线时，由预加力及板自重共同作用，空心板上下缘产生的法向应力为：截面下缘压应力，，符合《公预规》要求。㈢支点截面预加力产生的支点截面上下缘的法向应力为：=，则- =由表1-6可知，空心板跨中截面板自重弯矩为0，则由板自重产生的截面法向应力为0。放松预应力钢绞线时，由预加力及板自重共同作用，空心板上下缘产生的法向应力为：=截面下缘压应力，，符合《公预规》要求。跨中，，支点三个截面在放松预应力钢绞线时板上下缘应力计算结果汇总于下表：表中负值为拉应力，正值为压应力，压应力均满足《公预规》要求：由上述计算，在放松预应力钢绞线时，支点截面上缘拉应力为：截面：；支点截面：按《公预规》7.2.8条，预拉区（截面上缘）应配置纵向钢筋，并应按以下原则配置：当时，预拉区应配置其配筋率不小于0.2%的纵向钢筋； 当时，欲拉区应配置其配筋率不小于0.4%的纵向钢筋；当时，预拉曲应配置的纵向钢筋配筋率按以上两者直线内插得：上述配筋率为，为预拉区普通钢筋截面积，A为截面毛截面面。截面处，时，取纵向钢筋配筋率为0.2%，则。预拉区的纵向钢筋宜采用带肋钢筋，其直径不宜大于14mm，现采用HRB35钢筋，，则，大于，满足要求，布置在空心板支点截面上边缘，见图1-13。支点截面上缘拉应力过大，采用降低支点截面预压力的方法，即支点附近设置套管，使预应力钢绞线与混凝土局部隔离，以不传递预压力。设支点截面附近仅有5根钢铰线传递预应力，另2根隔离，则此时空心板上缘预应力将减为：。按《公预规》要求，由内插得到，则，可采用钢筋，，显然也可满足截面所需及最小配筋率要求。 十二、最小配筋率复核按《公预规》9.1.12条，预应力混凝土受弯构件最小配筋率应满足下列要求：式中：——受弯构件正截面承载力设计值，由七、㈠计算得；——受弯构件正截面开裂弯矩值，按下式计算：其中：——扣除全部预应力损失后预应力钢筋和普通钢筋合力在构件抗裂边缘产生的混凝土预压应力，由九、㈠计算得。——换算截面重心轴以上部分对重心轴的静距，其值为：——换算截面抗裂边缘的弹性抵抗矩，由六（四）计算得——混凝土轴心抗拉标准值，C40,。代入计算式得： ，满足《公预规》要求。按《公预规》9.1.12条，部分预应力受弯构件中普通受拉钢筋的截面面积不应小于。本梁普通受拉钢筋：这里计算结果说明空心板等效工字型截面的肋宽，，计算结果说明满足《公预规》要求。 十三、铰缝计算㈠铰缝剪力计算1.铰缝剪力影响线铰缝剪力（影响线）近似按荷载横向分布理论计算。设铰缝剪力沿空心板跨长方向按半波正弦曲线分布，则由铰缝板横向分布系数计算，可求得铰缝剪力影响线，参见图1-14。铰缝剪力影响线的计算表达式为：当单位荷载P=1作用于铰缝以左时，铰缝处的剪力；当单位荷载P=1作用于铰缝以右时，铰缝处的剪力。式中：——铰缝以左各板的横向分布影响线竖标值之和。由表1-2，得到铰缝剪力影响线各坐标值。考虑空心板桥横截面的结构对称性，只需计算铰缝1-5的影响线。计算结果列于表1-11。根据表1-11，可画出各铰缝的剪力影响线。经试算比较，铰缝最大剪力发生在第3号板和第4号板之间，即V3最不利。根据剪力影响线图1-15，得铰缝V3的横向分布系数：无人群荷载。2.铰缝剪力公路—Ⅰ级车道荷载中的均布荷载沿桥跨纵向展开成半波正弦荷载时，其表达式为：，其跨中峰值为： 车道荷载中集中荷载展开成半拨正弦荷载时其表达式为，跨中峰值为（集中荷载只作用于跨中）。计算铰缝剪力时，沿纵向取1m长铰缝考虑，并考虑汽车冲击系数及车道折减系数。按承载能力极限状态设计时的基本组合，其铰缝剪力效应组合设计值为：㈡铰缝抗剪强度验算按《圬工规范》4.0.13条，混凝土构件直接受剪时，按下列公式计算：式中：——铰缝剪力设计值，；——结构重要性系数，本梁；——铰缝受剪截面面积，参见图1-16，铰缝Ⅰ—Ⅰ受剪面积，纵向取1m长铰缝，偏安全取；——混凝土抗剪强度设计值，由《圬工规范》表3.3.2，铰缝C30，；——摩擦系数，采用；——与受剪截面垂直的压力标准值，近似认为。则：铰缝抗剪承载力满足《圬工规范》要求。图1-16 十四、预制空心板吊顶计算吊环预埋在预制空心板支座中心位置，板一端设两个，桥吊时构件重力乘以1.2的动力系数。按只有三个受力计算。则预制空心板起吊时，板跨中截面弯矩为：起吊时吊环内的总拉力为：故不需要验算起吊时预制空心板截面的强度。吊环钢筋直径的选择：吊环选用HRB335普通钢筋，其抗拉强度设计值由下式：解得:采用d=16mm,即吊环钢筋用钢筋。 十五、支座计算采用板式橡胶支座，其设计按《公预规》8.4要求进行。㈠选定支座平面尺寸由橡胶板的抗拉强度和梁端或墩台顶的混凝土局部承压强度来确定对橡胶板应满足：若选定的支座尺寸，则支座的形状系数为:，，满足规范要求式中：——中间层橡胶片厚度，取=0.8cm橡胶板的平均容许压应力限值为，橡胶支座的剪变弹性模量(常温下)，橡胶支座的抗压弹性模量为：计算时最大支座反力为，，故：（可以选用）。㈡确定支座厚度主梁的计算温差取℃温度变形由两端的支座均摊，则每一个支座承受的水平位移为：对于13m梁，偏安全地取布置一行车，一车道荷载总重：10.5×12.6+210.4=342.7kN, 324.7×10%=34.27kN,取制动力为90kN。九根梁共18个支座，没支座承受的水平力为：按《公预规》8.4条要求，橡胶层的总厚度应满足：⑴不计汽车制动力时：≥⑵计汽车制动力时：≥⑶≥选用6层钢板，7层橡胶组成橡胶支座。上下层橡胶片的厚度为0.6cm,中间层的厚度为0.56cm，薄钢板厚度为0.3cm，则：橡胶片的总厚度：；支座总厚度:，符合规范要求。㈢验算支座偏转支座的平均压缩变形为为：按规范要求满足，即：合格梁端转角为：设恒载时主梁处于水平状态，已知公路—I级荷载作用下梁端转角：验算偏转情况应满足：符合规范要求。㈣验算支座的抗滑稳定性按《公预规》8.4.3条规定，按下式验算支座的抗滑稳定性：计入汽车制动力时，不计入汽车制动力时， 式中：——在结构重力作用下的支座反力标准植，=77.46kN；——橡胶支座的剪切模量，取1.0MPa；——由汽车荷载引起的制动力标准值，取5kN；——橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数，取=0.3——结构自重标准值和0.5倍汽车荷载标准值（计入冲击系数）引起的支座反力；——支座平面毛面积，取360cm2。1.计入汽车制动力时：2.不计汽车制动力时：均满足规范要求，支座不会发生相对滑动。 第二部分：桥墩及钻孔灌注桩基础计算一、桥墩尺寸拟定考虑原有标准图，选用如图2-17所示结构尺寸。图2-17二、盖梁计算㈠荷载计算1.上部结构永久荷载见表2-12。2.盖梁自重及作用效应计算（1/2盖梁长度）图2-18（尺寸单位：cm）图2-18 盖梁自重产生弯矩、剪力效应计算见表2-13。则3.可变荷载计算⑴可变荷载横向分布系数计算：荷载对称布置时用杠杆法，非对称布置时用偏心受压法。公路—I级a.单车列，对称布置（图2-19）时：图2-19（尺寸单位：cm） b.双车列，对称布置（图2-20）时：，，图2-20（尺寸单位：cm）c.单车列，非对称布置（图2-21）时：,,,,.d.双车列，非对称布置（图2-21）时： .图2-21（尺寸单位：cm）⑵按顺桥方向可变荷载移动情况，求得支座可变荷载反力的最大值（图2-22）。图2-23（尺寸单位：cm）公路—I级双孔载单列车时：双孔布载双列车时：单孔载单列车时：单孔布载双列车时：⑶可变荷载横向分布后各梁支点反力（计算的一般公式为），见表2-14。 ⑷各梁永久荷载、可变荷载反力组合：计算见表2-15，表中均取用各梁的最大值，其中冲击系数为：4.双柱反力计算（图2-23），所引用的各梁反力见表2-16及表2-17。图2-23（尺寸单位：m）由表2-16及2-17可知，偏载左边的立柱反力最大（）, 并由荷载组合控制设计（公路—I级、双列非对称布置）。此时，。㈡内力计算1.恒载加活载作用下各截面的内力⑴弯矩计算截面位置见图2-23。为求得最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置时数值，跨中弯矩取用对称布置时数值。按图2-23给出的截面位置，各截面弯矩计算式为：=====各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表2-18。表中内力计算未考虑施工荷载的影响。（2）相应于最大弯矩时的剪力计算一般公式为：截面①-①：，；截面②-②：；截面③-③：，； 截面④-④：，；截面⑤-⑤：，；计算值见表2-19。2.盖梁内力汇总（表2-20）表中各截面内力均取表2-18和表2-19中的最大值。按表2-20可绘制内力计算的包络图。㈢截面配筋设计与承载力校核采用C30混凝土，主筋选用HRB335，32，保护层5cm （钢筋中心至混凝土边缘）。，。1.深受弯构件正截面抗弯承载能力验算，取截面⑤-⑤作配筋计算，其它截面类同；已知：，取，即：化简得：解得.用钢筋，选用13根，实际面积，符合要求，配筋率。该截面实际承载力为：＞就正截面承载能力与截面配筋而言，配筋设计满足《公预规》要求。其他截面的配筋设计如表2-21所示。 对比可知，原标准图的配筋是适合的，均大于计算值。2.斜截面抗剪承载能力验算按《公预规》5.2.10条要求，当截面符合：时，可不进行斜截面抗剪承载力计算，仅需按《公预规》9.3.13条构造要求配置箍筋。式中：——预应力提高系数，本梁取；——混凝土抗拉设计强度，本梁取对于①-①截面：对于②-②截面~⑤-⑤截面：按《公预规》5.2.9条规定：所以，①-①截面~⑤-⑤截面均符合尺寸要求。按《公预规》第5.2.10条，对于③-③截面，，对于④-④截面，，故在②-②截面至⑤-⑤截面间的部分区段内按计算要求配筋，其他区段按构造要求配筋。①-①截面附近伸出的纵向主钢筋作弯起处理，但计算中拟不设弯起钢筋，剪力由混凝土及箍筋承受，计算过程如下：式中：取，，；、——受压矩形截面的有效宽度及有效高度， ——斜截面内纵向受拉钢筋的配筋百分率，；——箍筋的配筋率，，箍筋选用六肢，；，箍筋选用R235，。则箍筋间距的计算式为：取箍筋间距,并按《公预规》要求，在支座中心（③-③截面）向跨中方向不小于一倍梁高1.3m的范围内，箍筋间距取。配筋率按《公预规》9.3.13条规定，R235钢筋，截面最小配筋率在组合设计剪力值的部分梁段，即在①-①截面至②-②截面之间的部分可按构造要求配置箍筋，设箍筋仍选用六肢，配筋率取最小配筋率，则由此求得构造配置的箍筋间距取，且小于板高。经比较和综合考虑，箍筋沿空心板跨长布置如下图2-24。 图2-24（尺寸单位：cm）3.斜截面抗剪承载力验算由图2-24，选取4个截面进行盖梁的斜截面承载力计算。⑴对于②-②截面，根据《公预规》5.2.7条，斜截面抗剪承载力按下式计算：取：，，，，，此处，箍筋间距,,。则代入得： 抗剪承载力满足要求。⑵对于③-③截面至⑤-⑤截面，斜截面抗剪承载力按下式计算：取：，，，，，此处，箍筋间距,,。则代入得：③-③截面：，抗剪承载力满足要求。④-④截面：，抗剪承载力满足要求。⑤-⑤截面：，抗剪承载力满足要求。 三、桥墩墩柱设计墩柱一般尺寸见图2-17所示，墩柱直径为，用C30混凝土，R235钢筋。㈠荷载计算1.恒载计算由前式计算得：⑴上部构造荷载，一孔重1434.67kN⑵梁盖自重（半根梁盖）226.36kN⑶横系梁重⑷墩柱自重作用墩柱底面的横载垂直力为：2.汽车荷载计算荷载布置及行驶情况见前述图2-19~图2-21，由盖梁计算得知：⑴公路-I级①单孔荷载单列车时：相应的制动力：，按《公预规》制动力不小于90kN,故取制动力为90kN。②双孔荷载单列车时：相应的制动力：，取制动力为90kN。3.双柱反力横向分布计算（图2-26） 单列车时：双列车时：图2-26（单位尺寸：cm）4.荷载组合⑴最大最小垂直反力时，计算见下表2-22表中已乘以冲击系数，=1.3070⑵最大弯矩时，计算见下表2-23表2-23内水平力由两墩柱平均分配。㈡截面配筋计算及应力验算1.作用于墩顶的外力(图2-27)⑴垂直力最大垂直力：（汽车）最小垂直力：（需考虑与最大弯矩相适应）由表2-23得到：⑵水平力 ⑶弯矩2.作用于墩柱底的外力图2-273.截面配筋计算已知墩柱顶用C30混凝土，采用，HRB235钢筋，，则纵向钢筋配筋率。由于，故不计偏心增大系数，取。⑴双孔荷载，按最大垂直力时，墩柱顶按轴心受压构件验算，根据《公预规》5.3.1条：满足规范要求。⑵单孔荷载最大弯矩时，墩柱顶按小偏心受压构件验算：，，故。根据《公预规》5.3.9条偏心受压构件承载力计算应符合下列规定： 设，代入后，经整理得：按公预规提供的附录表“圆形截面钢筋混凝土偏压构件正截面抗压承载力计算系数”表，经试算查得各系数为：设，代入得：则：墩柱承载力满足规范要求。 四、钻孔桩计算钻孔灌注桩的直径为1.60m，用C30水下砼，，R235级钢筋。灌注桩按m法计算，m值为8×103kN/m4(假设为软质黏性土)。桩身混凝土受压弹性模量Ec=2.8×104MPa。㈠荷载计算每一根桩承受的荷载为：1.一孔荷载反力2.盖梁恒重反力3.系梁恒重反力4.一根墩拄恒重作用于桩顶的恒载反力为：5.灌注桩每延米自重：（已扣除浮力）6.可变荷载反力⑴两跨可变荷载反力：（公路一级）⑵单跨可变荷载反力：⑶制动力T=55kN，作用点在支座中心，距离桩顶距离为：⑷纵向风压：；则由盖梁引起的风力：；对桩顶的力臂为：；墩顶引起的风力：； 对桩顶的力臂为：。横向风因墩柱横向风刚度较大，可不予考虑。7.作用于桩顶的外力(双孔)(单孔)8.作用于地面处桩顶上的外力图2-28图2-29㈡桩长计算由于假定土层是单一的，可由确定单桩容许承载力的经验公式初步计算桩长。灌注桩最大冲刷线以下的桩长为，则： 式中：——桩周长，考虑用旋转式钻机，成孔直径增大5cm，则U=π×1.65=5.18(m)；——桩壁极限摩阻力，按表值取为40kPa，即40kN/m2；——土层厚度（m）；——考虑桩入土深度影响的修正系数，取为0.75；——考虑孔底沉淀厚度影响的清底系数，取为0.80；——桩底截面积，A=πR2=1.13m2；——桩底土层容许承载力，取=220kPa；——深度修正系数，取=1.5；——土层的重度，取=8.0kN/m3(已扣除浮力)；——冲刷线以下深度（m）。代入得：桩底最大垂直力为：即：取h=10m，即地面以下桩长为12.5m，由上式反求：可知桩的轴向承载能力能满足要求。㈢桩的内力计算（m法）1.桩长的计算宽度 2.桩的变形系数式中：。受弯构件：。故：可按弹性桩计算。3.地面以下深度z处桩身截面上的弯矩Mz与水平应力σzx的计算。已知作用于地面处桩顶上的外力为：；⑴桩身弯矩式中的无纲量系数，可由表格查得，计算见表2-24，桩身的弯矩分布示于图2-30。⑵桩身水平压应力， 式中无纲量系数，可由表格查得，为换算深度，。计算见表2-25，桩身的水平压应力分布示于图2-30。图2-30`㈣桩身截面配筋与承载力验算（图2-31）验算最大弯矩z=2.79m处的截面强度，该处的内力值为： 桩内竖向钢筋按0.2%配置，则：选用1420，，。桩的换算面积为：图2-31桩的换算截面模量为：为桩的计算长度，当时，取根据《公预规》的5.3.9条和5.3.10条相关规定：偏心增大系数：则。按前一节所示方法，查《公预规》附录C相关表格，可得到相关系数。经试算，当时，从表中查得A=1.8102，B=0.6523，C=1.1294，D=1.4402。另设，，，，代入下式： 则：钻孔桩的正截面受压承载力满足要求。㈤墩顶纵向水平位移验算1.桩在地面处的水平位移和转角计算当时，查表得到：故：同上查表得：，代入得：2.墩顶纵向水平位移验算（图2-23）由于桩露出地面部分为变截面，其上部墩柱截面抗弯刚度为E1I1（直径），下部桩截面抗弯刚度为EI（直径为）,假设,则墩顶的水平位移公式为： 式中：由于，所以，已知：，故：墩顶容许的纵向水平位移为：符合规范要求。 致谢经过这几个月来的努力，终于顺利完成了毕业设计。在此之间，受到许多人的关心与帮助，在此上他们表示诚挚的谢意。     首先，感谢我们的指导老师张浩阳，这片设计的每个细节和每个部分，都离不开您的悉心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我们很快地融入到设计中。     感谢我的室友们，大家从五湖四海，为了一个共同的目标，来到这个天堂般的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间兄弟般的感情，维系着寝室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我们没有红过脸，没有吵过嘴，没有发生上大学前所担心的任何不开心的事情。只是今后大家就难得再齐聚在一起了，有的可能从此无法联系上了吧！没关系，各奔前程，大家珍重。我们在一起的日子，我会记一辈子的。       感谢我的爸爸妈妈，辛苦栽培，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。       在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！刘华鸣2008年6月于苏州科技学院 参考文献[1]叶见曙，结构设计原理，人民交通出版社[2]李国豪，石洞，公路桥梁荷载横向分布计算，人民交通出版社[3]易建国，桥梁计算示例集（混凝土简支梁桥），人民交通出版社[4]杨延余主编，毕业设计指导实例，江苏科学技术出版社，1990年4月[5]梁兴文，史庆轩主编，土木工程专业毕业设计指导，科学出版社，2002.7[6]张树仁等，钢筋混凝土及预应力混凝土桥，U448/235B，2004[7]徐光辉，桥梁计算示例集（预应力混凝土梁桥），U448/44B，1995[8]贺栓海等，公路桥梁荷载横向分布计算方法，U448/54B[9]黄平明，混凝土斜梁桥，U448/52B[10].湖兆同等，桥梁通用构造及简支梁桥，U448/36B，2001[11]江祖铭等，墩台与基础，U443—62/139B，1994[12]李国平，桥梁预应力混凝土技术及设计原理，U448/55B，2004[13]周明华，桥梁方案比选，U448/57B，1997[14]易建国，混凝土简支梁，U448/39B，1991[15]公路施工手册（桥涵），U44—62/140B，1985 新巴达洛纳铁路桥摘要在大城市居所里的结构设计总是一个对于完成需求重要系数的挑战。设计，特别是当它涉及铁路或道路中，必须与人的环境相协调的那些基础设施的需要，罢达洛纳的的铁路桥就是一个例子。现如今临海的城市区域被污染产业占领。城市管理委员会设法面向地中海开放城市，拆毁难看和无用的大楼或者改变对它们的建筑或技术价值的利用方式。现在建起了一个沙滩和一个快艇港口。有一条铁路线与岸区域的海岸平行，将城市的中心与海岸隔离了开来。没有修建一个隧道式铁路线的资金，因而必须被修筑一座桥梁以增加城市的中心和海岸新设施之间的连系。为建造一座铁路桥，发起了一次设计竞标，该桥将穿过城市的一个新的步行区域、新的港口的部分和二条街道。桥梁设计的合同被交由FHECOR咨询工程师拟定一个初步设计。提案的理念是将功能、结构合理性、美学和低建筑、低维修费用相结合。并且也有意图修建一座成为将来新的都市发展标志的桥梁。关键词：都市桥梁，铁路，预应力，结构形状。1.简介巴达洛纳是巴塞罗那靠地中海海岸附近重要的卫星城市。城市的中坚力量与海岸之间的联系被连接巴塞罗那郊区的铁路线路所切断。该铁路线是西班牙联合铁路集团收益颇丰的客运线路之一。多年来，沿着铁路线工厂厂房出现了形成了一个重要工业中心，但是同时却也让巴达洛纳的人们远离大海。为了设法重建海岸和增强其与市中心之间的联系，巴达洛纳与巴塞罗那发展委员会合作设法改进它的与市区的连接。巴达洛纳市发起了一个主要目的在于重建都市风景的一个都市发展项目，其中包括为体育船只和渔船修建停船港。重造其他的现有的有价值的工厂厂房做为其他用途和拆毁仓库和的小游艇船坞等建筑，是为了给公寓和服务楼腾出空间。新的口岸或小游艇船坞的建筑包含一条运河，它将跨过一条大约350m.的铁路线。这条运河可作为小船的停船坞。为了建造这条新的水路和穿越现有的铁路线，有必要修建一座新的桥梁(参见图1)。在本文中，这座桥梁的构想过程将被描述为都市发展的标志。 2.桥梁建造需满足的条件该桥主要须满足的条件有以下内容：·桥梁宽度必须符合铁路线的横向和纵向有关条件。·桥梁建筑高度，需要非常严格的要求。·横向通道宽度，必须至少有45米，虽然这取的是运河无任何支持的情况。最后的结论是，一个主跨至少72米。·桥梁，也必须在道路两边留出地方让运河的港口运作，还要留出一个回旋距离给当地的交通。·既然它是一座铁路桥，它不可能是一个很轻的结构。它需要有适当的刚度和承载能力。·最后一点，大桥被看作是城市发展的一个象征，因此，美学的要求是非常重要的。·最后这点不能不考虑问题：有一个非常昂贵的结构，但事实上，财政预算案是非常有限，而且这是该项目的一个重大的问题。结构成本必须牢记，还有维护的问题，特别是在位于海岸线旁边的结构。FHECOR咨询工程设计室参加了这个竞赛，用所谓的玛丽娜德巴达洛纳计划赢得了合同，该计划描述了一座简单，优雅，结构经济和有效新的桥梁方案。3.对方案的说明提议的方案是一座跨径分别为39.00，78.00，39.00，30.00和21.00米的5跨预应力桥梁。横断面由高度可改变的二个网形成(桥梁的总深度从1.90m-中心主跨跨度-到6.50m主墩高度)。因此桥面板挠度符合弯曲力矩定律(参见图3)。 采用装配式预应力梁。梁的肋状部分可以发光。这是桥梁的一个重要特点，这样一来，照亮了人行道和抵消桥梁宽度占桥梁高度的比例。有鉴于此，这些光也提供了一个间断的铁路形象。图4显示二个主要的桥梁横断面(主墩和中跨的桥墩)。图5显示桥肋中央发出的光线。 桥梁设计的另一个重要特点是外面悬臂式平板的位置。这些平板使用作为压缩平板作用在重要横断面。因为压缩位于横剖面的底部在支持(弯曲的阴性的)，并且在中跨的横剖面顶部间距(弯曲的正面)压缩平板沿桥梁轴移动是使它每个部分更加发挥出最大承载能力，这一个老想法在科教文组织巴黎大厦使用过。这一特点也产生了一个有吸引力的设计，提供了高效的结构和极具审美价值的结构。基础，虽然从美观角度进行设计进行优选，但事实上他们的高度不可能小的，并提供足够的空间来找到的桥梁奇摩一锅轴承。垂直渠道的横截面减少了，这将使引进照明的架构下的特殊设计有待关注。图6显示了基础所采用的主要几何形状。 大桥锚定在台座1，以便吸收列车驶过时的产生的高强冲击荷载，这是相当于25％的列车重量的力。另一扶垛提供联接以及平板支持在墙壁，被设计运载被认为的铁路扩展用具允许桥梁运动，无需影响铁路操作性能适应。增大空间而引起的在可能在将来使用作为储蓄空间的扶垛2。图7显示扶垛的主要设计形式。4.最后结论所提出的桥梁结构方案包括了所有巴达洛纳运河未来的体育和渔业项目的所有设施。强度高的桥梁才有可能适应铁路线的荷载条件，同时拥有着来自于其自身结构的合理性、稳定性。整个方案将会导致一座很经济的桥梁，它将作为巴达罗那港的一个非高成本的象征。 TheNewBadalonaRailwayBridge–AStructurefortheCitySummaryThedesignofstructuresinmetropolitanhabitatsisalwaysachallengeduetotheimportantnumberofrequirementstofulfil.Designespeciallywhenitdealswithrailwaysorroadshastocombinetheneedsofthoseinfrastructureswiththehumanenvironment,whichisthecaseoftherailwaybridgeinthecityofBadalona.Nowadaysthecityareathatfacestheseaisoccupiedbycontaminatingindustries.ThecouncilistryingtoopenthecitytotheMediterraneanSea,demolishingunsightlyanduselessbuildingsandchangingtheuseoftheoneswitharchitecturalortechnicalvalue.Nowabeachandayachtingharbourarebeingbuilt.Arailwaylinerunsparalleltothecoastdividingthecentreofthecityfromtheshorearea.Therearenofundstoconstructatunnelfortherailwayline,consequentlyabridgehastobebuilttoincreasetheconnectionbetweenthecentreofthecityandthenewcoastfacilities.Adesigncompetitionwascarriedoutforarailwaybridge,whichwillcrossanewpedestrianarea,apartofthenewharbourandtwostreets.ThecontractforthebridgedesignwasawardedtoFHECORConsultingEngineersonthebasisofapreliminarydesign.Theideaoftheproposalwastocombinefunctionality,structuralrationality,aestheticsandlowconstructionandmaintenancecosts.Alsotheclienthastheintentiontoconstructthebridgeasalandmarkthatwillbetheimageofthenewurbandevelopment.Keywords:UrbanBridge,Railway,Prestressed,Structuralshape.1.IntroductionBadalonaisamajorsatellitecityofBarcelonaontheMediterraneancoast.ThenucleusofthecityiscutofffromtheshorelinebytherailwaylinewhichconnectsthedifferentsuburbancentresofBarcelonalocatedalongtheMediterraneancoast.TherailwaylineiscurrentlyoneoftheSpanishRailwayConsortium’s(RENFE)mostprofitablepassengerlines.AlongtherailwaylineindustrialbuildingshavesprungupovertheyearsformingaonceimportantindustrialcentrebutatthesametimefurtheringthealienationofthepeopleofBadalonafromthesea. Inordertotrytoregeneratethecoastandimproveitsconnectionwiththeurbancentre,theCityofBadalonatogetherwiththeComarcalCouncilofBarcelonahavecreatedMarinadeBadalonaS.A.whosemainpurposeistoregeneratetheurbanlandscapebycarryingoutamajorurbandevelopmentprojectwhichincludesaportforsportboatsandfishing,thereconditioningofexistinginterestingindustrialbuildingsforotheruseandthedemolishingofmorecommonwarehousesandotherconstructionsinordertomakeroomforapartmentandservicebuildings.Theconstructionofthenewportormarinainvolvesthebuildingofanewcanalwhichwillcrosstheexistingrailwaylineextendingintothelandabout350m.Thiscanalwillserveasparkingdocksfortheboats.Inordertocreatethisnewwaterwayandallowthecrossingoftheexistingrailwayline,anewbridgeisneeded(seefig1).Inthispapertheconceptionprocessofthisbridge,whichwillbecomeasymboloftheurbandevelopmentisdescribed. 2.MainconditiontobefulfilledbythebridgeThemainconditionstobefulfilledbythebridgearethefollowing:·Thebridgewidthmustfulfilthehorizontalandverticalclearanceconditionsoftherailwayline.·Thedepthofthedeckneedstobesmallduetotheverystrictverticalclearance.·Thehorizontalchannelclearanceneedstobeatleast45meters,althoughitisdesirablenottolocateanysupportswithinthecanal.Thislastconditionresultsinamainspanofatleast72m.·Thebridgemustalsoleaveclearanceforportoperationroadsonbothsidesofthecanalandcrossoveraroundaboutcarryinglocaltraffic.·Sinceitisarailwaybridgeitcannotbeaverylightstructure.Itrequiresappropriatestiffnessandbearingcapacity.·Inspiteofthelastpoint,thebridgeisconceivedasasymboloftheurbandevelopmentandthereforeaestheticalconditionsareofgreatimportance.·Thislastpointcannothoweverresultinaveryexpensivestructureduetothefactthatthebudgetisverylimitedandthisisamajorconditionoftheproject.Thecostofthestructuremustalsobearinmindmaintenanceissuesespeciallyinastructurelocatednexttotheshoreline.FHECORconsultingengineersparticipatedinacontestcalledbyMarinadeBadalonaS.A.andwasawardedthecontractofthedesignofthenewbridgewithasimple,elegant,economicandstructurallyefficientsolution.3.DescriptionoftheproposedsolutionTheproposedsolutionisa5spanpresstressedconcretebridgewithspansof39.00,78.00,39.00,30.00and21.00meters.Thecrosssectionisformedbytwowebsofvariableheight(thetotaldepthofthebridgevariesfrom1.90m–centreofmainspanandaccessspans-to6.50moverdemainpiers).Thedeckdepththereforemirrorsthebendingmomentlaw(seefig.3). Thewebsareconnectedbymeansofprefabricatedpresstressedbeams.Thesebeamsformribsthroughwhichthelightcanshine.Thisisanimportantfeatureofthebridgewhichisconceivedtoilluminatethewalkwaysandtocounteractthehighbridgewidthtobridgeheightratio.Thislightalsooffersanimagefortherailroadduetoitsdiscontinuity.Figure4showsthetwotypicalbridgecrosssections(supportatmainpiersandcentralspan).Figure5showsthelighteffectgivenbythecentralopening. Anotherimportantfeatureofthebridgedesignisthepositionoftheoutercantileverslabs.Theseslabsareusedasacompressionslabatthecriticalcrosssections.Sincecompressionsarelocatedatthebottomofthecrosssectionatthesupports(negativebending),andatthetopofthecrosssectionatcentrespanthespan(positivebending)thecompressionslabtravelsalongthebridgeaxistobeateachsectionwhereitismoreefficient,followinganoldideausedbyNerviintheUNESCObuildinginParis.Thisfeaturealsoproducesanattractivedesign,providingbothstructuralefficiencyandaestheticalvaluetothestructure.Thepiers,whosedesignisstillbeingoptimisedfromanaestheticalpointofviewareconceivedasrobustelementsduetothefactthatgiventheirsmallheighttheycannotbeveryslenderandfulfilatthesametimeresistingconditionsandprovideenoughspacetolocatethebridge’spotbearings.Thecrosssectionisreducedbyverticalchannelswhichwillallowtheintroductionoflightingunderthestructureaswellasspecialdesignsyettobeconceived.Figure6showsthegeometryadoptedforthemainpiers. Thebridgeisanchoredatabutment1inordertoabsorbthehighforcesresultingfromtrainbreaking,whichareequivalentto25%ofthetrainweight.Attheotherabutmentajointisprovidedaswellasaslabsupportedoverwalls,designedtocarrytherailwayexpansionapparatusmeanttoallowthebridgemovementwithoutaffectingtherailwayserviceabilityconditions.Alargespaceistherebygeneratedatabutment2whichcouldbeusedinthefutureasstockspace.Figure7showsthemaindesignideasoftheabutments.4.FinalremarksTheproposedstructureforthebridgingoftheCanalofthefuturesportsandfishingportofBadalonafulfilsalltherequirementsoftheproject.Itisarobustbridgeasisnecessaryfortheserviceabilityoftherailwayline,itisstructurallysoundwithaspecialshapederivedfromitsstructuralfunctionality.ThewholegivesrisetoaninterestingstructurewhichwillserveasasymbolforthePortofBadalonawithoutanunjustifiedhigheconomiccost.