桥梁工程计算书
第一章设计资料
1.1设计内容
①根据已给地形图等设计资料，选择三至四种以上可行的桥型方案，拟定桥梁结构主要尺寸，根据技术经济比较，推荐最优方案进行桥梁结构设计。
③对推荐桥梁方案进行运营阶段的内力计算，并进行内力组合，强度、刚度、稳定性等验算。
④选择合理的下部结构形式，拟定构件尺寸，并进行内力计算，内力组合、配筋设计。
⑤绘制桥梁总体布置图、上部结构一般构造图、钢筋构造图、桥台一般构造图、桥墩盖梁一般构造图、桥墩盖梁配筋图。
⑥编写设计计算书。
1.2设计技术标准
1、设计桥梁的桥位地型及地质图一份
2、设计荷载：公路—I级；
3、桥面净空：净－2×0.5+9=10米
4、桥面横坡：1.5%
5、最大冲刷深度：2.0m
6、地质条件：根据断面图确定
7、桩基础施工方法：旋转钻成孔
8、安全系数：γ0=1
1.3采用材料：
（1）预应力钢筋：?s15.2钢绞线
（2）非预应力钢筋：直径D≥12mm用HRB335, 直径D≤12mm用
R235；
（3）混凝土：
主梁混凝土采用C50；
铰缝为C30细集料混凝土；
桥面铺装采用C40沥青混凝土；
栏杆及人行道板为C30混凝土；
盖梁、墩柱用C30混凝土；
系梁及钻孔灌注桩采用C30混凝土；
桥台基础用C30混凝土；
桥台台帽用C30混凝土；
（4）锚具用OVM锚
1.4主要技术规范
JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》
JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规
范》
JTJ 022-85《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》
JTJ 024-85《公路桥涵地基与基础设计规范》
第二章方案比选
在我国，安全、经济、适用、美观是桥梁设计中的主要考虑因素，安全尤为重要。桥梁结构造型简洁，轻巧，设计方案力求结构新颖，保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。本设计桥梁的形式可以考虑以下形式：连续梁桥、拱桥、斜拉桥三种形式。
2.1拟定方案
(1)方案一：箱型连续梁桥
对于桥孔的分跨主要考虑以下影响因素：桥址地形、水文地质条件、墩台基础支座等构造，力学的要求。
本设计采用三跨桥孔布置，边跨长度可取为中跨的0.5—0.8倍。本桥总长215m，本设计跨度组合为：60米+95米+60米为适应连续梁内力变化的需要，连续梁的纵向截面通常做成变截面的形式。梁底立面曲线采取二次抛物线的形式。
图2-1 箱型连续梁桥型设计
连续梁桥可以降低梁高，有利于争取桥下净空,具有较大的刚度和强大的抗扭性能和结构简单，受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大、造型轻巧、平整、线路流畅、桥下视觉效果好等优点;
连续梁在力学性能上由于其结构刚度大，桥面变形小，动力性能好，有利于高速行车。采用分段施工技术，充分发挥了预应力技术的优点，使施工设备机械化和构件生产工厂化，从而提高了施工质量，减低了施工费用。但是基础沉降要求严格,特别是由于脸长较大,梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。（2）方案二：拱桥设计
拱桥桥跨结构的主要承重构件是曲线形的拱圈。本例采用中承式拱桥结构，由三个拱圈组成，即：（50+115+50）米，拱桥总长为215米。设计见图2-2。
图2-2 拱桥设计
拱桥取材容易，节省钢材与水泥，构造简单，技术容易掌握，承载能力潜力较大耐久性好，养护费用少。在竖直荷载作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。设计的合理拱轴拱桥主要受压力压力，弯矩、剪力均较小，因此拱的跨越能力比梁大的多，且可以充分利用石料、混凝土的抗压性能。但是，拱桥也有以下缺点;一般拱桥结构的上部结构自重较大，且存在水平推力，下部结构的工程量也增加，地质条件与地基要求较高，施工工序较多，建桥时间也较长，施工较困难。
（3）方案三：斜拉桥设计
本设计采用单塔双孔布置，斜拉桥的受力可以看成用高强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起，主梁恒载及作用在主梁上的活载通过斜拉索传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。这样大跨度的斜拉桥的主梁就像一根多点弹性支撑的连续梁一样工作，从而主梁的截面尺寸比同跨径的梁桥截面尺寸小得多，大大减少了主梁的材料用量，结构自重明显减轻，大幅度增加了桥梁的跨越能力。主梁受到斜拉索的支撑作用，特别是密索斜拉桥中主梁的受力以压力为主，弯矩较小，主梁受力已不同于传统的梁桥，主梁高度可以大大减小。设计图见图2-3.
图2-3 斜拉桥设计
斜拉索是斜拉桥的主要组成部分，除必须具有高强度性能外，还必须具备抗疲劳性能、耐久性和良好的抗腐蚀性。因此对于斜拉索的质量要求很高，工程造价相对较高，维修养护也相对困难。大跨度斜拉桥由于密索体系的采用，主梁的刚度越来越小，抗风稳定性越来越突出，往往成为了决定主梁截面尺寸的主要因素。
2.2方案比选
方案一连续梁桥结构刚度大，属于超静定结构，受力较好，主桥面连续，桥面变形小，无伸缩缝，动力性能好，有利于高速行车，养护也较容易。所需技术先进，所需设备较少，占用施工场地少。而相比方案二拱桥承载潜力大，伸缩缝较多，养护较麻烦。虽有成熟的工艺技术经验，但需要大量的吊装设备，占用场地较大，需用劳动力较多。上部结构自重较大，且存在水平推力，下部结构的工程量也增加，地质条件与地基要求较高，施工工序较多，建桥时间也较长，施工较困难。方案三中的斜拉桥结构新颖，工艺要求极严格，所需设备最少，占用施工场地少，但斜拉索的材料质量要求很高，工程造价相对较高，维修养护也相对困难。
在上述三种方案比选中，综合考虑比较三个拟定方案桥型的优缺点，相比之下，箱型连续梁桥抗扭刚度大，在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小。整体受力和动力稳定性能好，适应性强，在直线、曲线等区间段均可采用，外观简洁，造型简洁美观、且施工技术成熟，养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一，而且造价适中。
因此本设计推荐采用方案一连续梁桥设计。
第三章预应力混凝土连续梁桥总体布置3.1桥型布置
本设计推荐方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，桥全长215m。
3.2孔径布置
本设计采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构。连续梁桥跨径的布置一般采用不等跨的形式。因为如采用等跨布置，则边跨内力将控制全桥设计，而这样是不经济的。一般边跨长度选为中跨跨径的0.5～0.8倍，钢筋混凝土连续梁桥取偏大值使边跨与中跨控制截面内力基本相同，预应力混凝土连续梁桥取偏小值以增加边跨刚度和减小活载弯矩的变化幅度，从而减少预应力筋数量。此外，边跨长度还与施工方法有关，如采用悬臂法施工，边跨长度不宜超过中跨长度的0.65倍为宜。本设计采用悬臂法施工，边跨取为中跨的0.625倍，即为（60米+95米+60米），桥全长215米。
3.3桥的立面设计
从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度的布置为宜。连续梁在恒、活载作用下，支点截面的负弯矩的绝对值往往大于跨中正弯矩，因此采用变高度梁能较好的符合梁的内力分布规律。同时，变高度的立面布置可使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。若采用悬臂法施工，变高度梁又与施工内力状态相吻合。因此，本设计采用边高度梁。截面变化曲线为二次抛物线。
3.4桥的横截面设计
箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性。本设计是一座公路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱单室。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。
(1)梁高
墩顶处梁高根据规范一般取1/16～1/20L，取L/17，即5.5m。
跨中处梁高根据规范一般取1/30～1/55L，取L/38，即2.5m。
(2)顶板与底板
箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。墩顶处底板还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变化，底板一般25-100cm（变厚），顶板25-30cm（等厚）。因此,顶板厚度取30cm;支座处底板厚度取60cm；跨中底板厚度取40cm。
(3)腹板
的功能是承受截面的剪应力和主拉应力，大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处交大的剪力，一般采用300—600mm，甚至可达到1m左右。本设计制作处与跨中截面腹板厚度均取50cm；
（3）横隔梁
横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。因此本设计中考虑在支座处截面与中跨处截面设置一道横隔梁，而且由于中跨横隔梁的尺寸及对内力的影响较小，在内力计算中也可不作考虑。
跨中截面及中支点截面示意图如下图3-1所示：（图中单位以厘米计）。
图3-1（单位：cm）
（4）桥面铺装
桥面铺装层采用10cm厚的C40沥青混凝土铺装，防撞栏采用C30混凝土。
第四章荷载内力计算
4.1全桥结构单元的划分
4.1.1 分段原则
主梁的分段应该考虑梁的跨径、截面变化、施工方法、预应力布置等因素，单元分的越细计算的内力就越精确，接近真实值，并且兼顾施工中的实施，所以本设计分为70个单元。
4.1.2具体分段
本桥全长215米，总共分为70个单元，最小的单元长度为1.5米，最长的单元长度为4米，本设计推荐单元划分为：3@4；2；5@4；6@3；8@2；6@3；5@4；1.5；1.5；5@4；6@3；8@2；6@3；5@4；2；3@4。单元划分见图4-1.
图4-1 单元划分
4.2全桥施工节段划分
4.2.1桥梁划分施工分段原则
1. 杆件的转折点和截面的变化点
2. 施工分界点、边界处及支座处
3. 需验算或求位移的截面处
4. 分段应尽量使各段的工程量基本相同，一边与施工节奏流畅，使施工均衡。
5. 当出现位移不连续的情况时，例如相邻两单元以铰接形式相连（转角不连续），可在铰接处设置两个节点，利用主从约束考虑该连接方式
4.2.2施工分段划分
全桥分为70个单元。全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元处使用整体现浇法。施工详细划分见下表4-1。
主跨施工分段表表4-1
第十七阶段 跨中和垄断 3to36
4.3主梁内力计算
根据梁跨结构纵断面的布置，并通过对移动荷载作用最不利位置，确定控制截面的内力，然后进行内力组合，画出内力包络图。
4.3.1横在内力计算
（1）第一期恒载（结构自重）
恒载集度
1123
(801010)G A A A γ
=?+?+?? （2）第二期恒载
二期恒载为桥面铺装层和防撞栏杆的重量，桥面铺装层用10cm 厚的C40沥青混凝土铺装，容重取为24K/m ，防撞栏杆用C30混凝土，每侧的防撞栏自重作用力取为8.5KN/m 。则二期恒载集度为：
28.52240.11041/G K N m =?+??=
4.3.2悬臂浇注阶段内力
浇筑零号块，拼装挂蓝，悬臂浇注各箱梁梁段并张拉相应顶板纵向预应力束，悬臂浇注结束时全桥的恒载内力见图4-2： 图4-2 最大悬臂浇注阶段内力图
（a ）弯矩图
（b）剪力图
4.3.3边跨合拢阶段内力
安装排架并按施工要求进行预压，现浇边跨等高粱段，达到强度要求后，浇注边跨合龙段，张拉边跨底板纵向预应力束。此时全桥恒载内力见图4-3。
图4-3 边跨合拢段内力累计图
（a）弯矩图
（b）剪力图
4.3.4中跨合拢段内力
拼装中跨合龙吊架，焊接合龙段骨架，绑扎合龙段钢筋，浇注中跨合龙段，张拉中跨底板纵向预应力束和剩余次中跨底板纵向预应力束。中跨合龙完成后的全桥恒载内力图见图4-4。
图4-4 中跨合龙段累计内力图
（a）弯矩图
（b）剪力图
一期恒载作用下个单元的弯矩与剪力值见下表4-2。
一期恒载作用下弯矩剪力值表4-2
单元
弯矩
（KN m
?）
剪力
(KN)
单
元
弯矩
（KN m
?）
剪力
(KN)
1-0.006729.2836-14391.32160.69 26806.577458.9137-14854.25456.56 310457.148221.2738-18258.491245.55 410951.719020.5939-24821.602036.58 510015.509574.7040-34563.642835.94 65776.0710147.4141-47536.213652.05 7-1622.2210782.6442-63825.324493.47 8-12199.45-10861.9743-78289.415145.74 9-26007.21-10216.0244-94748.855820.36 10-43131.51-9622.9845-113278.036520.79 11-58221.99-9049.5946-133962.207250.51 12-75307.82-8495.5647-156897.518012.96 13-94463.39-7695.9148-182190.998812.38 14-115773.95-6932.5649-2004219366.56
4.3.5桥面铺装阶段内力
桥面铺装、等桥面系安装完毕大桥建成后的全桥恒载内力图
见图4-5。
图4-5 桥面铺装阶段累计内力图
（a）弯矩图
（b）剪力图
一期恒载作用下个单元的弯矩与剪力值见下表4-3
一期恒载作用下弯矩剪力值表4-3
单
元
弯矩
（KN m
?）
剪力
(KN)
单
元
弯矩
（K Nm）
剪力
(KN m
?)
10.00-631.043610315.720
22196.17-467.043710269.5961.5 33736.35-303.04389695.59225.5 44620.52-139.04398465.59389.47 54816.61-57.04406579.59553.4 64716.78106.96414037.59717.23 73960.95270.9442839.59880.97 82549.12434.8843-1989.411003.65 9481.30598.7344-5187.411126.21 10-2242.53762.5045-8754.411248.64 11-4715.90885.2146-12690.41370.9
一期恒载作用下弯矩剪力值表4-3续
338465.59-389.50684620.52139.04 349695.59-225.50693736.35303.04 3510269.59-61.50702196.17467.04 4.3.6支座位移引起的内力计算方法及结果
由于各个支座处的竖向支座反力和地质条件的不同引起支座的不均匀沉降，连续体系是一种对支座不均匀沉降特别敏感的结构，所以由它引起的内力是构成内力的重要组成部分。在桥梁设计中，支座沉降工况的选取是应慎重考虑的问题。一般应综合考虑桥址处的地质、水文等自然条件，根据已建桥梁的设计经验来定。有时需选取几种沉降工况计算，这样就存在一个工况组合的问题。程序一般对每一个截面挑最不利的工况内力值作为沉降次内力。
由于各个支座处的竖向支座反力和地质条件的不同引起支座的不均匀沉降，支座沉降会引起桥梁产生内力。假设三跨连续梁桥的左右两个支点分别下沉5mm，中间两个支点分别下沉10mm。最少沉降1个支座，最多沉降4个支座，将各种支座沉降情况所得到的内力进行叠加，取最不利的内力范围。
利用Midas软件从而得出在支座沉降下主梁产生的内力图如图4-6所示。
图4-6 支座沉降作用下主梁产生的内力图
（a）弯矩包络图
（b）剪力包络图
主梁在支座沉降作用下各截面的弯矩和剪力数值见表4-4。
支座沉降作用下的弯矩、剪力值表4-4
单元
弯矩
（KN m
?）
剪力
(KN)
单
元
弯矩
（KN m
?）
剪力
(KN)
10.0080.1136585.3295.03 2281.4180.1137585.3295.03 3562.8280.1138585.3295.03 4844.2380.1139739.4195.02 5984.9480.11401050.7495.01 61266.3580.11411370.3394.99 71547.7680.10421750.4494.97 81829.1780.09432035.5294.95 92110.5880.08442320.6194.92 102391.9980.06452605.6994.89 112603.0580.04462890.7794.85 122814.1180.02473175.8694.80 133025.1779.99483460.9494.76 143236.2279.96493651.0094.73 153447.2879.92503841.0594.69 163658.3479.88514031.1195.03 173799.0579.86524221.1670.35
支座沉降作用下的弯矩、剪力值 表4-4续
4.4活载内力计算
本设计中车道荷载为公路-I 级，根据《公路桥涵通用规范》，公路-I 级车道荷载的标准值为10.5/k q KN m ；集中荷载标准值按以下规定选取：桥梁计算跨径小于5m 时，P k =180KN ，桥梁计算跨
径大于等于50m时，P k=360KN；桥梁计算跨径在5~50m之间时P k 采用线形内插。
4.4.1冲击系数的计算
桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。
桥梁的自振频率（基频）宜采用有限元方法计算，汽车的冲击系数是汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。冲击作用以车体的振动和桥跨自身的变形和振动。可通过midas计算得出。
4.4.2横向分布系数的考虑
荷载横向分布是指作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配，或者说各主梁如何分担车辆荷载。因为截面采用单箱单室时，可直接按平面杆系结构进行活载内力计算，无须计算横向分布系数，所以全桥采用同一个横向分配系数。
4.4.3活载作用下内力
利用有限元软件计算得到在活载作用下的内力包络图见4-7。
图4-7 活载作用下内力图
（a）弯矩包络图