空腹式箱形拱橋設(shè)計(jì)說明書

1、.陜西安康市平利至鎮(zhèn)坪公路八道河橋 空腹式箱形拱橋.;摘要擬建橋位于平利縣八道鄉(xiāng)羅家院子以南約800m處，介于平鎮(zhèn)三級(jí)公路（平利段）K30+356K30+450之間，跨越八道河河谷，路線與水流方向正交。橋址區(qū)位于基巖底山區(qū)小型河流的迂回曲折段，河谷兩岸為山梁斜坡，左岸基巖外露，右岸突出的山梁上分部厚度不大的第四系覆蓋層，谷底較平坦。橋址區(qū)屬構(gòu)造條件較簡(jiǎn)單的地段，無破怪性斷裂存在，橋位處無不良地質(zhì)現(xiàn)象。根據(jù)地形以及所給資料設(shè)計(jì)了三個(gè)比選方案：方案一是預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T形梁橋，孔徑布置:2×40m，橋梁總長(zhǎng)80m；方案二為三跨等截面連續(xù)T形梁橋，孔徑布置25m+30m+25m，總長(zhǎng)80m

2、；方案三為上承式混凝土箱形拱橋，主跨65米，兩測(cè)加一跨6米跨徑板，孔徑布置：6+72+6m，總長(zhǎng)84m。方案比選依據(jù)安全、實(shí)用、美觀的原則，最終選擇方案三上承式混凝土箱形拱橋?yàn)橥扑]方案，拱上建筑采用梁板柱式腹孔，主梁采用標(biāo)準(zhǔn)跨徑6m的實(shí)心板，板厚0.3m。拱軸系數(shù)通過試算采用1.167。 橋梁下部結(jié)構(gòu)為重力式橋墩、橋臺(tái)為U形橋臺(tái)。本設(shè)計(jì)對(duì)蓋梁、立柱及主拱圈配筋，對(duì)主拱圈、橋墩及基底進(jìn)行了強(qiáng)度驗(yàn)算。關(guān)鍵詞：拱橋；實(shí)心板；蓋梁；立柱；橋墩Abstract The proposed bridge is located in Lee County, 8 Heung Ping Luo yard abou

3、t 800m south of Division, between Pingjhen 3 Road (Ping Lee paragraph) K30 +356- K30 +450 between badaohe valley across the road and the flow direction is pay. The end of the bridge site located bedrock mountain - a small section of the river twists and turns, valleys cross the ridge slopes, left ba

4、nk of the bedrock exposed, prominent ridge on the right bank of the thickness segment of the Quaternary small, relatively flat bottom. Structural conditions of the bridge site belonged to a simpler site, without breaking blame of faults, the bridge is located no bad geological phenomena. According t

5、o information designed for terrain and the comparison of three programs: the program first, simply supported prestressed concrete T-beam bridge, aperture arrangement: 2 × 40 cross-bridge full 80m; program 2 for the three-span continuous T-cross section bridge, aperture arrangement 25m +30 m +25

6、 m, length 80m; Programme III for the Deck Concrete Arch Bridge, a main span 65 meters, plus the two measuring 6 meters span across one board aperture arrangement: 6 +72 +6 m length of 84m. Scheme comparison and selection based on safety, practical, aesthetic principles, the final option 3 Deck Conc

7、rete Arch Bridge with the recommended program, the arch on the building slab-column with abdominal holes, the main girder span 6m solid plate, thickness 0.3m . Arch-axis coefficient of 1.167 by using a spreadsheet.(From my own points program income)     Bridge substructure for th

8、e gravity pier, abutment for the U-shaped abutment. The design of the cap beams, columns and main arch ring reinforcement, the main arch ring, piers and the base for checking the strength. Key words : arch bridge；solid slab；Capping Beam；Holumn；Bridge pier目錄摘要IAbstractII第一章 橋梁設(shè)計(jì)方案比選11.1方案擬定11.1.1 第一方

9、案11.1.2 第二方案21.1.3 第三方案31.2 方案比選4第二章 推薦方案尺寸擬定62.1方案簡(jiǎn)介62.2 拱上建筑尺寸擬定62.2.1 腹孔上部結(jié)構(gòu)62.2.2 腹孔墩尺寸擬定62.3 拱圈截面細(xì)部尺寸的擬定72.4 橋面鋪裝72.5 施工方式8第三章 拱上蓋梁計(jì)算93.1 分塊面積法計(jì)算截面幾何特性93.1.1 截面特性計(jì)算公式93.1.2 蓋梁與立柱線性剛度計(jì)算93.1.3 預(yù)制板截面特性計(jì)算103.1.4 預(yù)制板永久作用效應(yīng)計(jì)算123.2蓋梁恒載計(jì)算143.2.1上部結(jié)構(gòu)自重計(jì)算143.2.2 蓋梁恒載內(nèi)力計(jì)算143.3 可變荷載計(jì)算163.3.1 車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算163.3

10、.2 可變荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算163.3.3 順橋向支座反力計(jì)算203.3.4 各支座支點(diǎn)反力203.3.5 沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)213.3.6 各梁永久荷載、可變荷載反力223.4 內(nèi)力組合計(jì)算233.4.1 恒載加活載作用下各截面的內(nèi)力233.4.2 蓋梁內(nèi)力匯總253.5 蓋梁配筋設(shè)計(jì)與承載力校核263.5.1 正截面抗彎承載力驗(yàn)算263.5.2 斜截面抗剪承載力驗(yàn)算273.5.3 全梁承載力校核333.5.4 蓋梁的裂縫及最大裂縫寬度驗(yàn)算343.5.5 蓋梁中間段撓度驗(yàn)算363.5.6 蓋梁懸臂段撓度驗(yàn)算39第四章 墩柱設(shè)計(jì)434.1 荷載計(jì)算434.1.1 恒載計(jì)算：434.1.2

11、 汽車荷載計(jì)算434.1.3 風(fēng)荷載計(jì)算444.1.4 雙柱反力橫向分布計(jì)算454.1.5 荷載組合464.2 截面配筋計(jì)算及應(yīng)力驗(yàn)算474.2.1 作用于墩柱頂?shù)耐饬?74.2.2 作用于墩柱底的外力474.2.3 截面配筋計(jì)算47第五章 主拱圈計(jì)算525.1 拱軸系數(shù)的確定525.1.1 拱圈截面特性525.1.2 積分法所用公式535.2 主拱圈截面內(nèi)力計(jì)算575.2.1 拱圈彈性中心及彈性壓縮系數(shù)575.2.2 彈性壓縮引起的恒載內(nèi)力575.3 壓力線偏離拱軸線引起的內(nèi)力585.4 恒載內(nèi)力625.5 活載內(nèi)力635.5.1 不計(jì)彈性壓縮的活載內(nèi)力635.5.2 計(jì)入彈性壓縮的活載內(nèi)力

12、635.6 溫度變化和混凝土收縮內(nèi)力635.6.1 溫度變化引起的內(nèi)力635.6.2 混凝土收縮內(nèi)力665.7 荷載組合695.8 拱的整體“強(qiáng)度穩(wěn)定”驗(yàn)算所需的荷載效應(yīng)725.9 拱腳截面直接抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算用的荷載效應(yīng)735.9.1 自重剪力735.9.2 活載剪力735.9.3 溫度作用效應(yīng)745.9.4 與剪力相應(yīng)的軸向力745.10 主拱圈強(qiáng)度驗(yàn)算765.10.1 公式765.10.2 拱頂?shù)焦澳_截面驗(yàn)算775.11 拱圈的整體“強(qiáng)度穩(wěn)定”驗(yàn)算795.11.1 縱向穩(wěn)定性驗(yàn)算795.11.2 橫向穩(wěn)定性驗(yàn)算805.11.3 拱圈配筋805.12 拱腳截面直接抗剪驗(yàn)算84第六章 橋墩計(jì)算8

13、66.1 擬定橋墩尺寸866. 2 荷載計(jì)算876.2.1 橋墩以上荷載計(jì)算876.2.2 墩身自重計(jì)算886.2.3 土重力計(jì)算896.2.4 土壓力計(jì)算906.2.5 水浮力計(jì)算916.2.6 支座摩阻力916.3 內(nèi)力匯總及組合926.3.1 用最大彎矩控制組合926.3.2 用最大軸向力控制組合956.4 正截面強(qiáng)度與基底應(yīng)力驗(yàn)算966.4.1 偏心矩驗(yàn)算966.4.2 截面強(qiáng)度驗(yàn)算966.4.3 基底應(yīng)力驗(yàn)算976.5 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算986.5.1 抗傾覆驗(yàn)算986.5.2 抗滑動(dòng)驗(yàn)算98參考文獻(xiàn)100附錄：外文文摘101譯文106致謝111第一章 橋梁設(shè)計(jì)方案比選1.1方案擬定根

14、據(jù)設(shè)計(jì)資料，在橋梁滿足跨越障礙，承受荷載的功能要求的前提下，遵循技術(shù)先進(jìn)，安全可靠，使用耐久，經(jīng)濟(jì)合理，美觀滿足環(huán)保原則，并充分考慮因地制宜，就地取材，便于施工，和養(yǎng)護(hù)等因素?，F(xiàn)擬定以下三個(gè)方案。1.1.1 第一方案1）孔徑布置本方案為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支T形梁橋，孔徑布置：2×40m，橋梁總長(zhǎng)80m。橋型布置圖見圖1.1。圖1.1 第一種方案橋型布置圖 (尺寸單位：cm)2）橋跨結(jié)構(gòu)構(gòu)造主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁，梁高2m，為跨徑的1/15，腹板厚30cm，預(yù)應(yīng)力用后張法施加。T形梁下部做成馬蹄形，馬蹄高度30cm，寬40cm，在梁端，因需加預(yù)應(yīng)力鋼筋錨固構(gòu)件，梁端一定距離內(nèi)腹板加寬。

15、橫向施加預(yù)應(yīng)力，將梁橫向剛性連接。3）墩臺(tái)與基礎(chǔ)橋臺(tái)采用混凝土重力式U形橋臺(tái)，兩測(cè)橋臺(tái)尺寸不相同：平利方向橋臺(tái)高6m，基礎(chǔ)埋值與輝長(zhǎng)巖，鎮(zhèn)坪方向橋臺(tái)高6.3m左右，基礎(chǔ)埋值與弱風(fēng)化砂巖。橋墩采用實(shí)體式橋墩，高度約17米左右，墩臺(tái)基礎(chǔ)根據(jù)具體的地質(zhì)構(gòu)造和持力層埋值深度，地質(zhì)較好采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)形式。4）結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)簡(jiǎn)支橋?yàn)殪o定結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部不存在多余的內(nèi)力，受力簡(jiǎn)單、明確，受橋墩不均勻下沉和支座變位的影響較小，適用于各類地質(zhì)結(jié)構(gòu)。但受力時(shí)，靠梁的彎矩抵抗外力，且彎矩為同一符號(hào)，跨中產(chǎn)生較大的彎矩，隨著跨凈的增長(zhǎng)，彎矩急劇增多，對(duì)梁的承載非常不利，所以跨徑不易過多。另外，簡(jiǎn)支結(jié)構(gòu)連續(xù)性較差，不利于

16、高速行車，其本身自重較大，所以不適大跨境和多跨徑。5）施工方案預(yù)制T形梁并預(yù)留預(yù)應(yīng)力孔洞，后張法施加預(yù)應(yīng)力，起重機(jī)安置梁體，后加橫向預(yù)應(yīng)力，將梁體連接成一整體。1.1.2 第二方案1）孔徑布置本方案為三跨等截面連續(xù)T形梁橋，孔徑布置25m+30m+25m，總長(zhǎng)80m。等截面梁橋型布置圖見圖1.2。圖1.2 第二方案橋型布置圖 (尺寸單位：cm)2）橋跨結(jié)構(gòu)構(gòu)造主梁采用等截面T形梁?？缰薪孛娓吆椭c(diǎn)處截面高度都為2.0m。翼板邊厚15cm，翼板根部厚21cm。T型梁下部做成馬蹄形，馬蹄高度30cm，寬40cm。每10米設(shè)橫隔板，橋墩和橋臺(tái)處加設(shè)橫隔板，3）結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)等截面連續(xù)梁結(jié)構(gòu)剛度大，變形

17、小，主梁變形撓曲線平緩，行車平順舒適，有利于高速行車，動(dòng)力性能好，同時(shí)伸縮縫少，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單，抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)適應(yīng)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁的受力特點(diǎn)。橋梁為二級(jí)公路橋梁，對(duì)行車的平順性要求較高，此方案較為合適。與其他結(jié)構(gòu)相比，在豎向荷載的作用下，除制動(dòng)橋墩外，其它橋墩只受軸向壓力，因此，其橋墩和橋臺(tái)都可做得小一些。4）橋墩臺(tái)基礎(chǔ)橋臺(tái)采用重力式U形橋臺(tái)，擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋墩采用實(shí)體式橋墩，基礎(chǔ)根據(jù)持力層埋值深度，地質(zhì)較好采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)形式。5）施工方案采用先簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工方法，即如下：（1）預(yù)制簡(jiǎn)支T梁，吊裝到位；（2）澆注墩頂連續(xù)段接頭混凝土，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，張拉負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束并壓注水泥漿；（3）再拆

18、除臨時(shí)支座，完成體系轉(zhuǎn)換；（4）完成主梁橫向接縫澆注；（5）最后進(jìn)行防撞墻護(hù)欄及橋面鋪裝施工。1.1.3 第三方案1）孔徑布置本方案由兩側(cè)小孔和主拱結(jié)構(gòu)組成，為上承式混凝土箱形拱橋，主跨65米，兩測(cè)加一跨6米跨徑板，孔徑布置：6+72+6m,總長(zhǎng)84m 。拱橋型布置圖見圖1.3。圖1.3 第三種方案橋型布置圖 (尺寸單位：cm)2）橋跨結(jié)構(gòu)構(gòu)造橋型為空腹上承式多室箱式拱橋，矢跨比f/L=1/8，等截面懸鏈線無鉸拱橋。主拱圈截面高度為1.00m，閉合箱式拱圈壁厚8厘米，頂板與底板厚12cm，留有混凝土接縫11.67cm。除腹孔墩處必須設(shè)置外，每3米設(shè)一橫隔板。橫隔板厚6cm。由于預(yù)制板總寬為8.

19、5m所以拱圈采用寬8.5m。拱上建筑采用梁板式結(jié)構(gòu)，柱式橋墩尺寸，上端蓋梁安裝橋面板（具體尺寸見蓋梁計(jì)算），下部底梁與箱形拱連接，上部結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)跨徑6.0m簡(jiǎn)支實(shí)心板，實(shí)腹段長(zhǎng)度24m.3）墩臺(tái)與基礎(chǔ)根據(jù)設(shè)計(jì)資料，橋址斷面的地質(zhì)條件較好，承載能力較好的風(fēng)化砂質(zhì)板巖巖層埋值深度較淺，適合拱橋所采用的重力式U形橋臺(tái)做擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋墩亦采用柱式橋墩，基礎(chǔ)均采用剛性擴(kuò)大基礎(chǔ)，擴(kuò)大基礎(chǔ)埋值到砂質(zhì)巖層，。4）結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)拱橋主要的受力構(gòu)件為拱圈，當(dāng)承載時(shí)，荷載在拱圈內(nèi)以壓力的形式出現(xiàn)，有利于發(fā)揮抗壓材料的優(yōu)勢(shì)，且鋼筋用量最省，便于就地取材，降低橋梁造價(jià)。但拱結(jié)構(gòu)在豎向荷載的作用下，壓力在橋墩和橋臺(tái)處一部分轉(zhuǎn)

20、化為水平的推力，所以對(duì)基礎(chǔ)有較高的要求。另外，拱橫向整體性和穩(wěn)定性好，在完工后，安全性較高，維護(hù)費(fèi)用特低。拱橋還具有耐久性好，維修、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、外型美觀、橫向整體性和穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。5）施工方案采用滿布式拱架施工法。采用分段施工，將整個(gè)拱圈在縱向分成6個(gè)砌筑段。1.2 方案比選1）從外形來看，拱式橋梁線條柔和舒暢，外形美觀，是較理想的橋型，但拱橋上部結(jié)構(gòu)需要簡(jiǎn)直板和立柱結(jié)構(gòu)，整體抗震性能較差，等截面連續(xù)梁橋與拱橋相比，美觀程度相對(duì)差，但是連續(xù)梁橋的橋墩較高，跨徑較大，整體上與此處的深溝地形相協(xié)調(diào)，整體效果較好，三個(gè)方案中簡(jiǎn)支梁橋的外觀效果最差。2）從結(jié)構(gòu)及受力的角度看，第一、二方案為受彎式橋梁

21、，第三方案為受壓式拱橋。方案一是三跨混凝土簡(jiǎn)支梁橋，美觀性較其他兩方案其次但受力簡(jiǎn)單、明確，是靜定結(jié)構(gòu)，對(duì)基礎(chǔ)的要求不高，工期相對(duì)較短等優(yōu)勢(shì)。但梁橋結(jié)構(gòu)受彎，橋梁配筋率要求較高，梁中需布設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋，鋼筋總用量較多，還需高強(qiáng)度鋼筋，簡(jiǎn)支梁鋪裝時(shí)需大噸位起重器。方案二采用等截面連續(xù)梁橋，結(jié)構(gòu)剛度大，變形小，主梁變形撓曲線平緩，行車平順舒適，有利于高速行車，動(dòng)力性能好，同時(shí)伸縮縫少，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單，抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。方案三拱橋，當(dāng)承載時(shí)，荷載在拱圈內(nèi)以壓力的形式出現(xiàn)，有利于發(fā)揮抗壓材料的優(yōu)勢(shì)，且鋼筋用量最省，便于就地取材，降低橋梁造價(jià)，尤其是中小跨徑拱橋，不需要大型設(shè)備和復(fù)雜技術(shù)，進(jìn)來由于轉(zhuǎn)體施工法和勁

22、性骨架拱的應(yīng)用，使其建造過程比同跨徑其他橋梁容易、便捷。另外，拱式橋的主要承重結(jié)構(gòu)是拱圈，拱結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下橋墩和橋臺(tái)將承受水平反力，這種水平反力將大大抵消在拱圈由荷載所引起的彎矩，因而與同跨徑的梁相比，拱的彎矩剪力和變形都要小的多。拱橋的主要缺點(diǎn)是其自重大，相應(yīng)的水平推力也較大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，但本方案采用的箱形拱橋大大地減少了拱橋的自重，而且增加了美觀度。此外，拱橋受基礎(chǔ)變?yōu)榛虺两禃r(shí)產(chǎn)生的附加內(nèi)力的影響很大，因此拱橋?qū)A(chǔ)的要求比其他橋型嚴(yán)格。本方案，由于橋址處的地質(zhì)情況比較良好，故采用拱橋方案是可行的。3）從施工角度看，方案一施工工序較簡(jiǎn)單，施工連續(xù)性容易控制，上部結(jié)構(gòu)與下部

23、結(jié)構(gòu)同時(shí)開工，工期較短，技術(shù)性相比簡(jiǎn)單，已有成熟的工藝技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。方案一、三施工工藝要求嚴(yán)格，需要大量的監(jiān)控設(shè)備，特別是拱橋施工時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)性較大。4）從材料造價(jià)方面看，三種方案的材料基本相同，即混凝土和普通鋼筋，方案一與方案二還需要大量的高強(qiáng)度混凝土和鋼絞線，從勞動(dòng)力方面考慮，方案一需要?jiǎng)趧?dòng)力較少，方案二、三需要?jiǎng)趧?dòng)力多，且需技術(shù)熟練的拱人，但其材料用量、機(jī)械使用及總造價(jià)少，為最經(jīng)濟(jì)的橋型。5）從建成后維護(hù)看，三種方案均為混凝土結(jié)構(gòu)，使用性能穩(wěn)定。第二章 推薦方案尺寸擬定2.1方案簡(jiǎn)介本設(shè)計(jì)推薦方案為方案三，為上承式混凝土箱形拱橋，主跨65米，兩測(cè)各加一跨6米跨徑板，孔徑布置：6+72+6m,全長(zhǎng)

24、84m ，為單孔。拱上建筑采用梁式腹孔，凈跨徑5.5m，采用預(yù)制實(shí)心板。橋面全寬：鋼筋混凝土防撞墻+凈7.5m。河道與路線正交，河床穩(wěn)定，河道順直。橋平面線形為直線，與流水方向正交，橋縱向坡度為0%的直坡段。橋面橫坡采用1.5%的雙向橫坡。橋臺(tái)采用U型橋臺(tái)。2.2 拱上建筑尺寸擬定2.2.1 腹孔上部結(jié)構(gòu)主梁采用鋼筋預(yù)應(yīng)力混凝土板，從文獻(xiàn)【5】中挑選出厚0.3m、寬0.99m的實(shí)心板，如圖2.1所示。中板構(gòu)造圖邊板構(gòu)造圖圖2.1 實(shí)心板尺寸圖（尺寸單位：cm） 主梁實(shí)心板采用C40混凝土，為了便于施工，實(shí)心板間企口也采用C40混凝土澆筑。由于主梁跨徑較小，故支座可采用2cm厚橡膠板充當(dāng)支座。2

25、.2.2 腹孔墩尺寸擬定蓋梁與立柱尺寸見圖2.2圖2.2（尺寸單位：cm）設(shè)計(jì)依據(jù)公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 02485）2.3 拱圈截面細(xì)部尺寸的擬定1）拱橋 本橋?yàn)楣窐?，截面采用箱形截面，拱圈?.3m。(包括橋面鋪裝)0.5m填料厚度。2）拱圈 參照已建成的箱梁統(tǒng)計(jì)資料與拱圈手冊(cè)以及施工方法。尺寸擬定如下圖：圖5.2 拱圈邊箱與內(nèi)箱尺寸擬定圖（尺寸單位：cm）3）橫隔板加設(shè)橫隔板可以增加截面的橫向剛度，限制變形。除腹孔墩處必須設(shè)置外，每3米設(shè)一橫隔板，中間挖空，橫隔板厚6cm。為加強(qiáng)橫向聯(lián)結(jié)，在橫隔板位置頂板預(yù)埋鋼板，用短鋼筋焊接，并在底板上預(yù)埋橫向分布鋼筋，待合攏后，將分布鋼

26、筋彎起交叉、勾住，現(xiàn)澆混凝土。2.4 橋面鋪裝橋面采用 的橫坡，由于橋面較窄，可用三角墊層形成坡度。橋面面層為5cm厚瀝青混凝土，三角墊層為7.5-13cm厚混凝土。2.5 本橋的主要材料混凝土：箱拱與預(yù)制板、橋面鋪裝采用C40混凝土。橋墩蓋梁采用C30混凝土，基礎(chǔ)采用C25混凝土。預(yù)應(yīng)力鋼材：縱向預(yù)應(yīng)力筋采用j15，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1860MPa的高強(qiáng)度、低松弛鋼鉸線，公稱直徑為15.24mm。普通鋼筋：主筋采用HRB335鋼筋，其他采用RB235鋼筋。2.5 施工方式采用滿堂支架法施工：在支架上安裝模板、綁扎、安裝鋼筋骨架現(xiàn)澆混凝土。第三章 拱上蓋梁計(jì)算3.1 分塊面積法計(jì)算截面幾何特性3.1.

27、1 截面特性計(jì)算公式上截面抗彎系數(shù)： Ws=I/Yx下截面抗彎系數(shù)： Wx=I/Ys上核心矩 ： Ks=W/A下核心矩 ： Kx=W/A。 矩形對(duì)自身的幾何特性截面的全截面型心坐標(biāo)（X,Y）：X= (3.1)形心到蓋梁上緣距離：Ys=Y= (3.2)X軸的慣性矩： (3.3)矩形小塊對(duì)全截面的截面的幾何特性X軸的慣性矩： (3.4)Y軸的慣性矩： (3.5)三角形對(duì)自身的幾何特性X軸的慣性矩： (3.6)形心主軸慣性矩（X軸向）：3.1.2 蓋梁與立柱線性剛度計(jì)算0.028125 （3.7）L為1.15ln與lc兩者較小者：1.15ln=1.15×4.2=4.83m <lc=5

28、m立柱1、2、3、4、7、8、9、10的線性剛度計(jì)算：柱截面慣性矩為：柱長(zhǎng)方向取Y軸對(duì)稱=0.002858=0.002858；0.004267 h1=h10= 7.6426m ； h2=h9= 5.3478m；h3=h8= 2.8391m ； h4=h7= =0.9517m。蓋梁與立柱線性剛度比：因?yàn)镋=Ec所以 （3.8）對(duì)應(yīng)的線性剛度比分別為：=10.43 ；=10.89；=5.78 >5.0 可看做簡(jiǎn)支梁；=1.94 為簡(jiǎn)化計(jì)算將4號(hào)與7號(hào)也看做簡(jiǎn)支梁，所以雙柱式蓋梁都可按簡(jiǎn)支梁計(jì)算。3.1.3 預(yù)制板截面特性計(jì)算對(duì)預(yù)制板截面進(jìn)行分割，分成有若干個(gè)三角形和矩形組成的小塊，并建立坐標(biāo)

29、系如圖3.1所示，在已建立的坐標(biāo)系中，各小塊的邊長(zhǎng)，坐標(biāo)和面積匯總?cè)绫?.1所示。圖3.1 預(yù)制板截面分塊圖表3.1 分塊匯總 分塊號(hào) 邊長(zhǎng)形狀面積A(cm)形心坐標(biāo)Ai×XiAi×Yi平行X軸Y軸Xi （cm）Yi（cm） -122三角形240.16666728.66666780.33333357.333333-2218三角形1840.16666722723396-3102三角形1042.8333338.6666667428.3333386.666667-4108矩形8044.543560320-57930矩形2370015035550122三角形2-40.1666728

30、.666667-80.3333357.3333332218三角形18-40.1666722-7233963102三角形10-42.833338.6666667-428.333386.6666674108矩形80-44.54-3560320 Si=2590；Si×Yi=37270。 截面各單元截面特性截面的全截面形心坐標(biāo)（X,Y）：形心到板下緣距離：Yx=Y=cm小塊對(duì)全截面的截面的幾何特性：X軸的慣性矩： Y軸的慣性矩： 中板截面各小塊的幾何特性（圖3.1）匯總于表3.2：表3.2 中板截面特性匯總分塊面積AiYiSi=AYIidiIxI=Ii+Ix141.33335.33330.8

31、88914.277815.297816.223682886487.6102084.8572732.932021.3333426.6666674.4444-5.723655.122659.64160264160853.3333-10.39017272.20818125.55237015355501777500.610881.989178632.0A=2590；200966.1， Ys=15.61； Yx=14.39；Ws=I/Yx=13965.72； Wx=I/Ys=12874.2；上核心矩Ks=W/A=5.392；下核心矩Kx=W/A=4.971。半個(gè)鉸縫面積為=過程同上，邊板截面各小塊（圖3

32、.1）的幾何特性匯總于表3.3，表3.4：表3.3 邊板截面特性（關(guān)于板的頂面）分塊面積AiYiSi=AYIidiIxI=Ii+Ix121.3332.6670.44413.889385.785386.221881443247.222938.8081262.831021.333213.3332.222-6.111373.495375.7480262080426.667-10.7789293.3789720.05345015517502587500.222169.892258919.9000015.22200面積A3560054190270664.7Ys=15.222表3.4 邊板面積與慣性矩（關(guān)

33、于邊板左面 ） 面積AiYiSi=AYIidiIxI=Ii+Ix21.1572.3130.444-0.5630.6331.1181.15720.824-0.5635.6989.7101.18311.83355.556-0.5893.47359.0801.296666.667-0.60629.377696.034500.5751983.7538021880.0191.2483802188.700000.5940035602114.716673802954.6形心到左緣距離Xs=0.5940m，所以邊板與中板中心距離為50+125-59.4=115.6cm，我們把支座放在板形心處。3.1.4 預(yù)制

34、板永久作用效應(yīng)計(jì)算恒載內(nèi)力計(jì)算時(shí)，按照實(shí)際施工的情況，分階段計(jì)算其恒載內(nèi)力。主要包括一期恒載（預(yù)制板自重）和二期恒載（橋面鋪裝及防撞墻等橋面系）作用下產(chǎn)生的內(nèi)力，本設(shè)計(jì)將橋面鋪裝及防撞墻均攤在每米橋面板上，中板與邊板分開計(jì)算。施工方法采用，恒載內(nèi)力按結(jié)構(gòu)力學(xué)方法計(jì)算。1） 預(yù)制板自重（第一階段結(jié)構(gòu)自重）中板2、3、4、5、6、7 邊板1、8 2） 橋面系自重 由AUTOCAD查得防撞墻面積為0.3587，防撞墻重力單側(cè)按8.968計(jì)。橋面鋪裝采用等厚5cm的瀝青鋪裝，則全橋?qū)捗垦用字亓椋?橫坡采用7.513cm的防水混凝土三角墊層，則全橋?qū)捗垦用字亓椋?二期恒載集度為橋面鋪裝與防撞墻集度之

35、和，為計(jì)算方便，近似1米拱圈平均分擔(dān)考慮，則每延米橋面系重力為：3）鉸縫自重（第二階段結(jié)構(gòu)自重）：得板每延米總重力g為： 中板 kN/m （第一階段結(jié)構(gòu)自重） 邊板 kN/m （第一階段結(jié)構(gòu)自重） kN/m （第二階段結(jié)構(gòu)自重） kN/m （第二階段結(jié)構(gòu)自重） kN/mkN/m3.2蓋梁恒載計(jì)算3.2.1上部結(jié)構(gòu)自重計(jì)算 表3.5 上部結(jié)構(gòu)永久荷載 （包括橋面鋪裝） 每片梁自重（kN/m）每片梁自重（kN/m）一孔上部構(gòu)造自重（kN）每一個(gè)支座恒載反力（kN）1,8號(hào)2,，3,4,5,6,7號(hào)邊梁1,8中梁2716.12412.845651.52848.05038.277圖3.2 蓋梁構(gòu)造簡(jiǎn)圖

36、 （尺寸單位：cm）3.2.2 蓋梁恒載內(nèi)力計(jì)算表3.6 蓋梁自重及作用效應(yīng)計(jì)算 截面自重（kN）彎矩（kN·m）剪力（kN）V左V右1-1-8.14-8.14續(xù)表3.6 蓋梁自重及作用效應(yīng)計(jì)算 截面自重（kN）彎矩（kN·m）剪力（kN）V左V右2-2-18.08-18.083-3-25.5837.54-431.531.55-500（kN）3.3 可變荷載計(jì)算3.3.1 車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算荷載對(duì)稱布置時(shí)用杠桿原理法，非對(duì)稱布置時(shí)用偏心受壓法。公路II級(jí)車道荷載的取值由文獻(xiàn)【1】4.3.1條，用線性內(nèi)插可得（kN/m）計(jì)算彎矩時(shí)： （kN） 計(jì)算剪力時(shí)： （kN） 3.3.

37、2 可變荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算1）單車列，對(duì)稱布置（圖3.3）時(shí)：圖3.3 單列對(duì)稱橫向分布系數(shù)計(jì)算圖（尺寸單位：cm）2） 雙車列，對(duì)稱布置（圖3.4）時(shí)：圖3.4 雙列對(duì)稱橫向分布系數(shù)計(jì)算圖 （尺寸單位：cm）3） 單車列，非對(duì)稱布置（圖3.5）時(shí)： 圖3.5 單雙列橫向分布計(jì)算圖 （尺寸單位：cm）4） 雙車列，非對(duì)稱布置（圖3.5）時(shí)：由 （3.9） ， 已知n=5 ，則：計(jì)算出和繪制1號(hào)梁橫向影響線，如圖2.7所示，圖中按文獻(xiàn)【1】規(guī)定確定汽車荷載的最不利荷載位置，再由和計(jì)算橫向影響線的零點(diǎn)位置。設(shè)零點(diǎn)至1號(hào)梁的距離為，則：解得=5.17m。零點(diǎn)位置已知后，就可求出相應(yīng)于各個(gè)荷載位置的

38、橫向影響線豎標(biāo)值cq。設(shè)防撞墻至1號(hào)梁軸線的距離為,則： =（7.5）/2=0.094m于是，1號(hào)梁的活載橫向分布系數(shù)可計(jì)算如下（以表示影響線零點(diǎn)至汽車車輪的橫坐標(biāo)距離）：汽車荷載 =0.3822單車列與雙車列計(jì)算類似，同理可得如下表3.7表3.7 橫向分布系數(shù)計(jì)算（偏心受壓法）單車列非對(duì)稱布置雙車列非對(duì)稱布置中板中心距離長(zhǎng)=1板數(shù)量n=8邊板與中板中心距離長(zhǎng)=1.156a3=1.5a1=3.656a4=0.5a2=2.5ai2=44.232711=0.427211=0.427281=-0.177281=-0.177212=0.331612=0.331682=-0.081682=-0.0816

39、13=0.249013=0.249083=0.001083=0.001014=0.166314=0.166384=0.083784=0.083715=0.083715=0.083785=0.166385=0.166316=0.001016=0.001086=0.249086=0.249017=-0.081617=-0.081687=0.331687=0.331618=-0.177218=-0.177288=0.427288=0.4272x1=5.1683橋面凈寬B=7.5x2=5.86760.50.9x3=7.34211.8續(xù)表3.7 橫向分布系數(shù)計(jì)算（偏心受壓法）單車列非對(duì)稱布置雙車列非對(duì)稱

40、布置x4=14.71421.3x5=-7.4022x6=-0.0301x7=1.4444x8=2.1437=0.094m1=0.3192m1=0.3822m2=0.2578m2=0.3404m3=0.2047m3=0.3043m4=0.1516m4=0.2681m5=0.1516m5=0.2681m6=0.2047m6=0.3043m7=0.2578m7=0.3404m8=0.3192m8=0.38223.3.3 順橋向支座反力計(jì)算圖3.6活載布置圖 （尺寸單位：m）雙孔布載單列車時(shí)： (kN)雙孔布載雙列車時(shí)：(kN)單孔布載單列車時(shí)： (kN)單孔布載雙列車時(shí)： (kN)3.3.4 各支座

41、支點(diǎn)反力表3.8 各梁支點(diǎn)反力計(jì)算 荷載橫向分布情況公路II級(jí)荷載（kN）計(jì)算方法荷載布置橫向分布系數(shù)單孔雙孔BR1BR1對(duì)稱布置按杠桿原理法算單列行車公路II級(jí)m1=0158.15630179.81250m2=000m3=0.231.63135.963m4=0.347.44753.944m5=0.347.44753.944m6=0.231.63135.963m7=000m8=000續(xù)上表3.8 各梁支點(diǎn)反力計(jì)算荷載橫向分布情況公路II級(jí)荷載（kN）計(jì)算方法荷載布置橫向分布系數(shù)單孔雙孔BR1BR1對(duì)稱布置按杠桿原理法算雙列行車公路II級(jí)m1=0316.31250359.6250m2=0.475

42、150.248170.822m3=0.131.63135.963m4=0.425134.433152.841m5=0.425134.433152.841m6=0.131.63135.963m7=0.475150.248170.822m8=000非對(duì)稱布置按偏心受壓法計(jì)算單列行車公路II級(jí)m1=0.3192158.156350.489179.812557.403m2=0.257840.77646.359m3=0.204732.37336.806m4=0.151623.97127.253m5=0.151623.97127.253m6=0.204732.37336.806m7=0.257840.77

43、646.359m8=0.319250.48957.403雙列行車公路II級(jí)m1=0.3822316.3125120.909359.625137.465m2=0.3404107.683122.427m3=0.304396.241109.419m4=0.268184.79996.41m5=0.268184.79996.41m6=0.304396.241109.419m7=0.3404107.683122.427m8=0.3822120.909137.4653.3.5 沖擊系數(shù)和車道折減系數(shù)按文獻(xiàn)【1】4.3.2規(guī)定，結(jié)構(gòu)沖擊系數(shù)與結(jié)構(gòu)基頻有關(guān)，因此要先計(jì)算結(jié)構(gòu)基頻。簡(jiǎn)支梁橋中板的基頻可采用下列公式

44、估算：= 16.335Hz （3.10）其中： （3.11）根據(jù)本橋的基頻，可計(jì)算出汽車荷載的沖擊系數(shù)為：0.4779 （3.12）按以上公式，同理可得邊板汽車沖擊系數(shù)為：16.169Hz；=0.4767按文獻(xiàn)【1】4.3.1條，當(dāng)車道數(shù)大于兩車道時(shí)，才需進(jìn)行車道折減。本橋兩車道不需折減。3.3.6 各梁永久荷載、可變荷載反力計(jì)算見表3.9、3.10，邊板與中板沖擊系數(shù)分別采用1.4767和1.477。表3.9 各梁永久荷載、可變荷載基本組合表（活載不計(jì)入沖擊系數(shù)） 荷載情況R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=恒載96.1076.5576.5576.5576.5576.5576.5

45、596.10單列單孔對(duì)稱0031.6347.4547.4531.6300單列雙孔對(duì)稱0035.9653.9453.9435.9600雙列單孔對(duì)稱0150.2531.63134.43134.4331.63150.250雙列雙孔對(duì)稱0170.8235.96152.84152.8435.96170.820單列單孔非對(duì)稱50.4940.7832.3723.9723.9732.3740.7850.49單列雙孔非對(duì)稱57.4046.3636.8127.2527.2536.8146.3657.40雙列單孔非對(duì)稱120.91107.6896.2484.8084.8096.24107.68120.91雙列雙孔非

46、對(duì)稱137.47122.43109.4296.4196.41109.42122.43137.47表3.10 各梁永久荷載、可變荷載基本組合表(計(jì)入沖擊系數(shù)) 荷載情況R1=R2=R3=R4=R5=R6=R7=R8=96.176.5576.5576.5576.5576.5576.5596.1000.0046.7570.1270.1246.750.00000.0053.1579.7279.7253.150.0000222.0546.75198.67198.6746.75222.0500252.4553.15225.88225.8853.15252.45074.5360.2647.8435.4335.4347.8460.2674.5384.7368.5154.3940.2840.2854.3968.5184.73178.47159.14142.23125.32125.32142.23159.14178.47202.91180.93161.71142.48142.48161.71180.93202.913.4 內(nèi)力組合計(jì)算3.4.1 恒載加活載作用下各截面的內(nèi)力1） 彎矩計(jì)算（圖3.7）截面位置見圖3.7所示。求取最大彎矩值，為簡(jiǎn)化計(jì)算，支點(diǎn)負(fù)彎矩一般取用非對(duì)稱布置時(shí)數(shù)值，跨中彎矩一般取用對(duì)稱布置時(shí)數(shù)值。但這有可能不是最值。為計(jì)算準(zhǔn)確，現(xiàn)對(duì)每一種組合進(jìn)行計(jì)算組合，求最大彎矩