前 言
设计的主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，分析解决实际问题的能力。通过毕业设计使学生形成经济、环境、市场、管理等大工程意识，培养学生实事求是、谦虚谨慎的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的精神。毕业设计过程中复习以前所学习的专业知识，同时也锻炼了学生将理论运用于实践的能力。
桥梁的设计需要综合考虑各个方面的因素，其中包括桥址处地形、地貌、气象、水文条件、工程地质、以及周围所处的环境等等，除此之外，任何一个设计都必须要考虑的问题就是怎样将经济、实用、美观三者都融于设计之中。
设计主要包括上部结构计算和下部结构计算。桥梁的结构设计，主要是主梁、桩柱的内力计算、截面配筋、强度验算等。通过方案比选后确定本桥为连续箱梁桥，桥长140米。计算过程中主要参考了《公路桥涵设计手册——梁桥(下册)》、《连续梁桥》、《桥梁工程》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）、《桥梁设计常用数据手册》等书籍，其中桥梁结构上的车道荷载布置、超静定连续梁内力分析涉及的所有计算全部由桥梁博士Dr Bridge和Excel辅助计算功能求出和输出原始数据，为下一步的分析和准确计算打下了坚实基础。接下来的上部主梁和下部墩柱的结构设计计算当中，再以程序精算结果的基础上，充分利用了AutoCAD计算机辅助设计功能和Excel辅助计算功能计算；此次毕业设计除了有详细的计算书外，还按照设计要求绘制了一定量的施工图纸。
总之，通过毕业设计，达到基本知识、基础理论、基本技能和运用知识能力、网络获取知识的能力、计算机应用的能力、外语能力以及文化素质、思想品德素质、业务素质的训练，培养学生运用所学的专业知识和技术，研究、解决本专业实际问题的初步能力。
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1. 桥梁设计方案和比选
1.1设计说明
1.1.1 任务依据和设计范围
（1）任务依据
所选桥位的地质图。 （2）设计论文原始资料
桥位地形图、地质勘察资料； （3）设计荷载：
公路I级：车道荷载qk=10.5kN，Pk=360kN。
单幅桥宽：总宽 12m＝2×3.75+3.5+2×0.5（防撞护栏）； （4）材料：
混凝土：上部结构C50，下部结构C25；
钢材：1）普通钢筋：Ⅰ级（构造筋）、Ⅱ级（受力筋）； 2）预应力钢筋：钢绞线f1860（OVM锚）； 3）Q235钢；
其他：自定（如温度变化、支座位移等）。
1.1.2 地质资料 自上而下土层分别为：
（1）亚砂土：灰色，含少量腐植物。厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/m4。（2）中砂：灰色，主要成分为石英，长石及云母。厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/m。
（3）亚粘土：深灰色，刀切面光滑。厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/m。 （4）中砂：灰色，主要成分为石英，长石，云母。厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/m。
（5）亚粘土：深灰色，刀切面光滑。厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/m。 （6）含砾中砂：灰色，主要成分为石英，长石及云母，砾径最大为8cm，呈棱角状。
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m厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/。
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1.2 桥梁方案比选
1.2.1总体布置
本桥拟采用四跨一联的预应力混凝土连续箱形梁桥。总长为140米。连续梁桥有做
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成三跨或者四跨一联的，也有做成多跨一联的，但一般不超过六跨。对于桥孔分跨，往往要受到如下因素的影响：桥址地形、地质与水文条件，通航要求以及墩台、基础及支座构造，力学要求，美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的0.5—0.8倍，本设计其跨度组合为：(40+60+40)米。符合以上原理要求 1.2.2拟定方案并进行方案比选
本设计桥梁的形式可考虑拱桥、简支梁桥、连续梁桥三种形式。从实用、安全、经济、美观、环保以及占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。桥梁设计原则：
（1）实用性。桥梁必须实用，要有足够的承载力。能保证行车的畅通、舒适和安
全。既满足当前的需要，又要考虑今后的发展。要能满足交通运输本身的需要，也要考虑到支援农业等等。
（2）安全性。桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要，能够保证其耐久
性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。
（3）经济性。在社会主义市场经济体制的今天，经济性是不得不考虑的重要因素。
在能够满足桥两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济，是否以最少的投入获得最好的效果。
（4）美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优美，要与
周围环境相适应，合理的轮廓是美观的主要因素。
（5）环保性。随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对环境保护提出了更
高的要求，在建筑领域，一个工程的建设不能以牺牲环境作代价，在保证顺利工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。 应根据上述原则，对桥梁作出综合评估： （1）梁桥：
梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：
（a）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；
（b）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构； （c）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少； （d）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；
（e）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产； （f）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力； （7）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。
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简支梁：
目前我国道路桥梁结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明确，因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化；但其梁高较大，景观稍差，行车条件也不如连续梁。
连续梁：
连续梁结构可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅，将给城市争色不少。但连续梁对基础沉降要求严格，特别是由于联长较大，梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。 (2)拱桥：
拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，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。如在均布荷载q的作用下，简直梁的跨中弯矩为ql/8，全梁的弯矩图呈抛物线形，而设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。梁拱组合 (3)方案比选及截面形状选定:
（a）由上述条件可知，根据本设计具体的情况，因地基为软土，制作拱桥难度较大，放弃拱桥方案。简支梁与连续梁相比虽然结构简单施工方便，但其建成后连续性不强，行车不如连续梁平稳，美观方面不如变截面连续梁的美观。
（b）梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T型梁等可采用的梁型。 连续单箱梁方案该方案结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用就地浇筑，现场浇筑砼及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制,对桥下道路交通影响较其他方案稍大。
组合箱梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。双箱梁预制吊装，铺预制板，重量轻。但从桥下看,美观效果稍差。虽然从预制厂到工地的运输要求相对较低，运输费用较低，但桥面板需现浇施工增加现场作业量，工期也相应延长，并且徐变变形大，存在着后期维修养护工作量大的缺点。
槽型梁为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低,且两侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区(上翼缘)压溃为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时，由于结构为开口截面，
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结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储备才能实现。
T型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度高，由于梁底部呈网状,景观效果差。预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同样的问题。
相比之下，单箱梁抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁，适应性强，在直线、曲线等区间段均可采用，且施工技术成熟，造价适中。 因此，结合工程特点和施工条件综合考虑，本设计选择连续箱型梁。 (4)下部结构:
桥墩类型有实体桥墩、空心桥墩、框架墩、柱式桥墩等。
实体重力式桥墩是一实体圬工墩，主要靠自身的重力平衡外力，从而保证桥墩的强度和稳定。此种桥墩自身刚度大，具有较强的防撞能力，但同时存在阻水面积大的缺陷，比较适合于修建在地基承载力较高、覆盖层较薄、基岩埋深较浅的地基上。
实体轻型桥墩可用于混凝土、浆砌块石或钢筋混凝土材料做成，此结构显著减小了圬工体积，但其抵抗冲击力的能力较差，不宜用在流速大并且有大量泥沙的河流或可能有船舶、冰块、漂流物撞击的河流中，一般用于小跨径的桥梁上。
空心桥墩有两种：一种为部分镂空实体桥墩，另一种为薄壁空心桥墩。其特点是轮廓体型较大，多圬工材料少钢筋。不利于桥下流水通过。
框架式桥墩给桥梁建筑增添了新的艺术造型，改变了桥墩原先的笨拙形象，使桥梁结构造型更加轻巧美观，同时使桥梁的跨越能力提高，缩短了主梁的跨径，降低了梁高。但是其结构比较复杂，施工比较麻烦。
柱式桥墩是目前公路桥梁中广泛采用的桥墩形式。它具有线条简捷、明快、美观，既节省材料数量又施工方便的特点，桥下通视情况良好。
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2. 上部结构的设计计算
2.1尺寸拟定
2.1.1 立截面
从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度布置为宜；在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。 2.1.2横截面
梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。
当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外，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；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。总之，箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。
常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改变对方案的取舍；但是双室式存在一些缺点：施工比较困难，腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。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。 2.1.3 梁高与细部尺寸
（1）根据经验确定，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15—1/20之间，而跨中梁高与主跨之比一般为1/30—1/50之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。
本设计采用变高度的直线梁。根据《桥梁设计常用数据手册》第481、482页关于截面细部尺寸的规定：支点处：H=（
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～）L，跨中H=（～）L 15203050
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。支墩处底版还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底
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版厚度也随梁高变化，底板一般为25-100cm（变厚），顶板25-30cm（等厚），腹板一般为30-80cm（变厚）。
确定支点处梁高为3.5m，跨中梁高为1.8m。取底板厚跨中为40cm，支点处为60cm；顶板厚为30cm；腹板取跨中为50cm，支点处为75cm。 （2）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。因此本设计只在支点处设置实心横隔梁。由于中间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所示：
图2.1中跨跨中截面（单位为cm）
图2.2支点处截面（单位为cm）
2.2荷载内力计算
对结构进行受力分析时应对主梁进行分单元。本桥全长140米，全梁共分74个单元，一般梁段长度为2.0m。
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2.2.1恒载内力计算
主梁的内力计算可分为设计和施工内力计算两部分。设计内力是强度验算及配筋设计的依据。施工内力是指施工过程中，各施工阶段的临时施工荷载，如施工机具设备（支架、张拉设备等）、模板、施工人员等引起的内力，主要供施工阶段验算用。由于对施工方面的知识不熟，本设计中对该项设计内容作了简化，主要考虑了一般恒载内力、活载内力。
主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力Sg1和二期恒载（如铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力Sg2。主梁的自重内力计算方法可分为两类：在施工过程中结构不发生体系转换,如在满堂支架现浇等，如果主梁为等截面，可按均布荷载乘主梁内力影响线总面积计算；在施工过程中有结构体系转换时，应该分阶段计算内力。本设计采用满堂支架法,二期恒载(又称后期恒载)集度约为:Q2=37.44kN/m
为方便计算先讲将主梁分为70个小段进行内力的分析。每小段的自重如下：
表2.1（主梁每小段的自重）
各分段编号 各单元一期恒载（kN）
1 487.75 2 489.2124 3 491.1765 4 493.6252 5 496.7602 6 500.427 7 504.397 8 509.3766 9 514.7416 10 520.3897 边11 526.9751 跨
12 534.333 13 541.9276 14 550.3 15 559.4128 16 569.128 17 579.5379 18 590.866 19 602.4576 20 618.4527 21 621.075 22 608.9502 23 581.5955 中跨24 556.2838 （
25 533.359 ）
26 512.8536 27 494.382 1/2
各单元二期恒载（kN）
74.88
74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88
8
恒载值组合（kN）
487.75 489.2124 491.1765 493.6252 496.7602 500.427 504.397 509.3766 514.7416 520.3897 526.9751 534.333 541.9276 550.3 559.4128 569.128 579.5379 590.866 602.4576 618.4527 621.075 608.9502 581.5955 556.2838 533.359 512.8536 494.382
****
28 29 30 31 32 33 34 35
477.6452 463.2676 450.9592 440.4242 431.3194 424.2692 418.6108 414.4426
74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 74.88 477.6452 463.2676 450.9592 440.4242 431.3194 424.2692 418.6108 414.4426
（1）一期恒载内力的计算（如图2.3一期恒载内力计算）：
δ11X1+δ12X2+Δ1P=0
（2.1）
δ21X1+δ22X2+Δ2P=0
计算得Χ1=Χ2=−64550
表2.2（一期恒载控制截面弯矩计算值）
截面位置
静定时荷载弯矩弯矩组合1
（kN•M）（kN•M）
边支点 0 0 0 0 边跨跨中 0.5 -32275 52880.8 20605.8 支点 1 -64550 0 -64550 1/4截面 0.75 -48412.5 78691.6 30279.1 跨中 0.5 -32275 102822.2 70547.2
m1
x1*m1
m2 0 0.250.5
弯矩组合2（kN•M）
0 20605.8 0 -64550 -16137.5 14141.6 -32275 38272.2 x2*m2
图2.4一期恒载弯矩
9
*****
2x2x5.05.05.05.0算计力内载恒期一3.2图x1x1 10
****
2X2X5.05.0算计力内载恒期二5.2图
X1X1 11
0.50.5*****
（2）二期恒载内力的计算（如图2.5二期恒载内力计算）：
δ11X1+δ12X2+Δ1P=0
δ21X1+δ22X2+Δ2P=0
根据上述公式计算得：X1=X2=−10080
表2.3（二期恒载控制截面弯矩计算值）
截面位置 边支点 支点 跨中
m1 0 1 0.5
x1*m1 0 -5040 -10080 -5040
荷载弯矩(kN•M)
0 7488 0 11610 16848
弯矩组合1
0 2448 -10080 4050 11808
m2 0 0.250.5
x2*m2 0 -2520-5040
弯矩组合2 (kN•M)
0 2448 -10080 1530 6768
边跨跨中 0.5
1/4截面 0.75 -7560
图2.6二期恒载弯矩
（3）恒载内力计算结果
表2.4恒载内力的计算结果
截面 边支座 边跨跨中 中间支点 1/4截面 跨中
M1(kN•M)
0 20605.8 -64550 14141.6 38272.2
M2(kN•M)
0 2448 -10080 1530 6768
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****
2.2.2 活载内力计算
（1）活载横向分布内力增大系数
活载内力计算为基本可变荷载(公路一级)在桥梁使用阶段所产生的结构内力。 可采用修正偏心受压发计算活载内力增大系数。
emaxa1
ηmax=
其中
1n
+β∑ai2
i=1
n
（2.2）
β=
其中n=2 G取0.425E
IT
1+nγG.ITEI1.∑1ai2
（2.3）
4IxIy4×3.6439×1012×7.364×1013===1.3888×1013 1213Ix+Iy3.6439×10+7.364×10
∑
γai2=3.5
l2=12
60=
12
2
+3.5
2
2
=24.5
=300
β=
1
1.3888×10
1+2×300×0.425×
3.6439×10
1312
×
124.5
=0.0246
0.75×3.5=0.503ηmax=1+0.0246 224.52×η
max
=1.006
活载内力增大系数为：1.006
（2）查表后用图乘法进行活载内力计算
边跨跨中活载影响线：
13
*****
图2.7边跨跨中活载影响线
最大正弯矩：
M=0.0949×402×10.5+0.0084×402×10.5+360×0.2050×40×3×1.006=14062.32kN⋅M
()支点处活载影响线：
图2.8支点处活载影响线
最小负弯矩：
M=−0.0602×402×10.5+0.0849×402×10.5+0.1019×360×40×3×1.006=−11715.12kN⋅M
中跨跨中处活载影响线：
()
图2.9中跨跨中处活载影响线
2.2.3效应组合：
14
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(1) 短期效应组合： MS=(MG1+MG2)+0.7MQ （2.4）
1+μ边跨跨中：MS=(20605.87+2448)+0.7×14062.32=32897.494kN⋅M 支点处：MS=−(64550+10080)+0.7×11715.12=−82830.584kN⋅M 中跨跨中：MS=(38272.24+6768)+0.7×14662.08=55303.696kN⋅M
(2) 基本效应组合： Md=1.2(MG1k+MG2k)+1.4MQk (2.5) 边跨跨中：Md=1.2×(20605.87+2448)+1.4×14062.32=47351.892kN⋅M
支点处：Md=−1.2×(64550+10080)+1.4×11715.12=−105957kN⋅M 中跨跨中：Md=1.2×(38272.24+6768)+1.4×14662.08=74575.2kN⋅M
2.3钢束的估算与布置
2.3.1预应力筋的估计
根据正截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需的有效预加力为：
MSW （2.6） ≥
1e0.85(+P)
AW
Npe
w=wx=
jc
（2.7） ycxNpe
np=
(1−20100)σconAp1
（2.8）
（1）边跨跨中截面
假定ap=300mm则ep=1480.566−300=1180.566mm jc1.447×1013
w=wx===9.77328×109mm3
ycx1480.566
15
*****
Npe
32897.494×106
9
97732810×=18473092.7N ≥
11180.566
0.85()+
10686660977328×109
拟采直径为15.2mm的钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积为140mm2抗拉强度标准值fpk=1860MPa，张拉控制应力取σcon=0.75fpk=1395MPa，应应力损失按张拉控制应力的20%估算。
np=
Npe
(1−20100)σconAp1
=
18473092.7
=118.2根
(1−0.2)×1395×140
采用18束19φ15.2预应力钢绞线。 （2）支点截面
假定ap=300mm则ep=1668.5796−300=1368.6mm jc2.1629×1013
w=wx===1.296×1010mm3
ycx1668.5796
82830.584×106
10
1.296×10≥=4.042×107N 11368.6
0.85(+)
124350001.296×1010
Npe
拟采直径为15.2mm的钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积为140mm2抗拉强度标准值fpk=1860MPa，张拉控制应力取σcon=0.75fpk=1395MPa，应应力损失按张拉控制应力的20%估算。
np=
Npe
(1−20100)σconAp1
4.042×107
==258.7根 (1−0.2)×1395×140
采用14束19φ15.2预应力钢绞线。 （3）中跨跨中截面
假定ap=300mm则ep=1032.8057−300=732.8057mm jc3.6439×1012
w=wx===3.528×109mm3
ycx1032.8057
16
****
55303.696×106
9×3.52810Npe≥=5.616×107N 1732.8057+0.85()
82888523.528×109
拟采直径为15.2mm的钢绞线，单根钢绞线的公称截面面积为140mm2抗拉强度标准值fpk=1860MPa，张拉控制应力取σcon=0.75fpk=1395MPa，应应力损失按张拉控制应力的20%估算。
5.616×107
np===359.47根
20(1−100)σconAp1(1−0.2)×1395×140
Npe
采用20束19φ15.2预应力钢绞线。
2.4 预应力钢束的布置
连续梁预应力钢束的配置不仅要满足《桥规》(TB10002.3—99)构造要求，还应考虑以下原则：
（1）应选择适当的预应力束的型式与锚具型式，对不同跨径的梁桥结构，要选用预加力大小恰当的预应力束，以达到合理的布置型式。
（2）应力束的布置要考虑施工的方便，也不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束，而导致在结构中布置过多的锚具。
（3）预应力束的布置，既要符合结构受力的要求，又要注意在超静定结构体系中避免引起过大的结构次内力。
（4）预应力束的布置，应考虑材料经济指标的先进性，这往往与桥梁体系、构造尺寸、施工方法的选择都有密切关系。
（5）预应力束应避免合用多次反向曲率的连续束，因为这会引起很大的摩阻损失，降低预应力束的效益。
（6）预应力束的布置，不但要考虑结构在使用阶段的弹性力状态的需要，而且也要考虑到结构在破坏阶段时的需要。
（7）预应力筋应尽量对称布置
（8）应留有一定数量的备用管道，一般占总数的1%。
（9） 锚距的最小间距的要求。
17
*****
2.5 桥梁博士验算
2.5.1 概述
Dr.Bridge软件是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统软件。系统的编制完全按照桥梁的设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范，充分利用现代计算机技术，符合设计人员的习惯。对结构的计算充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况。计算更精确；同时在数据输入的容错性方面作了大量的工作，提高了用户的工作效率。
Dr.Bridge软件的基本功能有：直线桥梁、斜弯和异型桥梁、基础计算、截面计算、横向分布系数的计算、输入、输出、打印与帮助系统。
Dr.Bridge软件的使用大致分为：估算结构的配筋面积（总体信息的输入、单元信息的输入、钢束信息的输入、施工信息的输入、使用阶段信息的输入、数据的诊断及计算），全桥安全性验算（总体信息的输入、数据的诊断、项目的计算、文本报告的输出）。
2.5.2估算结构的配筋面积
桥梁上部结构形式为双向六车道且上下行独立的预应力混凝土连续箱梁。全桥的总长为140m，其分跨布置为40m+60m+40m。首先根据实际情况将桥梁划分为74个单元，75个节点。其中，1、22、54、75节点设计约束条件，采用满堂支架进行施工，分为3个施工阶段。
图2.10全桥单元总体信息
18
****
图2.11全桥单元总体信息图
(1)输入总体信息
在结构总体信息对话框中，计算类别选择“估算配筋面积”，计算内容只选择“计算活载”，相对湿度使用“0.8”，结构重要性系数为“1”，选择中交04规范。如图2.12所示：
图2.12总体信息图
在“配筋估算信息”中，选择普通钢筋类型和预应力钢绞线类型。如图2.13所示
19
*****
图2.13配筋信息图
(2)输入单元信息
先对结构进行分单元，该桥梁共分为74个单元，为预应力混凝土构件，采用C50混凝土。选用“全预应力构件”，如图2.14所示：
图2.14单元总体信息图
截面特性描述中选用“中交新混凝土：C50混凝土”如图2.15所示
图2.15单元特性描述图
输入左、右界面信息中对桥梁上部结构形式的细部尺寸定义：
20
****
图2.16截面尺寸信息图
(3)输入钢束信息
图2.17钢束信息图
钢束几何描述：
21
*****
图2.18钢束几何描述图
(4)输入施工信息
全桥分两个施工阶段，第一阶段浇筑主梁1-74单元，第二阶段张拉钢束灌浆，并考虑分批张拉预应力损失，无桥面铺装永久荷载。第三阶段施工杆件号为：1-74，永久荷载为桥面铺装和栏杆的荷载集度，假定结构升降温均为10度，平均温度为10度、第一阶段施工工期为60天。如图2.19所示:
图2.19施工信息图
根据桥梁的总体布置情况输入支座处的边界条件，如图2.20所示：
22
****
图2.20边界条件图
第二施工阶段假定施工工期为10天，如图2.21所示：
图2.21第二施工阶段图
第二施工阶段永久荷载为桥面铺装和栏杆的荷载集度，如图2.22所示：
23
*****
图2.22均布荷载布置图
(5)输入使用信息
在本阶段假定收缩徐变天数为1000天，升温、降温温差均为10度，如图2.23所示：
图2.23使用信息图
本阶段考虑非线性温度（1）、支座不均匀沉降和活载。如图2.24所示：
24
****
图2.24支座不均匀沉降图
输入活载描述信息，如图2.25所示：
图2.25活载描述图
25
*****
(6)数据诊断
点击项目中的“输入数据诊断”，存盘数据并执行“数据诊断”。 (7)项目计算
点击项目中的“执行项目计算”，存盘数据并执行“项目计算”。 2.5.3 全桥结构安全验算
在总体输入信息界面上选择“全桥结构安全验算”，计算内容选择“计算预应力”、“计算收缩”、“计算徐变、“”计算活载”，相对湿度为“0.8”，选用“中交04”规范，如图2.26所示：
图2.26安全验算总体数据图
对全过程进行“输入数据诊断”并进行计算。如图2.5.3-2所示，
26
****
图2.27数据诊断图
图2.28数据计算图
查看输出结果如图2.29所示：
27
*****
图2.29输出结果
对结果进行分析并进行调束使计算结果都满足要求。 数据报告输出见附录。
3. 下部结构的设计
3.1桩柱的拟定
桥面宽12m，设计荷载为公路一级荷载。主梁为单箱单室梁，桥墩柱直接支承桥体，主墩采用双柱式桥墩，基础采用单排桩。
墩柱D＝2ｍ 桩D＝2.2m
设计图如下：
图3.1桥墩结构图（单位：cm）
3.2桥墩主要材料及地质资料
桥墩设计为圆形截面螺旋箍筋柱，采用C25混凝土，纵向钢筋采用φ25螺旋钢筋，箍筋采用φ12光圆钢筋。
地质情况：
自上而下土层分别为：
28
****
（1）亚砂土：灰色，含少量腐植物。厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/
m4。
（2）中砂：灰色，主要成分为石英，长石及云母。厚度3米，极限摩阻力为40kP，
m 值为3000kN/m4。
（3）亚粘土：深灰色，刀切面光滑。厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/
m4。
（4）中砂：灰色，主要成分为石英，长石，云母。厚度3米，极限摩阻力为40kP，
m值为3000kN/m4。
（5）亚粘土：深灰色，刀切面光滑。厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/
m4。
（6）含砾中砂：灰色，主要成分为石英，长石及云母，砾径最大为8cm，呈棱角状。
厚度3米，极限摩阻力为40kP，m值为3000kN/m4。
表3.1地基土容许承载力宽度、深度修正系数
土的 类别 k1 k2
砂土
粉砂 中密 1.0 2.0
密实 1.2 2.5
细砂 中密 1.5 3.0
密实 2.0 4.0
中密 2.0 4.0
中砂
密实 3.0 5.5
砂砾粗砂 中密 3.0 5.0
密实 4.0 6.0
注：1)对于稍松状态的砂土和松散状态的碎石土，k1、k2 值可采用表列中密值的50%。
2)节理不发育或较发育的岩石不作宽、深修正，节理发育或很发育的岩石，k1、k2可参照碎石的系数。但对已风化成砂、土状者，则参照砂土、粘性土的系数。 3)冻土的k1=0；k2=0。
3.3 荷载情况及墩柱钢筋配置
3.3.1支座反力的计算： （1）上部自重影响
29
*****
图3.2支座受力分析
对左支点求矩计算求得R=7660.325kN （2）活载作用：
图3.3.1-2支座反力影响线
10.5×(0.6217×40+0.7099×40)+360×1=919.272KN （3）上部荷载产生的支座反力值：3.3.2桩长的计算
墩的自重:πr1×l×γ+πr2×l×γ=3.14×12×8×24+3.14×1.12×h×24 P=4289.7589+3.14×12×8×24+3.14×1.12×h×24×1 2=4892.68+45.59h
Nh=[p]=
2
2
7660.325+919.272
=4289.7589kN
2
1
U∑liτi+γ⋅m0A{[σ0]+k2γ2(h−3)} （3.1） 2
其中u=3.14×(2.2+0.2)=7.536m A=
π×2.22
4
=3.7994m2
λ=0.7
m0=0.8
30
****
k2=5.0
[σ0]=400KPa
11.2×3+11.0×4+11.2×5
=11.13kN3
m12
τ1=140KPa
γ2=
τ2=100KPaτ3=120KPa
1
4892.68+45.59h=×7.536×[3×140+4×100+(h−7)×120]+0.7×0.8×3.7994×[400+5×11.2×(h−3)]2
解得h=8.5m
3.3.3桩内力与位移的验算
b1=kf(d+1)=0.9×(2.2+1)=2.88m
h1=3mh2=4mh3=5m
mh+m2(2h1+h2)×h2+m3(2h1+2h2+h3)h3
m=11=7479kN4
2
mhm
2
α=5mb157479×2.88
==0.263m−1 74EI0.67×2.6×10×0.049087×2.2
h=αh=0.263×8.5=2.2<2.5因此，需要按刚性桩计算。 （1）墩台顶面的水平位移：
基础在水平力和力矩作用下，墩台顶面会产生水平位移δ它是由地面处水平位移z0tgω，地面到墩台范围内的水平位移h2tgω，在h2范围内墩台自身挠曲变形引起的墩台顶水平位移δ0三部分组成。
δ=(z0+h2)tgω+δ0
可用下面式子近似计算：δ=(z0k1+h2k2)ω+δ0 墩长为8m
31
*****
l8
==4<4.4为短柱，δ0可认为是0 d2
λ=
Ne+HL
=LH
λL
==2.0hh
查表得
tgω=
K1=1.2K2=1.5
6HAmh
b1βh3+18dω A=
2β(3λ−h)b1=2.88m
β=
Ch8.5m0
==0.85
C010m0
h=8.5m
λ=8+8.5=16.5m
3.14×2.23
ω===1.045
3232
2.88×0.85×8.53+18×2.2×1.045
A==22.163m2
2×0.85×(3×16.5−8.5)πd3
tgω=ω=
6×60
=0.000113
22.16×7479×(8+8.5)
则:
δ=(8.5×1.1+1.2×8)×0.000113+0=0.00214m=0.2cm
0.5L=0.540=3.2>0.2cm
32
****
因此，水平位移满足要求。
（2）基底应力验算：
maxσmin=
N3Hd
（3.2） ±
A0AβN=4289.8KNA0=3.14×1.12=3.8m2d=2.2
H=60
σmax
min
=4289.83×60×2.2
⎧1149KPa3.8±22.163×0.85=⎨
⎩1107KPa
地基容许承载力：
[σ]=[σ0]+K1γ(b−2)+K2γ(h−3)[σ0]=600kPa
K1=3.0K2=6.0
γ1=γ2=11.2kNm3
[σ]=[600+3×11.2×(2.2−2)+6×11.2×(8.5−3)]×1.25=1170.4kPa
⎧⎨1149
⎩1107<1170.4
因此，基底应力满足要求。 （3）横向抗力的验算：
在地面下z深度处承受的侧土横向抗力为：
σ6Hzx=AhZ(Z0−Z) （3.3）
已知H=60kN A=22.163m2 h=8.5m
33
*****
βb1h2(4λ−h)+6dω0.85×2.88×8.52×(4×16.5−8.5)+6×2.2×1.045Z0===5.97m
2βb1h(3λ−h)2×0.85×2.88×8.5×(3×16.5−8.5)
当Z=1/3h=8.5/3m时，σ×608.5⎛8.5⎞
hx=
6322.163×8.5•3⎜⎝5.97−3⎟⎠
=16.98kPa
当Z=h=8.5时，σ6×60×8.5
hx=22.163×8.5
(5.97−8.5)=−41.10kPa
侧土极限横向抗力为： Z=h/3时，
[σ4⎛γzx]=η1η2
cosϕ⎜h⎝3tgϕ+c⎞
⎟⎠
（3.4） Z=h时，
[σzx]=η4
1η2
cosϕ(γhtgϕ+c) （3.5）
已知γ=11.2KNm3 h=8.5m ϕ=400 c=0 η1=η2=1 代入上式得：
[σzx]=1×1×4⎛⎜
11.2×8.5cos400
⎝3tg400+0⎞
⎟⎠
=139.04KPa>σh=16.98kPa 3[σ4zx]=1×1×
cos400
(11.2×8.5×tg400
+0)=417.11KPa>σh=41.10kPa
因此计算时可以考虑桩侧面土的弹性抗力。
34
****
通过本次设计我有了以下结论：
结 论
(1)对于连续梁，支点负弯矩比跨中正弯矩要大很多，因此配筋时要重点考虑支点处截面，保证此截面的钢筋承载力满足负弯矩的大小。但是，对于变截面梁，由于跨中梁高较小，配筋时钢筋量也不一定比支点处少。
(2)在计算活载内力时，为保证梁的承载力的同时避免造成材料的浪费，需要用活载横向分布系数与活载内力增大系数进行内力的分布，科学配筋。
(3)为满足梁的受力要求，配筋时需要考虑两个因素:一是钢筋的数量，二是钢筋到截面受拉边缘的距离。综合调节两因素使梁体受力满足要求。
(4)计算下部结构时，对于本设计如果不考虑配筋因素，只考虑混凝土的承压能力，柱的直径在1.5m左右即可满足要求，配筋时按构造配筋即可。
此次毕业设计历时两个月，在辅导老师的精心指导下，我顺利的完成了毕业设计任务书所要求的各项任务，同时也受益非浅。同时在设计过程中对行业规范也有了一定了解，学会了如何使用规范，并在设计过程中充分考虑施工的方便性。在设计过程中采用Doctorbridge软件进行计算，较多的使用了Autocad和Excel等软件，给设计带来了很大的方便。但由于是第一次做一个相对完整的设计，没有设计经验，没有施工经验，在进行前面的设计环节时不能准确的预见后面可能发生的问题，造成返工等，这些都是我的弱点，我会在将来的学习、工作中不断提高，积累经验，增强自己的理论知识，并有
35
*****
效的和实际结合起来。
致 谢
紧张的两个月已经过去了，此次毕业设计也已经接近尾声了，在这两个多月里我学到了很多东西，让我受益非浅。
在做毕业设计的同时，让我对从前学过的知识又重新温习了一遍，使我对基础知识的掌握有了更感性的认识。同时也让我学到了很多知识，特别是一些桥梁专业的知识，通过毕业设计，将我四年学的东西串起来了，有了一个整体的认识，当然，对于桥梁工程的认识也增加了，尤其是到施工现场看过后，有了更深刻的印象，把原来自己通过读书而想象的东西赋予了实际，感到那样自己会有更深刻的了解。同时，毕业设计也引导我们用新的思维方法去学习，独立的思考，给了我一次锻炼自己的机会，这在以后的学习和工作中都是非常有好处的。
在本次毕业设计中得到了徐老师的大力帮助和指导，以及还有很多帮助过我的同学，才使我的毕业设计得以的顺利完成，也为我的大学生涯划上了圆满的句号。在此我要向帮助过我的各位老师以及曾给过我帮助的同学道声忠心的感谢!
36
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参考文献
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7. 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62－2004），人民交通出版社，2004. 8. 公路桥涵设计手册《基本资料》，人民交通出版社，1985. 9. 《桥梁设计常用数据手册》，人民交通出版社，2005. 10. 公路桥涵设计手册《梁桥》，人民交通出版社，1994. 11. 公路桥涵设计手册《墩台与基础》，人民交通出版社，1994.
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Jhohn WileySons, 1983
14. R.E.kalman. A New Apporach to Linear Filtering and Prediction Problems Trans[J].
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15. T.Y.Lin. Design of Presstressed Concrete Structures[J].Third Edition, 1980
37
*****
16. J.F.Fleming. Computer Analysis of Structural System[J]. Mc Graw-Hill, 1988
38
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附录
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