混凝土简支梁桥下部结构设计

前言

进入二十一世纪以来，随着我国国民经济的迅速发展和经济的全球化，我国的公路交通有了跨越式的发展。特别是桥梁建设得到了飞速的发展，桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观的立交桥、高架桥，横跨长江、黄河等大江大河的特大跨度桥梁，如雨后春笋频频建成。

桥梁是公路、铁路和城市道路的重要组成部分，特别是大、中桥梁的建设对当地政治、经济、国防等都具有重大意义。因此，桥梁工程的设计应符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，同时应满足美观、环境保护和可持续发展的要求。

本设计为抚八线抚州至乐安石塘段六家渡大桥，是根据《公路桥梁设计手册》系列丛书，以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。在设计过程中，作者还参考了诸如土力学、桥涵水文、桥梁结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。设计采用了在工程实际中应用的比较成熟的工艺与理念，同时也作出了一定的创新与尝试。在设计过程中，综合考虑了材料以及结构的强度、刚度、稳定性，还注意到了混凝土强度以及钢筋等级及其性能。

本设计研究的主要内容包括：桥型方案的拟定和比选；支座和桥台桥墩构造尺寸的拟定；台帽，台墙，桩基础的强度和稳定性的验算。并在此基础上进行工程概预算和外文文献翻译等。

1 桥型方案比选

1.1 设计资料

抚八线抚州至乐安石塘段六家渡大桥，全长150m ，5跨预应力混凝土简支箱形梁桥。高速公路，设计时速120km/h ，分离式双向六车道。

1.1.1 技术设计标准

1．桥面净宽：净-3.50m+3×3.75m +1.25m ；

2．车辆荷载：公路-Ⅰ级荷载；

3．设计洪水频率：1/100。 1.1.2 主要设计依据

1．《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)

2．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

3．《公路桥涵设计手册》

4．实地勘测调查及地质土壤钻探实验报告

1.1.3 工程地质资料

根据钻孔揭露，桥位处的地质如下：

砾石，黄褐色，湿-饱和，松散，亚圆形，成分为火成岩碎屑，一般粒径为1-4MM,含圆砾，级配好，[0σ]=180kpa,i τ=100kpa.

亚粘土：黄褐色，饱和，软塑，含砂约5-10%，切面粗糙，无光泽，干强度，韧性中等，无摇震反映。[0σ]=140kpa,i τ=35kpa.

亚粘土：灰黑色，饱和，硬塑，土质均匀，手感细腻，该层为原位残积土，

[0σ]=180kpa,i τ=50kpa.

泥岩：灰黑色，强风化，碎块状，块轻击可碎，节理裂隙发育。[0σ]=600kpa,i τ=70kpa. 泥岩：灰黑色，强风化-若风化，岩芯呈碎块-短柱状，长约3-10cm ，泥质胶结，呈水平层理，局部层位含角砾状长石碎屑，钻进速度3.54/小时，[0σ]=800kpa,i τ=80kpa.

泥岩：灰黑色，弱风化，岩芯呈柱状，长约5-15cm ，泥质胶结，呈水平层理，钻进速度2.0/小时，岩块锤击易碎，[0σ]=1000kpa,i τ=100kpa.

泥岩：灰黑色，微风化，岩芯呈柱状，长约23-30cm ，泥质胶结，呈水平层理，岩芯干燥后易断裂，[0σ]=1200kpa,i τ=120kpa.

1．地基土横向抗力系数的比例系数4120000m kN m =；

2．桩身与土的极限摩阻力65p KPa τ=；

3．土的内摩擦角35度；

4．土的弹性抗力系数31000000/K KN m =；

5．桩尖以上土的容重318KN m γ=；

6．桩底土的比例系数4130000m KN m =；

7．地基土的承载力0[]350KPa σ=；

8．考虑入土长度影响的修正系数0.7λ=。

1.1.4 水文资料

该地区雨量充沛。6-8月为汛期，7-8月雨量集中，多年平均降水雨量721.4毫米，年降水总量25.31亿m³，平均降水量7.96亿m³。夏季雨水集中多降大雨、暴雨，常因大雨造成山洪或泥石流。汛期最大洪峰流量2500m³/s，枯水期最小流量0.02 m³/s，多年平均径流量3.46 m³/s，平均坡降4.75%。洪水水位为4.00米，洪水频率为百年一遇。

1.1.5 气候资料

该地区地处北温带，其气候特点是：四季分明、雨热同季、温度适宜、光照充裕。年平均气温8.6℃，最大温度差为26℃，无霜期170天，年平均降雨量721.4毫米，降水最大月份为7至8月，月最大降水量474毫米,年日照时间在2700小时以上，本区地震动峰值加速度为0.05g 。

1.1.6 方案一：预应力混凝土连续箱梁桥（柱式墩台，桩基础）。

方案分析：如图预应力连续梁的技术先进，工艺要求比较严格，需要专门设备和专门技术熟练的队伍，但预应力梁的反拱度不容易控制[6]。从使用效果方面看，该结构属于超静定结构受力较好，无伸缩缝，行车条件好，养护方便，但是该方案机具耗用多，前期投入大，成本较多，对于中小型桥来说成本回收难。柱式墩台，配合桩基础结构稳定，施工方便对地基的强度不过分依赖，对于本设计的亚粘土-粉沙地形尤为如此

1.7m

图1-1 方案一示意图/m

Fig 1-1 Drawing of first plan/m

1.1.7 方案二：预应力混凝土箱型拱桥（重力式墩台）。

方案分析：拱桥技术工艺成熟，有大量的可以借鉴的经验，但需要大量吊装设备，占用大量场地以及劳动力。从使用效果方面看，拱桥承载能力大，但是伸缩缝多，养护麻烦，同时纵坡比较大填土高，土方量大，给取土造成施工上的问题。拱桥造价低廉，但耗用木材，水泥，劳动力，工时都很多。重力式墩台圬工量大，技术成熟，但是对地基承载力有很高要求。

箱型梁体上部构造

图1-2 方案二示意图/m

Fig 1-2 Drawing of second plan/m

1.1.8 方案三：预应力混凝土简支箱型梁桥（柱式墩台，埋置基础）。

方案分析：简支梁受力明确，构造简单施工方便，可便于装配施工，省时省工[4]，适用于本设计的规模。简支梁属于静定结构，受力不如连续梁，同时伸缩缝多，养护麻烦，但是造价低廉劳动力耗用少，工作量小，经济，中小型桥尤其适用