预应力混凝土箱型梁桥设计
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1.2 桥型的选择
（1）预应力混凝土箱型梁桥 安全性静定结构，构造简单。主梁高跨比适中，技术成熟，计算简单，施工 方法简单，质量好，保证工程本身安全。行车较为平顺。可保证司机正常行驶， 满足交通运输安全要求；施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无 需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料简单，价格低，成桥后养护费用少。 变形小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车较为平顺。可保 证司机正常行驶，满足交通运输安全要求，且施工简单。 (2) 连续梁桥：连续梁桥立面布置可采用等跨径，也可采用不等跨径。并且 适用于有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工。采用变截面适 合悬臂法施工，施工阶段的主梁内力与运营阶段的主梁内力基本一致。采用变截 面结构外形美观，可节省材料并增大桥下净空高度。
cm4
Байду номын сангаас
大毛截面（含湿接缝）
顶板
承托
腹板
底板
∑
小毛截面（不含湿接缝）
顶板
承托
腹板
底板
∑
大毛截面形心至上缘距离 ys=
ys=
小毛截面形心至上缘距离 ys=
ys=
I=Ii+Ix cm4
kx——截面下核心距，可按下式计算 kx
因此截面效率指标 ρ
表明以上的初拟截面是合理的。 图 端部及跨中截面尺寸图（尺寸单位：cm）
1）顶板中间湿接缝集度 2）边梁现浇部分横隔梁 一片端横隔梁（现浇部分）体积： 所以 3）桥面铺装层 9cm 厚沥青混凝土铺装 6cm 厚 C40 混凝土铺装 将桥面铺装均分给五片主梁，则 4）防撞栏：单侧防撞栏线荷载为 将两侧防撞栏均分给五片主梁，则 5）边梁二期永久作用集度 2.永久作用效应：按图 进行永久作用效应计算，设 a 为计算截面离左侧支 座的距离，并令 c=a/l。
1.3 截面的选取
（1）、板式截面：板式截面建筑高度小、构造简单、施工方便，采用预制装 配施工时，预制构件质量小，架设方便。
（2）、T 形截面：T 形截面的翼缘板构成桥梁的行车道板，又是主梁的受压 翼缘，结构合理，制造简单，肋内配筋可做成钢筋骨架，主梁之间借助横隔梁来 连接，整体性好。不足之处是形状不稳定，给运输和安装带来不便。
式中 ks——截面上核心距，可按下式计算
ks=
图 桥梁横断面及纵剖面结构尺寸图（单位:cm）
分块 名称
分块面积 Ai cm2
分块面积形心 至上缘距离 yi
cm
分块面积对上 缘静矩 Si=Aiyi
cm3
分块面积的 自身惯性矩 Ii
cm4
Di=ys-yi cm
分块面积对截面形 心的惯性矩 Ix=Aidi2
式中 Ω ——箱形梁闭合截面中线所包含的面积； ——相应单个矩形截面的宽度和高度； ——矩形截面抗扭刚度系数，可根据 t/b 由表 求得； ——梁截面划分成单个矩形截面的个数。
对箱型截面，计算图式见图 ，计算如下。上式中
其中 c= 由表 内插求得，参数为 t/b=。
第一章 桥式方案的拟定
1.1 设计基本资料 1.1.1、跨度和桥面宽度
(1)标准跨径：28m (2)桥梁总长：112m (3)计算跨径：27.36 m (4)主梁全长：27.96 m (5)桥面宽度：2×0.50m（防撞栏）+3.75×2m（车行道）+3.5 m（应急车道）
1.1.2、技术标准
(1)设计荷载：公路-Ⅰ级 (2)环境标准：Ⅰ类环境 (3)设计安全等级：二等
1.1.3、主要材料
(1) 主梁混凝土：C50 级混凝土； (2) 桥面板及栏杆混凝土：C30 级混凝土； (3) 预应力钢筋： 主梁纵横向预应力钢筋用 φS15.2 高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值和 抗拉、抗压强度设计值分别为 fpk=1860MPa、fpd=1260MPa 和 f’pd=390MPa。
1.6 主梁作用效应计算
主梁的作用效应计算包括永久作用效应和可变作用效应。根据梁跨结构纵、 横截面的布置，计算可变作用下荷载横向分布系数，求出各主梁控制截面（取跨 中、四分点、变化点截面及支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，再进行 主梁作用效应组合（标准组合、短期组合和极限组合）。此处以边主梁作用效应 进行计算，配筋设计及持久状况、正常使用状态应力则偏于安全的按中梁的截面 特性考虑。
1.6.1 永久作用效应计算（按边主梁计算）
1.永久作用集度 （1）主梁自重 1）跨中截面段主梁自重（底板宽度变化处截面至跨中截面，长） 2）底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算（长） 主梁端部截面面积为 3）支点段梁的自重（长） 4）边主梁的横隔梁（只在端部设置横隔梁） 端横隔梁体积为 故半跨内横隔梁重量为 5）主梁永久作用集度 （2）二期永久作用
综合比较上述三种截面形式方案，本设计截面形式选取可节省材料，成为薄
壁结构，提高了抗扭强度，且能适应各种使用条件的箱型截面
1.4 箱型梁构造形式及相关参数设计
1、本箱形梁按全预应力混凝土构件设计，施工工艺为后张法。 2、桥上横坡为双向 2%（计算时按照简化的中梁截面特性进行计算）。 3、箱形截面尺寸：梁高 1.5m，端部设置横隔梁，高 1.3m，宽 0.5m，横向 共计 5 片箱形粱，采用湿接缝进行连接，湿接缝宽 0.5m，厚度为 0.18m，预制箱 形粱顶板宽 2m，跨中腹板厚 0.2m，顶板厚 0.2 m，底板厚均 0.23m，端部腹板厚 0.25m，顶板厚 0.20m，底板厚 0.25m，腹板和顶板之间设有承托，底板厚度、腹 板厚度在距支座中心线 1.60m 处开始渐变为距支座中心线 0.1m 处的 0.25m 和 0.25m（即端部的截面尺寸）。 4、预应力管道采用金属波纹管成形，波纹管内径为 60mm，外径为 67mm，管 道摩擦系数 0.2，管道偏差系数 k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为 6mm（单 端）。 5、沥青混凝土重度按 23kN/m3 计，预应力混凝土结构重度按 26kN/m3 计，混 凝土重度按 25kN/m3 计，单侧防撞栏线荷载为 7.5kN/m。 6、根据以上拟定的各部分尺寸，绘制箱形粱的跨中及端部横截面图，见图 2-2。计算跨中截面几何特性，见表 2-1。 由此可计算出截面效率指标 ρ（希望 ρ 在 0.5 以上）。
（3）上承式刚架拱桥 拱的承载潜力大，但伸缩缝较多。上承式拱曲线底面将增加桥面高程。行车 条件较差。需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需劳动力多。工序较多，建 桥时间也 较长。上部结构的自重较大，且存在水平推力，下部结构工程量增加， 地质条件要求高。 因本地段为非通航河流地段，且地质条件复杂，经综合比较后最终以适用最 广、材料用量最少、施工方便的预应力混凝土箱型梁桥作为最佳设计方案。
（3）、箱形截面：箱形截面是全截面参加工作，截面抗弯、抗扭刚度大；材 料在截面上分布合理，使其能够有效地抵抗正、负弯矩和较大的扭矩；能够满足 普通钢筋和预应力钢筋的配置要求；同时具有良好的横向抗弯能力。由于箱形截 面抗扭刚度大，在车辆荷载作用下各梁受力较均匀，其横向分布系数较小。箱形 截面不仅适用于较大跨径的简支梁桥，还特别适用于较大跨径的连续梁桥、悬臂 梁桥和 T 形刚构桥。桥跨结构在跨中承受正弯矩，在支座处承受负弯矩，箱形截 面的上、下底板完全适应于他们的配筋要求。
主梁弯矩 M 和剪力 V 的计算公式分别为 永久作用效应计算见表
1.6.2 可变作用效应计算
1.冲击系数和车道折减系数计算：结构的冲击系数 µ 与结构的基频 f 有关， 故应先计算结构的基频，简支梁桥的基频可按下式计算
其中 由于
当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减 22%，四车道折减 33%， 但折减后不得小于用两车道布载的计算结果。此处按两车道、三车道和四车道布 载分别进行计算，取最不利情况进行设计。
2.计算主梁的荷载横向分布系数 （1）跨中的荷载横向分布系数 mc：由于各主梁均不设跨中横隔梁，仅设置 端横隔梁，各主梁之间的横向联结系依靠现浇湿接缝来完成，故可以按刚接梁法 来绘制横向分布影响线和计算横向分布系数 mc。 1）计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩 I 和 IT:抗弯惯性矩 I 在前面已求得，见表， 为 I=；对箱型截面，其抗扭惯性矩可根据式（）计算
（1）预应力混凝土箱型梁桥 安全性静定结构，构造简单。主梁高跨比适中，技术成熟，计算简单，施工 方法简单，质量好，保证工程本身安全。行车较为平顺。可保证司机正常行驶， 满足交通运输安全要求；施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无 需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料简单，价格低，成桥后养护费用少。 变形小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车较为平顺。可保 证司机正常行驶，满足交通运输安全要求，且施工简单。 (2) 连续梁桥：连续梁桥立面布置可采用等跨径，也可采用不等跨径。并且 适用于有支架施工、逐孔架设施工、移动模架施工及顶推法施工。采用变截面适 合悬臂法施工，施工阶段的主梁内力与运营阶段的主梁内力基本一致。采用变截 面结构外形美观，可节省材料并增大桥下净空高度。
cm4
Байду номын сангаас
大毛截面（含湿接缝）
顶板
承托
腹板
底板
∑
小毛截面（不含湿接缝）
顶板
承托
腹板
底板
∑
大毛截面形心至上缘距离 ys=
ys=
小毛截面形心至上缘距离 ys=
ys=
I=Ii+Ix cm4
kx——截面下核心距，可按下式计算 kx
因此截面效率指标 ρ
表明以上的初拟截面是合理的。 图 端部及跨中截面尺寸图（尺寸单位：cm）
1）顶板中间湿接缝集度 2）边梁现浇部分横隔梁 一片端横隔梁（现浇部分）体积： 所以 3）桥面铺装层 9cm 厚沥青混凝土铺装 6cm 厚 C40 混凝土铺装 将桥面铺装均分给五片主梁，则 4）防撞栏：单侧防撞栏线荷载为 将两侧防撞栏均分给五片主梁，则 5）边梁二期永久作用集度 2.永久作用效应：按图 进行永久作用效应计算，设 a 为计算截面离左侧支 座的距离，并令 c=a/l。
1.3 截面的选取
（1）、板式截面：板式截面建筑高度小、构造简单、施工方便，采用预制装 配施工时，预制构件质量小，架设方便。
（2）、T 形截面：T 形截面的翼缘板构成桥梁的行车道板，又是主梁的受压 翼缘，结构合理，制造简单，肋内配筋可做成钢筋骨架，主梁之间借助横隔梁来 连接，整体性好。不足之处是形状不稳定，给运输和安装带来不便。
式中 ks——截面上核心距，可按下式计算
ks=
图 桥梁横断面及纵剖面结构尺寸图（单位:cm）
分块 名称
分块面积 Ai cm2
分块面积形心 至上缘距离 yi
cm
分块面积对上 缘静矩 Si=Aiyi
cm3
分块面积的 自身惯性矩 Ii
cm4
Di=ys-yi cm
分块面积对截面形 心的惯性矩 Ix=Aidi2
式中 Ω ——箱形梁闭合截面中线所包含的面积； ——相应单个矩形截面的宽度和高度； ——矩形截面抗扭刚度系数，可根据 t/b 由表 求得； ——梁截面划分成单个矩形截面的个数。
对箱型截面，计算图式见图 ，计算如下。上式中
其中 c= 由表 内插求得，参数为 t/b=。
第一章 桥式方案的拟定
1.1 设计基本资料 1.1.1、跨度和桥面宽度
(1)标准跨径：28m (2)桥梁总长：112m (3)计算跨径：27.36 m (4)主梁全长：27.96 m (5)桥面宽度：2×0.50m（防撞栏）+3.75×2m（车行道）+3.5 m（应急车道）
1.1.2、技术标准
(1)设计荷载：公路-Ⅰ级 (2)环境标准：Ⅰ类环境 (3)设计安全等级：二等
1.1.3、主要材料
(1) 主梁混凝土：C50 级混凝土； (2) 桥面板及栏杆混凝土：C30 级混凝土； (3) 预应力钢筋： 主梁纵横向预应力钢筋用 φS15.2 高强度低松弛钢绞线，抗拉强度标准值和 抗拉、抗压强度设计值分别为 fpk=1860MPa、fpd=1260MPa 和 f’pd=390MPa。
1.6 主梁作用效应计算
主梁的作用效应计算包括永久作用效应和可变作用效应。根据梁跨结构纵、 横截面的布置，计算可变作用下荷载横向分布系数，求出各主梁控制截面（取跨 中、四分点、变化点截面及支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，再进行 主梁作用效应组合（标准组合、短期组合和极限组合）。此处以边主梁作用效应 进行计算，配筋设计及持久状况、正常使用状态应力则偏于安全的按中梁的截面 特性考虑。
1.6.1 永久作用效应计算（按边主梁计算）
1.永久作用集度 （1）主梁自重 1）跨中截面段主梁自重（底板宽度变化处截面至跨中截面，长） 2）底板加厚与腹板变宽段梁的自重近似计算（长） 主梁端部截面面积为 3）支点段梁的自重（长） 4）边主梁的横隔梁（只在端部设置横隔梁） 端横隔梁体积为 故半跨内横隔梁重量为 5）主梁永久作用集度 （2）二期永久作用
综合比较上述三种截面形式方案，本设计截面形式选取可节省材料，成为薄
壁结构，提高了抗扭强度，且能适应各种使用条件的箱型截面
1.4 箱型梁构造形式及相关参数设计
1、本箱形梁按全预应力混凝土构件设计，施工工艺为后张法。 2、桥上横坡为双向 2%（计算时按照简化的中梁截面特性进行计算）。 3、箱形截面尺寸：梁高 1.5m，端部设置横隔梁，高 1.3m，宽 0.5m，横向 共计 5 片箱形粱，采用湿接缝进行连接，湿接缝宽 0.5m，厚度为 0.18m，预制箱 形粱顶板宽 2m，跨中腹板厚 0.2m，顶板厚 0.2 m，底板厚均 0.23m，端部腹板厚 0.25m，顶板厚 0.20m，底板厚 0.25m，腹板和顶板之间设有承托，底板厚度、腹 板厚度在距支座中心线 1.60m 处开始渐变为距支座中心线 0.1m 处的 0.25m 和 0.25m（即端部的截面尺寸）。 4、预应力管道采用金属波纹管成形，波纹管内径为 60mm，外径为 67mm，管 道摩擦系数 0.2，管道偏差系数 k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为 6mm（单 端）。 5、沥青混凝土重度按 23kN/m3 计，预应力混凝土结构重度按 26kN/m3 计，混 凝土重度按 25kN/m3 计，单侧防撞栏线荷载为 7.5kN/m。 6、根据以上拟定的各部分尺寸，绘制箱形粱的跨中及端部横截面图，见图 2-2。计算跨中截面几何特性，见表 2-1。 由此可计算出截面效率指标 ρ（希望 ρ 在 0.5 以上）。
（3）上承式刚架拱桥 拱的承载潜力大，但伸缩缝较多。上承式拱曲线底面将增加桥面高程。行车 条件较差。需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需劳动力多。工序较多，建 桥时间也 较长。上部结构的自重较大，且存在水平推力，下部结构工程量增加， 地质条件要求高。 因本地段为非通航河流地段，且地质条件复杂，经综合比较后最终以适用最 广、材料用量最少、施工方便的预应力混凝土箱型梁桥作为最佳设计方案。
（3）、箱形截面：箱形截面是全截面参加工作，截面抗弯、抗扭刚度大；材 料在截面上分布合理，使其能够有效地抵抗正、负弯矩和较大的扭矩；能够满足 普通钢筋和预应力钢筋的配置要求；同时具有良好的横向抗弯能力。由于箱形截 面抗扭刚度大，在车辆荷载作用下各梁受力较均匀，其横向分布系数较小。箱形 截面不仅适用于较大跨径的简支梁桥，还特别适用于较大跨径的连续梁桥、悬臂 梁桥和 T 形刚构桥。桥跨结构在跨中承受正弯矩，在支座处承受负弯矩，箱形截 面的上、下底板完全适应于他们的配筋要求。
主梁弯矩 M 和剪力 V 的计算公式分别为 永久作用效应计算见表
1.6.2 可变作用效应计算
1.冲击系数和车道折减系数计算：结构的冲击系数 µ 与结构的基频 f 有关， 故应先计算结构的基频，简支梁桥的基频可按下式计算
其中 由于
当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减 22%，四车道折减 33%， 但折减后不得小于用两车道布载的计算结果。此处按两车道、三车道和四车道布 载分别进行计算，取最不利情况进行设计。
2.计算主梁的荷载横向分布系数 （1）跨中的荷载横向分布系数 mc：由于各主梁均不设跨中横隔梁，仅设置 端横隔梁，各主梁之间的横向联结系依靠现浇湿接缝来完成，故可以按刚接梁法 来绘制横向分布影响线和计算横向分布系数 mc。 1）计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩 I 和 IT:抗弯惯性矩 I 在前面已求得，见表， 为 I=；对箱型截面，其抗扭惯性矩可根据式（）计算