大桥的设计方案.docx
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大桥的设计方案
1.1研究的目的及意义
为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线路等），必须修建各种类型的桥梁与涵洞，因此桥涵是交通线路中的重要组成部分。
特别是现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁往往是保证全线早日通车的关键。
在经济上，一般说来桥梁和涵洞的造价平均占公路总造价的10〜20%而且随着公路等级的提高，其所占比例还会加大。
在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要快速机动的现代战争中具有非常重要的地位。
1.2国内外研究现状目前世界上跨径最大的斜拉桥，为1999年建成的日本的多多罗桥，主梁为钢箱梁，主跨达890m。
我国是世界上文明发达最早的国家之一，在世界桥梁建筑史上我们的祖先也写下了不少辉煌灿烂的篇章。
据史科记载，在距今约三千年的周文王时，我国就已在宽阔的渭河上架过大型浮桥。
近代的大跨径吊桥（或称悬索桥）和斜拉桥也是由古代的藤、竹吊桥发展而来的，在各国有关桥梁的历史书上，大都承认我国是最早建造吊桥的国家。
至今尚保留下来的古代吊桥有四川沪定县的大渡河铁索桥
（1706年），以及灌县的安澜竹索桥（1803年）等。
在秦汉时期，我国已广泛修建石梁桥。
世界上现在尚保存着的最长、工程最艰巨的石梁桥，就是我国于1053〜1059年在福
建泉州建造的万安桥，也称洛阳桥。
1240年建造的福建漳州虎渡桥，也是最令人惊奇的一座梁
式石桥。
此桥总长约335m某些石梁长达23.7m，沿宽度用三根石梁组成，每根宽1.7m高1.9m，重量达200t，该桥一直保存至今。
举世闻名的河北省赵县的赵州桥（又称安济桥），是我国古代石拱桥的杰出代表。
新中国成立后，随着社会主义建设的向前发展，桥梁建设同其他各条战线一样，也出现了突飞猛进的局面。
1957年，第一座长江大桥——武汉长江大桥的胜利建成，既结束了我国万里长江无桥的状况，又标志我国的现代化桥梁技术水平提高到了新的起点。
1969年我国又胜利建成了举世瞩目的南京长江大桥，这是我国自行设计、制造、施工，并使用国产高强钢材的现代化大型桥梁。
1993年建成的世界上跨度最大的结合梁斜拉桥——杨浦大桥，主跨为602m。
1998年建成的香港青马大桥，为钢箱梁悬索桥，主跨1377m而1999建成的钢箱梁悬索桥——江阴长江大桥，主跨已达1385m。
纵观国外桥梁建设发展的历史，对于促进和发展现代桥梁有深远影响的，是继意大利文艺复兴后18世纪在英国、法国和其他西欧国家兴起的工业革命。
它推动了工业的发达，从而也促进了桥梁建筑技术方面空前的发展。
1855年起，法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的石拱桥。
目前，最大跨度的石拱桥是1946年瑞典建成的绥依纳松特桥，跨度为155m。
目前，世界上跨度最大的连续刚构桥，为1998年建成的挪威斯托尔马（Stolma）桥，主跨301m桥跨布置94m+301m+72。
世界上第一座具有钢筋混凝土主梁的斜拉桥，是1925年在西班牙修建跨越坦波尔河的水道桥（主跨60.35m）。
1.3论文研究的内容及设计思路
1.3.1主要研究内容
完成某装配式钢筋混凝土简支T梁计算与设计，主要包括桥梁下部结构计算、主梁计算、盖梁计算及绘制相关设计图，充分了解桥梁的构造、设计规范与计算知识。
1.3.2设计的总体思路
本桥为三跨12米装配式钢筋混凝土简支T梁桥，连续桥面。
道路与河道交角99°，本次设计桥梁为斜桥，斜交角度9°。
桥梁总长36米（斜长），全宽14.64米。
桥面设1.5%的单向横坡,由支座垫石变高形成。
桥墩为柔性排架墩，钻孔灌注桩基础。
第2章某大桥设计方案
2.1工程基本概况
2.1.1工程概况
某桥位于朝阳区规划六里屯路上，位于东四环西侧、红领巾公园北约78m上跨两湖连通渠。
规划六里屯路为城市次干路，红线宽60米，分上下行两幅路，单侧路面交通为单向3车道，北桥在修建两湖连通渠工程时已建成。
连通渠在拟建桥处上口宽36m新建桥梁不缩窄设计河道上口宽，不减小设计河道行洪断面，为满足连通渠通航要求，设计跨河桥的梁底高程须高于设计常水位2.5m以上。
本次设计桥梁为斜桥，与河道交角99°拟建桥梁为三跨简支T梁现浇连续桥面结构，桥长36米，桥梁标准跨径12m宽14.64米，机动车道宽10.5米，单侧设人行道3.54米（含栏杆），另一侧设防撞护栏。
主梁为宽腹T梁，下部为盖梁、桩接柱结构。
桥梁面积约527m2。
2.1.2工程地质概况
1．地层土质：
在勘察深度范围内，按着地层岩性和工程性质分为人工堆积层和第四纪洪冲积层两大层。
人工堆积层：
表层1.10〜3.40m为中下密的房渣土①层，轻亚粘土、亚
粘土填土①1层。
第四纪沉积层：
标高32.62〜34.79m以下为中下密〜中密的亚粘土、轻亚粘土②层，中一中上密的轻亚粘土、亚粘土②i层；
标高25.42〜25.85m以下为密实的细砂、中砂③层；
标高21.59〜22.22m以下为中密的卵石④层间有密实的粗砂④1层。
标高17.79〜18.35m以下为中密〜中上密的重亚粘土、中亚粘土⑤层，中上密的轻亚粘土、亚粘土⑤i层；
标高10.82〜11.75m以下为密实的细砂⑥层。
本次最大钻深28.0m，达标咼7.92m,止于细砂⑥层。
关于上述土层的分布规律、埋藏条件及特征，原位测试的综合统计结果，详见“剖面图”及“地层岩性及土的物理力学性质综合统计表”。
2．地下水条件：
本次2003年7月实测钻孔水位标高见下表:
序号
埋深（单位：
m
标高（单位：
m
地下水类
型
第一层
水
3.70〜3.80
32.09〜32.22
层间滞水
第二层
水
12.40〜13.00
22.92〜23.29
潜水
第三层
水
23.90〜25.10
10.82〜11.75
潜水
3.工程地质评价：
（1）.抗震设防烈度及地震影响
根据《中国地震动参数区划图》GB18306-2001，拟建场区的抗震设防烈度为哑度。
设计基本地震加速度为0.20g。
（2）.地震液化判定
根据本次钻探实测数据，本场地无土层液化问题。
2.1.3设计依据及规范
1.北京市规划委员会””（第120期）二OO七年五月
十三日；
2.北京市测绘设计研究院于2006年12月提供的桥区地形图；
3.泛华建设集团有限公司提供的《六里屯路水系连通渠桥梁
工程岩土工程勘察报告》（2003市081）
4.设计合同（2007.5.10）
5.技术规范：
⑴《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）
⑵《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG
D62—2004）
⑶《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）
⑷《城市桥梁设计荷载标准》（GJJ77—98）
⑸《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）
2.1.4桥梁设计标准
1.设计荷载：
城-B级
2.结构安全等级：
二级，Y0=1.0；环境类别：
II类；
3.设计基准期：
桥梁结构的设计基准期为100年；
4.地震动峰值加速度系数0.2g
5.梁底高于设计常水位2.5m以上、梁底净高高于50年一遇设计洪水位0.5米以上；
2.2桥梁设计的总体布署
本桥为三跨12米装配式钢筋混凝土简支T梁桥，连续桥面。
道路与河道交角99°，本次设计桥梁为斜桥，斜交角度
9°。
桥梁总长36米（斜长），全宽14.64米。
桥面设1.5%的单向横坡,由支座垫石变高形成。
桥墩为柔性排架墩，钻孔灌注桩基础。
2.2.1下部结构设计布署
桥台为三桩式盖梁桥台，盖梁为现浇钢筋混凝土结构，混
凝土强度等级：
C30，盖梁长14.4米，高1.1米，宽1.2米。
钻孔灌注桩桩径1.2米，桩长14米，混凝土强度等级：
C30水下混凝土。
桥墩为三桩式盖梁结构，盖梁为现浇钢筋混凝土结
构，混凝土强度等级：
C30,盖梁长13.8米，高1.1米，宽1.2米。
墩柱采用直径1.0米圆形钢筋砼柱，高4.3米，采用C30砼现浇。
每根柱下设直径1.2米钻孔灌注桩一根，桩长13.5米，混凝土强度等级：
C30水下混凝土。
桩头间设1.0X0.7米矩形截面现浇钢筋砼系梁。
2.2.2上部结构设计步署
上部结构采用预制钢筋混凝土宽腹T梁，梁长（斜长）11.96米，梁高0.85米，预制翼板宽1.1米，梁间距1.6米，翼板湿接头宽0.5米。
横桥向设9片T梁，边梁2片，中梁7片。
预制T梁混凝土强度等级：
C40。
桥面采用复合式桥面铺装，总厚度190伽，下层为100伽C40纤维混凝土桥面铺装，聚丙烯晴纤维含量：
0.9kg/m3。
上层为90mm沥青混凝土铺装。
桥面横坡1.5%。
90mm沥青混凝土铺装分为上下两层，上层为细粒式沥青砼AC-13（C）40mm下层为中粒式沥青砼AC-16（C）50mm。
2.2.3附属结构设计步署
桥梁支座选用GJZ200X300X41矩形板式橡胶支座，共54块。
两端桥台各设3米长现浇钢筋混凝土桥头搭板，纵坡为5%。
两端桥台处设XLM8Q型桥梁伸缩缝。
中间各梁间设连续桥面。
栏杆采用钢栏杆，其花饰、颜色由业主确定。
桥墩柱、盖梁抗冻等级：
F250;桥面砼抗渗等级：
W6。
为防止冲刷，桥中心线上下游河底及边坡均采用厚0.4m浆砌石护砌。
护砌范围桥中心线上游与北桥护砌接顺，桥中心线下游护砌30m。
第三章下部结构抗推刚度计算
3.1桥墩抗推刚度计算
3.1.1设计资料桥墩盖梁、墩柱、系梁及桥墩桩均为C30混凝土。
3.1.2桥墩刚度计算1、单桩刚度
桥墩计算模型如右图所示，在盖梁顶面施加1kN的水平
力，将它转化到地面冲刷线处，由于有3根桩，则分到
每根桩的力和弯矩为：
0.333kN的水平力和1.8kN.m的弯矩。
用单桩程序计算地面冲刷线处桩的水平位移和转角：
地面以下桩长为13.5m，m^7700kN/m4，h,=4.4m。
水平力0.333kN和弯矩1.8kN*m作用下单桩变位为:
水平位移0.016097mm转角5.0"0-6rad
2、墩柱刚度
I为地面到盖梁顶面的距离，I为3根墩柱的总惯性矩。
3、支座刚度
4、桥墩刚度
（1）盖梁顶面在作用于盖梁顶面的1kN的水平力作用下的位移
；=O.O16O9710"5.O1O-65.41.18810—5.49771O』m
（2）
盖梁顶面抗推刚度
（3）
支座顶面抗推刚度
地震力计算:
二O.O16O97mm，
:
=0.054977mm，
=0.016097
2
12.15
_63
4（3汉5.4—2.15）+5.0汉10汉2.15沢10
7算咒1.04
63.O103
二O.O2685mm
64
O.O16O97
O.2928
0.054977
业型=0.4884
0.054977
3.2桥台抗推刚度计算
3.2.1设计资料
C3O混凝土。
桥台盖梁、桥台桩均为
322桥台刚度计算
1、单桩刚度'T
桥台计算模型如右图所示，在盖梁顶面施加1kN的水平
DO
力，将它转化到地面冲刷线处，由于有3根桩，则分到
鸵『兀二
每根桩的力和弯矩为：
0.333kN的水平力和1.43kN・m
的弯矩。
用单桩程序计算地面冲刷线处桩的水平位移和转
角：
地面以下桩长为10.811m，mi=7700kN/m4，h^4.4m。
水平力0.333kN和弯矩1.43kN*m作用下单桩变位为：
水平位移0.014243mm转角5.0"0-6rad
2、地面以上桩刚度
地面以上桩在作用于盖梁顶面1kN水平力作用下自身的挠度:
Pl
3EI
l为地面冲刷线到盖梁顶面的距离，I为3根桩的总惯性矩。
33
10汉4.289
10兀".24
33103
3、支座刚度
k支座
丄」21060.20.39=22345kN/m't0.029
4、桥台刚度
（1）盖梁顶面在作用于盖梁顶面1kN的水平力作用下的位移
.：
-0.01424310”5.010-64.2892.8710“=3.855810
（2）盖梁顶面抗推刚度
k盖，基础=3855810'=25935kN/m
（3）支座顶面抗推刚度
1
k联合=
丄1
k支座
，基础
1
12003kN/m
丄.丄
2234525935
第四章
三、桥墩计算
（1）刚度计算
1、桥墩刚度计算
桥墩盖梁、墩柱、承台及桥墩桩均为C30混凝土。
II.
（1）、单桩刚度
桥墩计算模型如右图所示，在盖梁顶面施加1kN的水平
力，将它转化到地面冲刷线处，由于有3根桩，则分到
每根桩的力和弯矩为：
0.333kN的水平力和1.8kN*m
H
的弯矩。
用单桩程序计算地面冲刷线处桩的水平位移和转角：
地面以下桩长为13.5m，mh=7700kN/m4，g=4.4m。
水平力0.333kN和弯矩1.8kN*m作用下单桩变位为：
水平位移0.016097mm转角5.0"0-6rad
⑵、墩柱刚度
I为地面到盖梁顶面的距离，I为3根墩柱的总惯性矩。
⑶、支座刚度
⑷、桥墩刚度
3655
；.=0.016097105.0105.41.18810=5.497710m
b盖梁顶面抗推刚度
k盖，墩，基础=5.497710厂仙89^^
c支座顶面抗推刚度
=12927kN/m
11
+
k支座
，墩，基础4469018189
2、桥台刚度计算
桥台盖梁、桥台桩均为C30混凝土。
（1）、单桩刚度
桥台计算模型如右图所示，在盖梁顶面施加1kN的水平力，将它转化到地面冲刷线处，由于有3根桩，则分到
每根桩的力和弯矩为：
0.333kN的水平力和1.43kN.m
的弯矩。
用单桩程序计算地面冲刷线处桩的水平位移和转
角：
地面以下桩长为10.811m，m—7700kN/m4，h^4.4m。
水平力0.333kN和弯矩1.43kN*m作用下单桩变位为：
水平位移0.014243mm转角5.0><10-6rad
⑵、地面以上桩刚度
地面以上桩在作用于盖梁顶面1kN水平力作用下自身的挠度:
Pl
3EI
⑶、支座刚度
⑷、桥台刚度
a盖梁顶面在作用于盖梁顶面1kN的水平力作用下的位移
•；.=0.01424310^5.010°4.2892.8710^=3.855810^m
b盖梁顶面抗推刚度
k盖，基础1.855810』=25935kN/m
c支座顶面抗推刚度
11
k联合12003kN/m
_211
k支座k盖，基础2234525935
（2）荷载计算
计算桥墩时，弯矩控制
1、水平力
（1）、制动力计算
一个设计车道制动力计算（城市A级）
使桥墩产生最大弯矩时汽车，在主梁上的加载长度为36.45m;
「=（11X36.45+160）“0%=56.1kNW90kN,贝卩T=90kN
（2）、温度力计算（考虑降温）
墩的组合抗推刚度（包括支座，柱，基础）：
K^12927kN/m
H温二K1L氏=1292710^12.11/230=23.48kN
（3）、水平地震力计算
a上部结构对板式橡胶支座顶面处产生的水平地震力
Eihs=飞ShiGsp/g
、Kitp
i=0
Eihs――上部结构对第1号墩板式橡胶支座顶面处产生的水平地震力。
Ki——桥墩的组合抗推刚度（包括支座，柱，基础）。
K=12927kN/m
K2——桥台的组合抗推刚度（包括支座，柱，基础）。
K2=12003kN/m
K,p——墩组合抗推刚度，Kitp二J=12927kN/m
K0tp=5=K2=12003kN/m
Gsp——一联上部结构的总重力。
Gsp=3G上恒=32730.54=8191.62kN
考虑地基变形时，顺桥向作用于支座顶面或横桥向作用于上部结构质量重心上的单位水平力在一般冲刷线或基础顶面引起的水平位移与支座顶面或上部结构质量重心处的水平位移之比值：
桥墩处f二0.016097=0.2928
0.054977
考虑地基变形时，顺桥向作用于支座顶面上的单位水平力在墩身计算高度H/2处引起的水平位移与支座顶面处的水平位移之比值：
桥墩处1=0.026850.4884
f20.054977
Gcp——盖梁的重力Gcp墩二q盖13.972=34.3213.972=479.52kN
Gcp台二q盖台14.579二34.3214.579二500.35kN
——墩身重力换算系数
22
桥墩:
=0.16（Xf2Xf1XfXf1Xf11）
222
22
二0.16（0.2928220.488420.29280.48840.48841）
-0.351
Gtp——桥墩对板式橡胶支座顶面处的换算质点重力
桥墩:
Gtp墩二Gcp墩Gp=479.520.351263.42=571.98kN
桥台:
Gtp台二Gcp台•台Gp台=500.35-0=500.35kN
相应于一联上部结构所对应的全部板式橡胶支座抗推刚度之和
K支八K墩支'K台支=244690222345=134070kN/m
相应于一联上部结构所对应的桥墩抗推刚度之和
K墩台」K墩'K台二2K墩2K台二218189225935
=88248kN/m
3——桥墩的抗推刚度K5.5=18189kN/m
K台桥台的抗推刚度K台二25935kN/m
Gtp总——与一联上部结构相对应的各桥墩重力对支座顶面换算重
力之和。
Gtp总=2Gtp墩2Gtp台二2571.982500.35=2144.66kN
基本圆频率
2Gtp总K支（K支K墩台）Gsp一*」Gtp总K支（K支K墩台）Gs^-4Gtp总GspK支K墩台'
g
2GspGtp总
=7.608rad/s
基本周期T=—
抗震重要性系数
o
场地系数Cs=1.2
阻尼调整系数Cd=1
水平向设计基本地震动加速度峰值A=0.2g
水平设计加速度反应谱最大值：
Smax=2.25CjCsCdA=2.250.231.21.00.2g=0.1242g由于T=0.826s亠Tg=0.55
水平设计加速度反应谱
Sh1二S=Smax（Tg/T）=0.1242g0.55/0.826=0.0827g
上部结构对板式橡胶支座顶面处产生的水平地震力
_Kitp
E1hs二~6—sp/g
、Kitp
i=0
-129272120032。
.。
^8191.62/g西时
12927
b由墩身自重在板式橡胶支座顶面产生的水平地震力
对于桥墩：
Ehp二％Gtp墩/g=0.0827g571.98/g=47.3kN
桥墩支座顶面处的水平地震力Ehtp=E1hs*Ehp=175.6447.^222.94kN
2、竖向力
（1）、恒载计算
引用主梁Midas计算结果，在上部结构，盖梁和桥墩恒载作用下，
桥墩底面处的反力为：
N恒二2978.2（kN）
（2）、可变荷载的反力计算
双孔布载，活载布载如下图
双孔布载人群荷载在桥墩盖梁处产生的反力:
R双孔人=11.8611.65=138.2（kN）
双孔时汽车反力为（全桥设四车道，考虑折减）：
N汽=33510.8=842.4kN
（三）内力计算1、水平力作用下桥墩墩底内力计算
（1）、制动力作用下桥墩墩底内力计算
制动力为：
T=90kN
则每根桥墩分得的剪力为：
M制二V制h=7.85.541=43.22kN*m
h——支座顶面到墩底的距离：
h二5.541m
（2）、温度力作用下桥墩墩底内力计算（考虑降温）
桥墩的组合抗推刚度（包括支座，柱，基础）：
K^12927kN/m
H温=K1Lt^1292710^12.11/230=23.48kN
每根桥墩墩底剪力为H温=23.48/3=7.83kN
M温=H温h=7.835.541=43.39kN*m
h——支座顶面到墩底的距离：
h二5.541m
（3）、水平地震力作用下桥墩墩底内力计算
桥墩支座顶面处的水平地震力Ehtp二E1fls•Ehp=175.64•47.3二222.94kN
每根墩墩底剪力F地震=Ehtp/3=74.31kN
每根墩墩底弯矩M地震二F地震h=74.315.541二411.8kN
h——支座顶面到墩底的距离：
h=5.541m
2、竖向力作用下桥墩墩底内力计算
（1）、恒载作用下桥墩墩底内力计算
引用主梁Midas计算结果，在上部结构，盖梁和桥墩恒载作
用下，桥墩底面处的最小轴力为：
N恒=2978.2（kN）
（2）、可变荷载的反力计算
由于双孔布载下，人群荷载和汽车均布荷载对墩底分别是对称荷
载，只要计算汽车的集中荷载作用下墩底产生的弯矩：
（全桥设
三车道，考虑折减）
取在恒载作用下墩底轴力最小时的那个墩为研究对象：
引用MidaS计算结果，墩底轴力：
N车=144.3kN
墩底弯矩：
M车八I3Ps0.8/3=1.21831600.250.8/3=38.98kN•m
J——冲击系数—1.218
P——车道荷载的集中荷载P=160kN
s——桥纵向支座中心到墩中心线的距离s二0.25m
（4）内力组合
1、承载能力基本组合
Md=1.2M恒1.4M温1.40.7（M制M车）
=1.201.443.391.40.7（43.2238.98）=141.3kN・m
Nd=1.2N恒1.4N温1.40.7（N制N车）
=1.22978.21.401.40.7（0144.3）-3715.3kN
2、偶然组合
Md=1.0M恒1.0M地震=1.001.0411.8=411.8N・m
Nd=1.0N恒1.0N地震=1.02978.21.00=2978.2kN
3、最不利荷
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