[摘 要] 本設(shè)計為“鮑馬河”橋設(shè)計,由三跨過河,全長60M。橋面凈寬9M,由5道主梁組成,主梁采用普通裝配式鋼筋混凝土簡支“T”形梁。設(shè)計主要內(nèi)容為主梁的內(nèi)力計算與鋼筋的配置,支座的設(shè)計,橋墩臺的設(shè)計以及全部結(jié)構(gòu)施工圖紙。按照一階段施工圖設(shè)計方案進行,完成該橋的全部設(shè)計。 

　　[關(guān)鍵詞] 簡支梁橋 鋼筋混凝土 橫向分布系數(shù) 內(nèi)力影響線 荷載 

　　供鐵路、道路、渠道、管線、行人等跨越河流、海灣、湖泊、山谷、低地或其它交通線路時使用的建筑結(jié)構(gòu)稱為橋或橋梁。 

　　我國的建橋技術(shù)雖然已處于世界先進水平。但是,從總體上講,我國現(xiàn)代橋梁的建橋技術(shù)還有待提高。我國幅員遼闊,人口眾多,雖然改革開放以來交通基礎(chǔ)設(shè)施取得了前所未有的巨大成就,但是和發(fā)達國家相比,不管是人均還是平均交通里程,仍處于很低水平,還有很多道路和橋梁等待著將來的建設(shè)者發(fā)揮其聰明才智。 

　　橋梁可以分為很多種類型,其中以砼簡支梁橋較為常用。砼簡支梁橋構(gòu)造簡單,易于建造,形式多種多樣,適應(yīng)性強,不受基礎(chǔ)條件限制,可標準化產(chǎn)生。因此,成為目前我國公路、鐵路和城市橋梁中最常用的結(jié)構(gòu)形式。 

　　此次設(shè)計任務(wù)是校園內(nèi)的鮑馬河上采用普通裝配式鋼筋砼簡支“T”形梁橋跨河,按施工圖設(shè)計進行,完成該橋全部設(shè)計。 

　　1.橋型方案設(shè)計 

　　根據(jù)現(xiàn)場勘察與勘測,河面無通航要求,兩河岸橋臺之間距為60m。所以在橋縱向采用三跨過河,每跨20m,留2cm的施工縫,梁的有效跨徑為19.96m,計算跨徑為19.5m。由于公路Ⅱ級的橋梁,橋橫向?qū)挾炔捎?m+2×0.75m+2×025m=9m。人行道采用預制裝配式,懸出主梁0.5m,橋面橫向坡度和人行道橫向坡度均采用1.5%,橋面縱向坡度為3%。行車道橫坡從三角墊層開始放起,縱坡則通過橋墩標高的不同而控制。主梁截面為“T”形截面,翼板最小厚度為8cm,最大厚度為14cm,翼板寬為1.58m,兩邊梁翼板寬為1.59m,腹板寬為20cm。主梁總的高度為1.3m。橋梁的橫向布置5道主梁,每道主梁設(shè)有5道橫隔梁,橋梁以縱向,和橫向均采用鋼板焊接連接。橋面的鋪裝采用9cm厚的混凝土層和5cm厚的瀝青面層。以上所采用的數(shù)據(jù)以及各種形式均符合《公路橋梁設(shè)計規(guī)范》的要求。 

　　2.主梁設(shè)計 

　　2.1 荷載橫向分布計算 

　　對于一座由多片主梁組成,并通過橫隔梁、橋面板等橫向連接構(gòu)成一個整體的梁橋來說,當橋上有荷載P作用時,由于結(jié)構(gòu)的橫向剛性,必然會使所有主梁不同程度地分擔荷載P。而且,荷載作用的橫向位置不同,各梁分擔的荷載及其內(nèi)力,變形亦發(fā)生變化,因此橋中的各片梁是一個空間受力結(jié)構(gòu)。 

　　根據(jù)各種梁式橋不同的橫向聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)建立計算模型,有以下幾種橫向分布計算方法: 

　　(1)杠桿原理法為把橫向結(jié)構(gòu)(橋面板和橫隔梁)視作在主梁上斷開而簡支在其上的簡支梁。 

　　(2)偏心壓力法為把橫隔梁視作剛性極大的梁。 

　　(3)橫向鉸接板法為把相鄰板之間視作鉸接,只傳遞剪力。 

　　(4)橫向剛性梁法為把相鄰主梁之間視作剛性連接,即傳遞剪力和彎矩。 

　　(5)比擬正交異性板法為將主梁和橫隔梁的剛度換算成正交兩個方向剛度不同的比擬彈性平板來求解。 

　　以下重點介紹常用的杠桿法和偏心壓力法,其他方法可參閱有關(guān)書籍。 

　　2.1.1 杠桿原理法 

　　按杠桿原理法進行計算的基本假定是忽略主梁之間橫向結(jié)構(gòu)的聯(lián)系作用,即假設(shè)橋面板在主梁梁肋處斷開,而當作沿橫向支承在主梁上的簡支梁或懸臂梁考慮。 

　　杠桿原理法適用于荷載位于靠近主梁支點時的荷載橫向分布影響線。此時,主梁的支承剛度遠大于主梁間橫向聯(lián)系的剛度,荷載作用于某處時,基本上由相鄰的兩片梁分擔,并傳遞給支座,其受力特性與械桿接近。另外,該方法也可用于雙主梁橋,或橫向聯(lián)系很弱的無中間橫隔梁的橋梁。 

　　利用杠桿原理法,可以計算出荷載位于支點時的各號梁的橫向分布影響線,然后在影響線上按照最不利的原則,并且符合規(guī)范要求進行布置荷載。最不利位置即影響線面積最大的位置,公路Ⅱ級的第一個荷載距人行道邊緣為0.5m。然后按照幾何比例求出荷載在影響線圖形上的投影豎標值,再利用公式即可求出荷載位于支點時的橫向分布系數(shù)m。 

　　2.1.2 偏心壓力法 

　　偏心壓力法的基本前提是:其一,在車輛荷載作用下,中間橫隔梁可近似的看作一根剛度無窮大的剛性梁,橫隔梁全長呈直線變形;其二,忽略主梁的抗扭剛度,即不計入主梁對橫隔梁的抵抗扭矩。 

　　偏心壓力法用于計算荷載橫向分布適用于橋上具有可靠的橫向聯(lián)絡(luò),且橋的寬跨比B/L小于或接近0.5的情況時的跨中區(qū)域的荷載橫向分布影響線。根據(jù)在彈性范圍內(nèi),某根主梁所承受的荷載Ri與該荷載所產(chǎn)生的跨中彈性撓度Wi成正比的原則,可以得出:在中間橫隔梁剛度相當大的窄橋上,在沿橫向偏心布置的活載作用下,總是靠近活載一側(cè)的邊主梁受載最大。 

　　2.2 求最不利活載內(nèi)力 

　　求最不利活載內(nèi)力首先要確定出一道梁的最不利活載位置。所謂的最不利活載位置就是簡支梁在某個位置或某個截面處承受荷載的能力最小,那么,這個位置或截面就是這個梁的最不利活載位置。 

　　根據(jù)力學計算得出結(jié)論:一道簡支梁在跨中和L/4處承受的彎矩是最大的,在支點處承受的剪力是最大的,即在這三個位置承受荷載的能力是最小的。那么,我們就繪制出跨中和L/4處的彎矩影響線和支點及跨中的剪力影響線,然后在影響線面積最大的區(qū)域(按最不利原則)布置荷載,求出荷載在影響線上的豎標值,最后,對應(yīng)荷載橫向分布系數(shù)利用內(nèi)力公式求出各號梁的最不利活載內(nèi)力。 

　　將計算出的這些內(nèi)力值,結(jié)合恒載內(nèi)力并考慮安全系數(shù)進行組合。在組合出的幾組內(nèi)力值當中,選一組最大值作為主梁的內(nèi)力組合設(shè)計值。 

　　2.3 主梁的配筋設(shè)計 

　　簡支梁作為受彎構(gòu)件,其受力特征為上部受壓力,而下部承受拉力�；炷�土作為一種建筑材料,經(jīng)過實驗得出結(jié)論為:它有相當大的承受壓應(yīng)力的能力,即它的抗壓強度很大;而它的承受拉應(yīng)力的能力很小,即抗拉強度很小�；炷�土簡支梁是一種受彎構(gòu)件,它的受力特征是:上部承受壓力、下部承受拉力�；炷�土有很大的抗壓強度,它足夠承受上部所受的壓力,而鋼筋有很大的抗拉強度,所以我們的配筋設(shè)計就是在混凝土梁的受拉區(qū)配置一定數(shù)量的鋼筋,讓鋼筋和混凝土共同承受梁所受的拉力。 

　　本設(shè)計配筋截面類型經(jīng)計算確定為第一類“T”形截面,即它的中性軸位于翼板內(nèi),所以按矩形截面進行配筋計算。梁的配筋不僅要滿足受力的要求還要滿足配筋率的要求,要選擇最合理的鋼筋截面積,即不能出現(xiàn)超筋梁,也不能出現(xiàn)少筋梁。在設(shè)計規(guī)范中,通常規(guī)定最大配筋率和最小配筋率的限制來防止梁發(fā)生后兩種破壞,保證梁的配筋處于適筋梁的范圍,發(fā)生正常的塑性破壞。 

　　3.橫隔梁及橋面板設(shè)計 

　　3.1 橫隔梁設(shè)計 

　　每道主梁布置5道橫隔梁,橫隔梁軸線之間的間距為4.8m,橫隔梁高為1m與翼板同寬,橫隔梁的厚為15m,橫隔梁的連接采用鋼板焊接連結(jié)。 

　　計算橫隔梁內(nèi)力時,近似的將橫隔梁看作是一道具有很大剛度并簡支在主梁上的矩形梁。首先按杠桿法求出作用在中橫隔梁上的計算荷載,再求出中橫隔梁彎矩影響線和剪力影響線的控制豎標值,繪制出彎矩和剪力的影響線,然后在影響線上按最不利原則布置荷載,并求出荷載對應(yīng)的影響線豎標值,最后利用內(nèi)力計算公式求出中橫隔梁的內(nèi)力值。將橫隔梁的內(nèi)力值進行內(nèi)力組合就得出最終橫隔梁的內(nèi)力組合設(shè)計值。 

　　按此組合內(nèi)力設(shè)計值對橫隔梁進行配筋。橫隔梁的配筋可近似的按照矩形截面受彎構(gòu)件來計算,在受拉區(qū)配置受力鋼筋,無需進行斜截面配筋計算只是按構(gòu)造每隔25cm配置一道外徑為10mm的箍筋。最后進行橫隔梁配筋率的驗算。 

　　3.2 橋面板設(shè)計 

　　本設(shè)計橋面板的橫向采用鋼板焊接連接,橋面板連接的一邊每隔1m預埋一塊鋼板,橋梁吊裝完成后在兩塊預埋鋼板的上面再搭接一塊鋼板。由于橋面板的連接形式,其內(nèi)力計算按多跨連續(xù)單向板計算。 

　　計算橋面板的內(nèi)力首先要求出有效工作寬度ao,當荷載以a1×b1的分布面積作用在板上時,板除了沿計算跨徑 方向產(chǎn)生撓曲變形 外,沿垂直于計算跨徑的y方向也必然產(chǎn)生撓曲變形Wy。這說明荷載作用下不僅使直接承受寬為a1的板條受力,其鄰近的板也參加工作,共同承受車輪荷載所產(chǎn)生的彎矩。為了計算方便,設(shè)想以寬度為a的板均勻承受車輪荷載所產(chǎn)生的總彎矩,a即為板的有效工作寬度,或稱為荷載有效分布寬度。求出有效分布寬度a之后再根據(jù)公式求出橋面板的內(nèi)力,將內(nèi)力進行組合即為橋面板的內(nèi)力組合設(shè)計值。 

　　橋面板的配筋也是近似的按照矩形截面進行配筋計算,由于橋面板在支點處承受的是負彎矩,所以制作受力鋼筋時要按照橋面板正負彎矩的變化,而改變受力鋼筋的形狀。在橫向按規(guī)范要求每隔24cm布置一根外徑為10mm的分布鋼筋。 

　　4.橋梁支座設(shè)計 

　　支座是橋梁的重要組成部分,它除了能夠滿足自身結(jié)構(gòu)構(gòu)造,受力上的要求外,還需要滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造,受力及變形要求。 

　　支座設(shè)置在橋梁的上部結(jié)構(gòu)與墩臺帽之間,是橋梁結(jié)構(gòu)的支承部分。它的作用是將上部結(jié)構(gòu)的自重及其承受的各種荷載傳遞給墩臺,并保證橋跨結(jié)構(gòu)在荷載的作用和溫度變化的影響下,具有適應(yīng)結(jié)構(gòu)必要變形的功能。如對于梁式橋,要求支座處能自由伸縮和自由轉(zhuǎn)動。在滿足上述要求的同時,還必須保證支座在橋梁墩臺帽上的位置充分固定,不至滑落。 

　　目前,橋梁支座大致分為簡易墊層支座、鋼支座、鋼筋混凝土支座、橡膠支座及特種支座等。本設(shè)計采用的是矩形板式橡膠支座,支座尺寸為a×b×h=24cm×24cm×4.2cm,與其它材料的支座相比,橡膠支座具有構(gòu)造簡單,加工方便、節(jié)省鋼材、造價低、結(jié)構(gòu)剛度小、安裝方便等優(yōu)點。此外,橡膠支座能方便的適應(yīng)任意方向的變形,故對寬橋,曲線橋和斜橋具有特別的適應(yīng)性。橡膠的彈性還能消減上下部結(jié)構(gòu)所受動力的作用,這對抗震十分有利。因此,近年來在公路橋梁中橡膠支座已獲得廣泛應(yīng)用,在鐵路橋梁中也開始使用這種支座。 

　　板式橡膠支座又稱彈性支座。與其它類型的支座相比,有下述優(yōu)越性: 

　　(1)構(gòu)造簡單,加工方便,宜于工廠成批定型生產(chǎn)。 

　　(2)材料來源充足,用鋼量較少。 

　　(3)支座高度小,在以洪水位控制橋下凈空的情況下,能降低橋面標高,縮短橋頭引道長度。 

　　(4)安裝方便,平時無養(yǎng)護,更換也容易。 

　　(5)能適應(yīng)寬橋、彎橋、斜交橋的橋跨結(jié)構(gòu)在各個方向的變形。 

　　(6)支座摩阻力小,且能分布水平力,吸收部分振動,橋墩臺受力緩和所受彎矩較小,對高墩,地震區(qū)的橋梁有利。 

　　5.橋梁墩臺設(shè)計 

　　墩臺是橋梁的重要組成部分,它除了能夠滿足自身結(jié)構(gòu)構(gòu)造,受力上的要求外,還需要滿足橋梁上部結(jié)構(gòu)的構(gòu)造,受力及變形要求。 

　　墩臺是橋梁的重要組成部分之一,其作用在于它承擔著上部結(jié)構(gòu)的荷載,并連同自身重力,有效的傳遞給基礎(chǔ)。橋墩一般指多跨橋梁中間支承結(jié)構(gòu)物,它除承受上部結(jié)構(gòu)的荷載外,還要承受流水壓力、風力以及可能出現(xiàn)的地震力、浮冰、船只和漂流物的撞擊力等。橋臺設(shè)置于橋梁的兩端,它除能起銜接路線的作用外,還能承受臺背填土及填土上車輛荷載所產(chǎn)生的附加側(cè)壓力。因此,橋梁墩臺不僅本身應(yīng)具有足夠的強度、硬度和穩(wěn)定性,而且對地基的承載能力、沉降量、地基與基礎(chǔ)間的摩擦力都提出一定的要求,避免在上述荷載作用下產(chǎn)生危害橋梁整體結(jié)構(gòu)的水平位移、豎向位移和轉(zhuǎn)角位移。 

　　本設(shè)計橋臺采用重力式“U”形橋臺,橋墩采用重力式(實體式)圓端形墩,墩臺基礎(chǔ)均采用雙層剛性擴大基礎(chǔ)。實體式墩臺由墩(臺)帽,墩(臺)身和基礎(chǔ)組成。它主要依靠自身較大的重量,較大的截面尺寸和建筑材料的抗壓性能,以承受垂直方向和水平方向的荷載。通常采用抗壓性能較好而抗拉性能較差的實砌或混凝土污工建造。它們具有堅固耐久、施工較簡易、養(yǎng)護工作量較小,砂石材料往往可就地取材等優(yōu)點,同時對船泊、漂流物、山坡落石、滾石的撞擊、磨損或冰壓力的作用等的抵御能力較強。缺點是工程量大、自重大,因而對地基承載力的要求也較高,基礎(chǔ)工程量也隨之增大。 

　　6.結(jié)論 

　　完成了此次的橋梁設(shè)計的全部工作之后,使我清楚的認識到橋梁的設(shè)計工作是一項既復雜又尤為重要的一項工作。它要求設(shè)計者必須按照規(guī)范要求、仔細、全面的考慮每一個問題。橋梁設(shè)計的好壞將直接影響到橋梁的安全性、施工、工程造價、工程量以及橋梁使用的耐久性等很多方面,所以我們在設(shè)計一座橋的時候必須嚴格按照規(guī)范要求,把橋梁使用的安全性放在首位,再綜合考慮工程造價、工程量、外形美觀及環(huán)境保護等多種因素。這樣,我們設(shè)計出的橋梁既符合規(guī)范要求,也能符合施工各方面的要求。 

　　通過這次橋梁設(shè)計,使我對橋梁工程有了更全面、更深入的了解,為我今后 的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。 

　　參 考 文 獻 

　　[1] 《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》,JTJ D60-2004。 

　　[2] 《公路鋼筋砼及預應(yīng)力砼橋涵設(shè)計規(guī)范》JTJ D62-2004。 

　　[3] 《公路工程技術(shù)標準》JTJ B01-2003。 

　　[4] 《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》,JTJ D63-2007。