1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

1. 工程概况与背景

北山河大桥位于宣城市宣州区境内，是连接宣城与南京的重要通道，是省道S104的重要组成部分。由于河流航道整治，通航全线要求达到Ⅲ级航道标准，要求通航净空满足80#215;7m要求。北山河桥全长841.16m，主桥拟采用预应力连续箱梁，主跨需90m以上跨越航道，边跨需60m以上跨越防洪堤。全桥横向为双幅桥，单幅桥宽16m，拟设置3车道(注：附图为2车道)。桥梁设计荷载标准为公路-Ⅰ级。未来北山河桥梁规划桥宽为双幅单向车道，路线线形设计预留100km/h时速标准，两侧设置防撞护栏。

2.采用的主要设计标准与规范：

[1] JTG D62#8212;2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2004

[2] JTG D6022004．公路桥涵设计通用规范[S]．北京：人民交通出版社，2004

[3] JTG D6322007．公路桥涵地基与基础设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2007

[4] JTG B0122003．公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出版社，2004.2

[5] JTG T F50-2011．公路桥涵施工技术规范 [S]．北京：人民交通出版社，2011

[6] JTJ004289．公路工程抗震设计规范[S]．北京：人民交通出版社，1989

[7] CJJ37290．城市道路设计规范[S]．北京：中国建筑工业出版社，1991.8

[8] CJJ77298．城市桥梁设计荷载标准[S]．北京：中国建筑工业出版社，1998.12

[9]GJJ 11293．城市桥梁设计准则[S]．北京：中国建筑工业出版社，1993.10

[10] JTG D6122005．公路圬工桥涵设计规范[S]．北京：人民交通出版社，2005.10

[11] DB32/112-95．南京地区地基基础设计规范[S]．

[12] JCJ 95-2003．冷轧带肋钢筋混凝土结构技术规程[S]．

[13] BS54001978-82．钢桥、混凝土桥及结合桥[S]．英国标准学会

3.拟定方案并进行方案比选

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。

根据上述原则，对桥梁作出综合评估：

（1）梁桥：

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。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。

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。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，现在已很少采用。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。

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。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，但受拉区混凝土即车道板圬工量大，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，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。

综上所述：

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。

下部结构：桥墩类型选定

(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

(5)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。

综上所述：柱式桥墩最具实用性、经济性、安全性以及美观性，本设计选用柱式桥墩。

4.结构尺寸、跨度等具体内容确定

（1）跨度确定

根据工程要求，拟定主跨跨度为100m，由PC连续梁边跨/主跨比在0.65-0.8之间的要求定边跨跨度65m，如下简图

（2）截面尺寸确定

a.梁高：（本设计中跨度100m）根据规范，支点处梁高取跨度的1/16-1/20，即 H=5m-6.25m定为6m；跨中梁高取跨度的1/30-1/50，即h=2m-3.3m定为2.5m

b.桥宽根据JTG D60-2004 《公路桥涵设计通用规范》中公路I级路基宽度的要求，行车道宽度取3.75m，左侧路肩宽度取3m，右侧路肩宽度取1m，中间带宽度取2m，路基宽度为（3.75#215;3 3 1）#215;2 2=32.5m，因为是分离式路面布局，半幅宽度为15.25m。

c.腹板宽度：根据规范，支点处取桥宽的1/8-1/12，即腹板总宽度为0.7625m-1.27m，单块腹板宽度定为0.5m；跨中取桥宽的1/12-1/20，即腹板总宽度为1.27m-1.9063m，单块腹板宽度定为0.75m。

d.底板厚度：根据规范，支点处取梁高的1/10-1/12，即0.5m-0.6m，定为0.6m；跨中取构造厚度，定为0.3m。

e.顶板厚度：按构造要求，箱室内顶板厚度取0.3m，翼缘板采用梯形布局，宽度2.5m，板最外侧厚度0.15m，板根部厚度0.6m。

另外，箱室内设置拐角，上缘拐角尺寸0.3m#215;0.9m（水平方向0.9m），下缘拐角尺寸0.3m#215;0.3m，如下简图（单位：mm）

（3）材料确定：

a.混凝土：①箱梁50号混凝土；②墩身40号混凝土；③支座垫石30号混凝土；④承台30号混凝土；⑤钻孔灌注桩25号水下混凝土；

b.钢材：①低松弛高强度预应力钢绞线应符合GB/T5224-2003的规定；单根钢绞线直径Fj15.24mm，钢绞线面积AY=139mm2，钢绞线标准强度Rby＝1860MPa，弹性模量Ey＝1.95#215;105Mpa；②普通钢筋采用符合GB 1499.1-2008标准的HPB235光圆钢筋和符合GB 1499.2-2007标准的HRB335螺纹钢筋；③凡钢筋直径大于等于12mm者，均采用HRB335级热轧螺纹钢筋；④凡钢筋直径＜12mm者，采用HPB235光圆钢筋，带肋钢筋焊接技术标准应符合《钢筋混凝土用焊接钢筋网》(YB／T076-1997)的规定；

c.其它：①锚具及管道成孔#8212;箱梁纵向预应力钢束锚具采用预应力钢绞线群锚OVM型锚具及其配套的设备，管道成孔采用金属波纹管，有关设备与器具应符合国家标准《预应力筋用钱具、夹具和连接器》(GB/T14370-2000)的规定；②支座采用GPZ(II)盆式支座，符合交通部行业标准JT391-1999的规定；③伸缩缝应符合《公路桥梁伸缩装置》GQF-MZL行业标准，伸缩缝宽为温度20℃时安装缝宽，施工单位应根据实际温度进行修正。

（4）内力初算

利用Midas桥梁计算软件建模，将其平分为230个单元，每单元1.0m

自重荷载支座反力图

车道荷载支座反力图

支座反力表
节点	荷载	FX (kN)	FY (kN)	FZ (kN)	MX (kN*m)	MY (kN*m)	MZ (kN*m)
1	一期恒载	0	0	3865.925	0	0	0
65	一期恒载	0	0	32642.77	0	0	0
165	一期恒载	0	0	33162.92	0	0	0
231	一期恒载	0	0	4211.996	0	0	0
1	车道荷载(全部)	0	0.318715	647.1541	578.2808	0	70.46095
65	车道荷载(全部)	0	0.717983	1428.663	1290.444	0	115.581
165	车道荷载(全部)	0	0.688844	1442.911	1291.373	0	124.9649
231	车道荷载(全部)	0	0.365655	655.9227	579.2517	0	73.99383

自重荷载剪力图

车道荷载剪力图

自重弯矩图

车道荷载弯矩图

内力汇总表
单元	荷载种类	剪力-z (kN)	弯矩-y (kN*m)	荷载种类	剪力-z (kN)	弯矩-y (kN*m)	剪力合力(kN)	弯矩合力(kN*m)
1	自重	-3748.9	1903.71	车道荷载	707.22	320.3	5488.8	2732.928
17	自重	-4.26	31934.19	车道荷载	429.13	7222.5	605.89	48432.51
22	自重	1182	29000.64	车道荷载	373.68	8128	1941.55	46179.97
64	自重	14496.6	-270692.4	车道荷载	921.9	16670.5	18686.6	348169.606
65	自重	-17075	-269287.9	车道荷载	973.87	16576.4	21853.4	346352.374
114	自重	81.45	60833.45	车道荷载	376.4	8322.4	624.7	84651.444
164	自重	15282.8	-280177.2	车道荷载	975.15	16892.8	19704.6	359862.586
209	自重	-835.95	36441.15	车道荷载	371.65	8439.2	1523.45	55544.288
213	自重	115.03	37877.1	车道荷载	427.56	7686.26	736.62	56213.284
230	自重	4095	2076.75	车道荷载	716.17	324.8	5916.64	2946.82

（5）承载力验算

因为桥垮为对称结构，故验算时只需计算一边的单元，各单元剪力影响线如下：

1单元剪力影响线

17单元剪力影响线

22单元剪力影响线

64单元剪力影响线

114单元剪力影响线

根据影响线进行加载验算：配筋率定为2%，经验算，正截面承载力满足设计要求；

斜截面抗剪方面：

定混凝土保护层厚度为70mm，由上述内力汇总表格可知，产生计算最大剪力组合设计值的截面是单元65，剪力为Vd=21853.4kN，fcu,k=32.4MPa，ftd=1.83MPa，65单元腹板宽度b=750#215;2=1500mm，h0=6000-70-15.24/2=5922.38mm，γ0=1.1

∴γ0Vd=1.1#215;21853.4=24038.74kN

0.5#215;10-3ftdbh0=0.5#215;10-3#215;1.83#215;1500#215;5922.38=8128.47kN

0.51#215;10-3bh0=0.51#215;10-3#215;√32.4#215;1500#215;5922.38=25788.74kN

∵8128.47kNlt;24038.74kNlt;2578.74kN

计算结果表明，截面尺寸满足要求，但应按计算要求配置箍筋和弯起钢筋。

综上所述，承载力验算通过。

（6）下部结构尺寸确定

由上述计算可以选定，节点1、2处以及229、230处的支座选用GPZ(II)0.8DX设计承载力/允许最大承载力0.8/0.88 MN，主要尺寸是315#215;293#215;75mm3，预埋底柱Φ40#215;250；

节点165、166处支座选用GPZ(II)25DX设计承载力/允许最大承载力25/27.5MN，主要尺寸是1560#215;1460#215;270mm3，预埋底柱Φ90#215;400；

节点65、66处支座选用GPZ(II)27.5GD设计承载力/允许最大承载力27.5/30.25MN，主要尺寸是1430#215;1220#215;260mm3，预埋底柱Φ90#215;400。

拟选用2根直径为1.8m 的柱式桥墩，两柱间距13.2m，材料为40号混凝土，承载力估算为（fcd=18.4MPa）18.4#215;103#215;0.92π#215;2=9.364#215;104kN远大于支座反力，方案可行。

桩基础：拟采用桩径为1.5m的钻孔灌注桩，估算达到承台顶端的支座反力为

估算反力表
单元号	剪力合力(kN)	估算桩顶支座反力(kN)
1	5488.824	8233.236
65	21853.394	32780.091
164	19704.594	29556.891
230	5916.638	8874.957

lt;1gt;边跨

（a）在1号单元处边跨（桩号K21 414.66）：

综合地质条件等因素，承台顶标高5.000m，承台拟定高度为2.5m，采用30号混凝土，设计桩长为22.522m，桩顶标高为-20.000m，单根桩承载力为12.762#215;15#215;π#215;1.5 2.900#215;50#215;π#215;1.5 1.600#215;90#215;π#215;1.5=2262.825kN，需要8233.236/2262.825=3.64根，取4根，分两排布置，横向间距13.2m。

（b）在230号单元处边跨（桩号K21 579.66）：

因为地质条件、承受剪力等条件大致相同，故取与（a）相同的桩基础布置，即承台顶标高5.000m，承台拟定高度为2.5m，采用30号混凝土，桩顶标高-20.000m，4根直径1.5m钻孔灌注桩，分两排布置，横向间距13.2。

lt;2gt;主跨

（a）65号单元处主跨（桩号K21 414.66）：

综合地质条件，承台顶标高4.850m，承台拟定高度为3.5m，采用30号混凝土，设计桩长为24.350m，桩顶标高为-23.000m，单根桩承载力为8.57#215;15#215;π#215;1.5 3.30#215;50#215;π#215;1.5 1.00#215;90#215;π#215;1.5=1806.52kN，需要32780.091/1806.52=18.14根，取20根，分四排布置，横向间距2.74m。

（b）164号单元处主跨（桩号K21 514.66）：

综合地质条件，承台顶标高4.850m，承台拟定高度为3.5m，采用30号混凝土，设计桩长为44.35m，桩顶标高为-43.000m，单根桩承载力为8.30#215;15#215;π#215;1.5 2.80#215;50#215;π#215;1.5 （12.20 5.20 5.80）#215;78#215;π#215;1.5 （9.50 4.00 0.55）#215;110#215;π#215;1.5=17048.316kN，需要29556.891/17048.316=1.733根，取2根，横向间距13.2m。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

要研究的内容以及问题：

（1）根据构件可能出现的荷载效应组合，计算控制截面的设计内力（弯矩和剪力）及其相应的组合值。

（2）从满足主要控制截面在正常使用极限状态的使用要求和承载力极限状态的强度要求的条件出发，估算预应力钢筋和普通钢筋的数量，并进行合理的布置及纵断设计。