桥梁设计技术总结
公路大中桥梁设计技术总结
前言：由于大中桥梁在高等级公路，特别是山区高等级公路整个工程造价中占用资金的比例相当大，且施工周期长，施工工艺要求较高，因此，大中桥梁往往成为公路工程控制工期和造价的关键工程。好的桥梁设计不仅可心节省工程投资，而且可以成为整个公路工程的一道道亮丽风景。为此，大和推广新技术、新材料、新工艺是桥梁工程师永远的主题。
笔者从事大中桥梁设计已十二年有余，有幸新历了石太一级公路、京深高速公路、乌鲁木齐市河滩路、运三高速公路、新原高速公路、府占一级公路、杭昱高速公路等多条高等维公路的初测初步设计、定测施工图设计，感悟颇深，对高等级公路大中桥梁设计有了一点浅显的认识，愿与同行们商榷。关键词：桥梁；设计；技术；总结
1在中桥梁总体设计原则
（1）大中桥梁位均应符合路线总体走向，路桥综合考虑。
（2）桥们尽量选择在河段顺直、河道较窄的位置，以减短桥梁的长度。
（3）桥孔布设除满足设计流量，水位要求外，一般要不压缩河订，对有防洪、抢险和通行要求的河堤，要留有人、车通道。对于游荡性的河首，桥孔布设留有余地，并结合河道情况设置必要的导游工程，以保证桥梁的安全和洪水安全渲泄。2大中桥梁设置原则
（1）在跨越深沟时，根据沟底纵坡，填土高度及工程地质等因素进行分析，填土高速大于25cm时，考虑采用桥梁跨越。
（2）为避免水毁桥梁，桥孔布设原则上不压缩河槽。对于山前扩散及变迁段，桥梁长度应考虑河槽摆动的因素，为确保水流及漂浮物顺利通过桥孔，大桥跨径不宜小于20cm。
（3）在地形复杂，山坡陡峻处的山谷桥梁，布孔时应根据桥址纵、横断面布设。为避免锥坡落空或墩台基础悬空，桥台高度不宜过高。
（4）平原区桥梁孔径布设以水文计算成果为依据，并结合河道的地形、地貌及桥下被交路等情况予以确定。
（5）当桥当有高路堤，占有农田较多，且需大量借方或远运填料时，可适当处长桥孔，并采用建筑高度较低的结构类型。
3大中桥梁结构类型的选择3.1桥梁选型原则
桥梁结构型式的选择应遵循“安全、适用、经济、美观”的原则，结合桥位处的地形、地质、施工条件等因素，以技术先进、节约投资、施工方便可行、方案合理、行车舒适为原则，具体如下：（1）为保证桥面平整，行车舒适，上部结构宜采用连续结构或桥面连续结构。
（2）受填土高度控制时，为降低路基填土高度，上部结构宜采用建筑高度较小的结构类型。
（3）为缩短工期、降低造价、便于技术质量管理，一般大、中桥尽量采用统一的结构型式。山区桥梁主要采用中等跨径的T型桥梁，平微区推荐采用连续箱梁。
（4）当跨越深谷，墩高大于20m时，上部结构宜采用较大跨径的连续梁和连续则构桥梁型式，以降低工程造价。
（5）山岭重丘区的桥梁，由于地面坡度较大，为减少基础工程量，避免深挖基坑带来的地质病害，基础型式宣采用桩基础。
（6）桥梁基础型式根据地质情况及地面坡度的不同，分另采用桩基础和扩大基础，墩身型式根据墩高的不同，分别采用柱式墩和薄壁空心墩。
（7）中桥上部结构型式一般采用跨径20cm或跨径16cm的预应力混凝土空心板反跨径10cm、13cm的钢筋混凝土空心板，上部结构采用桥面连续。3.2桥梁结构选型
（1）上部结构类型及跨径选择
为方便施工、保证施工质量、缩短施工周期，确保工程安全，对于桥梁结构型式全线进行了统筹考虑，尽量采用便于机械化、工厂化、标准化生产的中等跨径预制安装构件。
位于山区的桥梁，当桥墩较高时，因下部结构造价占全桥总造价的比重增大，选用较大跨径较为合理。一般地，对山区特大、大型桥梁，上部结构根据墩身高度宜采用25m～40m装配式预应力混凝土连续箱梁，25m～50m装配式预应力混凝土连续T梁，16m～20m的先张法预应力混凝土空心析等桥型方案。对桥墩较低的桥梁，方案设计时亦可考虑预应力混凝土T型梁方案，但T梁方案存在以下缺点：①建筑高度大，在要求桥下净高相同的情况下，桥头路基土高度基本上由桥梁高度控制，采用T梁势必增大路堤填土高度。
②工程造价稍高，经造价分析，在24.5m宽的路段，50mT梁、40mT梁、30mT梁、30m箱梁、25mT梁、25m箱梁、20m空心板、16m空心板上部构造平均每延米建安费依次为40797元、36488元、32360元、29412元、30487元、27715元、27713元、26266元。
根据近几年国内特别是江苏、广东、山西等地的使用经验，矮箱梁比T梁施工工期短，后期养护量小，外形美观，造价便宜（便宜约10%）等特点，因此，大中桥梁上部结构一般采用预应力混凝土连续箱梁。（2）基础类型选择
山区大中桥梁基础型式的选择，若仅从承载力角度出发，可采用扩大基础，山区地面坡度较大，采用扩大基础不仅开挖基坑工程量大，对环境破坏严重，而且开后环形较高的临空面难以防护，可能造成山体失稳或其它病害。与桩基础相比，扩大基础不仅工程造价上没有优势，而且存在工程病害等难以处理的不利因素。故山区大中桥基础宜采用桩基础。4大中桥梁设计方法4.1桥型方案设计方法
（1）跨越冲沟、谷时桥梁长度在布孔时宜适当加长，桥台深入挖方段不少于3m，迎水面采用30m厚7.5号浆砌片石铺砌至沟底，横桥向每侧铺砌15m。
（2）当地质条件好，沟形狭窄，平曲线半径R≥1800m，且弓玄差在20cm以下者，桥型方案首选缆索吊装箱形钢筋混凝土拱，平曲线由拱上建筑形成，桥台采用石砌重力式桥台或框架式组合桥台。（3）当桥梁位于较小平曲线半径时，桥型方案确定应考虑以下因素：
①平曲线半径R≤500m时，上部结构宜采用预应力混凝土空心板或部分预应力混凝土组合箱梁或钢筋混凝土现浇连续箱梁。
②当单孔跨径拱弦差小于15cm，梁端张口小于50cm时，且
A墩高H＜15m时，距径选用16～25m，上部结构宜采用预应力混凝土空心板或部分预应力混凝土组合箱梁。
B墩高15m＜H≤25m时，跨径选用25～30m，上部结构宜采用部分预应力混凝土组合箱梁或预应力混凝土连续T梁。
C墩高25m＜H≤40m时，跨径选用30～40m，上部结构宜采用部分预应力混凝土组合箱梁或预应力混凝土连续T梁。
D墩高H＞40m时，跨径选用40～50m，上部结构宜采用预应力混凝土连续T梁。E墩高H＞15m时，上部结构可以考虑预应和混凝土连续或预应力混凝土连续刚构。4.2桥梁上部结构布设方法4.2.1现浇箱梁的布设方法
（1）钢筋混凝土现浇连续箱梁，孔径组合一般采用（16＋n×20＋16）m，桥墩采用独柱或双柱式墩，桩基础。
（2）当平曲线半径较小，拱弦向距离大于15cm时，须考虑桥墩向外侧移。4.2.2预制空心板梁的布设方法
（1）当内外侧梁长之差小于等于标准跨径的2%时，桥梁布设以路线中心线为准，按标准跨径设置，优先考虑等角度布设。
（2）当内外侧梁长之差大于标准跨径的2%时，桥梁布设以左右半幅桥梁中心线为准，按标准跨径设置，考虑采用平行布设。
4.2.3预制组合箱梁或T梁的布设方法（1）桥墩尽量按等角度布设。
（2）墩顶横梁内侧尺寸不应小于通用图尺寸，外侧尺寸不应大于内侧尺寸的两倍。
（3）对于等长预制梁，当满足不了第2条时，左右半幅桥应错墩布置。当错墩布置仍满足不了要求时，预制梁采用不同的长度。4.3桥梁下部结构布设方法4.3.1桥墩设计方法
（1）墩高H＞30m时，宜采用薄壁空心墩，截面纵向尺寸为（跨径/20＋0.5）m（2）墩高H≤30m时，宜采用单排桩柱式墩，具体尺寸见表2-1。
表2-1单排桩柱式墩尺寸表
跨径（m）桩柱径（cm）H≤55＜H≤1010＜H≤1515＜H≤2020＜H≤2525＜H≤3020柱径（cm）1101201*0150160180桩径（cm）1201*0150170180201*5柱径（cm）1201*0140160170200桩径（cm）140150160180201*2030柱径（cm）130140150170180210桩径（cm）150160180201*2023035柱径（cm）140150160180190220桩径（cm）16017019021023025040柱径（cm）150160170190201*30桩径（cm）17019021023025026045柱径（cm）160170180201*10240桩径（cm）190201*2024026028050柱径（cm）170180190210220250桩径（cm）201*20240260280300
（3）当基础覆盖层厚度于5米时，基础采用桩基础；否则，采用扩大基础。（4）一座桥梁桥墩尽量采用一种形式，墩柱断面以最大墩高之截面为准。
（5）跨径20米预应力混凝土空心板与跨径25米部分预应力混凝土组合箱梁可采用同一标准下部尺寸。（6）板梁式桥单排桩双桩双桩式墩立柱之间距L可用下式估算：L＝K.B/cosΦ
B－桥宽（m）,Φ－斜度（度）
K－立柱间距系数，板桥K＝0.55～0.65；T型或I型梁桥K＝0.53～0.57；箱型梁桥长K＝0.50～0.55；桥墩立柱间距、采用方案及适用条件详见表2-2。
表2-2桥墩立柱间距、采用方案及适用条件
立柱间距L（m）适用条件采用方案基础型式墩高（m）盖梁柱数
L≤8桩基础、扩大基础不限钢筋混凝土2L8扩大基础≤10钢筋混凝土28L≤10桩基础不限钢筋混凝土2L10桩基础10钢筋混凝土210L≤15桩基础不限预应力混凝土2L15桩基础不限预应力混凝土2
（7）桥墩承台系梁设计方法如下：
①可能受船舶、大冰圬等击的桥墩，若无其它防撞设施，桩顶应设承台。②地震基本烈度≥8度的地区，墩高大于7m时，桩顶应设系梁。③墩高超过20m时，桩顶应设系梁。4.3.2桥台设计方法
（1）台高H＜5m且侧向及台前可设锥坡时，宜选用柱式桥台；台高H≥5m且侧向及台前可设锥坡时，宜选用肋式桥台；台高H≥5m且侧向可设锥坡时，宜选用“U”型桥台。一般地，台高H控制在8m以内最为经济。
（2）式桥台承台不宜埋置太深，其底面以埋入地下1m为宜，以改善桩基受力，降低工程造价。（3）为降低工程造价，肋式桥台肋数不宜多于桥墩柱数，桥台承台上不宜设置挡墙。4.3.3其它
（1）伸缩缝估算方法：D＝（Δt×L×10-5×103＋20）mm；D－伸缩量（mm）;Δt－极端最高气温与极端低气温的差值（度）；L－联变形长度（m）。（2）预制梁长的预留值不应作为伸缩缝预留宽度的一部分。
（3）山岭重丘区高等级公路构造物（大中小桥、涵洞、通道等）的设置就少于2.5个/km。
（4）墩、台盖梁计算未考虑墩、台身和盖梁的固结作用。对于双柱墩、台近似简化为简支结构计算，对于三柱数、台近似简化按连接结构计算。
（5）基桩按弹性磨擦桩或嵌岩进行计算时，有效桩长不得小于5d（d为桩径），有效桩长自最低冲刷线或桩侧土厚度不小于2.5d处起算。
（6）桥面横坡以墩、台身高度的变化予以调整，支座垫石厚度为定值。
（7）为了在桥台耳墙内护栏受撞后不致影响耳墙安全，耳墙相外移了25cm或30cm，为此，桥头路基两侧均应加宽50cm或60cm，从锥坡顶点起10m过渡到正常宽度。
结束语一般地讲，平原区、城镇人口密集区、旅游专线、立交区的桥梁在选型时应注重其经济性、美观性和安全性；山岭重丘区的桥梁在选型时应注重其经济性、施工难易程度和安全性。但是，随着新材料、新工艺、新技术的不断涌现，人们对桥梁结构的认识不断提高。因此，对结构工程师而言，追求合理、美观、经济、安全的桥型方案是永无止境的.
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大石水道特大桥主桥设计技术总结一、项目概况广州东沙至新联高速公路位于广州市芳村区、番禺区和佛山市顺德区境内，路线以广州环城高速公路东沙互通为起点，北接芳村区东沙大道，终点在新联与广州南沙港快速路相接，全长46.244km。大石水道特大桥主桥位于广州东沙至新联高速公路第S02施工标段，桥梁全长250m。主桥跨越Ⅴ级航道大石水道（是连接深海水道和三支香水道的咽喉要道），交角76.50。定测施工图阶段，认真研究了航道局、水利局的批复文件，根据现场实际情况，委托了水利部珠江水利委员会水文局进行了水文分析计算。主桥采用双幅对称布置，上部结构采用（65+120+65）m单箱单室变截面悬浇预应力混凝土连续箱梁。二、设计技术标准及设计规范和依据1、设计技术标准1.1桥面宽度：单幅全宽16.25m，横向布置为0.5m（防撞护栏））+15.25m（行车道）+0.5m（防撞护栏）1.2桥面纵坡：±1.5%1.3桥面横坡：2%（单幅单向坡）1.4荷载标准1.4.1汽车荷载等级：公路-Ⅰ级1.4.2地震基本烈度：地震峰值加速度为0.1g，特征周期为0.35s，对应地震烈度为Ⅶ度1.5通航标准1.5.1通航水位（黄海85国家高程）:最高通航水位3.274m1.5.2通航净空:净高8m侧高5.5m底宽80m顶宽72m1.6温度：桥址处极端最高温度38.2℃，极端最低温度-0.5℃；多年平均21.8℃；桥址处1月平均最高温度13.3℃,7月平均最高温度21.8℃,设计基准温度取20℃。2、设计规范和依据2.1中华人民共和国交通部标准《公路工程技术标准》JTGB01－201*2.2中华人民共和国交通部标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60－201*2.3中华人民共和国交通部标准《公路圬工桥涵设计规范》JTGD61－201*2.4中华人民共和国交通部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62－201*2.5中华人民共和国交通部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024－852.6中华人民共和国交通部标准《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025－862.7中华人民共和国交通部标准《公路工程抗震设计规范》JTJ004－892.8广东省交通厅《关于印发广州东沙至新联高速公路初步设计审查意见的函》粤交基函[201*]611号2.9广东省航道局《关于广州市东新高速公路桥梁跨越有关河流的航道等级和桥梁通航净空尺度初步意见的复函》粤航道复字[201*]76号2.10广东省航道局《关于广州市东新高速公路大石大桥跨越大石水道有关通航标准和技术要求的复函》粤航道复字[201*]75号2.11广州市水利局《关于东新高速公路大石水道特大桥工程建设的复函》穗水函[201*]295号2.12广州市番禺区水利局《关于跨河大桥桥型布置方案的复函》番水函[201*]388号三、主桥上部设计1、截面尺寸的拟定①跨径比一般情况下，变截面连续梁为使边跨正弯矩和中支点负弯矩取得大致接近的原则，以使布束更趋合理，构造简单，故L1/L2=0.239～0.692是常见的边、主跨的跨径比范围，当L1/L2≤0.419时，边孔支座要做成拉压式以承受负反力，应属于非常规的特殊处理；大都L1/L2=0.52～0.58则较合理，通常连续梁、连续刚构边中跨比值为0.52，并向小的方向靠，使得边跨现浇段愈短愈好，这将有可能在边跨悬臂端用导梁支承于端墩上合拢边跨，取消落地支架。本桥边、中跨比L1/L2=65/120＝0.542。②箱梁的箱和室使箱中的室最小化，因每个室都需要内模，腹板间距以5～7m为宜。然而提供少数目的厚腹板以抵抗剪力是较经济的，进一步说，厚腹板也使预应力筋的布置和锚固变得容易，并且也改进了混凝土的浇注条件。腹板的间距主要考虑由顶部翼缘板在活载下传递的横向弯矩，顶板的悬臂部分必须适于避免悬臂根部横向较大弯矩的产生。箱和室的数目及腹板个数取决于桥梁的宽度，常见桥宽与箱室关系表如下：桥宽与箱室关系表桥宽B（m）B≤1515＜B≤201*≤B≤2522＜B≤35③梁高主跨箱梁跨中截面的高跨比h0≈(1/46.2～1/86)L2,通常为（1/54～1/60）L2，在箱梁根部的高跨比h1≈（1/15～1/20.6）L2,大部分为（1/18）L2左右。本桥h0/L2＝1/48，h1/L2＝1/18.46。一般情况下，可采用2次抛物线的梁底变高曲线，但往往会在1/4L2和1/8L2处的底板砼应力紧张，且在该截面附近的主拉应力也较紧张，因而，可将2次抛物线变更为1.5～1.8次方的抛物线更合理。本桥箱梁梁底变化曲线以及箱梁底板厚度变化曲线均采用1.8次方的抛物线。④横断面之顶板确定箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面横向弯矩的要求和满足布置纵横向预应力钢筋的要求。最小需15cm，实际设计时一般不小于17.5cm。在配筋混凝土桥面板中顶板厚度与腹板间距可参考下表数据。本桥箱梁顶板厚度采用28cm。顶板厚度与腹板间距关系表腹板间距（m）顶板厚度（cm）⑤横断面之底板在连续梁桥中，箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部，根部底板厚度厚跨比通常为（1/140～1/160）L2，以符合施工和运营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内。跨中底板厚度一般为20～32cm，以满足跨中正3.518～205.020～257.028～30√√单箱单室双室分离双箱（四腹板）√√分离三箱分车道两双箱负弯矩变化及板内配置预应力钢筋与普通钢筋的需要。但当底板不配置预应力钢束时，最小厚度可达12cm，底板若太薄则容易开裂，主要还应考虑腹板和底板间纵向剪力的结合效应即箱梁的剪力滞效应。常规设计底板厚应大于17.5cm，本桥根部底板厚度采用80cm，跨中底板厚度采用28cm。为显的整个结构的轻巧，箱梁梁底曲线及底板厚度变化曲线均采用1.8次抛物线线形。⑥横断面之腹板箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉应力。在大跨径预应力混凝土连续箱梁中，箱梁腹板内布置下弯束使得梁内的剪应力和主拉应力较小，腹板厚度的增大也可减小主应力值，同时腹板的厚度宜从跨中向支点逐渐增加，以承受支点处较大的剪力，一般采用30～80cm。箱梁腹板厚度的确定应考虑三个方面，一为抵抗剪力Q和扭矩MT引起的剪应力和主拉应力的最小板厚；二为混凝土浇注施工方便及质量保证；三为预应力筋（束）的锚固要求及局部应力的分散。本桥采用45→70cm，在一个梁段内完成变化，同时针对近年来部分大跨连续梁桥边跨现浇段及边跨合拢段出现的不同程度的斜裂纹现象，本桥边跨现浇段及边跨合拢段腹板宽度采用等同中跨支点腹板宽度处理，越过边跨合拢段后在一个梁段内完成变化。⑦横断面之翼板箱形截面顶板两侧挑出的悬臂板长的也是调节顶板内弯矩的重要因素，一般可取悬臂长度为腹板间距之半。当配置横向预应力筋时，悬臂应尽量外伸。翼缘板悬臂端高度宜薄不宜厚，对于无横向预应力筋时一般取12～15cm，对于配置横向预应力筋时一般取15～20cm。翼缘板根部高度不小于（12+0.1倍悬臂长）cm，同时此时需匹配Φ16@10横向钢筋，实际厚度根据桥面板横向计算取得。本桥翼缘板悬臂端高度取18cm，根部取70cm。同时为便于纵向预应力钢束的布置，加大预应力合力偏心，腹板对称采用横向150cm加腋。⑧横隔梁的设置箱梁横隔梁的主要作用是增加截面横向刚度，限制畸变应力，对于单箱单室截面，目前的趋势是不设置横隔梁，只在支点处为满足支座布置及承受支座反力需要而设置横隔梁，同时为便于设计及施工，中跨支点处横隔梁的设置宜尽量简化。桥梁工程实例中国虎门大桥辅航道桥、黄石长江大桥、三门峡黄河大桥、澳大利亚Gateway均为预应力混凝土连续刚构桥，其具体上部结构箱梁的设计指标如下：预应力混凝土连续刚构桥箱梁技术指标表桥名虎门大桥辅航道桥澳大利亚Gateway桥黄石长江公路大桥三门峡黄河公路大桥跨径（m）270260245160桥面宽（m）1521.93201*.5箱梁高箱梁宽根部高（m）跨中高（m）箱宽（m）悬臂宽（m）14.815.6813.08.055.25.23.0712109.044.974.804.25箱梁细部尺寸比较表桥名悬臂顶板端部顶板肋腋顶板中部虎门大桥辅航道桥澳大利亚Gateway桥三门峡黄河公路大桥151515454552252525梁跨中323025梁根部梁跨中梁根部130150100406540607565顶板厚度（cm）底板厚度（cm）腹板宽度（cm）2、纵向整体计算①计算原理总体静力计算采用平面杆系理论，以主梁轴线为基准线划分结构离散图，全桥共分88个单元，89个节点，梁端及墩顶支承处横隔梁截面计算采用横隔梁侧面的连续梁截面简化处理。总体计算根据桥梁施工流程划分施工阶段和运营阶段进行计算，根据设计的合拢方法模拟合拢计算步骤，根据荷载组合要求的内容进行内力、应力、位移等的计算，验算结构在施工阶段、运营阶段应力、主桥箱梁极限承载力是否符合规范要求。采用挂篮悬浇施工，单个挂篮总重800kN（包括模板及机具重量），总体计算采用《桥梁博士3.0》进行计算。边界条件的处理：施工阶段边跨现浇段支承按固接处理，中墩按固接支承处理；成桥及运营阶段各墩按固定铰支座及活动铰支座处理。②计算荷载组合本桥箱梁按照全预应力混凝土构件进行设计，承载能力极限状态强度验算按照公路桥涵设计通用规范（JTGD60-201*）第4.1.6条基本组合规定进行设计；正常使用极限状态截面拉应力设计按照公路桥涵设计通用规范（JTGD60-201*）第4.1.7条作用短期效应组合规定进行设计，截面压应力设计按照公路桥涵设计通用规范（JTGD60-201*）第4.1.7条和公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD62-201*）第7.1.1条规定进行设计。③箱梁纵向计算书箱梁纵向计算书采用桥梁博士报表输出模板编制，计算书附后。3、箱梁横向计算箱梁为单箱单室断面，悬臂4.125m，箱体宽8m，桥面板横向施加预应力。箱梁横向采用闭合框架模式计算，顺桥向取1延米，支座设置于腹板底位置，如下图所示：箱梁横向计算图示计算荷载需考虑汽车荷载、非线性温度变化等因素，对于活载来说，车轮处于不同位置时的纵向有效影响长度是不同的，因此需将不同位置的荷载折算成每延米，再用折线活载影响线的方法计算。由于桥面板厚度较薄，腹板左右截面内力突变较大，实际设计中，桥面板横向几乎不可能做到全预应力，本桥的横载+温度工况按全预应力设计，横载+活载+温度工况按部分预应力混凝土A类构件设计。箱梁横向计算计算书附后。4、预应力筋布置、设计自广州洛溪大桥开创引进瑞士群锚设计施工工艺先河后，大吨位群锚体系在我国取得了迅猛的发展。本桥借鉴国内已建及在建大跨径梁桥的成功设计及施工经验，纵向束采用OVM.M群锚体系。纵向束布置分为悬浇预应力束和连续预应力束两类，随着悬臂施工的加长，悬臂梁的恒载弯矩逐渐增加，对称布置在悬臂梁顶部的预应力束承受此增加的恒载负弯矩；连续预应力束主要是在悬臂施工完成后，结构受力体系由悬臂结构合拢转换为连续结构，需抵抗合拢后的跨中附近截面的正弯矩以及内力重分布。另外还要考虑承受的桥面二期恒载、活荷载、温度变化引起的荷载等。本桥纵向预应力钢束规格为GB/T5224-201*标准1χ7股高强低松弛钢绞线，φs15.2-19和φs15.2-12组合，张拉控制应力0.75fpk，考虑梁段施工周期的不稳定性及同一梁段分批张拉预应力产生的松弛损失，顶板束采取四束对称布置，对称张拉。箱梁纵向钢束的腹板弯起束设计经验：在腹板变厚的梁段，其剪应力及主拉应力均比相邻梁段增大，为达到削弱剪应力及主拉应力突变峰值的目的，常将腹板弯起束延长设置道腹板变厚梁段。箱梁桥的顶板横向跨度较大时或其他形式的截面梁的横隔梁，常施加横向预应力，以帮助承受横桥向的弯拉应力，并加强桥梁的横向联系。横向预应力的设置可以采用直线形配束，也可以采用曲线形配束，据受力需要及构造情况而定。一般情况下，桥梁顶板结构中横向预应力钢束数量为5～7kg/m2。横向预应力钢束型号同纵向束，均布置在箱梁顶板内，顺桥向采取1束/0.5m间距布置，横向束采用OVM.M扁锚体系，构造上减小顶板的厚度，实现了按内力需要来布设预应力钢束。钢束采取单端张拉，张拉控制应力0.75fpk。对悬臂施工的桥梁，为了主动抵抗和减少截面较大的剪力作用，并考虑结构斜截面抗剪的安全储备，在布设腹板弯起钢束的同时设置JL32竖向预应力粗钢筋。竖向预应力钢筋布置在箱梁腹板内，根据受力需要和构造要求，顺桥向平均每0.5m梁段内，横桥向布置两根。单根控制张拉力为673.1kN，顶端一端张拉。5、普通钢筋的设计当混凝土立方体试块受压破坏时，可以清楚地看到混凝土立方体试块侧向受拉破坏的形态。也即预应力仅在某一个方向上施加了预压应力，而在其正交方向却会产生相应的侧向拉应力，这是预加应力的最基本概念，因而，在预应力混凝土结构中必须配置一定数量的非预应力钢筋，以保证预压应力的可靠建立。本桥参照已建及在建众多大跨连续梁桥优秀设计经验，箱梁纵向受力钢筋采用φ16，横向顶板上层钢筋、腹板承托钢筋、腹板箍筋、底板倒角钢筋均采用φ16，为有效抵抗箱梁横向桥面板及底板内正弯矩，顶板下层及底板上、下层钢筋均采用φ20，同时为了避免预应力钢束锚固区局部应力集中产生裂纹，对梁体内连接有齿板的梁段及其前一个梁段的齿板覆盖区域内箱梁纵向钢筋加粗，采用φ20，腹板内撑筋采用φ12。由于箱梁腹板受剪的同时，同时横向受弯，并可能产生剪弯组合，因而箍筋的设计（箍筋直径、间距）要经过仔细的计算，留足富裕的空间。6、考虑施工因素的设计①挂篮设计自德国Bendorf大桥60年代采用挂篮悬臂浇注施工技术以来，挂篮悬浇技术在大跨径梁式桥梁的应用取得了长足发展。大桥设计对挂篮施工的要求：1）各悬臂施工梁段保持平衡施工；2）挂篮自重不得大于梁段自重的0.4倍，同时挂篮应设有调整±60mm竖向挠度的功能。挂篮的总体设计思路参照《广和大桥轻型挂篮的设计与施工》{《水运工程》总331期第8期201*年8月，文献编号1002-4972（201*）08-0071-03）}。②0号块设计箱梁0号块的设计首先必须满足承载能力极限状态下的强度验算要求和正常使用极限状态下的应力验算要求。0号块顺桥向长度的设计必须要考虑悬臂施工采用挂篮的形式，保证挂篮拼装就位并对称行走到1号块的工作空间。基桩、承台、墩身完成后，在1、2号主墩两侧搭支架及临时支撑，在1、2号墩顶安装永久支座及临时锚固设施，立模浇筑墩顶0号梁段混凝土，在混凝土达设计强度的90%后，张拉0号梁段纵向预应力钢束T0、W0及临时锚固预应力钢束，形成临时T构，形成临时T构的临时锚固措施必须能保证克服倾覆稳定，使梁段无论是在对称平衡悬臂状态还是在遇到不对称悬臂荷载时能正常施工并保证其处于稳定和可靠状态。本桥临时锚固支撑体系对称布置在主墩两侧，这样不仅对梁提供了有效的固定和稳定性能，而且在给定上部施工荷载的作用下，较墩顶直接设置临时固定支座更能削减墩顶负弯矩的峰值。后期合拢段施工时拆除临时支撑体系也较拆除传统临时固定支座采用的硫磺砂浆等措施更为方便。③边、中跨合拢段体系转换设计本桥按T构连续梁顺序合拢，见下图此方法的具体程序是将所有悬臂施工部分由简单到复杂底连接起来，最后在边跨或次边跨合拢。其优点是对于大跨和多跨连续梁桥的施工能尽可能多地布置工作面，也可以对称地悬浇合拢，故对工期较紧的长联连续梁桥施工尤其适用。此外由于可对称地悬浇合拢，故对结构的受力分析较为有利，对收缩徐变的控制尤其如此。其缺点是在结构总合拢前，单元呈悬臂状态的时间较长，稳定性较差，在风力较强时应停止施工。预应力混凝土连续梁贺龙的技术措施就是使墩、梁固接，而后采取在箱梁顶板、底板预埋钢板，利用内、外刚性支撑和临时张拉永久性的部分预应力钢束来锁死合拢口，以抵抗升温产生的膨胀力和降温产生的收缩变形。因为合拢期很短，在此期间混凝土发生的徐变很小，可予以忽略，则刚性支撑上所受的压力基本上为梁升温产生的轴向力。一般情况下，合拢段混凝土浇注在当天气温最低时开始，假定合拢期间梁产生15℃的升温，则对中、大跨径的箱型梁来说，由于其截面较大，将会产生数千吨的温度内力，如此大的力是一般刚性支撑杆件无论从杆件结构本身还是连接承载力都是难以承受的。故为了节省临时工程费用及施工方便，宜在合拢口临时措施锁定后立即释放一端支座的固接约束，使梁一端在合拢口锁定后能沿支座自由伸缩。临时束的张拉力一般宜控制在0.45～0.5fpk，以防止在合拢过程中预应力束过载而需要换束。合拢段混凝土宜比悬臂箱梁体提高一个等级，并要求早强，最好采用膨胀混凝土，并需作特殊配合比设计，浇注时应认真振捣和养生。四、主桥下部设计1、支座选择及布置方式的研究对于预应力混凝土连续梁桥，在上部主梁和墩之间要设置桥梁支座。桥梁支座的作用是传递上部结构的支撑反力，包括恒、活荷载引起的竖向力和水平力，是上、下部结构的联结纽带，且是受力非常集中的薄弱构件，一旦发生故障，如果要更换支座则就是一个巨大的工程。正确的支座布置是保证上部结构在活载、温度变化和混凝土收缩徐变等因素作用下的自由变形，使上、下部结构的实际受力情况复核结构的力学图示必要条件。为使连续梁桥的纵向变形分散在梁的两端，一般将固定支座设置在靠中间的支点处；如果中间支点处的桥墩较高或因地基受力等因素对承受水平力十分不利时，可酌情将固定支座布置在靠边的其他墩台上。如果按上图A的布置方式则在横桥向的温度变形、荷载变形均受到约束，从而导致了主箱梁的纵向开裂，这种现象在国内多座大桥上均出现过，必须引起重视。本桥设计遵循新规范设计理念，支座选择时考虑地震力的作用，选用抗震支座。2、墩身尺寸的拟定本桥主墩最初设计为薄壁空心墩，后经专家咨询，认为墩身不是太高，设计为空心墩的必要性不大，混凝土量节省不多，空心内模施工亦较繁琐，同时墩顶平面为了解决局部支反力而造成配筋处理的麻烦，修改设计调整为厚4m，宽8m薄壁实心墩，后优化设计壁厚调整为3m。为了增加结构的景观效果，业主建议墩身设计为倒切角棱台形，后经综合设计与施工方便考虑，墩身采取自上而下全断面倒角处理，设计为六棱柱体。边墩设计考虑箱梁后期养护人员检修箱室方便，边墩设计为薄壁墩，墩身宽8m，壁厚1.5m，检修爬梯设于边墩上。3、承台设计主墩承台外形设计充分考虑桥位处潮汐的影响，端部设计为鱼嘴形，最大限度地减小桥梁实施后对航道的影响，设计保证在最低通航水位水位时，承台底不致于露出水面。结构计算采用新桥规“撑杆－系杆”理论进行设计。设计参照水利部门的意见，承台施工采用钢板桩围堰施工。边墩承台设计按普通承台设计，顶面覆土0～50cm，结构计算同样采用“撑杆－系杆”理论进行设计。4、钻孔灌注桩基础设计本桥主墩位于水中，从《大石水道特大桥防洪评价报告》（水利部珠江水利委员会科学研究所[201*]293）查得桥位处一般冲刷深度为4.29～5.33m，同时考虑到主墩墩位处淤泥质地层埋藏较深，墩位处地基土对桩身侧限较弱，基桩由最初6根φ1.8m调整为6根φ2.0m，均为嵌岩桩，嵌岩深度不小于2.5D。设计计算按群桩基础理论进行计算。边墩位于岸上，基桩设计为4根φ1.5m，按嵌岩桩设计，嵌岩深度不小于2.5D。五、设计中存在的问题及对同类型桥梁的改进方案主桥箱梁几经修改，除了一些技术方面可以商讨的外，更多的反映出设计经验的欠缺和设计思路的片面性，以下就设计中存在的问题作一些分析。1、箱梁梁段分块长度的选取。最一开始没有考虑到0号块顶拼装挂篮所需要的工作空间，导致最后审查提出将原0号块和1号块合并为0号块，经查阅既有一些桥梁挂篮设计施工工艺，0号块的长度也不宜过长，否则造成支架现浇的难度加大，常规一般控制在9～12m。箱梁梁段分块应最大限度地模拟施工进度，本桥箱梁梁段划分过多地考虑了各个梁段重量趋于均衡，忽略了挂篮工作系数是以最重梁块控制的，造成梁段分块种类过多，一般梁段长度分类2～3类。2、箱梁0号块设计。箱梁0号块横隔板的设置宜尽量简化，方便设计与施工；0号块的设计要与悬臂施工临时支撑体系、支座设置、挂篮拼装等因素一并考虑，避免后期不必要的麻烦。3、边跨现浇段及引桥设计。为方便后期箱梁检修养护，引桥设计理想的桥型是T梁，横向布置奇数片梁，检修人洞设于边横隔板上。引桥采用30～40mT梁不仅取消了边墩高低盖梁的设计，边墩也可以修改设计为柱式墩，从工程造价到桥梁景观效果均得到优化。以后设计“T梁+大跨连续梁（连续刚构）+T梁“应该是比较成熟的思路。4、箱梁梁段普通钢筋图的设计。由于箱梁横向框架计算一直没能很好地搞清楚，按照专家审查意见，底板横向钢筋由φ16调整为φ20。下一步设计必须贯彻设计结构计算先行，即使有现成或类似参考资料，由于新规范的实施，也必须先做好验算，避免不必要的工作损失。5、设计协调、组织管理需要进一步加强，设计人员的责任心需要进一步提高。设计中有相当一部分图纸是由于设计人员责任心不够造成的，下一步严格将质量管理落到实处。六、针对此类型桥梁其他尚需提请注意或值得下一步深入研究的问题1、预应力钢束设计。本桥预应力钢束设计为每梁段顶板束四束，对称张拉，在腹板弯起束结束梁段，顶板悬浇束由φs15.2-12调整到φs15.2-19，箱梁预应力设置整体偏高。本桥预应力设计最初设计为顶板悬浇束及腹板弯起束均为φs15.2-15，由于新规范温度应力对结构要求提高，85规范下的配束设计在新规范下不能通过。大墩位群锚体系不仅使锚下局部压应力剧增，施工控制也相应提高，钢束设计由φs15.2-15向φs15.2-19飞跃的临界桥梁跨径是下一步一个值得研究的问题。2、箱梁断面（梁高）的选择。本桥跨中梁高2.5m，根部梁高6.5m，应力计算中反映箱梁根部箱梁顶板区域压应力偏大，下一步研究考虑加高箱梁根部梁高到6.8m左右或φs15.2-12顶板悬浇束由每断面四束调整为两束交错布置后箱梁的应力状况。3、箱梁横向计算。下一步需深入研究搞清结构横向计算的原理和计算方法，搞清楚横向及竖向预应力筋设计的原则。4、施工的技术：箱梁合拢的内力重分布，合拢的先后顺序（尤其对于多跨连续梁、连续刚构），钢束张拉及下部基础施工等施工工序问题，需要由施工现场反馈。5、刚性支撑设计。究竟合拢段温度应力有多大，刚性支撑的强度设计需要进一步研究。
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