时代在前进，经济在发展，我国的公路交通也有了跨越式的发展。近年来为了国家经济进一步飞速发展，国家大力投资基础工程建设，其中交通系统的发展更是盛况空前。
桥梁是公路、铁路和城市道路的重要组成部分，桥梁是保证全线贯通的咽喉，“一桥飞架南北，天堑变通途”。因此，桥梁工程的设计应符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，同时应满足美观、环境保护和可持续发展的要求。而未来的桥梁也将向更长、更大、更柔的方向发展，更加注重桥梁美学的建设及环境保护。
本设计为阜（阜阳）新（新蔡）高速公路颍河桥，是依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）及根据指导教师的指导拟定设计而成。在设计过程中，作者还参考了诸如结构设计原理、结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。在设计过程中，综合考虑了设计桥梁跨径与材料的优化配合，并采用了桥梁博士等软件结构辅助计算。
本设计研究的主要内容包括：桥型方案的拟定和比选；主梁截面拟定；主梁的内力计算；主梁的配筋设计；主梁应力及截面验算等。并在此基础上进行工程概预算和外文文献翻译。
1.1.
设计资料
本设计是位于阜（阜阳）新（新蔡）高速公路路线上的颍河桥，全桥长200米，分3
跨，跨径5010050??，为预应力钢筋混凝土箱形连续梁桥，分离式双向六车道。
1.1.1. 设计标准及指标
1）采用分离式桥面单个宽度： 0.75 3.5 3.752 3.50.7513m ++?++= 2） 车辆荷载标准：公路Ⅰ级荷载 3） 设计抗震基本裂度：八级设防。
1.2. 工程地质资料
根据地质勘察，揭露的地层岩性主要为白垩纪的页岩、泥岩、砂岩等，岩性以泥岩为主。砂岩以夹层出现，上覆第四纪粘性土，简述如下：
亚砂土：地质均匀切面粗糙，厚约3.6-4.5米； 亚粘土：干强度、韧性中等，厚约5.5-7.5米； 亚粘土：岩芯呈柱状，团粒结构，厚约4.6-5.9米； 页岩：胶结状，用手可碾碎，厚约9.5-10.5米；
页岩与泥岩互层：页岩厚约0.5-0.8米，泥岩厚约13.5-15.9米； 泥岩：用手可碾碎，原岩结构已破坏，厚约7.5-8.0米； 泥岩：强风化，该层未穿透。 土的各项系数为：
1）地基土横向抗力系数的比例系数4120000m kN m =； 2）桩身与土的极限摩阻力65p KPa τ=； 3）土的内摩擦角35度；
4）土的弹性抗力系数31000000/K KN m =； 5）桩尖以上土的容重318KN m γ=； 6）桩底土的比例系数4130000m KN m =； 7）地基土的承载力0[]350KPa σ=；
λ=。
8）考虑入土长度影响的修正系数0.7
1.3.水文资料
桥位滩面广阔，主河槽沟形不明显，河道顺直。测量时水面宽约126米，河流流量随季节变化较大，平均水深洪水5.8米，常水4.4米，枯水3.8米。设计洪水频率为1/100。
1.4.气候资料
该地区位于淮河流域，属温带大陆季风性气候，四季分明，年平均气温为16.2℃，七月份最热，月平均气温32.0℃，一月份最冷，月平均气温6.8℃。年平均降水量995.2mm，6-8月份偏多，约占全年降水量45%左右。全年无霜期270天左右。
1.5.设计原则
1.5.1.设计原则
桥梁是公路或城市道路的重要组成部分，特别是，大中型桥，对当地的政治经济都具有重要的意义。因此，应根据所设计桥梁的的使用任务，性质和所在路线的远景发展要求，按照运用，经济适当照顾美观的要求，进行总体规划设计。
1.5.
2.设计要求
1）使用上的要求
颍河桥的行车道宽度应保证车辆的安全行驶，并应满足未来30年的交通量增长的需要。
2）经济上的要求
坚持因地制宜、就地取材、方便施工的原则，合理选用适当的桥型。并能满足快速施工的要求以达到缩短工期的桥梁设计，以提早通车在运输上带来大的经济效益。
3）结构尺寸和构造上的要求
整个桥梁结构及其各部分构件，在制造、运输。和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。
4）施工上的要求
颍河桥的结构应便于制造和架设，应尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。
5）美观上的要求
在外观上力求与周围的景致相协调。
1.6.主要设计依据
1）《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)
2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）3）《公路桥涵设计手册》
4）颍河桥设计资料
2.方案比选
2.1.方案比选的主要标准
桥梁方案比选有四项主要标准：适用性，安全性，经济性与美观性，其中以安全与经济为重。桥梁的选择应符合因地制宜、就地取材和便于施工、养护的原则。
2.2.桥型拟定
桥梁按受力体系可分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥和刚架桥。桥梁方案的比选主要有四项标准：安全性，适用性，经济性与美观性，其中以安全性与经济性为重。同时，桥型的选择应充分考虑因地制宜、就地取材和便于施工、养护等原则。根据水文，气象、地质等条件，初拟的桥型方案有三种。
方案一：钢筋混凝土箱型拱桥
图1-1钢筋混凝土箱型拱桥
Fig.1-1 steel concrete box arched bridge
方案分析：拱桥施工技术工艺相对成熟，有大量可以借鉴的经验，但拱桥施工需要大量的吊装设备，占用大量场地以及劳动力。从使用效果方面看，拱桥承载能力大，但是伸缩缝多，处于高速公路上养护麻烦，同时纵坡比较大，填土要求高，土方量大，给取土造成施工上的问题。拱桥虽造价低廉，但耗用木材，水泥，劳动力，工时都很多。重力式墩台圬工量大，虽施工技术成熟，但对地基承载力有很高要求。
方案二：预应力混凝土简支箱型梁桥
图1-2预应力混凝土简支箱型梁桥
Fig.1-2 prestressed concrete simple support box beam bridge
方案分析：简支梁受力明确，构造简单，施工方便，可便于装配施工，省时省工，同时造价低廉，劳动力耗用少，工作量小，但简支梁属于静定结构，受力不如连续梁，应用于高速公路时，行车平顺性不如连续梁桥，尤其是设计车速较大时，同时伸缩缝多，养护麻烦。
方案三：预应力混凝土连续箱型梁桥
图1-3预应力混凝土连续箱型梁桥
Fig.1-3 prestressed concrete continual box beam bridge
方案分析：预应力连续梁的技术先进，工艺要求比较严格，需要专门设备和专门技术熟练的队伍。从使用效果方面看，该结构属于超静定结构，受力较好，同时连续梁结构截面高度小，自重轻，可以节省大量的建筑材料，运营条件好，中间可不设伸缩缝，连续性能好，行车舒适。
2.3比选结果
结合颍河桥的地质、水文等条件进行比选，本着安全、经济、适用、美观的桥梁建造原则，同时，综合考虑颍河桥位于（阜阳）新（新蔡）高速公路上等因素，确定桥型比选
结果。
方案一，拱桥对地址的要求较高，容易产生水平推力。方案二，简支梁桥属于静定结构，行车平顺性较低，伸缩缝较多，养护麻烦。方案三，满足高等级高速公路行车平顺性的要求，同时可不设伸缩缝，养护方便，同时可以节省大量的建筑材料，运营条件好。虽然连续梁桥施工费用比较高，但考虑到颍河桥位于（阜阳）新（新蔡）这条重要的高速公路上，桥的适用性对当地的经济发展非常重要，因此建设出一条符合标准的大桥才是最重要的。
综上所述，本设计采取的是方案三所述的预应力混凝土连续箱型梁桥。
3. 主梁的设计
3.1. 设计资料
3.1.1. 技术设计标准
标准跨径：总体方案选择的结果，采用悬臂现浇预应力钢筋混凝土箱形梁，跨度
5010050??。
计算跨径：取相邻支座中心间距，中跨100m ，边跨50m 。 桥面净空：由于该桥所在的路线宽度较大，确定采用分离式桥。 单侧桥横向布置：0.75 3.5 3.752 3.50.7513m ++?++=
3.1.2. 材料
水泥混凝土：主梁、栏杆采用C40号混凝土，桥面铺装采用C30号混凝土。 钢筋：预应力钢筋，低松弛钢绞线。
1)预应力钢筋采用15.24j mm Φ低松弛钢绞线（1×7标准型），抗拉强度标准值
pk f =1860MPa ，抗拉强度设计值pd f =1260MPa ，公称直径15.2m m ，公称面积1402mm ，弹性模量p E =1.95×510MPa ；锚具采用夹片式群锚。
2)非预应力钢筋：HRB400级钢筋，抗拉强度标准值sk f =400MPa ,抗拉强度设计值
sd f =330MPa 。
3)混凝土：主梁采用C40，43.2510c E =?MPa 抗压强度标准值ck f =26.8MPa ，抗压强度设计值cd f =18.4MPa ，抗拉强度标准值tk f =2.40MPa ，抗拉强度设计值td f =1.65MPa 。
3.2. 主梁截面尺寸拟定
3.2.1. 横截面布置
本设计桥梁跨径5010050??，主要尺寸初定如下：
单幅桥采用单片主梁，主梁上翼缘宽度采用1300cm ，梁高和底板厚度按二次抛物线变化，梁高20.00123y x =+，底板厚20.0002120.32y x =+。详细尺寸见下图：
图3-1 主梁跨中及支点处横断面尺寸（单位：cm ） Fig 3-1 Cross size of main beam at middle and fulcrum (unit: cm)
3.2.2. 纵断面的布置
本设计在桥跨中截面、支点截面设置横隔梁，横隔梁设过人洞。横截面沿跨长的变化，靠近支点时，底板按二次抛物线加厚，腹板加宽，加宽段10m 。主梁的基本布置到这里就基本结束了。
3.2.3. 主梁跨中毛截面面积及几何特性的计算
跨中截面的截面特性采用分块面积法计算。计算公式如下：
毛截面面积：A m = A i ∑ (3—1)
各分块面积对上缘的面积距：S i =A i y
i (3—2) 毛截面重心至梁顶的距离：y
s =S A i i ∑ (3—3) 毛截面惯性距计算移轴公式：I m =I i ∑+()
2
y y A i i s
-∑ (3—4)
式中A m ——分块面积；
y i ——分块面积重心至梁顶的距离； y s ——毛截面重心至梁顶的距离；
S i ——各分块对上缘的的面积距；
I i ——各分块面积对其自身重心的惯性距。
梁跨中毛截面的几何特性下面的图表所示。
表3-1 梁的截面几何特性计算表（跨中截面）
Tab.3-1 The calculation of the geometrical features of main beam （middle ）
分块号
A i /cm 2
y i /cm
S i /cm 4
y s /cm
i I /cm 4
I x /cm 4
1 36400 14 509600 2378133.3 298784304
2 24000 148 3552000 115200000 45205440
3 22400 28
4 6361600 1911466.7 720929664 4 10000 44.7 44700 1388888.9 35880100
5 2200 39 85800 88733.3 9467392
6 2500 66.
7 166750 173611.1 3591025 7 5500 35.3 194150 147888.9 26413695 8
2500 251.3 628250
347222.2
53802225
∑
105500
11033250
104.6 121635944.4 1194073845
注：I= ()
2y y I A i i i s ?
?+-∑????
=1315709789cm 4
上核心距：s K =)(s y h Ai I
-∑=
5.4314595251014.606=??=62.82cm 下核心距：x K =s
y Ai I
?∑=8095251014.606??=119.23cm
截面效率指标：=+=
h
k k x
s ρ0.61 3.3. 主梁施工单元划分
连续梁桥内力与应力状态与形成结构的顺序及过程密切相关。主梁施工采用悬臂
分段现浇的施工方法，单幅桥全桥主梁划分为100个单元，101个节点，每个单元长2m ，每个施工节段长4m 。主梁单元划分如图：
图3-2 主梁施工单元划分
Fig 3-2 The partition of bridge beam for construction
施工顺序：先完成两主墩工程，再对称向两侧悬臂施工，完成边跨和中跨的合龙。全桥施工分为为13个施工阶段，划分为100个梁段单元，101个单元截面。以左半桥为例，第一施工阶段安装24、25、26、27四个单元，随后每个施工阶段向两侧悬臂施工一个节段，直至十三施工阶段浇筑1、50单元，完成变化和中跨的合龙。
挂篮自重及承载力：最大节段自重1630kN，挂篮自重及施工机械总重计为800kN 3.4.主梁施工阶段模拟
施工方案及单元划分确定后，就可模拟实际施工过程，计算各阶段内力，再将各阶段内力累加后得到桥梁最终恒载内力。施工过程中主梁逐段形成结构体系，完成静力体系转换，逐步推进，最终获得结构总效应。
本桥的每一个施工节段模拟为三个阶段：
1）挂篮前移，绑扎钢筋
2）浇筑混凝土
3）张拉预应力钢束
4.恒载内力计算
4.1. 第一期恒载（主梁自重）
表4-1 主梁施工节段自重（半桥）
Tab.4-1 The self gravity of beam units (unit:kN)
单元号自重（KN）单元号自重（KN）单元号自重（KN）
1 550 10,11 1200 20,21 1490
2,3 1100 12,13 1200 22,23 1630
4,5 1150 14,15 1300 24,25 2940
6,7 1150 16,17 1350
8,9 1150 18,19 1450
另半桥施工阶段自重分布与此半桥对称。
4.2. 第二期恒载
1）栏杆：1.5kN/m 防撞墙：7.2 kN/m
3）铺装层：
图4-2 铺装层计算（单位：cm）
Fig 4-2 Pavement calculation (unit: cm)
铺装层折算成每延米重量：(0.060.2325)0.511.52338.7/
=+???=
g kN m
4.3. 主梁施工顺序
图4-3 主梁施工顺序
Fig 4-3 The constructional sequence of main beam
4.4. 主梁恒载汇总
表4-4 主梁支点反力汇总
Tab.4-4 the calculation of dead load of beam
施工阶段支点反力
（kN）施工阶段支点反力
（kN）
施工阶
段
支点反力（kN）
1 5870 6 20300 11 32000
2 9120 7 22700 12 34200
3 12100 8 25100 13 37800
4 15000 9 27400
5 17700 10 29700
经过桥梁博士软件进行模拟计算，得最大悬臂阶段施工内力：
表4-5最大悬臂阶段主梁各节点截面内力计算表
Table 4-5 The internal force of each section at max-cantilever phrase
节点号弯矩（103kN·m）剪力（103kN）节点号弯矩（103kN·m）剪力（103kN）
2 0 0 27 -350 -15.8
3 -0.55 0.55 28 -319 -14.9
4 -2.2 1.1 29 -290 -14.1
5 -4.97 1.6
6 30 -263 -13.3
6 -10.0 2.82 31 -23
7 -12.6
7 -16.6 3.58 32 -212 -11.8
8 -24.4 4.15 33 -189 -11.1
9 -33.3 4.73 34 -168 -10.4
10 -43.3 5.32 35 -148 -9.72
11 -54.5 5.91 36 -129 -9.05
12 -67.0 6.52 37 -112 -8.4
13 -80.6 7.13 38 -95.5 -7.76
14 -95.5 7.76 39 -80.6 -7.13
15 -112 8.4 40 -67.0 -6.52
16 -129 9.05 41 -54.5 -5.91
17 -148 9.72 42 -43.3 -5.32
18 -168 10.4 43 -33.3 -4.73
19 -189 11.1 44 -24.4 -4.15
20 -212 11.8 45 -16.6 -3.58
21 -237 12.6 46 -10.0 -2.82
22 -263 13.3 47 -4.97 -1.66
23 -290 14.1 48 -2.2 -1.1
24 -319 14.9 49 -0.55 -0.55
25 -350 15.8 50 0 0
26 -384 17.9
成桥后恒载内力：
表4-6成桥阶段主梁各节点截面内力计算表
Table 4-6 The internal force of each section at bridge-formed phrase
节点号弯矩（103kN·m）剪力（103kN）节点号弯矩（103kN·m）剪力（103kN）
1 0 -2.11 5
2 105 0.65
2 3.58 -1.47 5
3 103 1.29
3 5.86 -0.82 5
4 99.7 1.94
4 6.86 -0.17 5
5 95.2 2.59
5 6.5
6 0.48 56 89.4 3.24
6 4.95 1.13 5
7 82.2 3.9
7 2.04 1.79 58 73.8 4.57
8 -2.22 2.46 59 64 5.24
9 -7.82 3.13 60 52.8 5.92
10 -14.7 3.81 61 40.3 6.61
11 -23.1 4.5 62 26.4 7.31
12 -32.7 5.2 63 11 8.02
13 -43.8 5.91 64 -5.71 8.74
15 -70.4 7.36 66 -43.6 10.2
16 -85.8 8.11 67 -64.8 11
17 -103 8.87 68 -87.6 11.8
18 -121 9.65 69 -112 12.6
19 -141 10.4 70 -138 13.4
20 -163 11.3 71 -165 14.2
21 -187 12.1 72 -195 15.1
22 -212 13 73 -226 16
23 -238 13.8 74 -259 16.9
24 -267 14.8 75 -293 17.8
25 -297 15.7 76 -331 20
26 -331 17.9 77 -297 -15.7
27 -293 -17.8 78 -267 -14.8
28 -259 -16.9 79 -238 -13.8
29 -226 -16 80 -212 -13
30 -195 -15.1 81 -187 -12.1
31 -165 -14.2 82 -163 -11.3
32 -138 -13.4 83 -141 -10.4
33 -112 -12.6 84 -121 -9.65
34 -87.6 -11.8 85 -103 -8.87
35 -64.8 -11 86 -85.8 -8.11
36 -43.6 -10.2 87 -70.4 -7.36
37 -23.9 -9.47 88 -56.4 -6.63
38 -5.71 -8.74 89 -43.8 -5.91
39 11 -8.02 90 -32.7 -5.2
40 26.4 -7.31 91 -23 -4.5
41 40.3 -6.61 92 -14.7 -3.81
42 52.8 -5.92 93 -7.8 -3.13
44 73.8 -4.57 95 2.03 -1.79
45 82.2 -3.9 96 4.95 -1.13
46 89.4 -3.24 97 6.56 -0.48
47 95.2 -2.59 98 6.86 0.17
48 99.7 -1.94 99 5.86 0.82
49 103 -1.29 100 3.58 1.47
50 105 -0.65 101 0 2.11
51 106 0
5.活载内力计算5.1.活载内力计算
桥梁自振频率
12
3.14
6.1909
100
f===Hz（5-3）
所以冲击系数
1
0.1767ln0.01570.3064
f
μ=-=（5-4）
公路—Ⅰ级车道荷载：计算跨径100
l=m，大于50之间，集中荷载标准值360
k
P=kN，
均布荷载标准值10.5
k
q=kN/m；计算剪力时，集中荷载标准值360 1.2432
k
P=?=kN，均布
荷载标准值10.5
k
q=kN/m。
连续梁的内力影响线不易做出，因此借助桥梁博士软件按2m加载步长加载，绘制内
力影响线，得到如下结果：
节点1内力影响线：