桥梁毕业设计说明书

西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 1 页0 前言随着科技的进步，经济的发展。人们对交通的要求越来越高，要求交通必须方便、快捷、舒适。桥梁是保障交通顺畅一个不可或缺的角色。进入十二五规划，国家加大了基础建设的投资，特别投资与高速铁路。与此同时，桥梁建设得到了迅猛发展，无论在建设规模上，还是在科技水平上，我国桥梁工程均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时让人们认识生活中的另外一种“ 美” 。世界各国大城市常以工程雄伟的大桥作为城市的标志与骄傲。从古至今，从国外到国内，桥梁的外观、设计、技术、桥型、施工方法都在逐渐发展、完善。从木桥、竹索桥到石桥、铁链桥，再到现在的各种桥梁。人们为了生存发展，在面对大自然的千姿百态时不曾动容，创造了一次次奇迹，迎来一次次辉煌。我国自 50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有 60 多年的历史，在预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术方面都已达到相当高的水平。现在国内外桥梁正朝着跨径不断增大，桥型不断丰富，施工技术不断提高，施工方法不断改进，结构不断轻型化的方向发展。随着桥梁建筑的发展，对于建桥材料、施工方法、设计理论等方面提出了新的要求。本设计为阜沈公路*大桥下部结构设计，是根据公路桥涵设计手册系列丛书，以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG 系列）拟定设计而成。在设计过程中，作者还参考了诸如桥梁工程、土力学、基础工程、桥涵水文、桥梁结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。设计采用采用桩柱式桥墩、重力式桥台。设计过程中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中强度、应力、局部承压强度、稳定性的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全，稳定和耐久的标准。在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。设计时还充分考虑桥梁所处区域的地质和水文条件，既保证符合规范要求，同时保证因地制宜并且便于施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性，既要设计合理，又要起到良好的社会经济效益。1 设计资料及概况1.1 概述本次设计的是阜沈公路 K4+125*箱型连续大桥，桥梁主跨标准跨径 65 米，其跨径组合为(50+65+50)米, 按规范要求属于大型桥梁。下部结构桥墩采用双柱式钻孔灌注桩桥墩，0 号台为重力台，扩大基础，3 号台为柱式台、桩基础，都为埋置式。阜沈公路将阜新与沈阳直接相连，将是阜新通往辽宁省中心城市沈阳的重要交通线路，是环沈阳经济区的重要交通干线。*大桥是阜沈公路上的第三大桥，具有重要的地位。大桥建成后将极大的促进阜新市的经济发展，加快阜新市的经济转型，巩固阜新市做辽西交通枢纽的地位。此外*大桥位于阜新市郊区，大桥的整体美观效果也要作为一项重要指标。因此，*大桥具有重要意义。*大桥下部结构设计是本桥的重要组成部分，应按一级公路的设计标准来修建，设计荷载：汽车荷载按公路-I 级 。下部结构的设计包括：支座选用计算，盖梁尺寸拟定、内力计算、截面配筋及承载力校核；桥墩内力计算、配筋设计、应力验算；桩基内力计算、桩长计算、配筋及强度验算；桥台恒载、活载、土压力的计算，对计算结果进行地基承载力、基底偏心距、基础稳定性的验算。其中所采用的方法有容许应力法，极限状态设计法，桩基采用 m 法等。主要的设计依据有 公路桥涵设计通用规范 、 公路桥涵地基与基础设计规范等。1.2 设计资料与方案比选1.2.1 设计标准1）桥面净宽：24.5m；2）荷载等级：公路I 级荷载； 3）设计洪水频率：1/100；4）设计安全等级：I 级；5）环境类别：级；西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 3 页6）地震基本烈度：地震动峰值加速度系数为 0.05g,相当于地震烈度度7）计算行车速度：80kN/h；8）公路等级：公路I 级，四车道；1.2.2 采用规范公路工程技术标准 （JTG B01-2003）公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ 024-85）公路圬工桥涵设计规范 （JTG D61-2005）公路工程抗震设计规范 （JTJ 004-89）公路工程地质勘察设计规范 （JTJ 064-1998）公路工程水文勘察设计规范 （JTG C30-2002）公路桥涵施工技术规范 （JTJ 041-2000）公路工程质量检验评定标准 （JTG F80/1-2004）道路工程制图标准 （GB0162-92）公路工程基本建设项目设计文件编制办法 （1996 年）1.2.3 地形地貌、水文地质1）地质条件：根据勘探和调查，项目区域工程地质条件比较简单，第四系覆盖层有薄有厚，一般58m，表层常为粉质黏土（低液限粘土） ，厚度一般 35m，呈坚硬到硬塑状态，工程性质较好，可作为路基持力层，其下常为厚度不等的卵石土，局部为粗砂砾，呈中密密实状态，承载力高，工程性质较好。线路经过区揭露岩石地层一砾岩为主，常夹泥岩或砂岩薄层。胶结程度差，大部分地段上部常分布较厚的强风化或残积层，呈卵石状。岩石风化规律比较稳定，从岩石风化程度看，不但较重，而且较厚，所以本段桥梁基础形式采用浅基础或桩基础均可，具体形式根据计算确定。简述如下：粉质粘土：位于地层表面分布较均匀，厚约 1.5-2.6 米； 卵石土：干强度、韧性中等，厚约 2.7-3.8 米；泥岩夹砂岩：岩芯呈柱状，团粒结构，厚约 4.2-5.1 米；页岩：胶结状，用手可碾碎，厚约 5.2-6.3 米；页岩与泥岩互层：页岩厚约 1.2-1.4 米，泥岩厚约 2.3-3.7 米；泥岩：用手可碾碎，原岩结构已破坏，厚约 2.3-3.1 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；2桩身与土的极限摩阻力；3土的内摩擦角 ；354土的弹性抗力系 数；5桩尖以上土的容重 ；3/19mKN6桩底土的比例系 数；7地基土的承载 力；8考虑入土长度影响的修正系 数。2）水文条件：项目区域属于辽河与大凌河区域上中游，分布的较大河流有：细河、牛牤河，其属于大凌河支流；柳河、秀水河、养息牧河，其属于辽河支流，本项目所处区域地表水系不发达，地下水类型主要为裂隙水，含水层主要在砾石含土及节理裂隙层中，主要靠山泉及岩石裂隙水的渗透，接受地表水补给，水位受季节和气候的影响。地下水对混凝土及混凝土结构中的钢筋不具腐蚀性。其中*河滩面广阔，河槽沟形明显，河道顺直。测量时水面宽约 95 米，流量随季节变化较大，平均水深洪水 2.1 米，常水 1.5 米，枯水 1.0米。3）气象条件项目所在区域属于北温带亚温带亚湿润半干旱大陆性季风气候，四季分明，雨热同季，光照充足，冬季严寒少雪，夏季较为干旱少雨，年均气温 7.6，年最高气温 40.6，最低气温-28.4，年均降水量 521.5mm，主要集中在 78 月份，年均蒸发量 1675.7mm，无霜期 150.7 天，一年中的主要风向是西南风和西北风，线路经过季节性冻土标准冻深1.4m。4120mkN65pPa30/405Pa0.7西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 5 页4）地震阜新市处于阴山东西向复杂构造带与新华夏系两个一级构造带松辽沉降带和大兴安岭太行山隆起带的交接复合部位。区内主干断裂为凌源阜新断裂，东北向的医巫闾山断裂。阜新地区大部分唐山锦州地震带上。这一地震带地震比较频繁而且震级较高。阜新地区比较稳定，属于区域地震烈度 VI 度区，清河门区以西为 VII 度区。依据中国地震动参数区划图 （GB18306-2001） ，本项目区域地震动峰值加速度为 0.05g、地震动反应谱特征周期为 0.35s。按照地震动峰值加速度与地震基本烈度对照表，相应的地震基本烈度为 VI 度。1.2.4 上部结构及荷载（1）上部结构：预应力连续箱型梁，跨径为 50+65+50 米。主梁横断面构造图见图1-1图 1-1 主梁横断面构造图Fig.1-1 Cross-sectional structure maps girder （2）上部结构标准值见表 1-1表 1-1 上部结构标准值表Tab.1-1 The upper structure standard values 荷载 一期恒载1/gkNm 二期恒载 2/gkN 集中荷载 /kP均布荷载 /KqkNm标准值 222.82 75.18 360 10.51.2.5 主要材料盖梁、墩身及承台均采用 混凝土， ， ， 40C43.2510cEMPa26.8ckfPa， ， ；2.40tkfMPa18.cdfPa1.65tdfMPa桩基采用 , , ， ， ；352.k2.tk 6.cdf .5tdf主筋采用 HRB335 钢筋 ；钢筋混凝土容重取280,280sdsdfMPafa；325/kNm主筋采用 R235 钢筋, ；钢筋混凝土容重取 。35,195sdsdff 325/kNm1.2.6 下部结构方案比选桥梁的支承结构为桥台与桥墩。桥台是桥梁两端桥头的支承结构，是道路与桥梁的连接点。桥墩是多跨桥的中间支承结构，桥台和桥墩都是由台(墩)帽、台(墩)身和基础组成。1 桥墩的类型桥墩的作用是支承在它左右两跨的上部结构通过支座传来的竖直力和水平力。由于桥墩建筑在江河之中，因此它还要承受流水压力，水面以上的风力和可能出现的冰压力，船只等的撞击力。所以桥墩在结构上必须有足够的强度和稳定性，在布设上要考虑桥墩与河流的相互影响，即水流冲刷桥墩和桥墩壅水的问题。在空间上应满足通航和通车要求。具体桥梁建设时采用什么类型的桥墩，应依据地质、地形及水文条件、墩高、桥跨结构要求及荷载性质及大小，通航和水面漂浮物等，桥跨以及施工条件等因素综合考虑。但是在同一座桥梁内，应尽量减少桥墩的类型。（1）实体式桥墩：主要特点是依靠自身重量来平衡外力而保持稳定。它一般适宜荷载较大的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的江河之中。此类桥墩的最大缺点是圬工体积较大，因而其自重大阻水面积也较大。有时为了减轻墩身体积，通常将墩顶部分做成悬臂式的。（2）空心式桥墩：它克服了实体式桥墩在许多情况下材料强度得不到充分发挥的缺点，而将混凝土或钢筋混凝土桥墩做成空心薄壁结构等形式，这样可以节省圬工材料，还减轻重量。其缺点是经不起漂浮物的撞击。（3）桩或柱式桥墩：由于大孔径钻孔灌注桩基础的广泛使用，桩式桥墩在桥梁工程中得到普遍采用。这种结构是将桩基一直向上延伸到桥跨结构下面，桩顶浇筑墩帽，桩作为墩身的一部分，桩和墩帽均由钢筋混凝土制成。这种结构一般用于桥跨不大于50m，墩身不高于 10m 的情况。如在桩顶上修筑承台，在承台上修筑立柱作墩身，则成西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 7 页为柱式桥墩。柱式桥墩可以是单柱，也可以是双柱或多柱形式，视结构需要而定。综合以上，本次桥梁下部结构设计采用双柱式桥墩，桥墩高于 7m，需设置横系梁。2 桥台的类型桥台是两端桥头的支承结构物，它是连接两岸道路的路桥衔接构造物。它既要承受支座传递来的竖直力和水平力，还要挡土护岸，承受台后填土及填土上荷载产生的侧向土压力。因此桥台必须有足够的强度，并能避免在荷载作用下发生过大的水平位移、转动和沉降，这在超静定结构桥梁中尤为重要。当前，我国公路桥梁的桥台从构造上分为重力式桥台、轻型桥台和组合式桥台。（1）重力式桥台：分为重力式 U 型台和实体埋置式台。重力式桥台依据桥梁跨径、桥台高度及地形条件的不同，有多种形式。常用的类型有 U 形桥台，埋置式桥台，八字式和一字式桥台等。适用于填土高度为 4-10m 的单孔及多孔桥。它的结构简单，基础底承压面积大，应力较小。埋置式桥台是将台身大部分埋入锥形护坡中，只露出台帽在外以安置支座及上部构造物。这样，桥台所受的土压力大为减少，体积可以大为减少。但是由于台前护坡用作永久性表面防护设施，存在着被洪水冲毁而使台身裸露的可能，故一般用于桥头为陆地、浅滩、护坡受冲刷较小的场合。埋置式桥台不一定是实体结构。配合钻孔灌注桩基础，埋置式桥台一般多采用桩柱上的框架式和锚拉式等型式。埋置式桥台对各种土壤都适宜。根据桥宽和地基承载力可以选择采用双柱、三柱或多柱的形式。（2）轻型桥台：设有支撑的轻型台和框架式台。轻型桥台力求体积轻巧、自重要小，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从而减少圬工体积而使桥台轻型化，节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围，并为在软土地基上修建桥台开辟了经济可行的途径。轻型桥台所用材料大多以钢筋混凝土或少量配筋的混凝土为主，主要轻型桥台适用于小跨径桥梁，桥跨孔数与轻型桥墩配合使用时不宜超过 3 个。综合以上，本次桥梁下部结构设计采用重力式桥台中的埋置式桥台。比选结果：由上面各种桥墩和桥台的比较，根据地质条件、造价和技术以及本路段填土等要求应选用双柱式桥墩，埋置式桥台，混凝土灌注柱基础。1.2.7 施工总平面布置图见附录 A1.2.8 下部结构尺寸图参照公路桥涵设计手册墩台与基础拟定桥梁桥墩的尺寸，根据验算进行必要的修改而得到。见附录 B2 支座设计2.1 板式橡胶支座的选用板式橡胶支座由多层橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合压制而成。有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部构造的反力可靠地传递给墩台，有良好的弹性，以适应梁端的转动；又有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移。板式橡胶支座与原用的钢支座相比，有构造 简单，安装方便；节约钢材，价格低廉；养护简便，易于更换等优点，且建筑高度低，对桥梁设计与降低造价有益；有良好的隔震作用，可减少活载与地震力对建筑物的冲击作用，因此本设计选用板式橡胶支座。采用天然橡胶，适用温度为-4060（温度环境为 -2840 ） ，硬度取 60。2.2 计算支座反力以一号桥墩为对象，根据一号墩的反力影响线得到一号墩反力的最不利位置，进行布载，利用结构力学求解器求得：西南交通大学本科毕业设计（论文） 第 9 页, ；9810.3V右 =56.84左max910.3.360=27.kN N右 左每个桥墩上布置 5 个支座，每个承受的支座反力为 。max/540.3kNckR公路级荷载作用下产生的跨中挠度 ，据当地的气象资料，max/54.3ckR主梁的计算温差 。=68t2.3 支座平面尺寸的确定对于橡胶板： ckcRAab式中： 橡胶制作承受的平均压应力。c支座