道路与桥梁毕业设计（论文）-某桥梁设计.doc

重庆大学网络教育学院毕业论文范本1.设计条件1.1 地形 该地区处于海河冲积平原上，地形平坦，地势低平，地下水位埋深较浅，沿线分布了较多的粉砂、细砂、粉土，均为地震可液化层，局部地段具有地震液化现象。沿线地层简单，第四系地层广泛发育，地层分布从上到下依次为人工堆积层、新近沉积层、上部陆相层、第一海相层、中上部陆相层、上部及中上部地层广泛发育沉积有十几米厚的软土。1.2 气候 该地区气候属于暖温带亚湿润大陆性季风气候区，部分地区受海洋气候影响。四季分明，冬季寒冷干旱，春季大风频繁，夏季炎热多雨，雨量集中，秋季冷暖变化显著。年平均气温12.20C，最冷月平均气温40C，七月平均气温26.40C。2.方案比选桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。桥梁设计原则1 适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。2 舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。3 经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。4 先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。5 美观一座桥梁，尤其是坐落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则，对桥梁做出综合评估。3. 主梁设计本设计经方案比选后采用整体式混凝土简支板桥。1依据规范及参考书目：城市道路设计规范（CJJ37-90）城市道路照明设计规范（CJJ45-91）公路工程技术标准（JTGB01-2003）公路路线设计规范（JTJ011-94）公路路基设计规范（JTJ013-95）公路沥青路面设计规范（JTJ014-97）公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）城市道路路基工程施工及验收规范（CJJ44-91）2. 几何信息桥总长L = 7960 mm支承宽度b = 290 mm桥宽B = 9500 mm 板厚度t = 500 mm图1 主梁示意图3荷载信息：汽20；挂100；人群荷载300kg/m2，每侧栏杆、人行道重量的作用力分别为1.52KN/m和6.38KN/m设计安全等级： 三级；结构重要系数：o = 0.9每米人群荷载= 3.00 kN/m；两侧栏杆自重= 1.87 kN/m4材料信息：混凝土强度等级： C30 = 20.1 MPa = 2.01 MPa = 13.8 MPa = 1.39 MPa Ec = 3.00104 MPa混凝土容重h = 24.0 kN/m3 钢筋砼容重s = 25.0 kN/m3钢筋强度等级：HRB335 = 335 MPa = 280 MPa Es = 2.0105 MPa5. 计算跨径及截面特性(1)计算跨径 lo = min（l，1.05ln）l = L - b = 7960 - 300 = 7660 mmln = L - 2b = 7960 - 2300 = 7360 mmlo = min（7690，1.057360）= min（7660，7728） = 7660 mm(2) 主梁截面特性：截面积A = 3.16 惯性矩I = 0.176 4. 主梁内力计算4.1 主梁内力影响线4.2 主梁内力计算（1）恒载内力计算主梁：= As = 3.1725.0 = 79.25 kN/m人行道：= ah10-625=125030010-625=9.375 kN/m栏杆：= 1.87 kN/m桥面铺装：=（c + h）B/210-624=（100+151）7000210-624=21.08 kN/m合计：=+=+=79.25+9.375+1.87+21.08=111.56 kN/m恒载作用下梁产生的内力计算Mx = g lo /2 - g / 2Qx = g lo /2 - g 恒载作用下， = 0.0 m时，截面内力如下：剪力Q =427.28 kN 弯矩M = 0.00 kNm恒载作用下， = lo / 4 = 1.92 m时，截面内力如下：剪力Q = 213.64 kN 弯矩M = 631.67 kNm恒载作用下， = lo / 2 = 3.83 m时，截面内力如下：剪力Q = 0.00 kN 弯矩M = 818.23 kNm（2）活载内力计算采用直接加载求活载内力，公式为：S = （1 + ）（miPiyi）S - 所求截面的弯矩或剪力； - 汽车荷载冲击系数，据通规基频公式：f = /2/lo2（EcIc/mc）1/2mc = G / glo - 结构计算跨径(m)；Ec - 结构材料的弹性模量（N/m2）；Ic - 结构跨中截面惯矩（m4）；mc - 结构跨中处的单位长度质量（kg/m）；G - 结构跨中处延米结构重力（N/m）；g - 重力加速度，g=9.81(m/s2)；f = 3.14/2/7.6923.01041060.02639.81/（73.29103）1/2= 8.64 HZ1.5 HZ f = 8.64 HZ 14.0 HZ，据通规4.3.2条： = 0.1767lnf - 0.0157 = 0.37 - 多车道桥涵的汽车荷载折减系数；本桥面为2车道，故 = 1.00；mi - 沿桥跨纵向与荷载位置对应的横向分布系数，整体式现浇板 mi=1.0；Pi - 车辆荷载的轴重或车道荷载；yi - 沿桥跨纵向与荷载位置对应的内力影响线坐标值。（3）车道荷载（按通规4.3.1条有关规定取值） 根据规范得汽20；挂100的车道荷载值如下： 车道荷载的均布荷载标准值为 qK 7.88 kN/m 车道荷载的集中荷载标准值为 PK 143.07 kN/m（4）跨中截面内力计算根据跨中弯矩的影响线，求得汽车荷载作用下跨中弯矩为：M汽=（1+0.37）1.002（143.077.66/4+7.88/8）= 909.06 kNm根据跨中剪力的影响线，求得汽车荷载作用在半跨时，跨中剪力为：Q汽=（1+0.37）1.002（143.071.20.5+7.887.66）= 255.04kN根据跨中弯矩的影响线，求得人群荷载作用下跨中弯矩为：M人 = 3.00/8 = 22.00 kNm根据跨中剪力的影响线，求得人群荷载作用在半跨时，跨中剪力为：Q人 = 3.007.66 = 2.87kN5支座截面内力计算简支梁支座截面：M汽 = M人 = 0.0 kNm根据支座剪力的影响线，求得汽车荷载作用下支座剪力为：Q汽 =（1+0.37）1.002（143.071.21+7.880.517.66）= 551.26 kN根据支座剪力的影响线，求得人群荷载作用下支座剪力为：Q人 = 3.000.517.66= 11.49 kN6内力组合序号荷载类别支座弯矩跨中弯矩支座剪力跨中剪力恒载0.00818.23427.280.00车道荷载0.00909.06551.26255.04人群荷载0.0022.0011.492.871.20.00981.88512.740.001.4（+）0.001303.48733.92361.07+0.002285.361246.66361.075正截面设计ho = t - as = 500 - 40 = 460 mm1求受压区高度据公预规公式5.2.2-1：oMd = fcdb（ho - / 2）0.92285.36106 = 13.89000（460 - / 2）解得： = 43 mm由公预规表5.2.1查得：相对界限受压区高度b = 0.56 / ho = 43 / 460 = 0.09 b = 0.56，满足要求2求钢筋面积AsAs = fcdb/fsd = 13.8900043/280 = 19073 mm2最小配筋率min = max（0.002，0.45ftd/fsd）= max（0.002，0.451.39/280.0） = max（0.002，0.0022） = 0.22%配筋率 = As/b/ho = 19073/9000/460 = 0.46% = 0.46% min = 0.22%，满足要求。钢筋实配面积As=20347mm2(D1250)6斜截面设计1截面尺寸复核据公预规第5.2.9条规定：oVd = 0.91246.66 = 1121.99 kN 0.51bho= 0.519000460 = 11564.6 kN故：截面尺寸符合设计要求。2检查是否需要根据计算配置弯起钢筋据公预规第5.2.9条规定：oVd = 0.91246.66 = 1121.99 kN Vc = 0.51.252ftdbho= 0.51.251.01.399000460 = 3596.63 kN其中：2 - 预应力提高系数，对钢筋混凝土受弯构件为1.0；1.25 - 板式受弯构件提高系数；故：可不进行斜截面抗剪承载力的验算。7板梁的最大裂缝宽度验算1计算裂缝宽度据公预规第6.4.3条，最大裂缝宽度计算公式为:fk = C1C2C3/Es（30+d）/（0.28+10）C1 - 钢筋表面形状系数，带肋钢筋，取1.0；C2 - 作用（或荷载）长期效应影响系数，C2 = 1 + 0.5 Ml / Ms上式中，弯矩短期效应组合：Ms = 818.23+0.7818.23/1.37+1.022.00 = 1258.30 kNm弯矩长期效应组合： = 818.23+0.4818.23/1.37+0.422.00 = 1065.92 kNm故：C2 = 1 + 0.5 1065.92 / 1258.3 = 1.42C3 - 与构件受力有关的系数，钢筋混凝土板式受弯构件取1.15 - 钢筋应力,按公预规第6.4.4条计算； = Ms / （0.87Asho）= 1258.3/（0.8720347460） = 154.53 N/配筋率 = As/b/ho =20347/9000/460 = 0.0049 = 1.01.3981.15154.53/（2105）（30+12.00）/（0.28+10 0.0088）= 0.01 mm2验算结果据公预规第6.4.2条，钢筋混凝土构件容许最大裂缝宽度： = 0.20mmfk = 0.01 mm = 0.20mm，故板梁的最大裂缝宽度满足规范要求！8、板梁的变形验算桥梁挠度产生的原因有恒载挠度和活载挠度。恒载（包括长期预应力、混凝土徐变和收缩作用）是恒久存在的，其产生挠度与持续时间相关。恒载挠度可以通过施工时预设的反向挠度（又称预拱度）来加以抵消，因此桥梁预拱度通常取等于全部恒载和一半静活载所产生的竖向挠度值，使竣工后的桥梁达到理想的线形。对于一般小跨径的钢筋混凝土桥梁，当恒载和静活载所计算的挠度不超过L/1600，可以不设预拱度。主梁跨中截面恒载产生的最大弯矩为818.23KN.m，汽车产生的最大弯矩为909.06KN.m（不记冲击力） 按“桥规”规定，验算主梁的变形时，荷载不计入恒载，汽车不计入冲击力。则静活载产生的跨中挠度：根据桥规要求，当结构重力和汽车荷载所产生的竖向挠度超过跨径的1/1600时，应该设置预拱度，其值等于结构重力和半个汽车荷载（不计冲击力）所产生的竖向挠度。所以可以不设置预拱度9支座的计算9.1支座反力的确定在进行桥梁支座尺寸的选定和稳定性验算时，必须先求得每个支座上所承受的竖向力和水平力。(1)竖向力支座上的竖向力有结构自重的反力、活载的支点反力及其影响力。在计算活载的支点反力时，应按照最不利的状态布置荷载计算，对于汽车荷载的作用，应计入冲击影响力；在可能出现拉拔力的支点，应分别计算支座的最大竖向力和最大上拔力。(2)水平力正交直线桥梁的支座，一般仅需要计算纵向水平力。9.2板式橡胶支座的设计计算板式橡胶支座的设计和计算包括确定支座尺寸、验算支座受压偏转情况以及验算支座的抗滑移稳定性。(1)确定支座的平面尺寸橡胶支座的平面尺寸ab要由橡胶板本身的抗压强度、梁部或墩台顶混凝土的局部承压强度等三方面因素全面考虑后来确定。在一般情况下，尺寸多由橡胶支座的强度来控制。对于橡胶板 已知按容许应力法计算得，支点处最大支承反力N=1389.48KN，跨中挠度2.4mm，根据当地气象资料，主梁的计算温差。选定的支座平面尺寸为300400=120000,采用中间层橡胶片厚度t = 0.5cm.计算橡胶支座的平面形状系数S：故得平均容许压应力：计算橡胶支座的弹性模量：验算橡胶支座的承压强度：(2)确定支座的厚度 主梁的计算温度差36，温度变形由两端支座均摊，则每一支座承受的水平位移，为了计算活载制动力引起的水平位移，首先要确定作用在每一支座上的制动力，按荷载规范，对于才用汽-20，挂-100的荷载确定需要的橡胶片总厚度：不计汽车制动力： mm选用六层橡胶片和五层钢板，上下层橡胶片厚0.25cm,中间层厚0.5cm，薄钢板厚0.2cm，则：橡胶片总厚度：6cm20.25+0.54=2.5cm1.02cm (合格)支座总厚：2.5+1=3.5cm3、验算支座偏转情况支座的平均压缩变形为：按照桥规还应满足计算梁端转角：设恒载作用下，主梁处于水平状态。 10基础设计10.1 设计荷载汽车超20级，挂120，人群荷载3.5。后台填土高度为8.5米10.2 材料台帽、耳墙、台身和基础（承台）为20号钢筋混凝土。；后台及溜坡填土的；填土的内摩擦角粘聚力。10.2基础类型的选择由于采用浅基础的时候，其基础深度不会超过5米，一般在3米左右，但是，此处地形在5米深度内承载力很小，根本不能满足桥台稳定性的要求，故在此处选择桩基础作为承台基础。另外，由于底下土层的极限摩阻力很下，不能满足要求，此外，在距离地层表面13.8米的地方含有承载力很大的持力岩层，故在本地形时，柱桩基础是最好的选择。10.3荷载计算（1）上部构造恒载反力及桥台台身、基础上的土重计算，其值列表如下：恒载计算表序号计 算 式竖直力p(KN)对基地中心轴 偏心距 e(m)弯矩M(KN.m)备注10.753.00.589.003.2-28.8弯矩正负值规定如下：逆时针方向取“-”号；顺时针方向取“+”号。232.350.50.5814.12.7-38.0730.53.10.586.21.45-8.9940.5316.998203.88 1.45-295.8350.40.31.1830.290.65-0.1961.11.217.498184.690.65-120.0570.55.41.880.831.100.412.4481.45.40.8848.380.9-43.5491702.89 1.422418.10100.55.41417642.61.85-1188.81111.54.2148705.60.000.00122238.080.39-872.8513211.140.39-82.3414上部构造恒载427.280.6-283.37 各序号含义及承台尺寸的设计见图。10.4土压力的计算土压力按台背竖直，；填土内摩擦角，台背（圬工）与填土间的外摩擦角计算；台后填土为水平，。（1）台后填土表面无活载时土压力的计算台后填土表面无活载时土压力的计算台后填土自重所引起的主动土压力计算式为 式中：=17.00kN/；B为桥台的有效宽度取8.5m；H为自基底至台土表面的距离等于10m；为主动土压力系数 =0.246 所以 kN其水平向的分力 离基础底面的距离：对基底形心轴的弯矩为 在竖直方向的分力=257.63作用点离基底形心轴的距离：对基底形心轴的弯矩：（2）台后填土表面有汽车荷载时由汽车荷载换算的等代均布土层厚度为：式中：为破坏棱体长度，对于台背为竖直时，而 所以有m又因为在破坏棱体内只能放一辆重车，因是2车道，故：则台背在填土连同破坏棱体上车辆荷载作用下引起的土压力为KN其水平向的分力 离基础底面的距离：对基底形心轴的弯矩为 在竖直方向的分力=449.71作用点离基底形心轴的距离：对基底形心轴的弯矩：（3）台后填土表面为挂车荷载时 由于，在该长度范围内挂车荷载的轮重为，换算的等代土层厚度为则土压力为KN其水平向的分力 离基础底面的距离：对基底形心轴的弯矩为 在竖直方向的分力=435.70作用点离基底形心轴的距离：对基底形心轴的弯矩：（4）台前溜坡填土自重对桥台前侧面上的主动土压力在计算时，以基础前侧边缘垂线作为假想台背，土表面的倾斜度以溜坡坡度为1：1.5算得，则基础边缘至坡面的垂直距离为m，取为土的内摩擦角35，主动土压力系数为： 则主动土压力为：在水平方向的分力 作用点离基础底面的距离： 对基底形心轴的弯矩为 竖直方向的分力 作用点离基底形心轴的距离 对基底形心轴的弯矩为10.5 荷载组合荷载组合共分为五种情况1、 桥上有活载，后台无汽车荷载2、 桥上有活载，后台也有汽车荷载3、 桥上无活载，后台有汽车荷载4、 桥上无挂车，后台有挂车5、 桥上有挂车，后台无挂车 荷载组合汇总表 荷 载 组 合水平力（KN）竖直力（KN）弯矩（KN.m）一主要373.3518680.2-6001.29附加807.1518680.2-2313.99二主要488.6817831.79-4916.80附加922.4817831.79-1229.5三主要488.6817496.22-4749.01附加922.4817496.22-1061.71四462.8317488.07-4865.22五373.3518499.66-5892.97因此，可得第一种组合为最不利情况，应进行验算。10.6 桩径、桩长的拟定本方案采用就地钻孔灌注钢筋混凝土桩，桩身为实心断面，钻孔灌注桩设计直径1.0m，以冲抓锤施工。另外，根据地质条件及施工的需要，桩基础采用低承台基础，桩为嵌言桩（柱桩），由于持力层深度的关系，桩长初步拟订为14m，其中，深入持力层1.7m，满足相关规范的要求。 10.7基桩根数及平面布置10.7.1桩的根数的估算 支承在基岩上或嵌入岩层中的单桩，其轴向受压容许承载力，取决于桩底处岩石的强度和嵌入岩层的深度，钻孔灌注桩单桩轴向受压容许承载力按下式计算： p=()其中系数、值可在下表中选取条件C1C2良好的0.60.05一般的0.50.04较差的0.40.03钻孔桩系数、值可降低20%采用。，h=1.7m。所以，有： 3878.21kN考虑偏心荷载时各桩受力不均而适当增加桩数的经验系数，取 则 =1.1=5.1加上实际需要，初步拟订采用6跟钻孔灌注桩来满足实际需要。10.7.2 桩的间距的确定 由于，通常钻孔成孔的，支撑或嵌固在岩层的柱桩中心间距不得小于2.0倍的成孔直径。即。另外，为了避免承台边缘距桩身过近而发生破裂，并考虑到桩顶位置允许的偏差，边桩外侧到承台边缘的距离，对桩径小于或等于1.0m的桩不应小于0.5倍的桩径，且不小于0.25m，对大于1.0m的桩径不应小于0.3倍的桩径并不小于0.5m。因此，在本设计中，设计桩径为2.5m10.8 桩的平面布置桩数确定后，根据桩基受力情况选用两排桩桩基，其形式采用行列式，有利于施工，同时这种布置可以尽量使桩受力均匀，发挥每根桩的承载能力。桩群横截面的重心与荷载合力作用点接近，桥墩桩基础中基桩采取对称布置，桩柱布置使盖梁发生的正负弯矩接近，减少承台所承受的弯曲应力。桩的排列方式见下图。10.9 桩基础内力的计算10.9.1 桩的计算宽度（为圆柱形） 因为有 其中 ， 所以有 =0.9m10.9.2 桩的变形系数a，；由于地面以下 自承台底面之下4m只有一种土（角砾）所以，查表取m=60000 kN/m所以 桩在地面线以下深度h=14m，其计算长度则为：，故按弹性桩计算。10.9.3 桩顶刚度系数、值计算 由于 其中 ；h=14.0m；由于为柱桩，所以有; ；按桩中心距计算面积,取，=4.91 = =1.85=1.502EI已知：查表得：；。所以有， =0.391EI =0.935EI10.9.4计算承台底面原点o处位移、=617.42EI 0.422EI=2.532EI =60.391EI=2.346EI=60.346（EI）=5.504（EI）所以有， = =10.9.5 计算作用在每根桩顶上作用力、竖向力=1.26EI（1.25）=2457.68KN或3769.06KN。水平力=0.422EI-0.391EI=62.23kN弯矩0.935EI-0.391EI=180.77 KN.m校核：=6=373.38kN=373.35kNkN.m=6001.29kN.m=18680.22kN.m=18680.2kN10.9.6 计算地面处桩身弯矩、水平力及轴力 10.9.7 计算地面以下深度Z处桩身截面弯矩与水平压应力 由于有有桩身弯矩式中的无量纲系数，可以根据及与有关的表格查取。所以有，值的计算如下表：ZZ=h=0.000.0401.0000-180.77-180.770.160.140.1001.0009.88-180.77-170.890.320.240.1970.99819.46-180.41-160.950.640.440.3780.98637.34-178.24-140.900.950.640.5310.95952.45-173.36-120.911.270.840.6480.91464.01-165.22-101.211.591.040.7280.85371.91-154.20-82.292.061.340.7770.73576.75-132.87-56.122.381.540.7680.64575.86-116.60-40.743.172.040.6380.41063.02-74.12-11.103.812.440.4720.23946.62-43.203.424.763.040.2070.04120.45-7.4113.046.354.04-0.184-0.181-18.1832.7214.54水平压应力： 式中的无量纲系数，可以根据及与有关的表格查取。所以有，值的计算如下表：ZZ=0.000.02.4011.6000000.160.12.2481.4306.39-7.43-1.040.320.22.0801.27511.82-13.26-1.440.640.41.7730.98820.15-20.55-0.400.950.61.4750.74025.14-23.082.061.270.81.2020.53127.32-22.095.231.591.00.9520.35926.01-18.667.352.061.30.6340.16323.41-11.0212.392.381.50.4600.07017.16-3.4613.703.172.00.157-0.0588.926.0314.953.812.40.030-0.0832.0510.3612.414.763.0-0.028-0.056-2.398.736.346.354.000000以图的形式表示为： 10.10 桩基础内力验算10.10.1 桩顶纵向水平位移验算桩在地面处水平位移与转角和=-1.53mm（方向是向左） 6mm符合规范的相关要求 =rad水平位移容许值，符合要求。10.10.2群桩基础承载力验算 由于采用嵌岩柱桩，因此，可以认为群桩起初的承载力等于各桩承载力之和所以，群桩基础承载力无软弱下卧土层，所以不需要验算10.10.3 群桩基础沉降演算 由于是采用嵌岩柱桩，地基底部沉降不大，其沉降量可以忽略不计。故