交通土建毕业设计（论文）-兴隆沟大桥下部结构设计.doc

全套图纸加扣3012250582 摘要 随着科学技术的不断发展和市场竞争的加剧，我国桥梁工程的发展不断创新，不断迈上新的台阶，到目前已经取得了令人瞩目的成绩。面对着新工艺、新技术的伟大挑战，桥梁建设的发展依然面临着重大考验，建设者依然肩负着光荣而又艰巨的使命,于是通过选择桥梁下部结构进行毕业设计，能够充分锻炼土木专业学生更好掌握所学的专业知识，为将来从事桥梁工作打下坚实的基础。本毕业设计从实际出发，结合工程地质条件，工程规范，工程施工工艺及方法，完成了从桥梁下部结构基本设计、主要施工方法和桥梁下部结构概预算三个主要任务。采用的是简支梁桥，选择的是钻孔灌注桩双柱式桥墩、双柱式轻型桥台。主要内容有设计：盖梁、墩柱、桩基、桥台台帽、台身、桥台基础、系梁、背墙、耳墙等内容。充分考虑了桥梁的使用性、美观性、经济性，并且与环境相协调，满足人们多方面的需求，对于桥梁的发展有一定的价值。关键词：简支梁桥；钻孔灌注桩;双柱式桥墩；双柱式轻型桥台 Abstract With the continuous development of science and technology and market competition, the development of bridge engineering constant innovation to a new level, to the present has made remarkable achievements. The great challenges facing the new processes, new technologies, the development of bridge construction is still facing a major test, builders are still shouldering a glorious and arduous mission, so by selecting the bridge substructure graduate design, civil engineering students can fully exercise to better understand what they learn professional knowledge, and lay a solid foundation for the future engage in bridge work. The graduation from reality, combined with engineering geological conditions, engineering specifications, engineering, construction technology and methods from the completion of the bridge substructure takes the basic design, construction methods and the main bridge substructure budget three main tasks. Uses a simply supported beam bridge, the choice is bored double column piers, abutments double column of light. The main contents of the design: cap beam, pier, pile, bridge abutment cap, sets the body, abutment foundation, tie beam, the back wall, ear wall and so on. Full account of the use of the bridge, aesthetics, economy, and in harmony with the environment, to meet the needs of many people, for the development of the bridge there is a certain value.Keywords: simply supported beam bridge; bored double column pier; double-column bridge abutments light.III前言11 桥型方案比选21.1 技术设计标21.2 主要设计依据21.3 工程地质资料21.4 水文资料31.5桥型拟定31.7 比选结果51.8 墩台比选51.8.1 桥墩比选51.8.2 桥台比选62 支座的设计72.1 板式橡胶支座的选用72.2 计算支座反力72.3 支座平面尺寸的确定72.3.1 计算支座的平面形状系数S72.3.2 计算橡胶支座的抗压弹性模量82.3.3 验算橡胶支座的承压强度82.4 确定支座的厚度82.5 支座偏转情况的验算92.5.1 计算支座的平均压缩变形92.6 验算支座的抗滑稳定性93 桥墩构造设计113.1 桥墩类型和主要材料113.2 桥墩截面尺寸拟定113.3 盖梁计算123.3.1 垂直荷载计算123.3.2 双柱反力计算193.3.3 盖梁各截面内力计算203.3.4各墩水平力计算223.3.5 盖梁配筋设计263.3.6 盖梁最大裂缝验算273.3.7 斜截面复核283.4 墩柱计算323.4.1 恒载计算323.4.2 活载计算323.5 墩柱配筋设计344 钻孔桩设计384.1地质与水文资料384.2 桩孔桩计算384.2.1 荷载计算384.2.2 桩长计算394.2.3 桩的内力计算405.1 台帽计算475.1.2 荷载计算475.2 台帽配筋设计535.3 台帽最大裂缝验算545.4.1 汽车活载引起的水平土压力555.4.2 由土自重引起的土压力565.4.3 背墙配筋设计565.5 耳墙计算585.5.1 活载引起的水平土压力585.5.2 由土自重引起的水平土压力585.5.3 耳墙配筋设计595.6 桥台水平力计算605.6.1 土自重引起的台后土压力605.6.2 活载引起的台后土压力615.6.3 支座摩阻力引起的水平力625.6.4 结构地震水平力625.6.5 地震土压力655.6.6 台前土压力665.7 桥台柱子配筋设计675.8 桥台柱子裂缝验算695.9 桩基设计706 施工方案776.1 工程概况776.2 自然地理概况776.2.1 地理位置776.22 地形、地貌776.23 气候776.3 主要工程项目及数量786.3.1 拟投入本工程的设备786.3.2 拟投入本工程的人员796.4 材料组织816.4.1 材料的采购供应816.4.2 材料的运输816.4.3 材料的检验816.4.4 材料的储存816.5 施工方案826.5.1 计划安排原则826.6. 主要施工项目846.6.1 钻孔灌注桩施工846.6.2 系梁施工866.6.3 墩柱施工897 概预算编制967.1 预算编制依据967.2 预算编制步骤967.3 工程量的计算977.4 预算成果97结论98致谢99参考文献100附录A 译文101附录B 原文105全套图纸加扣3012250582前言随着我国经济不断的发展，综合国力的不断的提高，满足人民日益增长的物质文化的需求也越来越多，人民生活的节奏也越来越快，因此对出行的便利性提出了新的要求。而桥梁在交通中是必不可少的部分，它为跨越障碍几乎起到了不可替代的作用，它的受力体系从最基本的三种形式演变到多种体系相互组合，形成了具有组合特征的桥型。如梁桥、拱桥及悬索桥等。这不仅从结构上、功能上、规模上与时代发展的需要相结合，而且还从实用上、美观上、经济效益上与社会发展的需要相协调。于是随着时代的进步和发展，对现代桥梁的建设要求越来越高。因此，面对着新工艺、新技术的伟大挑战，桥梁建设的发展依然面临着重大考验，建设者依然肩负着光荣而又艰巨的使命。本设计说明书所编写的是朝阳与北票的交界处兴隆沟大桥的下部结构设计方案。通过地质水文资料、该段高速的公路的工程建设资料和上部结构荷载的大小，结合桥梁的墩台的各种规范，初步拟定桥桥梁墩台尺寸，再验算相应的尺寸是否满足要求。符合要求后，进行各部分的配筋设计。最后验算桥梁各部分的承载力，使桥梁不仅满足经济、实用的要求，而且能在设计的期限内，配合上部结构完成桥梁墩台的使命。通过本次设计，基本上全面掌握了桥梁下部设计的基本内容，从熟悉查规范和学习本专业相关理论，再结合实际确定桥梁墩台的设计方案，到尺寸拟定，内力组合，配置钢筋，承载力验算，每一个步骤环环相扣，紧密联系。每一个设计参数必须符合相应的规范，每个设计过程都是经过多次考虑，反复验算，不仅要使桥梁墩台最大限度的配合上部结构满足使用的要求，而且要考虑材料使用的经济性、合理性完成设计。因此下部结构设计对设计人员来说要求考虑的问题比较多，必须以严谨、科学的态度去完成设计。本次设计充分锻炼了我们结合实际利用专业知识理论分析问题，解决问题的能力。能够让大学四年学的知识综合起来，不仅是对大学四年里学业的考核，同时也是对自己自学能力的一种考验，通过设计桥梁，能够更清楚的桥梁的构造以及将来工作时要注意的注意事项，增强动手能力和独立思考的能力，更加灵活的掌握桥梁的各种参数，加强各学科之间的联系，能够做到举一反三。基本掌握本专业要求的知识理论，为将来走向工作岗位打下良好基础。1 桥型方案比选兴隆沟大桥，桥孔布置为330m的预应力混凝土箱型简支梁桥，桥梁全长90m。本桥上部为预应力混凝土箱型梁，下部结构为钻孔灌注桩墩台。1.1 技术设计标1）桥梁宽度3.752（行车道）+0.52（防撞墙）+1.5(左路肩)+0.5（右路肩）=10.5米;2）荷载等级：公路-级荷载；3）环境类别：类环境；4）设计安全等级：二级，结构重要性系数。1.2 主要设计依据1）公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)2）公路桥涵设计手册-墩台与基础3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）4）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）5）公路桥梁抗震设计细则（JTG/TB02-01-2008）1.3 工程地质资料根据地质勘察，揭露的地层岩性主要为黏性土、粗砂、砾石。土层情况如下：黏性土：褐黄色，灰黄色，硬塑，光滑，干强度、韧性高，厚约5.06.0米；粗砂:灰黄色，密实，级配好，主要矿物成分石英、长石、云母，厚度约5.56米；砾石：松散，很少有胶结，坚硬， 厚约6.07.5米；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黏土，粗砂，砾石3）土的内摩擦角30度；4）土的弹性抗力系数；5）桩尖以上土的容重；6）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。1.4 水文资料设计桥所在位置为朝阳与北票的交界处，属于北温带大陆性季风气候区，尽管东南部受海洋暖湿气影响，但由于北部蒙古高原的干燥冷空气经常侵入，形成了半干燥半湿润易干燥地区，四季分明，雨热同季，日照充足，日温差较大，降水偏少。年平均气温5.4C8.7C，年平均日照时数28502950小时，年降水量450580mm，无霜期120150天。春秋两季多风易旱，风力一般23级，冬季盛行西北风，风力较强。1.5桥型拟定按照桥梁受力体系可以将桥梁分为“三大基本体系”，即梁式桥、拱式桥、悬索桥。再将三中基本体系相互组合，在受力上形成具有组合特征的桥型，如斜拉桥、刚架桥和系杆拱桥等。从设计原则出发，充分考虑桥梁的安全、适用、经济和美观四个方面，并结合施工及养护维修的便利性，最后根据水文，气象、地质等条件，初拟桥型方案有三种。方案一：刚架桥由于梁和柱两者之间是刚性连接的，在竖向荷载作用下，将在主梁端部产生负弯矩，在柱脚处产生水平反力，梁部主要受弯，但其弯矩较同跨径的简支梁小，梁内有轴力作用，因此，刚架桥的受力状态介于梁桥与拱桥之间，在竖向荷载的作用下，都会产生水平推力。（图1-1）图1-1刚架桥Fig 1-1Rigid Frame Bridge方案二：梁式桥梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力的作用方向与桥梁结构的轴线接近垂直，因此与相同跨径的其他结构相比，桥梁内产生的弯矩最大，因此需要用抗弯、抗拉能力强的材料来建造，适合标准跨径的中等跨径桥。（图1-2）图1-2简支梁桥1-2 Simple beam bridge方案三：拱式桥拱桥主要承重结构是主拱圈或拱肋，在竖向荷载作用下，桥墩和桥台将承受水平推力。同时，墩台向拱圈或拱肋提供水平反力，这将大大抵消拱圈或拱肋中的由荷载产生的弯矩。因此，与同跨径的梁式桥相比，拱桥的弯矩、剪力和变形却要小得多，拱圈或拱肋以受压为主。（图1-3） 图1-3 拱式桥Fig 1-3 Arch bridge1.7 比选结果经过对比三种桥梁结构形式，结合桥位所在附近地质的探测，判断其包含土壤的分层、物理力学性能、地下水等；该桥处于耕地之中，没有洪水和河流冲刷的影响，故为旱桥。再结合当地有关气象资料：气温，雨量等。综合上述资料以及查得该地区地基承载力较好。且当地处于云贵高原的山区，盛产建筑材料（砂、石料等）。综合而言，预应力简支梁桥具有造价经济，施工工艺相对更成熟，施工工序相对简单，工期短，并为尽可能的减小占用耕地的面积，保护农业生产，故为使该桥做到结构先进可靠，施工方便，行车舒适，故选择预应力简支梁桥方案。1.8 墩台比选1.8.1 桥墩比选方案一：重力式桥墩：它主要是靠自身重力（包括桥跨结构重力）平衡外力保证桥墩稳定。适用于荷载较大的大、中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中。往往在砂石料使用较方便的地区采用。其缺点是圬工材料数量多、自重大，因而要求地基承载力高。此外，其阻水面积较大，因此宜配置用钢筋混凝土悬臂式墩帽以减小墩身长、宽。方案二：刚构式：对于这类桥墩可以加大桥梁的跨径、减轻自重和减小阻水面积。如“V”型、“Y”型等。但是这种形式的桥墩不是很常用，施工难度较大 。方案三：双柱式钻孔灌注桩桥墩：它由两根桩组成，外形简单美观、圬工体积小、重量比较轻、施工方便且速度快，工程造价也相对较低。最重的是它占用的土地较少，既减轻了自重又，节约了材料，设计灵活且能配合多种基础，在河流中时，其阻水面积也比较小。它是运用非常广泛的桥墩形式。比选结果：综合考虑桥梁安全、经济，实用、美观的原则，结合本桥址的水文地质条件。重力式桥墩由于自身较重，用材较多，阻水面积较大，也受施工条件的限制。刚构式桥墩，虽然自身重力不比重力式桥墩笨重，但是由于其施工难度较大，施工工艺不及双柱式钻孔灌注桩桥墩简单，施工速度也受限。相对而言选择双柱式钻孔灌注桩桥墩，比较经济，施工快速，结构承载力也比较大。因此，通过比较选择双柱式钻孔灌注桩桥墩比较合理。1.8.2 桥台比选方案一: 重力式桥台重力式桥台主要靠自身重力来平衡外荷载，以保持自身的稳定性，这种桥台构造简单，但是台身较高，导致工程量增大，适用于承受荷载较大的大中型桥，但其较笨重，用料多，阻水面积大，对地基要求承载力大。（图1-4）图1-4重力式U型桥台 Fig 1-4 Gravity type U-shaped abutment方案二：轻型桥台这种结构圬工体积小，施工快速、方便，构造简单，工程造价低，其所需的地基承载力相对较小，能够满足地基强度和土质不良的地区。综合比较，根据地质条件，气象资料，该段高速公路工程的建设资料，选择轻型桥台比较合理、经济，施工工艺简单、方便，施工周期较短。它对农业耕地的占用面积比较少，减小了对农业生产种植的影响。(图1-5) 图1-5双柱式轻型桥台Fig 1-5 Double column type light-duty abutment2 支座的设计2.1 板式橡胶支座的选用板式橡胶支座，在桥梁建筑、水电工程、房屋抗震设施上已广泛应用，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。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，制作工艺简单，使用方便，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（环境温度-2337.4），硬度取60。2.2 计算支座反力根据上部结构计算结果，梁体自身构造产生的支座反力标准值为，其结构自重引起的支座反力标准值为，公路级荷载引起的支座反力标准值为183.95kN，公路级荷载作用下产生的跨中挠度为；根据当地的气象资料，主梁的计算温差。2.3 支座平面尺寸的确定所需支座面积： (2-1)于主梁底板宽为1.0m，故初步选定板式橡胶支座的平面尺寸为：a=300mm（顺桥向），b=400mm，故采用中间层橡胶片厚度t=10mm。2.3.1 计算支座的平面形状系数S，并且 (2-2)2.3.2 计算橡胶支座的抗压弹性模量 (2-3)式中：为常温下支座抗剪弹性模量，取。2.3.3 验算橡胶支座的承压强度，满足规范要求。 (2-4)式中：为橡胶支座使用阶段的平均压应力限值。2.4 确定支座的厚度假设支座水平放置，且不考虑混凝土收缩和徐变的影响。主梁的计算温差为，温度变形由主梁两端均摊，则每一支座的水平位移为 (2-5)式中：为混凝土的线膨胀系数； 为简支梁的计算跨径。为了计算汽车荷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：对于29.16m桥跨，一个设计车道上公路级车道荷载总重为：，则其制动力标准值为,但按桥规，不得小于165kN，故取总制动力为165kN参与计算，5片梁共10个支座，作用于一个支座上的制动力。确定需要的橡胶片总厚度：不计汽车制动力：计入汽车制动力： 同时，考虑到橡胶支座的稳定性，桥规规定应满足：（a为矩形支座短边尺寸）选用6层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚2.5mm，中间层厚10mm，薄钢板厚3mm，则橡胶片总厚度：且小于6cm（合格）支座总厚： 2.5 支座偏转情况的验算2.5.1 计算支座的平均压缩变形 (2-6)式中：为橡胶体积模量，。 按桥规规定，满足，即，合格。2.5.2 计算梁端转角由关系式和可得： (2-7)设结构自重作用下，主梁处于水平状态。已知公路级荷载作用下的跨中挠度，代入上式得： 2.5.3 验算偏转情况 (2-8)即，验算合格，支座不会落空。2.6 验算支座的抗滑稳定性计入汽车制动力 (2-9) 不计入汽车制动力 其中 所以 计入汽车制动力时 不计入汽车制动力时 结果表明，支座不会发生相对滑动。 由以上分析，本设计选用的支座型号为GJZ30060069。3 桥墩构造设计3.1 桥墩类型和主要