交通土建毕业设计（论文）-凤岭桥下部结构设计.doc

全套图纸加扣 3012250582前言 桥梁作为跨越各种障碍建筑物成为交通运输的控制点，无论是对于经济发展还是军事国防安全都具有重大意义。作为21世纪即将踏入社会的青年，作为土木工程大家庭的一份子，我们应该具备一定的施工技术，而这一切都要从理论到实际中慢慢积累，所以选择桥梁设计，可以让我们真正认识到从设计到施工的发展过程。这也为以后在施工单位的发展打下坚实的基础。 本设计研究的主要内容包括：桥型方案的比选和确定；支座和桥台桥墩构造尺寸的拟定；台帽，台墙，桩基础的强度和稳定性的验算。并在此基础上进行工程概预算和外文文献翻译等。1 桥型方案比选 1.1 设计资料 根据交通部相关法律法规标准，在遵义到凯里k75+010.00到k75+140.00处架设桥梁。该桥梁总长125米，分5跨，跨径25米。选用简支箱型梁箱型梁，主要完成下部结构的计算和设计。1.1.1 技术设计标准1桥面净宽：净 ；2车辆荷载：公路-级荷载；1.1.2 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1.1.3 工程地质资料 桥址区为三叠系，地层分布广泛，岩层相当稳定。三叠系中第一层均为灰褐色红粘土，第二层均为砂夹石砂，第三层均为碎石。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。1.1.4 水文资料和气候资料 1.海拔高度843.9m，受季风气候影响，年平均在,最高平均气温，最低气温平均左右，极端高温在； 2.常年平均降水量为，平均降水天数在178.9200.3d，日降水量25mm; 3.平均风速为，风力8级的大风均有出现，风主要为东南风; 4.桥区海拔高，雾气较大。平均雾日数为5.819.4d，冬季雾日较多; 5.气压和湿度：年平均气压为816.9891.3hpa，年平均相对湿度在80%左右。1.2桥型方案初选根据各种条件作如下方案比选。1.2.1方案一：斜拉桥吊桥方案 由于地处山岭地区周边自然风景较差，并且由于地质条件和经济问题导致斜拉桥吊桥造价高，经济效益得不到很大提高，而且由于施工设备不充分和桥梁功能的特殊性决定不采用斜拉桥吊桥方案。1.2.2方案二：简支梁板桥方案方案分析：简支梁板桥由于固定铰支座在起到约束桥梁纵向变形作用的同时，其活动支座端则会沿着梁的走向而自由滑动。也就是说，超过一定滑动范围，梁体就会从支座上掉下来。美观角度考虑，整体线型不够美观，所以不采取这种方案。1.2.3 方案三：钢筋混凝土拱桥方案方案分析：钢筋混凝土拱桥跨越能力大，外形美观，但是由于自重相当较大且受力方式的特殊性导致水平推力很大，在施工过程中需要大量支架，并且施工工序较多和不方便充分发挥机械化的优势，另外施工周期长和上承式拱桥的建筑高度较高，所以不采取本次方案。1.2.4 方案四：预应力混凝土连续等截面T梁桥方案T梁桥方案:T型梁的结构特性显示所用混凝土极多。所以不采取本次方案。1.2.5 方案五：预应力箱型简支梁桥 方案分析：简支箱形截面梁在力学方面有较强的刚度和抗扭性，受力性质简单，采用箱型梁由于内部空心结构在很大程度上节约材料。而且箱型梁现阶段使用较广泛，技术能力强，所以初步决定采取本次方案。1.3 最终方案的确定 1.3.1拱桥方案比较项目效果 图1-1 拱桥方案示意图 Fig 1-1 Drawing of arch plan1.3.2 预应力简支箱型梁桥方案比较项目效果 图1-2 箱梁桥方案示意图 Fig 1-2 Drawing of box-girder bridge plan1.3.3方案的确定 综合考虑经济效益指标和桥梁功能的特殊性，及相关施工过程，施工周期，桥梁运营及之后的养护工作，最终决定采用预应力简支箱型梁桥方案。2 支座的设计2.1 板式橡胶支座的选用 有良好的弹性以适应梁端地转动；有较大地剪切变形以满足上部构造的水平位移；因此本设计选用板式橡胶支座。采用氯丁橡胶，适用温度为（温度环境），硬度取。2.2 计算支座反力根据上部计算结果：支座恒载反力：支座活载反力：冲击系数：则支座的压力标准值：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A. 初步拟定支座尺寸面积B. 选定支座的平面尺寸为C. 采用中间层橡胶片厚度1） 计算支座的平面形状系数S ：8且12 2）计算橡胶支座的弹性模量 ： 式中： 常温下支座抗剪弹性模量，取 3）验算橡胶支座的承压强度 ： （合格） 式中： 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1）主梁的计算温差，温度变形由两端的支座均摊，则每一支座承受的水平位移为 ：； 2）计算水平位移，确定作用支座上制动力 ： 按桥规不得小于90KN。故取总制动力为90KN参与计算，4片梁共8个支座，每个支座承受水平力。3） 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：桥规的其它规定：选用4层钢板和5层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚0.25cm，中间层厚0.8cm，薄钢板厚0.2cm，则橡胶片总厚度： （合格）4）支座总厚：2.5 支座偏转情况的验算1）由下式计算支座的平均压缩变形 ： 式中： 橡胶弹性体体积模量， = 2000MPa 。按桥规规定，尚应满足，计算结果满足要求。2） 计算梁端转角：由关系式 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：3） 验算偏转情况： 即 （合格）2.6 验算支座的抗滑稳定性1）计算温度变化引起的水平力：2）验算滑动稳定性： 则 262.39814.358KN （合格）以及 （合格）。结果表明，支座不会发生相对滑动。由以上分析与计算，本设计选用的支座型号为。3 桥墩构造设计3.1 桥墩类型的确定桥墩选用钻孔灌注桩双柱式桥墩。柱式桥墩具有施工快，圬工体积小，工程造价底和比较美观等优点，并且是桥梁建筑中较多采用的形式之一，并且考虑到了地质条件。因此本结构选用柱式桥墩很合理。主要材料：混凝土采用混凝土；主筋采用，钢筋；钢筋混凝土容重取。3.2 桥墩截面尺寸拟定 图3-1 桥墩一般构造（m） Fig.3-1 Pier general structure（m） 3.3 盖梁计算盖梁截面尺寸见图3-2。 图3-2 盖梁尺寸/cm Fig.3-2 The size of bent cap /cm3.3.1垂直荷载计算1）盖梁自重及内力计算（表3-3-1） 表3-1 盖梁自重及内力表Table 3-1 The dead-weight and internal force of bent cap 截面编号左右-21.010-21.01-63.94-63.94-111.54208.25101.15101.150.00.0 注：钢筋混凝土容重取2)活载计算(1)活载横向分配a 单列公路I级荷载对称布置： 图3-3单列公路I级荷载对称布置 Fig.3-3 Single row road - I level of load symmetrical arrangement b 双列公路I级荷载对称布置： 图3-4 双列公路I级荷载对称布置 Fig. 3-4 Double row road - I level of load symmetrical arrangement C. 单列公路I级荷载非对称布置： 图3-5 单列公路I级荷载非对称布置Fig 3-5 road - I level of load symmetrical arrangement ，n=4 ， 2d.双列公路I级荷载非对称布置： 图 3-6 双列公路I级荷载非对称布置Fig 3-6two row road - I level of load symmetrical arrangement (2) 公路I级荷载顺桥行驶： a 单孔单列公路I级荷载 ， 图3-7公路I级荷载单孔单列布置Fig 3-7 two row level of load symmetrical arrangementb双孔单列公路I级荷载图3-8公路I级荷载双孔单列布置Fig 3-8 road - I level of load symmetrical arrangement(3) 活载横向分配后各梁支点反力：计算式为： 计算结果见表3-2。(4) 恒载与活载反力汇总恒载与活载反力汇总见表3-3-3。 表3-3-1 各梁活载反力计算表 Table 3-2-1 Calculation of anti-beam live load 荷载横向分布情况公路级荷载计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔对称布置按杠杆原理法计算单 列 行 车392.40526.80196.2263.4 196.2263.4 00双 列 行 车392.443.557526.858.475349.236468.852349.236468.85243.55758.475非对称布置按偏心压力法计算单 列 行 车392.4275.073526.8369.287157.353211.24727.86137.40378.873-105.887双 列 行 车392.4218.567526.8293.428138.518185.96158.07677.967-22.367-30.028 3-3-2各梁反力汇总表Table 3-2-3 Calculation of anti-beam live load荷载情况号梁号梁号梁号梁上部恒载679.92679.92679.925679.92 （）73.68590.51590.5173.68公路（）369.72324.3298.24-37.843.3.2 双柱反力计算 图3-9 双柱反力计算图/cmTable 3-9 Reactions acting of double Pier/cm 计算式为： 双柱反力的计算过程及结果详见表3-4。 表3-4 墩柱反力计算表 Table 3-4 Reactions acting of double Pier/cm 荷载情况计算式上部恒载（）（） 3.3.3 盖梁各截面内力计算 1）弯矩计算支点弯矩采用非对称布置时的计算值，跨中弯矩采用对称布置时的计算值。 图3-10 盖梁各截面内力计算图/ cmTable 3-10 Interal forces of coping in sections on bent cap /cm其盖梁各截面弯矩值见表3-3-5。表3-5 弯矩计算表荷载情况墩柱反力梁的反力 各截面弯矩 上部恒载1514.51679.92679.920-543.94-1087.88414.39677.33对称436.3573.68 590.510-58.95-117.89534.92147.59非对称729.07399.72324.320-319.78-639.56-46.85-38.182） 相应于最大弯矩值时的剪力计算见表。一般计算公式：1-1截面：，；2-2截面：； ,；3-3截面：；4-4截面：；4-4截面：；表3-6剪力计算表Table 3-6 The calculation of moments梁的反力各截面剪力上部恒载1514.51679.92679.92679.920-679.92-679.92-679.92-679.92837.59837.59157.67157.67-157.67426.3573.68590.51590.510-73.68-73.68-73.68-73.68362.67362.67-227.84-227.84227.84729.07369.72324.3298.240-369.72-369.72-369.72-369.72359.35359.3535.0335.03-35.033）截面内力组合(1) 。(2) 。 3.3.4 各墩水平力计算采用集成刚度法进行水平力分配。1) 桥墩刚度计算 （1）桥墩采用混凝土，其弹性模量，桥墩顺桥方向的抗弯惯性矩为： ，向岸方向：地基系数容重 。A. 各桥墩的抗推： 而， (2)般式小支座的抗推刚度：支座面积 表3-7弯矩组合表Table 3-7 Combination of moments上部恒载0-543.94-1087.88414.39677.33盖梁自重-5.68-38.81-108.99209.22259.79公路-I级对称布置0-58.95-117.89544.92147.59公路-I级非对称布置0-319.78-639.56-46.85-38.181+2+3-5.68-614.7-1314.761171.531114.711+2+4-5.68-902.53-1836.43579.76928.94表3-8 剪力组合表Table 3-8The calculation of shear forces/KN剪力组合值/截面号1-12-23-34-45-5上部恒载左0-679.92-679.92837.59157.67右-679.92-679.92837.59157.67-157.67盖梁自重左-21.01-63.94-111.54101.150右-96-63.94-111.54101.540公路I级对称左0-73.68-73.68-227.84-227.84右-73.68-73.68362.67359.35227.84公路I级非对称左0-369.72-369.72359.3535.03右-369.72-369.72359.3535.03-35.031+2+3左-21.01-1187.26-1234.861660.76-35.14右-1144.33-1187.261767.8666.01035.141+2+4左-21.01-1113.58-1161.181298.09192.7右-1070.65-1113.581405.19293.85-192.7 图3-10悬臂刚度计算图示Table 3-10 Cantilever stiffness calculates graphical representation（3） 墩（台）与支座串连，串联后各刚度为：对桥墩： 向河方向： 向岸方向：2）制动力的分配 （1)制动力计算制动力按车道荷载计算。 单孔布载时： 双孔布载时： 由于桥规规定，故取(2)制动力分配 各墩台分配的制动力为： (3）温度影响力的分配（1）对一联中间各墩设板式橡胶支座的情况求温度变化临界点距台的距离 b.计算各墩温度影响力： 临界点以左：临界点以右： c.各墩台水平力汇总（表3-3-2）表3-11 各种水平力汇总表Table 3-11 The summary of horizontal forces荷载名称墩(台)号139.2819.7122.0222.0219.7140.782390.45128.357.5272.6472.14293.393429.73148.0689.9629.5491.85334.17注：各墩台均未计活载土压力3.3.5 墩帽（盖梁）配筋设计盖梁采用混凝土，其轴心受压强度为： 主筋采用，其抗拉强度设计值为：钢筋保护层厚度取， 一根钢筋的面积为跨高比 配筋设计具体计算见表3-10-1Table 3-10-1 The design section of steel reinforcement 截面号 -56800170112.50.03-9025300170 14031407.091-117153001701404.48111471001701404.26上表中，受压区高度x均取正值，其中1-1，2-2 ，3-3，4-4截面受压区在盖梁横截面下部，在盖梁上部。钢筋面积及所需数量见下表表3-10-2 截面配筋设计Table 3-10-2 The design section of steel reinforcement 所需钢筋的根数实用钢筋根数0.270.04849.260.20630.294.92849.260.20662.4210.141698.530.41439.446.411061.580.259137.516.091061.580.259注：表中所求均满足的要求。2）剪力作用时各截面的强度验算（1） 计算公式时，按构配置箍筋。当时，需设筋，其中： （2） 计算参数箍筋采用钢筋，直径， 混凝土，其斜筋采用钢筋，（3） 各截面验算见表2-2-A：表中，箍筋间距3-3截面以右及4-4以左 ，其他各截面抗剪强度验算选取0号墩进行验算（0号墩力最大） 按构配置受扭钢筋的为：按控制斜压破坏的为：验算强度公式： 盖梁各截面剪力及扭矩计算表（A）和相应的计算 （a）制动力 温度力 汽车偏载 (b)盖梁各截面抗扭强度验算 抗扭纵筋的抗拉设计强度为 抗扭箍筋的抗拉设计强度为表3-12 各截面抗剪强度验算表Table 3-12 Shear strength of every section checking截面号1-12-23-34-45-5左右左右左右左右左右-21.01-1144.33-1187.26-1187.26-1234.861767.861660.76293.85192.7-192.7170170170170170107.51351351351354166550847508475084750847200200200200200112.5140140140140190.3190.3190.3190.3190.3102.3130.3130.3130.3130.3585.2641.2641.2641.2641.2202020101020200.00340.009190.09380.09380.09590.07710.09260.05490.05050.05052.133.843.823.823.823.821.311.641.601.601.601.60 3.8546.72686.68686.68686.68686.6868实需抗扭钢筋抗扭箍筋（根）12222444444（1）因为这种情况一般不控制设计，所以不验算。3.4 墩柱计算3.4.1 恒载计算1）一孔上部构造恒载：2）盖梁自重（半边）：3） 一根墩柱自重（当时）：4）承台自重： 5）桩身每米自重： 3.4.2 活载计算1）水平荷载：制动力与温度影响力总和为：2）垂直荷载：公路I级荷载：单孔布载：=0 =392.4KN 双孔布载： 3.4.3 墩柱配筋设计1）双柱反力横向分布系数计算（1）公路I级荷载单列布载图3-12单列公路I级荷载对称布置Fig.3 -12Single row road - I level of load symmetrical arrangement 图 3-3-13 （2）公路I级荷载双列布载（图3-3-13）图 3-13 公路-I级荷载双列布置/cmFig. 3-13 Double row road - I level of load symmetrical arrangement 1） 活载内力计算公路I级荷载，双孔布载产生的支点反力最大，单孔布载产生的偏心弯矩最大。（1）最大最小垂直力计算表见表3-14。（2）相应于最大最小垂直力时的弯矩计算见表3-15。（3）最大弯矩计算见表3-3-16。表3-14 最大最小垂直力计算表Table 3-14Calculation of moments according to the biggest and smallest vertical forces荷载情况最大垂直力最小垂直力（KN）汽车-级双孔单列134.4392.4526.80.986654.480.0149.29双孔双列268.8784.81053.60.91194.790.1132.76注：取冲击系数表3-15相应最大最小垂直力时的弯矩计算Table 3-15 Calculation of the biggest moments 荷载情况A墩底弯矩B墩底弯矩7.8H/27.8H/2 汽车-级双孔单列134.4392.40.9860.014112.911.61双孔双列268.8784.80.90.1204.8122.76制动力39.28196.4196.4温度影响力390.451952.251952.25注：取冲击系数 表3-16最大弯矩计算Table 3-16 Combination of inner force荷载情况垂直力A墩底弯矩B墩底弯矩7.8H/27.8H/2汽车-级单孔单列0392.40.9860.014464.296.61162.512.31单孔双列0784.80.90.1847.5994.18296.6632.96制动力39.28196.4196.4温度影响力390.451952.251952.253） 墩柱底截面内力组合表见表3-17表3-17 内力组合表Table 3-17Combination of inner force截面位置A柱底截面B柱底截面内力名称1上部恒载5495.85495.82盖梁自重319.75319.753墩柱自重192.325192.3254双孔单列654.48112.19654.481.615双孔双列1194.78204.811194.7922.766单孔单列464.296.61464.292.317单孔双列847.5994.18847.5932.968温度影响力390.451464.19390.431464.199制动力39.28147.339.28147.3101+2+3+4+8+93321.375429.731816.3429.731634.25111+2+3+5+8+92681.065429.731723.68429.731613.1121+2+3+6+8+92874.175429.731705.67429.731644.45131+2+3+7+8+92190.875429.731618.1429.731613.8141+2+3+46472.17204.813221.37522.76151+2+3+52681.065112.192681.0651.61161+2+3+62874.17594.182874.17532.96171+2+3+7290.8756.61290.8552.314）墩柱强度验算（1）由内力组合表得知，以下三种组合控制设计：a .恒载+双孔单列汽车荷载+制动力+温度影响力： b .恒载+单孔单列汽车荷载+制动力+温度影响力： c .恒载+双孔单列汽车荷载： （2）墩柱配筋设计墩柱采用混凝土，主筋采用钢筋，并取主筋保护层厚度 ，所以：， 圆柱截面： 假定按墩柱一端固定，一端自由计算则：，故需考虑纵向弯曲对偏心距的影响。A. 对 B. 对 C. 对 （） 表3-3-19 配筋系数表 Table 3-3-19 The parameters of reinforcedABCD0.471.07990.6061-1.4291.90847120.2866623600.01740.00080.481.11100.6136-0.09541.90846938.2464721600.01760.00090.521.23640.63860.009631.89097348.3566623600.01840.00073.4.4 墩身裂缝计算按照设计规范（JTG D62-2004）第6.4.5条的规定，裂缝计算公式： 对组合：恒载+单孔单列汽车荷载+温度力+制动力 对于带肋钢筋，。已知由于，故取。 故满足要求。3.5 桩基的设计计算方法：按m法计算。3.5.1 承台底内力组合（表3-19）表3-19承台底内力组合表Table 3-19 Combination of inner force for bearing platform end 内力荷载名称 KN KN KNm1恒载6007.88-2公路-级，双孔，双列1194.79-204.813公路-级，单孔，双列847.59-94.184制动力-39.28147.35温度影响力-390.451464.1961+27202.67-71+36855.47-81+2+4+57632.47429.731816.391+3+4+57285.12 429.731705.671）桩长估算（1） 按允许应力法进行承台底垂直荷载的组合：恒载+双孔双列汽车荷载：+由此荷载控制设计。（2） 桩长估算：采用2根直径1.5m的钻孔桩基础，那么作用于每根桩顶的外力为：桩的容许承载力按下式计算： 式中： 当采用冲击钻头钻孔时，成孔直径为d+0.05m。则： 其中 根据本设计计算桩长所处的地基条件，为安全起见桩长取。2）桩基强度验算 （1）确定顺桥向桩的计算宽度 （2）桩的变形系数 桩基采用混凝土，取 （3）桩顶内力分配桩的计算长度为：，可按照弹性桩进行计算。a. 值的计算 对于钻孔桩： 土的内摩擦角 查无量纲系数计算表： 4.0-5.85333-5.94097-0.926774.54780-6.53316-12.15810-10.60840-3.76647 b.计算承台发生位移时引起的桩基反力 c计算承台底位移d计算外力作用下各桩顶内力f校核： 由计算可知，桩顶内力为： ， ，（4）求弯矩MZ和桩侧水平应力 a.求MZ：值计算见表3-20 表3-20 值计算表 Table 3-20 Combination of 0001010.99-10.990.20.440.1970.99858.1310.9741.160.40.880.3770.98611.2410.84100.40.61.320.5290.959156.0910.54145.550.81.760.6460.913190.6110.03180.581.02.200.7230.851213.339.36203.971.22.640.7620.774224.848.51216.331.43.080.7650.687225.727.56218.161.63.520.7370.594217.466.53210.931.83.960.6850.499202.125.49196.632.04.400.6140.407181.174.48 176.692.44.840.4430.243130.722.68 128.042.85.280.270.1279.671.3278.353.57.700.0510.01415.050.1514.9（5）桩截面强度验算 由上表知最大弯矩在处，所以只要对此验算。该截面处桩的内力为：桩基采用混凝土：箍筋： 进行桩基配筋见下表桩基配筋：按公式 ABCD12345678910110.0710.200.32440.2628-1.49101.4448-0.011310.0810.200.32440.2628-1.49101.4448-0.01011由计算可，基桩只需要按构造要求配筋。 3-21值计算表 Table 3-21 Combination of 00000000.20.442.1181.29128.250.6627.590.40.881.8031.00024.050.5123.540.61.321.5070.74920.110.3919.720.81.761.2240.53716.330.2716.061.02.200.9710.36112.950.1812.771.22.640.7460.2199.950.119.841.43.08 0.5520.1087.360.067.301.63.520.3880.0245.180.015.171.83.960.254-0.0363.39-0.023.41 2.04.400.147-0.0761.96-0.042.002.44.840.004-0.1100.5-0.070.572.85.28-0.069-0.105-0.92-0.06-0.863.57.70-0.105-0.057-1.40-0.03-1.37支座面积支座面积（6）桩顶水平位移验算a桩在最大冲刷线处的水平位移和转角(，)的计算符合m法计算要求， 4 桥台的设计4.1 桥台类型和主要材料桥台采用墙式埋置式框架式桥台。主要材料：混凝土采用混凝土；主筋采用钢筋。4.2 桥台一般构造尺寸的拟定 图4-1 桥台一般构造图 / cmFig 4-1 General structure of abutment/ cm4.3 台帽计算4.3.1 荷载计算1）上部构造恒载支点反力边梁 中梁 2)活载支点反力（1）计算横向分布系数 公路-级荷载的分配系数计算过程已在桥墩部分计算完毕，结果见表4-1。表4-1横向分布系数表Table 4-1 Horizontal distribution coefficient (five beams)荷载情况公路-I级 单列对称00.50.50非对称0.7010.4010.071-0.201公路-I级双列对称0.1110.8900.8900.111非对称0.5570.3530.148-0.057（2）冲击系数按上部结构计算得到 1+=1.26（3）绘制反力影响线，如图4-2所示。按公路-I级计算得反力最大值图4-2 支点反力影响线/mFig 4-2 The influence line of bearing reaction/ m单列： 双列： （4）各种活载的各梁反力的计算见表4-2 表4-2 各梁活载反力 / KNTable 4-2 Reaction of live load f