交通土建毕业设计（论文）-水泉桥上部结构设计.docx

全套图纸加扣 3012250582目录前言11.方案比选21.1 简支预应力混凝土箱型梁桥21.2 部分预应力混凝土斜拉桥21.3 上承式桁架拱桥22 桥梁的设计资料与构造布置32.1 设计的相关资料32.2 桥梁的尺寸确定33 主梁作用效应计算53.1 永久作用效应计算53.2 可变作用效应计算73.3 主梁作用效应组合144 预应力钢束的估算及其布置154.1 预应力钢束数量的估算154.2 预应力钢束布置175 非预应力钢筋的估算及布置215.1 受力普通钢筋215.2 箍筋设计225.3 水平纵向钢筋245.4 架立钢筋245.5 堵头钢筋246 主梁截面几何特性257 持久状况下截面承载力极限状态计算287.1 正截面承载能力计算287.2 斜截面承载力计算298 预应力损失估算308.1 预应力钢筋同管道壁间摩擦引起的预应力损失计算308.2 锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失338.3 预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的盈利损失358.4 钢筋松弛引起的预应力损失368.5 混凝土收缩、徐变引起的损失369 应力验算399.1 短暂状况的正应力验算399.2 持久状况的正应力验算3910 抗裂性验算4310.1 短期效应组合作用下正截面抗裂验算4310.2 短期作用效应组合作用下的斜截面抗裂验算4411 主梁变形计算4611.1 短期荷载效应下主梁挠度验算4611.2 预加力引起的上拱值计算4711.3 预拱度设置4812 锚固区局部承压计算4812.1 局部受压区尺寸要求4812.1 局部抗压承载力验算4913 行车道板设计5013.1 行车道板内力计算5013.1.1 恒载内力计算5013.1.2 活载内力计算5113.1.3极限承载力下内力组合5213.2 行车道板配筋与配筋5213.2.1 行车道板配筋5213.2.2 复核5314 附属设施设计5414.1 桥面铺装5414.2 伸缩缝设计5414.3 桥面排水设施设计5614.3.1 泄水管设计5614.3.2 泄水管设置图示5714.4 防撞墙设计5715施工组织方案5915.1工程概况5915.2设备、人员调动周期和设备、人员、材料到场方法5915.2.1本桥段人员、设备拟定5915.2.2机械设备、人员动员周期6115.2.3材料组织6115.3主要项目施工方案6315.3.1施工机构平面布置6315.3.2主要结构施工工艺、方法6315.3.3桥面施工6516工程概算的编制6716.1工程预算的计算67结论68致谢69参考文献70附录A附录B全套图纸加扣 3012250582前言土木工程是日常中关乎明生基础的行业，它的重要性是不言而喻的。而在土木工程类中桥梁的建设更是尤为重要。桥的出现无疑是有力的推动了人类的进步史，在桥的发展历史上，中国人民做出的贡献是巨大的。在我国古代：举世闻名的赵州桥距今1400多年，经历多次大火、地震，依然坚挺在神州大地，足以说明我国古代造桥技术的卓越。在我国近代：我国建造了著名的钱塘江大桥，它是我国自行设计、建造的第一座双层铁路、公路两用桥，横贯钱塘南北，是连接沪杭甬、浙赣铁路的交通要道。大桥于1934年8月8日开始动工兴建，1937年9月26日建成，历时三年零一个月时间。它的落成又一次肯定了我国的桥梁建造技术。在现代: 我国自主建造的杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥，它北起浙江嘉兴海盐郑家埭，南至宁波慈溪水路湾，全长36公里，是世界上最长的跨海大桥，成为继美国的庞恰特雷恩湖桥后世界第二长的桥梁。我想继承我国优秀的桥梁实力，所以我选择的设计是箱型梁桥。本设计为单幅设计，着重于桥梁上部结构设计。总跨85m，分三跨，每跨25m。二级公路标准，单向两车道。主梁施工使用后张法。在梁的设计当中，首先是对法案进行比选，然后定下截面尺寸，计算主梁的作用效应，通过计算确定预应力钢束的数目及布置。之后再进一步确定非预应力钢筋。主梁钢筋配置完毕之后计算主梁的截面特性，进而开始截面承载力的验算、预应力损失估算、应力验算、抗裂性验算、主梁变形计算，然后开始对锚固区进行局部承压计算，再对行车道板进行设计，最后是桥的附属设施设计。在完成以上设计以后，开始对工程制定施工方案。方案定制完毕后，开始工程概算。我的设计是基于大学四年各项学习成果，对于大学四年所学习的知识有很大的总结作用和提高作用。虽然本人在设计当中十分仔细、严谨，但是因为所学有限，经验不足，设计当中难免会有错误与纰漏。望老师加以指正，定当认真改正。1.方案比选初步设计阶段： 提出三种方案。分别是：简支预应力混凝土箱型梁桥、 部分预应力混凝土斜拉桥、 上承式桁架拱桥。1.1 简支预应力混凝土箱型梁桥在安全性上：因为是静定结构。所以结构简单，稳定性出众。这种结构技术成熟、计算简单、便于施工。质量可以保证。 在经济上：因为本身的技术成熟、施工简单、所需机具相对较少，并且材料简单、价格低廉，后期养护成本少。因此在经济方面适合中小型桥梁。在美观性上：形式简明，造型简单。在适用性上：变形小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车较为平顺。1.2 部分预应力混凝土斜拉桥在安全性上：因为属于超静定结构，包含更多设计变量，因此在桥梁设计施工中带来了很多困难。而且拉索是柔性体系，风力作用下会振动，进而影响桥上行车和桥本身的安全。在经济方面：需要大量拉索钢丝，预应力束，主塔构造复杂，高空作业多，斜拉索施工复杂，工期较长。斜拉索后期营运养护费用较高，基础施工复杂，还需要减震装置。在美观性上：斜拉桥外观优美富有现代气息。在适用性上：不影响通航，梁可以预制，可加快施工速度。1.3 上承式桁架拱桥在安全性上：因为是拱形结构，有着较大的承载能力，但同时拥有较高的高程。因此使得行车条件差。在经济上：需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需劳动力多。工序较多，建桥时间也较长。在美观性上：造型复古，拥有完美的曲线。在适用性上：上部结构的自重较大，且存在水平推力，下部结构工程量增加，地质条件要求高。2 桥梁的设计资料与构造布置2.1 设计的相关资料本桥为公路等级为二级的桥梁，其标准跨径为25m；计算跨径为24.26m；主梁长度为24.96m；桥为分离式布置，其横向布置为：20.5（防撞墙）+3.52（行车道）+2（应急道）=10m2.2 桥梁的尺寸确定桥梁的设计尺寸如图所示： 图桥梁横截面Figure bridge cross-section 图桥梁纵截面Figure bridge a longitudinal section跨中截面尺寸总汇见表 表 跨中截面尺寸总汇表 Table Cross-sectional dimensions of the summary table分块名称分块面积Ai（cm2）分块面积形上缘距离yi（cm）分块面积对上缘静矩Si（cm3）分块面积的身惯性矩Ii（cm4）di（cm）分块面积对截面形心惯性矩Ix（cm4）I=Ii+Ix（cm4）顶板4500.009.0040500.0012150046.299642438.459763938.45承板270.0020.335489.10667.3834.96329994.43330661.81腹板3744.0075.00280800.003374597.36-19.171454484.471791981.83底板1900.92131.00249020.5251267.97-75.7110896081.2310947349.210414.92575809.6222833931.2截面形心至上缘距离3 主梁作用效应计算3.1 永久作用效应计算永久作用集度a.主梁自重主梁的跨中截面自重（底板宽度变化处截面至跨中截面的长为10.3m） q1=1.041492610.36=278.9kN底板加厚处和腹板变宽的地方梁的自重近似值（长为1.5m） q2（1.23147+1.04149）1.526/2=44.323kN梁的支点端的自重（长为0.7m） q3=1.231470.726=22.412kN主梁的永久作用集度 qI=（278.9+44.323+22.412）/12.48=27.698kN/mb.二期永久作用桥面铺装层的计算 9cm厚的沥青混凝土铺装 0.09923=18.63kN/m 6cm厚的C40混凝土铺装 0.06925=13.5kN/m 之后将桥面铺装均分给四片主梁，所以得 q4=（18.63+13.5）/4=8.0325kN/m防撞墙：桥梁一侧的防撞墙的线荷载是7kN/m 将桥梁两侧的防撞墙均分给四片主梁，得到： q5=72/4=3.5kN/m二期作用的永久集度为 qII=8.0325+3.5=11.5325kN/m永久作用效应按图进行桥梁的永久作用效应计算，图永久作用效应计算图示Figure permanent action effects calculated illustrated所以得主梁弯矩M与剪力V的计算公式为：永久作用效应计算见表：表一号梁永久作用效应计算表Table One permanent action effects Beams table作用效应跨中四分点支点c=0.5c=0.25c=0一期弯矩/kNm2037.481528.110.00剪力kN0.00167.97335.94二期弯矩/kNm848.43636.320.00剪力kN0.0069.94139.89弯矩/kNm2885.912164.430.00剪力kN0.00237.91475.833.2 可变作用效应计算桥梁结构的冲击系数与车道折减系数的计算因为结构的冲击系数与结构的基频有关，所以应该先计算结构的基频，其公式如下：其中由于，故可由下式得出汽车荷载的冲击系数为： 主梁的荷载横向分布系数的计算 1对于跨中荷载横向分布系数；由于个主梁均不设跨中横隔梁，各主梁之间可以按刚接梁法绘制横向分布影响线和计算横向分布系数。算主梁的抗弯惯性矩和抗扭惯性矩：抗弯惯性矩为0.22834m4；对于箱形截面，抗扭惯性矩可由下式计算： 其中： 对于主梁的扭转位移与挠度之比和悬臂板挠度与主梁挠度之比的计算： 与的计算公式如下所示： 故得到： 荷载横向分布影响线竖坐标值见表 表 横向分布影响竖坐标值计算表Table Horizontal Vertical Distribution coordinate value calculation table0.0060.01荷载位置12341234梁号10.0200.2760.2310.1890.1610.2840.2330.1870.1570.0400.3200.2480.1840.1380.3280.2500.1810.1340.0310.3010.2410.1860.1480.3090.2430.1840.14420.0200.2310.2280.2030.1770.2330.2330.2030.1740.0400.2480.2410.2060.1670.2500.2470.2060.1630.0310.2410.2350.2050.1710.2430.2400.2050.16812341=0.00170.29240.23850.18890.15372=0.03140.23890.22960.20500.1753 对各梁进行荷载横向分布系数计算： 1号梁横向分布系数与最不利荷载图示如图所示1号梁横向分布系数与最不利荷载图,图The 1st beam transverse distribution coefficient and the worst load diagram 2号梁横向分布系数与最不利荷载图示如图所示 2号梁横向分布系数与最不利荷载图,图2 beam transverse distribution coefficient and the worst load diagram 故得 1号梁： 2号梁：2关于支点截面横向分布系数：各梁的可变作用横向分布系数计算如图所示:各梁的可变作用横向分布系数图The role of variable beam transverse distribution coefficient map 得梁在可变作用下的横向分布系数： 1号梁： 2号梁：3横向分布系数的选取： 通过上述计算，可变作用横向分布系数在跨中截面1号梁最不利;在支点截面2号梁最不利 故：跨中截面：mc=0.4921 支点截面：mo=0.88车道荷载取值公路II级车道荷载均布荷载标准值qk和集中荷载标准值pk为： qk=0.75 10.5=7.875kN/m对于弯矩的计算时： 对于剪力的计算时：可变作用效应计算：跨中截面，见图 跨中截面横向分布系数图The middle section transverse distribution coefficient map 最大弯矩的计算： 不计冲击： 冲击效应： 最大剪力的计算： 不计冲击： 冲击效应： L/4处截面,见图L/4处截面横向分布系数图L / 4 cross sections at transverse distribution coefficient map 最大弯矩的计算： 不计冲击： 冲击效应： 最大剪力的计算： 不计冲击： 冲击效应： 支点处截面 一号梁，见图： 支点截面1号梁横向分布系数图Fulcrum section beam transverse distribution coefficient of figure 1 不计冲击： 二号梁, 见图： 支点截面2号梁横向分布系数图 Fulcrum of section 2 beam transverse distribution coefficient of figure 不计冲击： 所以：二者取最大，选取二号梁的 冲击效应： 3.3 主梁作用效应组合 根据可能同时出现的作用效应选择三种最不利效应组合：短期效应组合、标准效应组合和承载能力极限状态基本组合，见表表 主梁作用效应组合计算表Table action effects Main Beam Calculation Table序号荷载类别L/2截面L/4截面支点截面 ()第一期永久作用2037.480.001528.11167.97335.94第二期永久作用848.430.00636.3269.94139.89总永久作用2885.910.002164.43237.91475.83可变作用860.4765.88645.37111.82267.28可变作用冲击1075.8582.37806.91139.81334.18标准组合4822.23148.253616.71489.541077.29短期组合3488.2446.122616.19316.18662.93极限作用6173.94207.55463051637.771413.044 预应力钢束的估算及其布置4.1 预应力钢束数量的估算 （1）按正常极限状态的应力要求估算钢束数： 其中：是表标准组合值 对于二级公路取0.565 ：一束6钢绞线截面积，一根钢绞线截面积是1.4cm2，故 =8.4cm2 可假设为18cm 故： 本桥采用的预应力钢绞线公称直径为15.20cm，公称面积140mm2，标准强度为，弹性模量Ep=1.95105Mpa 所以得到 按承载能力极限状态估算钢束数： 其中：是表极限组合值 是经验数一般采用0.750.77，本设计采用0.76 所以得到 据上述两种极限状态所估算的钢束数量接近6束，故暂取钢束数为n=6。4.2 预应力钢束布置跨中截面及锚固端截面的钢束位置 1预应力孔道采用内径60mm、外径67mm的金属波纹管成孔。管道至梁底和梁侧净距不应该小于30mm，梁侧净距不应小于30mm及管道直径的一半。另外直线管道的净距不应小于40mm，且不宜小于管道直径的0.6倍。跨中截面和端部的钢束布置如图所示，其中N1、N2号钢束均需要进行平弯。由此求得跨中截面钢束群重心至梁底距离为： 跨中截面和端部的钢束布置图In cross section and the end of the steel beam layout 2本桥将所有钢束都锚固在梁端截面。对于锚固端截面，钢束布置如图所示。端部钢束重心至梁底的距离为： 下面对钢束群重心位置进行复核，首先需要计算锚固端的几何特性。锚固端截面几何特性计算见表表 锚固端截面几何特性计算表Table anchor end section geometry calculation table分块名称分块面积Ai（cm2）分块面积形上缘距离yi（cm）分块面积对上缘静矩Si（cm3）分块面积的身惯性矩Ii（cm4）di（cm）分块面积对截面形心惯性矩Ix（cm4）I=Ii+Ix（cm4）顶板4500.009.0040500.00121500.0048.8210725265.8010846765.80承板270.0320.335489.71667.3837.49379527.19380194.57腹板4850.0066.50322525.003802809.82-8.68365410.644168220.46底板2694.67127.5343570.43140113.45-69.6813083437.7213223551.1712314.70712085.1428618732.00截面形心至上缘距离其中： 故计算得上核心矩为： 下核心矩为： 说明钢束群重心处于截面核心范围内。 钢束起弯角度和线型的确定 N3弯起角度为1.5。其余弯起角度为8。为了简化计算和施工，所有钢束布置的线型均为直线加圆弧，具体计算及布置如下。 钢束计算 1计算钢束起弯点至跨中的距离 设锚固点至支座中心线水平距离为axi ，具体图示见 ax3=13-12.5tan1.5=12.67cm ax2=27.05-40tan8=21.43cm ax3=27.05-70tan8=17.21cm锚固点至支座中心线水平距离图Anchor points to support the center line of the horizontal distance map 图为钢束计算图示，钢束起弯点至跨中距离x1列表计算于表内。钢束计算图示图Steel beam calculation shown figure 表 钢束起弯点至跨中截面距离计算表Table steel beam from the inflection point to the middle section distance calculation table钢束号起弯高度y/cmy1/cmy2/cmL1/cmx3/cm起弯角/R/cmx2/cmx1/cm33.52.61770.882310099.96571.52574.742667.39891058.325427134.793336.2067250247.567083720.4024517.7799469.083118641.751944.2481300297.080484526.6926632.7773300.35272控制截面的钢束位置重心的计算 计算钢束群重心到梁底距离ap见表，钢束布置图（纵断面）如图所示。 表 各计算截面的钢束群重心位置计算表 Table each group computing section steel beam centroid position calculation table截面钢束号x4R/cma0aiap四分点3未起弯2574.7426019918.30272137.423720.40240.0369370.999318911.53731306.254526.69260.0676500.9977092434.3707直线段x5x5tana0aiap支点33.51.512.670.33178912.168265.5792271821.433.01179976.9882186817.212.4187124107.5813 钢束布置图,图 Steel beam layout, figure 3钢束长度计算:一根钢束的长度为曲线长度、直线长度与两端长度。直线长度与两端工作长度（2 70cm）之和，其中钢束曲线长度可按圆弧半径及弯起角度计算。通过每根钢束长度计算，就可以得到一片主梁所需钢束的总长度，用于备料和施工。计算结果见表表 钢束长度计算表Table steel beam length calculation table钢束号半径R（cm）弯起角（rad）曲线长度（cm）直线长度（cm）L1（cm）有效长度（cm）钢束预留长度（cm）钢束长度（cm）32574.74260.026179967.411058.33100.002451.481402591.4823720.40260.1405408522.87469.08250.002483.901402623.9014526.69260.1405408636.18300.35300.002473.061402613.065 非预应力钢筋的估算及布置5.1 受力普通钢筋假设预应力钢筋与非预应力钢筋的合力点到截面的底边距离为a=100mm。所以得到h0=1400-100=1300mm。 确定翼缘板有效宽度： 取中间梁的L/2截面 所以 由公式: 解得x： 1.06173.9410622.42500x（1300-x/2） x=82.20mm 96.41mm故，本截面为第一类截面。根据正截面承载力计算需要的非预应力钢筋截面面积为： 即，预应力钢筋独自承载能力满足要求，不必布置普通钢筋。5.2 箍筋设计（1）检验是否需要根据计算配置箍筋 跨中截面： 支座截面：因为：故可在梁跨中截面布置箍筋，其余区域更具需求配置箍筋。 （2）计算剪力图分配，按图所示。 剪力图分配图 Distribution of shear diagram figure 截面到L/2截面距离可以通过图算出，计算过程如下： 在长度内可按构造要求布置箍筋。同时，根据公路桥规规定，在支座中心线向跨中长度方向不小于1部梁高范围内，箍筋的间距最大为100mm。 距支座中心线为h/2处的计算剪力值由图得： 其中混凝土和箍筋承担全部剪力计算值为 （3）箍筋尺寸确定 采用钢筋，直径12mm。箍筋截面积 跨中截面： 支点截面： 则：平均值为 箍筋间距的确定： 取=150mm，满足=150mmh/2=700mm及400mm，满足规范要求。也满足箍筋配筋 。 综上所述，支座中心向跨径长度方向的1400mm范围内：箍筋间距=100mm。其余间距为150mm。5.3 水平纵向钢筋水平纵向钢筋为构造钢筋，此箱梁腹板到支点一倍梁高处配置14对水平纵向钢筋，间距100mm。5.4 架立钢筋根据公路桥规规定及截面尺寸选用直径12mm架立钢筋。5.5 堵头钢筋根据预制梁堵头板形状和截面尺寸，横向采用10根直径8mm钢筋，间距11cm，纵向采用13根直径8mm钢筋间距10cm。个别间距及钢筋长度依截面尺寸而定。6 主梁截面几何特性 第一阶段跨中截面几何特性 表The first stage cross-sectional geometry of the table 分块名称分块面积AiAi重心至梁顶距离yi对梁顶边的面积矩Si自身惯性矩Iiyu-yi(mm)Ix(mm4)I(mm4)混凝土全截面1041492537.9560.219106252.298109-14.960.233109预留管道面积211431260-26.641060-737.07-11.486109净截面面积An=1020349ynu=522.93533.579106252.298109-11.253109241.045109 第一阶段支点截面几何特性 表The first phase of fulcrum-sectional geometry of the table 分块名称分块面积AiAi重心至梁顶距离yi对梁顶边的面积矩Si自身惯性矩Iiyu-yi(mm)Ix(mm4)I(mm4)混凝土全截面1231467579.5713.635106285.478109-2.60.008109预留管道面积21143725-15.3291060-148.1-0.464109净截面面积An=1210324ynu=576.9698.306106285.478109-0.456109284.842109 第二阶段跨中截面几何特性 表The second stage cross-sectional geometry of the table 分块名称分块面积AiAi重心至梁顶距离yi对梁顶边的面积矩Si自身惯性矩Iiyu-yi(mm)Ix(mm4)I(mm4)混凝土全截面1041492537.9560.219106252.29810915.90.263109预应力钢筋换算面积23436126029.5291060-706.211.688109净截面面积An=1064928ynu=553.8589.748106252.29810911.951109264.249109预应力钢筋换算面积： 其中： 故：第一阶段支点截面几何特性 表The first phase of fulcrum-sectional geometry of the table 分块名称分块面积AiAi重心至梁顶距离yi对梁顶边的面积矩Si自身惯性矩Iiyu-yi(mm)Ix(mm4)I(mm4)混凝土全截面1231467579.5713.635106285.4781092.70.009109预应力钢筋换算面积2343672516.9911060-142.80.478109净截面面积An=1254903ynu=582.2730.626106285.4781090.487109285.965109各控制截面不同阶段的截面几何特性 表The various stages of control cross-sectional sectional geometry table 受力阶段计算截面A（mm2）yu(mm)yb(mm)ep(mm)I(mm4)W(mm3)Wu=I/yuWb=I/ybWp=I/ ep阶段一跨中截面1020349522.9877.1737.1241.0451094.6091082.7481083.270108L/4截面1020349521.6878.4642.7249.6511094.7861082.8421083.884108变化点截面1020349526.3873.7510.8258.9781094.9211082.8691083.924108支点截面1210349576.9823.1148.1284.8421094.9371082.9131084.012108阶段二跨中截面1064928553.8846.2706.2264.2491094.7721083.1231083.742108L/4截面1064928554.1845.9704.5264.3121094.7701083.1121083.752108变化点截面1064928552.6847.4389.7263.5611094.7691083.0201083.776108支点截面1254903582.2817.8142.8285.9651094.9121082.9121083.793108阶段三跨中截面1064928553.8846.2706.2264.2491094.7721083.1231083.742108L/4截面1064928554.1845.9704.5264.3121094.7701083.1121083.752108变化点截面1064928552.6847.4389.7263.5611094.7691083.0201083.776108支点截面1254903582.2817.8142.8285.9651094.9121082.9121083.7931087 持久状况下截面承载力极限状态计算7.1 正截面承载能力计算 取L/2截面进行验算 求受压区高度x 计算所需数据如下： =143.3mm，=1256.7mm，=96.41mm，=2500mm 首先按式辨别类型： 故属于第二截面 故 x 且 x=0.561256.7=703.75mm将x=214.39mm 代入下式计算截面承载力 计算结果表明，L/2截面抗弯承载力满足要求。7.2 斜截面承载力计算距支点中心h/2处截面 斜截面抗剪承载力计算 据公式： 可求 式中： h0=h-a h0=h-a=1400-627.3=772.7mm =0.51.251.83500772.7=441.888kN =1343.47kN 满足要求 斜截面抗剪承载力按下式计算： 式中 =1.01.251.10.45500772.7 =1194.327kN =0.75126050400.101=481.043kN =1194.327+481.043=1675.370kN=1343.47kN箍筋间距改变处 斜截面抗剪承载力计算同理得：=0.51.251.83430801.2=394.04kN =1066.36kN 满足要求 斜截面抗剪承载力计算同理得：=1.01.251.10.45430801.2 =951.9