大桥的设计方案.doc

1.1 研究的目的及意义为了跨越各种障碍(如河流、沟谷或其他线路等)，必须修建各种类型的桥梁与涵洞，因此桥涵是交通线路中的重要组成部分。特别是现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁往往是保证全线早日通车的关键。在经济上，一般说来桥梁和涵洞的造价平均占公路总造价的1020%，而且随着公路等级的提高，其所占比例还会加大。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要快速机动的现代战争中具有非常重要的地位。1.2 国内外研究现状目前世界上跨径最大的斜拉桥，为1999年建成的日本的多多罗桥，主梁为钢箱梁，主跨达890m。我国是世界上文明发达最早的国家之一，在世界桥梁建筑史上我们的祖先也写下了不少辉煌灿烂的篇章。 据史科记载，在距今约三千年的周文王时，我国就已在宽阔的渭河上架过大型浮桥。 近代的大跨径吊桥(或称悬索桥)和斜拉桥也是由古代的藤、竹吊桥发展而来的，在各国有关桥梁的历史书上，大都承认我国是最早建造吊桥的国家。 至今尚保留下来的古代吊桥有四川沪定县的大渡河铁索桥(1706年)，以及灌县的安澜竹索桥(1803年)等。 在秦汉时期，我国已广泛修建石梁桥。世界上现在尚保存着的最长、工程最艰巨的石梁桥，就是我国于10531059年在福建泉州建造的万安桥，也称洛阳桥。 1240年建造的福建漳州虎渡桥，也是最令人惊奇的一座梁式石桥。此桥总长约335m，某些石梁长达23.7m，沿宽度用三根石梁组成，每根宽1.7m高1.9m，重量达200t，该桥一直保存至今。 举世闻名的河北省赵县的赵州桥(又称安济桥)，是我国古代石拱桥的杰出代表。 新中国成立后，随着社会主义建设的向前发展，桥梁建设同其他各条战线一样，也出现了突飞猛进的局面。 1957年，第一座长江大桥武汉长江大桥的胜利建成，既结束了我国万里长江无桥的状况，又标志我国的现代化桥梁技术水平提高到了新的起点。 1969年我国又胜利建成了举世瞩目的南京长江大桥，这是我国自行设计、制造、施工，并使用国产高强钢材的现代化大型桥梁。 1993年建成的世界上跨度最大的结合梁斜拉桥杨浦大桥，主跨为602m。1998年建成的香港青马大桥，为钢箱梁悬索桥，主跨1377m，而1999建成的钢箱梁悬索桥江阴长江大桥，主跨已达1385m。纵观国外桥梁建设发展的历史，对于促进和发展现代桥梁有深远影响的，是继意大利文艺复兴后18世纪在英国、法国和其他西欧国家兴起的工业革命。它推动了工业的发达，从而也促进了桥梁建筑技术方面空前的发展。1855年起，法国建造了第一批应用水泥砂浆砌筑的石拱桥。目前，最大跨度的石拱桥是1946年瑞典建成的绥依纳松特桥，跨度为155m。 目前，世界上跨度最大的连续刚构桥，为1998年建成的挪威斯托尔马(Stolma)桥，主跨301m，桥跨布置94m+301m+72m。 世界上第一座具有钢筋混凝土主梁的斜拉桥，是1925年在西班牙修建跨越坦波尔河的水道桥(主跨60.35m)。 1.3 论文研究的内容及设计思路1.3.1 主要研究内容 完成某装配式钢筋混凝土简支T梁计算与设计，主要包括桥梁下部结构计算、主梁计算、盖梁计算及绘制相关设计图，充分了解桥梁的构造、设计规范与计算知识。1.3.2设计的总体思路本桥为三跨12米装配式钢筋混凝土简支T梁桥，连续桥面。道路与河道交角99，本次设计桥梁为斜桥，斜交角度9。桥梁总长36米（斜长），全宽14.64米。桥面设1.5%的单向横坡,由支座垫石变高形成。桥墩为柔性排架墩，钻孔灌注桩基础。第2章 某大桥设计方案2.1 工程基本概况2.1.1 工程概况某桥位于朝阳区规划六里屯路上，位于东四环西侧、红领巾公园北约78m，上跨两湖连通渠。规划六里屯路为城市次干路，红线宽60米，分上下行两幅路，单侧路面交通为单向3车道，北桥在修建两湖连通渠工程时已建成。连通渠在拟建桥处上口宽36m。新建桥梁不缩窄设计河道上口宽，不减小设计河道行洪断面，为满足连通渠通航要求，设计跨河桥的梁底高程须高于设计常水位2.5m以上。本次设计桥梁为斜桥，与河道交角99拟建桥梁为三跨简支T梁现浇连续桥面结构，桥长36米，桥梁标准跨径12m。宽14.64米，机动车道宽10.5米，单侧设人行道3.54米（含栏杆），另一侧设防撞护栏。主梁为宽腹T梁，下部为盖梁、桩接柱结构。桥梁面积约527m2。2.1.2 工程地质概况1 地层土质：在勘察深度范围内，按着地层岩性和工程性质分为人工堆积层和第四纪洪冲积层两大层。人工堆积层：表层1.103.40m为中下密的房渣土层，轻亚粘土、亚粘土填土1层。第四纪沉积层：标高32.6234.79m以下为中下密中密的亚粘土、轻亚粘土层，中中上密的轻亚粘土、亚粘土1层；标高25.4225.85m以下为密实的细砂、中砂层；标高21.5922.22m以下为中密的卵石层间有密实的粗砂1层。标高17.7918.35m以下为中密中上密的重亚粘土、中亚粘土层，中上密的轻亚粘土、亚粘土1层；标高10.8211.75m以下为密实的细砂层。本次最大钻深28.0m，达标高7.92m，止于细砂层。关于上述土层的分布规律、埋藏条件及特征，原位测试的综合统计结果，详见“剖面图”及“地层岩性及土的物理力学性质综合统计表”。2 地下水条件：本次2003年7月实测钻孔水位标高见下表：序号埋深（单位：m）标高（单位：m）地下水类型第一层水3.703.8032.0932.22层间滞水第二层水12.4013.0022.9223.29潜 水第三层水23.9025.1010.8211.75潜 水.3 工程地质评价：(1). 抗震设防烈度及地震影响根据中国地震动参数区划图GB18306-2001，拟建场区的抗震设防烈度为度。设计基本地震加速度为0.20g。(2). 地震液化判定根据本次钻探实测数据，本场地无土层液化问题。2.1.3 设计依据及规范1. 北京市规划委员会” ”（第120期） 二七年五月十三日；2. 北京市测绘设计研究院于2006年12月提供的桥区地形图；3. 泛华建设集团有限公司提供的六里屯路水系连通渠桥梁工程岩土工程勘察报告（2003市081）4. 设计合同（2007.5.10）5. 技术规范：1 公路桥涵设计通用规范 （JTG D602004）2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D622004）3 公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D632007）4 城市桥梁设计荷载标准 （GJJ7798）5 公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）2.1.4 桥梁设计标准1. 设计荷载：城-B级2. 结构安全等级：二级，0=1.0；环境类别：II类；3. 设计基准期：桥梁结构的设计基准期为100年；4. 地震动峰值加速度系数0.2g5. 梁底高于设计常水位2.5m以上、梁底净高高于50年一遇设计洪水位0.5米以上；2.2 桥梁设计的总体布署 本桥为三跨12米装配式钢筋混凝土简支T梁桥，连续桥面。道路与河道交角99，本次设计桥梁为斜桥，斜交角度9。桥梁总长36米（斜长），全宽14.64米。桥面设1.5%的单向横坡,由支座垫石变高形成。桥墩为柔性排架墩，钻孔灌注桩基础。2.2.1 下部结构设计布署桥台为三桩式盖梁桥台，盖梁为现浇钢筋混凝土结构，混凝土强度等级：C30，盖梁长14.4米，高1.1米，宽1.2米。钻孔灌注桩桩径1.2米，桩长14米，混凝土强度等级：C30水下混凝土。桥墩为三桩式盖梁结构，盖梁为现浇钢筋混凝土结构，混凝土强度等级：C30，盖梁长13.8米，高1.1米，宽1.2米。墩柱采用直径1.0米圆形钢筋砼柱，高4.3米，采用C30砼现浇。每根柱下设直径1.2米钻孔灌注桩一根，桩长13.5米，混凝土强度等级：C30水下混凝土。桩头间设1.0x0.7米矩形截面现浇钢筋砼系梁。2.2.2 上部结构设计步署上部结构采用预制钢筋混凝土宽腹T梁，梁长（斜长）11.96米，梁高0.85米，预制翼板宽1.1米，梁间距1.6米，翼板湿接头宽0.5米。横桥向设9片T梁，边梁2片，中梁7片。预制T梁混凝土强度等级：C40。桥面采用复合式桥面铺装，总厚度190，下层为100C40纤维混凝土桥面铺装，聚丙烯晴纤维含量：0.9kg/m3。上层为90沥青混凝土铺装。桥面横坡1.5%。90沥青混凝土铺装分为上下两层，上层为细粒式沥青砼AC-13(C)40mm，下层为中粒式沥青砼AC-16(C)50mm。2.2.3 附属结构设计步署桥梁支座选用GJZ200X300X41矩形板式橡胶支座，共54块。两端桥台各设3米长现浇钢筋混凝土桥头搭板，纵坡为5%。两端桥台处设XLM80型桥梁伸缩缝。中间各梁间设连续桥面。栏杆采用钢栏杆，其花饰、颜色由业主确定。桥墩柱、盖梁抗冻等级：F250；桥面砼抗渗等级：W 6。为防止冲刷，桥中心线上下游河底及边坡均采用厚0.4m浆砌石护砌。护砌范围桥中心线上游与北桥护砌接顺，桥中心线下游护砌30m。第三章 下部结构抗推刚度计算3.1桥墩抗推刚度计算3.1.1设计资料桥墩盖梁、墩柱、系梁及桥墩桩均为C30混凝土。3.1.2桥墩刚度计算1、单桩刚度桥墩计算模型如右图所示，在盖梁顶面施加1kN的水平力，将它转化到地面冲刷线处，由于有3根桩，则分到每根桩的力和弯矩为：0.333kN的水平力和1.8的弯矩。用单桩程序计算地面冲刷线处桩的水平位移和转角：地面以下桩长为13.5m，。水平力0.333kN和弯矩1.8作用下单桩变位为：水平位移0.016097mm，转角2、墩柱刚度墩柱在作用于盖梁顶面1kN水平力作用下自身的挠度：为地面到盖梁顶面的距离，为3根墩柱的总惯性矩。3、支座刚度4、桥墩刚度(1)盖梁顶面在作用于盖梁顶面的1kN的水平力作用下的位移(2)盖梁顶面抗推刚度(3)支座顶面抗推刚度地震力计算： ， ，3.2桥台抗推刚度计算3.2.1设计资料桥台盖梁、桥台桩均为C30混凝土。3.2.2桥台刚度计算1、单桩刚度桥台计算模型如右图所示，在盖梁顶面施加1kN的水平力，将它转化到地面冲刷线处，由于有3根桩，则分到每根桩的力和弯矩为：0.333kN的水平力和1.43的弯矩。用单桩程序计算地面冲刷线处桩的水平位移和转角：地面以下桩长为10.811m，。水平力0.333kN和弯矩1.43作用下单桩变位为：水平位移0.014243mm，转角2、地面以上桩刚度地面以上桩在作用于盖梁顶面1kN水平力作用下自身的挠度：为地面冲刷线到盖梁顶面的距离，为3根桩的总惯性矩。3、支座刚度4、桥台刚度(1)盖梁顶面在作用于盖梁顶面1kN的水平力作用下的位移(2)盖梁顶面抗推刚度(3)支座顶面抗推刚度 第四章 三、 桥墩计算(一)刚度计算1、桥墩刚度计算桥墩盖梁、墩柱、承台及桥墩桩均为C30混凝土。(1)、单桩刚度桥墩计算模型如右图所示，在盖梁顶面施加1kN的水平力，将它转化到地面冲刷线处，由于有3根桩，则分到每根桩的力和弯矩为：0.333kN的水平力和1.8的弯矩。用单桩程序计算地面冲刷线处桩的水平位移和转角：地面以下桩长为13.5m，。水平力0.333kN和弯矩1.8作用下单桩变位为：水平位移0.016097mm，转角(2)、墩柱刚度墩柱在作用于盖梁顶面1kN水平力作用下自身的挠度：为地面到盖梁顶面的距离，为3根墩柱的总惯性矩。(3)、支座刚度(4)、桥墩刚度a盖梁顶面在作用于盖梁顶面的1kN的水平力作用下的位移b盖梁顶面抗推刚度c支座顶面抗推刚度2、桥台刚度计算桥台盖梁、桥台桩均为C30混凝土。(1)、单桩刚度桥台计算模型如右图所示，在盖梁顶面施加1kN的水平力，将它转化到地面冲刷线处，由于有3根桩，则分到每根桩的力和弯矩为：0.333kN的水平力和1.43的弯矩。用单桩程序计算地面冲刷线处桩的水平位移和转角：地面以下桩长为10.811m，。水平力0.333kN和弯矩1.43作用下单桩变位为：水平位移0.014243mm，转角(2)、地面以上桩刚度地面以上桩在作用于盖梁顶面1kN水平力作用下自身的挠度：为地面冲刷线到盖梁顶面的距离，为3根桩的总惯性矩。(3)、支座刚度(4)、桥台刚度a盖梁顶面在作用于盖梁顶面1kN的水平力作用下的位移b盖梁顶面抗推刚度c支座顶面抗推刚度(二)荷载计算计算桥墩时，弯矩控制1、水平力(1)、制动力计算一个设计车道制动力计算（城市A级）使桥墩产生最大弯矩时汽车，在主梁上的加载长度为36.45m;,则 (2)、温度力计算(考虑降温)墩的组合抗推刚度(包括支座，柱，基础):(3)、水平地震力计算a上部结构对板式橡胶支座顶面处产生的水平地震力 上部结构对第1号墩板式橡胶支座顶面处产生的水平地震力。桥墩的组合抗推刚度(包括支座，柱，基础)。桥台的组合抗推刚度(包括支座，柱，基础)。 墩组合抗推刚度，一联上部结构的总重力。考虑地基变形时，顺桥向作用于支座顶面或横桥向作用于上部结构质量重心上的单位水平力在一般冲刷线或基础顶面引起的水平位移与支座顶面或上部结构质量重心处的水平位移之比值：桥墩处 考虑地基变形时，顺桥向作用于支座顶面上的单位水平力在墩身计算高度处引起的水平位移与支座顶面处的水平位移之比值：桥墩处盖梁的重力 墩身重力 墩身重力换算系数桥墩对板式橡胶支座顶面处的换算质点重力桥墩: 桥台:相应于一联上部结构所对应的全部板式橡胶支座抗推刚度之和相应于一联上部结构所对应的桥墩抗推刚度之和桥墩的抗推刚度桥台的抗推刚度与一联上部结构相对应的各桥墩重力对支座顶面换算重力之和。基本圆频率基本周期抗震重要性系数场地系数阻尼调整系数水平向设计基本地震动加速度峰值水平设计加速度反应谱最大值：由于水平设计加速度反应谱上部结构对板式橡胶支座顶面处产生的水平地震力 b由墩身自重在板式橡胶支座顶面产生的水平地震力对于桥墩：2、竖向力(1)、恒载计算引用主梁Midas计算结果，在上部结构，盖梁和桥墩恒载作用下，桥墩底面处的反力为： (2)、可变荷载的反力计算双孔布载，活载布载如下图双孔布载人群荷载在桥墩盖梁处产生的反力：双孔时汽车反力为（全桥设四车道，考虑折减）：(三)内力计算1、水平力作用下桥墩墩底内力计算(1)、制动力作用下桥墩墩底内力计算制动力为：则每根桥墩分得的剪力为：支座顶面到墩底的距离：(2)、温度力作用下桥墩墩底内力计算(考虑降温)桥墩的组合抗推刚度(包括支座，柱，基础):每根桥墩墩底剪力为 支座顶面到墩底的距离：(3)、水平地震力作用下桥墩墩底内力计算支座顶面到墩底的距离：2、竖向力作用下桥墩墩底内力计算(1)、恒载作用下桥墩墩底内力计算引用主梁Midas计算结果，在上部结构，盖梁和桥墩恒载作用下，桥墩底面处的最小轴力为：(2)、可变荷载的反力计算由于双孔布载下，人群荷载和汽车均布荷载对墩底分别是对称荷载，只要计算汽车的集中荷载作用下墩底产生的弯矩：(全桥设三车道，考虑折减)取在恒载作用下墩底轴力最小时的那个墩为研究对象：引用Midas计算结果，墩底轴力：墩底弯矩：冲击系数车道荷载的集中荷载桥纵向支座中心到墩中心线的距离(四)内力组合1、承载能力基本组合2、偶然组合3、最不利荷载组合为偶然组合4、短期效应组合：5、长期效应组合：(五)桥墩截面配筋验算1、偏心受压验算 假设=0.84，则A=2.245B=0.5519C=1.8029D=1.0139 与实际计算偏心距基本相符。进行承载力验算：满足承载能力的要求。2、配筋率验算全截面全部纵向钢筋配筋率为：满足规范要求。3、桥墩裂缝宽度计算最大裂缝宽度Wfk按下列公式计算：C1钢筋表面形状系数，由于是带肋钢筋,C1=1.0C2作用长期效应影响系数, 轴向力的偏心距，纵向受拉钢筋配筋率 使用阶段的偏心距增大系数ss截面受拉区最外缘钢筋应力。不需进行裂缝验算。第5章 桥梁桩长计算5.1桥墩桩计算钻孔灌注桩直径为1.2m，用C30砼，纵筋均采用HRB335筋，箍筋采用R235筋，灌注桩按（公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D632007）中的m法计算内力。桩身混凝土受压弹性模量Ec=3.0104MPa。5.1.1荷载计算1、上部恒载预制T梁：T梁现浇部分：10cm桥面砼：9cm沥青砼：防撞栏、挂檐板：人行道：上部总荷载为：2、下部恒载盖梁：墩柱：系梁：单桩头受到的上、下部总恒载为：3、车辆荷载计算荷载等级为城-B（L20m），考虑3车道折减系数。，冲击系数单车道单孔布载汽车荷载产生的反力：用偏压法计算汽车荷载的最大单桩反力：（计入冲击系数）4、计算桩身自重与置换土重的差值5.1.2桩长计算1、单桩头受到的竖向力的最不利组合地勘情况见地勘报告（拟定桩长13.5m）2、地基承载能力验算钻孔灌注桩的承载力容许值：，单桩轴向受压承载力容许值，桩身自重与置换土重的差值作为荷载考虑桩身周长（m）桩端截面面积（m2）n土的层数桩顶以下各土层的厚度（m）与对应的各土层与桩侧的摩阻力标准值（kPa）桩端处土的承载容许值（kPa），当持力层为砂土、碎石土时，若计算值超过下列值时，宜按下列值采用：粉砂1000kPa；细砂1150 kPa；中砂、粗砂、砾砂1450 kPa；碎石土2750 kPa； 额桩端处土的承载力基本容许值（kPa）桩端的埋深度（m），埋深由河底线算起； 容许承载力随深度的修正系数，根据 （土层状况图）桩端处持力层土类按所用规范表3.3.4选用；桩端以上各土层