镇江市南水桥设计毕业论文.doc

江苏科技大学本科毕业设计(论文)镇江市南水桥设计毕业论文目 录第一章 桥梁设计概况11.1 设计原始资料11.2 桥梁设计原则11.3方案比选11.3.1 方案一、预应力混凝土简支T型梁桥11.3.2 方案二、钢筋混凝土箱型拱桥21.3.3 方案三、装配式钢筋混凝土简支T型梁桥21.3.4 选定方案2第二章 设计资料及构造布置42.1 设计资料42.1.1 桥梁跨径及桥宽42.1.2 设计荷载42.1.3 主要设计规范42.1.4材料及工艺42.1.5设计材料基本数据42.1.6 结构尺寸52.2主梁计算62.2.1 主梁跨中截面主要尺寸拟定62.2.2 横梁抗弯及抗扭惯矩72.2.5 梁端剪力横向分布系数计算（按杠杆原理法）172.2.6 作用效应计算182.3持久状况承载能力极限状态下截面设计，配筋与验算292.3.1 跨中截面的纵向受拉钢筋计算292.3.2 腹筋设计312.3.3 持久状况斜截面抗弯极限承载能力极限状态验算422.3.4 持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算422.3.5 持久状况正常使用极限状态下挠度验算432.4横梁的计算452.4.1 横梁弯矩计算（用GM法）452.4.2 横梁截面配筋与验算462.4.3 横梁剪力效应计算及配筋设计492.4.4 横梁接头钢板及焊缝计算522.5行车道板的计算542.5.1 行车道板荷载计算542.5.2 行车道板截面设计，配筋与强度验算562.6支座计算572.6.1 选定支座的平面尺寸572.6.2 确定支座厚度582.6.3 验算支座的偏转582.6.4 验算支座的抗滑稳定性59第三章 钻孔灌注桩、柱式桥墩的计算613.1桥墩尺寸及材料613.2盖梁荷载计算613.2.1 上部构造永久荷载613.2.2 盖梁自重及作用效应计算(1/2盖梁长度)623.2.3 盖梁可变荷载计算633.2.4 柱墩反力873.3盖梁内力计算873.3.1 盖梁弯矩计算873.3.2 盖梁剪力计算893.3.3 盖梁内力汇总913.4 盖梁截面配筋设计与承载力校核913.4.1 正截面抗弯承载力验算913.4.2 斜截面抗剪能力验算933.4.3 盖梁承载能力效合943.5桥墩墩柱设计943.5.1 墩柱荷载计算953.5.2 墩柱截面配筋计算及应力验算993.6钻孔桩灌注桩计算1013.6.1 钻孔桩灌注桩荷载计算1013.6.2 钻孔桩灌注桩桩长计1033.6.3 钻孔桩灌注桩桩的内力计算（m法）1043.6.4 钻孔桩灌注桩桩身截面配筋与验算1063.6.5 钻孔桩灌注桩墩顶纵向水平位移验算108结论110致谢111参考文献112III江苏科技大学本科毕业设计(论文)第1章 桥梁设计概况1.1 设计原始资料镇江市南水桥设计，桥梁全长：40m勘测资料： (1) 地貌特征、河水及水文情况：季节性洪水，河床顺直，与桥位正交。(2) 场地的工程地质条件：本桥位处地址条件较好，自上而下土层为黄色人工填土、亚黏土、细砂、中砂。 (3)河流等级：不通航，河面无漂浮物。1.2 桥梁设计原则（1）适用性满足公路交通和铁路的正常运行，以及将来交通量增长的需要。建成的桥梁应保证在使用年限内满足交通要求，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。经济性应综合考虑发展远景及将来的养护和维修等费用。（4）美观一座桥梁，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。1.3方案比选1.3.1 方案一、预应力混凝土简支T型梁桥 预应力混凝土简支T梁桥，共2跨，每跨20m，则桥面部分全长20240m，桥面净空为满足要求。桥面宽度为设计标准值：净14m(行车道)+23m（自行车道）+21m（人行道）。主梁全长为19.96m，计算跨径为19.50m。预应力混凝土可看作是一种预先储存了足够压力的新型混凝土材料。对混凝土施加预压力的高强度钢筋，既是加力工具，又是抵抗荷载所引起构件内力的受力钢筋。预应力混凝土梁桥能最有效地利用现代高强度材料（高强混凝土，高强钢材），减小构件截面，显著降低自重所占全部设计荷载的比重，增大跨径，扩大了混凝土结构的适用范围。预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝，即使是部分预应力混凝土梁在常遇荷载下也无裂缝。预应力混凝土梁桥可以显著减小建筑高度，使大跨径桥梁做得轻柔美观。不仅提高了对多种桥型的适用性，而且还提高了结构的耐久性。预应力技术的采用，为现代装配式结构提供了最有效的接头和拼装手段。根据需要可在纵向、横向和竖向等施加预应力，使结构拼接成理想的整体，扩大了装配式桥梁的使用范围，提高了运营质量；由于跨径20m，如果使用预应力混凝土梁桥，造价太高，浪费材料和金钱。1.3.2 方案二、钢筋混凝土箱型拱桥该设计取跨度为20m，共2跨，桥梁全长40m。施工场地大,可以采用预制箱拱无支架吊装或有支架现场浇筑等施工方法。若采用无支架施工时，箱拱可分段预制，其方法可参考有关资料。当吊装能力很大时，可以采用封闭式拱箱，减少施工步过程，增加整体稳定性。拱的承载潜力大。但是伸缩缝多，养护较麻烦，纵坡较大，土方量较大。钢筋混凝土箱型拱桥虽然造价最低，但是需要使用大量的木材，劳动力，工期也较其他两者长。1.3.3 方案三、装配式钢筋混凝土简支T型梁桥装配式钢筋混凝土简支T梁桥是使用最为普遍的机构形式，其优点是制造简单，整体性好，接头也方便。它属于静定结构，桥面平整度较好，使用阶段易于养护，养护经费较低。钢筋混领土T型梁桥混凝土标号不宜低于15号，当采用II、III级钢筋时不宜低于20号。混凝土简支T梁桥通常跨径不大，经济合理跨径25米（T梁）以下，材料简单，技术成熟，易于工厂化施工，受力明确、构造简单、施工方便等优点。 1.3.4 选定方案简支T梁桥与钢筋混凝土箱型拱桥，虽然简直T梁桥墩刚度较大，但是可以节省昂贵的支座，尽管在钢材，木材两个方面前者的费用比后者略多，但是前者综合费用却比后者经济。另外简支T梁桥受力是长悬臂体系，全跨以承受负弯矩为主，预应力钢筋布置在桥的顶面上，极大地方便了施工。钢筋混凝土箱型拱桥虽然造价最低，但是需要使用大量的木材，劳动力，工期也较前两者长。装配式钢筋混凝土简支T梁桥与预应力混凝土简支简支T梁相比主要造价低，施工较为简单另外就是叫经济。综合考虑，通过对比，选取装配式钢筋混凝土简支T梁桥，共2跨，每跨20m，则桥面全长20240m，桥面净空满足要求。桥面宽度为设计标准：净14m(行车道)+23m（自行车道）+21m（人行道）。第二章 设计资料及构造布置2.1 设计资料2.1.1 桥梁跨径及桥宽桥梁全长: 40m标准跨径：20m（墩中心距离）主梁全长：19.96m计算跨径：19.50m桥面净空：净14m(行车道)+23m（自行车道）+21m（人行道）；2.1.2 设计荷载通过设计，荷载公路-级，由相应的标准：汽车均布标准值7.875KN/m，人群均布标准值2.25KN/m内插法得汽车集中标准值180KN人群荷载：因为计算跨径为19.50m50m，所以人群荷载取2.1.3 主要设计规范公路桥涵设计通用规范（JTJ060-2004）；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计通用规范（JTJ062-2004）；2.1.4 材料及工艺混凝土：混凝土梁选择C40，路面和桥栏杆C30；钢筋：直径时采用HRB335级钢筋，直径时采用HPB235级热轧光面钢筋； 2.1.5 设计材料基本数据表2.1 基本数据 内容表达式单位大小立方强度弹性模量轴心抗压标准强度轴心抗拉标准强度轴心抗压设计强度轴心抗拉设计强度材料重度2.1.6结构尺寸（1）主梁横截面（如图2.1） 图2.1 主梁断面图（单位：mm）（2）横梁断面图（如图2.2）图2.2 横隔梁断面图（单位：cm）2.2主梁计算2.2.1 主梁跨中截面主要尺寸拟定混凝土桥梁高跨比在0.0910.0556之间。本设计以1400mm梁高度更合适。（如图2.3）图2.3主梁横断面图 (单位：mm)求主梁界面的重心位置平均板厚： T形截面的惯性扭矩约等于惯性的矩形截面的扭转力矩和，即矩形截面的抗扭惯矩刚度系数相应各矩形的宽度和厚度对于翼板：查表得对于梁肋：查表得，所以单位宽度抗弯及抗扭惯矩 2.2.2横梁抗弯及抗扭惯矩梁的弯曲和扭转惯性矩（如图2.4)图2.4 横隔梁截面图（单位：cm）翼板有效宽度计算沿全宽设置14根主梁，每跨梁设置五道横隔梁，即可查附表，得求横梁截面重心位置横梁的抗弯和抗扭惯矩和由0.0230.1.得=0.333，由于桥面的抗扭惯矩可求翼板，可取=1/6；0.298，故单位抗弯及抗扭惯矩和2.2.3计算抗弯参数和扭弯参数式中： -桥宽的一半 -计算跨径 ,按公预规3.1.6条， 2.2.4计算荷载弯矩横向分布影响线坐标 已知=0.932，查GM图表 表2.2 横向分布影响线梁位荷载位置b0 0-0.60-0.201.051.852.201.851.05-0.20-0.60-0.050.951.752.151.801.100.45-0.10-0.551.552.052.251.751.050.450.10-0.15-0.404.503.202.001.000.25-0.05-0.20-0.22-0.20 b8.003.101.600.10-0.60-0.55-0.40-0.200.1000.530.700.961.301.531.300.960.700.530.931.131.431.601.300.930.600.400.301.561.721.751.390.970.610.370.260.202.602.301.701.150.700.430.300.200.15b3.752.571.540.900.540.350.300.200.15根据上述梁的布置，并在活载作用求横向分布系数，分别求主梁各控制截面的荷载和最大内力，然后再进行内力组合。图2.5 主梁控制截面图（尺寸单位：mm）每个梁位的横向分布影响线坐标值（用内插法）1、14号梁：2、13号梁： 3、12号梁：4、11号梁：5、10号梁： 6、9号梁： 7、8号梁： 每根梁的横向分布影响线坐标值如下表： 表2.3 每根梁的影响线坐标值 梁号计算式 荷载位置b0-b1号3.422.491.580.970.580.370.300.200.157.003.121.710.35-0.35-0.41-0.34-0.210.014-3.57-0.63-0.130.610.940.780.640.400.14-0.5650-0.1000-0.02030.09710.14900.12300.10150.06410.02146.4343.0281.6940.4542-0.2082-0.2839-0.2413-0.14160.03570.45960.21630.12100.0324-0.0149-0.0203-0.0172-0.01010.00262号2.762.341.681.110.680.420.300.200.155.003.181.940.870.13-0.12-0.23-0.22-0.16-2.240-0.847-0.2660.24290.5490.5400.5280.4170.307-0.353-0.134-0.0420.0380.0870.0850.0840.0660.0484.64683.05181.90080.90970.2152-0.0361-0.1451-0.1512-0.10860.33190.21800.13580.06500.0154-0.0026-0.0104-0.0108-0.00783号2.15422.05141.72141.25280.81570.50710.33000.22570.17143.23562.70712.10711.32140.59280.1643-0.0714-0.1899-0.2857-1.0813-0.6556-0.3857-0.06850.22280.34280.40140.41570.4571-0.1708-0.1036-0.0609-0.01080.03520.05410.06340.06560.07223.06472.60352.04621.31060.62810.2185-0.0080-0.1243-0.21350.21890.18590.14610.09360.04480.0156-0.0006-0.0088-0.01524号1.561.721.751.390.970.610.370.260.21.552.052.251.751.050.450.1-0.15-0.40.01-0.33-0.5-0.36-0.080.160.270.410.60.0016-0.0521-0.079-0.0569-0.01260.02530.04270.06480.09481.55161.99782.1711.69311.03730.47530.1427-0.0852-0.30520.11080.14270.15510.12090.07410.03400.0101-0.0061-0.02185号1.20001.38281.56711.50991.15850.79280.50140.33990.25710.63571.42141.96431.97851.47850.82140.2999-0.1214-0.48570.5642-0.0385-0.3971-0.4685-0.3199-0.02850.20140.46140.74280.0891-0.0061-0.0627-0.0740-0.0505-0.00450.03180.07290.11740.72491.41531.90151.90451.4280.81690.3318-0.0485-0.36830.05180.10110.13580.13600.1020.05830.0237-0.0034-0.02636号0.87281.06851.36281.55711.33280.98280.65140.44280.3328-0.12860.78561.65002.10711.85721.20720.5357-0.1143-0.55711.00140.2829-0.2871-0.55-0.5243-0.22430.11570.55720.89000.15820.0447-0.0453-0.0869-0.0828-0.03540.01830.08800.14060.02960.83031.60462.02021.77431.17170.5540-0.0262-0.41650.00210.05930.11460.14430.12670.08370.0396-0.0019-0.02977号0.64420.82281.09421.38571.46421.19420.85710.61420.4642-0.44280.12851.24991.93572.08571.63570.8785-0.1714-0.58571.08710.6942-0.155-0.55-0.6214-0.4414-0.02140.78571.05000.17170.1096-0.0246-0.0869-0.0981-0.0697-0.00330.12410.1659-0.27110.23821.22531.84881.98751.56590.8751-0.0473-0.4198-0.01940.01700.08750.13210.14200.11180.0625-0.0034-0.030求横向分布系数(如图2.6）图2.6车辆荷载布置1号梁：两行汽车：(0.3118+0.1925+0.1482+0.0894)=0.7417=0.3709三行汽车：(0.3118+0.1925+0.1482+0.0894+0.0482+0.0104)0.78=0.3121护栏和人行道板：0.4074+0.0006=0.408人行荷载：0.3988+0.0006=0.39942号梁：两行汽车：(0.2759+0.1975+0.1593+0.1105)=0.7432=0.3716三行汽车：（0.2759+0.1975+0.1593+0.1105+0.0776+0.042)0.78=0.3365四行汽车：(0.2759+0.1975+0.1593+0.1105+0.0776+0.042+0.0189+0.0093)0.67=0.2985护栏和人行道板：0.3610-0.0084=0.3526人行荷载：0.3545-0.0084=0.34613号梁：两行汽车：(0.1988+0.176+0.1575+0.1274)=0.6597=0.3299三行汽车：（0.1988+0.176+0.1575+0.1274+0.1029+0.0709)0.78=0.3251四行汽车：(0.1988+0.176+0.1575+0.1274+0.1029+0.0709+0.0483+0.0281)0.67=0.3048五行汽车: (0.1988+0.176+0.1575+0.1274+0.1029+0.0709+0.0483+0.0281+0.0150+0.0046)0.60=0.2789护栏和人行道板：0.2118-0.0138=0.1980人行荷载：0.2106-0.0138=0.19684号梁：两行汽车：(0.1302+0.1458+0.1515+0.1428)=0.5703=0.2852三行汽车：（0.1302+0.1458+0.1515+0.1428+0.1270+0.0992)0.78=0.3106四行汽车；(0.1302+0.1458+0.1515+0.1428+0.1270+0.0992+0.0774+0.0512)0.67=0.3099五行汽车；(0.1302+0.1458+0.1515+0.1428+0.1270+0.0992+0.0774+0.0512+0.0331+0.0178)0.60=0.2928六行汽车；(0.1302+0.1458+0.1515+0.1428+0.1270+0.0992+0.0774+0.0512+0.0331+0.0178+0.0078-0.0026)0.55=0.2698护栏和人行道板：0.1176-0.0188=0.0988人行荷载：0.1187-0.0188=0.09995号梁：两行汽车：(0.0817+0.1098+0.1259+0.1359)=0.4333=0.2167三行汽车：（0.0817+0.1098+0.1259+0.1359+0.1359+0.1202)0.78=0.2689四行汽车：(0.0817+0.1098+0.1259+0.1359+0.1359+0.1202+0.1044+0.077)0.67=0.2917五行汽车：(0.0817+0.1098+0.1259+0.1359+0.1359+0.1202+0.1044+0.077+0.571+0.0348)0.60=0.2888六行汽车：(0.0817+0.1098+0.1259+0.1359+0.1359+0.1202+0.1044+0.0770+0.571+0.0348+0.0198+0.0024)0.55=0.2708护栏和人行道板：0.0624-0.0214=0.0410人行荷载：0.0641-0.0214=0.04276号梁：两行汽车：(0.0368+0.0731+0.0998+0.1252)=0.3349=0.1675三行汽车：（0.0368+0.0731+0.0998+0.1252+0.1390+0.1361)0.78=0.2379四行汽车：(0.0368+0.0731+0.0998+0.1252+0.1390+0.1361+0.1280+0.1021)0.67=0.2814五行汽车：(0.0368+0.0731+0.0998+0.1252+0.1390+0.1361+0.1280+0.1021+0.0821+0.0538)0.60=0.2928六行汽车：(0.0368+0.0731+0.0998+0.1252+0.1390+0.1361+0.1280+0.1021+0.0821+0.0538+0.0337+0.0070)0.55=0.2796护栏和人行道板：0.014-0.0237=-0.0097人行荷载：0.0164-0.0237=-0.00737号梁：两行汽车：(0.0027+0.0346+0.0674+0.1034)=0.2081=0.1041三行汽车：（0.0027+0.0346+0.0674+0.1034+0.1241+0.1367)0.78=0.1829四行汽车：(0.0027+0.0346+0.0674+0.1034+0.1241+0.1367+0.1413+0.1247)0.67=0.2462五行汽车：(0.0027+0.0346+0.0674+0.1034+0.1241+0.1367+0.1413+0.1247+0.1100+0.0783)0.60=0.2770六行汽车：(0.0027+0.0346+0.0674+0.1034+0.1241+0.1367+0.1413+0.1247+0.1100+0.0783+0.0531+0.107)0.55=0.2714护栏和人行道板：-0.0116-0.0243=-0.0127人行荷载：-0.0103-0.0243=-0.01402.2.5梁端剪力横向分布系数计算（按杠杆原理法） 公路二级(如图下图)图2.7 人群荷载下梁端剪力横向分布影响线人群荷载: 图2.8 汽车荷载下梁端剪力横向分布影响线汽车荷载：2.2.6.作用效应计算 1.永久作用效应（1）恒载集度假定桥面各部分荷载均分给主梁承担，那么如图可知：图2.9 主梁截面(单位:mm)横隔梁图2.10 横隔板截面(单位:)边梁：中梁：桥面铺装沥青混凝土（取平均厚度2cm）：混凝土垫层（取平均厚度9cm）：合计护栏和人行道板：图2.11 护栏和人行道板截面(单位:mm)若将两侧护栏和人行道板板重按影响线坐标分摊至各梁，则：表2.4 各梁的永久荷载 （单位：） 编号主梁横隔梁护栏、人行道板桥面铺装层总和1（14）10.2050.615.7154.2020.732（13）10.2051.224.9354.2020.563（12）10.2051.222.7754.2018.404（11）10.2051.221.3854.2017.015（10）10.2051.220.5754.2016.206（9）10.2051.2204.2015.457（8）10.2051.2204.2015.45（2）永久作用效应计算表2.5 影响线面积计算 项目 计算面积 影响线面积 表2.6 永久作用效应计算 梁号 q qqqqq1（14）20.7347.53985.3020.7335.65739.0220.739.75202.122（13）20.5647.53977.2220.5635.65732.9620.569.75200.463（12）18.4047.53874.5518.4035.65655.9618.409.75179.404（11）17.0147.53808.4917.0135.65606.4117.019.75165.855（10）16.2047.53769.9916.2035.65577.5316.209.75157.956（9）15.4947.53736.2415.4935.65552.2215.499.75151.037（8）15.4547.53734.3415.4535.65550.7915.459.75150.642. 可变作用效应（1）汽车荷载冲击系数简支梁的自振频率为：-计算跨径，=19.5E-混泥土的弹性模量，在这种情况下取C40，E=3.25-结构跨中截面惯距=0.0814115-结构跨中处单位长度质量=把数据代入上式，得当1.5 故属于第一类T形截面。求受压区高度：（安全等级级取1.0，） 即取合理解：=60.0，求受拉区钢筋的面积：，钢筋层数为6层，布置如右图：图2.13 T型梁主筋配筋图（单位：mm)保护层取32mm=d,且符合规定，横向净距，满足构造要求。（2）截面复核则实际有效高度由于故为第一截面按截面实际配筋计算受压高度x=求得正截面抗弯承载力：又%(%)满足要求。2.3.2.腹筋设计根据斜截面抗剪承载力进行斜筋配置由表2.15可知，支点剪力效应以3号梁为最大，为偏安全设计，一律用了3号梁数值。跨中V以1号梁为最大，以1号梁为准。 （1）截面尺寸检查：根据规范，梁最底层钢筋通过支座，支点截面的有效高度为根据规范，构造需满足=783.86KN496.43KN，截面尺寸符合要求。（2）是否需要计算配置箍筋，根据规范：跨中截面：支座截面：因为故在梁跨某长度范围内按构造要求配置箍筋， 由剪力包络图按比例求得，即在内按构造配置箍筋，其余部分设置弯起钢筋并进行斜截面承载力验算。（3） 斜截面配筋的计算图式根据规范可以知道：由内插法可得：距梁高处的剪力效应KN其中应由混凝土和箍筋的V至少为弯起钢筋包括斜筋承担的V最多为图2.14 弯起钢筋配置图（单位：mm,剪力单位：KN）设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335）为222，钢筋重心至梁受压翼板上缘距离为。弯起钢筋的弯起角度为45度，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。设置弯起钢筋区段长度：现拟弯起钢筋，将计算的各排弯起钢筋上，下弯起点之间垂直距离以及至支座中心距离，分配的剪力计算值，所需的弯起钢筋面积值列入表12根据桥规规定，简支梁的第一排弯起钢筋的末端弯折点应位于支座中心截面处，这时为： 第二排弯起钢筋分配给第二排钢筋的计算剪力值，有比例关系计算第三排钢筋，分配给第三排弯筋的计算剪力值，有比例关系计算第四排弯起钢筋分配给第四排弯起钢筋的计算剪力值，由比例关系计算第五排弯起钢筋分配给第五排弯起钢筋的计算剪力值，由比例关系计算原拟定N1钢筋的弯起点距支座中心距离为5273.35mm，已大于4456.069+，故不参加弯起钢筋的计算。表2.16 弯起钢筋计算表弯点12345（mm）1240.51156.71120.911341112距支座中心距离（mm）1240.52397.23518.14652.15764.1分配计算剪力值183.773164.997116.25569.022需要的弯筋面积1264.7171111.313783.019464.887可提供的弯筋面积160923216092321609232 628220弯筋与梁轴交点到支座中心距离626.21818.72975.44138.65弯起钢筋的初步布置（如图2.15）图2.15 弯矩包络图表2.17 各正截面抗弯承载能力 区段纵筋mm截面类型受压高度 mm1609支座中心-1点1350.1第一类16.32604.578192.95432181点2点1332.1第一类32.651185.57