桥梁结构方案设计与计算毕业论文.doc

桥梁结构方案桥梁结构方案设计与计算毕业论文设计与计算毕业论文 目录目录 摘要.I ABSTRACT .II 第一章 桥梁结构方案评选.1 1.1 设计资料 .1 1.1.1 梁名桥称.1 1.1.2 基本资料.1 1.1.3 设计标准.1 1.2 方案拟定 .2 1.2.1 第一方案：预应力混泥土连续箱梁.2 1.2.2 第二方案：预应力混泥土连续 T 梁 .2 1.2.3 第三方案：预应力混泥土简支 T 梁 .3 1.3 方案比较.3 1.4 方案选择.3 第二章 推荐方案简介及结构尺寸拟定.4 2.1 推荐方案简介 .4 2.1.1 总跨径.4 2.1.2 桥梁分孔.4 2.1.3 桥梁的标高.4 2.2 结构尺寸拟定 .4 2.2.1 箱梁截面尺寸拟定.4 2.2.2 横隔梁尺寸拟定.5 2.2.3 盖梁、墩柱、钻孔桩尺寸拟定.5 2.2.4 桥梁主要材料选用.6 第三章 桥面板计算.6 3.1 行车道板设计.6 3.1.1 恒载内力.6 3.1.2 活载内力.7 3.1.3 内力组合.9 3.2.外边梁悬臂板内力计算 .9 3.2.1 恒载内力.9 3.2.2.活载内力.10 3.2.3 内力组合.10 3.3 配筋设计.11 3.3.1 支点处配筋.11 3.3.2 跨中配筋.11 3.3.3 悬臂板配筋.12 第四章 主梁内力计算.13 4.1 主梁单元划分 .13 4.2 主梁截面几何特性计算.14 4.2.1 中梁几何特性计算.14 4.2.2 其它截面的截面特性计算.15 4.3.恒载内力计算 .16 4.3.1 外边梁恒载集度.16 4.3.2 中梁恒载集度.16 4.3.3 弯矩计算.17 4.3.4 剪力计算.18 4.3.5 其它截面恒载内力计算.18 4.4 活载内力计算 .18 4.4.1 冲击系数计算.18 4.4.2 车道折减系数.19 4.5 计算主梁荷载分布系数 .19 4.5.1 边跨荷载横向分布系数计算.19 4.5.2.第二跨荷载横向分布系数计算.22m 4.5.3.第三跨荷载横向分布系数计算.25m 4.6 活载内力计算.27 4.6.1 汽车弯矩.27 4.6.2 汽车剪力.28 4.7 其它因素引起的次内力计算 .29 4.8 内力组合 .30 4.8.1 基本组合.30 4.8.2 短期效应组合.30 4.8.3 长期效应组合.31 4.8.4 其它截面的内力组合.31 第五章 预应力钢束的估算与布置.36 5.1 力筋估算.36 5.3 横截面布置.40 5.4 立面布置与平面布置.41 第六章 预应力损失及有效预应力计算.42 6.1 计算内容 .42 6.2 预应力筋与管道壁间摩擦损失 .42 6.2.1 控制应力与有关参数确定.42 6.2.2 各截面的平均值.42 6.3 锚具变形、钢束回缩、接缝压缩引起的预应力损失计算.43 2s 6.3.1 计算公式.43 6.3.2.计算结果见表.43 6.4 混凝土的弹性压缩引起的应力损失 .43 6.4.1 计算方法.43 6.4.2 计算结果.44 6.5 预应力钢筋由钢筋松弛引起的预应力松弛损失.44 6.5.1 计算方法.45 6.5.2 计算结果.45 6.6 混凝土徐变收缩损失的计算 .45 6s 6.6.1 计算方法 .45 6.6.2 混凝土收缩系数与徐变系数的计算.47 6.6.3 混凝土徐变收缩损失.48 6.6.4 预应力损失组合及有效预应力.48 6.7 预加力产生的次内力.50 6.7.1 计算方法.50 6.7.2 计算结果.50 6.8 考虑预应力次效应后的内力组合二 .51 第七章 主梁截面强度计算与验算.53 7.1 计算方法.53 7.2 正截面强度验算.54 7.3 正常使用极限状态应力验算 .54 7.3.1 短期效益下的验算.55 7.3.2 长期效益下的验算.56 第八章 盖梁计算.58 8.1 上部结构恒载计算 .58 8.1.1 盖梁自重计算.58 8.1.2 恒载内力计算.59 8.2 活载计算 .59 8.2.1 活载横向分布系数计算.59 8.2.2 按顺桥向活载移动情况求支座反力的最大值.62 8.2.3 各板恒载、活载内力组合.64 8.3 盖梁内力计算 .64 8.3.1 各截面弯矩计算.64 8.3.2 盖梁内力汇总.65 8.4 截面配筋设计与承载力校核.65 8.4.1 正截面承载力计算.65 8.4.2 斜截面承载力计算.67 8.5 盖梁裂缝宽度验算.68 第九章 桥墩墩柱设计.70 9.1 荷载计算 .70 9.1.1 恒载计算.70 9.1.2 汽车荷载计算.71 9.1.3 双柱反力横向分布计算.71 9.1.4 荷载组合.72 9.2 截面配筋计算及应力验算 .72 9.2.1 作用于墩柱顶的外力.72 9.2.2 作用于墩柱底的外力.73 9.2.3 截面配筋计算.73 第十章 钻孔灌注桩计算.75 10.1 钻孔桩计算 .75 10.1.1 荷载计算.75 10.1.2 桩长计算.77 10.1.3 桩的内力计算（m 法）.78 10.1.4 桩身截面配筋与承载力验算.80 10.2 墩顶纵向水平位移验算.81 致谢.83 参考文献.84 外文翻译.85 第一章第一章 桥梁结构方案评选桥梁结构方案评选 1.设计资料设计资料 1.1.1 梁名桥称梁名桥称:包头市固阳县金山镇至达茂旗百灵庙镇一级公路,二相公大桥。 1.1.2 基本资料基本资料 拟建桥梁位于包头市固阳县金山镇至达茂旗百灵庙镇一级公路 K5+098 处， 二相公村附近。河道与路线正交，河床稳定，滩槽分明，河道顺直，洪水期无 漂流物个泥石流，泄洪顺畅；本桥平面线形为直线，与流水方向正交；桥址断 面见附表，桥面横坡采用 1.5%。 1.1.3 设计标准设计标准 1、公路等级：级。 2、桥面净空：采用分离式断面 半幅：0.5m 钢筋混凝土的防撞护栏+净 11.0m+0.8m 波形钢 板防护栏;左侧边缘距路线中心线 0.4m。 3、设计荷载：汽车荷载：公路级。 4、设计洪水频率：1/100。 5、通航要求：无。 6、地震烈度：7 度。 附表 桩号地面高程 设计 高程 桩号地面高程 设计 高程 K15+8401443.961K16+0801439.546 K15+8601443.966K16+1001439.497 K15+8801443.9K16+1401439.881 K15+9001443.713K16+1601439.941 K15+9171443.518K16+1801440.16 K15+9221442.379K16+2001440.348 K15+940 起点 1442.391445.88 K16+240 终点 1440.4381444.23 K15+9451441.365K16+2601440.744 K15+9541440.756K16+2801440.708 K15+9601438.902K16+3201440.746 K15+9801439.198K16+3401440.653 K16+0001439.166 K16+0201439.262 K16+0401439.592 K16+0601439.74 1.2 方案拟定方案拟定 根据设计资料，做了预应力混泥土连续箱梁、预应力混泥土连续 T 梁、预 应力混泥土简支 T 梁三个方案进行比较。 1.2.1 第一方案：预应力混泥土连续箱梁第一方案：预应力混泥土连续箱梁 桥型布置如图 1.1 1）.孔径布置：米，全长为 300 米。6 50 2）.上部结构 主梁采用箱型截面，梁高 2 米，翼缘板和顶板厚为 0.25 米，腹板和底板也 为 0.25 米，到支座处，腹板和底板加厚到 0.35 米。 3）.下部结构 两端桥台为柱式台，基础为桩基，桥墩为双柱式桥墩，基础采用桩基础。 4）.施工方法：简支转连续 图 1.1 方案一：等截面连续箱梁桥 1.2.2 第二方案：预应力混泥土连续第二方案：预应力混泥土连续 T 梁梁 桥型布置如图 1.2 1）.孔径布置：米，全长 300 米。10 30 2）.上部结构 主梁采用 T 型横断面，主梁高为 2.5 米，翼缘板厚为 0.16 米，翼缘板根部 厚为 0.25 米，马蹄宽 0.4 米，高为 0.38 米。 3）.下部结构 两端桥台为柱式台，基础为桩基，桥墩为双柱式桥墩，基础采用桩基础。 4）.施工方法：简支转连续 图 1.2 方案二：等截面连续 T 梁 1.2.3 第三方案：预应力混泥土简支第三方案：预应力混泥土简支 T 梁梁 桥型布置如图 1.3 1）.孔径布置：米，全长 300 米。10 30 2）.上部结构 主梁采用 T 型横断面，主梁高为 2.5 米，翼缘板厚为 0.16 米，翼缘板根部 厚为 0.25 米，马蹄宽 0.4 米，高为 0.38 米。 3）.下部结构 两端桥台为柱式台，基础为桩基，桥墩为双柱式桥墩，基础采用桩基础。 4）. 施工方法：采用整体现浇。 图 1.3 第三方案：预应力混泥土简支 T 梁 1.3 方案比较方案比较 从结构形式看：三个方案都属于梁桥。 从截面形式看：分为 T 形截面和箱型截面，T 形截面的优点是，制作简单， 梁肋内的配筋可以做成刚性的钢筋骨架，各主梁之间利用多到横隔梁连接，整 体性好，其缺点是，截面形状不稳定，运输和安装时较复杂，构件正好在桥面 板的跨中接头，对板的受力不好；箱型截面的优点是具有良好的受力性能，箱 型截面中偏载所产生的纵向应力与对称荷载所产生的纵向应力两者数值比较接 近。也就是说箱型截面具有很大的抗扭刚度，结构能充分发挥整体受力作用。 从结构体系看：第三方案梁桥属于简支体系，第一、二方案属于连续体系， 连续体系梁桥比简支体系梁桥的受力更加均匀。 从施工方法看，简支梁桥采用满堂支架就地浇注，连续梁桥采用简支转连 续。 从经济角度看，由于第一方案的跨径是少，而二、三方案跨径多，因此二、 三方案的下部结构材料用量要多于第一方案，造价也随之增加，第一方案的跨 径大于二、三方案，上部造价多于二、三方案，但综合考虑到三个方案的总造 价，第一方案要少于其它梁方案。 1.4 方案选择方案选择 总体来说，三个方案都是可行的，都满足安全、使用、美观的要求，从设 计、施工难度以及经济角度考虑，推荐方案一：预应力连续小箱梁。 第二章第二章 推荐方案简介及结构尺寸拟定推荐方案简介及结构尺寸拟定 2.1 推荐方案简介推荐方案简介 本设计经评选后采用六跨预应力连续小箱梁，全长 300m。桥下泄洪顺畅以 及无通航要求，将单跨跨径拟定为 50m，设三个车道，采用四片箱梁，每片箱 梁宽为 3.075m，桥面总宽为 12.3m，净宽为 11m。 2.1.1 总跨径总跨径 一般跨河桥梁，总跨径可参照水文资料来定，要求必须保证桥下有足够的 排洪面积，使河流河流遭受过大的冲刷，另一方面，根据河床土壤的性质和基 础的埋置深度，视河床的冲刷程度，适当缩短桥梁的总长度，以节约总投资， 根据以上原则，本桥根据设计要求拟定为 300m。 2.1.2 桥梁分孔桥梁分孔 桥梁的分孔主要取决于经济分孔和施工的设备条件，跨径越大，分孔越少， 施工越难，上部结构的造价就越高，墩台的数量越少，下部结构造价相对较低， 反之，上部结构的造价就越低，而下部结构的造价就会增加，这与桥墩的高度 以及基础工程的难易程度有关，最经济的分孔是使上、下部结构的总造价趋于 最低， ，综合以上因素，本设计分六孔，每孔均为 50 米。 2.1.3 桥梁的标高桥梁的标高 跨河桥梁，其标高应满足排洪和通航要求，但本设计不考虑排洪和通航， 且桥梁的起、终点设计高程已给定，起点高程 1445.88 米，终点高程 1444.23 米。 2.2 结构尺寸拟定结构尺寸拟定 2.2.1 箱梁截面尺寸拟定（如图箱梁截面尺寸拟定（如图 2.1） 图 2.1 主梁截面尺寸（单位：cm） 梁高定为 2 米，高跨比为 1/25, 梁高与跨径之比在 1/151/25 之间，满足要 求，翼缘板端部取 0.25 米，底板、腹板均取为 0.25 米，到支座处，腹板和底板 均加厚到 0.35 米，过度段为线性变化。 2.2.2 横隔梁尺寸拟定横隔梁尺寸拟定 为提高主梁的抗扭刚度，在主梁之间每隔 6.25 米设一道厚为 20 厘米的横 隔梁。见图 2.2 所示。 图 2.2 横隔梁布设示意图（单位：cm） 2.2.3 盖梁、墩柱、钻孔桩尺寸拟定盖梁、墩柱、钻孔桩尺寸拟定 盖梁高为 1.6 米，长为 11.6 米，宽为 1.2 米；墩柱直径为 1.2 米；钻孔桩 直径为 1.4 米。具体尺寸见图 2.4 所示。 图 2.4 下部结构尺寸（单位：cm） 2.2.4 桥梁主要材料选用桥梁主要材料选用 混泥土：预应力混泥土主梁采用 50 号混泥土，墩柱和灌注桩采用 30 号混 泥土；预应力钢绞线：采用低松弛高强钢绞线，直径为 15.24mm，截面积为 140，标准强度，弹性模量；预应力管道：采 2 m m1860 a M P b y R 5 1.95 10 a M P y E 用钢波纹圆扁管成型；支座：采用板式橡胶支座。 第三章第三章 桥面板计算桥面板计算 3.1 行车道板设计行车道板设计 桥面铺装采用 C40 防水混泥土，平均厚度为 8，容重为 25；面cm 3 kN m 层为 9后的沥青混泥土，容重为 25。cm 3 kN m 3.1.1 恒载内力恒载内力 取纵向 1 米宽板条进行计算 每延米板上的永久作用 沥青混泥土面层： 1 0.09 1 252.25kN mg C40 混泥土面层： 2 0.08 1 262.08kN mg 将承托面积平摊到桥面板： 3 0.1 0.3 2 260.891kN m 1.75 g 箱梁翼缘板自重： 4 0.25 26 16.5kN mg 4 1 11.721kN m i i gg 22 11 11.721 1.754.487kN m 88 og Mgl 2 11 11.721 1.52.198kN 88 og Vgl 3.1.2 活载内力活载内力 1.有效分布宽度计算 2 0.2a 2 0.6b 12 20.22 0.170.54maaH 12 20.62 0.170.94mbbH 1 1.7522 1.75 0.541.121.17m 3333 ll aa 不发生重叠 所以取 冲击系数1.17ma 0.3 2.活载弯矩计算 1 1400.94 (1)()1.3(1.75)24.889 828 1.172 kN m op bp Ml a 3.活载剪力计算 净跨径 0 1.5ml 图 3.1 板荷载分布 00 1 21.52 1.5 0.541.041 3333 m ll aa 不发生重叠 取1.04am 不发生重叠 0 1 1.5 0.540.280.820.5 33 m l aat 取 0.82ma 1.040.82 0.11 22 m aa 1 140 67.31 22 1.04 P A a 1 0 1 0 0.94 1.5 22 0.687 1.5 b l y l 22 2 140 ()(1.040.82)0.99 88 1.04 0.82 P Aaa aa 0 2 0 11 1.50.11 323 0.976 1.5 aa l y l 1122 (1)()1.3 (67.31 0.6870.99 0.976)61.37kN op VA yA y 3.1.3 内力组合内力组合 （1）.承载能力极限状态内力组合 1.0 (1.2 4.487 1.4 24.887)40.23kN m oud M 1.0 (1.2 2.198 1.4 61.37)88.56kN oud V 由于，即主梁抗扭能力大者 1 0.281.72 4 t h 跨中弯矩： 0.50.5 40.2320.12kN m oud MM 、 支点弯矩：0.70.7 40.2328.16kN m oud MM 、 （2）.正常使用极限状态内力组合 短期效应组合： 24.889 17.889 1.3 =4. 487+0. 7=kN mM 61.37 2.1980.735.24 1.3 kNV 长期效益组合： 24.889 4.4870.412.15 1.3 kN mM 61.37 2.1980.421.08 1.3 kNV 3.2.外边梁悬臂板内力计算外边梁悬臂板内力计算 3.2.1 恒载内力恒载内力 取纵向 1 米宽板条进行计算 每延米板上的永久作用 沥青混泥土面层： 1 0.09 1 252.25kN mg C40 混泥土面层： 2 0.08