田家湾桥施工图设计毕业设计.doc

河南城建学院本科毕业设计 目录 I 田家湾桥施工图设计毕业设计田家湾桥施工图设计毕业设计 目目 录录 前前 言言.1 1 引言引言.2 1.1 本毕业设计课题的技术参数.2 1.2 主要材料规格.2 2 方案拟定与比选方案拟定与比选.3 3 毛截面几何特性计算毛截面几何特性计算.5 3.1 基本资料.5 3.1.1 主要技术指标.5 3.1.2 材料规格.5 3.1.3 设计规范.5 3.2 截面几何尺寸图.6 3.2.1 桥面横断面布置图.6 3.2.2 板块结构几何尺寸.6 3.3 毛截面几何特性计算.7 4 主梁内力计算主梁内力计算.8 4.1 永久作用效应计算.8 4.2 可变作用效应计算.8 4.2.1 汽车荷载冲击系数计算.12 4.2.2 可变作用效应计算.13 4.3 作用效应组合.15 4.3.1 承载能力极限状态.16 4.3.2 正常使用极限状态.16 5 预应力钢束的估算及布置预应力钢束的估算及布置.18 5.1 预应力钢筋数量的估算.18 5.2 预应力钢筋的布置.19 5.3 普通钢筋数量的估算及布置.20 6 换算截面几何特性计算换算截面几何特性计算.23 6.1 换算截面面积.23 6.2 换算截面重心位置.23 6.3 换算截面惯性矩.24 6.4 换算截面弹性抵抗矩.24 河南城建学院本科毕业设计 目录 II 7 承载能力极限状态计算承载能力极限状态计算.25 7.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算.25 7.2 斜截面抗剪承载力计算.25 7.2.1 截面抗剪强度上，下限复核.25 7.2.2 斜截面抗剪承载力计算.26 8 预应力损失计算预应力损失计算.29 8.1 锚具变形、回缩引起的应力损失.29 8.2 加热养护引起的温度损失.29 8.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失.29 8.4 钢筋松弛引起的应力损失.30 8.5 混凝土收缩、徐变引起的预应力损失.30 8.6 预应力损失组合.32 9 验算验算.34 9.1 正常使用极限状态计算.34 9.1.1 正截面抗裂性验算.34 9.1.2 斜截面抗裂性验算.35 9.2 变形计算.38 9.2.1 正常使用阶段的挠度计算.38 9.2.2 预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置.38 9.3 持久状态应力验算.40 9.3.1 跨中截面混凝土的法向压应力验算.40 9.3.2 跨中预应力钢绞线的拉应力验算.40 9.3.3 斜截面主应力验算.41 9.4 短暂状态应力验算.42 9.4.1 跨中截面.43 9.4.2 四分之一截面.44 9.4.3 支点截面.45 10 最小配筋率复核最小配筋率复核.47 11 支座的选用支座的选用.48 11.1 选定支座的平面尺寸.48 11.2 确定支座的厚度.48 11.3 验算支座的偏转.50 11.4 验算支座的稳定性.51 12 下部结构计算下部结构计算.53 12.1 盖梁计算.53 12.1.1 设计资料.53 12.1.2 盖梁计算.54 12.1.3 内力计算.62 12.1.4 截面配筋设计与承载力校核.64 河南城建学院本科毕业设计 目录 III 12.1.5 斜截面抗剪承载能力验算.68 12.2 桥墩墩柱设计.69 12.2.1 方案比选.69 12.2.2 作用效用计算.70 12.2.3 截面配筋及应力计算.72 12.3 桩基设计.74 12.3.1 荷载计算.74 12.3.2 桩长计算.75 12.3.3 桩的内力计算.76 12.3.4 桩身截面配筋与承载力验算.78 12.3.5 墩顶纵向水平位移验算.79 12.3.6 墩顶纵向水平位移验算.79 12.4 埋置式桥台设计.80 12.4.1 土压力计算.80 12.4.2 支座反力引起的桥台内力计算.81 12.4.3 荷载组合.82 12.4.4 桥台配筋及验算.83 设计总结设计总结.84 致致 谢谢.85 参考文献参考文献.86 河南城建学院本科毕业设计 前言 - 1 - 前 言 毕业设计是专业教学过程的最后一个环节，是学生对所学知识的综合运用。 通过毕业设计，使学生较系统的掌握所学的理论知识，同时与工程实际相结合； 是培养学生实际工作能力的一个重要实践性教学环节。在教师的指导下使学生能 独立地系统地全面完成桥梁工程的初步设计和施工图设计，掌握桥梁工程的设计 基本程序和任务。学会搜集资料、考虑问题、分析问题和解决问题的方法，进一 步巩固所学课程，并能查阅资料，理解和应用公路工程技术标准、公路桥涵设计 和施工规范。为毕业后从事桥梁技术工作打好基础。通过毕业设计，也使我们学 生对某一课题作专门深入系统的研究，巩固、扩大、加深已有知识，培养综合运 用已有知识独立解决问题的能力。毕业设计也是我们学生走上国家建设岗位前的 一次重要的实习。 本次设计主要包括以下几个方面的内容：（1）根据已有的原始资料，确定 不同的桥式方案并绘图。 （2）进行桥式方案的比选和工程量的计算。 （3）对基本 尺寸的选择进行探讨（包括梁高、边跨与中跨长度及比值等参数） 。 （4）对选用 方案进行施工图设计：选择合理可行的建筑材料；初步拟定合适的施工方法；确 定设计荷载等级及各种作用因素量值；细化结构及构件的具体几何尺寸。 （5）建 立构件与结构的计算简图；计算各种荷载作用下结构的内力、位移及反力；按照 规范进行荷载效应组合；分析出最不利（一般为最大和最小）荷载效应作为设计 依据；进行截面配筋设计；验算上部结构主要构件的强度、刚度与稳定性。若不 符合要求，则需修改设计或提出修改措施。 （6）桥梁下部结构尺寸拟定；验算下 部结构主要构件的强度、刚度与稳定性。 总之，通过毕业设计，使我们达到基本知识基础理论、基本技能（三基）和 运用知识网络获取知识的能力，计算机应用的能力，外语能力以及文化素质，思 想品德素质，业务素质（三个素质）的训练，培养我们运用所学专业知识和技术， 研究，解决本专业实际问题的初步能力。 河南城建学院本科毕业设计 引言 - 2 - 1 引言 1.1 本毕业设计课题的技术参数 (1)地质水文资料 根据本次勘察结果，结合区域地质资料及本次地质调查结果综合分析，桥位 区覆盖层厚度较大，下伏基岩为二叠系上统山西组（P2S）含砾砂岩、泥质粉砂岩， 呈单斜构造，桥位区地质构造简单，区域地质基本稳定。桥位区地表水较发育， 右侧 40m 处为黄河，地下水主要为孔隙水及基岩中裂隙水，孔隙水主要赋存于粉 砂、卵石层中，接受大气降水补给，裂隙水主要赋存于含砾砂岩、泥质粉砂岩的 风化裂隙及构造裂隙中，以裂隙发育带为主要赋水部位，主要靠大气降水及地表 水下渗补给，本次勘察，钻孔揭露地下水埋深 0.8m-6.0m，水量丰富。 (2)工程概况 田家湾桥位于城市环线道路，设计桥梁与道路正交，双向四车道，设计行车 速度 100km/h，该桥跨越道路形式为城市交通繁忙地带，净-11+23m（绿化） +24.5m。 (3)设计荷载 城市-A 级。 (4)地震烈度：地震烈度 7 度，具体按公路桥涵抗震设计规范办理。 (5)工程地质评价 根据本次勘察结果，结合区域地质资料及本次地质调查结果综合分析，桥位 区下伏基岩为二叠系上统山西组（P2S）含砾砂岩、泥质粉砂岩，呈单斜构造，地 质构造简单，桥位区区域地质基本稳定，适宜桥梁建设。 1.2 主要材料规格 (1)普通钢筋主要用 HRB335 钢筋，预应力钢筋用钢铰线。 2 . 15 s (2)采用 C50 混凝土浇注预制主梁和浇注铰缝，栏杆和安全带用 C30 混凝土， 桥面面层为沥青混凝土。 (3)施工工艺采用先张法施工，预应力钢铰线采用两端同时对称张拉。支座 采用板式橡胶支座。 河南城建学院本科毕业设计 方案拟定与比选 - 3 - 2 方案拟定与比选 设计原则主要是要根据建设单位的对于桥梁的功能要求进行设计，满足该桥 梁的特定功能，田家湾桥位于城市环线道路，设计桥梁与道路正交，双向四车道， 设计行车速度 100km/h，该桥跨越道路形式为城市交通繁忙地带，净- 11+23m（绿化）+24.5m，既要满足车辆的通行安全，同时必须考虑汽车等 的通行顺畅。在接受设计任务时是要考虑以上情况的。其次建设这座桥一方面要 考虑安全问题，同时设计时一定要考虑经济方面，尽量要在满足功能的情况下， 降低造价；另外还考虑了施工技术上和环境的结合。总结起来：安全，适用，经 济，美观，环保。 通过以上内容选定一下三种方案： 表 2.1 各方案主要优缺点比较表 桥梁方案 装配式预应力空心板简支 梁桥 装配式预应力混凝土 T 形梁桥 预应力混凝土连续箱 梁桥 桥跨布置 （m） 216216230 安全性 自重轻，跨径合适，施工 安全。 整体性好，自重小。 整体性好，结构刚度大， 变形小，抗震性能好。 适用性 1：属静定结构，且相邻桥 孔各自单独受力，故最易 设计成各种标准跨径的装 配式构件。 2：适用于中小跨径桥梁， 重量不大，架设方便。 3：技术成熟，且使用较广。 1：减少了结构自重， 充分利用了扩展的混 凝土桥面板的抗压能 力。 2：制造简单，肋内配 筋可做成刚劲的钢筋 骨架，整体性好，接 头也较方便。 1：属于超静定结构， 结构刚度大，稳定性好。 2：连续梁各跨共同受 力，由于支点的负弯矩 减小了主梁的跨中弯矩， 主梁受力更加均匀，截 面高度小。 3：变形小，伸缩缝少， 行车平顺舒适。 4：设计计算比较复杂。 美观性标准形式，使用于较长桥较空心板桥，更为轻主桥线条简洁明快，因 河南城建学院本科毕业设计 方案拟定与比选 - 4 - 梁时，多跨降低了美观性。 便；且可用于较大跨 径，克服多跨对美观 影响的缺点。 为其截面高度适中，高 跨比显的协调。 通过方案比较很容易确定装配式预应力简支空心板桥为最佳设计方案。 河南城建学院本科毕业设计 毛截面几何特性计算 - 5 - 3 毛截面几何特性计算 3.1 基本资料 3.1.1 主要技术指标 桥跨布置为 2 16 m，空心板配筋计算及验算按任一孔计算，单孔技术指标 如下如下： 标准跨径：16.00 m。 计算跨径：15.56 m。 桥面总宽:（路基宽 25.5m，城市环线道路） ，半幅桥全宽 12.5m。 设计荷载：城市A 级。 环境标准：类环境。 3.1.2 材料规格 预应力钢筋采用，钢绞线；非预应力普通钢筋 HRB335,R235;空心2 .15 s 71 板块混凝土采用 C50，铰缝采用C40 混凝土；桥面 铺装采用 C30 沥青混凝土和 C40 防水混凝土。 3.1.3 设计规范 （1）JTJ01-1997.公路工程技术标准S.北京:人民交通出版社,1997 简称 标准 。 （2）JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范S.北京:人民交通出版社,2004. 简称桥规 。 （3）JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规范S.北京:人民 交通出版社,2004.简称公预规 。 （4）JTG D60-1985.公路桥涵地基与基础设计规范S. 北京:人民交通出版, 1985。 3.2 截面几何尺寸图 该桥净空为 0.5+1+23.75+3+0.5，全桥宽采用 9 块 C50 混凝土空心板预制件， 每块空心板宽度为 124cm,高 95cm,。采用先张法施工，预应力钢绞线采用两端同 时对称张拉。 河南城建学院本科毕业设计 毛截面几何特性计算 - 6 - 3.2.1 桥面横断面布置图 图 3.1 横断面布置图 3.2.2 板块结构几何尺寸 图 3.2 边板图 河南城建学院本科毕业设计 毛截面几何特性计算 - 7 - 图 3.3 中板图 3.3 毛截面几何特性计算 表 3.1 毛截面几何特性表 板号边板中板 AI x yAI x y 几何特性 0.72100.07980.4180.55510.06220.484 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 8 - 4 主梁内力计算 4.1 永久作用效应计算 一期恒载：预制板重力密度取 1 q 3 m/26KN 边板 =A边 = 260.721=18.746 1 qm/KN 中板 =A中 = 260.5551=14.433 1 qm/KN 二期恒载 q2 ： 100mm C40 混凝土和 100mm 沥青混凝土铺装重力密度取 3 m/24KN 铰缝混凝土 0.1144，重力密度取 m/m3 3 m/25KN 护栏（单侧）0.35，重力密度取 ，近似按横向分布系数分配m/m3 3 m/25KN 重量，边板取 0.236，中板取 0.194。 边板： q2 = m/560.14236 . 0 35 . 0 2525 . 01144. 025875 . 1 1 . 0242KN 中板： q2 = m/255.12194 . 0 35 . 0 2521144 . 0 2525 . 1 1 . 0242KN 由此可计算出简支空心板的恒载(自重效应),计算结果见表 4.1 表 4.1 永久作用效应汇总表（中板） 项目作用效应(kN/m)M作用效应(kN)V 跨中1/4 跨) 作用种类 计算 跨径436.80327.60支点1/4 跨跨中 1 g370.89278.17112.2956.140 2 g 15.56 95.3447.670 4.2 可变作用效应计算 本设计为城市环线道路，故汽车荷载采用城市-A 级荷载，它由车道荷载和车 辆荷载组成。 桥规规定桥梁结构整体计算采用车道荷载。城市-A 级车道荷载 的均布荷载标准值集中荷载两部分组成。 k q k p =10.5KN/m k q KN24.2221805-56.15 5-50 180-360 pk）（ 而在计算剪力效应时，集中荷载标准值应乘以 1.2 的系数，即计算剪力 k p 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 9 - KN69.26624.2222 . 1p2 . 1p kk 、 按桥规车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生最不利效应的同号影响 线上，集中荷载标准值只作用在相应影响线中一个最大影响线峰值处。本桥采用 双车道，应考虑折减为 1.0。 汽车荷载横向分布系数计算 空心板跨中和 L/4 的横向分布系数按铰接板法计算。支点按杠杆法计算荷载 横向分布系数；支点到 L/4 间按直线内插求得。 （1）跨中和 L/4 的荷载横向分布系数： 首先计算空心板的刚度系数： 由前面计算得到： IT = 4 0622 . 0 mI 111 . 0 4 m b=1.24m L=15.56m 将以上数据代入： r=0.0206 求得刚度系数后，即可查公路桥涵设计手册-梁桥（上册） （徐光辉，胡明 义，主编，人民交通出版社，1996 年 3 月）中铰接板桥荷载横向分布影响线表， 由 r=0.0206 车道荷载作用下荷载横向分布系影响线，计算结果列表 4.2 中，由表 4.2 画出各板横向分布影响线图 4.1，并按横向最不利位置布载，求得两车道情况 下各板的横向分布系数。由于桥梁横断面结构对称，所以只需计算 1 号至 5 号板 的横向分布影响线坐标值。 表 4.2 各板的横向分配影响线竖标值表 荷载作用板 号 节点号 1#2#3#4#5# 10.2360.1940.1470.1130.088 20.1940.1890.1600.1220.095 30.1470.1600.1640.1410.110 40.1130.1220.1410.1520.134 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 10 - 180013001800 续表 荷载作用板 号 节点号 1#2#3#4#5# 50.0880.0950.1100.1340.148 60.0700.0750.0870.1060.134 70.0570.0620.0720.0870.110 8 0.0490.0530.0620.0750.095 90.0460.0490.0570.0700.088 根据表 4.2 作出影响线: 一号板影响线 0.236 0.194 0.147 0.113 0.088 0.07 0.059 0.0490.046 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 123456789 二号板影响线 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 123456789 三号板影响线 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 123456789 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 11 - 四号板影响线 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 123456789 五号板影响线 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 123456789 图 4.1 影响线图及布载位置 根据各板的横向分布影响线图，在上加载求得各种作用下的横向分布系数如 下： 汽车荷载作用下：m汽=1/2i 汽 板号 1： 二列汽车： m2 汽=1/2（0.245+0.183+0.130+0.102）=0.330 板号 2： 二列汽车： m2 汽=1/2（0.200+0.181+0.152+0.105）=0.319 板号 3： 二列汽车： m2 汽=1/2（0.155+0.164+0.152+0.128）=0.300 板号 4： 二列汽车： m2 汽=1/2（0.115+0.138+0.152+0.131）=0.268 板号 5： 二列汽车： m2 汽=1/2（0.120+0.140+0.148+0.135）=0.272 见表 4.3： 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 12 - 表 4.3 车道荷载作用下的横向分布系数表 板号1#2#3#4#5# m2 汽0.3300.3190.3000.2680.272 为设计和施工方便，各空心板设计成统一规格。同时考虑到人群荷载与汽车 荷载效应组合，因此跨中和处的横向分布系数偏于安全地取不利数值：4/ l m2 汽=0.330 (2)支点的荷载横向分布系数，则按杠杆法计算，由图 4.2 得板的支点荷载横 向分布系数如下： 图 4.2 支点处荷载横向分布影响线及最不利布载图 m汽=0.51.200=0.600 （3）支点到 L/4 处的荷载横向分布系数按内插法求得。 空心板荷载横向分布系数汇总于如下。 表 4.4 空心板的荷载横向分布系数 作用位置跨中至 L/4 处支点 汽车荷载0.3000.600 4.2.1 汽车荷载冲击系数计算 桥规规定汽车荷载的冲击力标准值为汽车荷载标准值乘以冲击系数。 按结构基频的不同而不同,对于简支板桥:f 2 2 c c EI f lm 当时, =0.05;当时, =0.45;当时, z Hf5 . 1 z Hf14 1.514 z HZfH 。 0.1767ln0.0157f 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 13 - 其中：,Imml56.15 a MPE 5 1045. 30622 . 0 c 4 = c mmkg G /10471 . 1 81 . 9 5551 . 0 1026 g 3 3 代入得: )(83 . 7 10471. 1 0622 . 0 1045. 3 56.152 3 10 2 Hzf 所以, =-0.0157=0.348f0.1767ln 1+=1.348 4.2.2 可变作用效应计算 （1）车道荷载效应 跨中截面 两车道荷载： 不计冲击时() kkkk Mm qp y 汽 kNm16.390)89. 324.2222642.305 .10(330 . 0 1 计入冲击(1)() kkkk Mm qp y 汽 kNm94.52516.390348 . 1 不计冲击时 )( kkkk ypqmV 汽 kN74.50) 5 . 069.266945 . 1 5 . 10330 . 0 1（ 计入冲击 V =(1+ )() kkkk m qp y 汽 kN40.6874.50348 . 1 l/4 截面 两车道荷载： 不计冲击时() kkkk Mm qp y 汽 kNm61.2929175. 224.2226981.22 5 . 10(330. 01） 计入冲击 (1)() kkkk Mm qp y 汽 KN/m44.39461.292348 . 1 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 14 - 不计冲击时 )( kkkk ypqmV 汽 kN81.170.75266.694.3762 5 . 10330. 01）（ 计入冲击 V1() kkkk m qp y 汽 KN42.10917.81348. 1 支点截面剪力 计算支点截面由于车道荷载产生的效应时，考虑横向分布系数沿空心板跨长 的变化，同样均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利的同号影响线上，集中 荷载标准值只作用于相应影响线中一个最大影响线的峰值处，见图 4.5。 两车道荷载： 不计冲击时: )600 . 0 69.2668/5 .1056.15270 . 0 2/56.155 .10330 . 0 1 （ 汽 V KN49.192 计入冲击: KNV48.25949.192348 . 1 汽 图 4.5 简支空心板支点截面内力影响线及加载图 可变作用效应汇总表 4.5 中： 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 15 - 表 4.5 可变作用效应汇总表 跨中弯矩 M（）kN mA剪力 V（kN） 位置 跨中L/4 处跨中L/4 处支点 车道荷载（不计冲击系数） 390.16292.6150.7481.17192.49 车道荷载（计冲击系数）525.94394.4468.40109.42259.48 4.3 作用效应组合 按桥规公路桥涵结构设计应按承载能力极限状态和正常使用极限状态进 行效应组合，并用不同的计算项目。 4.3.1 承载能力极限状态 按承载能力极限状态设计时的基本组合表达式为： )4 . 12 . 1 ( 100QjKKQGKud SSSrSr 式中：结构重要性系数，本桥属中小桥，=1.0； 0 0 效应组合设计值；永久作用效应标准值； ud S GK S 汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值。 1Q k S 人群荷载效应的标准值 QjK S 4.3.2 正常使用极限状态 按正常使用极限状态设计时，应根据不同的设计要求，采用以下两种效应组 合: 作用短期效应组合表达式： QjKKQGKsd SSSS 1 7 . 0 式中：作用短期效应组合设计值； sd S 永久作用效应标准值； GK S 不计冲击的汽车荷载效应标准值。 1Q k S 人群荷载效应的标准值 QjK S 作用长期效应组合表达式： 河南城建学院本科毕业设计 主梁内力计算 - 16 - QjKKQGKsd SSSS 1 7 . 0 式中：各符号意义见上面说明。 桥规还规定结构构件当需要弹性阶段截面应力计算时，应采用标准值效 应组合，即此时效应组合表达式为： QjKKQGKsd SSSS 1 式中：标准值效应组合设计值；S ，永久作用效应，汽车荷载效应（含汽车冲击力）的标准值。 GK S