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1、湖北工业大学毕业设计（论文） 1 摘 要 鄂黄高速公路桥梁初步设计为 30m 的预应力混凝土简支箱形梁桥。该桥采用四车道 布置。上部为装配式部分预应力混凝土简支箱梁。预制箱梁高 1.6m，主梁间距 3.2m。为 降低主梁高度，减少预应力引起的上拱度，后张法预应力混凝土箱梁在设计荷载下按部 分预应力混凝土 A 类构件设计，主梁配筋采用预应力筋和非预应力筋混合配筋。锚具采 用 OVM155 型锚具，锚具变形钢筋回缩按 4mm 计。预制件在张拉钢绞线时混凝土的强度 应达到 85%以上方可张拉。下部桥墩为钢筋混凝土圆形双柱式墩，墩柱直径 1.4m；桥墩 基础为单排双列钻孔灌注桩基础，桩径 1.6m。桥
2、墩盖梁为连续墩盖梁，按简支梁计算盖 梁内力及墩柱顶竖向反力。桩基采用为单排桩形式，间距 7.6m。 关键词：预应力混凝土简支梁；箱梁； 桩基础； 桥梁 湖北工业大学毕业设计（论文） 2 AbstractAbstract The program of Guole Bridge from Baga to Jilin county preliminary design for 20m pre-stressed concrete free supported box girder bridge. This bridge has two driveway.The upside of bridge is
3、the type of assembly partial prestressed reinforcement concrete simple underprop box girder. Prefabricating box girder has the tallness of 1.6m, the girders span length is 3.20m. In order to reduce the girders tallness, reduce the superior camber which the pre-stressed causes, the post tenioning pre
4、-stressed concrete box girder under the designed load is designed according to the partical pre-stressed concrete A member, the girder adopt the mixed complex of the pre-stressed reinforcing steel bar and the non-pre-stressed reinforcing steel bar. The anchorage uses the OVM15-5 anchorage, the ancho
5、rages distortion and reinforcing steel bars shrinkage is according to the length of 4. Pre-workpiece when pull the steel wring wire, the reinforcing steel bar can be tension until the concrete tensive intensity should only achieve above 85%. The pier of the bridges Infrastructure is the reinforced c
6、oncrete circular distyle pillar, foot stalls diameter is 1.4m; Piers bedrock for single line double row drill hole irrigation pile foundation, stakes diameter is 1.6m. Bridge pier plate girder is continual pier plate girder which calculates plate piers internal force and the piers top vertical force
7、 according to the simple beam. Pile foundation use the single piling form, span 7.6m. KeywordsKeywords：Prestressed Concrete Simple Beam， Box girder；Pile foundation；Bridge 湖北工业大学毕业设计（论文） 3 湖北工业大学毕业设计（论文） 1 目 录 目目 录录 -1 1 摘 要 -1 1 ABSTRACTABSTRACT -2 2 1.1.绪论绪论 -1 1 2.2.设计基本资料设计基本资料 -2 2 2.1 设计资料-2 3.
8、3.上部结构计算设计资料及构造布置上部结构计算设计资料及构造布置 -4 4 3.1 桥梁纵向布置-4 4.2 横断面布置-4 4.3 计算截面几何特征-5 5 5主梁作用效应计算主梁作用效应计算 -8 8 5.1 永久作用效应计算-8 5.2 可变作用效应计算-9 5.3 预应力钢束的估算及其布置-16 6.6.主梁截面几何特性计算主梁截面几何特性计算 -2323 7.7.钢束预应力损失估算钢束预应力损失估算 -2626 8.8.持久状况截面承载力极限状态计算持久状况截面承载力极限状态计算 -3232 8.1 正截面承载力计算-32 8.2 斜截面承载力计算-33 8.3 斜截面抗弯承载力计算
9、-34 9.9.应力验算应力验算 -3535 9.1 短暂状况的正应力验算-35 9.2 持久状况的正应力验算-36 10.10.抗裂性验算抗裂性验算 -4040 10.1 作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算-40 10.2 作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算-40 11.11.锚固区局部承压验算锚固区局部承压验算 -4343 11.111.1 局部承压区的截面尺寸验算局部承压区的截面尺寸验算-4343 11.2 局部抗压承载力验算-43 12.12.主梁变形验算主梁变形验算 -4545 12.1 使用阶段的挠度计算-45 12.2 预拱度设置-46 13.13.横隔梁计算横隔梁计算
10、-4747 13.1 跨中横隔梁的作用效应影响线-47 13.2 截面作用效应计算-49 13.3 截面配筋计算-50 14.14.行车道板计算行车道板计算 -5151 14.1 悬臂板荷载效应计算-51 14.2 连续板荷载效应计算-52 湖北工业大学毕业设计（论文） 2 14.3 板面配筋-54 14.4.抗剪验算 -55 15.15.双柱式桥墩和钻孔灌注桩的设计资料双柱式桥墩和钻孔灌注桩的设计资料 -5656 16.16.盖梁计算盖梁计算 -5757 16.1 荷载计算-57 16.2 内力计算-65 16.3 盖梁各截面的配筋设计与承载力校核-68 17.17. 桥墩墩柱计算桥墩墩柱计
11、算 -7373 17.1 荷载计算-73 17.2 截面配筋计算及应力验算-75 1818 钻孔灌注桩钻孔灌注桩-7878 18.1 荷载计算-78 18.2 桩长计算-79 18.3 桩的内力计算（M法）-80 18.4 桩身截面配筋与强度验算-83 18.5 墩顶纵向水平位移验算-85 1919 施工方法施工方法 -8787 19.1 基础施工-87 17.2 箱梁预制及安装-88 19.3 桥面板施工-94 19.4 桥梁伸缩缝-94 参考文献参考文献 -9595 致谢致谢 -9696 湖北工业大学毕业设计（论文） 1 1.1.绪论绪论 按照受力体系分类，桥梁有梁、拱、索三大基本体系，其
12、中梁桥以受弯为主，拱桥 以受压为主，悬索桥以受拉为主。梁桥是一种在竖向荷载下无水平反力的结构，也正因 为这样，梁桥与同跨径的其他体系相比，其主要特点是内力以弯矩为主，尤其是简支梁。 但总的来说，桥梁结构简单，受力明确，施工较为简单，并且对地基的要求不是太高， 在一般中小跨境桥梁中有广泛的应用。 湖北工业大学毕业设计（论文） 2 2.设计基本资料 2.1 设计资料 2.1.1 桥梁全长及桥宽 鄂黄高速公路桥梁设计，半幅桥宽 13m，桥面净宽：净-0.5+33.75+0.2m。 2.1.2 设计荷载 汽车荷载：公路-级；每侧防撞栏的作用力：8.65KN/m。 2.1.3 材料及工艺 混凝土：主梁采
13、用 C50 混凝土；钢绞线：预应力钢束采用 s15.2 钢绞线；钢筋： 直径大于等于 10mm 的采用 HRB335 钢筋，直径小于 10mm 的采用 R235 钢筋。 采用后张法施工工艺制作主梁。预制时，预留孔采用内径 50mm、外径 55mm 的预埋金 属波纹管成型，钢绞线采用 TD 双作用千斤顶两端同时张拉，锚具采用夹片式群锚。主梁 安装就位后现浇 800mm 宽的湿接缝，最后施工混凝土防水层和沥青混凝土面层。 2.1.4 基本计算数据 基本计算数据见表 21. 表 21 材料及特性 名称项目 符号 单位 数据 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
14、心抗拉设计强度 fcu,k Ec fck ftk fcd ftd MPa MPa MPa MPa MPa MPa 50.00 3.45104 32.4 2.65 22.40 1.83 短暂状态容许压应力 容许拉应力 0.7fck 0.7ftk MPa MPa 20.72 1.76 标准荷 载组合 容许压应力 容许主压应力 0.5 fck 0.5 fck MPa MPa 16.20 19.44 C50 混凝土 持久状态 短期效 应组合 容许拉应力 容许主拉应力 st- 0.85pc 0.6ftk MPa MPa 0.00 1.59 标准强度 弹性模量 抗拉设计强度 最大控制应力 Fpk Ep F
15、pd 0.75fpk MPa MPa MPa MPa 1860 1.95105 1260 1395 15.2 钢绞线 持久状态应力标准荷载组合 0.65 fpkMPa1209 湖北工业大学毕业设计（论文） 3 抗拉标准强度 fskMPa335HRB335 抗拉设计强度 fsdMPa280 抗拉标准强度 fskMPa235 普通钢筋 R235 抗拉设计强度 fsdMPa195 材料重度钢筋混凝土 钢绞线 1 2 KN/m3 KN/m3 25.00 78.50 钢束与混凝土的弹性模量比 Ep 无量纲 5.65 注 本桥考虑混凝土强度达到 C45 时开始张拉预应力钢束。和分别表示 0.7 ck f
16、0.7 tk f 钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则： 0.729.6,0.72.51. cktk fMPafMPa 2.1.5 设计依据 公路工程技术标准 （JTG B01-2003） 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004） 湖北工业大学毕业设计（论文） 4 4.上部结构计算设计资料及构造布置 4.1 桥梁纵向布置 标准跨径：30m；主梁全长：29.84m：计算跨径：29.24m； 4.2 横断面布置 4.2.1 主梁间距与主梁片数 根据所需桥面宽度，主梁间距采用 3200mm，选用四片主梁，横断面布置
17、如图 41。 图 41 结构布置图（尺寸单位：mm；上一排为中梁横断面，下一排为边梁横断面） 湖北工业大学毕业设计（论文） 5 4.2.2 主梁跨中截面主要尺寸拟定 （1）主梁高度 预应力混凝土简支箱梁的主梁高度与其跨径大小有关。当建筑高度不受限制时，增大梁高可以 节省预应力钢束用量，同时梁高加大一般只是腹板加高。而混凝土用量增加不多，因此增大梁高往 往是较经济的方案。综上考虑，取主梁高度为 1600mm。 （2）主梁截面细部尺寸 箱梁顶板厚度主要按照行车道板的要求来设计，本桥取 180mm，跨中梁段的底板可尽量做得薄 些，但从施工要求出发，一般不宜小于 150mm 或梁肋间净距的 1/16，
18、本桥取 180mm，支点处为 250mm，梁肋主要承受截面的剪应力和主拉应力，其最小厚度应满足剪切强度极限的要求，本桥取 180mm，支点处为满足锚固的要求增大到 250mm。 按照上述拟定的外形尺寸，绘制出主梁截面图见图 41。 4.3 计算截面几何特征 4.3.1 全截面几何特性的计算 将主梁跨中截面划分成三个小单元，见图 42。 图 42 主梁跨中截面分块图 截面形心至下缘的距离为：ys=Aiyi/A 式中：Ai - 分块面积； yi- 分块面积的形心至下缘的距离。 由于主梁宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主梁 工作截面有两种：预制和吊装阶段的小截面
19、（b=2400mm） ；运营阶段的大截面（b=3200mm） 。主梁跨 中截面的全截面几何特性如表 41，42，43 ，44 所示。 表 41 主梁跨中中梁小截面的几何特性 分块名 称 分块面积 Ai（cm2 ） （1） yi(cm) (2) 分块面积对下 缘静 Si(cm3) (3)=(1)(2) di=ys-yi (cm) (4) 分块面积对截面 形心惯性矩 Ix（cm4） (5)=(1) (4)2 分块面积的 惯性 Ii（cm4） （6） 湖北工业大学毕业设计（论文） 6 顶板 4323.38150.99652787.14-53.8212521912.03124998.545 腹板 47
20、28.0382.87391811.8414.30967171.2596629400.00 底板 1875.109.1517157.1688.0214528196.6550344.43 10926.50-1061756.15-28017279.946804742.98 I=Ii+Ix=34822022.92 cm4，小毛截面形心至上缘距离 ys=Aiyi/A=97.17 cm,yx=160-97.17=62.83 cm 表 42 主梁跨中中梁大截面的几何特性 分块名 称 分块面积 Ai（cm2 ） （1） yi(cm) (2) 分块面积对下 缘静 Si(cm3) (3)=(1)(2) di=ys
21、-yi (cm) (4) 分块面积对截面 形心惯性矩 Ix（cm4） (5)=(1) (4)2 分块面积的 惯性矩 Ii（cm4） （6） 顶板 5763.23151.00870247.73-47.5613034365.2175239.20 腹板 4728.0382.87391811.8420.572001183.716629400.00 底板 1875.109.1517157.1694.2916671928.7750344.432 12366.36-1279216.74-31707477.686854983.64 I=Ii+Ix=38562461.32 cm4，ys=Aiyi/A=103.4
22、4 cm,yx=160-103.44=56.56 cm 表 43 主梁跨中边梁小截面的几何特性 分块名 称 分块面积 Ai（cm2） （1） yi (cm) (2) 分块面积对下 缘静矩 Si(cm3) (3)=(1)(2) di=ys-yi (cm) (4) 分块面积对截面 形心惯性矩 Ix（cm4） (5)=(1) (4)2 分块面积的 惯性矩 Ii（cm4） （6） 顶板 5836.85149.10870274.33-47.7813323825.13245868.58 腹板 4230.1476.27322632.7825.052654911.904867860.00 底板 1876.00
23、9.1617184.1692.1615934538.4350414.25 11942.99-1210091.27-31913275.465164142.83 I=Ii+Ix=37077418.29 cm4，ys=Aiyi/A=101.32 cm,yx=160-101.32=58.68 cm 表 44 主梁跨中边梁大截面的几何特性 分块名分块面积 yi 分块面积对下 di=ys-yi 分块面积对截面分块面积的 湖北工业大学毕业设计（论文） 7 称Ai（cm2 ） （1） (cm) (2) 缘静 Si(cm3) (3)=(1)(2) (cm) (4) 形心惯性矩 Ix（cm4） (5)=(1) (
24、4)2 惯性 Ii（cm4） （6） 顶板 6556.85149.61980970.33-53.8212521912.03279527.68 腹板 4230.1476.27322632.7820.572001183.714867860.00 底板 1876.009.1617184.1694.2916671928.7750414.25 12662.99-1061756.15-31707477.686854983.64 I=Ii+Ix=38963367.87 cm4，ys=Aiyi/A=104.30 cm,yx=160-104.30=55.70 cm 4.3.2 检验截面效率指标 （希望 在 0.
25、45 到 0.55 之间） 中梁截面： 截面重心至上核心点的距离： ks=I/A/ys=38562461.32/12366.36/103.44=30.15cm 截面重心至下核心点的距离： kx=I/A/yx=38562461.32/12366.36/56.56=55.13cm 截面效率指标：=（ks+ kx）/h=（30.15+55.13）/160=0.53 边梁截面： 截面重心至上核心点的距离： ks=I/A/ys=38963367.87/12662.99/104.30=29.50cm 截面重心至下核心点的距离： kx=I/A/yx=38963367.87/12662.99/55.70=55
26、.24cm 截面效率指标：=（ks+ kx）/h=（29.50+55.24）/160=0.53 根据设计经验，一般截面效率指标取 为 0.45 至 0.55，且较大者亦较经济。上述计算结果表 明，初拟的主梁跨中截面是比较合理的。 4.3.3 横截面沿跨长的变化 主梁采用等高形式，箱梁顶板沿跨长不变。梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局 部应力。因此，在距梁端 2000mm 范围内将腹板和底板加宽（见图 21） 。 4.3.4 横隔梁的设置 由于箱梁抗扭刚度较大，所以仅在端部设置端横隔梁。 湖北工业大学毕业设计（论文） 8 5主梁作用效应计算 先计算永久作用效应，在计算活载作用下的荷载横
27、向分布系数，并求得各主梁控制截面 （跨中、四分点和支点截面）的最大可变作用效应，最后进行作用效应组合。 5.1 永久作用效应计算 5.1.1 永久作用集度 （1）预制梁自重（一期恒载） 按跨中截面计，主梁恒载集度：g（1）中=261.09265=28.4089KN/m g（1）边=261.1942=31.0518KN/m 由于变截面的过渡区段折算成的荷载集度： g（2）=25（1.2420.51.50.09+1.50.090.50.731/31.520.09 0.09）2/29.24=0.357 KN/m 由于两端腹板和底板加宽所增加的重力折算成的荷载集度： g（3）=252/29.24（1.
28、2420.090.5+0.730.090.5- 0.090.090.52） =0.233 KN/m 端部横隔梁的体积：0.620.25=0.155m3 中主梁的横隔梁恒载集度：g（4）中=2 g（4）边=0.530 KN/m 边主梁的横隔梁恒载集度：g（4）边=2520.155/29.24=0.265 KN/m 中主梁的一期恒载集度:g1 中=28.4089+0.357+0.233+0.530=29.529KN/m 边主梁的一期恒载集度: g1 边=31.0518+0.357+0.233+0.265=31.907 KN/m (2)二期恒载 一侧防撞栏 8.65 KN/m 中主梁湿接缝缝折算的荷
29、载集度:g(5)中=2 g(5)边 边=5.200 KN/m 边主梁湿接缝缝折算的荷载集度: g(5)边=25(0.4830.2502+29.840.089)/29.24=2.600 KN/m 桥面铺装折算成的恒载集度: g(6)中=253.20.08+243.20.1=14.08 KN/m g(6)边=253.20.08+240.12.8=13.12 KN/m 恒载计算汇总见表 51 . 表 51 恒载汇总表 梁号一期恒载 g1(KN/m)二期恒载 g2(KN/m)总恒载(KN/m) 131.9078.65+2.60+13.12=24.3656.267 湖北工业大学毕业设计（论文） 9 22
30、9.5295.2+14.28=19.4849.009 5.1.2 永久作用效应 如图 51 所示,设 x 为计算截面离支座的距离,并令 =x/l,则主梁弯矩和剪力的计 算公式为: Mg=1/2(1-)l2gi,Qg=1/2(1-2)lgi 图 51 永久作用效应计算图 永久作用效应计算结果见表 52 。 表 52 永久作用效应计算表 Mg(KN/m)Qg(KN) 项目总荷载 （KN/m）跨中四分点四分点支点 0.500.250.250 156.2676013.3784510.034411.312822.624 249.0095237.7003928.275358.256716.512 5.2
31、可变作用效应计算 5.2.1 冲击系数和车道折减系数 1.简支梁桥结构基频计算： 2 2 c c EI f lm 湖北工业大学毕业设计（论文） 10 式中： 结构的计算跨径（） lm E 结构材料的弹性模量 () 2 /N m Ic结构跨中截面的截面惯性矩 () 4 m mc结构跨中处的单位长度质量（） ， /kg m l=29.24m；E=3.451010N/m2；Ic 边=38963367.87 cm4；Ic 中=38562461.32 cm4； Mc 边=5539.25kg/m；Mc 中=4803.87 kg/m。 则：f 边=3.92(Hz) ；f 中=3.94(Hz) 冲击系数：中=
32、0.1767ln3.940.0157=0.227 所以 1+=1.227 边=0.1767ln3.920.0157=0.226 1+=1.226 按公路桥规4.3.1 条，当车道数大于等于 2 时，需进行车道折减。三车道折减系 数为 0.78，四车道折减系数为 0.67，但折减后的值不得小于两行车队布置时的计算结果。 2.主梁的荷载横向分布系数 （1）跨中的荷载横向分布系数 mc（修正刚性横梁法） 本设计桥跨内设有五道横隔梁，承重结构的宽跨比为 B/l=13/29.24=0.4440.5，是 窄桥，可按修正横梁法来计算横向分布系数 mc。 计算主梁抗扭惯性矩 IT 对于箱型截面，单根主梁抗扭惯性矩可近似计算为： 2 3 1 4 n Tii i i Icbt ds t A 式中：-封闭图形中心线所围成的图形的面积； bi 、ti-为相应单个矩形截面的宽度和高度； ci-为矩形截面抗扭刚度系数； n-为梁截面划分成单个矩形界面的个数。 由 cad 中直接查询得：=1732462mm2 将数据代入得： IT 中=417324.622/(157.5+86.5)/18+(144.75+148.01)/17.26)+ 20.2440183 =39452583.48cm4 IT 边=417324.6