桥梁工程毕业论文11.doc

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1、内蒙古工业大学毕业论文前 言通过两个多月紧张而有序的勤奋努力，本次毕业设计终于告一段落，毕业设计是学校教学的一个重要环节，它是大学生们在即将跨出校门、走向社会的关键时刻全面展示自己素质和才能的良好时机。从其中我受益匪浅，其实毕业设计是一个增长知识、交流信息的过程。桥梁工程作为道路中的咽喉部位，在交通系统中占有重要的地位，桥梁能否正常工作直接影响着道路的使用状况。本次毕业设计的主要任务是完成国道209线胜天桥的设计，熟悉桥梁设计的过程。在设计过程中我进行了桥梁方案的比选，上部结构 ，支座，下部结构的计算以及相关构造图配筋图的绘制。通过本次设计首先使我认识到了自己专业知识在深度和广度上的欠缺，并且

2、促使自己查缺补漏，从而使我逐渐扎实了专业知识；其次，学校通过此次设计，培养了学生综合运用所学知识结合实际独立完成课题的工作能力。同时也对对学生的知识面，掌握知识的深度，运用理论结合实际去处理问题的能力，实验能力，外语水平，计算机运用水平，书面及口头表达能力进行考核；最后，在学习过程中我们要敢于对书本中有疑点，片面和模糊不清的地方提出疑问，进一步推敲，大胆论证。目 录摘 要1第一章 设计资料31.1跨度和桥面宽度31.2技术标准31.3地质资料31.4主要材料3第二章 桥梁方案比选4第三章 空心板截面几何特性计算73.1截面面积73.2截面重心位置73.3空心板毛截面对其重心轴的惯性矩计算7第四

3、章作用效应计算94.1.永久作用效应计算94.2可变作用效应计算104.3车道荷载效应计算144.4人群荷载效应18第五章 预应力钢束数量估算及其布置205.1预应力钢束数量的估算205.2预应力钢束的布置21参考文献90致谢901摘 要根据给定资料，该设计桥梁共长48米，经过方案的综合比选，采用装配式预应力混凝土板式梁桥，分为三跨，单跨16米。设计内容主要分为上部结构计算和基础部分计算两大部分，上部结构采用后张法施工工艺，计算内容主要包括了截面尺寸的拟定，恒载及活载内力计算，配筋，强度验算，裂缝和挠度验算及行车道板的计算，其中设计荷载为公路-级，横向分布系数采用修正偏心压力法计算；基础部分计

4、算主要包括了结构尺寸的拟定、盖梁计算、桥墩墩柱的计算及钻孔桩的计算，其中桩基础施工方法为旋转钻成孔，单排桩。关键词：方案比选，预应力混凝土，上部结构，基础部分，后张法施工。第一章 设计资料1.1跨度和桥面宽度（1）标准跨径：16m； （2）计算跨径：15.56m； （3）主梁全长：15.96m； （4）桥面宽度（桥面净空）：净（防撞护栏）。1.2技术标准（1）设计荷载：公路-级；（2）设计时速：60km/h；（3）设计安全等级：二级；（4）桥面横坡：1.5%；1.3地质资料（1）最大冲刷深度：3.0m；（2）地质条件：软塑性粘土，地基承载力400kPa；（3）桩基础施工方法：旋转钻成孔。1.4

5、主要材料（1）预应力钢筋：17钢绞线，直径12.7mm；（2）非预应力钢筋：采用HRB335，R235；（3）混凝土： 主梁混凝土采用C40； 铰缝为C30细集料混凝土； 桥面铺装采用C30沥青混凝土； 栏杆及人行道板为C25混凝土； 盖梁、墩柱用C30混凝土； 系梁及钻孔灌注桩采用C25混凝土； 桥台基础用C20混凝土； 桥台台帽用C25混凝土。第二章 桥梁方案比选桥梁方案比选应综合考虑梁的受力特点，建桥材料，适应跨度，施工条件，经济安全等方面来综合比较，最终选定一种构造合理造价经济的优美适用的桥型。方案一：预应力混凝土板桥板式桥是公路桥梁中量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力明确，可以采

6、用钢筋混凝土和预应力混凝土结构；可做成实心和空心，就地现浇为适应各种形状的弯、坡、斜桥，因此，一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中，广泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原区高速公路上的中、小跨径桥梁，特别受到欢迎，从而可以减低路堤填土高度，少占耕地和节省土方工程量。本方案一设计为装配式简支空心板桥，采用C40混凝土浇筑预制主梁，栏杆和人行道采用C25混凝土，C40防水混凝土和C30沥青混凝土桥面铺装;铰缝采用C30细集料混凝土浇注。采用后张法施工工艺，预制板安装就位后，在企口缝内填筑标号比预制板高的小石子混凝土，并浇筑厚24cm的C25水泥混凝土铺装层连成整体。图-1 空心板桥横断面图1.简支

7、梁桥属于单孔静定结构，它受力明确，结构简单，施工方便，结构内力系受外力影响，能适应在地质较差的桥位上建桥。2.在多孔简支梁桥中，由于各跨经结构尺寸相同，其结构尺寸易于设计成系列化，标准化。有利于组织大规模的工厂预制生产并用现代化起重设备，进行安装，简化施工管理工作，降低施工费用。3.装配式的施工方法可以节省大量模板，并且上下部结构可同时施工，显著加快建桥速度缩短工期。方案二：预应力混凝土简支T型梁桥该方案采用2跨24米预应力混凝土简支T梁桥，桥面净宽为9+21.5米。桥梁上部结构采用5片主梁，主梁间距取用2.2米，其中预制主梁宽1.8米。吊装后铰缝宽为60厘米。桥面有1.5%的双向横坡，桥墩采

8、用直径为1.7米的双柱式圆形墩，基础采用直径为1.2米的双排桩，共4个桥墩。图-2 预应力混凝土T型梁桥横断面图预应力混凝土T型梁有结构简单，受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大等优点。其最大跨径以不超过50m为宜，再加大跨径不论从受力、构造、经济上都不合理了。但是对于本设计跨径只有16m，若采用预应力混凝土T型梁桥很不经济。方案三：预应力混凝土单孔双悬臂梁桥由于本桥跨径为48m，可以考虑采用悬臂体系梁桥，本方案就是采用预应力混凝土单孔双悬臂梁桥，桥梁横断面为底部加宽的T形截面。与简支梁桥相比较，悬臂梁桥由于支点负弯矩的存在，使跨中正弯矩显著减小，故可以减小跨内主梁的高度，从而可降低

9、钢筋混凝土数量和结构自重，而这本身又促进了恒载内力的减小。但是也有不足之处，由于悬臂体系梁桥的主梁除了跨中部分承受正弯矩外，在支点附近还要承受较大的弯矩，因此进行截面设计时，支点截面的底部受压区往往需要加强，从运营条件来看，悬臂梁桥在悬臂端与挂梁衔接处的挠曲线都会产生不利于行车的折点，并且伸缩缝装置需经常更换。这种桥型目前已很少采用，再者本设计中队通航净空要求不高，所以不予采用该方案。经过仔细的比对，一号方案从施工方法、经济因素等多方面都很合理，都优异于其他方案。所以本设计采用预应力混凝土板桥。第三章 空心板截面几何特性计算3.1截面面积 空心板截面面积为：A= =62383.2截面重心位置全

10、截面对板高处的静矩为： = =7384cm 铰缝的面积为： A= 则毛截面重心离1/2板高的距离为：（即毛截面重心离板上缘距为43.68cm）铰缝重心与1/2板高处的距离为：3.3空心板毛截面对其重心轴的惯性矩计算 边长10cm的等腰直角三角形对自身重心轴惯性矩为：铰缝对自身重心轴惯性矩为; 根据空心截面可简化为下图：抗扭刚度可按下式计算：图-3 截面抗扭刚度简化图式（单位：cm）第四章作用效应计算4.1.永久作用效应计算4.1.1空心板自重（一期结构自重）4.1.2桥面系自重（二期结构自重）：人行道和栏杆自重线密度按照单侧8kN/m线荷载计算，人群荷载取38桥面铺装上层为4cm厚C30沥青混

11、凝土，下层为厚6cm的C40防水混凝土，则全桥铺装层每延米重力为上述自重效应是在各空心板形成整体后在加之桥上的，由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应是不同的。为了计算方便，近似按各板平均分配到桥面铺装的重量来考虑，则每块空心板分配到的每延米桥面系重力为：4.1.3铰缝自重计算（二期结构自重）：由上述计算得空心板每延米总重力为： （一期结构自重）（二期结构自重）由此可计算简支空心板永久作用效应，见表-1表-1 永久作用效应计算表作用种类作用集度（kN/m）计算跨径/m作用效应弯矩值（）作用效应剪力V/kN跨中1/4跨跨中1/4跨支点16.21915.56490.8551368.141306

12、3.0919126.1838作用种类作用集度（kN/m）计算跨径/m作用效应弯矩值（）作用效应剪力V/kN跨中1/4跨跨中1/4跨支点5.74815.56173.9586130.4690022.359744.714921.96715.56664.8137498.6130085.4517170.90334.2可变作用效应计算公路-级车道荷载的均布荷载标准值和集中荷载为：计算弯矩时：计算剪力时：4.2.1冲击系数和车道系数折减计算;结构冲击系数与结构的基频有关，故计简支梁桥基频：其中; 由于，故可由下式计算出汽车荷载的冲击系数：当车道大于两车道时，应进行车道折减，三车道折减22%，但折减后不得小于

13、用两车道汽车荷载布载的计算结果。本设计按两车道和三车道布载，分别进行计算，取最不利情况进行设计：4.2.2汽车荷载横向分布系数：本设计空心板跨中和L/4处的荷载横向分布系数采用修正偏心压力法计算。 （1）计算抗扭修正系数（2） 计算横向影响线坐标 于是，1号板的活载横向分布系数计算如下：（用和分别表示影响线零点至汽车车轮和人群荷载中心的横向距离）对于汽车荷载：二车道布载：三车道布载： 人群荷载：2号板：二车道布载： 三车道布载： 人群荷载：3号板：二车道布载：三车道布载： 人群荷载：4号板：二车道布载：三车道布载：人群荷载：表-2 各板荷载横向分布系数计算表板号1号板2号板荷载三车道汽车荷载二

14、车道汽车荷载三车道汽车荷载二车道汽车荷载汽车荷载0.3750.3170.3750.298人群荷载0.2390.207板号3号板4号板荷载三车道汽车荷载二车道汽车荷载三车道汽车荷载二车道汽车荷载汽车荷载0.3750.2790.3750.260人群荷载0.1750.141由表-2结果可知：三车道和两车道布载时，均为1号板的横向分布系数为最不利，因此取跨中和处的荷载横向分布系数值：，。（3）支点处荷载横向分布系数计算：支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算，由图-4，1号板的横向分布系数计算如下： （4）支点到处的荷载横向分布系数按直线内插得，空心板荷载横向分布系数计算结果见表-3图-4 杠杆法计

15、算图示表-3 空心板的荷载横向分布系数作用位置跨中至处支点支点至处三车道汽车荷载0.3750.5直线内插二车道汽车荷载0.3170.54.3车道荷载效应计算计算车道荷载引起的空心板跨中及L/4处截面的效应时，均布荷载标准值应使满布于空心板最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值作用于影响线中一个最大影响线峰值处，如图6，图7所示。跨中弯矩影响线跨中剪力影响线图-5 空心板跨中内力影响线及加载图式（尺寸单位：m）处截面弯矩影响线处截面剪力影响线图-6 空心板处截面内力影响线及加载图示（尺寸单位：m）4.3.1跨中截面弯矩: (不计冲击时) （计冲击时）两车道布载：不计冲击时：计冲击：三车道布载：

16、不计冲击：计冲击 剪力（不计冲击时） （计冲击时）两车道布载不计冲击：计冲击：三车道布载不计冲击：计冲击：4.3.2 L/4处截面: 弯矩: (不计冲击时) （计冲击时）两车道布载:不计冲击时：:计冲击 三车道布载不计冲击时： 计冲击 剪力：（不计冲击时） （计冲击时）两车道布载：不计冲击：计冲击：三车道布载：不计冲击：计冲击：4.3.3支点截面剪力支点截面由于车道荷载产生效应，考虑横向分布系数沿空心板跨长方向变化，同样均布荷载标准值应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载只用于相应影响线中一个最大影响线峰值处，如图8所示。 支点剪力影响线三车道布载的m图二车道布载的m图 图-7

17、支点截面剪力计算图式（尺寸单位：cm）两车道布载：不计冲击： =125.04kN计冲击： 三车道布载：不计冲击时： =124.90kN计冲击： 可变作用效应（汽车）汇总于下表，由此可看出，车道布载以两车道布载控制设计表-4 可变作用效应汇总表弯矩剪力跨中跨中支点车道荷载两车道不计冲击281.09210.8236.5658.48125.04计冲击363.17272.3847.2375.55161.55三车道不计冲击259.46194.5233.7353.96124.90计冲击334.58251.3243.5869.71161.374.4人群荷载效应人群荷载是一个均值：，本设计中人行道净宽1.5m

18、,跨中截面： 弯矩： 剪力： 截面： 弯矩： 剪力：支点： 4.5作用效应组合根据可能同时出现作用效应选择四种最不利组合：短期效应组合，长期效应组合，标准组合和承载能力极限状态基本组合。见表-5表-5 作用效应组合表序号荷载类别跨中截面四分点截面支点截面第一期永久作用490.85510.00368.141363.0919126.1838第二期永久作用173.95860.00130.469022.359744.7194总永久作用（+）664.81370.00498.613085.4517170.9033可变作用（不计冲击）281.0936.56210.1258.48125.04可变作用（计冲击）

19、363.1747.23272.3875.55161.55可变作用（人群荷载）32.552.0924.414.716.28标准组合（+）1060.5349.32795.40165.71338.73短期组合（+0.7+）894.1327.68670.59131.10264.71极限组合（1.2+1.4+0.81.4）1342.6768.46691.79213.59438.29长期组合（+0.4+0.4）790.2715.46592.70110.73223.43第五章 预应力钢束数量估算及其布置5.1预应力钢束数量的估算本设计采用后张法施工工艺，设计时应满足不同设计状况下规范规定的控制条件要求，即承

20、载力，变形及应力要求。在配筋设计时，要满足结构在正常使用极限状态下的应力要求和承载能力极限状态的强度要求。以下以跨中截面在各种效应组合下，分别按照上述要求对主梁需要的钢束进行估算，并按这些估算的钢束数确定主梁的配筋数量。5.1.1按正常使用极限状态要求估算钢束数本设计按全预应力混凝土构件设计，按正常使用极限状态组合设计时，截面不允许出现拉应力控制时，则钢束数n的估算公式为式中 使用荷载产生的跨中弯矩标准值组合按组合；与荷载有关的经验系数，对于公路-级，取0.565.；一束钢绞线截面积，一根钢绞线的面积是，故； 大毛截面核心距，设梁高为h, 为； 预应力钢束重心对大毛截面重心轴偏心距：，可预先设

21、定，h为梁高h=85cm; 大毛截面面形心到截面上缘距离42.5cm，可查表-6；大毛截面的抗弯惯性矩，见表-9。本设计采用预应力钢绞线，标准强度，设计强度，弹性模量。 假设=14cm,则：钢束数为： 5.1.2按承载能力极限状态估算钢筋束根据极限状态的应力图式，受压区混凝土极限强度，应力图式为矩形，同时预应力钢束也达到设计强度，则钢束n的估算公式为:式中： 承载能力极限状态的跨中最大弯矩组合设计值，按表-5（）取用； 经验系数，一般取用0.75-0.77，本设计取0.75。据上述两极限状态估算钢束的量在四根左右，故取钢束数n=4。5.2预应力钢束的布置5.2.1跨中截面及锚固端截面的钢束位置

22、（1）对钢束截面进行钢束布置时，应保证预留管道的要求，并使钢束的重心偏心距尽量大。本设计采用内径60mm，外径66mm的预埋金属波纹管，管道至梁底和梁侧净距不应小于30mm及管道直径的一半，另外直线管道的净距不应小于40mm，且不宜小于管道直径的0.6倍，在竖直方向两管道可重叠跨中截面的细部构造如图-9-a所示。则钢束群重心至梁底缘的距离为：。图-8（2）为了操作方便，将所有钢束兜帽股灾梁端。对于锚固端截面，应使预应力预应力钢束合力重心尽可能靠近截面形心，使界面均匀受压，而且要考虑锚具布置的的可能性，以满足张拉操作方便的要求。在布置锚具时，应遵循均匀、分散的原则。锚固端截面布置的钢束如图-8所

23、示，钢束群重心至梁底的距离为：下面对钢束重心位置进行复核，首先计算锚固端截面的几何特性。图-11为计算图式，锚固端截面几何特性见表-9。其中 图-9上核心距为： 下核心距为： 说明钢束群重心处于截面核心范围内，见图-9。5.2.2钢束弯起角度和线形的确定在确定钢束弯起角度时，既要考虑到由预应力钢束弯起会产生足够的预剪力，又要考虑到所引起的摩擦预应力损失不宜过大。本设计钢束在跨中分为两排，,弯起角度为2.5,弯起角度为12。为了简化计算和施工。所有钢束布置的线形成为直线和圆弧，最下排两根钢束需进行平弯。5.2.3钢束计算（1）计算钢束起弯点至跨中的距离;锚固点至支座中心线的水平距离为（见图-11

24、）钢束计算图式见图-11，钢束起弯点至跨中的距离为见表-6。图-10图-11钢束计算图式表-6 钢束起弯点至跨中距离计算表钢束号起弯高度y/cm/cm/cm/cm/cm弯起角度（）R/cm/cm/cm45.53.009742.49036968.93432.52616.4703114.1288607.326935.53.009742.49036968.93432.52616.4703114.1288607.326925137.008313.9917178174.110312640.2821133.1221482.487615137.008313.9917178174.110312640.2821

25、133.1221482.4876上表中各参数的计算方法如下;为靠近锚固端的直线段长度，需自行设计，y为钢束锚固点至钢束弯起点的垂直距离，如图-12，根据各量的几何关系，可分别计算如下：式中 钢束弯起角度（）; 计算跨径（cm）; 锚固点至支座中心线的距离（cm）。（2）控制截面的钢束重心计算各钢束重心位置计算：根据图11所示几何关系，当计算截面在曲线段时，计算公式为当计算截面在近锚固点的直线段时，计算公式为：式中 钢束起弯前到梁底的距离；钢束在计算截面处到梁底的距离；钢束弯起半径；圆弧段起弯点到计算点圆弧长度对应的圆心角。计算钢束群到梁底的距离见表-7，钢束布置图见图-13.表-7各计算截面的

26、钢束位置及钢束群重心位置计算表截面钢束号R/cm四分点4未弯起2616.4703018.58.5143未弯起2616.4703018.58.52未弯起640.28210119.519.51未弯起640.28210119.519.5截面直线段支点45.50.043612.390.54108.513.45940.983935.50.043612.390.54108.513.4592510.209311.722.491219.568.50881510.209311.722.491219.568.5088（3）钢束长度计算：一根钢束的长度为曲线段、直线段与两端工作长度（）之和，其中钢束长度可按圆弧半径

27、及弯起角度计算。通过每根钢束长度计算，就可以得到一片主梁和一孔桥所需钢束的总长度，用于备料和施工。计算结果见表-8。表-8 钢束长度计算表钢束号半径R/cm弯起角rad曲线长度cm直线长度cm/cm有效长度cm钢束预留长度cm钢束长度cm42616.47030.0436114.11607.3269691580.871401720.8732616.47030.0436114.11607.3269691580.871401720.872640.28210.2093134.03482.48761781589.041401729.041640.28210.2093134.03482.487617815

28、89.041401729.04 不小于0.2%的纵向非预应力钢筋即可。(4) 短暂状况下（预加力阶段）梁处截面上、下缘的正应力 上缘： 下缘：其中,。截面特性取用表-17中的净截面特性。代人上式得：（压）（压）预加力阶段混凝土的压应力满足应力限制值的要求；混凝土的拉应力通过规定的预拉区配筋率来防止出现裂缝，预拉区混凝土没有出现拉应力，故预拉区只需配置配筋率不小于0.2%的纵向非预应力钢筋即可。8.2.2持久状况的正应力验算（1）跨中截面的验算对于预应力混凝土简支梁的正应力，由于配设曲线筋束的关系，应取跨中、支点分别进行计算。应力计算的作用(或荷载)取标准值，汽车荷载计入冲击系数。 截面混凝土的

29、正应力验算：此时有,， 跨中截面混凝土上边缘压应力计算值为 持久状况下跨中截面混凝土正应力验算满足要求。持久状况下预应力钢筋的应力验算由二期恒载及活载作用产生的预应力钢筋截面重心处的混凝土应力为所以钢束应力为：计算表明应力钢筋拉力符合规范定值。(2)处截面的验算截面混凝土的正应力验算：此时有,， 跨中截面混凝土上边缘压应力计算值为 持久状况下跨中截面混凝土正应力验算满足要求。 持久状况下预应力钢筋的应力验算由二期恒载及活载作用产生的预应力钢筋截面重心处的混凝土应力为所以钢束应力为：计算表明应力钢筋拉力符合规范定值。由二期恒载及活载作用产生的预应力(3)支点截面的验算截面混凝土的正应力验算：此时

30、有, 跨中截面混凝土上边缘压应力计算值为 持久状况下跨中截面混凝土正应力验算满足要求。持久状况下预应力钢筋的应力验算由二期恒载及活载作用产生的预应力钢筋截面重心处的混凝土应力为所以钢束应力为：计算表明应力钢筋拉力符合规范定值。8.2.3持久状况下的混凝土主应力验算本设计取剪力和弯矩都有较大的截面进行计算。（1）截面面积矩计算按图-18进行计算。其中计算点分别取顶板处，换界面重心轴处及底板处。参考文献1.叶见署.结构设计原理M.北京：人民交通出版社2.陈忠廷等.土木工程专业毕业设计指南桥梁工程分册3.范立础.桥梁工程M.北京：人民交通出版社4.凌治平,易经武.基础工程M.北京:人民交通出版社5.

31、毛瑞祥,程翔云.公路桥涵设计手册基本资料M.北京:人民交通出版社6.闫志刚.钢筋混凝土及预应力混凝土简支桥梁结构设计M.北京:机械工业出版社7.易建国.混凝土简支梁（板）桥M（第三版）.北京：人民交通出版社致 谢本次课程设计已经顺利结束，历经了两个多月，在这其中充满了很多荆棘和坎坷，过程是即艰辛又甜蜜，但结局和回忆注定是美好的，是难忘的。毕业设计是我们离校前最后一次施展自己能力的机会了，而它也是一次信息交流的过程。首先要感谢母校为我们提供这一次机会，给了我们锻炼和提升能力的机会，在情感上也让我们感触到了很多以前从未有过的东西，严师背后的和蔼可亲，同学彼此间的虔诚帮助。感谢校图书馆为我们提供了宝贵的知识信息，由于我们专业知识和计算机软件水平有限，难免在课设过程中遇到很多的知识盲区和软件难题，是图书馆为我们提供了更多的宝贵知识。其中功劳最大的莫过于我们的刘云帅老师，他作为指导老师，敬职敬业；他跟我们年轻相仿，但是知识渊博，责任心强，作为老师，他严厉，不厌其烦的帮助我们寻根究底的解决问题，引导我们解决了一道道难题，作为我们的“大哥”，他和蔼可亲，关心、照顾同学们的生活，让同学们很是敬畏爱戴，在此向老师表示崇高的敬意和真诚的感谢，您辛苦了。26