1简支箱梁桥毕业论文 (2).doc

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1、本科生毕业设计（论文）摘 要锦州龙栖湾新区滨海桥位于辽西街、辽东街与滨海路交汇处，它的建成可以进一步拉动城市南扩，缓解新区现有桥梁交通的拥挤状况，解决其它桥梁过于拥挤和繁忙的现象，会给锦州的经济发展带来很大变化。本桥采用预应力混凝土箱型梁桥，桥长90米，三跨结构，跨径30米，桥宽16米，为双向四车道。设计中完成桥梁在恒载、活载等引起的结构内力和变形；并且分析了预应力箱梁桥在恒载和活载作用下的受力性能，对全桥进行预应力钢束的设计计算等。本设计采用的是装配式预应力混凝土箱型梁桥，这种桥可以减少施工时间，而且可以充分利用机器化，可以提高工作效率，而且质量也可以提高，由于是预应力，可以有效发挥材料的性

2、能，充分利用资源，而且可以增加桥梁的有效跨径。而且易于就地取材，所用材料价格低，外形美观，施工方便。本设计严格遵守相关规范，以新出版的各种规范为基础，在老师的指导和帮助下，希望能顺利完成设计。关键词：箱型梁；预应力混凝土；三跨结构；预应力钢束；AbstractThe Longqiwan zone of Jinzhou located in the cross of Liaoxi street , Liaodong street and Binhai road . It built a new city can be further boost the city southward，This b

3、ridge completed will solve the other bridge built over crowded and busy phenomenon, and will bring economic opportunity to Jinzhou.The bridge is simply supported by priestessed concrete Box-beam, which is 90 meters length, three span structure , and the single-hole span 30 meters, the bridge width 1

4、6 meters width, and for the bidirectional four traffic lanes. In the design of the bridge, we have completed the following work, such as bridge structure endogen force and distortion which caused by the dead load and the live load function, and have analyzed the performance of the bridge when it is

5、affected by the dead load and the live load stress. Simultaneously，we carry on the design calculation which to the entire bridge the pre-stressed steel ties.Design approach of the constant load, completed in live load caused internal force and deformation of the structure; The prestressed slab bridg

6、e and analysis in constant load and under the influence of live load and the mechanical properties of prestressed steel, the approach to design and calculation of the beam.The design according to the comprehensive implementation the policy, the economy, suitable, artistic, and safe, approach to the

7、basic function request and the use premise requests. Keywords: Box-beam ; prestressed concrete ; three span structure; pre-stressed steel ties; 目录第一章 绪 论11.1.设计技术指标1第二章 方案比选42.1 桥型方案42.2 方案比选52.3 方案确定6第三章 上部结构73.1 设计资料及构造布置73.1.1 设计资料73.1.2 箱型梁构造形式及相关参数设计73.2 主梁内力计算103.2.1 恒载内力计算（边主梁）103.2.2 活载内力计算1

8、23.2.3 内力组合203.3 预应力刚束的估算及布置213.3.1 跨中截面钢束的估算和确定213.3.2 预应力钢束布置213.4 主梁截面几何特性263.4.1 截面面积及惯矩计算263.4.2 截面静距计算303.4.3 截面几何特性总表343.5 钢束预应力损失计算353.5.1 预应力钢束与管道臂之间的摩擦引起的预应力损失353.5.2 由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失363.5.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失383.5.4 由钢束应力松弛引起的预应力损失393.5.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失403.5.6 成桥后四分点截面由张拉刚束产生的预加力作用效应计算41

9、3.5.7 预应力损失汇总及预加力计算423.6主梁截面强度与应力验算443.6.1 持久状况承载能力极限状态验算453.6.2 正常使用极限状态计算493.6.3 持久状况构件的应力验算563.6.4 短暂状况构件的应力验算643.7 主梁端部的局部承压强度验算673.7.1 局部承压区的局部验算673.7.2 局部抗压承载力验算683.8 主梁变形验算693.8.1 计算由预加力引起的跨中反拱度693.8.2 计算由荷载引起的跨中挠度743.8.3 结构刚度验算753.8.4 预拱度的设置75参考文献76致 谢77IV第一章 绪 论1.1. 设计技术指标一、1.设计荷载：公路I级2.设计速

10、度：80km/h3.桥面净空：0.50m（防撞栏）+3.754m（车行道）+0.50m（防撞栏）=16m4.桥面横坡：双向2%5.洪水频率：按100年一遇设计7.地震裂度：基本烈度7度二、有关设计资料 1、河床横断面，河床地质情况；见附图2、地区气温：一月平均气温5，七月平均气温203、材料供应：钢、木、水泥供应充足，砂、砾石可就地取用，所以材料运距不超过5km4、施工单位：甲级公路工程公司，机具及技术人员满足施工要求。三、 场地工程地质条件简述1.场区地形平坦。在勘察深度范围内，地基土自上而下分为7层，现分述如下：（1）耕土：浅灰色，湿，松散，030cm，含植物根系。场区普遍分布，厚度：0.

11、700.80m，平均0.75m。（2）亚粘土：黄褐色，湿，可塑，含少量铁锰质结核及高岭土。场区普遍分布，厚度：1.601.70m,平均1.65m；层底标高：3.593.81 m,平均3.70m；层底埋深：2.302.50m，平均2.40m。该层地基承载力为160Kpa。（3）淤泥质亚粘土：深灰色，湿，软流塑，饱和，局部含腐殖质。场区普遍分布，厚度：4.805.10m，平均4.95m。层底标高：1.510.99m，平均-1.25m；层底埋深：7.107.60m，平均7.35m。该层地基承载力为70Kpa。（4）亚粘土： 黄褐色，湿，硬塑，含铁锰质结核及高岭土，干强度强，韧性强，无摇振反应，切面光

12、滑。场地普遍分布，厚度：6.506.70m，平均6.60m；层底标高：8.017.69m， 平均7.85m；层底埋深：13.8014.10m，平均13.95m。该层地基承载力为310Kpa。（5）亚粘土和夹亚砂土：深灰色，湿，软塑，湿，软塑，稍密，含星点状云母片，干强度中等，韧性中等，摇振反应中等，切面粗糙。场区普遍分布，厚度：17.80m18.00m，平均17.90m;层底标高：25.8125.69m，平均25.75m：层底埋深：31.8031.90m，平均31.85m。该层地基承载力为140Kpa。（6）卵石：深灰色，湿，中密密实，卵石以石英砂岩为主，坚硬，呈棱角状、次棱角状，充填物为细砂

13、、泥质。场区普遍分布，厚度：2.302.30m，平均2.30m；层底标高：28.1127.99m，平均28.05m层底埋深：34.1034.20m，平均34.15m。该层地基承载力为800Kpa。（7）弱风化泥质粉砂岩：紫红色，湿，上部为含砾泥质粉砂岩，含砾结构，块状构造，下部岩石呈泥质粉砂岩，块状构造岩芯呈短柱状，块状。该层未穿透。该层地基承载力为1600Kpa。2地下水特征场地地表水及地下水不发育，仅在上部素填土中存在少量的上层滞水，受大气降水补给，该场地地下水和地表水对混凝土无结晶类腐蚀、无分解类腐蚀、无结晶分解复合类腐蚀。3.场地地震效应评价本区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值

14、为0.05g。4结论和建议根据场地工程地质条件，结合拟建物结构特点，建议采用桩基础，桩基型式以钻孔灌注桩为宜，桩基持力层选择第层卵石。第二章 方案比选2.1 桥型方案方案一：预应力钢筋混凝土简支箱梁桥1、桥梁跨径及桥宽标准跨径：30m全桥总长：30x3=90m 主梁全长：29.96m计算跨径：29.16m桥面宽度：0.50m（防撞栏）+3.754m（车行道）+0.50m（防撞护栏）=16m 2、材料及工艺： 本桥为预应力钢筋混凝土简支箱梁桥混凝土部分：主梁等、湿接缝、现浇连续段均采用C50砼，桥面铺装采用C40防水砼。 图2-1 方案一（单位：m）方案二：预应力钢筋混凝土简支T梁桥1、桥型优势

15、 桥型新颖简洁轻巧，外形美观，桥净空大，桥下视野开阔；2、尺寸拟定桥宽布置：0.50m（防撞栏）+3.754m（车行道）+0.50m（防撞护栏）=16m跨径布置：30x3=90m 图2-2 方案二（单位：m）方案三：斜拉桥1、桥型优势主梁增加了中间的斜索支撑，弯矩显著减小，与其他体系的大跨度桥梁比较，混凝土斜拉桥的钢材和混凝土用量均较节省；借斜拉索的预压力可以调整主梁的内力，使之分布均匀合理，获得经济效果，并且能将主梁做成等截面，便于制造和安装；斜索的水平分力相当于对混凝土梁施加的预压力，借以提高梁的抗裂性能，并能充分发挥了高强材料的特性；结构轻巧，适用性强。2、尺寸拟定 跨径布置：45m+4

16、5m 图2-3 方案三（单位：m）2.2 方案比选 表2-1 方案比选1方案一二三2桥型布置预应力混凝土简支箱梁桥预应力混凝土简支T梁桥斜拉桥3跨径布置（m）30+30+3030+30+3045+454截面形式五个单箱单室箱型截面T型截面五个单箱单室箱型截面5技术要求邻桥孔各自单独受力，便于预制、架设、简化施工管理，施工费用低施工技术易，但工艺复杂，所需设备较少高度机械化，需要一整套机械动力设备，施工速度快，占用场地少6上部结构施工方法预制安装法预制安装法悬臂拼装法7经济性好一般较好2.3 方案确定简支梁桥受力简单，梁中只有正弯矩，体系温度、混凝土收缩徐变、张拉预应力等均不会在粱中产生附加内力

17、，设计计算方便，最容易设计成各种标准跨径的装配式结构。由于简支梁是静定结构，结构内力不受地基变形的影响，对基础要求较低，适用于地基较差的桥址上建桥。在多孔简支梁桥中，相邻桥孔各自单独受力，便于预制、架设、简化施工管理，施工费用低，因此被广泛采用。综合比较各种方案的经济指标，技术指标，施工难易程度等，还有本地的具体地质条件和人文环境以及其它客观因素，我最终选择第一方案即预应力混凝土简支箱梁桥方案作为推荐设计方案进行设计。第三章 上部结构3.1 设计资料及构造布置3.1.1 设计资料一、桥梁跨径及桥宽标准跨径：30m（墩中心距离）;主梁全长：29.96m；计算跨径：29.16m;桥面宽度：0.50

18、m（防撞栏）+3.754m（车行道）+0.50m（防撞栏）=16m二、设计荷载：公路I级。三、主要材料（1）混凝土：主梁（板）等、湿接缝、现浇连续段均采用C50砼；桥面铺装采用C40防水砼。防撞栏、桥头搭板：C30砼（2）钢材：混凝土：主梁C50，栏杆、桥面铺装C20。预应力钢筋采用高强度低松驰7丝捻制的预应力钢绞线，公称直径为15.20，公称面积140，标准强度，弹性模量，1000h后应力松驰率不大于2.5%，其技术性能必须符合中华人民共和国国家标准(GB/T 52242003)预应力筋用钢绞线的规定。普通钢筋直径大于或等于的采用钢筋；直径小于的均采用钢筋。3.1.2 箱型梁构造形式及相关参

19、数设计一、本箱形粱按全预应力混凝土构件设计，施工工艺为后张法二、桥上横坡为双向2%（计算时按照简化的中粱截面特性进行计算）。三、箱形截面尺寸：梁高1.2m，端部设置横隔梁，高1m，宽0.5m，横向共计5片箱形粱，采用湿接缝进行连接，湿接缝宽0.8m，厚度为0.16m，预制箱形粱顶板宽2.4m，跨中腹板厚0.18m，顶板、底板厚均0.18m，端部腹板厚0.25m，顶板厚0.18m，底板厚0.25m，腹板和顶板之间设有承托，底板厚度、腹板厚度在距支座中心线1.78m处开始渐变为距支座中心线0.1m处的0.25m和0.25m（即端部的截面尺寸），见图3-1。四、预应力管道采用金属波纹管成形，波纹管内

20、径为60mm，外径为67mm，管道摩擦系数，管道偏差系数k=0.0015，锚具变形和钢束回缩量为6mm（单端）。五、沥青混凝土重度按23计，预应力混凝土结构重度按26计，混凝土重度按25计，单侧防撞栏线荷载为8kN/m。六、根据以上拟定的各部分尺寸，绘制箱形粱的跨中及端部横截面图，见图3-2。计算跨中截面几何特性，见表3-1。由此可计算出截面效率指标（希望在0.5以上）。 （公式3-1）图3-1 桥梁横断面图及纵剖面结构尺寸图（单位：cm） 图3-2 端部及跨中截面尺寸图（单位：cm）截面上核心距截面下核心距因此截面效率指标初拟截面是合理的。表3-1 跨中截面几何特性计算表分块序号分块面积分块

21、面积形心至上缘距离分块面积对上缘静距分块面积的自身惯性矩分块面积对截面形心的惯性矩cmcm大毛截面（含湿接缝）157609.005184015552031.395675512.905831032.9228020.335692.4762020.06112673.01120293.01325221.505418103018.8989921.6990951.694277263.501760221370000-23.111480447.862850447.8651800111.0019980048600-70.618974389.789022989.7810864438772.417915715.24

22、小毛截面（不含湿接缝）143209.003888011664036.185654847.175771487.17228020.335692.4762024.85172906.3180526.3325221.505418103023.68141307.08142337.084277263.501760221370000-18.32930345.292300345.2951800111.0019980048600-65.827798090.327846690.329424425812.416241386.16大毛截面形心至上缘距离40.39小毛截面形心至上缘距离45.183.2 主梁内力计算根据上

23、述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过活载作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求得主梁各控制截面（一般取跨中、四分点和支点截面）的横载和最大活载内力，然后再进行主梁内力组合。3.2.1 恒载内力计算（边主梁）一、永久作用集度（一） 主梁自重A、 跨中截面段主梁自重（底板宽度变化处截面至跨中截面，长12.8m）B、 底板加厚与腹板变宽段粱的自重近似计算（长1.68m）主梁端部横截面面积估算为0.0922+0.072=1.1642C、 支点梁段的自重（长0.5m）D、 边主梁的横隔梁（只在端部设置横隔梁）端横隔梁的体积为0.6650则半跨内横隔梁重量为则主梁永久作用集度为（二） 二期永久作用集度A、

24、顶板中间湿接缝集度：B、 边粱现浇部分横隔梁一片端横隔梁（现浇部分）体积：C、 桥面铺装层10cm厚沥青混凝土铺装6cm厚C40混凝土铺装桥面铺装均分给五片主梁，则D、 防撞栏：单侧防撞栏线荷载为8kN/m将两侧防撞栏均分给五片主梁，则则边主梁二期永久作用集度为（三） 永久作用效应按图3-3进行永久作用效应计算，设a为计算截面离左侧支座的距离，并令，永久作用效应计算见表3-2。图3-3 永久作用效应计算图式（单位：cm） 表3-2 边粱永久作用效应计算表作用效应跨中四分点支点C=0.5C=0.25C=0一期弯矩kN.m2958.002218.500剪力kN0202.88405.76二期弯矩kN

25、.m1927.411445.560剪力kN0132.20264.39弯矩kN.m4885.413664.060剪力kN0335.08670.153.2.2 活载内力计算一、冲击系数和车道折减系数计算按桥规4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此，要先计算结构的基频。简支梁桥基频计算公式： (公式3-2)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，三车道减22%，四车道减33%，本设计按两车道，三车道，四车道分别布载计算，取最不利情况设计。二、计算主梁的荷载横向分布系数按刚接梁法来绘制横向分布影响线和计算横向分布系数A、 计算主梁的抗弯及抗扭惯性矩I

26、和其中I=0.179157，由于，查表并用内插法得c=0.22644对于箱形截面，尺寸见图3-4。 图3-4 抗扭惯性矩计算图式（单位：cm）B、 主梁的扭转位移与挠度之比 （公式3-3） 悬臂板挠度与主梁挠度之比 （公式3-4） C、 计算荷载横向分布影响线竖坐标值根据计算出的参数及，查附表，内插得到横向分布影响线竖坐标值，结果见表3-3。表3-3 横向分布影响线竖坐标值计算表（，）0.0060.01荷载位置1234512345粱号10.0400.3200.2480.1840.1380.1090.3280.2500.1810.1340.1070.0600.3540.2620.1810.122

27、0.0810.3630.2630.1760.1170.0810.05180.34010.25630.18220.12860.09250.34870.25770.17810.12400.091720.0400.2480.2410.2060.1670.1380.2500.2470.2060.1630.1340.0600.2620.2500.2070.1590.1220.2630.2570.2080.1550.1170.05180.25630.24630.20660.16230.12860.25770.25290.20720.15830.124030.0400.1840.2060.2200.2060

28、.1840.1810.2060.2260.2060.1810.0600.1810.2070.2240.2070.1810.1760.2080.2310.2080.1760.05180.18220.20660.22240.20660.18220.17810.20720.22900.20720.17811234510.00820.34480.25710.17990.12610.092120.25710.24990.23210.16010.126130.05180.17990.20690.22600.20690.1799D、 计算各粱的荷载横向分布系数：1号粱的横向分布系数计算和最不利荷载图示如图3

29、-5。图3-5 1号粱的横向分布影响线及最不利布载图式（单位：cm）1号粱的荷载横向分布系数计算，其中包括了车道折减系数。四车道：三车道：两车道：2号粱的横向分布系数计算和最不利荷载图示如图3-6。 图3-6 2号粱的横向分布影响线及最不利布载图示（单位：cm）2号粱荷载横向分布系数计算：四车道：三车道：两车道：3号粱横向分布系数及最不利荷载图式如图3-7。 图3-7 3号粱的横向分布影响线及最不利布载图式（单位：cm）四车道：三车道一：三车道二：两车道：支点截面的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。计算图式如图3-8。 图3-8 支点截面的横向分布系数计算图式（单位：cm）可变作用（汽车）的荷

30、载横向分布系数：1号粱：3号粱：2号粱：综上，可变作用横向分布系数1号粱为最不利，故可变作用横向分布系数取值为： 跨中截面： 支点截面; E、 车道荷载取值公路I级， 计算弯矩时：计算剪力时：F、 可变作用效应计算：（1） 计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力（见图3-9）： 图3-9 跨中截面内力影响线及加载图式（单位：cm）（A）弯矩： （不计冲击） （冲击效应）不计冲击：冲击效应：（B）剪力： （不计冲击） （冲击效应）不计冲击：冲击效应：（2） 计算L/4处截面的最大弯矩和最大剪力（见图3-10）： 图3-10 L/4处截面内力影响线及加载图式（单位：cm）（A）弯矩： （不计冲击） （冲

31、击效应）不计冲击：冲击效应：（B）剪力： （不计冲击） （冲击效应）不计冲击：冲击效应：（3） 支点截面剪力计算（见图3-11）：图3-11支点截面剪力计算图式（单位：cm）不计冲击：冲击效应：3.2.3 内力组合按桥规4.1.64.1.8条规定,根据可能同时出现的作用效应选择了三种最不利效应组合短期效应组合,标准组合和承载力极限状态基本组合。 表3-4 主梁作用效应组合计算表序号荷载类别跨中截面四分点截面支点截面kN.mkNkN.mkNkN1第一期永久作用2958.0002218.50202.88405.762第二期永久作用1927.4101445.56132.20264.393总永久作用4

32、885.4103664.06335.08670.154可变作用（汽车）1889.04123.171416.78202.06430.255可变作用（汽车冲击）302.6219.73226.9732.3768.936标准组合=(3)+(4)+(5)7077.07142.905307.81569.511169.337短期组合=(3)+0.7*(4)6207.7486.224655.81476.52971.338极限组合=1.2*(3)+1.4*(4)+(5)8930.82200.066698.12730.301503.033.3 预应力刚束的估算及布置3.3.1 跨中截面钢束的估算和确定一、按正常使

33、用极限状态的应力要求估算钢束数 （公式3-5）假设则则钢束数n可求得为：二、按承载能力极限状态估算钢束数综上，取钢束数为10束。3.3.2 预应力钢束布置一、跨中截面及锚固端截面的钢束位置：钢束布置如图3-12。 a）端部截面 b)跨中截面图3-12 钢束布置图（单位：cm）跨中截面钢束群重心至粱底距离为：端部钢束群重心至粱底的距离为：表3-5 锚固端截面的几何特性计算表分块序号分块面积分块面积至形心上缘距离分块面积对上缘静矩分块面积的自身惯性矩分块面积对截面形心的惯性矩cmcm1576095184011664036,927851377.667968017.66228020.335692.47

34、62025.59183357.47190977.47335021.575251429.1624.42208717.74210146.94350063.52222501430000-17.581081697.42511697.452708.33107.5291145.48140728.87-61.5810270248.4410411031.3112598.33578452.8821291870.74上核心距为：下核心距为： 则钢束群重心处于截面的核心范围内。二、钢束起弯角度及线形的确定跨中分为4排，最下排两根起弯角度为，其余8根弯起角度均为，所有钢束布置线型均为直线加圆弧。三、钢束计算 图3-1

35、3 锚固端尺寸图（单位：cm） 图3-14 钢束计算图式A、 计算钢束起弯点至跨中距离 锚固点至支座中心线的水平距离（见图3-13）表3-6 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起弯角/。R/cm/cm/cm53.52.44321.056810099.97011.43540.247386.49601283.223944418.280425.7196150148.881973450.5129420.5117908.836435224.373927.6261200198.509273706.2868451.6827825.578126030.467329.532

36、7250248.136573962.0742482.8554742.318116836.560831.4392300297.763874217.8481514.0264659.0698B、 控制截面的钢束重心位置计算由图3-14的几何关系，计算并列表。结果如表3-7。钢束纵向布置图见图3-15。 图3-15 钢束布置图（纵断面）（单位：cm）表3-7 各计算截面的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5未弯起3540.2473019923.6324未弯起3450.512901993未弯起3706.28680121212未弯起3962.0742013333169.934217.8

37、4810.0165795440.9997251184546.16直线段y支点53.50.02443511.690.2857912.214367.21554440.12217320.232.4962950.50383520.12217317.772.18192170.81812600.12217315.311.87983391.12021680.12217312.861.579045111.4210C、 钢束长度计算 一根钢束的长度为曲线长度，直线长度与两端张拉的工作长度（270cm）之和，其中钢束的曲线长度可按圆弧半径与弯起角度计算，通过每根钢束长度计算，就可得出一片主梁和一孔桥所需钢束的总长

38、度，利以备料和施工。计算结果见表3-8所示如下。 表3-8 钢束长度计算表钢束号半径R弯起角曲线长度直线长度L1有效长度钢束预留长度钢束长度cmradcmcmcmcmcmcm53540.24730.02443586.511283.221002939.461403079.4643450.51290.122173421.56908.841502960.801403100.8033706.28680.122173452.81825.582002956.781403096.7823962.07420.122173484.06742.322502952.761403092.7614217.84810.122173515.31659.073002948.761403088.763.4 主梁截面几何特性在求得各验算面的毛截面特性和钢束位置的基础上，计算主梁净截面和换算截面面积、惯性矩及梁截面分别对重心轴，上梗肋与下梗肋的静矩，最后汇总成截面特性值总表，为各受力阶段的应力验算准备计算数据。3.4.1 截面面积及惯矩计算预加力阶段： 阶段二：只需计算小截面的几何特性 净截面面积： （公式3-6） 净截面惯性矩： （公式3-7）正常使用阶段：阶段三：需计算大截面 净截面面积： （公式3-8） 净截面惯性矩： （公式3-9）其中：A、I为混凝土毛截面面积和惯性矩 为一根管道截面积 为预应