1、攀枝花学院本科毕业设计（论文）昆玉公路羊街大桥设计学生姓名： 陈 双 全 学生学号： 201010701020 院 （系）： 土木与建筑工程学院 年级专业： 2010级道桥一班 指导教师： 党琛 讲师 助理指导教师： 二一四年五月 攀枝花学院本科毕业设计（论文） 摘要摘 要预应力混凝土梁式桥在我国桥梁建筑上占我重要的地位，在目前，对于中小跨径的永久性桥梁，无论是公路桥梁或者城市桥梁，都在尽量采用预应力混凝土梁式桥，因为这种桥梁具有就地取材，工业化施工，耐久性好，适应性强，。整体性好以及美观等多种优点。本设计采用装配式简支T梁结构，其上部结构由主梁、横隔梁、行车道板，桥面部分和支座等组成，显然主
2、梁是桥梁的主要承重构件。其主梁通过横梁和行车道板连接成为整体，使车辆荷载在各主梁之间有良好的横向分布。桥面部分包括桥面铺装、伸缩装置和栏杆等组成，这些构造虽然不是桥梁的主要承重构件，但它们的设计与施工直接关系到桥梁整体的功能与安全，这里在本设计中也给予了详细的说明。本设计主要受跨中正弯矩的控制，当跨径增大时，跨中由恒载和活载产生的弯矩将急剧增加，是材料的强度大部分为结构重力所消耗，因而限制的起跨越能力，本设计采用35m标准跨径，合理地解决了这一问题。在设计中通过主梁内力计算、应力钢筋的布置、主梁截面强度与应力验算、行车道板及支座、墩台等等设计，完美地构造了一座装配式预应力混凝土简支T梁桥，所验
3、算完全符合要求，所用方法均与新规范相对应。本设计重点突出了预应力在桥梁中的应用，这也正体现了我国桥梁的发展趋势。关键词：预应力，简支T梁，后张法，应力验算 I 攀枝花学院毕业设计（论文） ABSTRACT II攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACTABSTRACTPrestressed concrete beam bridge of my important position in the bridge construction in China, at present, for small and medium span of permanent bridge, highway B
4、ridges and city Bridges, are using prestressed concrete beam bridge as far as possible, because this kind of Bridges with local materials, industrial construction, good durability, strong adaptability,. Integral sex is good and beautiful, and other advantages. This design adopts the fabricated simpl
5、y supported T beam structure, the upper structure consists of main girder, transverse beam, driving, but the deck part and bearing etc, apparently girder bridge is the main bearing component. Its main girder by beams and driving but connected into one whole, make the vehicle load between the beams h
6、ave good lateral distribution. Bridge deck consists of bridge deck pavement, telescopic device and railings, etc, the main bearing component not bridge structure, but their design and construction of the bridge is directly related to the overall function and safety, here in this design also gives de
7、tailed instructions. This design is mainly controlled by cross is bending moment, when the span increases, the span of the bending moment produced by constant load and live load will increase sharply, most is the strength of the material is consumed by gravity structure, thus limiting the spanning c
8、apacity, this design USES standard 35 m span, properly solve the problem. By girder internal force calculation in the design, the layout of the stress of reinforced, girder cross section strength and stress calculation, driving but and pedestal, pier and so on design, perfectly constructed a prefabr
9、icated prestressed concrete simply supported T beam bridge, the completely meets the requirements of calculating methods are corresponding with the new specification. The design 攀枝花学院本科毕业设计（论文） ABSTRACThighlights the application of prestress in bridge, this is also reflected the development trend of
10、 the Bridges in our country.Key words: After prestressed simply supported T beam, a method, the stress calculationIII攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录目录攀枝花学院本科毕业设计（论文） 目录摘 要IABSTRACTII1 设计方案比选11.1 设计资料11.2 方案编制11.3 方案比选22 上部结构计算22.1设计资料及构造布置22.1.1 设计资料22.2主梁作用效应计算82.3预应力钢束的估算和确定212.4主梁截面几何特性计算262.5钢束预应力损失估算312.6主梁
11、截面承载力与应力验算392.7主梁变形验算492.8主梁端部的局部承压验算502.9横隔梁计算532.10行车道板计算602.11板式橡胶支座的设计计算653 下部结构计算693.1设计资料693.2盖梁计算703.3墩柱计算833.4钻孔桩计算883.5桥台计算964 施工组织设计1094.1编制说明及编制依据1094.2工程概况1094.3施工总平面布置及说明1104.4 施工总进度计划及工期保证措施1134.5 施工方案及施工组织1154.6资源需要量计划128结论129参考文献130致谢131攀枝花学院本科毕业设计（论文） 1 设计方案比选1 设计方案比选1.1 设计资料横河桥：桥面净
12、宽9米，桥梁全宽12米，桥下不通航；双向2车道，设计时速60km/h,设计荷载为公路二级；1.2 方案编制初步确定 预应力混凝土简支T梁桥、等截面预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土简支梁桥 三种桥梁形式。1.2.1预应力混凝土简支T梁桥 图1.1 预应力混凝土简支T形梁桥（尺寸单位：cm）孔径布置：等跨分布，每跨30m，桥长210米，桥宽12m。桥面设有2%的横坡，设有2%的纵坡，每跨之间留有4cm的伸缩缝。结构构造：全桥采用等跨等截面预应力T形梁，主梁间距2.4m。预制T梁宽2m，现浇湿接缝0.4m。下部构造：桥墩均采用双柱式桥墩，基础为钻孔灌注桩基础，桥台采用扩基U形桥台。施工方法：主梁采
13、用预制装配式施工方法。1.2.2等截面预应力混凝土连续梁桥 图1.2 等截面预应力混凝土连续梁桥（尺寸单位：cm）孔径布置：采用不等跨分布，共3跨，孔跨布置：155m + 100m + 155m，桥长315米，桥宽12m。桥面设有2%的横坡，设有2%的纵坡。结构构造：全桥采用等截面预应力箱梁，单箱单室结构，梁高2m.下部构造：桥墩均采用双柱式桥墩，基础为钻孔灌注桩基础，桥台采用扩基U形桥台。施工方法：顶推法施工。1.2.3预应力混凝土简支梁桥 图1.3 预应力混凝土连续梁桥（尺寸单位：cm）孔跨布置：全桥采用30m等跨布置,桥长210m，桥面宽12m，桥面设有2%的横坡，设有2%纵坡，跨间留有
14、4cm的伸缩缝。主梁结构：主梁为等截面板式梁，预制板高度2m，中板宽度为2.4m。下部结构：桥墩均采用双柱式桥墩，基础为钻孔灌注桩基础，桥台采用扩基U形桥台。施工方案：吊装施工法1.3 方案比选表1.1 方案比选表比较项目第一方案第二方案第三方案主跨桥形预应力混凝土简支T形梁桥等截面预应力混凝土连续梁桥预应力混凝土简支梁桥受力性能结构简单，受力明确横向分布系数小，截面具有良好的抗弯、抗扭性。结构复杂，能较好符合梁的内力分布规律经济性等截面形式，可大量节省模板，加快施工进度，简易经济，地质情况适宜。梁、柱的材料用量和费用增加；施工成本增加，造价增加。能最大程度减小梁的材料用量，但柱和桩基的材料用
15、量巨大，对机械、人力资源的消耗大。施工方面桥梁的上、下部可平行施工，使工期大大缩短；无需在高空进行构件制作，质量以控制，可在一处成批生产，从而降低成本。技术要求较高，施工机具也较多，施工工期较长，由于在高空作业，施工危险度高采用两种不同类型梁，模版和梁的制作流程复杂，且桩、柱结构多，对地形条件依赖性强。 方案的最终确定：由上表可知，根据当地地形、地质的具体情况，结合桥梁设计原则，选择第一方案经济上比第二方案好；另外第一方案工期较短，施工难度较小；在使用性与适用性方面均较好。所以选择第一方案作为最优方案。132攀枝花学院本科毕业设计（论文） 2 上部结构计算2 上部结构计算2.1设计资料及构造布
16、置2.1.1 设计资料1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：29.00m； 桥面净空：净。2设计荷载公路级(；)人群荷载3.0kN/m2，栏杆及人行道板的每延米重取6.0kN/m。3材料及工艺混凝土主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C30。预应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)的s15.2钢绞线，每束7根，全梁配5束，fpk=1860MPa。普通钢筋直径大于和等于12mm的采用HRB335钢筋；直径小于12mm的均用HPB300钢筋。按后张法施工工艺制作主梁，采用内径70mm、外径77mm的预埋波纹管和夹片锚具
17、4设计依据(1)交通部颁公路工程技术标准(JTG B01-2003)，简称标准； (2)交通部颁公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)，简称桥规； (3)交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)，简称公预规；5基本设计数据(见表2.1) 2.1.2 横断面布置1主梁间距与主梁片数主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板，本设计主梁翼板宽度为2400mm，由于宽度较大，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，因此主梁的工作截面有两种：预施应力、运输、吊装
18、阶段的小截面(bi=2000mm)和运营阶段的大截面(bi=2400mm)，净9m+21.5m的桥宽选用五片主梁，如图所示。图2.1 主梁一般构造图(尺寸单位：mm)图2.2 横隔梁立面图(尺寸单位：cm)图2.3 剖面图(尺寸单位：mm)表2.1 基本设计数据名称项目符号单位数据混凝土立方强度fcu，kMPa50弹性模量EcMPa3.45104轴心抗压标准强度fckMPa32.4轴心抗拉标准强度ftkMPa2.65轴心抗压设计强度fcdMPa22.4轴心抗拉设计强度ftdMPa1.83短暂状态容许压应力0.7fckMPa20.72容许拉应力0.7ftkMPa1.757持久状态标准荷载组合：容
19、许压应力0.5fckMPa16.2容许主压应力0.6fckMPa19.44短期效应组合：容许拉应力st -0.85pcMPa0容许主拉应力0.6ftkMPa1.59s15.2钢绞线标准强度fpkMPa1860弹性模量EpMPa1.95105抗拉设计强度fpdMPa1260最大控制应力con0.75fpkMPa1395持久状态应力(标准荷载组合)0.65fpkMPa1209材料重度钢筋混凝土1KN/m325沥青混凝土2KN/m323钢绞线3KN/m378.5钢束于混凝土的弹性模量比Ep无量纲5.652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梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/151
20、/25，标准设计中高跨比约在1/181/19，当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为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，综上所述，本设计取用2000 mm的主梁高度比较合适的。(2)主梁截面细部尺寸 T梁翼板的厚度主要取决于桥面板受车轮局部荷载的要求，还应考虑是否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求，本设计T梁的翼板厚度取用180mm，翼板根部加厚到300mm以抵抗翼缘板根部较大的弯矩。在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般有布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定性条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的1/15.本设计
21、腹板厚度取200mm。 马蹄尺寸基本有布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%20%为合适，根据公预规9.4.9条对钢束净距的要求，初拟马蹄宽度为400mm，高度为250mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度为150mm。按照以上拟定的外形尺寸，就可绘出预制梁的跨中截面(见图2.4) 图2.4 跨中截面尺寸图(尺寸单位：mm)计算截面几何特征：将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见表2.22.1.3 横截面沿跨长的变化如图2.1所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变，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
22、也为布置锚具的需要，在距梁端1480mm范围内将腹板加厚到与马蹄同寛，马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点附近(第一道横隔梁处)开始向支点逐渐抬高，在马蹄抬高的同时腹板宽度亦开始变化。2.1.4 横隔梁的设置模型试验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大，为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道中横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁，本设计在桥跨中点、四分点和支点处设置五道横隔梁，其间距为7.25m，由于主梁全长为29.96m，故设置端横隔梁，厚度为上部250mm，下部为230mm，高度为1820mm。中横隔梁高
23、度为1750mm，厚度上部为170mm，下部为150mm。表2.2 跨中截面几何特性计算表分块名称分块面积Ai,cm2分块面积形至上缘距离yi,cm分块面积对上缘静距Si=Aiyi,cm3分块面积的自身惯距Ii,cm4di=ys- yi,cm分块面积对截面形心的惯距Ix=Aidi 2,cm4I=Ii+Ix,cm4(1)(2)(3)=(1)(2)(4)(5)(6)=(1)(5)2(7)=(4)+(6)大毛截面翼板432093888011664050.721111327911229919三角承托10802223760864037.7215366221545262腹板314096.530301064
24、49821.667-36.78424769310697515下三角150170255001875-110.2818242521826127马蹄1000187.518750052083.333-127.78163277281637981196904855786506629060-186.435049574I=41678634小毛截面翼板36009324009720054.791080699910904199三角承托10802223760864041.7918861161894756腹板314096.53030106449821.667-32.7133596249809446下三角15017025
25、5001875-106.2116920851693960马蹄1000187.518750052083.333-123.71153041641535624789704855721706609620-166.0533048988I=39658608大毛截面形心至上缘距离：小毛截面形心至上缘距离：上核心距： 下核心距： 截面效率指标： 表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。2.2主梁作用效应计算根据上述梁跨结构纵，横截面的布置，并通过可变作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求得各主梁控制截面(一般取跨中、四分点、变化点和支点截面)的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合，本设计以边梁作
26、用效应计算为例。2.2.1 永久作用效应计算 1永久作用集度(1)预制梁自重跨中截面段主梁的自重(四分点截面至跨中截面，长7.25m)： 马蹄抬高与腹板宽度段梁的自重(长6.25m)：支点段梁的自重(长1.48m)： 边主梁的横隔梁： 中横隔梁体积： 端横隔梁体积： 故边半跨内横梁重力为： 2号、3号梁半跨内横梁重力为：边预制梁永久作用集度 2号、3号预制梁永久作用集度(2)二期永久作用现浇T梁翼板集度 边梁现浇部分横隔梁 一片中横隔梁(现浇部分)体积： 一片端横隔梁(现浇部分)体积： 故边梁在整跨内横梁重力集度为：2号、3号梁在整跨内横梁横梁重力为：铺装8cm混凝土铺装： 5cm沥青铺装：
27、若将桥面铺装均摊给五片主梁，则： 栏杆及人行道板每延米重取为6.0kN/m若将两侧栏杆及人行道板均摊给五片主梁，则：边梁二期永久作用集度： 2号、3号梁二期永久作用集度：2永久作用效应如图2-5所示，设x为计算截面离左支座的距离，并设a=x/l图2.5 永久作用效应计算图主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：, 永久作用效应见表2.3：表2.3 各梁永久作用效应1号梁永久作用效应跨中截面=0.5四分点(变化点)截面=0.25支点截面=0一期弯矩,kNm2697.512023.130.00剪力,kN0.00186.04372.07二期弯矩,kNm1065.97799.480.00剪力,kN0.0073
28、52147.03弯矩,kNm3763.482822.610.00剪力,kN0.00259.56519.102，3号梁永久作用效应跨中截面=0.5四分点(变化点)截面=0.25支点截面=0一期弯矩,kNm2813.152109.860.00剪力,kN0.00194.01388.02二期弯矩,kNm1094.35820.760.00剪力,kN0.0075.47150.95弯矩,kNm3907.502930.620.00剪力KN0.00269.48538.972.2.2 可变作用效应计算(修正刚性横梁法)1冲击系数和车道折减系数按桥规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
29、构的基频。简支梁桥的基频可采用右列公式估算：其中： 根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为：按桥规4.3.1条，当车道大于两车道时，需进行车道折减，三车道折减22，四车道折减33%，但折减后不得小于用两行车队布载的计算结果。2计算主梁的荷载横向分布系数(1)跨中的荷载横向分布系数如前所述，本设计桥跨内设五道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承重结构的长宽比：所以可以按修正的刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数 计算主梁抗扭惯距：对于T形梁截面，抗扭惯距可以近似按下式计算： 式中：bi、ti为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截面的个数；对于
30、跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：马蹄部分的换算平均厚度： 图2-6示出了的计算图示，的计算见表2.4 图2.6 计算图式(尺寸单位：mm)表2.4 计算表分块名称bititi/bici翼板240.0022.500.0940.33339.11250腹板145.0020.000.1380.30403.52640马蹄40.0032.500.8130.16642.28488=14.92378计算抗扭修正系数：对于本设计主梁的间距相同，并将主梁近似看成等截面，则得：取G=0.4E，L=29m，a1=4.8m，a2=2.4m，a3=0， a4=-2.4m，a5=-4.8m 得=0.92按修正的刚性横梁法计
31、算横向影响线竖坐标值，可按下式计算： 式中：n=5， ，计算所得的 列于表2-5内表2.5 值的计算表梁号i1i2i3i4i510.5680.3840.20.016-0.16820.3840.2920.20.1080.01630.20.20.20.20.2计算荷载横向分布系数mc各号梁的横向影响线和最不利荷载图式如图2.7所示1号梁的横向分布系数：可变作用(公路-)： 可变作用(人群)： 2号梁的横向分布系数：可变作用(公路-)： 可变作用(人群)： 3号梁的横向分布系数：可变作用(公路-)： 可变作用(人群)： (2)支点截面的荷载横向分布系数mo如图2.8所示，按杠杆原理法绘制荷载横向分布
32、系数影响线并进行布载，梁可变作用的横向分布系数可计算如下：1号梁：可变作用(汽车)：；可变作用(人群)：2号梁：可变作用(汽车)：；可变作用(人群)： 3号梁：可变作用(汽车)：；可变作用(人群)： (3)横向分布系数汇总(见表2.6)表2.6 各号梁可变作用横向分布系数梁号可变作用类型mcm01 公路-级0.638 0.334 人群0.603 1.188 2 公路-级0.519 0.813 人群0.401 0.000 3 公路-级0.468 0.771 人群0.400 0.000 图2.7 跨中横向分布系数mc的计算图式(尺寸单位：mm)图2.8 支点横向分布系数m0计算图式(尺寸单位：mm
33、)3车道荷载的取值根据桥规4.3.1条，公路-级的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk 为：计算弯矩时： 计算剪力时： 4计算可变作用效应在可变作用效应计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下考虑：支点处横向分布系数m0 ，从支点至第一根横梁系段，横向分布系数从m0直线过渡到mc；其余梁段均取mc(1)求跨中截面的最大弯矩和最大剪力计算跨中截面最大弯矩和最大剪力采用直接加载求可变作用效应，图2.9示出跨中截面作用效应计算图示图2.9 跨中截面作用效应计算图式计算公式为：汽车荷载： 人群荷载：公路-级汽车可变作用效应(含冲击力)：1号梁:2号梁:3号梁:人群可变作用效应：1号梁 :2号梁 :
34、3号梁 :(2)求L/4(变化点)截面处的最大弯矩和最大剪力，如图2.10所示公路-级汽车可变作用效应(含冲击力)：1号梁:图2.10 L/4(变化点)截面作用效应计算图式3号梁:人群可变作用效应：1号梁2号梁3号梁(3)求支点截面处的最大弯矩和最大剪力，如图2.11所示图2.11 支点截面作用效应计算图式计算公式为： 汽车荷载： 人群荷载：式中yk=1，为三角形面积，对于汽车荷载，而对于人群荷载；公路-级汽车可变作用效应(含冲击力)：1号梁 2号梁 3号梁 人群可变作用效应：1号梁 2号梁 3号梁 2.2.3主梁作用效应组合本设计按桥规4.1.6-4.1.8条规定，根据可能同时出现的作用效应
35、选择了三种最不利的效应组合；短期效应组合，长期效应组合和承载能力极限状态基本组合。表2.7 1号梁作用效应组合序号荷载类型跨中截面四分点截面(变化点截面)支点截面MmaxkNmQmaxkNMmaxkNmQmaxkNQmaxkN一期恒载标准值G12697.510.002023.13186.04372.07二期恒载标准值G21065.970.00799.4873.52147.03总永久作用=+3763.480.002822.61259.56519.10公路-汽车荷载标准值(含冲击力，=0.25)1857.07121.821392.93199.80278.33公路-汽车荷载标准值(不计冲击力)148
36、5.6597.451114.34159.84222.66人群荷载标准值Q2285.269.84213.9622.1348.88作用长期效应组合1.0(+0.4+0.4)4471.8442.923353.93332.35627.72作用短期效应组合1.0(+0.7+1.0)5088.6978.063816.60393.58723.84承载能力极限状态下的基本组合 1.2+1.4+0.81.47435.56181.575576.86615.981067.33表2.8 2号梁作用效应组合序号荷载类型跨中截面 四分点截面(变化点截面)支点截面MmaxkNmQmaxkNMmaxkNmQmaxkNQmax
37、kN一期恒载标准值G12813.15 0.00 2109.86 194.01 388.02 二期恒载标准值G21094.35 0.00 820.76 75.47 150.95 总永久作用=+3907.50 0.00 2930.62 269.48538.97 公路-汽车荷载标准值 (含冲击力，=0.25)1510.69 99.09 1133.12 162.53 245.71 公路-汽车荷载标准值 (不计冲击力)1208.55 79.28 906.49 130.03 196.57 人群荷载标准值Q2189.70 6.54 142.29 14.72 19.63 作用长期效应组合 1.0(+0.4+0.4)4466.80 34.33 3350.13327.38 625.45 作用短期效应组合 1.0(+0.7+1.0)4943.19 62.04 3707.45375.22 696.20 承载能力极限状态下的基本组合 1.2+1.4+0.81.47016.43 146.05 5262.47 567.40 1012.74 表2.9 3号梁作用效
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