简支梁桥设计范例本科毕业设计.doc

1、鲁东大学本科毕业设计 1 1 设计依据 1.1 工程概述 该桥设计车速为 80Km/h，桥位于直线段内，桥位起迄中心桩号为 k0+100k0+220。桥梁全长 430m，上部结构为装配式预应力混凝土简支 T 型梁桥，下部结构为双柱式墩，桩基础，轻型薄壁桥台。本桥上部结构采用先预制后张拉的施工形式。 1.2 自然条件 （ 1）河流及水文情况 河床比降为 +1.25，设计洪水位为 14m，桥下 没有 通航要求。 （ 2）当地建材情况 桥梁附近采石场有充足的碎石、块石可供，水泥与钢材可选择当地材料市场供应。 （ 3）气象情况 查阅 当地气象资料。年 极端 最高气温 44C ，年最低气温 -12C 。

2、 （ 4）地震情况 地震烈度为 6 级。 1.3 设计标准及规范 1.3.1 设计标准 桥型： 双向整体 式装配预应力混凝土简支 T 型梁桥 桥面宽度：全宽 17.6m 桥面 净宽 ： 净 14+2 1.8m。 桥面纵坡： 2.0% 桥面横坡： 2.0% 车辆荷载等级：公路 - 级 1.3.2 设计规范 公路工程抗震设计规范（ JTJ004-2005） 公路桥涵施工技术规范（ JTJ041-2000） 公路工程技术标准（ JTG01-2003） 公路桥 涵通用规范（ JTG60-2004） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62-2004） 鲁东大学本科毕业设计 2 2 方

3、案构思与设计 2.1 桥梁设计原则 （ 1） 使用上的要求 桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。 桥型、跨度大小和桥下净空 应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。 （ 2）舒适与安全性 的要求 现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过 程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 （ 3）经济 上的要求 在设计中必须进行详细周密的技术经济比较，使得桥梁的总造价和材料等的消耗为最少。 桥梁设计应遵循因地制宜，就地取材和方便施工的原则。并

4、且桥梁的桥型应该是造价和使用年限内养护费用综合最省的桥型，设计中应该充分考虑维修的方便和维修费用少，维修时尽可能不中断交通，或中断交通的时间最短。 能满足快速施工要求以达到缩短工期的桥梁设计，不仅能降低造价，而且提早通车在运输上将带来很大的经济效益。 （ 4）先进性 上的要求 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制 造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。 （ 5）美观 上的要求 一座桥梁 应具有优美的外形，应与周围的景观相协调。城市桥梁和游览地区的桥梁，可较多的考虑建筑艺术上的要求。 合理的结构布局和轮廓是美观的主要因

5、素，决不应把美观片面的理解为豪华的 细部 装饰。 2.2 桥型方案构思与总体设计 2.2.1 方案初选（拟定桥型图式） 根据桥梁设计原则，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期等多方面比选，初步确定梁桥、拱桥、刚架桥三种桥梁形式。 3 种方案的比较 表 暂列于后。 鲁东大学本科毕业设计 3 方案一、预应力混凝土简支梁桥 图 2.1 预应力混凝土简支梁桥（单位： cm） 方案二、上承式拱桥 图 2.2 上承式拱桥 （单位： cm） 方案三、刚架桥 图 2.3 刚架桥 (单位： cm) 鲁东大学本科毕业设计 4 2.2.2 桥墩方案比选 桥墩类型有重力式实体桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和

6、拼装式桥墩。现选取前 3 种形式进行比较，以便选择一个较好的方案。 重力式实体桥墩 采用混凝土或石砌的实体结构施工简易，取材方便，节约 钢材 。但是 墩身较为厚重， 圬工量大，外形粗大笨重，减少桥下有效孔径，增大地基负荷；当桥墩较高，地基承载力较低时尤为不利。 空心桥墩 这种桥墩具有截面积小、截面模量大、自重轻、结构刚度和强度较好的特点，多用于高桥。 但是薄壁空心桥墩施工较复杂，又费钢材 。 柱式 桥墩 柱式桥墩的结构特点是由分离的两根或者多根 立柱所组成， 城市 路桥的桥墩布置和形式好环，直接影响交通和美观， 双柱式桥墩 楣梁可以外露或出于美观需要而隐蔽于上部结构之内 ，造型美观，此地基采用

7、钻空罐注桩，双柱式桥墩在强度和刚度上也满足要求。 此外双柱式桥墩 外形轻巧大方，圬工体积较少。 所以采用双柱式桥墩 。 三种桥型方案主要优缺点比较表 方案 比较项目 第一方案 第二方案 第三方案 预应力混凝土简支梁桥 预应力混凝土刚构桥 预应力混凝土刚构桥 主要特征 (1)混凝土材料以砂、石为主，可 方便 取材， 经济性较好 ； (2)结构的耐久性和耐火性较好， 结构简单，建成后维修费用较少； (3)结构的整体性 能 好，刚度较大，变形较小； (4)结构自重较大，自重耗掉 很 大部分材料的强度，因而大大限制 桥梁跨越能力； (5)预应力混凝土梁式桥可有效利用高强 钢筋与高强混凝土 ，并明显降低

8、自重所占全部设计(1)主梁的恒重和车辆荷载都是通过主梁与斜腿相交处的横隔板，再经过斜腿传至地基上。这样的单隔板或承三角形的隔板将使此处梁截面产生较大的负弯矩峰值，使得通过此截面的预应力钢筋十分密集，在构造布置上比较杂。 (2)预应力、徐变、收缩、温度变化以及基础变位等因素都会使斜腿刚架桥产生次内力，受力分析上也相对较复杂。 (3) 该方案的斜腿使施(1)跨越能力较大； (2)能充分就地取材，与混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥； (3)耐久性能好，维修，养护费用少 ，外形美观，构造较简单； (4)自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基要求高； (

9、5)上承式拱桥的建筑高度较高使桥面标高提高，使两岸接线长度增长 。 鲁东大学本科毕业设计 5 荷载的比重 。 工难度增加。 适用性 (1)在无特殊需求 、 通航要求的航道采用多跨简支分离式桥型，满足桥下净空的要求。 (2)河床的压缩少，有利于汛期泄洪。 (3) 属于静定结构，受力 简单 ，行车条件好，养护也容易。 (1)本身主桥的跨度很大，也满足桥下净空的要求。但是在无特殊需求通航要求的航道中采用连续刚构体系显得没有必要。 (2)河床的压缩多，汛期泄 洪能力较差 (3) 属于静定结构，桥面平整度易受悬臂挠度影响，行车条件较差，伸缩缝易坏。 (1)上承式拱桥的跨度大，满足桥下净空的要求。同连续刚

10、构体系一样，在桥下没有特殊需求通航要求的航道中采用跨越能力较大的拱桥，显得没有必要。 (2)河床压缩较多，泄洪能力较好。 (3) 拱的承载能力大，但伸缩缝较多，养护较麻烦，纵坡较大，引道填土太高，土方量大，土方来源困难。 安全性 (1)跨度适中，简支 T 型梁桥的施工方便，工期较短。 (2)采用预制 T 梁，可以在工厂预制施工，质量可靠，工期有保障。 (3)行车较平顺 (1) 主梁与斜腿均采用箱形截面，且在斜腿基脚之间采用固结构造，施工较为复杂，而且工期较长。 (2)对地基的要求高。 (3)后期维护和检测费用高。 (1)跨度大，在竖向荷载作用下，桥墩或桥台将承受很大水平推力。对下部结构和地基的

11、要求性 较 高。 (2)施工较为复杂，施工机具也较多，工期较长。 (3)桥面平顺，但是伸缩缝和变形缝较多，养护费用大 工艺技术要求 技术先进，工艺要求较严格，所需设备较少，占用施工场地少。 技术较先进，工艺要求较严格，桥梁上部结构除 用挂篮施工外，挂梁需另用一套安装设备。 已有成熟的工 艺技术经验，需用大量的吊装设备，占用施工场地，劳动力多。 美观性 桥型简洁明快，与周围环境的协调性好。 桥型简洁明快，与周围的协调性好。 桥型结构复杂，与周围的协调性较差 3 初步设计 3.1 设计资料及构造布置 3.1.1 地质资料 鲁东大学本科毕业设计 6 弥渡 河地质分布： .亚粘土：分布在标高 503.

12、54m以上， 0 210KPa ， 31 18.5 /KN m ， 1 10C KPa ，01 20 ， 41 12000 /m KN m ， 531 3 10 /k KN m ； .中 密中 砂： 分布 在标 高 505.74m 至 502.51m 之 间， 0 350KPa ，32 19.5 /KN m ， 2 0C KPa ， 02 38 ， 42 20000 /m KN m ， 532 6 10 /k KN m ； .砂砾石层：属中密圆砾，分布在标高 502.51m 以下， 0 550KPa ，33 /21 mKN ， KPaC 03 ， 03 40 ， 43 /60000 mKNm

13、， 353 /1012 mKNk 3.1.2 桥梁跨径及桥宽 桥梁总长： 120m 桥梁分孔布置： 4 等跨 标准跨径： 30m（墩中心距离） 主梁全长： 29.96m 计算跨径： 28.66m 桥面净空：净 1.8m+14m+1.8m+m=17.6m 3.1.3 设计荷载 公路 级， 人群荷载： 3.0N/m2， 一侧栏杆重量的作用力为 1.52kN/m， 每侧人行道重： 3.57 kN/m。 3.1.4 材料及工艺 混凝土：主梁用 C50。 应力钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥函设计规范（ JTG D622004） 的 s15.2 钢绞线，每束 6 根，全梁配 5 束 。 普通钢筋采

14、用 HRB335 钢筋；吊环采用 R235 钢筋。 按后张法 采用 TD 双作用千斤顶 两端同时张拉 施工工艺制作主梁，采用内径 70mm、外径 77mm 的预埋波纹管和锚具 ;主梁安装就位后现浇 60cm宽的湿接缝。最后施工 混凝土 桥面铺装层。 3.1.5 设计依据 交通部颁公路工程技术标准（ JTG B012003），简称标准； 交通部颁公路桥涵设计通用规范（ JTG D602004），简称桥规； 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 D622004）。 鲁东大学本科毕业设计 7 表 3.1 基本计算数据 名 称 项 目 符 号 单 位 数 据 混 凝 土 立方强度

15、 fcu,k MPa 50 弹性模量 Ec MPa 3.45104 轴心抗压标准强度 fck MPa 32.40 轴心抗拉标准强度 ftk MPa 2.65 轴心抗压设计强度 fcd MPa 22.40 轴心抗拉设计强度 ftd MPa 1.83 短暂状态 容许压应力 0.7fck MPa 20.72 容许拉应力 0.7ftk MPa 1.76 持久状态 标准荷载组合 : 容许压应力 0.5fck MPa 16.20 容许主压应力 0.6fck MPa 19.40 短期效应组合 : 容许拉应力 st-0.85pc MPa 0 容许主拉应力 0.6ftk MPa 1.59 s15.2 钢 绞 线

16、 标准强度 fpk MPa 1860 弹性模量 Ep MPa 1.95105 抗拉设计强度 fpd MPa 1260 最大控制应力 con 0.75fpk MPa 1395 持久状态应力 : 标准状态组合 0.65fpk MPa 1209 材料重度 钢筋混凝土 1 KN/ 3 25.0 沥青混凝土 2 KN/ 3 23.0 钢绞线 3 KN/ 3 78.5 钢束与混凝土的弹性模量比 Ep 无纲量 5.65 注：考虑混凝土强度达到 C45 时开始张拉预应力钢束。 ckf 和 tkf 分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则 ckf =29.6Mpa， tkf =2.51Mpa。 鲁东大学

17、本科毕业设计 8 3.2 截面布置 1400 180220 220 220 220 220 220 22065 100 125 508 70014331498301015301850210180支点截面 跨中截面变化点截面跨中截面支点截面 图 3.1 结构尺寸（尺寸单位： mm） 3.2.1 主梁跨中截面主要尺寸拟订 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 1/151/25，标准设计中高跨比约在 1/181/19。当建筑高度有受限制时，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宽，而混凝土用量增加不多。综上所述，本设计中取用

18、 2100mm的主梁高度是比较合适的，本桥桥体有 8 片梁。 鲁东大学本科毕业设计 9 主梁截面细部尺 寸： T 梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计预制 T 梁的翼板厚度取用 180mm，翼板根部加厚到 300mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。 在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的 1/15。腹板厚度取200mm。 马蹄尺寸基本由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。考虑到主梁需要配置较

19、多的钢束，将钢束按 三 层布置， 一层最多排三束，同时还根据公预规 9.4.9 条对钢束间距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为 500mm，高度为 300mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度过 100mm，以减小局部应力。 按照以上拟订的外形尺寸，就可绘出预制梁的跨中截面图（见图 3.2）。 图 3.2 跨中截面尺寸图（尺寸单位： mm） 3.2.2 计算截面几何特征 对于 T 型截面受压翼缘的计算宽度 bf， 根据公路桥规计算得出的有效宽度为2200mm.将 主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元 。 见 图 3.3 截面形心 至上缘距离为： iis yy= AA 鲁东大学本科毕业设计

20、10 式中： Ai 分块面积 iy 分块面积的形心至上缘的距离 主梁的工作截面有两种：预制和吊装阶段的小截面（ b=160cm）；运营阶段的大截面（ b=220cm）。 主梁跨中截面的全截面几何特性如表 3.2 图 3.3 主梁跨中截面分块图 表 3.2(1)主梁跨中小毛截面的几何特性 分块名称 分块面积 Ai (cm2) （ 1） yi (cm) （ 2） 分块面积对上缘静矩 Si=Aiyi (cm3) （ 3） =（ 1） （ 2） di=ys-yi (cm) （ 4） 分块面积对截面形心的惯矩 Ix=Aidi2 (cm4) （ 5） =（ 1） （ 4） 2 分块面积的静矩 Ii (cm

21、4) （ 6） 翼板 2520 9 22680 68.5 118.24 105 0.68 105 三角承托 840 22 1848 55.5 25.87 105 0.07 105 腹板 3600 90 324000 -12.5 5.63 105 97.2 105 下三角 150 163.3 24495 -85.8 11.00 105 0.004 105 马蹄 1500 185 277500 -107.5 173.34 105 1.13 105 8610 - 667155 - 334.1 105 99.08 105 = i+ =433.18 105(cm4), iis yy= AA=77.5cm ， xy = 2 1 0 -7 7 .5 = 1 3 2 .5 0 c m