大学毕业设计-中南大学-桥梁毕业设计.doc

1、中 南 大 学 毕 业 设 计 基本资料II中 南 大 学 毕 业 设 计 第一章 基本资料1第一章 基本资料该公路建成后，将与整个重庆市以及相邻的四川省的公路网相连，形成该地区的公路主骨架和快速通道，改善该地区的交通状况和投资环境，有力地支援重庆东部落后地区的工业建设，为三峡工程提供交通保障，从而推动三峡库区乃至整个重庆市和中国西南地区的经济发展。1.1.1 地质条件本地区于长江上游，地质条件比较好。地质条件为：亚粘土，部分分布，厚度34m；强风化砂岩，全场分布，厚度 810m；弱风化砂岩，全场分布，厚度610m；弱风化断层角砾岩，部分分布，厚度 34m；变质砂岩以及弱风化片岩，分布至探测深

2、度。1.1.2 水文条件根据水文站多年历史统计资料进行分析计算，该桥桥位处三百年一遇水位为2.80m。测时水位为 0.2m，最高通航水位 1.92m。该地区降水量多年平均值为1465.1mm、最大年为 2121.7mm、最小年为 940.3mm，丰、枯年降水量之比为 2.26。其中 39 月的降水量占全年总量的 79%，主要降水量为春雨、梅雨和台风雨。而流域的大洪水主要由春雨和台风雨所形成。该地区的平均蒸发量为 1471.4mm。1.1.3 气象条件本流域属中亚热带季风气候，冬夏较长，春秋较短，温暖湿润。多年平均气温为18.0，月平均最高气温为 34.2（七月） ，月平均最低气温为 2.4（一

3、月） ，极端最高气温为 41.5（1966 年 8 月 6 日） ，极端最低气温为-8.2（1967 年 1 月 16 日） 。平均水气压为 17.3hpa，平均相对湿度为 76%，平均风速为 1.3m/s，多年平均最大风速为14.0m/s。1.2 主要设计技术标准1、设计荷载：公路级2、桥梁宽度：全桥采用双向 6 车道，由两幅独立的梁组成，每幅梁宽为：0.5 m（外护栏）+11.25 m（3 行车道）+0.5 m（内侧护栏） ，共计 12.25m。全桥宽 25.5m。3、坡度：左侧纵坡 2.415%，右侧纵坡 2.3561，横坡 24、截面形式：变截面箱梁5、材料： 砼： 梁体砼标号 C50

4、封端砼标号 C50墩台砼标号 C30 钢筋： 纵向预应力钢筋采用 1275 钢绞线（极限抗拉强度 1860MPa） ，普通钢筋采用 HPB335 钢筋， 锚具： OVM 型预应力张拉锚固体系，选用与之配套的 YWC 型千斤顶。 支座： 采用 GPZ（II）系列盆式橡胶支座，中 南 大 学 毕 业 设 计 第一章 基本资料26、通航要求：级通航要求，7、设计洪水频率：1/100，8、地震参数：不考虑地震。1.3 设计依据与内容1.3.1 设计规范1、 公路桥涵设计规范2、 公路工程技术标准 （JTG B01-2003）3、 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）4、 公路钢筋混凝土及

5、预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）5、其他有关设计规范1.3.2 设计内容1、拟定多个桥式方案，完成其桥长确定、主跨结构型式选择、分孔布置、墩台型式选择及施工方案的选择。各方案可以是悬索桥、斜拉桥、拱桥、连续体系梁桥和简支梁桥。结构材料可以是钢桥，也可以是普通混凝土及预应力混凝土桥。2、拟定各方案的上下部结构尺寸。3、方案比选及评价。4、拟定施工方案。5、采用桥梁博士程序，完成上、下部结构内力分析，绘制内力包络图6、对主要方案进行配束（筋）设计，并绘制预应力钢束配置图。7、工程数量统计。8、完成 3000 单词以上与毕业设计有关的外文资料翻译。9、编写毕业设计说明书。1.4

6、 设计成果1、设计说明书（含中、英文摘要） ；2、 桥梁博士程序输入、输出数据及图形；3、英文翻译资料；4、设计图纸，包括：A 第一方案桥梁立面布置图；B 第二方案桥梁立面布置图；C 连续刚构梁主跨上部结构图；D 连续刚构梁预应力筋大样图；E 连续刚构梁预应力束配筋图；F 连续刚构梁桥施工步骤图。中 南 大 学 毕 业 设 计 第二章 桥式方案初步设计3第二章 桥式方案初步设计2.1 方案提出2.1.1 方案设计原则随着桥梁理论的不断成熟，在桥梁设计中要求桥梁经济适用、舒适安全、外形美观、技术合理。对建在城市中的桥梁还特别注重美观大方，即遵循我国桥梁设计中适用、安全、经济、美观的基本原则。由此

7、，对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学的得出最合适的设计方案。在桥梁设计中，基本设计原则如下：1、使用上的要求要有足够的承载能力，能保证行车的畅通、舒适和安全；既满足当前的需要，又考虑今后的发展；靠近城市、村镇、铁路即水利设施的桥梁还应结合各方面的要求，考虑综合利用。在特定地区，桥梁还应满足特殊要求（如地震等） 。2、适用性的要求 修建桥梁的目的是用于交通运输，因此其适用性极为重要。它要求：桥梁宽度不仅应该满足现有车辆和人群的安全通畅，还应满足今后规划年限内交通量增长的需要。桥下净空应满足泄洪、通航或通车等要求。

8、桥梁两端应方便车辆的进出，同时便于检查和维修。建成的桥梁应保证使用年限。3、安全性的要求桥梁的安全至关重要，它要求桥梁在运输、安装和使用的过程中，应当有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，并具有一定的安全储备。根据桥上的交通情况，桥面应考虑设置人行道、缘石、护栏、栏杆等，以保证车辆和行人的安全。此外，桥上还应有照明设备，引桥纵坡不宜过陡，地震区桥梁应该按照抗震要求采取防震措施 。4、经济性的要求桥梁方案设计中，设计的经济性是首要考虑因素。桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则，综合考虑发展远景和将来的养护维修，使其造价和养护费用综合考虑后最省。5、舒适性的要求现代桥梁设计越来越强调舒适

9、度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上震动冲击。6、美观性的要求桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，桥梁应该具有优美的外形，结构布置简练，空间比例和谐，与周围环境相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的重要因素，此外，施工质量也会影响桥梁的美观性。在城市和游览地区，要注意环保问题，较多的考虑建筑艺术。7、技术性的要求中 南 大 学 毕 业 设 计 第二章 桥式方案初步设计4桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。积极采用国内外的新结构、新材料、新工艺和新设备，以便于桥梁的建造和架设、减少劳动强度、加快施工进度、提高施工效率、保证工程质量和施工安全。总的来说，桥梁设计

10、应满足以下几个方面的要求：1） 满足交通功能要求，符合地区的发展规划；2） 桥梁结构造型简洁、美观，尽量采用有特色的新结构；3） 桥型方案要保证受力合理、施工技术可靠、施工方便、反映新的科技成果。2.1.2 方案比选任务在方案比较中主要有以下三项任务：一是拟定桥梁图式，二是编制方案，三是技术经济比较和最优方案的选定。编制设计方案通常是从桥梁分孔和拟定桥梁图式开始。对一般的大跨度桥梁，依据以往的设计经验，主跨与边跨的比值有一个范围，再由此选定可能实现的桥型图式，鼓励新式桥式的大胆采用。一般选几个(通常 24 个)构思好、各具优点、但一时还难以断定孰优孰差的图式，作为进一步详细研究而进行比较的方案

11、。对每一图式可在跨度、高度等方面大致按比例画在同样大小的桥址断面图上。编制方案中，主要指标包括：主要材料（普通钢筋、预应力钢筋、混凝土）用量、劳动力数量、全桥总造价（分上、下部结构列出） 、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标，以便相互比较，科学的从中选定最佳方案。在编制方案中要拟定结构主要尺寸，并计算主要工程量。有了工程量，采取相应的材料和劳动力定额以确定单价，从而确定全桥造价。并且在每个方案中绘制出河床断面及地质分层的立面图和横断面图。设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个最佳的推荐方案。按

12、桥梁的设计原则，造价低、材料省、施工难度小、劳动力少和桥型美观的方案应优先采用。但当技术因素或是使用性质有特殊要求时就另当别论了，因此我们在选择时还要注重考虑设计的侧重点。技术高，造价必然会高，个个因素是相互制约的。所以在比选时必须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件，找出影响方案的最重要因素，分清主次，进行比选。在方案比选中，除了绘制方案比选图外，还应编写方案比选说明书。其中应阐明编制方案的主要原则，拟定方案的理由，方案比较的综合评述，对于推荐方案的详细说明等。2.1.3 待选的桥式方案在对本桥的设计中，通过对基本设计资料的分析和以往的设计经验，初步确定的进行比选的两种桥式为： 预应力混

13、凝土连续梁桥 系杆拱桥2.2 预应力混凝土连续梁桥方案的结构设计2.2.1 桥式特点1、根据以往设计经验，在 40200m 的跨径范围内，与其它结构体系比较，预应中 南 大 学 毕 业 设 计 第二章 桥式方案初步设计5力连续梁常成为最佳的桥型方案。2、预应力混凝土能够充分发挥高强材料的受力特性，具有强度高、刚度大以及抗裂性能好等优点。3、连续梁内力的分布均匀、合理，若采用合理边、中跨比，可显著改善梁体的受力性能和施工难度。4、连续梁具有较高的刚度和较小的变形量，同时，桥垮在桥墩上连续，变形曲线均匀，行车平顺性好，特别有利于高速行车。5、该结构在车辆运营中具有噪音小、维修工作量小等优点。在结构

14、超载时，会发生内力重分布，提高粱部结构的极限承载力。6、连续梁施工方法已达到相当成熟的水平，施工难度小、工期短，经济效益明显。7、除制动墩外，连续梁的桥墩及基础尺寸都可以做得较小。2.2.2 成桥经验数据表 21 国内预应力连续梁桥分析表梁高桥名 跨组合径 边主跨比H 中 H 中 /L H 支 H 支 / H 中珠江三桥 8011080 0.73 2.7 1 /40.7 5.5 2.04常德大桥 84.7312084.7 0.7 3 1/30.0 6.8 2.27沙洋汉大桥 62.46111+62.4 0.56 2.5 1/44.4 6 2.4华北大桥 70+100+70 0.7 3.3 1/

15、30.3 6 1.82松花江大桥 59+790+59 0.66 3 1/30 5.4 1.82.2.3 主桥设计一、分孔布置对于跨河桥，分孔的主要依据是通航要求、地形和地质条件、水文状况、技术经济条件和美观的要求。桥梁的分孔和造价有很大关系，跨径越大，孔数越少，上部结构的总造价就越大，而下部结构的总造价则相对较小；反之，跨径越小，孔数越多，上部结构的总造价就越小，而下部结构的总造价就相对较高。从结构受力合理和施工方便角度考虑，对于大跨度连续梁，中间部分采用等跨布置，而边跨则应该采用不等跨布置。单从受力合理来看，边、中跨跨径之比取 0.8 为宜，单从施工角度考虑，悬臂施工时取 0.5 为宜。综合

16、两方面考虑，边、中跨跨径之比常采用 0.60.7，而当边跨与中跨之比小于 0.3 时，边孔桥台支座要做成拉压式，以承受负反力。本桥横跨京杭古运河，考虑到通航要求，为一跨过河桥。其跨径布置为71m+120m+71m。边孔与中孔跨径之比为 0.59。全桥总长 412m。主桥与引桥连接处设置 12cm 的伸缩缝。中 南 大 学 毕 业 设 计 第二章 桥式方案初步设计6图 2-1 连续梁方案分孔布置示意图（单位：cm）二、截面类型1、等高粱与变高粱预应力混凝土连续梁桥可分为等高度预应力混凝土连续梁桥和变高度预应力混凝土连续梁桥。等高度连续梁一般使用情况如下： 跨径一般为 4060m（国外也有达到 8

17、0m 跨径者）,构造简单，施工快捷的连续梁。桥的立面布置在顶推法施工时以等跨径为宜，从受力分析，最好采用边跨跨度小于中跨跨度的不等跨布置，边跨与中跨之比取 0.40.8，等截面梁的高跨比一般为1/181/20。 适应于满堂支架施工、移动模架逐孔施工及顶推施工等。 可以通过在支点处加厚腹板厚度、底板厚度等方法在使结构与受力相协调。变高度梁主要适用于大跨径预应力混凝土连续梁桥，主要特点有： 变高度梁能更好地符合梁的内力分布规律，从绝对值看，一般情况下，支点的负弯矩大于跨中的正弯矩，结构的抗弯刚度与弯矩分布规律基本协调。 大跨度桥梁一般采用悬臂施工法，变高度梁与施工状态的内力吻合，且施工内力与成桥结

18、构内力也基本吻合，预应力筋的作用效益高。 变高度梁线形美观，外型和谐，增大了桥下净空，有利于桥下通航和降低桥头引线标高。变高度梁的梁底立面线形一般采用圆弧线或二次抛物线，二次曲线的变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本相近。个别桥梁也有采用折线变化的。除外形高度变化外，为满足梁内各截面抗压和抗剪的受力要求，底板和腹板往往采用变厚度。顶板一般采用等厚度。本桥设计中主桥选用变高度预应力混凝土连续梁。梁底立面曲线选用抛物线形，底板和腹板采用变厚度。顶板采用等厚度。2、截面类型预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多，一般应根据桥梁的跨径、宽度、梁高、支撑形式、总体布置和施工方法等方面综合确定。合理地选择主梁的

19、截面形式对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工和改善截面的受力性能是十分重要的。目前预应力连续梁桥横截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面，其中，板式、肋梁式截面构造简单、施工方便，但受力性能比较差。箱形截面是连续梁体系中最常用的截面形式，相比于板式、肋式截面，有如下特点：中 南 大 学 毕 业 设 计 第二章 桥式方案初步设计7 顶底部都具有较大的承压面积，能有效地抵抗正、负弯矩，抗弯刚度大。 采用闭口截面，抗扭刚度大。 布置纵向钢筋的空间位置多，范围大，方便布筋。 外形简洁、美观。 箱梁的施工工艺相对复杂一些，不过施工方法已经比较成熟。本桥桥宽为 25.5m，分两幅，每幅桥面净宽宽度为 12.2

20、5m，两幅梁间距为 1m。本设计中，两幅梁结构尺寸完全一致，均选用单箱单室的箱形截面，因此只设计其中一幅。三、结构尺寸1、梁高 顶板厚 底板厚变高度连续梁桥的梁高与最大跨径之比，在跨中截面一般为 1/301/50，支点截面可选用 1/161/25。本桥设计中，支点梁高 6.0m，为主跨的 1/20，跨中梁高为2.4，为支点梁高的 1/2 。对于悬臂法施工的变高度连续梁桥，箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部，根部底板厚度一般为根部梁高的 1/101/12，以符合施工和运营阶段的受压要求，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内。底板沿纵向的厚度变化规律与底板线形一致。跨中底板受力上不控制设

21、计，但要满足板内配置预应力钢筋与普通钢筋的要求。构造上要求底板厚度一般为 200300。在本设计中支座处的底板厚为 80cm，跨中处底板厚为 30cm，在支座与跨中间按抛物线形变化，坐标系建在跨中直线与抛物线交接处，则梁高和梁底曲线形的抛物线方程为（方程中 x 的单位是 m）： 底板下底缘线： ，20.1460.81()yxm底板上底缘线： 。397在确定箱形截面顶板厚度时一般考虑两个因素：满足桥面横向弯矩的要求；满足布置纵向预应力钢筋的要求。在配筋的混凝土桥面板中，顶板的厚度与腹板间距可参考下表：表 2-2 腹板和顶板参考尺寸腹板间距（m） 3.0 4.5 7.0 10顶板厚度（） 180

22、200 250 300本设计顶板厚度取 30mm，全桥等厚。2、悬臂板长度 腹板厚 箱梁截面顶板两侧挑出的悬臂板（翼板）长度也是调节顶板内弯矩的重要参数，悬臂板沿横向常为变厚，其端部一般按最小构造要求取值。无横向预应力时，悬臂长度不宜过大，一般在 1.42.5m 之间，当配置横向预应力筋时，悬臂板应尽量外伸。本设计中悬臂板长度取为 2.5m。腹板的厚度由受力和构造两个方面综合控制。在受力方面，箱梁腹板必须满足截面面剪力、主拉应力和稳定性的最小厚度要求。当腹板内有预应力时，还应满足局部应力的要求。在预应力连续梁桥中，弯束对荷载剪力的抵消使梁内剪应力和主拉应力中 南 大 学 毕 业 设 计 第二章

23、 桥式方案初步设计8较小；在变高度连续梁桥中截面高度的变化也可减小主应力值。因此，除受力因素外，考虑预应力钢筋布置及混凝土浇注后的箱梁腹板构造要求一般为：腹板内无预应力束管道布置时可采用 250；腹板内有预应力管道布置时可采用 250+管道直径；腹板内有预应力束锚固时采用 350。根据剪力的分布规律，腹板宜采用变厚度形式。在大跨径预应力混凝土连续箱梁中，腹板宽度宜从跨中向支点逐渐加宽，但考虑到施工方便，腹板的变化应尽量简洁。支点厚度一般采用 300600，也有达到 1m 左右者。本设计中，腹板厚度在跨中处各处宽均为 350mm，在支座处两侧宽度为 600mm，中间腹板宽度为 350mm。箱梁截

24、面尺寸如下图所示：图 2-2 连续梁跨中截面尺寸图（单位：cm）图 2-3 连续梁支座处截面尺寸图（单位：cm）四、下部结构设计桥墩、桥台和基础统称为下部结构，它们的主要作用是支承上部结构并将上部结构传来的荷载及本身自重传递到基础。中 南 大 学 毕 业 设 计 第二章 桥式方案初步设计91、墩台设计桥墩形式的采用，取决于桥上线路或道路条件、桥下水流速度、墩位处水深、水流方向与桥梁中轴线的家教、通航及桥下漂流物、基地土壤承载力、两部结构及施工方法等。桥墩一般可以分为，重力式桥墩、空心桥墩、柱式桥墩、轻型桥墩和拼装式桥墩。(a) 重力式桥墩重力式实体桥墩主要依靠自身重力来平衡外力保证桥墩的稳定，

25、适用于地基良好或桥下有通航、流冰等漂流物的大、中、小桥梁。重力式实体桥墩一般用混凝土或片石混凝土砌筑，截面尺寸及体积较大，其自重和阻水面积也较大，外形粗壮，很少应用于城市桥梁。重力式实体桥墩按截面形状分为矩形桥墩、圆形桥墩和圆端形桥墩。1） 矩形桥墩矩形桥墩截面为矩形，具有圬工较省、模板简单、施工简便的优点，但对水流的阻力特别大，并促使水流紊乱而招致桥墩周围发生较大的局部冲刷，所以矩形桥墩一般适用于无水、静水或靠近岸边水流流速较小处。山区铁路或公路的跨谷桥及其他旱桥常采用矩形桥墩。2） 圆形桥墩圆形桥墩截面为圆形，不受水流与桥梁轴线斜交角度的限制。当水流流向不稳定或水流与桥梁法线斜交角度大于

26、15时应采用圆形桥墩，由于圆形桥墩的各个方向的尺寸相同，不能根据桥墩纵、横向受力及使用要求不同的特特点采用不同的尺寸，增大了桥墩的阻水面积，故对于斜交角小于 15时及横向宽度较大的桥墩不宜采用。同时，因为截面为圆形，不宜用石料砌筑。3） 圆端形桥墩圆端形桥墩截面中间为矩形，两端各加一个半圆，能使水流顺畅地通过桥孔，与矩形桥墩相比，它可减少水流对桥墩周围河床的局部冲刷和水流压力，一般用于斜交角小于 15时的水中桥墩。它是公路和铁路桥梁上常采用的重力式实体桥墩。（b） 空心桥墩位于山区的桥梁往往桥长且谷深而需要建造高桥墩，如果采用重力式实体桥墩，则墩身圬工量惊人、墩身的自重大而相应要求地基有较高的

27、承载能力、地震时有较大的惯性力。此时，设计中一般采用空心墩。根据方案比较及实桥对比，混凝土空心墩比实体墩可节省 20%30%的圬工，钢筋混凝土空心桥墩可节省圬工 50%左右。空心桥墩的截面形式一般有下列几种：圆形空心、双圆孔空心、园端形空心、园端形中间设纵隔板空心、矩形空心、矩形中间设隔板（双矩形）空心。墩身的立面形式一般有直坡式、台阶式和斜坡式。空心墩墩壁较薄，在有船、筏和漂流物或受冰压力的河流上，一般不宜采用，以防撞击和磨损墩壁而招致破坏。但根据河流的具体情况，采取下部实体墩身等措施，通过技术经济比较后，仍可采用空心墩。圆形空心截面受力性能最好，一般情况下可不设隔板，施工最为方便，设计高墩时可优先考虑采用这种截面形式。当构造需要桥墩的横向尺寸很宽，或横向水平力较大时，如梁宽度大，双线铁路、公路、弯道桥或架梁需要墩顶较宽等情况时，可考虑采用圆端形或矩形带纵隔板的空心墩。当墩身不很高，平面两向宽度比值不太大时，