1、青岛理工大学毕业设计 I 目 录 前 言 . 1 第 1 章 概述 . 3 1.1 工程主要技术参数 . 3 1.1.1 工程概况 . 3 1.1.2 工程水文地质情况 . 3 1.2 设计基本资料 . 4 1.2.1 桥梁线性布置 . 4 1.2.2 设计标准 . 4 1.2.3 主要材料 . 4 1.2.4 施工方式 . 5 1.2.5 支座强迫位移 . 5 1.2.6 设计计算依据 . 5 1.2.7 基本计算数据表 . 6 第 2 章 设计要点及结构尺寸 . 8 2.1 设计要点 . 8 2.2 桥梁结构图式 . 8 2.3 截面形式及截面尺寸拟定 . 8 2.4 毛截面几何特性计算
2、.11 2.4.1 计算原理 . 11 2.4.2 计算结果 . 11 第 3 章 主梁作用效应计算 . 12 3.1 结构自重作用效应计算 . 12 3.1.1 一期自重作用效应计算 . 12 3.1.2 二期自重作用效应计算 . 13 3.2 汽车荷载作用效应计算 . 14 3.2.1 冲击系数和折减系数 . 14 3.2.2 汽车荷载横向分布影响的增大系数计算 . 15 青岛理工大 学毕业设计 II 3.3 基础沉降内力计算 . 17 3.4 人群荷载计算 . 18 3.4.1 计算原理 . 18 3.4.2 人群荷载效应内力计算 . 18 3.5 内力组合 . 19 3.5.1 按承载
3、能力极限状态设计 . 19 3.5.2 按正常使用极限状态设计 . 20 3.5.3 计算结果 . 21 第 4 章 预应力钢束的估算及布置 . 23 4.1 钢束估算 . 23 4.1.1 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估束 . 23 4.1.2 按正常使用极限状态截面压应力要求估算 . 25 4.1.3 按承载能力极限状态的应力要求计算 . 27 4.1.4 估算结果 . 27 4.2 钢束布置 . 28 4.3 主梁截面及换算截面几何特性计算 . 29 第 5 章 预应力损失及有效预应力计算 . 31 5.1 基本理论 . 31 5.2 预应力损失计算 . 31 5.2.1 后张
4、法由预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失 . 31 5.2.2 后张法由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 . 32 5.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的应力损失 . 33 5.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损 失终极值 . 34 5.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 . 35 5.2.6 截面预应力损失合计和有效预应力 . 36 第 6 章 截面强度验算 . 38 6.1 基本理论 . 38 6.2 计算公式 . 38 第 7 章 抗裂验算 . 42 青岛理工大学毕业设计 III 7.1 规范要求 . 42 7.1.1 正截面抗裂验算 . 42 7.1.2
5、 斜截面抗裂验算 . 42 7.2 正截面抗裂验算 . 43 7.3 斜截面抗裂验算 . 44 第 8 章 持久状况构件的应力验算 . 48 8.1 正截面混凝土压应力验算 . 48 8.2 预应力筋拉应力验算 . 49 8.3 混凝土主压应力验算 . 50 第 9 章 挠度验算 . 54 9.1 汽车荷载作用下主梁边跨和中跨的最大截面挠度计算 . 54 9.1.1 边跨最大挠度计算 . 54 9.1.2 中跨最大挠度计算 . 55 9.2 人群荷载作用下主梁边跨和中跨的最大截面挠度计算 . 56 9.2.1 边跨最大挠度计算 . 56 9.2.2 中跨最大挠度计算 . 57 9.3 消除结构
6、自重后长期挠度验算 . 57 结 束 语 . 58 致 谢 . 60 参考文献 . 61 附 录 青岛理工大学毕业设计 1 前 言 本设计是 江苏 227 省道三期工程罗泉大桥 上部结构设计，要求 通过 毕业设计 ,掌握桥梁结构荷载的布置方法、掌握主梁的设计方法 ， 培养学生运用现行规范进行设计的能力，培养学生运用所学知识综合分析问题和解决问题的能力 ，并 完成必要的毕业论文及桥梁总 体布置图、主梁 构造图、主梁预应力钢筋布置图、施工程序示意图等图纸。 最终， 使 所设计 桥梁达到 实用、美观、经济、 耐 久、 大方等要求。 227省道起自常熟浒浦，经吴县、苏州市区、吴江至苏浙交界，南北向贯通
7、整个苏州市域，是目前苏州境内南北向交通的一条主要干线，也是苏州路网的纵向主骨架。 罗泉大桥位于 227省道上 ，桥址场地地质相对平坦。桥梁跨径布置为30+30+30m，双向六车道。上部结构采用整体现浇的预应力混凝土连续箱梁， 梁高 2米 ,单跨 13.75米，高跨比符合规范要求 。单幅横断面采用单箱单室箱梁，采用支架现浇的施工方式。 设计中用到了 材料力学、结构力学、结构设计原理、桥梁工程等学科的诸多知识，同时参考了 公路桥涵设计通用规范（ JTG D60-2004）、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62-2004）等规范， 我 还从图书馆借阅了大量教学参考书，力求在设计
8、过程中做到 安全可靠、技术先进和经济合理的目标。另外，计算机在设计过程中起到了创新性的作用，在设计中，利用 AutoCAD、MIDAS、 Excel等软件进行了计算机辅助绘图和计算设计，这为设计最后的圆满完成铺平了道路。 本设计共分九章进行阐述，第一章为概述，第二章为 设计要点及 结构尺寸拟定 ，第三章为主梁作用效应计算，第四章为预应力钢束的估算及布置，第五章为预应力损失及有效预应力计算，第六章为 截面强度验算 ，第七章为抗裂验算，第八章为持久状况构件的应力验算 ，第九章为挠度验算。另外，在设计书中 配有多幅插图和表格，力求更全面的展示设计内容并使其具说服力。 本次设计是对我大学四年所学知识的
9、一次综合检阅，让我对本专业知识进行了一次系统的巩固，使我更深刻地认识到作为一名桥梁设计工作者，不仅要具有扎实的专业基础知识和全面的专业技术，还要具有严谨的工作态度以及计算机软青岛理工大 学毕业设计 2 件应用、查阅资料等方面的能力， 对我以后从事桥梁方面的工作具有良好的指导意义。 在这次毕业设计中，得到了 老师和 老师以及 道 桥教研室的其他老师的热心的指导，同专业的同学在设计中也给了我许多帮助，使我得以如期、顺利地完成毕业设计，在此深表感谢。 由于时间仓促及笔者水平有限，本次设计难免有各种错误与不足，望各位老师和同学批评指正与谅解。我将在以后的学习和工作中不断改正，吸取经验教训，在社会上，在
10、新的工作岗位上为我系争光，以此来感谢老师四年的关心与教导。 青岛理工大学毕业设计 3 第 1 章 概述 1.1 工程主要技术参数 1.1.1 工程概况 227 省道起自常熟浒浦，经吴县、苏州市区、吴江至苏浙交界，南北向贯通整个苏州市域，是目前苏州境内南北向交通的一条主要干线，也是苏州路网的纵向主骨架。 该桥位于 227 省道上，桥址场地地质相对平坦。桥梁跨径布置为30+30+30m，双向六车道。经技术经济比较，上 部结构采用整体现浇的预应力混凝土连续箱梁桥。 1.1.2 工程水文地质情况 1. 地形地貌 桥位处地貌类型为剥蚀残丘地貌，区域构造背景稳定，场地稳定性良好。 2. 各岩土层分布 根据
11、勘探资料，场区内的地层自上而下分述如下： （ 1） 素填土：广泛分布于场区内，黄褐色，松散稍密，稍湿，以粘性土为主，含少量花岗岩风化碎屑，加有碎石块。层厚： 1.1 2.50 米。该层主要为砖石屯土，属欠固结土，层厚和力学性质变化大，工程特性不稳定，不能用作拟建物的地基持力层。 （ 2） 粉质粘土：广泛分布于场区内，黄褐色，可塑硬塑， 湿饱和，松散密实，级配较差，层厚 1.5 6.40 米。地基承载力特征值 200kPa，压缩模量11Mpa，极限侧阻力标准值 100kPa。 （ 3） 粗粒混合土 ： 广泛分布于场区内，红褐色，稍湿，中密，以花岗岩风化碎屑为主，层厚 :5.5 10.3 米。地基
12、承载力特征值 250kPa，变形模量 22MPa，极限侧阻力标准值 120kPa。 （ 4） 风化花岗岩：广泛分布于场区内，层厚未透，肉红色 ,粗粒花岗岩结构，主要成分为长石、石英、少量云母，块状、柱状，有裂隙。地基承载力特征值2000kPa， 弹性模量 6000MPa，极限端阻 力标准值 12000kPa。 3. 地下水 青岛理工大 学毕业设计 4 主 线 高 架 桥 全 长 9000 场区地下水在勘察深度范围内未见，地下水对混凝土无侵蚀性。 1.2 设计基本资料 1.2.1 桥梁线性布置 平曲线半径：无平曲线 。 竖曲线半径： 无竖曲线。 1.2.2 设计标准 跨径 ： 30m+30m+3
13、0m，施工方法为支架现浇；桥梁布置立面图见图 1-1。 图 1-1 桥跨总体布置立面图（尺寸单位： cm） 载标准：公路 I 级 ，人群荷载： 23.5kN/m 。 桥面净宽：净 11.25m+2 0.5m 护栏 1.5m 人行道 桥梁布置横断面图见图 1-2。 桥面形式：分离式双向 六 车道。 1.2.3 主要材料 混凝土：预应力混凝土主梁采用 C50 混凝土；其余构件采用 C30 混凝土。 预应力钢绞线：采用符合 ASTM A416-920 的低松弛高强钢绞线。单根钢绞线直径为 15.2mm，截面积为 139mm2,标准强度 1860skf MPa ， 弹性模量5E p 1 .9 5 1
14、0 M P a 。 普通钢筋：钢筋采用符合 GB 1499 84 标准的钢筋，直径大于等于 12mm者 均采用 HRB335 钢筋，直径 小于 12mm者 均采用 HRB235 钢筋。 钢板：采用符合 GB3274 2007 规定的 Q235 钢板。 锚具：预制箱梁采用 OVM 型锚具及其配套设备；箱梁接头顶板束采用 BM15型锚具及其配套设备。 青岛理工大学毕业设计 5 预应力管道：采用预埋金属波纹管成型。 支座：采用圆板坡型橡胶支座 YPQ 和 YPQF4 系列产品。 伸缩缝：采用 SFP-160 型伸 缩缝。 桥面铺装：采用 4cm厚的 C40 混凝土和 8cm厚的沥青混凝土铺装。 图
15、1-2 桥跨总体布置横断面图（尺寸单位： cm） 1.2.4 施工方式 采用分段支架浇筑的方式，达到 设计 强度后，张拉预应力钢束并压注水泥浆，待混凝土达到预定强度后拆除支架 并卸 模板 ，再完成主梁的横向接缝，最后进行防护栏及桥面铺装施工。 1.2.5 支座强迫位移 支座强迫位移：边支座下沉 1cm。 1.2.6 设计计算依据 公路工程技术标准（ JTG B01 2003） 。 公路桥涵设计通用规范（ JTG D60-2004），以下简称通规。 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62-2004），以下简称公预规。 公路桥涵地基与基础设计规范（ JTJ024 85） 。 青
16、岛理工大 学毕业设计 6 公路桥涵施工技术规范（ JTJ041 2000） 。 1.2.7 基本计算数据表 根据通规中各条规定，混凝土、钢绞线和钢筋的各项基本数据以及在各个阶段的容许值，见表 1-1。 表 1-1 基本计算数据表 名称 项目 符号 单位 数据 混凝土 立方强度 cu kE， MPa 50 弹性模量 cE MPa 3.45104 轴心抗压强度标准值 ckf MPa 32.4 轴心抗拉强度标准值 tkf MPa 2.65 轴心抗压强度设计值 cdf MPa 22.4 轴心抗拉强度设计值 tdf MPa 1.83 预施应力阶段 极限压应力 0.7ckf MPa 20.72 极限拉应力
17、 ,0.7 ckf MPa 1.757 使用荷载作用阶段 极限压应力 0.5ckf MPa 16.2 极限主拉应力 ,0.4 tkf MPa 1.06 极限主压应力 0.6ckf MPa 19.44 钢绞线 弹性模量 PE MPa 1.95105 抗拉强度标准值 pkf MPa 1860 抗拉强度设计值 pdf MPa 1260 抗压强度设计值 ,pdf MPa 390 最大控制应力 con 0.75 pkf MPa 1395 使用荷载作用阶段极限应力 0.65 pkf MPa 1209 青岛理工大学毕业设计 7 续表 1-1 名称 项目 符号 单位 数据 普通钢 筋 R235 弹性模量 sE
18、 MPa 2.1105 抗拉强度标准值 skf MPa 235 抗拉强度设计值 sdf MPa 195 抗压强度设计值 sdf MPa 195 HRR335 弹性模量 sE MPa 2.0105 抗拉强度标准值 skf MPa 335 抗拉强度设计值 sdf MPa 280 抗压强度设计值 sdf MPa 280 材料重度 预应力混凝土 1 3kN/m 26 沥青混凝土 2 3kN/m 24 混凝土 2 3kN/m 25 钢束与混凝土的弹性模量比 yn 无量纲 5.6 注： ckf 、 tkf 分别为钢束张拉时混凝土的抗压 、 抗拉强度标准值 ， 本设计考虑混凝土强度达到设计强度的 90%开始张拉预应力钢束，即混凝土强度为 C45 时开始张拉钢束，因此， ckf =29.6MPa， tkf =2.51 MPa。
