1、 1 本科生毕业设计说明书 学 院： 建筑工程 系： 土木工程 专 业： 土木工程（道路与桥梁方向） 班 级： 土木 085班 学 号： 6002108227 学生姓名： 谢 小 超 起讫日期： 2012.2.13 2011.5.25 指 导教师： 吴光宇 职称： 高级工程师 系分管主任： 张 爱 萍 审核日期： I 摘要 本设计的步骤为：根据设计任务要求，依据现行公路桥梁设计规范 ,综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了预应力混凝土简支 T 形梁 、 预应力连续箱梁两 个比选桥型。按 “安全、适用、经济、美观 ”的桥梁设计原则，比较两 个方案的优缺点。比选后把预应力混凝土简支 T 形梁
2、作为推荐设计方案，进行了结构细部尺寸拟 定、静活载内力计算、配筋设计及控制截面强度、应力验算，活载变形验算等。经分析比较及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。 关键词： 预应力混凝土、简支梁桥、 桥梁博士 V3.0、 设计计算 。 II 目录 一 引言 .1 二 方案比选 .2 2.1 概述 . 2 2.1.1 设计标准 . 2 2.1.2 沿线自然地理概况 . 2 2.1.3 当地气象情况 . 2 2.1.4 采用规范 . 2 2.2 桥型方案 . 2 2.2.1 构思宗旨 . 2 2.2.2 比选方案 . 2 2.2.3 方案点评 . 3 2.2.4 方案比选结果
3、 . 4 三 上部结构设计计算 .5 第一章 主 梁设计 .5 1.1 设计概况及构造布置 . 5 1.1.1 设计资料 . 5 1.1.2 横截面布置 . 6 1.2 结构单元的划分 . 8 1.3 梁毛截面几何特性计算 . 9 1.4 主梁内力计算 . 错误 !未定义书签。 1.4.1 恒载内力计算 . 10 1.4.2 活载内力计算 . 17 1.4.3 作用效应组合值的计算 . 27 1.5 预应力钢束的估算及其布置 . 33 1.6 钢束预应力损失估算 . 36 1.7 全桥强度验算 . 错误 !未定义书签。 1.7.1 施工验算 . 40 1.7.2 使用阶段应力验算 . 43 1
4、.7.3 承载能力极限状态强度验算 . 44 1.7.4 主梁变形（挠度）验算 . 46 1.8 主梁抗剪设计 . 47 第二章 横隔梁设计计算 .50 2.1 确定作用在横隔梁上的计算荷载 . 50 2.2 绘制中横隔梁的内力影响线 . 50 2.3 截面内力计算 . 52 III 2.4 横隔梁的配筋与验算 . 53 2.5 抗剪能力验算 . 54 第三章 桥面板配筋计算 .55 3.1 悬臂板荷载效应计算 . 55 3.1.1 永久作用 . 55 3.1.2 可变荷载 . 56 3.1.3 承载能力极限状态作用基本组合 . 56 3.2 连续板荷载效应的计算 . 56 3.2.1 永久作
5、用 . 57 3.2.2 可变作用 . 58 3.3 截面 设计、配筋及承载力验算 . 61 第四章 支座设计计算 .63 四 下部结构设计计算 .65 第一章 盖梁计算 .66 1.1 盖梁尺寸拟定 . 66 1.2 荷载计算 . 66 1.2.1 上部构造荷载 . 66 1.2.2 盖梁自 重产生的弯矩剪力计算 . 66 1.2.3 活载计算 . 68 1.2.4 双柱反力计算 . 73 1.3 内力计算 . 75 1.3.1 恒载加活载作用下的各截面内力 . 75 1.3.2 盖梁内力汇总 . 76 1.3.3 截面配筋设计与承载力校核 . 76 第二章 桥墩墩柱计算 .78 2.1 恒
6、载计算 . 78 2.2 活载计算 . 78 2.3 双柱反力横向分布计算 . 79 2.4 荷载组合 . 79 2.4.1 最大最小垂直反力计算（双孔） . 79 2.4.2 最大弯矩计算 . 80 2.5 截面配筋计算及应力验算 . 80 2.5.1 作用于墩柱顶 的外力 . 80 2.5.2 作用于墩柱底的外力 . 80 2.5.3 截面配筋计算 . 81 第三章 钻孔灌注桩的设计计算 .82 IV 3.1 荷载计算 . 82 3.2 桩长计算 . 82 3.3 桩的内力计算（ m 法） . 83 3.3.1 桩的计算宽度的确定 . 83 3.3.2 桩的变形系数 . 83 3.3.3
7、地面以下深度 Z处截面弯矩与水平压力的计算 . 83 3.3.4 桩身截面配筋及强度验算 . 85 五 施工要点 .82 5.1 桥梁施工中监理工作的主要内容 . 86 5.2 混凝土浇筑质量监理控制的要点 . 86 5.3 梁体吊装与安装的监理质量控制要点 . 87 5.4 预应力张拉剪力控制要点 . 87 5.5 桥面铺装的监理要点 . 87 毕业设计总结 .89 参考文献 .90 致谢 .91 1 一 引言 交通工程的发展是现代经济与社会发展的必然趋势，尤其是高速公路的发展对促进经济发 展与文化交流具有重要意义。建立四通八达的现代交通网，大力发展交通运输事业，对于发展国民经济、促进区域经
8、济发展、促进文化交流和巩固国防等方面，都具有非常重要的意义。 我国交通行业发展具有明显的区域性，东部地区比较发达，西部相对欠发达。这主要与地域经济发展相关。我国地域幅员辽阔，地形复杂，尤其是西部地区多山区、南方多河流，这就对道路的跨越能力提出了较高的要求。这就直接促进了桥梁的设计、施工等技术的快速发展，提高了桥梁的性能和跨越能力。 近年来，桥梁正向着更长、更柔的方向发展，高难度、大跨度、高科技含量的桥梁不断 涌现，这是以先进的结构理论创新、成熟的预应力技术、施工技术及机械的发展为基础的，反过来这也促进了桥梁技术的快速发展。这对 交通工程的发展具有重要意义。但是，我们应该看到，一般跨度桥梁仍是桥
9、梁建设的主题，其设计与施工技术的成熟加快了交通工程的建设。随着时代的不断发展，普通桥梁的设计与施工加强了成本控制、进度控制、质量控制、 环境影响评价等方面的发展，使得桥梁建设更加科学、合理，本桥就是 基于基本桥梁理论和施工技术进行设计的。本设计采用简支体系，并应用了预应力技术增大了桥梁跨径， 同时运用“桥梁博士”软件进行必要的计算 ，运用 Auto CAD 软件进行图形的绘制。本次设计 是对整个桥梁设计过程的一次系统的学习和总结。 2 二 方案比选 2.1 概述 本桥位于赣西二级公路 K11+000 K13+000 段，路线中心线为直线，桥跨径约 120 米。 2.1.1 设计标准 设计荷载：
10、公路 II 级汽车荷载 桥面宽度：单幅净宽 12m 桥面横坡 ： 2% 洪水频率： 1/100 2.1.2 沿线自然地理概况 山岭纵丘 地区，沿线为七度震区。 2.1.3 当地气象情况 多年平均气温为 19，极端最高气温 40，极端最低气温 -8。 2.1.4 采用规范 公路工程技术标准（ JTG B01 2003），简 称标准 公路桥涵设计通用规范（ JTG D60 2004），简称桥规 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62 2004）， 公路桥涵地基与基础设计规范（ JTJ 024-85） 公路桥涵施工技术规范（ JTJ 041-2000） 2.2 桥型方案 2.2.
11、1 构思宗旨 1. 符合本地区发展规划，满足交通功能需要。 2. 桥型结构造型简洁、轻巧，能反映新科技成就，体现当地民族风格。 3. 设计方案力求 结构新颖，尽量采用有特色的新结构，又要保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。 2.2.2 比选方案 1. 方案一：预应力简支 T 梁桥 (1) 孔径布置。本方案采用等跨布置，标准跨径 30m，共 4 跨，桥梁总跨径120m。由于没有通航要求，而且地面线较缓，因此采取等跨布置的方式是可行3 的。结构受力比较简单，不受支座变位、温度应力等影响；构造也较简单，制造、安装方便，因此本方案是一种施工简便、经济合理的一种桥型，在初选方案时具有一定的优势。 (2
12、) 中间跨结构构造。主梁间距 2.0m，梁高 1.8m，共 6 根主梁，翼缘高 0.16m。边梁悬臂长 1.0m，中梁预制梁顶宽 1.5m，梁与梁接缝高 0.16m，梁肋宽 0.2m，马蹄高 0.25m，马蹄变高为 0.12m， 变宽均 0.12m，桥面净宽 9.5m，每隔 7.25m设横隔梁一道。 (3) 施工方案。桩基及预应力主梁均采取现场预制的方法进行施工，其中主梁为后张法预制，采用自行式吊车架梁的方法吊装；桥面连续。 2. 方案二：预应力混凝土连续箱梁桥 (1) 孔径布置。采用等跨布置，标准跨径 30m，共 四 跨。 (2) 主跨结构构造。主梁为单箱单室矩形等截面箱梁，整体为分离双箱结
13、构，桥面净宽 9m，两侧 各布置 0.5m 防撞栏杆。箱梁顶板厚 0.25m，翼缘厚 0.20m，腹板厚 0.30m，底板厚 0.25m，底板与腹板连接处加腋高度为 0.3m，坡度为 1： 3，腹板与底板处加腋高度为 0.3m，坡度为 1： 1，箱梁高 2.5m，长 10m，两侧悬臂各 2m。箱梁在支撑处设置梁内横隔板，并且对横隔板施加横桥向预应力。其他位置在顶板设置横向预应力筋。箱梁底板厚度靠近桥墩部分适当加厚，以便适应此位置箱梁下缘受压的要求。另外，在靠近桥墩处需在箱梁腹板中设置竖向预应力筋，跨中部分可疏些，以保证箱梁具备良好的竖向抗剪能力。 本桥由于跨径不 大，采用等截面箱梁，以方便施工
14、。 (3) 施工方案。本方案采用先简支后连续的施工方法，现场预制箱梁。 2.2.3 方案点评 1. 根据设计宗旨，桥型方案应满足受力合理、技术可靠、施工方便的原则，以上 两 个方案都满足这一要求。 2. 从结构形式上看， 两 个方案 均 为梁式 桥 。但从受力角度看， 两 个方案有较大差别，方案一为简支梁桥，由于跨中弯矩最大，影响桥梁跨径和通行能力，但是由于预应力技术的成熟，简支 T 梁的跨径增大，完全可以满足较大跨度的需要；方案二为预应力连续体系，由于梁与梁之间为刚接，使得全桥弯矩分配更为合理，跨中 弯矩明显减小，而且箱梁抗扭刚度大，可以有效抵抗横向应变，可以充分发挥箱梁大跨径、稳定的特点。
15、 3. 从材料用量比较，方案一、二差别不大，容易得知。整体来说，方案一应该是最经济的，而且施工方便；方案二总体受力合理，采用先简支后连续的方4 法，施工方法成熟，工程造价比较经济。 2.2.4 方案比选结果 本设计认为选择简支梁桥方案比较好，理由如下： 本设计认为工程造价和结构受力是选择方案的决定因素。因此，本设计采用4 30m的预应力钢筋混凝土简支 T 梁桥方案。 上部构造的构造形式、跨径等被确定后，进行桥梁各部构件的详细计 算。 上承式简支梁桥设计计算的项目一般有主梁、横隔梁、桥面板和支座等。主梁是主要承重构件，无论从结构安全或材料消耗上来看，它是桥梁的重要部分。桥面板（或称行车道板）直接
16、承受车辆的集中荷载，通常又是主梁的受压翼缘，它的工作状态不但影响到行车质量，而且还涉及 主梁的受力。桥面板的裂缝或刚度不足，将对行车路面的维护带来麻烦， 横隔梁主要增强桥梁的横向刚性，起分布荷载的作用。在具体进行设计计算时，习惯上常从主梁开始，其次再设计横隔梁、桥面板和支座。 在进行工程结构物设计时，通常总是先跟据使用要求，跨径大小、桥面净宽、荷 载等级、施工条件等基本资料，运用对结构物的构造知识并参考已有桥梁的设计经验来拟定结构物各构件的截面形式和细部尺寸，估算结构的自重，然后根据作用在结构上的荷载，用熟知的数学、力学方法计算出结构各部分可能产生的最不利内力，在由已求得的内力进行强度、刚度和
17、稳定性的验算，以此来判断原先所拟定的细部尺寸是否符合要求。 如果验算结果不能满足要求，或者尺寸选得过大，则需修正原来所拟定的尺寸再进行验算，直至满意为止。 三 上部结构设计计算 5 第一章 主梁设计 1.1 设计概况及构造布置 1.1.1 设计资料 1. 设计跨径：标准跨径 30.00m（墩中心距离），主梁全长 29.92m， 简支梁计算跨径 (相邻支座中心距离 )29.50m。 2. 荷载：公路 II 级，设计车道数为 2 车道；人群： 3KN/m；每侧栏杆、人行道的重量分别为 1.52KN/m和 3.6KN/m。 3. 桥面净空：净 9.5+2 1.25m 人行道 4. 气象资料：桥位的温
18、差为 48 摄氏度，平均温度为 19 度，最低气温 -8 摄氏度，最高气温 40 摄氏度。 5. 材料及工艺： 混凝土：主梁用 C50，弹性模量 M PaE C 41045.3 ，抗压强度 标准值ckf =32.4MPa，抗压强度设计值 cdf =22.4MPa，容重 26KN/m3；护栏及桥面铺装用 C30。 预应力钢束：采用 ASTM A41697a 标准的低松弛钢绞线（ 1 7 标准型），抗拉强度标准值 pkf =1860MPa，抗拉强度设计值 pdf =1260MPa，公称直径15.24mm，工程面积 140mm2 ，弹性模量 PE = MPa51095.1 ，单位重量 Kg/m 1.
19、102。 锚具：夹片式群锚 钢筋： HRB400 级钢筋，抗拉强度标准值 ,400f MPask 抗拉强度设计值sdf 330MPa。直径 d12mm 者，一律采用 HRB335 级钢筋，抗拉强度标准值skf =335MPa，抗拉强度设计值 sdf 280MPa。钢筋弹性模量均为 Es=2.0 105MPa。 6. 环境：桥址位于野外一般地区， I 类环境条件，年平均相对湿度为 75% 。 7. 设计依据： 公路工程技术标准 (JTG B01-2003) 公路桥涵设计通用规范（ JTG D60-2004） 公路砖石及混凝土桥涵设计规范（ JTJ 022-85） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62-2004） 公路桥涵地基与基础设计规范（ JTJ 024-85）
