1、河北工业大学本科毕业设计 河北工业大学本科 毕业设计 学生信息： 曹 二伟 1 初步设计 1.1 设计基本资料 1.1.1 设计标准 1）设计荷载：公路 I 级 2）桥面宽：净 7m 2 0.5m 防撞墙 3）设计车道： 2 车道 4）设计车速： 80km/h 5）地震烈度：基本烈度 6 度，按 7 度设防 6）桥面横坡： 1.5% 7）桥面纵坡： 1.0% 8）竖曲线半径：桥梁范围内无竖曲线 9）平曲线半径：桥梁范围内无平曲线 10）温度：季节温差的计算值为 -43和 +19 1.1.2 主要材料 1、 混凝土 1） 桥面沥青混凝土铺装 2） 连续梁： C50 3） 桩基、承台、桥墩、桥台、
2、搭板： C50 2、钢筋 1）主筋： II 级钢筋 2）辅助钢筋： II 级钢筋 3）预应力筋：箱梁纵向预应力束采用 j15.24 高强度低松弛预应力钢绞 线， ASTMA416-90a270 级标准，标准强度 Ry =1860MPa ， Ey=1.95 10 MPa。 3、预应力管道 预应力管道均采用镀锌金属波纹管。 4、伸缩缝 采用 SSF80A 大变位伸缩缝。 5、支座 采用盆式橡胶支座。 1.1.3 相关参数 1. 相对温度 75% 2. 管道摩擦 系数 u=0.25 3. 管道偏差系数 =0.0025l/米 河北工业大学本科毕业设计 4. 钢筋回缩和锚具变形为 4mm 1.1.4 预
3、应力布置 箱梁采用 OVM 型锚具及配套的设备。管道成孔采用波纹圆管，且要求钢波纹管 的钢带厚度不小于 0.35mm。预应力张拉采 用 引伸量和张拉吨位双控。并以引伸量为 主。引伸量误差不得超过 -5%10%。 1.1.5 施工方式 满堂支架 1.1.6 设计规范 1公路桥涵设计通用规范（ JTG D60-2004） 2公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（ JTG D62 2004） 3 公路桥涵地基与基础设计规范（ JTJ024 85） 4公路桥涵施工技术规范（ JTJ041 2000） 5公路工程水文勘测设计规范（ JTGC30-2002） 1.2 横截面和纵断 面尺寸拟定： 1.2
4、.1 纵截面 桥梁分孔关系到桥梁的造价。跨径和孔数不同时，上部结构和墩台的总造价是不同的。跨径愈大，孔数愈小，上部结构的孔数就愈大，而墩台的造价就愈小。最经济的跨径就是要使上部结构和墩台的总造价最低。因此当桥墩较高或地质不良，基础工程较复杂而造价较高时，桥梁跨径就可选的大一些。反之，当桥墩较矮或地基 较好时，跨径就可以选的小一些。 由于桥位处地质情况为素填土或杂填土、圆砾、黏土、强风化岩，部分桥位处岩石裸露，海堤上地质情况为淤泥、黏土、中风化岩。地质状况不良，本桥位处桥长 97.4 米，拟采用预应力混凝土连续梁桥，所以设置为三跨连续梁较好。基础拟采用钻孔灌筑桩。 连续梁跨径布置一般采用不等跨的
5、形式。如果采用等跨布置，则边梁内力（包括边支墩处梁中的负弯矩）将控制全桥设计，这样不经济。此外变量过长，削弱了边跨的刚度，将增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值，增加预应力束筋数量。一般边跨长度可取为中跨的 0.5 0.8 倍，对钢筋混凝土连续梁取偏大值，使边跨与中跨内力基本相同；对预应力钢筋混凝土连续梁宜取偏小值，以增加边跨刚度减小活载弯矩的变化幅值，减少预应力钢筋的数量。但是当桥梁总长度很大，当采用顶推或先简支后连续的施工方法时，则等跨结构受力性能较差所带来的欠缺完全可以从施工经济效益的提高而得到补偿。本桥桥长97.4 米，对于连续体系，由于边跨宜取（ 0.50.8）中跨长，拟取 27m
6、+43m+27m，边跨 /主跨 =0.62。 河北工业大学本科毕业设计 1.2.2 截面形式 从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面以采用变高度的布置为宜。而对于采用顶推法 、 移动模架法 、 整孔架设法施工的桥梁，其跨径在 4060m 的预应力混凝土连续梁，一般都采用等高粱。等高度连续梁 H = (1/151/30)L,这里梁高拟取H=1.75m 截面的选择遇到的问题是箱型截面与 T 型截面的选择问题。由于 T形截面有利于承受单向弯矩（正弯矩），不利于承受双向弯矩（正负弯矩）。箱型截面是一种闭口薄壁截面，其抗扭刚度大，并具有较 T 形截面高的截面效率指标，同时它的顶底板面积均比
7、较大，能够有效地承担正负弯矩，并满足配筋的要求，所以在次选择箱型截面作为设计截面。接着就遇到了箱型 截面是选择单箱单室、单箱多室、多箱单室还是多箱多室。单箱截面整体性好，施工方便，材料用量经济，当桥面不大时采用单箱截面为好，当桥面较宽时，采用多箱截面。本桥宽为 7m + 2 0.5m 所以选择单箱单室截面形式。底板厚度：对于预应力混凝土连续箱梁底板中需配置一定数量的预应力束筋与普通钢筋，底板厚度一般为 200250mm,这里拟取 250mm。悬臂长度：悬臂长度一般采用 2 5m,当长度超过 3m 后，一般需要布置横向预应力钢束，我们这里悬臂长度取 1.5m。顶板厚度：确定箱形截面顶板厚度通常主
8、要考虑两个因素：桥面板横 向弯矩的受力要求和纵向预应力钢束和横向受力钢筋（或横向预应力钢束）的构造要求。腹板间距大约为 5m,这里拟取顶板厚度为 250mm。 顶板参考尺寸 腹板间距（ m） 3.5 5.0 7.0 顶板厚度（ mm） 180 200 280 腹板厚度：箱梁一般有两块以上腹板组成，每块腹板的最小厚度要满足构造要求和施工时浇筑混凝土的要求，一般经验认为：对于腹板内有预应力管道布置时腹板厚度为 450mm. 河北工业大学本科毕业设计 桥梁横截面拟订图 (cm) 2 计算 2.1 桥梁原横截面特性计算 桥梁横截面 (cm) 面积： A = (15+40) 150 2 2+45 175
9、 2+（ 500-45 2） 25 2+45 15 4=4.72 求其形心和抗弯惯性矩： (cm) Ai Zi Ai*Zi 800*28=22400 161 3606400 90*119=10710 87.5 937125 500*28=14000 14 196000 Ai = 47110 AiZi = 4739525 形心距下边缘的距离： 下Z = AiZi/ Ai=100.6 形心距上边缘的距离 ： 上Z =175-100.6=74.4 河北工业大学本科毕业设计 抗弯惯性矩 I: Ii Ai Zi-Z0 iA 20ZZi I 1463467 22400 60.4 81718784 8318
10、2251 12638693 10710 -13.1 1837943.1 14476636.1 914667 14000 -86.6 104993840 105908507 203567394.1 抗弯惯性矩 I=2.0358 4m 2.2桥面板 的 计算和 梁 有效宽 度 的计算 2.2.1 桥 面 板 的 计算 桥面板的计算采用标 准 车加局部荷载 ， 对板 进 行局部验算和配筋。 该 匝道桥是单 向行驶的 ,桥总宽为 10.5 米，按两个车道设 计 。其内力的计算在后边的恒载内力计算 中有说明。故此处略过。 2.2.2 梁 有 效 宽 度 的计 算： 2.2.1 桥的剪力理论 箱型梁和 T
11、 型梁由于剪力滞效应 ， 在 梁承受 弯 矩时 ， 顶底板所受的拉压应力 ， 随 着离腹板的距离越远 ， 受力越小 ， 所以不是 全 梁在受力 ， 如果按照全梁截面进行受力 分析，必然导致不安全。 目前 ， 桥梁剪力滞计算的方法很多 ， 有 线 条 法 ， 比拟杆法 ， 差分法等 ， 但目前 应用较为方便应用也较广泛的是等效宽度法 ， 规范上给出了计算方法 。 本设计采用次种方法。 宽度法考虑梁剪力滞效应 : 1、简支梁和连续梁各跨中部梁段，悬臂梁中间跨的中部梁段 mib = f ib 2、 简支梁支点，连续梁边支点及中间支点，悬臂梁悬臂段 mib = s ib 2.2.3 桥的剪力滞计算 如
12、图所示，将梁根据腹板的数目分成如图 4.2.1 的的各种小梁，分别进行计算。 河北工业大学本科毕业设计 图 梁截面 分 隔 （ 1） 边跨计算： 边跨边梁 1l =0.8l ， 11lb = 278.0 5.1 =0.069，查图得 f =0.980， 1mb = f 1b =1.47； 12lb = 278.0 05.2 =0.095，查图得 f =0.940， 2mb = f 1b =1.93； 15lb = 278.0 05.2 =0.095，查图得 f =0.940， 5mb = f 5b =1.93； 将整个箱梁等效成工字型截面，如下： 面积： A =45598 2 求其形心和抗弯惯
13、性矩： Ai Zi Ai*Zi 21560 161 3471160 10710 87.5 937125 13328 14 186592 i =45598 ii =4594877 形心距下边缘的距离： 下Z = AiZi/ Ai=100.8 形心距上边缘的距离： 上Z =175-100.6=74.2 河北工业大学本科毕业设计 Ai Ii Zi-Z0 Ai（ Zi-Z0） 2 I 21560 1408587 60.2 78134302.4 79542889 10710 12638693 -13.3 1894491.9 14533184 13328 870763 -86.8 100416350.7
14、101287113 45598 14918042 180445145 195363187 抗弯惯性矩 I=1.9536 4m 对于原来的箱梁截面的形心轴 上Z = 74.4 来说，抗弯惯性矩 I =1.9536 4m 。 （ 2） 中跨计算： 中跨边梁 02 6.0 ll ， 11lb = 276.0 5.1 =0.058，查图得 f =0.98， 1mb = f 1b =1.47； 12lb = 276.0 05.2 =0.079，查图得 f =0.95， 2mb = f 1b =1.95； 15lb = 276.0 05.2 =0.079，查图得 f =0.95， 5mb = f 5b =
15、1.95； 中跨跨中截面等效成工字型截面如下： 面积： A = 45821 2 抗弯惯性矩 I=1.9663 4m ,形心轴距离截面下边缘的距离为 y下 =100.7,形心轴距离截面下边缘的距离是 y上 =74.3 对于原来箱形截面的形心轴 y下 =100.6 来说，抗弯惯性矩为 I=1.9663 4m 2.3 主梁内力计算 （ 1） 恒载内力计算 一期恒载内力 即梁的恒载内力 计算 : 梁的恒载集度： gq1 = A = 2572.4 =118 mkN/ 二期恒载桥面铺装和栏杆的内力计算： 河北工业大学本科毕业设计 桥面的恒载集度： gq2 = 275.02371.0 =17.6 mkN/
16、恒载集度 gq = gq1 + gq2 =118+17.6=135.6 mkN/ 恒载作用计算简图 弯矩图 剪力图 恒载内力计算结果 跨数 位置 距本跨 左支点距离 (m ) 恒载剪力 (kN ) 恒载弯矩 ( mkN ) 第一跨 0 0 1150.06144 0.00000000 1/10 2.7 783.941445 2610.90390 1/5 5.4 417.821445 4233.28380 3/10 8.1 51.7014450 4867.13970 2/5 10.8 -314.418554 4512.47160 1/2 13.5 -680.538554 3169.27950 3/
17、5 16.2 -1046.65855 837.563409 7/10 18.9 -1412.77855 -2482.67668 4/5 21.6 -1778.89855 -6791.44078 河北工业大学本科毕业设计 9/10 24.3 -2145.01855 -12088.7288 1 27 2915.40000 -18374.5409 第二跨 0 0 2915.40000 -18374.5409 1/20 2.15 2623.86000 -12419.8364 1/10 4.3 2332.32000 -7091.94298 3/20 6.45 2040.78000 -2390.86048
18、 2/10 8.6 1749.24000 1683.41101 1/4 10.75 1457.70000 5130.87151 3/10 12.9 1166.16000 7951.52101 7/20 15.05 874.620000 10145.3595 2/5 17.2 583.080000 11712.3870 9/20 19.35 291.540000 12652.6035 1/2 21.5 0.00000000 12966.0090 11/20 23.65 -291.540000 12652.6035 3/5 25.8 -583.080000 11712.3870 13/20 27.
19、95 -874.620000 10145.3595 7/10 30.1 -1166.16000 7951.52101 3/4 32.25 -1457.70000 5130.87151 4/5 34.4 -1749.24000 1683.41101 17/20 36.55 -2040.78000 -2390.86048 9/10 38.7 -2332.32000 -7091.94298 19/20 40.85 -2623.86000 -12419.8364 1 43 -2915.40000 -18374.5409 2.4 活载内力计算 荷载设计等级为公路一级， kq =10.5 mkN/ ，对边
20、跨： kP = 1 8 0550 5271 8 0 kN268 对中跨： kP = 1 8 0550 5431 8 0 kN332 2.4.1 冲击系数计算 ： 应用规范给定的公式进行计算。 由于梁体取 C50 混凝土， 混凝土的弹性模量取 E = MPa41045.3 。 mKggGm c /1082.1381.9/106.13 5/ 33 cI 2.0358 4m 对于边跨： HzmEIlfc7.61082.13 0 3 5 8.2103 4 5 0 02714.32 616.132 616.13 36221 因为 HzfHz 145.1 1 ，故 32.00157.0ln1767.0 1
21、1 fu 河北工业大学本科毕业设计 HzmEIlfc6.111082.13 0 3 5 8.2103 4 5 0 02714.32 651.232 651.23 36222 因为 HzfHz 145.1 2 ，故 42.00 1 5 7.0ln1 7 6 7.0 21 fu 对于中跨： HzmEIlfc64.21082.13 0 3 5 8.2103 4 5 0 04314.32 616.132 616.13 36221 因为 HzfHz 145.1 1 ，故 16.00157.0ln1767.0 11 fu HzmEIlfc57.41082.13 0 3 5 8.2103 4 5 0 04314.32 6 5 1.232 6 5 1.23 36222 因为 HzfHz 145.1 2 ，故 25.00 1 5 7.0ln1 7 6 7.0 22 fu 注： 1，当计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效 应和剪力效应时，采用 1u ； 2，计算连续梁冲击引起的负弯矩效应时，采用 2u 。 2.4.2横向分布计算 （ 1） 截面特性： 面积 A=4.72 2m ，抗弯惯性矩 I=2.0358 4m 。 抗扭惯性矩 3321224iiiTc tbctbtbtbhbI 5.4709 （ 2） 偏心压力法： 将梁的截面做如图分割，将梁分为两部分 梁分割图
