汤旺河大桥设计（上下部结构设计+施工方案）

　　摘    要

　　汤旺河桥的中心桩号K256+432.50,桥梁全长131.56m,桥面净空:2×净-12.0m,设计公路等级为一级公路,汽车荷载等级公路-Ⅰ级,设计车道数为四车道.桥梁上部结构采用5×25m预应力混凝土简支转连续箱梁;下部结构采用双柱式桥墩与肋板式桥台,钻孔灌注桩基础.

　　本桥设计包括四部分:第一部分水文计算,包括最小桥孔净长度,桥面中心线最低高程计算及确定,冲刷计算;第二部分上部结构设计,包括平、纵、横设计,主梁配筋设计;第三部分下部结构设计,包括墩台及基础尺寸的拟定,桩长的计算;第四部分施工方案设计.其中,设计重点是上部结构设计.

　　通过以上设计和验算,表明本设计方案是合理可行的.

　　关键词:上部结构;简支转连续箱梁;预应力混凝土;双柱式桥墩;肋板式桥台;钻孔灌注桩基础

　　ABSTRACT

　　Tangwanghe bridge, centeral milestone is K256+432.50, the overall length of bridge is 131.56m, the cleance of bridge is 2×12.0m, road quality is class-Ⅰ, design load is truck-Ⅰ. Superstructure of the bridge uses 5×25m prestressed concrete simple supported-continuous prestressed box beam, and substructture adopts double pier shaft with ribbed slab abutment, and bored pile foundation..

　　There are four compenents though out the design. The first part is hydrological computations, including minimum and net length of bridge span determination and minimum elevation of conterral bridge deck computation and determination and minimum and scour computation; The second part is superstructure design, including  plan ,lateral and lengitudinal of bridge design, prestressed strands design of girder; The third part is substructure design, including pier and abutment ,checking computation and the calculation of pile strength ;The forth part is constructtion plan design . Above all, the major one is superstructure design.

　　By design and checking computations, the design plan is reasonable.

　　Keywords: Superstructure  Simple supported-contious prestressed box beam  Prestressed concrete  Double pier shalt  Ribbed slab abutmen Bored pile foundation

　　目   录

　　摘要……………………………………………………………………………………………………I

　　Abstract……………………………………………………………………………………………II

　　第1章 绪论…………………………………………………………………………………………1

　　1.1 选题的目的及意义……………………………………………………………………………1

　　1.2 国内外研究状况………………………………………………………………………………2

　　1.3 工程概况………………………………………………………………………………………2

　　1.3.1 水文、地质条件……………………………………………………………………………2

　　1.3.2 施工条件……………………………………………………………………………………2

　　1.4 技术标准……………………………………………………………………………………3

　　1.5 主要材料规格…………………………………………………………………………………3

　　1.6 结构形式………………………………………………………………………………………3

　　1.7 设计要点………………………………………………………………………………………3

　　1.8 施工要点………………………………………………………………………………………4

　　第2章 水文计算……………………………………………………………………………………5

　　2.1 水面宽度及过水面积计算……………………………………………………………………5

　　2.1.1 地质剖面图…………………………………………………………………………………5

　　2.1.2 过水断面计算………………………………………………………………………………5

　　2.2 设计流量及流速的计算………………………………………………………………………6

　　2.3 桥长的计算……………………………………………………………………………………7

　　2.4 桥面中心最低设计高程的计算……………………………………………………………8

　　2.5 一般冲刷线计算………………………………………………………………………………9

　　2.6 局部冲刷……………………………………………………………………………………13

　　2.6.1 65-2式公式………………………………………………………………………………13

　　2.6.2 65-1修正式公式……………………………………………………………………………15

　　2.7 最大冲刷线高程……………………………………………………………………………17

　　2.8 本章小结………………………………………………………………………………………17

　　第3章 上部结构设计………………………………………………………………………………18

　　3.1 设计资料及材料………………………………………………………………………………18

　　3.1.1 主要技术标准………………………………………………………………………………18

　　3.1.2 主要材料……………………………………………………………………………………18

　　3.1.3 桥面铺装……………………………………………………………………………………19

　　3.1.4 施工方式……………………………………………………………………………………19

　　3.2 桥型布置及孔径划分…………………………………………………………………………19

　　3.3 主梁横截面设置………………………………………………………………………………19

　　3.3.1 主梁间距与主梁片数………………………………………………………………………19

　　3.3.2 主梁截面细部尺寸…………………………………………………………………………19

　　3.3.3 主梁主要截面尺寸拟定……………………………………………………………………19

　　3.3.4横截面沿跨长的变化…………………………………………………………………………20

　　3.4 荷载信息………………………………………………………………………………………21

　　3.4.1 单元划分……………………………………………………………………………………21

　　3.4.2 恒载内力计算………………………………………………………………………………22

　　3.4.3 活载内力计算………………………………………………………………………………22

　　3.4.4 温度变化的影响……………………………………………………………………………22

　　3.4.5 收缩徐变的影响……………………………………………………………………………22

　　3.5 简支转连续施工过程…………………………………………………………………………23

　　3.6 结构内力计算…………………………………………………………………………………23

　　3.6.1 恒载内力计算……………………………………………………………………………23

　　3.6.2 活载内力计算………………………………………………………………………………24

　　3.7 次内力计算……………………………………………………………………………………34

　　3.7.1 温度变化产生的次内力计算………………………………………………………………34

　　3.7.2 基础不均匀沉降次内力计算……………………………………………………………37

　　3.8 内力组合……………………………………………………………………………………37

　　3.8.1 承载能力极限状态下的效应组合………………………………………………………38

　　3.8.2 正常使用极限状态下的效应组合………………………………………………………42

　　3.9 预应力钢筋计算及布置……………………………………………………………………50

　　3.9.1 配筋计算…………………………………………………………………………………50

　　3.9.2 预应力钢束的布置………………………………………………………………………52

　　3.9.3 预应力损失计算…………………………………………………………………………54

　　3.10 配束后主梁内力…………………………………………………………………………60

　　3.10.1 施工阶段主梁内力计算…………………………………………………………………60

　　3.10.2 收缩次内力……………………………………………………………………………61

　　3.10.3 徐变次内力………………………………………………………………………………63

　　3.11 主梁截面强度验算…………………………………………………………………………64

　　3.12 应力验算……………………………………………………………………………………65

　　3.12.1 正常使用阶段验算混凝土法向应力及主应力验算…………………………………65

　　3.12.2 正常使用阶段钢束应力验算…………………………………………………………70

　　3.12.3 受弯构件的变形验算…………………………………………………………………75

　　3.13 本章小结…………………………………………………………………………………75

　　第4章 下部结构设计…………………………………………………………………………76

　　4.1 设计资料…………………………………………………………………………………76

　　4.1.1 拟定桥墩及基础尺寸………………………………………………………………76

　　4.1.2 承台底面形心荷载计算……………………………………………………………76

　　4.2 桩顶荷载计算…………………………………………………………………………78

　　4.2.1 桩的计算宽度的确定…………………………………………………………………78

　　4.2.2 桩的变形系数的确定………………………………………………………………78

　　4.2.3 桩顶刚度系数的计算…………………………………………………………………79

　　4.2.4 承台底面形心位移的计算………………………………………………………80

　　4.2.5 桩顶荷载的计算………………………………………………………………81

　　4.3 桩长计算………………………………………………………………………………81

　　4.4 桥台…………………………………………………………………………………82

　　4.5 本章小结……………………………………………………………………………84

　　第5章 施工方案设计……………………………………………………………………85

　　5.1 桩基础施工工艺……………………………………………………………………85

　　5.1.1 施工方法…………………………………………………………………………85

　　5.1.2 施工要点………………………………………………………………………85

　　5.1.3 截桩头及无损检测……………………………………………………………87

　　5.2 承台、系梁施工方法……………………………………………………………87

　　5.3 墩台身施工………………………………………………………………………88

　　5.3.1 墩台施工…………………………………………………………………88

　　5.4 梁的预制、运输与安装…………………………………………………………88

　　5.4.1 梁的预制……………………………………………………………………88

　　5.5 体系转换…………………………………………………………………………89

　　5.6 桥面铺装…………………………………………………………………89

　　5.7 本章小结……………………………………………………………………………90

　　结论……………………………………………………………………………………91

　　参考文献………………………………………………………………………………92

　　致谢…………………………………………………………………………………93

　　第1章 绪  论

　　1.1 选题的目的及意义

　　毕业设计是土木工程专业本科培养计划中最后的一个主要教学环节,也是最重要的综合性实践教学环节,目的是通过毕业设计这一时间较长的教学环节,培养土木工程专业本科毕业生综合应用所学基础课、技术基础课及专业课知识和相关技能,解决具体问题的土木工程设计问题所需的综合能力和创新能力.和其他教学环节不同,毕业设计要求学生在指导老师的指导下,独立系统的完成一项工程设计,解决与之有关的所有问题,熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法,具有实践性、综合性强的显著特点.因而对培养学生的综合素质、增强工程意识和创新能力具有其他教学环节无法取代的重要作用.同时,在完成毕业设计的过程中,还要求我们同时运用感性和理性知识去把握整个建筑的处理,这其中就包括建筑外观和结构两个方面.还要求我们更好的了解国内外建筑设计的发展现状及趋势,更多的关注这方面的学术动态,以及我们在以后的土木工程专业方向有更大的造诣.

　　汤旺河区(局)位于黑龙江省东北部,伊春市区北部,小兴安岭南坡北部及部分北坡.北纬48°22′18″~48°48′30″、东经128°51′5″~130°8′0″.

　　图1.1 汤旺河地理位置

　　汤旺河水系是黑龙江水系的松花江下游的一条主要支流,被誉为松花江干流的北岸第一河汤旺河水系全长509公里,流经伊春全境,是伊春的母亲河,有东汤旺河、西汤旺河、二青河、白桦河、通江河、汤洪沟等支流.

　　近年来,汤旺河区(局)面对日益减少的资源和增支减收的严峻形势,立足本局旅游资源实际,把旅游业作为"五大接续产业"之一,充分利用丰富的森林资源和独特的地质地貌,投资上亿元用于旅游业的开发,努力建设成为"生态平衡,环境优雅,景观独特,功能完善"的生态旅游城镇,开发建设了集国家地质公园、国家森林公园、中国青少年科学考察探险基地于一体的林都伊春的龙头景区-汤旺河林海奇石风景区,先后制定了一系列优惠政策,优先发展,以专题推进抓落实的方式全面开展了旅游开发工作,使旅游业不断发展壮大,促进了区域经济的发展.基于此种目的修建一座既能为景区添彩又能方便民众的现代化的桥梁已经迫在眉睫.

　　1.2国内外研究状况

　　预应力混凝土连续梁桥具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护方便、抗震能力强等优点[1].在跨径40~200m范围内优势明显,这种桥型在国外桥梁建设中得到广泛应用[2].

　　我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥,至今已有40多年的历史,比欧洲起步晚,但近年来发展迅速,在预应力混凝土梁桥的设计、结构分析、实验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异,预应力混凝土梁桥的设计与施工技术都已经达到相当高的水平.

　　近些年国内所修建的高等级公路的大、中桥几乎都是采用预应力简支转连续方法施工的.在交通运输工程事业蓬勃发展的今天,推广此方法必将收到良好的经济和社会效益,也使标准化桥梁设计前进了一大步.

　　1.3工程概况

　　1.3.1水文、地质条件

　　汤旺河区受内陆和海上高低气压反季风交替影响,四季气候有显著差异,属于寒温带大陆性季风气候.冬季漫长,受极地大陆气团控制,干燥、严寒.夏季短促,日照时间长,受热带海洋气团影响,降水多且集中.春秋两季气候多变,春季多大风,降水少, 秋季降温急骤,常有冻害发生.

　　汤旺河区的降水表现出明显的季风性特征.夏季受东南季风的影响,降水充沛,占全年降水量的65%左右;冬季在干冷西北风控制下,干燥少雪,仅占全年降水量的5%;春秋分别占13%和17%左右.1月份最少,7月份最多.

　　1.3.2施工条件

　　省级施工条件,建筑材料供应良好.

　　1.4 技术标准

　　桥面净空:2×净12.0m

　　公路等级:一级公路

　　设计荷载:公路-Ⅰ级

　　设计水位:113.80m

　　1.5主要材料规格

　　主梁采用 C50混凝土,预应力钢筋采用规格,普通钢筋中主筋为HRB335钢筋,箍筋为R235钢筋,构造钢筋为R235钢筋.普通钢筋强度设计值如表1.1所示

　　表1.1 普通钢筋强度设计值(Mpa)

　　(1)水泥:主梁和行车道板湿接缝的C50混凝土浇筑.

　　(2)预应力钢绞线:抗拉极限强度为1860Mpa,规格,松弛系数0.3.

　　(3)锚具:锚具采用M15-3、M15-4、BM15-5型夹片式系列锚具,管道成孔采用钢波纹管.

　　(4)其它材料:砂,石,水的质量均按<<公路桥涵施工技术规范>>有关条文办理.

　　墩、台帽、耳墙、背墙采用C30混凝土.

　　墩身、台身、系梁、承台、基桩采用C30混凝土.砂、石、水的质量要求均按《公路桥涵施工技术规范》有关规定的要求.

　　1.6 结构形式

　　(1)上部结构采用5×25m预应力混凝土结构.

　　(2)墩台形式:桩柱式桥墩,肋板式式桥台.

　　(3)基础为钻孔灌注桩基础

　　1.7设计要点

　　(1)水文部分按谢才公式计算.

　　(2)横向分布系数用杠杆法和刚接梁法.

　　(3)主梁配筋满足抗裂性和使用性能的要求.

　　(4)下部结构的选择满足能承受上部传来的承载力的要求.

　　(5)施工上选择满足质量要求上最短的施工方法.

　　1.8施工要点

　　(1)基桩

　　1)钢筋混凝土钻孔桩,在造孔完毕和清孔后应进行质量检查,其允许偏差应符合交通部颁发《公路桥涵施工技术规范》(以下简称《桥施规》)的质量的检查标准.

　　2)为确保基桩质量,要求清除水下钻渣,灌注混凝土之前应再次探测孔底的沉淀,不的超过《桥施规》要求.

　　3)钻孔桩的混凝土质量按《桥施规》规定作探孔取样检查.

　　(2)墩身、耳墙

　　1)本设计墩身为圆型截面的轻型结构.用定型模板立模施工.

　　2)耳墙混凝土浇注顺序,应先浇注悬臂然后逐次浇至背墙.耳墙对帽梁产生较大的弯扭力矩,因此在拆除模支架是应避免造成大的冲击力.

　　(3)桥台

　　根据具体情况本设计采用桩柱式桥台,故在施工时台背及锥坡顶处,应逐层夯实,为减少水平土压力,不能用大型的机械推筑高和填压的方法.

　　该设计有关施工工艺及质量检查标准按《公路桥涵施工技术规范》有关规定办理,另外尚需注意下列几点:

　　1)上部结构施工采用就地现浇一次落架施工方法,因此应保证施工的连续性,以保证施工质量,以保证结构的承载能力.

　　2)梁体混凝土必须达到75%设计强度时方准施加预应力(检验混凝土强度时应注意试件的取样及养生条件需与主梁梁体混凝土相符合).

　　3)管道形成按预埋波纹管设计.

　　第2章 水文计算

　　2.1水面宽度及过水面积计算

　　2.1.1地质剖面图

　　图2.1 河床断面图

　　2.1.2过水断面计算

　　按形态断面图计算.具体计算见下表2.1.

　　表2.1 过水断面计算表

　　…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件

 

 　　结  论

　　本次设计为汤旺河桥两阶段施工图设计,共分五部分进行设计.

　　1、第一部分是绪论,主要介绍了桥位的地质、地貌,水文条件以及设计的基本资料和基本要求;

　　2、第二部分是水文计算,通过计算确定桥面最低中心标高,桥梁长度,为桥梁分孔、基础埋深以及各种标高的确定提供依据;

　　3、第三部分是上部结构设计,为本次设计的重点.首先进行结构的单元划分及截面尺寸的拟定,全桥共划分160个单元,然后利用桥梁博士软件<Dr.Bridge>进行主梁内力计算,通过内力组合结果进行配筋设计和预应力损失的计算,配筋设计后进行正常使用极限状态验算,其中包括正截面抗裂性和斜截面抗裂性验算,最后进行持久状况应力验算.在所有验算均合格后,可以断定截面尺寸拟定比较合理,即此设计符合要求.

　　4、第四部分是下部结构设计,主要是确定墩、台形式,拟订尺寸并计算桩长,确定墩台桩号以及桩基础长度.

　　5、第五部分是施工工艺设计,包括桩基础施工工艺、承台施工方法、墩台身施工、体系转换梁的预制、运输及安装的设计,做到了使施工工艺合理、经济的目的.

　　验算合证明本次设计合理、施工工艺可行,可作为汤旺河桥的可选设计方案.

　　致  谢

　　历时一学期的毕业设计已近尾声,在设计过程中出现了许多问题与困惑,在此要感谢×××老师和所有桥梁教研室老师给予的无私指导.

　　毕业设计的意义是重大的,通过本次设计检验了我大学四年知识的学习程度,对知识的理解程度,以及将各种知识串联并应用的能力.这是对我大学所学的一次综合检验,对我以后在工作岗位上更好的融入提供了巨大的帮助.

　　在设计过程中出现了众多问题,如知识的脱节、遗忘、理解深度不够、不能与实际想联系等,但都在各位老师的指导与帮助下一一解决,并最终完成.

　　参考文献
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