某某大桥桥梁的总体规划设计（含设计方案）

　　摘  要

　　本文详细介绍了xx桥的设计过程,包括方案比选、总体规划设计、桥梁跨径和截面尺寸拟定.经方案比选,决定该主桥采用预应力混凝土连续梁结构,跨径组成为:80m+120m+80m,引桥采用30m预应力混凝土简支梁结构;对该桥主桥和引桥进行了详细的计算分析,主要计算内容有:恒载内力计算、活载内力计算、墩顶支反力计算、预应力配筋计算、承载力极限状态验算、正常使用极限状态验算、应力验算等,通过计算可以验证该桥各项指标都满足规范要求.

　　关键词:预应力,混凝土,连续梁,简支梁

　　ABSTRACT

　　This article introduces the design procedure of  xx  bridge in detail,which consists of scheme comparison,overall planning, span drafting,and choice of sectional dimension.After comparing,prestressed concrete continuous substructure is adopted for main bridge,and the span is 80 m plus 120 m plus 80 m,and prestressed concrete simple beam substructure of 30 m for bridge approach. Carrying on detailed computational analysis to this bridge of main bridges and bridge approach,Calculating mainly the content is as follows,permanent load internal force,live load internal force,end reaction of top surface of piers,the computation of distributed prestressed steel, bears the weight of the limit state checking computations of strength,uses state checking computations of limit,stress checking computations etc. every indexes of this bridge can meet the demand of standardizing through calculating.

　　KEY WORDS: prestress,concrete,continuous beam,simple beam

　　目 录

　　摘  要………………………………………………………………………………1

　　ABSTRACT……………………………………………………………………………1

　　第一章 前 言………………………………………………………………………1

　　第二章 桥梁的总体规划设计……………………………………………………2

　　2.1 方案简介………………………………………………………………………2

　　2.2 主桥上部结构…………………………………………………………………2

　　2.2.1主跨径的拟定………………………………………………………………2

　　2.2.2纵向布置……………………………………………………………………2

　　2.2.3横截面设计…………………………………………………………………3

　　2.2.4桥面铺装和线形的选定……………………………………………………3

　　2.3 引桥上部结构…………………………………………………………………4

　　2.3.1主跨径的拟定………………………………………………………………4

　　2.3.2纵向布置……………………………………………………………………4

　　2.3.3横截面设计………………………………………………………………4

　　2.3.4桥面铺装……………………………………………………………………5

　　2.3.5主要材料……………………………………………………………………5

　　第三章 主桥计算…………………………………………………………………7

　　3.1 主梁内力计算………………………………………………………………7

　　3.1.1计算模型…………………………………………………………………7

　　3.1.2荷载工况和荷载组合……………………………………………………7

　　3.1.3电算结果…………………………………………………………………8

　　3.2 控制截面配筋计算………………………………………………………15

　　3.2.1预应力钢筋数量的确定及布置…………………………………………15

　　3.3 持久状况正截面承载能力极限状态计算………………………………18

　　3.3.1主跨各控制截面正截面承载力计算…………………………………18

　　3.3.2边跨各控制截面正截面承载力计算…………………………………24

　　第四章  引桥计算……………………………………………………………31

　　4.1 设计资料及构造要求……………………………………………………32

　　4.1.1设计资料………………………………………………………………32

　　4.1.2主要结构尺寸………………………………………………………33

　　4.2 主梁内力计算…………………………………………………………34

　　4.2.1恒载计算……………………………………………………………34

　　4.2.2恒载内力计算……………………………………………………37

　　4.2.3活载内力计算……………………………………………………39

　　4.2.4主梁内力组合………………………………………………………51

　　4.3 预应力钢束的估算及布置…………………………………………58

　　4.4 截面几何特性计算…………………………………………………62

　　4.5 预应力损失计算……………………………………………………69

　　4.5.1各项预应力损失的计算……………………………………………70

　　4.5.2预应力损失组合…………………………………………………76

　　4.6 承载能力极限状态计算……………………………………………76

　　4.6.1跨中截面正截面承载力计算……………………………………76

　　4.6.2斜截面抗剪承载力计算…………………………………………77

　　4.7 正常使用极限状态计算……………………………………………80

　　4.7.1全预应力混凝土构件抗裂验算…………………………………80

　　4.7.2变形计算…………………………………………………………84

　　4.8 持久状况应力验算………………………………………………86

　　4.8.1跨中截面混凝土法向正应力验算………………………………87

　　4.8.2跨中截面预应力钢筋拉应力验算………………………………87

　　4.8.3斜截面主应力验算………………………………………………87

　　4.9 短暂状态应力验算………………………………………………90

　　4.9.1上缘混凝土应力…………………………………………………90

　　4.9.2下缘混凝土应力………………………………………………91

　　第五章 下部结构计算…………………………………………………91

　　5.1 桥梁支座、桥台及基础的选用…………………………………92

　　5.1.1支座的选定………………………………………………………92

　　5.1.2桥墩的选定……………………………………………………93

　　5.1.3桥台的选定………………………………………………………94

　　5.1.4基础的选定………………………………………………………95

　　5.2 主桥桩基础计算…………………………………………………95

　　5.2.1设计资料…………………………………………………………95

　　5.2.2多排桩的计算……………………………………………………97

　　5.2.3单桩承载力验算…………………………………………………99

　　5.3 引桥桩基础计算………………………………………………104

　　5.3.1桩基础设计资料………………………………………………104

　　5.3.2荷载计算………………………………………………………105

　　5.3.3计算桩长………………………………………………………107

　　5.3.4桩内力计算……………………………………………………108

　　第六章  结论………………………………………………………114

　　致  谢………………………………………………………………115

　　参考文献……………………………………………………………116

　　第一章 前 言

　　本次毕业设计的目的是使学生学会如何综合运用已学到的理论与实践知识,解决中等复杂程度桥梁工程中的规划、设计以及施工方案等方面的问题.培养学生初步具有工程师的基本技能.为此,学生必须在以下几个方面受到综合的训练和提高:

　　1、系统地巩固和加深已学到的理论知识和桥梁实习所取得的经验;

　　2、遵循国家的建设方针,按照"规范"、"准则"的具体规定,使用设计手册等参考书进行设计的独立工作能力;

　　3、提高计算和绘图的基本技能;

　　4、培养阅读文献、利用资料进行科研的能力;

　　5、了解桥梁设计的整个过程和全部内容;

　　6、掌握设计文件的编制方法;

　　7、熟悉与设计有关的各种设计依据、标准设计并了解有关设计参考资料.

　　本设计的课题名称为"xx大桥设计",课题来源于工程实例,主要设计资料有:桥址位置处地质剖面图、设计荷载(公路-Ⅰ级汽车荷载)、桥面要求(双向六车道、无人行道)、通航要求(三级航道).

　　本设计说明书正文部分共4章,第2章介绍了xx大桥的总体规划设计;第3章主要介绍了主桥的内力计算,包括主梁内力计算、控制截面的配筋计算和正截面承载能力验算;第4章重点介绍了引桥的内力计算过程,包括主梁内力计算、配筋计算、截面特性的计算及预应力损失计算等内容;第5章阐述了下部结构的构造和计算.

　　本设计主要涉及到连续梁和简支梁的设计计算,这两种桥型都是目前国内外普遍应用的桥型,其设计和计算的理论和方法比较成熟,这为本次设计提供许多可参考的资料,使得本设计更加的合理和接近实际,很好地达到了毕业设计的目的和要求.

　　第二章 桥梁的总体规划设计

　　2.1 方案简介

　　本设计经方案比选后主桥采用三跨预应力混凝土变截面连续梁结构,跨径布置为80m+120m+80m;两岸引桥均采用30m预应力混凝土简支梁结构,跨径布置为6×30m+5×30m;桥梁全长为630.7m,如图2-1所示;双向6车道,设计成两幅桥,桥面布置为2×(净11.5+2×0.5m防撞墙)+1m中央分隔带,总宽为26m.按公路-Ⅰ级汽车荷载进行设计;通航等级为三级.

图2-1 xx桥立面布置

　　2.2 主桥上部结构

　　2.2.1主跨径的拟定

　　主跨径定为120m,边跨跨径根据国内外已有经验和文献[1]P80(见参考文献,下同),为主跨的0.6~0.8倍左右,本文采用0.667倍,即80m,则主桥总跨径为80+120+80=280(m)通航要求为三级航道,根据文献[2]5.2.2,通航净高采用10m,净宽B=100m,上底宽b=75m,侧高h=6m.

　　2.2.2纵向布置

　　支点处梁高:根据文献[1] P81要求,梁高为1/16~1/18L,取L/16,即7.5m.

　　跨中梁高:根据文献[1]P81要求,梁高为1/1.5~1/2.5倍支点梁高,取1/2.5,即3m.

　　梁高沿桥纵向的变化曲线:根据文献[3] P75,选用二次抛物线.

　　以支点梁顶为原点,曲线方程为:

　　2.2.3横截面设计

　　上部结构根据通行双向6车道(每车道宽3.5m)的要求,设计成两幅桥,每幅桥采用单箱单室,单幅桥面宽为12.5m,两边各设置0.5m宽度的防撞墙,桥面净空为11.5m.主梁截面细部尺寸的拟定(根据文献[1]P84及[3]P90),如图2-2所示.

　　图2-2 主梁截面尺寸图(单位:cm)

　　顶板厚取30cm;跨中处底板厚30cm,以便布置预应力束,支点处底板厚为1/10~1/12倍的梁高,取H/10,即75cm,中间底板板厚成线形变化;跨中处腹板厚度40cm,支点处腹板厚度70cm,中间腹板成线形变化;两边悬臂长度为2.6m;上承托尺寸为40cm×120cm,下承托尺寸为60cm×60cm.

　　2.2.4桥面铺装和线形的选定

　　桥面铺装:根据文献[4]P38,选用9cm厚的沥青混凝土铺装层,容重为24.

　　桥面横坡:根据文献[3]P51规定为1.5％~3％,取2％,利用桥面铺装来调整横坡.

　　桥梁纵坡:根据文献[3]P51规定为不超过3％~4％,本文取2.5％.

　　竖曲线:考虑两岸的引桥纵坡和桥面标高,参照文献[5]P103,具体拟定如下:

　　副跨为直线,其坡度为2.5％,主跨(即6、7号墩之间)采用圆曲线,曲率半径R=1200m.

　　2.3 引桥上部结构

　　2.3.1主跨径的拟定

　　采用预应力混凝土结构,选用30m标准跨径,实际跨径为29.96m,计算跨径为29.16m.

　　2.3.2纵向布置

　　沿桥纵向梁高不变化,根据文献[1]P65规定,梁高为1/14~1/25倍跨径,取1/15,即2.0m.

　　2.3.3横截面设计

　　同主桥一样设计成两幅桥,单幅桥面宽为12.5m,两边各设置0.5m宽度的防撞墙,桥面净空为11.5m.根据文献[1]P65表2-2-1, 主梁间距1.8~2.5m,取2.1m,横桥向采用6片T梁,横断面布置及T梁细部尺寸见图2-2、2-3、2-4

　　图2-3 引桥横断面图(单位:cm)

　　图2-4 T形梁边梁横截面(单位:cm)

　　图2-5 T形梁中梁横截面(单位:cm)

　　2.3.4桥面铺装

　　由于采用后张法预制T梁,架设好T梁后,上铺8cm厚C40混凝土现浇层,再铺设9cm 厚沥青铺装层.

　　桥面横坡:根据文献[3]P51规定为1.5％~3％,取2％,由桥面铺装来调整横坡.

　　桥梁纵坡:根据文献[3]P51规定为不超过3％~4％,取2.5％.

　　2.3.5主要材料

　　预应力主梁采用50号混凝土,防撞墙采用30号混凝土,引桥现浇层采用40号混凝土,预应力钢筋采用1(7标准型-15.2-1860-II-GB/T5224-1995钢绞线,箍筋及构造钢筋采用R235及HRB335钢筋.

图3-1 主桥计算模型



　　　　图3-2 一期恒载弯矩图



　　图3-3 一期恒载剪力图


图3-4 二期恒载弯矩图


图3-5 二期恒载剪力图


　　图3-6 车道荷载剪力包络图


图3-7 恒活相加反力图(单位:N)


图3-8 活载变形图(单位:m)


　　图3-9 跨中弯矩影响线


　　图3-10 左边支点剪力影响线











 

　　…………由于本文篇幅较长,部分内容省略,详细全文见文末附件

　　第六章  结论

　　本次毕业设计严格按照设计任务书和有关标准的规定和要求进行,取得了初步的研究成果,如设计出了xx大桥的各部分大体尺寸,并且主桥部分完成了控制截面的配筋计算,引桥部分基本上做到了施工图阶段的设计,除了一些细部尺寸外,基本上可以用于实际施工.

　　当然由于缺乏经验,本设计还存在一些缺陷和不太合理的地方,这也是本专业的一大特点,即需要积累大量的经验.为避免太多不合理的设计,在一些参数和尺寸的选择上,我尽量选用了较常用的数据.

　　在设计过程中, Midas、AutoCAD等设计软件的大量使用使得我提高了应用专业软件的能力;参阅本专业的众多资料和规范,使得我的阅读文献和利用资料的能力得到进一步的提高;在这过程中,我遇到了许多课堂上没遇到过的问题,也学到了许多课堂上学不到的东西,这些都对我以后的学习和工作大有裨益.
　　参考文献
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