简支梁-桥梁毕业设计论文

兰州交通大学毕业设计

土木工程学院

桥梁工程

土木076班

XX

摘 要

本毕业设计的对象为一座10×30m简支梁桥，桥梁平面位于直线段上，全长300米，宽度10米，设计荷载为公路Ⅱ级。主梁横向由5片T梁组成，梁高均为1.5m，两片梁之间设置4cm宽现浇湿接缝。本桥采用桩柱式桥墩，直径1.5m的圆形截面墩柱及直径1.8m的圆形截面钻孔灌注桩，桩基础嵌入完整微风化砂岩5.4m以下；采用重力式U型桥台，桥台基础为直径1.5m的钻孔灌注桩基础。

桥梁上部结构手算进行主梁内力分析。横向分布系数通过桥梁博士3.0

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计算完成。内力计算结果包括基本组合、长期组合及短期组合作用下的弯矩图、剪力图、最大应力图。根据内力计算结果，对主梁进行了承载能力及正常使用性能的验算。盖梁承载能力验算及裂缝宽度验算与抗剪验算、墩柱承载力验算及裂缝宽度验算、桩基承载力验算及裂缝宽度验算均由自编计算机程序计算完成，墩柱与桩基的水平位移及其它效应由桥梁博士3.0计算完成。

根据验算结果得出结论：设计的桥梁结构是安全、经济、合理的，并满足现行规范的要求。

关键词：桥梁；荷载组合；内力；验算；承载能力

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Abstract

The object in this graduation project is a simply supported three-span girder bridge ( 10×30m) i. The bridge is straight on the plane with 300 metres in length and 10 meters in width.The bridge is a part of a highway which the design load is Highway-I-level. The main beam is made up of 5 T-beams that are 1.5m high and the adjacent beams are linked by pouring wet joint with 4cm in width between the two beams. Substructure is made up of circular section piers with a diameter of 1.5 and circular section bored pouring pile foundation with a diameter of 1.8 m, the pilings of foundation are embedded into the intack moderately differentiated rock with a depth of 5.4m. The concrete gravity abutment is 6.5m high with a type of U and supported by pile foundation. Analysis of superstructure in the bridge be done by hand. Simply supported single T-beam is used as analysis model in the program, only one edge beam is analysed and the mid beam using the same result in analyzing on safe side. Transverse distributing coefficient can be exported by using Dr bridge 3.0. The calculations include bending moment diagram, shear force diagram and maximum stress under basic/long-term/short-term load combination. According to the calculations, checking of capacity and performance of normal use of the beam have been done. Checking of capacity/crack width/shear strength of bent cap, capacity /crack width of piers and piles are done by Dr bridge 3.0.

According to the calculation results, the bridge designed in this graduation project was safe, economical and reasonable, and it is qualified for the present bridge design specifications .

Keywords:Bridge;Load combination; Inner Force; Capacity

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目录

第一章 设计说明 ............................................................................................................. 1 第一节 工程概况 ............................................................................................................. 1 第二节 设计依据及规范 .................................................................................................. 1 一、设计依据 ....................................................................................................................... 1 二、主要设计规范 ............................................................................................................... 1 第三节 地质概况 ............................................................................................................. 2 一、地形地貌 ....................................................................................................................... 2 二、地质构造 ....................................................................................................................... 2 三、地层岩性 ....................................................................................................................... 2 四、不良地质现象及主要工程地质问题 ........................................................................... 3 五、地震 ............................................................................................................................... 3 六、水文地质条件 ............................................................................................................... 4 第二章 设计计算 ............................................................................................................. 6 第一节 采用的技术标准及参数 ....................................................................................... 6 第二节 主要材料及计算参数 ........................................................................................... 6 一、混凝土 ........................................................................................................................... 6 二、普通钢筋 ....................................................................................................................... 7 三、预应力钢材 ................................................................................................................... 7 四、预应力锚具及管道 ....................................................................................................... 8 第三节 主要结构设计 ...................................................................................................... 8 第四节 主梁结构验算 ...................................................................................................... 9 一、计算模型与恒载取值 ................................................................................................... 9 二、主梁内力计算及验算 ................................................................................................. 11 （一）横向分布系数计算 ............................................................................................. 11 （二）选择控制截面 ..................................................................................................... 12 （三）计算结果（1号梁） .......................................................................................... 12 （四）主梁截面验算 ..................................................................................................... 17 （五）挠度验算 ............................................................................................................. 27 （六）支座承载力验算 ................................................................................................. 28 第五节 下部结构验算 .................................................................................................... 28

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一、盖梁验算 ..................................................................................................................... 28 （一）承载能力验算 ..................................................................................................... 29 （二）裂缝宽度验算 ..................................................................................................... 30 （三）抗剪验算 ............................................................................................................. 31 二、桥墩墩柱验算 ............................................................................................................. 32 （一）墩底截面承载力验算 ......................................................................................... 33 （二）裂缝宽度验算 ..................................................................................................... 35 三、桥墩桩基验算 ............................................................................................................. 35 （一）桥墩桩基承载力验算 ......................................................................................... 35 （二）墩桩水平位移及作用效应 ................................................................................. 37 四、桥台桩基验算 ............................................................................................................. 38 （一）桥台桩基承载力验算 ......................................................................................... 38 （二）桥台桩基水平位移及作用效应 ......................................................................... 40 第四节 结论 ................................................................................................................... 43 第三章 施工方案设计要点 ............................................................................................ 44 一、下部构造 ..................................................................................................................... 44 二、上部构造 ..................................................................................................................... 45 三、其它 ............................................................................................................................. 46 结束语 ............................................................................................................................ 48 致谢 ................................................................................................................................ 49 参考文献 ........................................................................................................................ 50

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第二章 设计计算

第一节 采用的技术标准及参数

1．技术标准

道路等级：城市主干道Ⅰ级 设计速度：60km/h

汽车荷载等级：公路--I级，人群荷载3.5kN/m2 2．主要设计参数 （1）环境类别：I类

（2）结构设计安全等级：二级（桥梁结构重要性系数γ0 =1.0） （3）永久作用

结构自重：预应力混凝土26 kN/m3；沥青混凝土24 kN/m3；钢材78.5kN/m3；填土20kN/m3。

混凝土收缩及徐变：按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）[2]取值。

（4）可变作用

汽车荷载：公路－Ι级； 人群荷载：3.5kN/m2

冲击系数：按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）[1]取值； 风荷载：按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）[1]取值； 温度：混凝土结构整体升温20℃、降温20℃；

梯度温度:桥面铺装为8cm的沥青混凝土铺装层，竖向日照正温差按照《公路桥涵设计通用规范》(JTJ D60-2004) [1]表4.3.10-3插值计算。

第二节 主要材料及计算参数

一、混凝土

本桥处于温热地区，属于Ⅰ类环境；本桥使用的各种混凝土，应进行严格的质量控制和检测。在进行混凝土配合比设计时，必须按设计要求考虑大桥使用年限条件下的混凝土耐久性，结合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）对混凝土结构环境类别的划分，明确提出不同结构混凝土的配合比中水灰比、最小水泥用量、最大氯离子含量、最大碱含量的控制指标和满足控制指标的具体措施。

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主桥：主梁采用C50混凝土，盖梁、桥墩采用C40混凝土，桥台台帽、桩基采用C30混凝土，U台台身、基础采用C25片石混凝土(其它构件混凝土标号详见相应的设计图并以设计图为准)。

C25混凝土及C25片石混凝土：轴心抗压强度设计值fck=11.5MPa，轴心抗拉强度设计值ftk=1.23MPa，弹性模量Ec=2.80x104MPa。C25片石混凝土要求片石掺入量不大于总体积的25%，且片石强度等级不低于MU40。

C30混凝土：轴心抗压强度设计值fcd=13.8MPa，轴心抗拉强度设计值ftd=1.39MPa，弹性模量Ec=3.0x104MPa。

C40混凝土：轴心抗压强度设计值fcd=18.4MPa，轴心抗拉强度设计值ftd=1.65MPa，弹性模量Ec=3.25x104MPa。

C50混凝土：轴心抗压强度设计值fcd=22.4MPa，轴心抗拉强度设计值ftd=1.83MPa，弹性模量Ec=3.45x104MPa。

二、普通钢筋

设计采用HRB335、R235钢筋，R235钢筋其质量应符合GB1499.1-2008的规定，HRB335钢筋其质量应符合GB1499.2-2007要求。直径≥20mm的钢筋采用直螺纹I级连接，连接区段内的接头率不大于50%，并满足规范（JGJ 107—2003/J 257—2003及DB50/5027-2004）要求。

R235钢筋：抗拉设计强度fsd≥195MPa，标准强度fsk≥235MPa，弹性模量E=2.1×105MPa。

HRB335钢筋：抗拉设计强度fsd≥280MPa，标准强度fsk≥335MPa，弹性模量E=2.0×105MPa。

三、预应力钢材

钢绞线采用PC高强度低松弛（Ⅱ级松弛）七股型钢绞线，其应符合图纸要求及GB/T 5224-2003预应力混凝土用钢绞线1×7相关要求。

钢绞线主要技术要求应符合如下规定： 钢铰线公称直径：15.2mm 截面面积：139.0mm2

抗拉强度标准值：fpk=1860MPa 弹性模量：E=1.95×105MPa 松弛率：≤0.03

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预应力钢束与管道的摩阻系数：u=0.17

预应力管道每米局部偏差对摩擦的影响系数：k=0.0015（塑料波纹管） 一端锚具变形及钢束回缩值小于等于：6.0mm

四、预应力锚具及管道

预应力锚具必须经过正式鉴定和重大桥梁工程的检验，锚具的结构型式及规格应符合本设计文件及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2000）、《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ85—2002\\J219—2002）的相关要求。

全桥预应力管道均采用塑料波纹管，管道灌浆方式为真空辅助灌注法，必须保证灌浆饱满密实。塑料波纹管需满足行业标准《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/T 529-2004）要求。

第三节 主要结构设计

1．主梁结构。

桥梁横断面由2片边梁和12片中梁共计14片T梁组成承重结构。梁高2.0m，中梁宽1.7m，边梁宽1.8m。T梁翼缘板边缘厚16cm，在与腹板相接根部厚25cm，腹板厚度20cm，底部逐渐变宽为马蹄形，马蹄宽为50cm。为增加桥梁的整体稳定性，每片T梁分别设5道横隔板与相邻T梁横向连接,翼缘之间采用60cm宽湿接缝填实连接为整体，以使各片梁共同受力。为增强支点处抗剪能力及满足安放支座的构造要求，在T梁距支承线4.6m处3.6m范围内腹板渐变加宽至50cm。T梁按全预应力构件设计，设纵向通长预应力钢束。钢束布置有竖弯形式，所有弯曲均采用圆弧曲线。

2．下部结构。

桥墩采用柱式墩接盖梁形式，墩身为1.5m圆形截面，基础为直径1.8m圆形钻孔灌注桩，桩基础应嵌入完整中风化基岩面5.4m。盖梁长31.56m，宽1.8m，高1.6m。桥台均采用重力式U型桥台接直径为1.5m桩基础，桩基础采用人工挖孔桩，桩基础应嵌入完整中风化基岩面4.5。U型桥台台身采用C25片石混凝土砌筑，台帽采用C30钢筋混凝土，台后设置50cm厚级配碎石反滤层，并设置封水层及排水盲沟。

3．桥面系构成。

桥面铺装最下层为8cm C40防水钢筋混凝土铺装，其上敷设水泥基渗透结晶型防水层，桥面磨耗层采用4cm改性沥青混凝土AC-16中面层+4cm沥青玛蹄脂SMA-13面层。

在桥面上设泄水孔通过PVC管沿桥台将桥面（含人行道内）的积水有组织地排到

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桥下，避免桥面积水及雨水散乱排。注意根据电照、排水设计埋设管道和照明、排水、交通标志等设备的预埋件。

拟从人行道板下通过的管线应尽量在盖人行道板前安装就位或预留管道（手工井），避免反复撬动人行道板，损伤人行道板及人行道铺装。

4．其它 （1）桥面防水

在结构层与沥青混凝土间涂刷水泥基渗透结晶型防水材料作为桥面防水层，其用量应≥1kg/m2，防水材料应具有涂层一次抗渗压力≥0.8MPa，二次抗渗压力≥0.6MPa，28d抗压强度≥18MPa，粘结力≥1.0MPa，同时具有耐高温、耐碱性性能，以满足沥青混凝土摊铺要求。防水材料各项指标必须满足中华人民共和国建材行业标准：道桥用防水涂料(JC/T975-2005)的要求。桥面防水施工工艺必须与相应防水材料要求相匹配。

（2）支座

支座均采用板式橡胶支座，各支座安装必须水平，安装技术详见支座生产商的安装说明。所使用支座需满足行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T663-2006）。

（3）伸缩缝

在桥主梁与桥台衔接处各设一道80型伸缩缝，伸缩缝详细资料由生产产家提供。T梁中间二道接缝采用桥面连续做法。

（4）涂装材料

建议混凝土外露面采用丙烯酸类硅酸盐聚合物AC100保护涂料，颜色采用混凝土本色浅灰色或根据景观要求确定。

（5）人行道栏杆

本设计图纸中栏杆为参考样式。由于桥面栏杆类型应与桥梁景观要求匹配，因此宜对栏杆生产厂家做充分调查，并征求业主意见后商定栏杆类型。

第四节 主梁结构验算

一、计算模型与恒载取值

桥跨结构采用Midas Civil Trial Version 7.4.1版本进行计算，横向分布系数由桥梁博士3.0计算。

桥梁横断面由2片边梁和12片中梁共计14片T梁组成承重结构。 主梁横向布置如图1所示。

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图1 跨中横断面布置图

二期恒载依据下面数据，最后取31.3 kN/m。 16cm桥面铺装：0.08×25+0.08×23 = 3.84 kN/m2 人行道系重量：3.75 kN/m2 栏杆重量：3.5 kN/m 管道重量：5kN/m

T梁计算模型如图2所示。

图2 T梁计算模型

钢束线形如图3所示布置，钢束采用标准GB/T5224-2003 φs15.2毫米高强低松弛钢绞线，其抗拉标准强度fpk = 1860 MPa，张拉控制应力σcon =0.72fpk = 1339.2 MPa。边梁N1采用φs15-10，N2，N3采用φs15-11；中梁N1、N2、N3均采用φs15-10钢束。

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图3 T梁刚束竖向线型

二、主梁内力计算及验算 （一）横向分布系数计算

横向分布系数按照刚接板梁法（相邻梁铰接），用桥梁博士3.0版本计算。 横向分布计算系统输出 任务标识：001 计算方法：刚接板梁法 主梁跨径：30.000 m

材料剪切模量/弯曲模量=0.430

表1 横向分布系数计算参数表

梁号 梁宽 弯惯矩 扭惯矩 左板宽 左惯矩 右板宽 右惯矩 连接 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 0.391 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 1.365 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 刚接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 铰接 桥面描述：

人行道 分隔带 车行道 中央分隔带 车行道 分隔带 人行道 4.000 0.000

12.000 0.000 0.000 12.000 0.000

4.000

左车道数=12，右车道数=12，自动计入车道折减

表2 横向分布系数计算结果表

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梁号 汽车 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 挂车 人群 满人 特载 车列 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.227 0.099 0.686 2.121 0 0.232 0.101 0.639 2.104 0 0.239 0.103 0.587 2.099 0 0.243 0.1 0.543 2.103 0 2.115 0 0.252 0.094 0.51 0.229 0.091 0.488 2.136 0 0.238 0.089 0.477 2.166 0 0.267 0.089 0.476 2.207 0 0.253 0.091 0.484 2.258 0 0.258 0.094 0.503 2.32 0.293 0.1 0 0.533 2.396 0 0.304 0.109 0.574 2.487 0 0.314 0.123 0.627 2.595 0 0.33 0.145 0.821 2.88 0 （二）选择控制截面

计算过程中选择控制截面来概略表示所进行的计算内容和过程，先选定各控制截面并用表格表示其对应的单元号。

表3 控制截面

控制截面 单元编号 截面在单元中的位置 左支点 1 i端右侧 L/4 8 中点 L/2 15 j端 3L/4 23 中点 右支座 30 j端左侧 （三）计算结果（1号梁）

根据各片梁受力情况仅给出1号梁的分析计算结果。 1．各截面在承载力基本组合作用下最大内力

表4 各截面在承载力基本组合作用下的最大内力

截面位置 剪力值（kN） 弯矩值(kN?m) 左支座 1/4截面 -959.8 -476.1 12

0.0 6067.0 1/2截面 3/4截面 右支座 78.6 572.7 1068.9 7741.8 6067.0 0.0

图4 1号梁承载能力基本组合弯矩图(kN?m)

图5 1号梁承载能力基本组合剪力图(kN)

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图6 1号梁承载能力基本组合梁截面最大组合应力图(kPa)

2．各截面在短期组合作用下最大内力

表5 各截面在短期组合作用下的最大内力 截面位置 剪力值（kN） 弯矩值(kN?m) 左支座 1/4截面 1/2截面 3/4截面 右支座

-13.2 -166.8 -15.85 133.5 -45.6 -1035.5 -1112.1 -416.8 -1111.9 -1035.6

图7 1号梁正常使用短期组合弯矩图(kN?m)

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图8 号梁正常使用短期组合剪力图(kN)

图9 1号梁正常使用短期组合梁截面最大组合应力图(kPa)

3．各截面在长期组合作用下最大内力

表6 各截面在长期组合作用下的最大内力 截面位置 剪力值（kN） 弯矩值(kN?m) 左支座 1/4截面 1/2截面 3/4截面 右支座 15.36 -155.4 -9.05 136.4 -48.2 -1035.5 -1112.1 -416.9 -1111.9 -1035.6 15

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zf55.html