桥梁工程计算书—兰州理工大学毕业设计论文

装 订 线1第一章 设计资料1.1 设计内容根据已给地形图等设计资料，选择三至四种以上可行的桥型方案，拟定桥梁结构主要尺寸，根据技术经济比较，推荐最优方案进行桥梁结构设计。对推荐桥梁方案进行运营阶段的内力计算，并进行内力组合，强度、刚度、稳定性等验算。选择合理的下部结构形式，拟定构件尺寸，并进行内力计算，内力组合、配筋设计。绘制桥梁总体布置图、上部结构一般构造图、钢筋构造图、桥台一般构造图、桥墩盖梁一般构造图、桥墩盖梁配筋图。编写设计计算书。1.2 设计技术标准1、设计桥梁的桥位地型及地质图一份2、设计荷载：公路I 级；3、桥面净空：净2×0.5+9=10 米4、桥面横坡： 1.5%5、最大冲刷深度：2.0m6、地质条件：根据断面图确定7、桩基础施工方法：旋转钻成孔8、安全系数：0=11.3 采用材料：（1）预应力钢筋： Ø s15.2 钢绞线（2）非预应力钢筋：直径 D12mm 用 HRB335, 直径 D12mm用 R235；装 订 线2（3）混凝土：主梁混凝土采用 C50；铰缝为 C30 细集料混凝土；桥面铺装采用 C40 沥青混凝土；栏杆及人行道板为 C30 混凝土；盖梁、墩柱用 C30 混凝土；系梁及钻孔灌注桩采用 C30 混凝土；桥台基础用 C30 混凝土；桥台台帽用 C30 混凝土；（4）锚具用 OVM 锚1.4 主要技术规范JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTJ 022-85公路砖石及混凝土桥涵设计规范JTJ 024-85公路桥涵地基与基础设计规范第二章 方案比选在我国，安全、经济、适用、美观是桥梁设计中的主要考虑因素，安全尤为重要。桥梁结构造型简洁，轻巧，设计方案力求结构新颖，保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。本设计桥梁的形式可以考虑以下形式：连续梁桥、拱桥、斜拉桥三种形式。2.1 拟定方案(1)方案一：箱型连续梁桥装 订 线3对于桥孔的分跨主要考虑以下影响因素：桥址地形、水文地质条件、墩台基础支座等构造，力学的要求。本设计采用三跨桥孔布置，边跨长度可取为中跨的 0.50.8倍。本桥总长 215m，本设计跨度组合为：60 米+95 米+60 米为适应连续梁内力变化的需要，连续梁的纵向截面通常做成变截面的形式。梁底立面曲线采取二次抛物线的形式。图 2-1 箱型连续梁桥型设计连续梁桥可以降低梁高，有利于争取桥下净空,具有较大的刚度和强大的抗扭性能和结构简单，受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大、造型轻巧、平整、线路流畅、桥下视觉效果好等优点;连续梁在力学性能上由于其结构刚度大，桥面变形小，动力性能好，有利于高速行车。采用分段施工技术，充分发挥了预应力技术的优点，使施工设备机械化和构件生产工厂化，从而提高了施工质量，减低了施工费用。但是基础沉降要求严格,特别是由于脸长较大,梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。（2）方案二：拱桥设计拱桥桥跨结构的主要承重构件是曲线形的拱圈。本例采用中承式拱桥结构，由三个拱圈组成，即：（50+115+50）米，拱桥总长为 215 米。设计见图 2-2。装 订 线4图 2-2 拱桥设计拱桥取材容易，节省钢材与水泥，构造简单，技术容易掌握，承载能力潜力较大耐久性好，养护费用少。在竖直荷载作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。设计的合理拱轴拱桥主要受压力压力，弯矩、剪力均较小，因此拱的跨越能力比梁大的多，且可以充分利用石料、混凝土的抗压性能。但是，拱桥也有以下缺点;一般拱桥结构的上部结构自重较大，且存在水平推力，下部结构的工程量也增加，地质条件与地基要求较高，施工工序较多，建桥时间也较长，施工较困难。（3）方案三：斜拉桥设计本设计采用单塔双孔布置，斜拉桥的受力可以看成用高强钢材制成的斜拉索将主梁多点吊起，主梁恒载及作用在主梁上的活载通过斜拉索传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。这样大跨度的斜拉桥的主梁就像一根多点弹性支撑的连续梁一样工作，从而主梁的截面尺寸比同跨径的梁桥截面尺寸小得多，大大减少了主梁的材料用量，结构自重明显减轻，大幅度增加了桥梁的跨越能力。主梁受到斜拉索的支撑作用，特别是密索斜拉桥中主梁的受力以压力为主，弯矩较小，主梁受力已不同于传统的梁桥，主梁高度可以大大减小。设计图见图 2-3.装 订 线5图 2-3 斜拉桥设计斜拉索是斜拉桥的主要组成部分，除必须具有高强度性能外，还必须具备抗疲劳性能、耐久性和良好的抗腐蚀性。因此对于斜拉索的质量要求很高，工程造价相对较高，维修养护也相对困难。大跨度斜拉桥由于密索体系的采用，主梁的刚度越来越小，抗风稳定性越来越突出，往往成为了决定主梁截面尺寸的主要因素。2.2 方案比选方案一连续梁桥结构刚度大，属于超静定结构，受力较好，主桥面连续，桥面变形小，无伸缩缝，动力性能好，有利于高速行车，养护也较容易。所需技术先进，所需设备较少，占用施工场地少。而相比方案二拱桥承载潜力大，伸缩缝较多，养护较麻烦。虽有成熟的工艺技术经验，但需要大量的吊装设备，占用场地较大，需用劳动力较多。上部结构自重较大，且存在水平推力，下部结构的工程量也增加，地质条件与地基要求较高，施工工序较多，建桥时间也较长，施工较困难。方案三中的斜拉桥结构新颖，工艺要求极严格，所需设备最少，占用施工场地少，但斜拉索的材料质量要求很高，工程造价相对较高，维修养护也相对困难。在上述三种方案比选中，综合考虑比较三个拟定方案桥型的优缺点，相比之下，箱型连续梁桥抗扭刚度大，在恒载作用下，装 订 线6连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小。整体受力和动力稳定性能好，适应性强，在直线、曲线等区间段均可采用，外观简洁，造型简洁美观、且施工技术成熟，养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一，而且造价适中。因此本设计推荐采用方案一连续梁桥设计。第三章 预应力混凝土连续梁桥总体布置3.1 桥型布置本设计推荐方案采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，桥全长 215m。3.2 孔径布置本设计采用三跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构。连续梁桥跨径的布置一般采用不等跨的形式。因为如采用等跨布置，则边跨内力将控制全桥设计，而这样是不经济的。一般边跨长度选为中跨跨径的 0.50.8 倍，钢筋混凝土连续梁桥取偏大值使边跨与中跨控制截面内力基本相同，预应力混凝土连续梁桥取偏小值以增加边跨刚度和减小活载弯矩的变化幅度，从而减少预应力筋数量。此外，边跨长度还与施工方法有关，如采用悬臂法施工，边跨长度不宜超过中跨长度的 0.65 倍为宜。本设计采用悬臂法施工，边跨取为中跨的 0.625 倍，即为（60 米+95 米+60 米），桥全长 215 米。3.3 桥的立面设计从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度的布置为宜。连续梁在恒、活载作用下，支点截面的负弯矩的绝对值往往大于跨中正弯矩，因此采用变高度梁能较好的符合梁的内力分布规律。同时，变高度的立面布置可使梁体装 订 线7外形和谐，节省材料并增大桥下净空。若采用悬臂法施工，变高度梁又与施工内力状态相吻合。因此，本设计采用边高度梁。截面变化曲线为二次抛物线。3.4 桥的横截面设计箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性。本设计是一座公路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱单室。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。(1)梁高墩顶处梁高根据规范一般取 1/161/20L，取 L/17，即5.5m。跨中处梁高根据规范一般取 1/301/55L，取 L/38，即2.5m。(2)顶板与底板箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。墩顶处底板还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底版厚度也随梁高变化，底板一般 25-100cm（变厚），顶板 25-30cm（等厚）。因此,顶板厚度取 30cm;支座处底板厚度取 60cm；跨中底板厚度取 40cm。(3)腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力，大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处交大的剪力，一般采用 300600mm，甚至可达到 1m 左右。本设计制作处与跨中截面腹板厚度均取 50cm；装 订 线8（3）横隔梁横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。因此本设计中考虑在支座处截面与中跨处截面设置一道横隔梁，而且由于中跨横隔梁的尺寸及对内力的影响较小，在内力计算中也可不作考虑。跨中截面及中支点截面示意图如下图 3-1 所示：（图中单位以厘米计）。图 3-1（单位：cm） （4）桥面铺装桥面铺装层采用 10cm 厚的 C40 沥青混凝土铺装，防撞栏采用 C30 混凝土。第四章 荷载内力计算4.1 全桥结构单元的划分4.1.1 分段原则装 订 线9主梁的分段应该考虑梁的跨径、截面变化、施工方法、预应力布置等因素，单元分的越细计算的内力就越精确，接近真实值，并且兼顾施工中的实施，所以本设计分为 70 个单元。4.1.2 具体分段本桥全长 215 米，总共分为 70 个单元，最小的单元长度为 1.5米，最长的单元长度为 4 米，本设计推荐单元划分为：34；2；54；63；82；63；54；1.5；1.5；54；63；82；63；54；2；34。单元划分见图 4-1.图 4-1 单元划分4.2 全桥施工节段划分4.2.1 桥梁划分施工分段原则1. 杆件的转折点和截面的变化点2. 施工分界点、边界处及支座处3. 需验算或求位移的截面处4. 分段应尽量使各段的工程量基本相同，一边与施工节奏流畅，使施工均衡。5. 当出现位移不连续的情况时，例如相邻两单元以铰接形式相连（转角不连续），可在铰接处设置两个节点，利用主从约束考虑该连接方式 4.2.2 施工分段划分全桥分为 70 个单元。全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元处使用整体现浇法。施工详细划分见下表 4-1。装 订 线10主跨施工分段表 表 4-1 第一阶段0 号块18to21；50to53 第二阶段1 号块17、22；49、54 第三阶段2 号块16、23；48、55 第四阶段3 号块15、24；47、56 第五阶段4 号块14、25；46、57 第六阶段5 号块13、26；45、58 第七节段6 号块12、27；44、59 第八阶段7 号块11、28；43、60 第九阶段8 号块10、29；42、61 第十节段9 号块9、30；41、62 第十一阶段10 号块8、31；40、63 第十二节段11 号块7、32；39、64 第十三阶段13 号块6、33；38、65 第十四节段14 号块5、34；37、66 第十五节段左（右）满堂支架1to4、67to70 第十六阶段体系转换阶段 第十七阶段跨中和垄断3to364.3 主梁内力计算根据梁跨结构纵断面的布置，并通过对移动荷载作用最不利位置，确定控制截面的内力，然后进行内力组合，画出内力包络图。4.3.1 横在内力计算（1）第一期恒载（结构自重）恒载集度1123(801010)GAAA（2）第二期恒载二期恒载为桥面铺装层和防撞栏杆的重量，桥面铺装层用10cm厚的C4