1、 辽宁科技大学本科毕业设计 第 1 页四川省三台县华园镇大西街钢筋混凝土 T 型梁桥设计与计算摘 要大西街桥位于四川省三台县华园镇大西街，跨径布置采用 12 2=24m ，桥面净宽为 11+1.52，横桥向设置七片主梁，桥面采用双向横坡，坡度为 1.5，人行道采用单向横坡，坡度为 1，设计荷载为公路-级。下部结构采用双柱式桥墩及扩大基础，取其中一跨进行设计计算。设计计算过程大致为：首先确定桥梁的选型；其次进行总体和局部设计，包括纵断面详细尺寸的确定和细部构造确定；然后先对主梁进行内力、配筋计算，再进行强度、应力及变形验算，再对桥面板进行内力、配筋计算，再进行强度、应力及变形验算，随后对横隔梁进
2、行内力、配筋计算，以及连接钢板的强度、应力验算，最后进行桥墩和基础设计和验算。关键词： T 型简支梁桥;主梁;横隔梁；盖梁；扩大基础The Design and Calculation of the Reinforced 辽宁科技大学本科毕业设计 第 2 页Concrete T-beam for Daxijie Bridge in Sichuan Province AbstractThe Daxijie bridge sites in Daxijie,Huayuanzhen Santaixian in Sichuan province. the design use the T beam br
3、idge of concretes. The span arrangement is 16 5=80m. The main design calculation process of article include: Firstly, carries on the comparision and selection of plan for bridge; secondly, carries on the overall system design, including determination of detailed size of the longitudinal and detail s
4、tructure; then carries on the computation of the internal force and the reinforcing bars to the superstructure, thirdly, carries on checking calculation of the intensity、the stress and the deformation again, finally carries on the design and the checking calculation for the substructure. Includes th
5、e following several parts specifically: 1.The comparison of several bridge types; 2.The bridge arrangement, drawing up the various part of sizes of the structure; 3. Choosing the calculation diagram of the structute; 4. The combination of internal force for the permanent load; 5.The combination of i
6、nternal force for the live load; 6.The combination of every kind of load; 7. The arrangement of reinforcing bar; 8.The check of the section intensity; 9.The checking calculation of crack and deformation; 10. The checking calculation of the substructure. Keywords: T shaped supported beam bridge; Main
7、 bean; Diaphragm beam;Capping Beam; Expanded foundation辽宁科技大学本科毕业设计 第 3 页1 绪论1.1 概述随着人们生活水平的提高，人们用的交通工具已经有了很大的变化，为了满足这一变化的要求，政府就必须投入大量资金搞交通建设，本设计也是基于改善人们日常生活的方便而设计，该设计桥梁位于四川省三台县华园镇大西街，是一座乡镇交通枢纽。该桥梁的设计建设体现了我国政府对乡镇人民的重视。桥梁是交通的重要组成部分。从地球上有了人类交通就随之诞生，而简单的桥梁也就出现了，像木桥，石桥等等，但随着时代的发展，自从在有铁路和高速公路以后，石桥、木桥、铁桥和
8、原来的桥梁基础施工技术就难于适应需要。但到了 19 世纪，由于力学基础知识的广泛传播；钢材的大量供应，使铁路桥梁工程获得迅速发展。20世纪初，北美洲曾在铁路钢桥跨度方面连创世界纪录。到第二次世界大战前，公路钢桥和钢筋混凝土桥的跨度纪录又都超过了铁路桥。60 年代以来，汽车运输猛增，材料供应缓和，科学技术迅速发展，桥梁工程又在提高质量、降低造价、降低桥梁养护费等方面获得了很大改进。随着社会的高速发展，桥梁也随之得到快速发展。目前，钢梁、钢拱的最大跨径已超过 500m，而钢悬索桥达 1990m，钢斜拉桥为 890m。随着跨江跨海的需要，钢斜拉桥钢悬索桥将得到广泛应用，它们的跨径将很快被打破。至于混
9、凝土桥，梁桥的最大跨径为 270m，拱桥已达 420m，斜拉桥为 530m。桥梁的造价占整个交通工程的造价的 10%20%，它也是保证道路通车的关键。桥梁主要是一种功能性的结构物，但也是一座立体造型艺术工程，它是具有时代象征的景观工程。要想快速发展经济，就必须发展交通运输事业，建立四通八达的现代交通网，这就离不开桥梁建设。事实证明，道路、铁路、桥梁建设的突飞猛进，对创造良好的投资环境，促进地域性的经济腾飞，起到了关键性的作用。1.2 桥梁的基本组成桥梁由四个基本部分组成，即上部结构，下部结构，支座和附属设施。上部结构是在线路中断时跨越障碍的主要承重结构，是桥梁支座以上跨越桥孔的总称，当跨越幅度
10、越大时，上部结构的构造也就越复杂，施工难度也相应增加，造价辽宁科技大学本科毕业设计 第 4 页就会大幅增加。下部结构包括桥墩，桥台和基础。桥墩和桥台是支持上部结构并将其传来的恒载和车辆等活载再传至基础的结构物。桥墩和桥台底部的奠基部分，称为基础，基础承担了从桥墩和桥台穿来的全部荷载，这些荷载包括竖向荷载以及地震，船舶撞击墩身等引起的水平荷载。支座是设在墩(台)顶，用于支承上部结构的传力位置，它不仅要传递很大的荷载，并且要保证上部结构按设计要求能产生一定的变位。桥梁的基本附属设施包括桥面系，伸缩缝，桥梁与路堤衔接处的桥踏板和锥形护坡等。现代桥梁分为以下几类：1)按用途分为公路桥、铁路桥、公铁两用
11、桥、农桥、人行桥、水运桥、管线桥等。2)按主要承重结构所用的材料分为圬工桥、钢筋混凝土桥、预应力混凝土桥、钢桥和木桥等。3)按桥梁的受力体系分为梁式桥、拱式桥、钢构桥、组合梁桥。4)按上部结构的行车道位置风为上承式桥、中承式桥和下承式桥。5)按跨越障碍的性质分为跨河桥、立交桥、高架桥和栈桥等。各类桥梁都有自己的特点，这里仅介绍按桥梁的受力体系分类的桥梁。1、梁式桥梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构，由于外力(恒载和活载)的作用方向于承重结构的轴线接近垂直，因而与同样跨径的其他结构体系相比，梁式桥产生的弯矩最大，通常用抗弯，抗拉能力强的材料来建造。其施工方法有预制装配和现浇两种，这种梁
12、桥结构简单，施工方便，对地基承载力的要求比较低，但在跨径较大时，需采用预应力混凝土简支梁桥。2、拱式桥拱式桥的主要承重结构是拱圈或拱肋。与同跨径的梁式桥相比，拱式桥的弯矩、剪力和变形都要小的多。鉴于拱桥的承重结构以受压为主，通常可用抗压能力强的圬工材料(如砖，石，混凝土)和钢筋混凝土等来建造。拱桥不仅跨越能力很大，而且外形酷似彩虹卧波，十分美观，在条件许可的情况下，修建拱桥往往是经济合理的。3、刚构桥刚构桥的主要承重结构是梁或板与立柱或竖墙整体结合在一起的刚架结构，梁和柱的连接处具有很大的刚性，以承担弯矩的作用。起受力状态间与梁桥和拱桥之间。辽宁科技大学本科毕业设计 第 5 页但普通钢筋混凝土
13、修建的刚架桥在梁柱刚接处较易产生裂缝，需在该处多配钢筋。4、斜拉桥斜拉桥由塔柱，主梁和斜拉索组成。它的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。塔柱以受压为主。跨度较大的主梁就像一条多点弹性支承(吊起)的连续梁一样工作，从而使主梁内的弯矩大大减小。由于同时受到斜拉索水平分力的作用，主梁截面的基本受力特征是偏心受压构件。由于受到斜拉索的弹性支承，弯矩较小，使得主梁尺寸大大减小，结构自重显著减轻，从而大幅度地提高了斜拉桥的跨越能力。5、吊桥(悬索桥)吊桥是用悬挂在两边塔架的强大的缆索作为主要承重结构。在桥面系竖向荷载作用下通过吊杆使缆索受
14、很大的拉力，缆索锚于吊桥两端的锚碇结构中，为了承受巨大的缆索拉力，锚碇结构需做的很大，或者依靠天然完整的岩体来承受水平拉力，缆索传至锚碇的拉力可分解为垂直和水平两个分力，因而吊桥也是有水平反力的结构。1.3 我国桥梁的发展我国的桥梁建筑具有悠久的历史，据记载，梁桥、拱桥、吊桥这三种基本桥型，我国在两千年前就已建造。建国以来，我国的桥梁建筑技术有了很大的进展，1969 年建成的公铁两用南京长江大桥，成为我国桥梁历史上的重要标志。二十世纪九十年代，我国桥梁建设运用现代新技术、新材料、新设备，有效地实现了当代国际桥梁新颖、大跨、高强的发展目标。我国建造的杭州钱江二桥，武汉长江二桥、汕头海湾大桥、广东
15、虎门大桥、西陵长江大桥、九江长江大桥、上海杨浦大桥、南浦大桥等具有国际先进水平的新型桥梁，其技术的重大突破，为世界桥梁界所瞩目。二十世纪桥梁将实现大跨、轻质、灵敏的国际桥梁发展新目标。跨度将突破1500m 以上；桥梁主体材料将由高强度轻质的太空材料代替；桥梁的新型装备将使桥梁变得灵敏。高强度铝合金、玻璃钢、碳纤维等太空材料将取代当代的桥梁钢、砼，成为桥梁建筑的主体材料，从而实现轻质目标； 不同类型轻质材料组合拼装的各类新型斜拉桥、悬索桥、轻质拱桥将一跨而过大川或小海湾，实现 1500m 以上大跨目标；而最令人振奋的是，二十一世纪桥梁将“头脑”灵活， “感觉”敏捷。桥梁上装配的计辽宁科技大学本科
16、毕业设计 第 6 页算机系统、传感系统将可以感知风力、气温等天气状况，同时可以随时得到并反映出大桥的承载情况、交通情况。1.4 桥梁结构设计的发展在科学技术领域内，对于许多力学问题和物理问题，人们已经得到了它们应遵循的基本方程和相应的边界条件。同时，随着社会的进步和科技的发展，人们生活水平和审美观的提高，对一切事物的认识有了巨大的变化，对建筑物的设计要求更具人性化和审美化。设计理念也从过去的由经济、设计理论和技术制约桥梁的设计发展到现在由桥梁的使用性能和形式制约设计。即过去由设计理论和计算水平以及经济的限制，桥梁设计主要考虑其使用性，巨大笨拙，形式单一，且和周围的环境的协调差。而现在由桥梁的使
17、用性能、安全性能、环境的要求和审美的要求等各方面的因素考虑所决定桥梁的几何形式，后进行其力学等计算，确定桥梁的安全和实用等方面的要求。当然这不是一次性完成的，而是一个反复循环的过程，不断调整的过程，知道最后各方面达到要求为止。由于桥梁的发展趋势是逐步向“自重轻、强度高、安装方便、理论符合实际、计算准确”的方向发展，因此，在结构体系方面逐步由小跨径的简支板桥向大跨度的连续梁桥、悬索桥和斜拉桥方向发展，在设计理论方面由弹性理论逐步过度为塑性理论，计算机的应用使得结构设计向最优化方向发展成为现实。可以说，设计理论有了质的飞跃，从过去由桥梁使用性能、安全性能、经济与几何形式相互制约设计发展到现在的多元
18、化设计。现在的多元化设计主要考虑的因素是：产品的使用性能，安全性能，环境要求，审美要求，人只用手算难以胜任，而且传统的设计方法周期长，费用高。将计算机应用与设计恰好就解决的这个问题。随着计算机科技的突飞猛进，推动了现代工业的进步，因此由 20 世纪进入 21 世纪，引导科技再次进步的将是与计算机相结合的科技。而计算机软件用于产品的开发、设计、分析和制造，已成为近代工业提升竞争力的主要方法而且应用也将越来越广泛。 1.5 方案比选桥型设计所需方案：横断面布置方案：双车道，桥面全宽为14m，桥面净空：净宽 -11m+21. 5m。辽宁科技大学本科毕业设计 第 7 页根据现桥位地形、水文条件，并综合
19、考虑工程的经济性和施工难易程度，由于设计桥梁全长为:24m，桥跨布置的单跨跨径12m，因此选定简支 T 型梁、装配式简支箱梁桥和拱桥这三种桥型方案来进行方案比选。桥型方案一：拱桥(比较方案) 预设桥梁全长：24m孔径布置2 12m优点：跨越能力较大；能充分就地取材，与钢桥和钢筋混凝土梁式桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；耐久性能好，维修维护费用少；外形美观；构造简单。缺点：自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求较高；拱桥一般都采用有支架施工的方法修建，随着跨径和桥高的增大，支架和其他设备的费用也大大增加，从而增加了桥梁的总造价；由于拱桥水平推力较
20、大，在连续多孔的大、中桥梁中，为防止一孔破坏而影响全桥的安全，需要采用较复杂的措施，例如设置单向推力墩，也会增加造价；与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较高，当用于城市立交及平原地区桥梁时因桥面标高提高，而使两岸接线长度增长，或者使桥面纵坡增大，即增大了造价又对行车不利。因此不选用该方案。桥型方案二：预应力混凝土连续箱梁方案(比较方案)预设桥梁全长：24m孔径布置：2 12m1、上部构造为预应力混凝土连续箱梁，等高度箱梁，梁高1.4m ；下部构造为柱式墩身，肋板桥台，扩大基础；采用逐孔移动支架浇筑施工。优点：装配式部分预应力混凝土连续箱梁桥集简支梁桥和连续梁桥的优点于一身，既有简支梁桥的施工简
21、便、利于工厂化集中预制、安装快捷的特点，又具有连续梁桥结构经济的特点，因此，这一结构在公路工程桥梁建设中得到了广泛应用。缺点：箱梁往往会出现裂缝,而且在运营过程中裂缝会日渐增多,桥梁整体承载能力逐渐下降,不能适应当前重载车辆较多的交通状况。 ，2、预应力混凝土连续箱梁也是目前公路大跨径桥梁中经常采用的桥型之一。结构受力合理，变形小；桥面连续，行车舒适；较 T 型梁增加了施工的难度和工期；材料用量和费用较 T 型梁要多一些。上部构造施工采用移动支架一次性投入费用要高；且辽宁科技大学本科毕业设计 第 8 页由于增加了大吨位支座，日后维护费用要增加。结合投资规模、和考虑施工的难度，本桥不适合于修建连
22、续箱梁桥。桥型方案三：钢筋混凝土 T 型梁方案(推荐方案)桥梁全长：24m孔径布置：2 12m1、上部构造为钢筋混凝土 T 型梁，梁高1.1m；下部结构采用三柱式桥墩、台设计，基础为条形基础；采用简支转连续施工。优点：对于中、小跨径的桥梁钢筋混凝土和预应力混凝土简支梁经济合理，因此，被广泛应用。可以采用装配式的施工方法，可以节约大量模板支架，缩短施工期限，加快建桥速度。主梁高度如不受建筑高度限制，高跨比宜取偏大值。增大梁高，只增加腹板高度，混凝土数量增加不多，但可以节省钢筋用量，往往比较经济。缺点：整体浇筑的简支梁，由于费工、费时、费料，只在少数如异形变宽截面等场合下采用。2、预应力混凝土 T
23、 型梁是目前公路桥梁中经济合理的桥型之一。桥型能适应桥位环境，施工工艺成熟、安全可靠；采用简支转连续桥型，桥面连续，行车舒适，施工方便，本设计采用预制拼装法施工，可以大大缩短工期较短。上部结构施工较连续梁和连续刚构要简单，材料用量和费用较少。能有效控制投资规模，造价最省。 鉴于桥位处的地形条件，桥跨少跨径小，并充分考虑经济合理等方面的原因本设计采用钢筋混凝土 T 型梁方案较为合理。辽宁科技大学本科毕业设计 第 9 页2 截面设计2.1 截面尺寸根据桥梁工程 【1】 中常用简支梁桥的主要尺寸的经验数据得简支梁桥主梁尺寸：表 2.1 简支梁桥主梁尺寸（单位：m）桥梁类型 适用跨径 主梁间距 主梁高
24、度 主梁肋宽度简支 T 形梁 2025 1.52.2 (1/111/18)L b=0.160.20根据公路桥梁设计手册桥梁 【9】 钢筋混凝土 T 形梁桥截面基本尺寸如表 2.1。由任务书知该桥址地形较平坦现为农田，桥梁设计等级为公路II 级，人群荷载为 3 ，上部结构按 212 钢筋混凝土 T 梁桥设计，桥面净宽采用净2kNmm11+21.5 ,桥面采用连续结构，两桥台处各设置一个伸缩缝。综上所得选取截面尺寸如下：1.主梁间距 1.9 米。2.主梁高度 1.1 米。3.主梁肋宽 0.18 米。4.主梁翼缘根部厚度 14 厘米,边缘厚度 10 厘米。 。5.由于桥面有 1.5%的横坡。6.横隔板厚为 16 厘米、15 厘米。7.栏杆的设计，除了应满足受力要求外，还应注意美观，栏杆高度不应小于1.1m。辽宁科技大学本科毕业设计 第 10 页2.2 截面布置图2.2.1 横截面布置图图 2.1 横截面2.2.2 纵断面布置图图 2.2 纵断面
