1、山东科技大学学生毕业设计（论文）I高速公路桥梁设计1 桥 梁设计概况 11.1 工程概况11.2 设计依据及主要设计规范 11.3 设计技术标准 12 桥梁方案比选 22.1 设计原则 22.2 方案比选 22.2.1 预应力空心板桥 22.2.2 预应力混凝土简支 T 梁桥 22.2.3 钢筋混凝土空腹拱桥 22.3 技术经济指标比较和最优方案拟定 23 预应力混凝土 T 型梁桥结构设计 43.1 设计资料及构造布置 43.1.1 设计资料 43.1.2 主梁纵横截面布置 53.1.3 横截面沿跨长的变化 103.1.4 横隔梁的布置 103.1.5 基本计算数据 103.2 主梁作用效应
2、103.2.1 永久作用效应计算 103.2.2 可变作用效应计算（修正偏心压力法） 133.2.3 主梁作用效应组合汇总 253.3 预应力钢束的估算极其布置 273.3.1 跨中截面的钢束的估算和确定 273.3.2 预应力钢束位置 283.4 计算主梁截面几何特性 333.4.1 截面面积及惯性矩计算 333.4.2 截面静矩计算 363.4.3 截面几何特性汇总 383.5 钢束预应力损失计算 39目 录山东科技大学学生毕业设计（论文）II3.5.1 预应力钢束与管道壁之间的摩擦损失引起的预应力损失393.5.2 由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失 393.5.3 混凝土弹性压缩引起
3、的损失 413.5.4 由钢束预应力松弛引起的预应力损失 423.5.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 423.5.6 成桥后张拉 N6 号钢束混凝土弹性压缩引起的预应力损失 543.5.7 预加力计算及钢束预应力损失汇总 543.6 主梁截面承载力与应力验算 553.6.1 持久状态承载能力极限状态承载力验算 553.6.2 持久状况正常使用极限状态抗裂验算 613.6.3 持久状态构件的应力验算 683.6.4 短暂状况构件的应力验算 743.7 主梁局部抗 压承载力验算 783.7.1 局部承压区的截面尺寸验算 783.7.2 局部抗压承载力验算 803.8 行车道板计算 813.8
4、.1 悬臂板荷载效应计算 813.8.2 连续板荷载效应计算 823.8.3 截面设计、配筋与承载力验算 874 专题研究 横隔梁作用效应计算与截面设计 884.1 确定作用在跨中横隔梁上的可变作用 884.2 跨中横隔梁作用效应影响线 894.3 截面效应计算 914.4 截面配筋计算 92参考文献 93致 谢 词 94山东科技大学学生毕业设计（论文）11 桥梁设计概况1.1 工程概况该桥是国道 218 线清水河至伊宁高速公路第一合同段内的一座大桥，起点桩号为 K2+417，中心桩号为 K2+510，终点桩号为 K2+603，全桥长180m。该桥为跨越季节性河流大东沟而建，设计流量为 235
5、 立方米每秒，设计流速 2.72 米每秒，设计水位为 717.60m，地表水对混凝土无腐蚀。气象地质情况：新建桥址处地质情况通过钻探挖探查明，持力层主要为圆砾。所处区域为温带干旱型气候，夏季温和湿润，秋季天高气爽，降温迅速，昼夜温差较大，冬季漫长寒冷，夏季炎热，在公路自然区划中属VI4b 区（伊利河谷副区） 。平均气温为 9，极端最低气温-41.6，极端最高气温 39.1，最大冻土深度 1.2m，年平均降水量 214mm 年平均蒸发量 1410mm。地震基本烈度为度，地震动峰值加速度 0.15g。要求新建桥梁的荷载等级为公路 I 级1.2 设计依据及主要设计规范（1） 公路工程技术标准 （JT
6、G B01-2003）（2） 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）,简称桥规（3） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）,简称公预规（4） 桥梁计算示例丛书 混凝土简支梁（板）桥 （第三版）易建国著.人民交通出版社（5） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）条文应用算例袁伦一，鲍卫刚著.人民交通出版社（6） 桥梁工程刘嘉玲著.人民交通出版社（7） 结构设计原理计算示例赵志蒙著. 人民交通出版社（8） 公路圬工桥涵设计规范 （JTG D61-2005）,简称圬工规范（9） 桥梁设计常用手册 ，人民交通出版社1.3 设
7、计技术标准（1）线路等级：高速公路（2）桥面净空：0.5m 防撞栏+净 12.5m 行车道+0.5m 护栏+1.0m 分隔山东科技大学学生毕业设计（论文）2带+0.5m 护栏+净 12.5m 行车道+0.5m 防撞栏，总宽 28m（3）车道荷载标准：公路级荷载（4）设计坡度：纵坡 i max =2.5%，横坡度 1.5%（5）抗震设防等级：按地震烈度 级设防（6）线路及其他相关标准符合高速公路设计规范2 桥梁方案比选2.1 设计原则结合 G218 线清水河至伊宁高速公路大东沟大桥的桥位水文地质情况，本着“安全、适用、经济、美观、和有利环保”的基本原则，从主要材料用量、劳动力数量、全桥总造价、工
8、期、养护费用、运营条件、有无困难工程、是否需要特种机具、美观等，综合权衡技术因素和使用要求，初拟2-3 个可行性方案。2.2 方案比选2.2.1 预应力空心板桥孔径布置：标准跨径 20m,920m,全长 180m。结构构造：桥梁上部采用预应力钢筋混凝土空心板、桥面连续，下部采用柱式墩、肋板式桥台和埋置式桥台，基础为条形基础。2.2.2 预应力混凝土简支 T 梁桥孔径布置：标准跨径 30m，630m，全长 180m。结构构造：主梁间距为 2.25m，高 2.30m，采用梁肋下部加宽为马蹄形，以便钢束的布置和满足承载预压力的需要。2.2.3 钢筋混凝土空腹拱桥本方案为钢筋混凝土等截面悬链线无铰拱桥
9、。全桥分 4 跨，每跨均采用标准跨径 40m。采用矩形截面的拱圈。桥墩为重力式桥墩，桥台为 U 型桥台。尺寸拟定：本桥拟用拱轴系数 m=2.24，净跨径为 40.0m，矢跨比为1/8。桥面行车道宽 28.0m。山东科技大学学生毕业设计（论文）32.3 技术经济指标比较和最优方案拟定经济指标对比分析如下。（1）主要材料用量：第一、二方案较第三方案在水泥、钢材等方面用量较大，而第二方案在材料即砌筑工程材料上较前二者方案严格，且用量相当大，由该桥位置看，材料供给比较方便。（2）劳动需求量方面第一方案总用工日约为 2 万工日左右，第二方案则约为 2.2 万左右，而第三方案用工日量高达 25 万日左右，
10、几乎为前两者的 10 倍之多。（3）全桥造价：第一、二方案约在 1000 万左右，第三方案约在 750 万左右，较前两者可节约造价约为 1/4。（4）施工工期：第一、二方案（梁板桥）约在 220 天左右，而第三方案约在 400 天左右，其施工工期较长，相对机械、人工等不可避免而造成的误工、窝工等现象发生的几率较大。当施工工期要求较短时就会跟不上节拍，无法及时竣工。（5）养护费用方面：在这一方面，梁桥与拱桥相差不多。梁（板）桥部分构件出现损坏容易维修与更换，拱桥损坏修复较梁桥困难。再则该桥为高速公路跨河而建，其交通量大，不宜中断交通修复。故选用梁桥较为适宜。（6）各种材料运输方面：在材料运输方面
11、较为方便，省级干线公路运营条件也比较好，为各种材料运输提供较大的便利。综合上述几点评比，虽然第一、二方案在总造价上较第三方案大，但在其它几个方面相对后者则有明显的优势，加之施工现场的施工条件等方面，经过认真比选决定采用第二方案即预应力混凝土装配式简支 T 型梁桥(详见方案比选表 2-1)山东科技大学学生毕业设计（论文）4表 2-1 G218 线清水河至伊宁高速公路大东沟大桥方案比较表第一方案 第二方案 第三方案序号比较内容 预应力空心板桥 预应力简支 T 型梁上承式空腹钢筋混凝土拱桥1 桥高 10m 10m 10m2 桥长 180m 180m 190m3 特点建筑高度较小，外形轻巧、美观，但因
12、该桥角较长支座数量较多，后期养护工作量大，以较少采用技术较先进工艺要求较严格，采用后张法施工，二次灌注法灌注。且在近几年来有了较成熟的施工经验和施工技术传统的砌筑工艺，人工用量较大，施工机械用俩少难以采用机械化施工4使用效果评价伸缩缝较多，行车舒适度差，板块之间的横向连接构造容易产生损坏属于静定结构，受力较好。桥面连续，行车条件好，使用阶段易于养护且经费很低阅微阁小说自重较大，对于地基承载力要求较高，水平推力大，拱桥建筑高度较大，但养护费用较低3 预应力混凝土 T 型梁桥结构设计3.1 设计资料及构造布置3.1.1 设计资料1.桥梁跨径及桥宽标准跨径：30m（墩中心距） ，全桥共：180 米，
13、分 6 跨，主梁全长：29.96m，桥面净空：0.5m 防撞栏+净 12.5m 行车道+0.5m 护栏+1.0m 分隔带+0.5m 护栏+净 12.5m 行车道+0.5m 防撞栏，总宽 28m山东科技大学学生毕业设计（论文）5计算跨径：29.00m。2.设计荷载 公路级荷载。3.材料及工艺本桥为预应力钢筋混凝土 T 型梁桥，锥形锚具；混凝土：主梁采用 C50，防撞护栏及桥面铺装用 C30 号；预应力钢筋：采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）的 钢绞线；每束 6 根，全梁共配 6 束，15.2sfpk1860MPaf=普通钢筋直径大于和等于 12mm 的采用
14、HRB335 钢筋；直径小于12mm 的均用 R235 钢筋。按后张法施工工艺制作主梁，采用内径 70mm、外径 77mm 的预埋波纹管和夹片锚具。4.桥面铺装和线型确定桥面铺装：选用 8cm 厚的防水混凝土作为铺装层，上加 5cm 厚的沥青混凝土磨耗层，共计 13cm.桥面横坡：1.5%。线型：平曲线的半径 R，可以按直线考虑。3.1.2 主梁纵横截面布置（1）主梁间距与主梁篇数主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标 很有效，故在许可条件下应适当加宽 T 梁翼板。本设计主梁翼板宽度为 2250mm，由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现
15、浇混凝土刚性接头，因此主梁的工作截面有两种：预施应力、运输、吊装阶段的小截面（ =1600mm）和运营阶段的大截面ib（ =2250mm） 。桥宽总共 14 片主梁，桥梁由中间分为分离的两幅，中间ib间隔为 1000mm，两边分别由 6 片主梁组成，桥面宽度为：0.5m 防撞栏+净12m 行车道+0.85m 护栏+1.3m 分隔带+0.85m 护栏+净 12m 行车道+0.5m 防撞栏，总宽 28m，见图 3-1 所示。山东科技大学学生毕业设计（论文）63-1 结构尺寸图（尺寸单位：mm）（2）主梁跨中截面主要尺寸拟定主梁高度山东科技大学学生毕业设计（论文）7预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其
16、跨径之比通常在 1/15 至1/25，标准设计中高跨比约 1/18 至 1/19。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束的用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。综上所述，本设计取用 2300mm 的主梁高度是比较合适的。主梁截面细部尺寸T 梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计预制 T 梁的翼板厚度取用 150mm，翼板根部加厚到 250mm。马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，根据相关设计资料表明，马蹄面积占截面总面积的 10%至 20%为合适。本设计考虑到
17、主梁需要配置较多的钢束，将钢束按三层布置，一层最多排三束，同时还根据公预规9.4.9 条对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为550mm，高度 250mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度 150mm，以减小局部应力。因此预制梁的跨中截面见图 3-2 所示。图 3-2 跨中截面尺寸图（尺寸单位：mm）（3）主梁几何特征计算将主梁跨中截面划分为五个小单元，截面几何特性见表 3-1。表 3-1 跨中截面几何特性计算表山东科技大学学生毕业设计（论文）8分块面积 iA（ ）2cm分块面积形心至上缘 iy（ ）分块面积对上缘静 iiSA（ ）3c分块面积的自身惯性矩 iI（ ）4misidy（
18、）c分块面积对截面形心的惯性矩 2xiIAd（ ）4cmixI（ ）4c分块名称 （1） （2） （3）=（1）（2）（4） （5） （6）=（1）（5）2(7)=(4)+(6)大毛截面翼板 3375 7.5 25312.5 63281.25 78.84 20978156 21041437三角承托500 18.333 9166.5 2777.778 68.01 2312478 2315256腹板 3800 110 418000 11431667 -23.66 2127218 13558885下三角 262.5 200 52500 3281.25 -113.66 3391130 3394411马
19、蹄 1375 217.5 299062.5 71614.58 -131.16 23654041 23725655 9312.5 804041.5 I=64035644小毛截面翼板 2400 7.5 18000 45000 88.06 186109.53 18655953三角承托500 18.333 9166.5 2777.778 77.23 2982005 2984783腹板 3800 110 418000 11431667 -14.44 792352 12224018下三角 262.5 200 52500 3281.25 -104.44 2863275 2866556马蹄 1375 217.5 299062.5 71614.58 -121.94 20445375 20516990 8337.5 796729 I=57248299注： 大毛截面形心至上缘距离： is8041.563(cm)92SyA小毛截面形心至上缘距离： is7.（4）检验截面效率指标 （希望 在 0.5 以上）上核心距：
