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1、桥梁工程毕业设计缩写本（1） 莲花河二桥设计 摘要 本设计根据毕业设计任务书要求及莲花河桥的地形资料，依据现行公路桥梁设计规范在比较了预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土连续刚构桥各自的力学特点之 后，选择预应力混凝土连续刚构桥作为设计方案，对莲花河二桥的主桥和引桥进行了初步设计。该桥主桥跨径组合为67m+122m+67m，两边引桥采用 30m标准跨径的预应力混凝土简支T梁桥。本设计对主桥进行汽车活载作用下的内力计算与控制截面的抗弯配筋计算；对引桥即简支梁桥进行内力、配筋计算，强 度验算、使用阶段裂缝宽度验算和变形验算；最后对主桥和引桥的基础进行单桩承载力计算与桩身强度验算。关键词 预应力，连续
2、刚构，简支T梁，桩基础Abstract: In this design, based on the design task paper ,the topographic data and the present highway bridge design specifications,after has compared the pre-tress concrete continuous bridge and the pre-tress concrete continuous rigid - frame bridge mechanical properties，choose the pre-t
3、ress concrete continuous rigid - frame bridge as design proposal,carried on a preliminary design of the main bridge and the approach bridge of Lianhuahe Bridge. The main bridge of Lianhuahe Bridge adopted the pre-tress concrete continuous rigid-frame bridge with three spans of 67+122+67m, while the
4、approach bridge adopt pre-tress concrete simple span T-beam bridge with a span of 30m. In regard to the main bridge, the internal force and the disposition of pre-tress steel are studied in brief. In the meantime, as to the approach bridge, the pre-tress concrete simple span T-beam bridge, strength
5、intensity, stress and deflection of the service stage are calculated. Futhermore, the capacity and the strength of the sill are analyzed.Keywords: Prestress；Continuous PC rigid-frame bridge；Simple span PC T-beam bridge；Pile basement1. 前 言本论文针对莲花河二桥进行初步设计，其中主桥采用预应力混凝土连续刚构桥，引桥采用预应力混凝土简支T梁。本设计的目的就是通过对预
6、应力混凝土 简支T梁和预应力混凝土连续刚构桥的设计，全面系统将桥梁分析理论、力学计算、结构设计等课程的知识综合起来运用。本毕业设计的意义在于，培养树立正确的 设计思想和方法，增强独立运用理论知识，以及技术标准、设计规范，参考资料，分析问题和解决问题的能力，能用通顺的文字和准确的图表系统完整地表达设计成 果。根据莲花河二桥桥址位置处地质剖面图、毕业设计任务书的要求，该桥车道数为双向四车道，无人行道；设计荷载为公路级；III级通航净空； 最大纵坡为2.5；桥面横坡为1.5。设计参考的规范如下：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
7、计规范；JTGD63-2007公路桥涵地基与基础设计规范。2. 主桥设计2.1 桥型方案设计与比选2.1.1 设计构思根据毕业设计任务书、莲花河桥桥址位置处地质剖面图，结合桥梁结构的设计、施工等特点，兼顾考虑结构安全、适用、经济、美观等要求，参照工程实例和经验，对主桥提出了两个桥式方案连续梁桥、连续刚构桥，引桥为30m跨径的预制装配式预应力混凝土简支T梁桥。 第一方案为预应力混凝土连续梁桥。连续梁桥主要优点是结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。施加预应力后，能够提高桥梁 的跨越能力，节省钢材，不出现裂缝，刚度增大，减少建筑高度，提高结构的耐久性，并且为现代预制装
8、配式结构提供了最有效的结合与拼装手段。但是施工复杂， 施工过程中需要梁墩临时固结和体系转换。需要消耗一些价钱昂贵的大吨位永久性支座。设计方案如图2-1所示。第二方案为预应力混凝土连续刚构桥。连续刚构桥由于主梁和墩台整体刚性连接，在竖向荷载作用下，将在主梁端部产生负弯矩，因而将减少跨中正弯矩，跨 中截面尺寸也相应减小。刚构桥在竖向荷载作用下，支柱将承受压力外，还承受弯矩，其在竖向荷载作用下，一般都产生水平推力。该桥型整体性好，行车舒适，养 护工作量少。该桥型主要优点是由于墩梁固结，不设支座，避免了施工过程中的支座更换、临时锚固等复杂工艺过程，缩短了施工工期，节省了永久性大吨位支座。 并且在墩梁固
9、结情况下，上下部结构形成高次超静定体系，即使局部结构屈服，仍能够因应力重分布而减少整体破坏的可能性。利用高墩的柔度来适应结构有预应 力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的纵向位移，因此可具有较大的跨越能力。外形尺寸小，桥下净空大，桥下视野开阔。设计方案见图2-2所示。方案比较两种方案的技术指标列于表2-1所示：表2-1方案指标第一方案（预应力混凝土连续梁桥）第二方案（预应力混凝土连续刚构桥）桥跨布置430m+(67m+122m+67m)+330m=456m530m+(67m+122m+67m)+330m=496m桥面布置0.75m（护栏）+7.0m（车道）+1.5m（分隔带）+7.0m（车道）
10、+0.75m（护栏）=17m与第一方案相同主桥截面尺寸采用单箱双室箱形截面，主跨墩顶处梁高6.5m，跨中和端部梁高为3m。梁高采用二次抛物线过渡。箱梁底宽为11m，顶宽为17m，两侧悬臂长3m。主梁采用50号混凝土。采用单箱双室箱形截面，主跨墩顶处梁高7m，跨中和端部梁高2.8m。梁高采用二次抛物线过渡。箱梁底宽为12m，顶宽为17m，两侧悬臂长2.5m。主梁采用50号混凝土。桥台桥墩一种桥台：U型桥台，台宽17m，采用30号混凝土。桥墩有三种：1）D=120cm，柱间中距为10m的双柱式桥墩；2）D=150cm，柱间中距为5 m的三柱式桥墩；3）平面尺寸为300x900的实心桥墩。桥墩采用3
11、0号砼。桥台与方案一相同。桥墩有三种：1）D=120cm，柱间中距为10m的双柱式桥墩； 2）D=150cm，柱间中距为5m的三柱式桥墩；3）平面尺寸为1501200 cm，壁中距5m的实心矩形截面双壁墩。桥墩采用30号砼基础主桥180cm柱桩，引桥150cm钻孔灌注桩。25号砼与第一方案相同施工方法悬臂浇注施工。桥墩与0号块临时固结。先在两主墩上浇筑0号块，0号块与桥墩固结，两侧同时移动挂篮悬臂浇注施工。因此，从设计、施工和养护的可行性，以及工程经济性和施工周期等方面考虑，最终确定了主桥采用连续刚构方案。2.2 推荐方案内力分析与配筋估算运用MIDAS/Civil专业程序建立空间梁单元计算分
12、析模型，进行内力计算分析，根据程序对节段的划分要求、计算精度以及对施工时吊重的要求，主桥上部结构分为80个单元，共81个节点，见图2-3所示，承载能力组合下的弯矩、剪力包络图如图2-4、图2-5。按强度要求对第二方案主桥箱型连续刚构各控制截面进行配筋估算。材料计算参数如下：混凝土用C50号混凝土， ；预应力筋采用 19 15.24钢绞线，极限强度 ，设计强度 。采用 金属波纹管成孔，预留管道直径为107mm。估算结果如表2-2所示： 表2-23.1 设计资料设计荷载：公路级汽车荷载，车道荷载标准值 ，结构重要性系数 主梁标准跨径 , 梁全长29.96m, 计算跨径 主梁高度 ，主梁间距 ，上翼
13、缘预制部分宽为1600mm,现浇段宽为600mm，全桥由8片主梁组成，引桥主梁立面、平面尺寸如图3-1所示：胜利大桥设计土木工程学院城市道路与桥梁专业02级（1）班 车颖琪指导教师：孙卓摘要 本设计根据毕业设计任务书及相关资料，对胜利大桥的主桥和引桥进行了初步设计。通过方案比选，确定主桥采用预应力混凝土三跨连续梁结构型式，跨径组合为 60m+100m+60m，两边引桥采用30m标准跨径的预应力混凝土简支T梁桥。本设计简略地对主桥即预应力混凝土连续梁桥进行内力计算与控制截面的抗 弯配筋计算；对引桥即简支梁桥进行内力、配筋计算，强度验算、使用阶段裂缝宽度验算和变形验算；最后对主桥的基础进行单桩承载
14、力计算与桩身强度验算。经内 力计算及各项验算证明该设计是合理的。关键词 连续梁桥；简支T梁桥；桥梁设计；结构计算ABSTRACT In this design, based on the design task paper and the related data, a preliminary design of the main bridge and the approach bridge of Shengli Bridge has been completed. After the selection of possible bridge projects, the main bridge
15、 of Shengli Bridge adopted the pre-tress concrete continuous beam bridge with three spans of 60+100+60m, while the approach bridge adopt pre-tress concrete simple span T-beam bridge with a span of 30m. In regard to the main bridge, the prestress concrete continuous beam bridge, the internal force an
16、d the disposition of pre-tress steel are studied in brief. In the meantime, as to the approach bridge, the prestress concrete simple span T-beam bridge, strength intensity, stress and deflection of the service stage are calculated.KEY WORDS Continuous PC beam bridge; simple span PC T-beam bridge; br
17、idge design; structure calculation1. 前 言本文针对胜利大桥进行初步设计，其中主桥采用预应力混凝土连续梁桥，引桥采用预应力混凝土简支T梁。本设计的目的就是通过对预应力混凝土简支T 梁和预应力混凝土连续梁桥的设计，全面系统将桥梁分析理论、力学计算、结构设计等课程的知识综合起来运用。本毕业设计的意义在于，培养树立正确的设计思想 和方法，增强独立运用理论知识，以及技术标准、设计规范，参考资料，分析问题和解决问题的能力，能用通顺的文字和准确的图表系统完整地表达设计成果。根据胜利大桥桥址位置处地质剖面图、毕业设计任务书的要求，胜利大桥车道数为单向三车道，无人行道；设计
18、荷载为公路级；III级通航净空；最 大纵坡为2.5；桥面横坡为2。设计参考的规范如下：JTG D60-2004公路桥涵设计通用规范；JTJ022-85公路砖石及混凝土桥涵设计规范；JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；JTJ024-85公路桥涵地基与基础设计规范。2. 主桥设计2.1 桥型方案选定根据毕业设计任务书、胜利大桥桥址位置处地质剖面图，结合桥梁各种结构的设计、施工等特点，充分考虑结构安 全、适用、经济、美观等要求，参照国内外诸多工程实例和经验，对主桥提出了两个桥式方案连续梁桥、连续刚构桥。对于连续刚构，因为墩的受力与其刚度有关，一般要求采用高柔性桥墩，本桥
19、在满足两侧路堤标高和最大纵坡要求的前提下，墩高较小，同时部分墩柱位于水中，受弯开裂极易引起结构耐久性和安全性问 题。2.2 主桥材料选定和尺寸拟定2.2.1 材料选定钻孔灌注桩、系梁、桥台前墙及挡板、防撞栏采用25号混凝土，承台、桥台搭板、桥面铺装、桥墩结构采用30号混凝土，主桥上部箱梁采用50号混凝土。 普通钢筋，采用、级钢筋，其抗拉设计强度分别为330MPa和280MPa，技术条件必须符合国家有关规范规定。预应力钢束采用ASTM270级 7s15.24高强度低松弛钢绞线，预应力锚具采用OVM系列157锚具，预应力管道采用直径100mm（外径107mm）预埋波纹管成孔。2.2.2 尺寸拟定1
20、. 上部结构主桥采用三跨变截面预应力混凝土连续梁，跨径组合为60+100+60m；主梁截面采用单箱单室箱型截面，中支点处梁高为6m，在跨中处和边支点处梁高为3m，梁高变化为二次抛物线2。主梁支点及跨中截面具体尺寸见图2-1。2. 下部结构主墩为矩形空心墩；采用高桩承台，承台高为3.0m；主墩基础为180cm钻孔灌注桩，持力层为中风化花岗岩。2.3 主桥控制截面内力计算内力计算运用通用程序MIDAS Civil专用设计程序进行，根据程序对节段的划分要求、计算精度以及对施工时吊重的要求，全桥分为72个单元，共73个节点，见图2-2。根据设计要求，各控制截面不同内力组合结果见图2-3和2-4。待添加
21、的隐藏文字内容3由此得各控制截面预应力钢束数量，结果见表2-1。表2-1 各控制截面预应力钢束估算结果截面位置ep (m)Npe(kN)钢绞丝根数预应力束主跨跨中1.84.110334218L/41.44.1103382L/82.04.110334218支点2.64.110360832边跨L/81.84.11031146L/42.14.11031528L/22.04.11037643L/41.94.1103342187L/82.34.1103494262.5 控制截面验算 预应力混凝土受弯构件按极限状态进行验算，当预应力钢筋的含筋量配置适当时，受拉区混凝土开裂退出工作，预应力钢筋和非预应力钢筋
22、分别达到各自的抗拉设计 强度；受压区混凝土应力达到抗压设计强度，非预应力钢筋达到其抗压设计强度，并假定受压区的混凝土应力按矩形分布。3当分布区有预应力钢筋时，其应力 根据JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公式计算：3. 引桥设计3.1 设计资料两边引桥采用730m和530m预应力混凝土简支T梁桥，设计荷载为公路-级，结构重要性指数o=1.0。混凝土强度等级为C50。预 应力钢筋采用17标准型15.21860GB/T 52241995钢绞线，纵向抗拉普通钢筋采用HRB400钢筋，箍筋及构造钢筋采用HRB335钢筋。3.2 主梁结构尺寸主梁标准跨径 Lk=30m，梁全
23、长29.96m，计算跨径Lf=29.16m，高度h=2000mm，主梁间距S=1920mm，主梁立面与平面尺寸如图3-1所示，跨中及支点横断面图如3-2所示。3.3 主梁内力计算 引桥内力计算包括恒载内力计算和活载内力计算恒载内力包括一期恒载和二期恒载，占全部设计荷载很大的比重2；活载计算的内容包括跨中和支点处的荷载横 向分布系数，均布荷载和内力影响线面积计算，冲击系数，各控制截面由活载引起的弯矩和剪力计算。其中，跨中的荷载横向分布系数按刚性横梁法计算，而支点处 的横向分布系数采用杠杆法计算。 内力组合主要针对承载能力极限状态和正常使用极限状态，当结构处于使用阶段，由于持续的时间很长，结构要承
24、受可能同时出现的多种作用，对结构需要进行承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。 基本组合（用于承载能力极限状态计算）3.4 引桥预应力钢束的估算与布置3.4.1 预应力钢筋数量的确定及布置 根据跨中截面正截面抗裂要求，确定预应力钢筋数量。为满足抗裂要求，所需的有效预加力为3.5.2 正常使用极限状态验算 正常使用极限状态对应于结构或结构构件达到正常使用或耐久性能的某项规定的限值，其涉及结构适应性和耐久性问题，可以理解为对结构使用功能的损害，导致结构质量的恶化，但对人身生命的危害较小。因此，设计时进行裂缝控制与变形控制4。1. 正截面抗裂性验算 正截面抗裂性验算以跨中截面受拉边的正应力控制。在
25、荷载短期效应组合作用下应满足：3. 使用阶段的挠度计算使用阶段的挠度值，按短期荷载效应组合计算，并考虑挠度长期影响系数，预应力混凝土简支梁的挠度计算可忽略支点附近截面尺寸及配筋的变化，近似地按等截面梁计算，截面刚度按跨中截面尺寸及配筋情况确定。荷载短期效应组合作用下的挠度值，可简化为按等效均布荷载作用情况计算：经过计算，引桥的承载能力极限状态、正常使用极限状态、持久状况应力验算、短暂状况应力验算均满足规范要求。 4. 主桥基础设计4.1 基础方案选定根据设计的地形资料可知，地基浅层土质不良，浅基础无法满足结构物对地基强度、变形和稳定性方面的要求，故本设计中采用深基础。基于桩基础的优 点和胜利大桥的结构和地形特点，本设计中采用桩基础，高桩承台式摩擦桩，桩拟采用直径d1.8m，桩群布置经初步计算拟采用6根灌注桩，其排列如图 4-1、4-2所示。参考文献1 卲旭东，顾安邦.桥梁工程M.北京：人民交通出版社，2004.2范立础，预应力混凝土连续梁桥M.北京：人民交通出版社，1988.3张树仁，郑绍珪，黄侨，鲍卫刚.钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计原理 M.北京：人民交通出版社，2004.4叶见曙.结构设计原理M.北京：人民交通出版社，2002.5凌治平，易经武.基础工程M.北京：人民交通出版社，1997.
