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1、 武汉理工大学毕业设计(论文)装配式钢筋混凝土横向铰接简支空心矩形板桥设计学院(系): 理学院 专业班级: 工力1101班 学生姓名: 叶挺 指导教师: 胡雁 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担 作者签名: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅本人授权省级优秀学士论文评选机
2、构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索,可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文本学位论文属于1保密囗,在 年解密后适用本授权书2不保密囗 (请在以上相应方框内打“”)作者签名: 年 月 日导师签名: 年 月 日 摘 要 桥梁工程在学科分类上是土木工程的一个分支,它是交通工程中的关键性枢纽从古自今,交通的发展与桥梁及桥梁工程的发展都是相互促进密不可分的桥梁工程在规模上占道路总造价的10%20%,它同时也是保证道路全线通车的咽喉所以,研究桥梁工程,设计好一座桥梁是非常必要的 设计内容为对给定的跨径荷载桥下净空高度桥基水文地质工程地质等资料,进行简支梁式桥设计它包括:桥跨结
3、构设计与计算;支座设计与计算;重力式墩台结构设计与计算;桥基基础结构设计与计算;编写设计说明书,绘制建筑施工图结构施工图 通过查阅相关文献,编写桥梁设计大纲,按大纲步骤进行桥梁设计,并虚心请教课题指导老师和同学,按时完成阶段性进度,同时不断修改总结增长知识经过长期努力,设计完成的桥梁各方面能符合国家方面相关桥梁规定,经济安全,满足使用要求,设计完成已基本掌握了桥梁设计方法 关键词: 桥跨结构设计支座设计墩台设计地基设计I Abstract Bridge project in subject classification is a branch of civil engineering, it
4、is a key hub in traffic engineering. From ancient from today, the development of transportation and the development of bridge and bridge engineering are promote each other, inseparable. Bridge project in terms of scale of road total cost 10% 20%, and it is also to ensure that the road line to the th
5、roat. So, the bridge project, it is necessary to design a bridge. Design content for a given load, span and overhead clearance under the bridge, bridge foundation, hydrogeology, engineering geology data, for simply supported beam bridge design. It includes: bridge span structure design and calculati
6、on; Support design and calculation; Gravity pier structure design and calculation; Bridge foundation foundation structure design and calculation; Write design specifications, drawing construction plan, the structure construction drawing. Write the outline of bridge design, on the basis of relative l
7、iteratures by outline steps to bridge design, and humbly ask subject guidance teachers and students, finish the phased progress, as well as knowledge summary constant revision. After long-term efforts, design of Bridges on various aspects to comply with national aspects related Bridges, economic sec
8、urity, meets the requirement, the design is complete. Has basically mastered the bridge design method Key Words:Bridge span structure design;Support design;Pier design;The foundation designII 目 录第1章 绪论.1 1.1 概述.1 1.2 桥跨设计参数.2第2章 桥跨设计.3 2.1 桥跨结构设计.3 2.2 桥跨内力计算.5 2.2.1 恒载内力计算.5 2.2.2 活载内力计算.6 2.2.3 内力
9、组合.18 2.3 截面设计.18 2.3.1 材料及安全系数.19 2.3.2 跨中截面配筋设计.19 2.3.3 跨中正截面强度校核.21 2.3.4 支点斜截面抗剪强度校核.21 2.3.5 l/4截面配筋验算.22 2.3.6 腹筋验算.22 2.4 裂缝宽度验算.24 2.5 挠度与预拱度计算.25 2.5.1 截面惯性矩计算.25 2.5.2 跨中活载挠度验算.26 2.5.3 预拱度判别与大小计算.27第3章 支座设计.28 3.1 支座类型及平面尺寸.28 3.2 支座厚度确定.28 3.3 支座偏转情况验算.30 3.4 支座抗滑稳定性验算.30第4章 重力式桥墩设计.32
10、4.1 桥墩类型材料选择及结构设计.32 4.2 截面强度验算.34 4.2.1 验算截面的选取.34 4.2.2 验算截面的内力计算.34 4.2.3 截面应力验算.35 4.2.4 截面偏心验算.36第5章 地基基础设计.37 5.1 基础类型及埋深.37 5.2 按承载力大小确定基底尺寸.38 5.3 地基承载力验算.38 5.4 基础设计.38 5.5 抗倾覆稳定性验算.39 5.6 抗滑移稳定性验算.39第6章 结论.40参考文献.41致谢.42 附A1 桥跨结构布置1图 附A2 桥跨结构布置2图 附A3 桥面板配筋图 附A4 墩帽三视图 附A5 墩台三视图 附A6 基础三视图武汉理
11、工大学毕业设计 第1章 绪论1.1 概述 桥梁工程在学科上属于土木工程的分支,在功能上是交通工程中的咽喉随着我国国民经济的迅速发展和经济的全球化,大力发展交通运输事业,建立四通八达的现代交通网络,对于国民经济的发展促进文化交流加强民族团结缩小地区差别巩固国防等方面,都有非常重要的作用我国自改革开放以来,路桥建设得到了飞速的发展,对改善人民的生活环境,改善投资环境,促进经济的腾飞,起到了关键性的作用桥梁工程在工程规模上占道路总造价的10%20%,它同时也是保证全线通车的咽喉,特别在战时,桥梁工程具有非常重要的地位桥梁是一种功能性的结构物,但自古以来,人类从未停止过对桥梁美学的追求,很多桥梁被建成
12、为令人赏心悦目的艺术品,具有鲜明的时代特征,至今仍然为人们所赞叹随着科学技术的进步和经济社会文化水平的提高,人们对桥梁建筑提出了更高的要求经过几十年的努力,我国的桥梁工程无论在建筑规模上,还是在科技水平上,均已跻身世界先进行列各种功能齐全造型美观的立交桥高架桥,横跨长江黄河等大江大河的特大跨度桥梁,如雨后春笋频频建成目前随着国家公路国道主干线规则的编制完成,几十千米长的跨海湾海峡特大桥梁的宏伟建设工程已经摆在我们面前,并已逐渐开始建设,我们广大桥梁工程技术人员将不断面临着建设新颖和复杂桥梁结构的挑战,肩负着光荣而艰巨的任务 通过毕业设计系统地巩固基本理论知识和专业知识,能综合运用所学课程自主创
13、新,培养自己分析问题和解决问题的能力掌握设计原则设计方法步骤,提高计算绘图查阅文献使用桥梁规范手册和编写技术文件及计算机辅助设计计算等基本技能,从而深入了解公路混凝土桥梁在桥式方案比选结构计算及施工架设等方面的设计规范计算方法及设计思想等内容和要求,为毕业后从事桥梁技术工作打好基础通过桥梁毕业设计,使自己运用所学的课程知识,系统地训练和分析,以便掌握桥梁的基本理论,基本知识,基本的计算方法通过桥梁毕业设计,不断提高计算绘图,查阅文献(包括外文文献),使用规范手册和编写技术文件及计算机辅助技术设计计算等基本技能,了解生产设计的主要内容,掌握设计原则设计方法设计步骤树立正确的设计思想已经严谨负责实
14、事求是刻苦钻研用于创新的作风,为桥梁建设事业服务 回顾过去,展望未来,可以预见在今后相当长的历史时期内,我国迫切需要修建大量的公路铁路和城市桥梁;同时还有众多的桥梁或因年代久远,或因荷载增加而需要维修与加固这就为从事桥梁科学研究设计施工的技术人员带来了机遇和挑战,我们应肩负起这个光荣而艰巨的任务,设计和建造出更多新颖的桥梁结构形式,同时采用先进的加固方法和材料对旧桥进行维修加固1.2 桥梁设计参数 桥梁设计参数如下: 1.跨径:标准跨径l0=13米 2.荷载:公路I级 3.桥面净宽:净9.0附20.25米安全带 4.设计洪水位冲刷深度:0.5米 5.水流速度:小于1.0米/秒 6.桥墩高度:5
15、.0米 7.地基土:密实砂砾土 第2章 桥跨设计 装配式板桥一般由数块一定宽度的实心或空心预制板组成各板利用板间企口缝填充混凝土相连接在荷载作用下,每块板相当于单向受力的梁式窄桥,除在主跨径方向承受弯曲外,还承受通过板间接缝(铰缝)传递剪力而引起的扭转因此,每块预制板除承受本板内的荷载外,还承受相邻板块作用而引起的竖向剪力和其他内力作用由于其他内力与竖向剪力相比对确定板的内力影响很小,所以设计中多采用铰接板(梁)法确定其板中内力板中主要受力钢筋的数量由计算得到的内力确定,此外在板中布置适量的构造钢筋以承受计算时忽略的某些内力 本次设计的桥梁类型为装配式钢筋混凝土横向铰接简支板桥桥跨设计包括桥跨
16、结构设计桥跨内力计算截面设计裂缝跨度验算挠度与预拱度计算共五个部分2.1 桥跨结构设计 桥跨结构部分包括桥面板桥面铺装防水和排水设施横向联结伸缩缝安全带栏杆和灯柱 桥面总宽设计为10m,由10块全长12.96m净宽99cm厚度70cm的预制板组成,计算跨径取12.6m,桥面由中心向两侧采用1.5%的斜坡由于本桥为简支梁桥,所以桥面板为主要承重构件,上部荷载通过桥面铺装传给桥面板,再通过桥面板传给支座,再至桥墩,最后传给地基桥面板为双孔空心板,每块板挖孔圆弧直径38cm,侧模高12cm,孔距上下板面各10cm,挖空形式及尺寸示意图见图2.1 图2.1 桥面板尺寸示意图(单位:cm) 桥面铺装共6
17、cm包括水泥混凝土铺装层厚4cm,沥青表处厚2cm其作用是保护桥面板不受车辆轮胎(或履带)的直接磨耗,防止主梁遭受雨水的侵蚀,并能对车辆轮重的集中荷载起一定的分布作用具有抗车辙行车舒适抗滑不透水和与桥面板结合良好等特点 横向联结采用企口式联结它能保证传递横向剪力,使各块板共同受力,以保证各块板共同承受荷载作用 伸缩缝采用矩形橡胶条形伸缩缝,缝宽4cm以保证上部结构在温度变化活载作用混凝土收缩与徐变等因素的影响下按静力图式自由地变形 设有防水和排水设施,以增加桥梁的耐久性 设有安全带,每侧宽0.25m,高0.4m 栏杆采用节间式,高1.0m,间距52.6m 采用40号混凝土预制和填缝,桥跨结构横
18、截面布置见图2.2,纵截面布置见图2.3 以上结构详图见附A1A2桥跨结构施工图 图2.2 桥跨结构横截面布置图(单位:cm) 图2.3 桥跨结构纵截面示意图(单位:cm)2.2 桥跨内力计算 对桥跨结构部分进行桥跨内力计算,包括恒载内力计算活载内力计算内力组合,得出其最不利内力,以便进行对桥面板进行配筋及验算,保证桥梁安全使用2.2.1 恒载内力计算 恒载内力计算首先计算恒载集度,再根据恒载集度计算恒载内力 1.恒载集度 恒载集度计算部分包括预制行车道板混凝土铺装沥青表处安全带及栏杆行车道板容重为25kN/m3,混凝土铺装容重为24kN/m3,沥青表处容重为23kN/m3,安全带及栏杆灯柱作
19、用取10kN/m得出每块板每延米的恒载集度计算见表2.1 表2.1 恒载集度计算表 混凝土铺装0.041249/10=0.864kN/m沥青表处0.021239/10=0.414kN/m预制行车道板(0.71-20.120.38-40.192/2)125=9.55kN/m安全带栏杆灯柱102/10=2.00kN/m合计0.864+0.414+9.55+2.00=12.83kN/m 2.恒载内力 对于简支梁桥,计算恒载内力时将其等价于简支梁进行内力计算 因此,对于作用在简支梁上的集中荷载,其任一截面弯矩计算公式 (2.1) 任一截面剪力计算公式 (2.2)式中 g简支梁所承受的荷载集度; l简支
20、梁计算跨径; x任意截面距简支梁一段的距离 按计算公式对各截面恒载内力进行计算,结果见表2.2 表2.2 恒载内力计算表支点截面剪力:Q0=ql/2=1/212.8312.6=80.83kN弯矩:M0=0l/4截面剪力:Ql/4=ql/4=1/412.8312.6=40.42kN弯矩:M1/4=ql/8(l-l/4)=1/812.8312.623/4=190.96kNm中点截面剪力:Ql/2=0弯矩:Ml/2=ql2/8=1/812.8312.62=254.61kNm2.2.2 活载内力计算 活载主要是汽车荷载,无人群荷载首先计算活载在各个截面的横向分布影响系数,再通过布置荷载,计算各截面活载
21、内力 1.活载横向分布影响系数计算 1)跨中截面荷载横向分布影响系数计算 计算原理:采用铰接梁板法原理对于预制的板(梁),桥的横向连接采用现浇混凝土企口缝,其受力状态实际接近于数根并列且相互间横向铰接的狭长板(梁),利用横向铰接梁板法理论来计算荷载横向分布系数假定竖向荷载作用下结合缝内只传递竖向剪力 计算步骤:计算出每块桥面板的抗弯惯矩I,抗扭惯矩IT,进而计算出刚度参数查梁桥规范附表得到每块板的横向分布影响线坐标值,绘出荷载横向分布影响线图,并在横向最不利位置布载,查表得到各块板在受其他板影响下的值,由此计算出各块板的跨中横向分布影响系数mc,从计算结果中取同一荷载作用时各块板中最大的mc作
22、为该荷载作用下的设计采用值 计算内容: 对于空心桥面板的半圆孔部分,其s=0.2122d,I0=0.00686d4 抗弯惯性矩计算 (2.3) 抗扭惯性矩计算 (2.4)式中 b桥面板计算宽度; h桥面板总厚度; t1挖孔顶部距桥面板顶部的距离; t2挖孔底部距桥面板底部的距离; t3挖空最外侧距桥面板边侧的距离 刚度参数 (2.5)式中 I桥面板抗弯惯性矩; IT桥面板抗扭惯性矩; b1桥面板总宽度; l桥面板计算跨径 由得出刚度参数查梁桥附表“铰接板桥荷载横向分布影响线表”,对查到的数据进行插值计算得到每块板的值列入表2.3中因为桥面板左右对称,故只需列出5块板的值 由表2.3画出各块板的
23、跨中截面横向分布影响线图,并将所给的汽车荷载按照最不利情况布置在影响线图上,依次见图2.4,图2.5,图2.6,图2.7,图2.8,图2.9,图2.10 表2.3 各块板跨中截面的值表板号1234567891010.2640.2090.1500.1090.0790.0580.0440.0340.0280.02520.2090.2050.1670.1210.0880.0640.0490.0380.0310.02830.1500.1670.1750.1460.1060.0780.0590.0470.0390.03340.1080.1210.1460.1610.1360.1010.0760.0580
24、.0490.04450.0790.0880.1060.1370.1550.1340.1010.0780.0640.058 图2.4 1号板跨中截面横向分布系数影响线及布载图 图2.5 2号板跨中截面横向分布系数影响线及布载图 图2.6 3号板类情况跨中截面横向分布系数影响线及布载图 图2.7 3号板类情况跨中截面横向分布系数影响线及布载图 图2.8 4号板跨中截面横向分布系数影响线及布载图 图2.9 5号板类情况跨中截面横向分布系数影响线及布载图 图2.10 5号板类情况跨中截面横向分布系数影响线及布载图 表2.4 各块板跨中截面横向分布影响系数表 板号计算式横向分布影响系数mc1(0.237
25、+0.138+0.091+0.052+0.037+0.026)1/20.2912(0.207+0.153+0.101+0.058+0.041+0.029)1/20.2953(0.159+0.166+0.122+0.070+0.051+0.036)1/20.3023(0.175+0.144+0.076+0.048)1/20.2224(0.126+0.161+0.125+0.074)1/20.2435(0.098+0.143+0.141+0.091)1/20.2375(0.087+0.128+0.155+0.108)1/20.239根据跨中截面横向分布系数影响线及布载图按公式列表计算各块板的横向分
26、布影响系数: (2.6) 计算结果见表2.4综合比较表2.4中的mc值,3情况下的mc值最大最不利,所以取mc=0.302作为最不利情况下跨中横向分布影响系数值 2)支点截面荷载横向分布影响系数计算 计算原理:采用杠杆原理基本假定为忽略主梁之间横向结构的连系作用,即假设桥面板在主梁上断开,把桥面板当做沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁 计算步骤:根据静力平衡,得到横向分布影响线纵标值,进而作出荷载横向分布影响线,在线上布载,计算出每块板的m0值,选用最大值作为最不利情况下的横向分布影响系数 计算内容:计算内容如下,各块板的值见表2.5其中i为板号,j表示荷载作用位置 表2.5 各块板支点截面的值表j=1j=2j=3j=4j=5板号i=11000
