交通土建毕业设计（论文）-双鱼大桥上部结构设计.doc

全套图纸加扣3012250582前言如今我国高速公路正处于热期，高速公路的迅速发展也为桥梁隧道的建设带来很大的空间。中国桥梁建设的规模以及技术水平在世界上已经达到一定的高度，国内主要的跨江大桥已经建设完毕，故未来桥梁的发展方向将是大跨度的跨海桥梁。这又将是桥梁建设史上的一个挑战。作为一名道桥专业的大学生，我有志于在未来为桥梁的建设事业奉献自己的能量，故本次毕业设计选择了桥梁。本设计是位于广东广州的跨鱼塘大桥，全桥长280米，分7跨，跨径40米，为预应力混凝土简支T型梁桥。本桥梁的上部结构由我完成。包括双鱼大桥设计方案比选；主梁截面选择；主梁内力计算；配筋验算及附属结构设计及施工组织设计与概预算。由于个人的能力有限，本设计不免有知识点错误以及考虑疏漏之处，衷心希望各位指导老师随时指出，本人将会在以后的工作中努力改正！1 原始资料1.1资料1.1.1概述 双鱼大桥，全长280m，7跨预应力混凝土简支T形梁桥。公路II级，设计时速80km/h，双向两车道。1.1.2设计标准、规范及指标 1）桥宽：0.22(护栏) +12（人行道）+0.752（路缘带）+3.752(行车道)=11.4m2）车辆荷载标准：公路 II级荷载3）设计抗震基本裂度：八级设防。1.1.3地质、气候 1）地理资料根据地质勘查在k46+010.00至k46+257.00段，上覆第四系全新统冲洪积与残坡积地层，表层低洼处零星分布软土，一般厚度1.00-3.00m，呈软-流塑状。中部为砂土与粘性土层。下伏第三系粘土岩、泥岩、砂岩，上部成岩作用较差，呈半岩半土状。下部成岩作用较好，属一般地基段。在k46+257.00至k46+296.00段内，该段属于薇丘区，上部为第四系全新统残坡积层，一般厚2.00-13.00m，成分以硬塑状粘性土和中密状砂层为主，局部夹有园砾。下伏第三系粘土岩、泥岩、砂岩，上部成岩作用较差，呈半岩半土状。下部成岩作用稍好。该段残破积土及上第三系粘土岩具弱中等膨胀性，属膨胀土路段。 2）气候资料该地区属于南亚热带季风气候，气候条件优越、雨量丰富，年平均气温为21.80，最热月为七月份，平均气温为28.80，极端最高气温为38.70。最冷月为一月份，平均气温为13.00，极端最低气温在1.00一下。冬季冷风南下常形成57级偏北风，但最大风力出现在夏季台风季节（79月份）。台风降雨量一般为200mm，最大为400500mm，风力6级左右，年平均风速为12m/s，台风最大风速达到54m/s。1.2设计原则1.2.1设计原则桥梁是公路或城市道路的重要组成部分，特别是，大中型桥，对当地的政治、经济、国防都具有重要的意义。因此，桥梁工程必须遵照“安全、适用、经济和美观”的基本原则进行设计，同时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。1.2.2设计的要求 1）安全方面设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应具有足够的安全储备，保证车辆的安全行驶。2）经济上的要求遵循因地制宜、就地取材、方便施工的原则；设计中应充分考虑维系的方便和维修费用少；选择的桥位应是地质、水文条件好的河段。3）施工上的要求大桥的结构应便于制造和架设，应尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。4）美观上的要求桥梁应具有优美的外形，结构布置必须精炼，并在空间上有和谐的比例，而且桥梁应与周围环境相协调。1.3方案比选1.3.1方案满足交通量的要求、桥梁结构安全、经济美观，以安全的经济标准保证结构受力合理、技术可靠、施工方便。根据水文、地质条件，初拟的桥型方案有：第一方案：预应力混凝土简支T型梁桥图1-1 预应力混凝土简支T型梁桥Fig.1-1 prestressed concrete simple support beam bridge第二方案：分离式预应力混凝土连续箱型梁桥图1-2 预应力混凝土连续箱型梁桥Fig.1-2 prestressed concrete continual box beam bridge第三方案：钢筋混凝土双曲拱桥图1-3 钢筋混凝土双曲拱桥Fig.1-3 reinforced concrete double-curvature arch bridge1.3.2方案对比方案一此桥为预应力静定结构，构造简单，施工方便，用模板、支架较小，工程量较小，造价较低，但桥梁存在伸缩缝，养护较麻烦。方案二此桥为超静定结构，受力性能好，变形小，行车平稳舒适，造型简洁美观，养护量较小，但施工工艺较为复杂，技术要求也较高。方案三此桥结构稳定性好，承载力大，桥型美观，但施工工序复杂，技术要求较高，材料人力消耗较大，填挖量较大，伸缩缝多，养护较麻烦。 通过对以上各桥型优缺点的比较，结合当地的水文、地质状况，从安全、经济、适用、美观等方面综合考虑，采用方案一较为合适。2上部结构设计2.1设计资料2.1.1桥面跨径及桥宽标准跨径：总体方案选择的结果，采用装配式预应力混凝土T型梁，跨度40m。主梁长：伸缩缝采用4cm，预制梁长39.96m。计算跨径：取相邻支座中心间距39.5m。桥宽：0.22(护栏) +12（人行道）+0.752（路缘带）+3.752(行车道)=11.4m2.1.2设计荷载 根据线路的等级,确定荷载等级。计算荷载：公路II级荷载。人群荷载：3.0KN/m人行栏荷载：1.52KN/m2.1.3材料及工艺 1）预应力钢筋：标准的低松弛钢绞线（17标准型），抗拉强度标准值f=1860MPa，抗拉强度设计值f=1260MPa，公称直径15.24mm，公称截面积140mm,弹性模量E=1.9510MPa,锚具采用夹片式群锚。2）非预应力钢筋：HRB400级钢筋，抗拉强度标准值f=400MPa，抗拉强度设计值f=330MPa;直径12mm者，一律采用HRB335级钢筋，抗拉强度标准值f=335MPa，抗拉强度设计值f=280MPa。3）混凝土：主梁采用C50，弹性模量E=3.4510MPa，轴心抗压强度标准值f=32.4MPa,轴心抗压强度设计值f=22.4MPa，轴心抗拉强度标准值f=2.65MPa，轴心抗拉强度设计值f=1.83MPa。栏杆及桥面铺装采用C302.1.4设计依据1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；2）公路工程技术标准（JTG B01-2003）；3）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ D62-2004）。2.2构造布置2.2.1梁间距采用装配式施工，预应力混凝土简支梁桥跨径在2050m之间的，主梁间距一般在1.8m-2.5m。主梁间距选用1.9m。横向6片梁，主梁之间留0.5m后浇段，以减轻吊装重量，同时能加强横向整体性。2.2.2主梁高根据预应力混凝土T型梁的截面尺寸设计经验梁高选取L/15L/25本设计取值1.80m。2.2.3横隔板间距为了增强主梁之间的横向连接刚度，共设置六片横隔梁，梁间距为7.9m，端横隔梁高度与主梁同高，厚度为上部26cm，下部24cm；中横隔梁高度为135cm，厚度为上部18cm，下部16cm。图2-1 横隔梁构造图（尺寸单位/mm）Fig 2-1 transverse beam structure diagram（unit of scale/mm）2.2.4梁肋根据抗剪强度需要和施工振倒的需要，厚度定为20cm，加宽后梁肋为45cm。2.2.5桥面铺装下部采用8cm厚的水泥混凝土垫层，容重25kN/m，中间铺设防水层，上部采用厚度为5cm的沥青混凝土面层，容重23 kN/m，桥面坡度为1.5%。坡度由盖梁找平。2.2.6桥梁横断面图图2-2 桥梁横断面图（尺寸单位/mm）Fig.2-2 Bridge cross section chart（unit of scale/mm）2.3梁毛截面几何特性计算2.3.1截面几何特性预制时翼板宽度为1.4m，使用时为1.9m，计算跨中截面梁的截面特性，采用分块面积法。计算公式如下：毛截面面积： （2-1） 各分块面积对上缘的面积距： （2-2） 毛截面重心至梁顶的距离： （2-3）毛截面惯性距计算移轴公式： （2-4） 式中： 分块面积；分块面积重心至梁顶的距离；毛截面重心至梁顶的距离；各分块对上缘的的面积距；各分块面积对其自身重心的惯性距。主梁跨中毛截面的几何特性下面的图表所示。表2-1 主梁的截面几何特性计算表（跨中截面）Tab.2-1 The calculation of the geometrical features of center beam（middle）分块号/cm2/cm/cm4/cm/cm4/cm4238071666059.538900841950054017918049.524001321900 310077.5240250-116206500376600 250148.337075-81.856001673700 1125167.5188437-1015860011481200 739566.5491602631190023273000注：I= =29.5849cm42.3.2检验截面效率指标以跨中截面为例：上核心距：= =cm下核心距：=60.18cm截面效率指标：根据设计经验，预应力混凝土T型梁在设计的时候，检验截面效率指标=0.45-0.55，且较大者亦较经济。上述计算表明，起初拟定的跨中截面是合理的。图2-2 跨中截面尺寸图（尺寸单位/mm）Fig.2-2. Cross-sectional size map（unit of scale/mm）2.4主梁内力计算2.4.1永久作用集度计算 1）边主梁： 主梁预制时的自重（第一期恒载）a跨中段截面段主梁的自重(六分点截面至跨中截面，长12m） =0.70452512=211.35kNb 马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重(长6m) =（1.0019+0.7045）625/2=127.98kNc支点段梁的自重（长1.98m） =1.0019251.98=49.59kNd边主梁的横隔梁 中横隔梁体积：0.17（1.210.6-0.60.50.09）=0.1188 端横隔梁体积：0.25（1.660.475-0.4750.50.09）=0.1918故半跨内横隔梁重力为： =（20.1188+10.1918）25=10.74kNe预制梁永久作用集度 =（211.35+127.98+49.59+10.74）/19.98=20.00kN/m 二期永久作用 a现浇T梁翼板集度 =0.140.2525=0.875kN/mb边梁现浇部分横隔梁 一片中横隔梁（现浇部分）体积： 0.170.251.21=0.051425 一片端横隔梁（现浇部分）体积： 0.250.251.66=0.010375故=（40.051425+20.10375）25/39.96=0.26kN/mc铺装 8cm混凝土铺装： 0.08925=18kN/m 5cm沥青铺装： 0.05923=10.35kN/m 人行道： 10.3252=25kN/m若将桥面铺装均摊给六片主梁，则 =（18+10.35+15）/6=7.225kN/md栏杆 一侧人行栏：1.52kN/m 均摊后：=1.522/6=0.507kN/me边梁二期永久作用集度 =0.875+0.26+7.225+0.507=8.867kN/m 2）中主梁：主梁预制时的自重（第一期恒载a跨中段截面段主梁的自重(六分点截面至跨中截面，长12m） =0.66952512=200.85kNb马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重(长6m) =（1.0019+0.6695）625/2=125.36kNc支点段梁的自重（长1.98m） =1.0019251.98=49.59kNd中主梁的横隔梁 中横隔梁体积：0.11882=0.2376 端横隔梁体积：0.19182=0.3826故半跨内横隔梁重力为： =（20.2376+1+10.3826）25=21.45kNe预制梁永久作用集度 =（200.85+125.36+49.59+21.45）/19.98=19.88kN/m 二期永久作用a现浇T梁翼板集度 =0.140.525=1.75kN/mb中梁现浇部分横隔梁 一片中横隔梁（现浇部分）体积： 0.170.251.21=0.051425 一片端横隔梁（现浇部分）体积： 0.250.251.66=0.010375故=（40.051425+20.10375）25/39.96=0.26kN/mc铺装 8cm混凝土铺装： 0.08925=18kN/m 5cm沥青铺装： 0.05923=10.35kN/m 人行道： 10.3252=25kN/m若将桥面铺装均摊给六片主梁，则 =（18+10.35+15）/6=7.225kN/md栏杆 一侧人行栏：1.52kN/m 均摊后：=1.522/6=0.507kN/me边梁二期永久作用集度 =1.75+0.262+7.225+0.507=10.002kN/m 表2-3 主梁永久作用集度汇总表Tab.2-3 The collection of the dead load of main beam 荷载集度（kN/m）一期恒载二期恒载总和边梁 20.0008.86728.867中梁 19.88010.00229.8822.4.2主梁永久作用效应计算设x为计算截面离左右支座的距离并令=，则主梁弯矩和剪力的计算公式为 ； （2-5）； （2-6）计算结果如下表所示：表2-4 主梁永久作用效应Tab.2-4 the calculation of dead load of trussL/2L/4变截面L/4变截面支点第一期恒载边梁3802.502851.88669.60195.00354.00390.00中梁3779.692834.76665.58193.83351.88387.66第二期恒载边梁1685.841264.38293.8786.45156.95172.91中梁1901.631426.22334.8797.52177.04195.04总边梁5488.344116.26966.47281.45510.95562.91中梁5681.324260.981000.45291.35528.92582.702.4.3主梁活载横向分布系数计算1）跨中横向分布系数 抗扭修正系数的计算a计算I和对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：=（19014+609）/190=16.8cm马蹄部分的换算平均厚度： =(25+45) /2=35cm 表2-5 主梁抗扭惯性距Tab 2-5 main girder torsional inertia分块名称(cm)(cm) 翼缘板19016.80.0880.33333.00003腹板 128.2200.1560.30023.07885马蹄 45350.7780.17323.341689.42056b计算抗扭修正系数 (2-7)其中G=0.4E l=39.5m =60.00942056=0.5652336=63.2 I=0.295849代入上述公式计算得 =0.867 2) 汽车荷载横向分布系数 图2-3 桥梁横断面、汽车荷载横向分布系数、人群荷载横向分布系数（尺寸单位/cm）Fig 2-3 bridge cross section, motor load transverse distribution coefficient, the crowd load transverse distribution coefficient （unit of scale/cm）主梁片数n=6，各梁中心线到桥梁中心线之间的距离分别为：=1.92+0.95=4.75m =1.9+0.95=2.85m =0.95m=0.95m =2.85m =4.75m 三列汽车偏载作用时1号梁 由于e=0故2号，3号，4号，5号，6号梁的横向分布系数均为0.257 两列汽车荷载作用时1号梁 2号梁 3号梁 单列汽车荷载（p=1）作用时1号梁 2号梁 3号梁 比较单列偏载作用和双列偏载作用及三列偏载作用的横向分布系数，双列偏载作用下更不利，故1号梁横向分布系数：取2号梁横向分布系数：取3号梁横向分布系数：取 3）人群荷载横向分布系数考虑单列布置人群荷载时，荷载偏心矩1号梁人群横向分布系数 2号梁人群横向分布系数 3号梁人群横向分布系数 考虑双列布置人群荷载时，荷载偏心矩e=01、2、3号梁人群横向分布系数为 比较单列布置人群荷载和双列布置人群荷载的横向分布系数得：1号梁人群横向分布系数2号梁人群横向分布系数3号梁人群横向分布系数 2）主梁支点截面的荷载横向分布系数（采用杠杆法）绘制1号、2号、3号梁的荷载反力影响线；确定荷载的横向最不利的布置；（见图2-4）内插计算对应于荷载位置的影响线纵标； 由杠杆法计算得到1、2、3号梁的横向分布系数1号梁横向分布系数人群荷载横向分布系数为汽车荷载横向分布系数为2号梁横向分布系数人群荷载横向分布系数为汽车荷载横向分布系数为3号梁横向分布系数人群荷载横向分布系数为汽车荷载横向分布系数为 图2-4 各主梁的横向分布影响线及荷载布置Fig 2-4 the beams of the transverse load distribution influence line and layout（unit of scale/cm）表2-6 横向分布系数总汇Table 2-6 transverse distribution coefficient of group company梁号跨中-段的分布系数支点的分布系数汽车荷载人群荷载汽车荷载人群荷载10.5100.4510.3031.47420.4390.3370.5270.06630.3690.3330.6850 3）活载内力计算冲击系数和车道折减系数4.2.1冲击系数和车道折减系数 根据公路桥涵设计通用规范，简支梁桥的自振频率可采用以下式子估算： (2-8) (2-9)其中： 当； 当本计算查公路桥涵设计通用规范、桥面净宽 ，车辆双向行驶，横向布置车队数为2，不考虑折减系数，2.4.4跨中截面公路-级车道荷载，计算跨径，位于5-50m之间，集中荷载标准值，均布荷载标准值。公路-级车道荷载为公路-级车道荷载的75%，则=3180.75=238.5kN=10.50.75=7.875kN/m；计算剪力效应时，集中荷载标准值应乘以1.2的系数。则计算剪力时，集中荷载标准值=238.51.2=286.2kN；均布荷载标准值=7.875kN/m。计算主梁跨中截面活载弯矩时，采用全跨统一的横向分布系数，鉴于跨中剪力影响线的较大坐标位于桥跨中部，故也按不变化的计算。图2-5 跨中截面内力计算图Fig 2-5 cross section internal force calculation char 1）弯矩 汽车荷载作用下跨中弯矩影响线的最大纵标 跨中弯矩影响线的面积 可变作用（汽车）标准效应：冲击系数 1号梁的跨中截面弯矩 可变作用（汽车）冲击效应： 2号梁的跨中截面弯矩可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 3号梁的跨中截面弯矩可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 人群荷载作用下人群荷载集度1号梁的跨中截面弯矩 2号梁的跨中截面弯矩 3号梁的跨中截面弯矩 2）剪力 汽车荷载作用下跨中剪力影响线的最大纵标 跨中剪力影响线的面积 1号梁的跨中截面剪力可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 2号梁的跨中截面剪力可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 3号梁的跨中截面剪力可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 人群荷载作用下人群荷载集度跨中弯矩影响线的面积: 1号梁的跨中截面剪力 2号梁的跨中截面剪力 3号梁的跨中截面剪力 2.4.5四分点截面 计算主梁四分点截面活载弯矩时，采用全跨统一的横向分布系数，鉴于四分点剪力影响线的较大坐标位于桥跨中部，故也按不变化的计算。图2-6 截面内力计算图Figure 2-6 section internal force calculation chart1/4跨弯矩影响线的最大纵标 1/4跨中弯矩影响线的面积 1）弯矩汽车荷载作用下1号梁1/4跨截面弯矩可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 2号梁1/4跨截面弯矩可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 3号梁1/4跨截面弯矩可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 人群荷载作用下1号梁1/4跨截面弯矩 2号梁1/4跨截面弯矩 3号梁1/4跨截面弯矩 2）剪力1/4跨弯矩影响线的最大纵标 1/4跨弯矩影响线的面积 汽车荷载作用下1号梁1/4跨截面剪力可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 2号梁1/4跨截面剪力可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 3号梁1/4跨截面剪力可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 人群荷载作用下1号梁1/4跨截面剪力 2号梁1/4跨截面剪力 3号梁1/4跨截面剪力 2.4.6支点截面 由于 故a取7.9m 则 图2-7 （a）汽车荷载和人群荷载 （b）沿梁跨的横向分布系数（c）梁上荷载分成两部分 （d）支点剪力影响线Fig 2-7 (a) vehicle load and load (b) the crowd along the transverse distribution coefficient of the beam span (c) the load on the beam is divided into two parts (d) influences shear line1）汽车荷载作用下 1号梁支点截面剪力由于，设集中荷载作用于距支点位置处，则 由 即可解得 故取可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 2号梁支点截面剪力 由于，则可变作用（汽车）标准效应： 可变作用（汽车）冲击效应： 3号梁支点截面剪力 由于，则可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应： 2）人群荷载作用下1号梁支点截面剪力 2号梁支点截面剪力 3号梁支点截面剪力 2.4.7变化点（x=1.9m）截面 1）弯矩 汽车荷载作用下1号梁变化点截面弯矩图2-8 x=1.6m変截面处作用效应计算图示（尺寸单位/m）Fig 2-8 x = 1.6 m - cross-section calculation graphic effect（unit of scale/m）其中，y1=0.07 y2=1.704 y3=1.642 y4=0.062 y5=0.843 y6=0.057 y7=0.101可变作用（汽车）标准效应：均布荷载集中荷载可变作用（汽车）冲击效应同理可得2号梁变化点截面弯矩可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：3号梁变化点截面弯矩可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应： 人群荷载作用下计算方法同汽车荷载作用下均布荷载的计算方法，可得1号梁的变化点截面弯矩：2号梁的变化点截面弯矩：3号梁的变化点截面弯矩： 2）剪力 汽车荷载作用下1号梁变化点截面剪力可变作用（汽车）标准效应：均布荷载 集中荷载可变作用（汽车）冲击效应：同理可得2号梁变化点截面剪力可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应：3号梁变化点截面剪力可变作用（汽车）标准效应：可变作用（汽车）冲击效应： 人群荷载作用下计算方法同汽车荷载作用下均布荷载的计算方法，可得1号梁的变化点截面剪力：2号梁的变化点截面剪力：3号梁的变化点截面剪力：2.5主梁内力组合将以上计算的恒载、活载内力数据汇总整理成内力组合表如下：141表2-7 1、6号主梁作用效应组合Tab 2-7 1、6 main girder effect combination序号荷载类型跨中截面四分点截面X=1.9支点MmaxVmaxMmaxVmaxMmaxVmaxMmaxVmax(kN.m)(kN)(kN.m)(kN)(kN.m)(kN)(kN.m)(kN)第一期永久作用3802.502851.