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最新版桥梁1毕业设计论文
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2011—2012学年第一学期
道桥专业毕业设计
两河口公路预应力梁桥
施工组织设计及预算
班级：
道桥3095
姓名：
张凯
实习单位：
中铁信达工程投资有限公司
指导老师：
李刚
任务书
一、毕业设计目的
1、通过毕业设计这一环节，巩固并适当扩大和加强所学基本理论知识。
培养和提高学生的独立工作能力及分析和解决工程实际问题的能力，并提出解决问题的思路和设计方案。
2、进一步提高理论计算、绘图、编制说明书等基本技能及表达能力。
3、提高阅读参考书、设计规范和施工规范的能力。
二、毕业设计题目
两河口公路预应力梁桥施工组织设计及预算
（1）项目及研究背景
桥梁是公路（铁路）跨越江河山谷及其他线路等障碍物的重要结构物，我国的桥梁的建设水平已经迈进了世界先进行列。
在桥梁建设中，先进设备，先进技术以及新工艺、新材料、新标准得到了广泛应用。
特别是近年来随着高等级公路建设的迅速发展，预应力钢筋混凝土桥梁已经在全国范围内得到普及，预应力钢筋混凝土桥梁技术不断被广大技术人员所掌握。
本设计的是一座预应力钢筋混凝土梁桥，包括上、下部结构的内力计算分析和配筋设计，并按规定绘制部分施工图。
预应力混凝土结构与普通钢筋混凝土结构比较有以下特点：
1、提高了结构的抗裂性和耐久性。
2、增大了构件的刚度。
3、节省材料
4、减轻结构自重和增加跨越能力。
5、预应力结构还可以作为一种构件拼装的施工手段，使大型建筑物的施工难度大大减小，又保持良好的整体性。
三、毕业设计内容
（一）设计
（1）前言
（2）桥梁上部结构设计
1.结构尺寸拟定
2.行车道板计算
3.主梁作用效应计算
4.预应力钢束估算及布置
5.预应力损失及有效预应力计算
6配预应力钢束后的内力及内力组合
7.截面强度验算
8.抗裂验算
9.持久状态构件的应力验算
10.短暂状态构件的应力验算
11.挠度验算
（3）支座的计算
（4）桥梁墩台的设计
1.拟定桥梁墩台的尺寸
2.桥梁墩台的内力计算及配筋计算
（5）基础的设计
（6）桥面铺装及栏杆
（7）附属设施的选用
（二）绘制施工图
1.桥梁整体断面图
2.主梁结构及配筋图
3.横隔梁结构及配筋图
4.行车道板结构及配筋图
5.桥墩结构配筋图
6.桥台（包括台帽、前墙、侧墙或耳墙）结构配筋图
7.盖梁结构配筋图
8.基础结构图
四、主要参考文献
3、交通部，公路工程基本建设项目概算预算编制办法，北京：
人民交通出版社，2008.1
4、交通部，公路工程预算定额，北京：
人民交通出版社，2008.1
5、交通部公路定额站，公路工程施工定额，北京：
人民交通出版社，2009
6、交通部，公路工程机械台班费用定额，北京：
人民交通出版社，2008
7、公路定额站，公路工程施工招投标与计量，北京：
人民交通出版社，2007
8、陆春其，公路工程造价，北京：
人民交通出版社，2007
9、文德云，公路工程招标投标文件编制示例，北京：
人民交通出版社，2004
10、公路工程、桥梁工程、公路工程管理、地基基础等教材
工程概况
本毕业设计主要是关于小跨度预应力混凝土T型简支梁桥的设计。
预应力混凝土T型简支梁桥受力明确，构造简单，施工方便，整体性好，是中小跨径桥梁中应用最广泛的桥型。
本毕业设计为两河口大桥。
桥梁共5跨，每跨标准跨径50米。
经技术经济比较，上部结构采用装配式后张预应力混凝土T型简支梁桥，下部结构采用柱式桥墩、轻型桥台、钻孔灌注桩基。
本设计采用预应力混凝土T型梁桥，跨径布置为（5×50）m，主梁为变截面T型梁。
跨中梁高为2.50m，支点梁高为2.50m。
桥墩为重力式桥墩、桥台。
本文主要阐述了该桥的设计和计算过程。
首先进行主桥总体结构设计，然后对上部结构进行内力、配筋计算，再进行强度、应力及变形验算，最后进行下部结构验算。
设计具体包括以下几个部分：
桥型布置，结构各部分尺寸拟定；选取计算结构简图；恒载内力计算；活载内力计算；荷载组合；配筋计算；预应力损失计算；截面强度验算；截面应力及变形验算；下部结构验算。
关键词：
预应力，混凝土,T型简支梁桥
前言1
第一部分上部结构计算2
第1章初步设计2
1.1设计资料及构造布置3
1.1.1桥梁跨径及桥宽3
1.1.2设计荷载与设计车速3
1.1.3材料及工艺3
1.1.4设计依据3
1.1.5基本计算数据3
1.2横截面布置4
1.2.1主梁间距与主梁片数4
1.2.2主梁高度5
1.2.3主梁截面细部尺寸5
1.2.4计算截面几何特征6
1.2.5检验截面效率指标6
1.3横截面沿跨长的变化8
1.4横隔梁的设置8
第2章施工图设计9
2.1主梁永久作用效应计算9
2.1.1永久作用集度9
2.1.2永久作用效应10
2.2主梁可变作用效应计算11
2.2.1冲击系数和车道折减系数11
2.2.2计算主梁的荷载横向分布系数12
2.2.3车道荷载的取值14
2.2.4计算可变作用效应15
2.2.5主梁作用效应组合20
2.3预应力钢束的估算及其布置21
2.3.1跨中截面钢束的估算和确定21
2.3.2预应力钢束布置22
2.4计算主梁截面几何特性29
2.4.1截面面积及惯矩计算29
2.4.2截面静矩计算30
2.4.3截面几何特性汇总32
2.5钢束预应力损失计算33
2.5.1预应力钢束与管道壁之间的摩擦引起的预应力损失34
2.5.2由锚具变形、钢束回缩引起的预应力损失35
2.5.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失36
2.5.4由钢束应力松弛引起的预应力损失39
2.5.5混凝土收缩和徐变引起的预应力损失39
2.5.6成桥后张拉N7号钢束混凝土弹性压缩引起的预应力损失43
2.5.7预加力计算以及钢束预应力损失汇总43
2.6主梁截面承载力与应力验算47
2.6.1持久状况承载能力极限状态承载力验算48
2.6.2斜截面承载力验算50
2.7持久状况正常使用极限状态抗裂验算54
2.7.1正截面抗裂验算54
2.8持久状况构件的应力验算59
2.8.1正截面混凝土压应力验算59
2.8.2预应力筋拉应力验算60
2.8.3截面混凝土主压应力验算62
2.9主梁变形验算71
2.9.1计算由预加力引起的跨中反拱度71
2.9.2计算由荷载引起的跨中挠度74
2.9.3结构刚度验算74
2.9.4预拱度的设置74
2.10横隔梁计算74
2.10.1确定作用在跨中横隔梁上的可变作用74
2.10.2跨中横隔梁的作用效应影响线75
2.10.3截面作用效应计算78
2.10.4截面配筋计算79
2.11行车道板计算80
2.11.1截面设计、配筋与承载力验算87
第二部分钻孔灌注桩、三柱式桥墩的计算91
第1章设计资料91
1.1设计标准及上部构造91
1.2水文地质条件91
1.3材料91
1.4桥墩尺寸91
1.5设计依据92
第2章钻孔桩计算93
2.1荷载计算93
2.1.1一孔恒载反力93
2.1.2盖梁恒重反力93
2.1.3系梁恒重反力93
2.1.4一根墩柱自重93
2.1.5灌注桩每延米自重93
2.1.6可变荷载反力93
2.1.7作用于桩顶的外力94
2.1.8作用于地面处桩顶上的外力94
2.2桩长计算95
2.3桩身截面配筋与承载力验算98
24墩顶纵向水平位移验算99
2.4.1桩在地面处的水平位移和转角计算99
2.4.2墩顶纵向水平位移验算100
结论102
致谢103
前言
毕业设计是大学教育培养目标实现的重要阶段，是毕业前的综合学习阶段,是深化、拓宽、综合教和学的重要过程,是对大学期间所学专业知识的全面总结。
通过毕业设计,可以将以前学过的知识重温回顾,对疑难知识再学习,对提高个人的综合知识结构有着重要的作用。
通过毕业设计,使我们在资料查找、设计安排、分析计算、施工图绘制、口头表达等各个方面得到综合训练,具备从事相关工作的基本技术素质和技能。
目前，我国桥梁建筑中仍以预应力钢筋混凝土结构为主，其材料钢筋和混凝土造价较低，材料来源丰富，且可以浇筑成各种复杂断面形状，节省钢材，承载力也不低，经过合理设计可以获得较好的抗震性能。
今后几十年，预应力钢筋混凝土结构仍将活跃在我国的建筑史上。
框架结构体系的主要特点是平面布置比较灵活，能提供较大的室内空间，对于办公楼是最常用的结构体系。
预应力混凝土简支梁桥的设计，除了要根据桥面高度、承载要求等合理选择结构材料、抗侧力结构体系外，要特别重视桥梁截面形式和桥梁的总体布置。
桥梁截面形式是指桥梁的平面和立面；桥梁的总体布置指桥梁的平面布置和竖向布置。
桥梁截面形式和桥梁的总体布置对桥梁结构的各方面性能有决定性的作用。
毕业设计的三个月里，在指导老师的帮助下，经过查阅资料、设计计算、以及图纸绘制，加深了对规范等相关内容的理解，巩固了专业知识，提高了综合分析、解决问题的能力。
并熟练掌握了AutoCAD和结构设计软件桥梁大师，基本上达到了毕业设计的目的与要求。
框架结构设计的计算工作量很大，在计算过程中以手算为主，后面采用建筑结构软件桥梁大师进行电算,并将电算结果与手算结果进行了误差分析对比。
由于自己水平有限，难免有不妥和疏忽之处，敬请各位老师批评指正。
两河口公路预应力梁桥
施工组织设计及预算
第一部分上部结构计算
第1章初步设计
1.1设计资料及构造布置
1.1.1桥梁跨径及桥宽
桥梁总长：
250m
桥梁分孔布置：
5等跨
标准跨径：
50m（墩中心距离）
主梁全长：
49.96m
计算跨径：
48.96m
桥面净空：
净—24m+1.75m×2=27.5m
1.1.2设计荷载与设计车速
公路—Ⅰ级，人群荷载3.0kN㎡，每侧人行栏、防撞护栏重力的作用力分别为1.52kNm和4,99kNm。
根据使用要求确定设计车速为80km、外径95mm的预埋波纹管和夹片锚具。
1.1.4设计依据
交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004），简称《公预规》。
1.1.5基本计算数据（见表1-1）
表1-1基本计算数据
名称
项目
符号
单位
数据
混凝土
立方强度
fcu,k
MPa
50
弹性模量
Ec
MPa
3.45×104
轴心抗压标准强度
fck
MPa
32.40
轴心抗拉标准强度
ftk
MPa
2.65
轴心抗压设计强度
fcd
MPa
22.40
轴心抗拉设计强度
ftd
MPa
1.83
短暂状态
容许压应力
0.7f'ck
MPa
20.72
容许拉应力
0.7f'tk
MPa
1.76
持久状态
标准荷载组合:
容许压应力
0.5fck
MPa
16.20
容许主压应力
0.6fck
MPa
19.40
短期效应组合:
容许拉应力
σst-0.85σpc
MPa
0
容许主拉应力
0.6ftk
MPa
1.59
φs15.2钢绞线
标准强度
fpk
MPa
1860
弹性模量
Ep
MPa
1.95×105
抗拉设计强度
fpd
MPa
1260
最大控制应力σcon
0.75fpk
MPa
1395
持久状态应力:
标准状态组合
0.65fpk
MPa
1209
材料重度
钢筋混凝土
γ1
KNｍ3
25.0
沥青混凝土
γ2
KNｍ3
23.0
钢绞线
γ3
KNｍ3
78.5
钢束与混凝土的弹性模量比
αEp
无纲量
5.65
注：
考虑混凝土强度达到C50时开始张拉预应力钢束。
和分别表示钢束张拉时混凝土的抗压、抗拉标准强度，则=32.4Mpa，=2.65Mpa。
1.2横截面布置
1.2.1主梁间距与主梁片数：
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ρ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
2500mm，由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，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（bi=1900mm）和运营阶段的大截面（bi=2500mm）。
净—24m+2×1.75m的桥宽选用11片主梁，如图1-1所示。
图1-1结构尺寸（单位：
cm）
1.2.2主梁高度：
预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在115~125，标准设计中高跨比约在118~119。
当建筑高度有受限制时，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用量，同时梁高加大一般只是腹板加宽，而混凝土用量增加不多。
综上所述，本设计中取用2500mm的主梁高度是比较合适的。
1.2.3主梁截面尺寸：
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180mm，翼板根部加厚到280mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。
在预应力混凝土梁中腹板内主拉应力较小，腹板厚度一般由布置预制孔管的构造决定，同时从腹板本身的稳定条件出发，腹板厚度不宜小于其高度的115。
腹板厚度取280mm。
马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%~20%为合适。
考虑到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条对钢束间距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度为600mm，高度为250mm，马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度过250mm，以减小局部应力。
按照以上拟订的外形尺寸，就可绘出预制梁的跨中截面图（见图1-2）。
图1-2跨中截面尺寸图（尺寸单位：
cm）
1.2.4计算截面几何特征
将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元，截面几何特征列表计算见表1-2。
1.2.5检验截面效率指标ρ（希望ρ在0.5以上）
上核心距：
下核心距：
截面效率指标：
ρ=
表明以上初拟的主梁中截面是合理的。
表1-2跨中截面几何特性计算表
分块名称
分块面积Ai（cm2）
分块面积形心至上缘距离yi（cm）
分块面积对上缘静矩Si=Aiyi（cm3）
分块面积的自身惯矩Ii（cm4）
di=ys-yi（cm）
分块面积对截面形心的惯矩Ix=Aidi2（cm4）
I=Ii+Ix（cm4）
（1）
（2）
（3）=
（1）×
（2）
（4）
（5）
（6）=
（1）×（5）²
（7）=（4）+（6）
大毛截面
翼板
4500
9
40500
121500
82.45
三角承托
500
21.33
10666.5
2777.778
70.117
腹板
4140
121.5
503010
-30.05
下三角
500
216.66
108333.5
17361.111
-125.217
马蹄
1500
237.5
356250
78125
-146.05
∑
11140
小毛截面
翼板
3420
9
30780
9234
91.3
三角承托
500
21.33
10666.5
2777.778
78.967
腹板
4140
121.5
503010
-21.2
下三角
500
216.66
108333.5
17361.11
-116.367
马蹄
1500
237.5
356250
78125
-137.2
∑
10060
注：
大毛截面形心至上缘距离：
小毛截面形心至上缘距离：
1.3横截面沿跨长的变化
如图1所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变。
梁端部区段由于锚头集中力的作用引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端2000mm范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。
马蹄部分为配合钢束弯起而从六分点附近（第一道横隔梁处）开始向支点逐渐抬高，在马蹄抬高的同时腹板宽度变开始变化。
1.4横隔梁的设置
模型试验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。
为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道路中横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。
本设计在桥跨中点和三分点、六分点、支点处共设置七道横隔梁，其间距为8.16m。
端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部260mm，下部240mm；中横隔梁高度为2000mm，厚度为上部200mm，下部180mm。
详见图1-1所示。
第2章施工图设计
2.1主梁永久作用效应计算
根据上述梁跨结构纵、横截面的布置，并通过可变作用下的桥梁荷载横向分布计算，可以分别求得各主梁控制截面（一般取跨中、四分点、变化点截面和支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，然后在进行主梁作用效应组合。
2.1.1永久作用集度
1、永久作用集度
（1）预制梁自重
①跨中截面段主梁的自重（六分点截面至跨中截面，长16.23m）：
G
（1）=1.006×25×16.23=410.45（kN）
②马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重（长6.66m）：
支点段梁的截面面积：
250×18+60×﹙250－18﹚+30×6=18600（cm）=1.86（㎡）
G
（2）=（1.86+1.006）×6.66×252=238.59（kN）
③支点段梁的自重（长2m）：
G（3）=1.86×25×2=73.2（kN）
④横隔梁自重
边主梁中横隔梁体积：
0.19×[﹙2.0－0.18﹚×﹙0.95－0.1﹚－0.5×0.5×0.1]=0.2892（m3）
端横隔梁体积：
0.25×[﹙2.5－0.18﹚×0.65－0.5×﹙0.5－0.2﹚×0.06]=0.375（m3）
故半跨内横梁重力为：
G（4）=（0.2892×0.25+0.375）×25=27.45（kN）
⑤预制梁永久作用集度：
g1=（410.45+238.59+73.2+27.45）24.98=30.01（kNm）
（2）二期永久作用
①现浇T梁翼板集度
G（5）=0.18×0.6×25=2.7（kNm）
②边梁现浇部分横隔梁
一片中横隔梁（现浇部分）体积：
0.19×0.3×﹙2.0－0.18﹚=0.10374（m3）
一片端横隔梁（现浇部分）体积：
0.25×0.3×﹙2.5－0.18﹚=0.174（m3）
故：
g（6）=（5×0.10374+2×0.174）×2549.96=0.434（kNm）
③铺装：
8cm混凝土铺装：
0.8×﹙3.75×6﹚×25=45.00（kNm）
5cm沥青铺装：
0.05×﹙3.75×6﹚×23=25.88﹙kNm﹚
若将桥面铺装均摊给十一片主梁，则：
g（7）=﹙45＋25.88﹚11=6.44（kNm）
④栏杆：
一侧防撞栏：
4.99kNm。
一侧人行栏：
1.52kNm
若将两侧人行栏、防撞栏均摊给十一片主梁，则：
g（8）=﹙1.52×2＋4.99×3﹚11=1.64kNm）
⑤边梁二期永久作用集度：
g2=2.7+0.434+6.44+1.64=11.21（kNm）
2.1.2永久作用效应
如图2-1所示，设为计算截面离左支座的距离，并令。
图2-1永久作用效应计算图
主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：
（2-1）
（2-2）
永久作用效应计算见表2-1
表2-11号梁永久作用效应
作用效应
跨中α=0.5
四分点α=0.25
N7锚固点α=0.0295
支点α=0.00
一期
弯矩（KN·ｍ）
8992.05
6744.04
1029.76
0
剪力（KN）
0
367.32
691.3
734.67
二期
弯矩（KN·ｍ）
3358.91
2519.18
384.66
0
剪力（KN）
0
137.21
258.23
274.42
∑
弯矩（KN·ｍ）
12350.96
9263.22
1414.42
0
剪力（KN）
0
5043.53
949.53
1009.06
2.2主梁可变作用效应计算（刚性横梁法）
2.2.1冲击系数和车道折减系数
按《桥规》4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此要先计算结构的基频。
简支梁桥的基频可采用下列公式估算：
其中：
mc=
根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为
μ=0.176ln-0.0157=0.123
按《桥规》4.3.1条，当车道大于两车道时，需进行车道折减，三车道折减系数为0.78，四车道折减系数为0.67，五车道折减系数为0.6，六车道折减系数0.55，但这件后不得小于用两行车队布载的计算结果。
本设计按六车道设计，因此在计算可变作用效应时，需进行车道折减。
2.2.2计算主梁的荷载横向分布系数
（1）跨中的荷载横向分布系数mc
如前所述，桥跨内设七道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承重结构的长宽比为：
所以可按偏安全的刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数mc。
因为各梁截面均相同，若P=1的力作用在i号梁上，则k号梁的横向影响线的竖标值为：
（2-3）
其中：
计算所得的值列于表2-2内
表2-2值
ηik
梁号
ηi1
ηi2
ηi3
ηi4
ηi5
ηi6
ηi7
ηi8
ηi9
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