龙华桥设计毕业论文设计书.doc

哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）龙华桥设计摘 要近年来，我国公路桥梁的建设为各地的经济发展带来了长足动力，不仅为人们出行带来了方便，同时也起到了美化城市的作用。泰来县规划局根据自身发展的需要，为合理建设该县公路网，决定于该县南部新建一座桥梁，名为龙华桥。龙华桥位于黑龙江省齐齐哈尔市泰来县南部，此桥建成后将成为泰来县与龙江和桂洲等城镇联系的纽带，为该县带来强大的经济效益。龙华桥设计技术指标包括：桥面净宽为9+2x1.0m，有人群荷载，线路等级为一级公路，设计荷载为公路一级，桥梁全长200m，上部结构采用8x25m预应力混凝土简支梁桥，下部结构采用柱式桥墩，钻孔灌注桩基础，桥下净空高度7m，桥梁下部不通航。在龙华桥设计过程中，严格按照有关规范的规定与要求进行设计与校核，遵循安全耐久、美观大方、经济合理的需求，使桥梁达到了预期的设计要求。关 键 词：预应力混凝土；简支T梁桥；内力计算；钻孔灌注桩基础.-i-Longhua bridgeABSTRACTIn recent years, our country the construction of highway Bridges for the economic development of all brought great power, not only for peoples travel arrived convenience, at the same time also played the beautification of the city function. Thai to county planning bureau according to their own development needs, to reasonable construction the county road network, the county decided to build a new south bridge, called the dragon overseas Chinese. The longhua bridge of heilongjiang province JiJiHaErShi Thai to southern county, this bridge was completed, it will become to countys longjiang and urban GuiZhou with the key link for the county come the economic benefits of powerful. Dragon overseas Chinese design technology index includes: bridge banisters can meet for 9 + 2 x1. 0 m, have the crowd load, the line level for first class road, design load for highway level, the length of 200 m bridge, the upper structure with 8 x25m of prestressed concrete beam bridge, the structure and the pillar type bridge and cast-in-place pile foundation, bridge headroom 7 m, bridge bottom not navigation. In longhua bridge design process, in strict accordance with the provisions of the relevant standards and requirements for design and audit, follow safety durability, beautiful and easy, economic and reasonable demand, the bridge is expected to reach the design requirements.Keywords: Prestressed conctete；Simple t girderbridge；Endogenic force computation；Cast-in-place pile foundation.-ii-毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 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，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 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留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关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 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，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。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日指导教师评阅书指导教师评价：一、撰写（设计）过程1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神 优 良 中 及格 不及格2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度 优 良 中 及格 不及格3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力 优 良 中 及格 不及格4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性 优 良 中 及格 不及格5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）指导教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日评阅教师评阅书评阅教师评价：一、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格建议成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）评阅教师： （签名） 单位： （盖章）年 月 日教研室（或答辩小组）及教学系意见教研室（或答辩小组）评价：一、答辩过程1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况 优 良 中 及格 不及格2、对答辩问题的反应、理解、表达情况 优 良 中 及格 不及格3、学生答辩过程中的精神状态 优 良 中 及格 不及格二、论文（设计）质量1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？ 优 良 中 及格 不及格2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？ 优 良 中 及格 不及格三、论文（设计）水平1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义 优 良 中 及格 不及格2、论文的观念是否有新意？设计是否有创意？ 优 良 中 及格 不及格3、论文（设计说明书）所体现的整体水平 优 良 中 及格 不及格评定成绩： 优 良 中 及格 不及格（在所选等级前的内画“”）教研室主任（或答辩小组组长）： （签名）年 月 日教学系意见：系主任： （签名）年 月 日目录第1章 绪论1 1.1 工程概述及其特点1 1.1.1 桥梁工程概述1 1.1.2 工程特点1 1.2 方案比选说明2第2章 设计资料及构造布置3 2.1 设计资料3 2.1.1 桥梁跨径及桥宽3 2.1.2 设计荷载3 2.1.3 材料及工艺3 2.1.4 设计依据3 2.1.5 基本计算数据4 2.2 横截面布置4 2.2.1 梁间距与主梁片数4 2.2.2 主梁跨中截面主要尺寸的拟定4 2.3 横截面沿跨长的变化10 2.4 横隔梁设置10第3章 主梁内力计算11 3.1 永久作用效应计算11 3.1.1 永久作用集度11 3.1.2 二期永久作用11 3.2 永久作用效应12 3.3 可变作用效应计算（刚性横梁法）13 3.3.1 冲击系数和车道折减系数13 3.3.2 计算主梁的荷载横向分布系数14 3.3.3 车道荷载的取值18 3.3.4 计算可变作用效应18 3.4 主梁作用效应组合22第4章 预应力钢束的计算及其布置24 4.1 钢筋面积的估算及钢束布置24 4.1.1 预应力钢筋截面积估算24 4.2 预应力钢束布置25 4.2.1 跨中截面预应力钢筋的布置25 4.2.2 锚固面钢束布置26 4.2.3 其他截面钢束位置及其倾角计算26 4.3 非预应力钢筋截面积估算及布置30第5章 计算主梁截面几何特性31 5.1 主梁预制并张拉预应力钢筋31 5.2 灌浆封锚、主梁吊装及湿接缝浇筑31 5.3 桥面、栏杆及人行道施工和运营阶段31第6章 钢束预应力损失计算34 6.1 预应力钢束与管道壁之间摩擦损失31 6.2 由锚具变形钢束回缩引起的预应力损失35 6.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失37 6.4 由钢束应力松弛引起的预应力损失38 6.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失38第7章 主梁截面承载能力与应力验算42 7.1 持久状态承载能力极限状态承载力验算42 7.1.1 正截面承载力验算42 7.1.2 斜截面承载力验算43 7.2 持久状况正常使用极限状态抗裂验算44 7.2.1 正截面抗裂验算44 7.2.2 斜截面抗裂验算46 7.2.3 主梁变形（挠度）计算49 7.3 持久状况应力验算51 7.3.1 持久状况的正应力验算51 7.3.2 持久状况的混凝土主应力52 7.4 短暂状况的正应力验算54 7.5 锚固区局部承压验算54 7.5.1 局部承压区的截面尺寸验算55 7.5.2 局部抗压承载力验算56第8章 桩基础的设计57 8.1 荷载计算58 8.2 桩长计算60 8.3 桩的内力计算61 8.4 桩身截面配筋与强度验算64 8.5 墩顶纵向水平位移验算65结论68参考文献69附录70致谢71哈尔滨工业大学华德应用技术学院本科毕业设计（论文）龙华桥设计第一章 绪论1.1工程概述及其特点1.1.1桥梁工程概述本项目地处黑龙江省齐齐哈尔市泰来县南部，项目的建设符合泰来县规划布局的总体要求，是泰来县规划路网五纵九横的一条横向干线桥梁，也是泰来县县区路网规划的重要组成部分。本项目的建设对完善现有公路网布局，提高路网通行能力具有重要的作用。项目建成后将与高赞大桥、干竹滩大桥及其接线一起直接连接龙江和桂洲等城镇，大大缩短了泰来县中心城区与周边地区的距离，加强了泰来县各个组团之间的交通运输联系。1.1.2工程特点（1） 地质资料 季节性河流上，桥位地质情况：地表以下10m左右为中沙及细沙。（2） 气象资料（哈尔滨地区）属于严寒地区 年最高气温：34；年最低气温： -23。 年平均气温：3.5。 标准冻深：1.8m 基本风压：按1/100,Wd=0.65KN/M（3） 设计荷载：公路- 级（4） 桥面净空： 净9+21m（5） 设计洪水频率：1/100（6） 施工条件：建筑材料供应：保证供应施工队伍技术状态：专业施工队施工期限：2012年5 月至2013 年 11月 （7）线路等级;一级公路1.2方案比选说明方案一：预应力混凝土连续梁桥（1020m）方案二：预应力混凝土简支梁桥（825m）方案三：钢筋混凝土双曲拱桥（540m）表1-1 方案比较表序号 方案类比 别较项目第一方案第二方案第三方案预应力混凝土连续梁（1020m）预应力混凝土简支梁桥（825m）钢筋混凝土双曲拱桥（540m）1桥长（m）2002002002工艺技术要求技术先进，工艺要求严格，所需设备较少，占用施工场地少。技术较先进，工艺要求严格，施工方便，制造工艺简单。已有成熟的工艺技术经验，需用大量的吊装设备，占用施工场地大，需用劳力多。3使用效果属于超静定结构，受力较好，主桥桥面连续，无伸缩缝，行车条件好，养护也容易。属于静定结构，受力不如超静定结构好，但其结构质量安全可靠，耐劳性好，计算简便。拱的承载潜力大。伸缩缝多，养护较麻烦。纵坡较大，东岸广场及引道填土太高，土方量大，土方来源困难。4造价及用材钢材用量大，造价也大。钢材用量小，造价低。造价最低，耗用钢材少，但木材、水泥多。 通过以上三种方案比较，从使用效果、造价、材料等诸多方面看，第二方案优点最多。第一方案由于“龙华桥”属于城市桥梁且桥跨较小，造价较高不宜采用；第三方案由于在城市施工，施工场地不宜占大且土方来源困难，不宜采用。所以第二方案最为合理。 第二章 设计资料及构造布置2.1 设计资料 2.1.1 桥梁跨径及桥宽标准跨径 25m(墩中心距离)主梁全长 24.96m(主梁预制长度)计算跨径 24.12m（支座中心线距离）桥面净空 净9m+21m 2.1.2 设计荷载汽车荷载：公路级，人群荷载3.0KN/m2，每侧人行栏、栏杆重力的作用力分别为1.52KN/m和4.99KN/m。 2.1.3 材料及工艺混凝土：主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C30。预应力钢束采用公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D622004)的15.2钢绞线，每束7根，全粱配3束，=1860MPa。普通钢筋直径大于和等于12mm的用采用HRB400钢筋；直径小于12mm的均用R335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。 2.1.4 设计依据(1)交通部颁公路工程技术标准(JTG B012003)，简称标准； (2)交通部颁公路桥涵设计通用规范(JTG D602004)，简称桥规；(3)交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004)，简称公预规。(4)公路工程水文勘察设计规范()(5) 公路桥涵地基与基础设计规范()(6) 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000) 2.1.5 基本计算数据2.2 横截面布置本设计介绍公路桥涵标准图25m跨径的定型设计，即在跨径和桥面净空已确定的条件下进行规格化的构造布置。以下便简述这一布置过程： 2.2.1 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很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。本算例主梁翼板宽度为2200mm，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(b=1600mm)和运营阶段的大截面(b=2200)。净9m+21.0m的桥面宽选用5片主梁，2.2.2 主梁跨中截面主要尺寸的拟定(1)主梁高度预应力混凝土简支桥桥梁的主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25，标准设计中高跨比约在1/181/19。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高呆节省预应力钢速用量，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，标准设计中对于25m跨径的简支梁桥取用1600mm主梁高度是比较合适的。表1-1 基本计算数据名 称项 目符 合单位数据混凝土 立方强度MPa 50 弹性模量MPa3.45104 轴心抗压标准强度MPa32.4 轴心抗拉标准强度MPa2.65 轴心抗压设计强度MPa22.4 轴心抗拉设计强度MPa1.83短暂状况容许压应力070MPa20.72容许拉应力070MPa1.757持久状况标准荷载组合：容许压应力0.5MPa16.2容许主压应力0.6MPa19.44短期效应组合：容许拉应力MPa0容许主拉应力0.6MPa1.595碳素钢丝 标准强度MPa1860弹性模量MPa1.95 抗拉设计强度MPa1260 最大控制应力0.75MPa1395 持久状况应力 标准荷载组合0.65MPa1209材料容重 钢筋混凝土r1KN/m325.0沥青混凝土r2KN/m323.0 钢绞线KN/m378.5钢束与混凝土的弹性模量比值无量钢5.65*注：本示例考虑主梁混凝土达C45强度时，开始张拉预应力钢束。070与070分别表示钢束张拉时混凝土的抗压，抗拉标准强度，则：=29.6MPa, =2.51MPa。图1-1 结构尺寸图（尺寸单位cm）(2)主梁截面细部尺寸T梁翼板的厚度主要取决于桥面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。本示例预制T梁的翼板厚度取用150mm，翼板根部加厚到250mm以抵抗翼缘根部较大的弯矩。为使翼板与腹板连接和顺，在截面转角处设置圆角，以减少局部应力和便于脱模。在预应力混凝土梁中腹板内因主拉应力甚小，腹板厚度一般由布置制孔管的构造决定，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1/15，标准图的T梁腹板厚度均取200mm。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1020%为合适。本示例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，同时还根据桥规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450mm，高度250mm。马蹄与腹板交接处做三角过度，高度125mm，以减少局部应力。按照以上拟定的外形尺寸，就可绘出预制梁跨中截面(见图1-2)。 图1-2 跨中截面尺寸图（尺寸单位cm）(3)计算截面几何特性将主梁跨中截面划分成5个规则图形的小单元，截面几何特性列表计算见表1-2。 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）分块面积对上缘静距Ai= Aiyi（ ）分块面积的自身惯矩Ii（）（cm）分块面积对截面形心惯矩（cm4）（cm4）（1）（2）(3)=(1)(2)（4）（5）(6)=(1(5)2(7)=(4)+(6) 大毛截面翼 板33007.5247506187546.0169858367047711三角承托50018.3339166.52777.77835.18618710621488腹板240075180000288000021.4911083683988368下三角156130.8320442.21356.33777.32934122935478马 蹄1125147.5165937.558593.75-93.99993838599969797481400296.2I=22590025小毛截面翼 板24007.5180004500051.4163431716388171三角承托50018.3339166.52777.77840.577823246826024腹板2400751800002880000-16.096213313501331下三角156.2593.33314583.281356.337-34.423185147186504马 蹄1125147.5165937.558593.75-88.59882921288878056581.25387687.28I=19789836*注：大毛截面形心至上缘距离 小毛截面形心至上缘距离(4)检验截面效率指标(希望在0.5以上)上核心距下核心距截面效率指标表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。2.3 横截面沿跨长的变化如图1所示，本设计主梁采用等高度形式，横截面的T梁翼板沿厚度沿跨长不变，马蹄部分为配合钢束弯起而从四分点开始向支点逐渐抬高。梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也因布置锚具的需要，在距梁端1920mm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四分点附近（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亦开始变化。2.4 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，当该处有内横隔梁时它比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩得大。为减少对主梁设计起主要控制作用作用的跨中弯矩，应在跨中设置一道中横隔梁，当跨度较大时，四分点处也宜设置内横隔梁。本设计在桥跨中点和二分点、四分点、支点处设置五道横隔梁，其间距为6.03m。端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部240mm，下部220mm；中横隔梁高度为1350mm，厚度为上部180mm，下部160mm，平均厚度170mm，详见图1-1所示。第三章 主梁内力计算根据上述梁跨结构纵、横截面的布置。并通过活载作用下的梁桥荷载横向分布计算，可分别求得和各主梁控制截面(一般取跨中、四分点和支点截面)永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。由于篇幅有限，本设计举边主梁作用效应计算为例3.1 永久作用效应计算 3.1.1 永久作用集度(1)预制梁自重(第一期恒载)按跨中截面段主梁的自重(四分点截面至跨中截面，长6.03m)：G(1)=0.658125256.03=99.21(KN)马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重(4.53m)：(0.9187.50.658125)4.53 25/2=89.29(KN)支点段梁的自重(长1.92m)： 0.91875251.92=44.1(KN)边主梁的横隔梁中横隔梁体积：0.17(1.20.70.50.10.50.50.1250.125)=0.1372()端横隔梁体积：0.23(1.450.5750.50.070.375)=0.1887()故半跨内横隔梁重力为：G(4)=(1.50.0.137210.1887) 25=9.8625(KN)预制梁永久作用集度=(99.21+89.29+44.1+9.8625)/12.48=19.43(KN/m) 3.1.2 二期永久作用现浇T梁翼板集度 0.150.625=2.25(KN/m)边梁现浇部分横隔梁一片中横隔梁(现浇部分)体积：0.170.301.2=0.0612()一片端横隔梁(现浇部分)体积： 0.250.301.45=0.10875()故： (20.10875+30.0.0612)25/24.96=0.4(KN/m)铺装8cm混凝土铺装： 0.08925=18.00(KN/m)5cm沥青铺装： 0.05923=10.35(KN/m)若将桥面铺装均摊给5片主梁，则 =(18.00+10.35)/5=5.67(KN/m)栏杆一侧人行栏：1.52KN/m;一侧防撞栏：4.99KN/m.若将两侧人行栏、防撞栏均摊给五片主梁，则： (1.52+4.99)2/5=2.604(KN/m)边梁二期永久作用集度： 2.25+0.4+5.67+2.604=10.924(KN/m)3.2 永久作用效应如图2-1所示，设x为计算截面离左支座的距离，并令，则：主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：永久作用效应计算见表2-1。图2-1永久作用效应计算图表2-1 1号梁永久作用效应作用效应跨中=0.5四分点=0.25支点=0.0 一期弯矩（kNm）1412.981059.740剪力（kN）0117.1629234.3258二期弯矩（kNm）794.4129595.810剪力（kN）065.87131.7434弯矩（kNm）2207.39291655.550剪力（kN）0183.0329366.0692 3.3 可变作用效应计算(修正刚性横梁法) 3.3.1 冲击系数和车道折减系数按桥规第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： 根据本桥的基频，可计算出汽车荷载的冲击系数为： 按桥规第4.3.1条规定，当车道大于两车道时，需进行车道折减，三车道折减22%，但折减后不得小于用两车队布载的计算结果。本设计按三车道设计，因此在计算可变作用效应时需进行车道折减。 3.3.2 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如前所述，本例桥跨内设有五道横隔梁，具有可靠的横向联结，且承重结构的长宽比为：所以可按修正刚性横梁法来绘制横向影响线和计算横向分布系数mc。计算主梁抗扭惯矩IT对于T形梁载面，抗扭惯矩可近似