预应力空心板梁桥施工图设计.doc

精选资料

长春工程学院
土木工程（道桥方向）专业2007届毕业设计任务书 编号：D014121
设计题目
预应力空心板梁桥施工图设计
专业班级
道桥0342
学生姓名
崔海维
指导老师
李长雨
任务下发日期
2005.4.20
设计截止日期
2005.6.15
难度系数
1.0
毕业设计的主要内容及要求：
1． 本设计为黑大公路榆树至至大口钦段装配式预应力钢筋混凝土空心板桥设计,桥梁全长60米,共分三孔,单孔跨径20米,桥面净宽9+2×1.5米。
2． 设计荷载：公路——Ⅱ级。
3． 上部结构采用装配式预应力钢筋混凝土空心板桥，下部采用桩柱式桥台，基础形式采用钻孔灌注桩基础。
4．编写中英文摘要，翻译3000单词量以上的专业原版外文资料。
毕业设计的主要成果要求：
1．工程原始资料客观、真实可靠，数据准确、完整。
2．从工程实际出发，根据技术可行性、经济合理性、工程可靠性等进行公路设计方案的论证和优选。
3．设计文件说明书要求打印，绘图部分尽量计算机绘图、出图，但是必须同时上交设计的原始底稿。
4． 设计摘要部分要译成外文，而且设计文件中有一篇不少于3000字符的外文原版资料或文献。
6．设计图纸（用A3纸）必须规范、整洁，封皮统一制作
毕业设计时间安排：
1、 5月2日正式开题，指导教师下发毕业设计（论文）任务书。
2、 学生毕业设计时间5月8日——6月15日，具体分配如下：
（1）上部结构设计14天；（2）桥台设计，10天；（3）桩基础，7天；（4）CAD出图，6天；（5）外文翻译，4天；（8）打印及装订，3天。
3、6月15日——6月20日为教师评阅毕业设计和论文，学生进行毕业答辩准备工作。
任务书下发教师（签字）： 2004 年 5 月 2 日
教研室审核意见：
教研室主任(签字)： 年 月 日
系部审核意见：
系部主任(签字)： 年 月 日

空 心 板 梁 桥 施 工 图 设 计

学生姓名:崔海维
指导教师:李长雨
设计时间:4月20日～6月18日

长 春 工 程 学 院
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摘 要
1 主要材料
1.1 混凝土：
上部结构：预制空心板采用40号混凝土；现浇铰缝采用30号细骨料混凝土；桥面铺装采用30号沥青混凝土，栏杆及人行道板采用25号混凝土。
下部结构：盖梁、墩柱、均采用25号混凝土；桩基采用20号混凝土。
1.2 钢筋：直径≥12㎜采用Ⅱ级（防撞护栏钢筋除外），应符合国家标准（GB1499-1998）规定；直
径≤12㎜采用Ⅰ级，应符合国家标准（GB13013-1991）规定。
2 桥型结构
本桥初步设计为装配式钢筋混凝土空心板桥。该桥采用并列分离双幅布置，左、右幅桥等长，
均为91m。下部桥墩为钢筋混凝土圆形双柱式墩，墩柱直径0.9m；桥墩基础为单排双列钻孔灌注桩基础，桩径0.9m。
3 设计要点
3.1 空心板
3.1.1 本设计主要采用手工计算。上部为装配式钢筋混凝土空心板。预制板高1.00m，板宽1.24m。
3.1.2 在沥青混凝土桥面铺装和整体化混凝土之间设沥青防水层，1㎡洒0.52㎏防水沥青，桥面沥青混凝土和沥青防水层中掺入4‰（按沥青重量比）的AST—31沥青抗剥剂。
3.1.3 为减轻板身自重及节省材料，截面挖空两圆，挖空部分直径39cm。
3.2 桥墩
3.2.1 桥墩盖梁为连续墩盖梁，按简支梁计算盖梁内力及墩柱顶竖向反力。
3.2.1 桩基嵌岩深度：嵌入土层以下34m，其岩石的天然湿度下的单轴极限抗压强度不小于10Mpa。
3.2.2 桩基采用为单排桩形式，间距4.6m。桩基采用冲击钻进成孔。
4 施工要点及注意事项
有关空心板的施工工艺及质量检验标准，按《公路桥涵施工技术规范》、《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-98）及有关规定办理。
4.1 空心板开始全面预制之间，应对各种跨径的空心板先预制1～2片进行试验，以确定其力学性能的可靠性、施工工艺、运输和安装方法等。如发现不符合设计要求的现象，应采取适当措施进行处理，在试验时应注意观察以下几项：
1) 拆模后上缘、端部及其它部位有无裂缝发生。
2) 有无漏筋现象。
3) 空心板起吊、运输、安装时空心板有无扭曲，是否对空心板的结构安全产生危害。
4.2 预制空心板的底模、底座应平整、坚固，钢筋应采取点焊方式连接，以免振捣混凝土时移位。
4.3 空心板混凝土应采用较小的水灰比，并严格控制水泥用量，不宜过多，以减少混凝土的收缩和徐变，为改善混凝土的和易性，可掺入高效减水剂。
4.4 预制空心板顶面应进行拉毛处理，以便于梁顶面和桥面铺装层结合牢固。
4.5 施工时必须保证桩基与承台、盖梁与墩柱、墩柱与盖梁的刚性连接，尤其注意桩头与柱顶部的混凝土的质量。
4.6 所有墩的桩基均嵌入中风化泥岩，为确保质量，要求清洗钢筋笼，在成孔完毕和 清孔后应进行质量检验，灌注混凝土前应清孔。其它质量要求应符合《公路桥涵施工技术规范》的质量检验标准。
4.11 便于起吊，钻孔灌注桩的钢筋骨架可分节吊装，就地焊接，节段间主筋应对 准， 轴线应一致，焊接质量应符合规范要求。
上述说明未尽事宜，请按交通部部颁有关标准规范实施。

关键词
钢筋混凝土 预制 空心板 钻孔灌注桩
Abstract
A beam
1 Main material
1.1 Concrete
Upper part construction:Preparing the hollow plank in system adopts the No.40 concrete;Sprinkle now the sew to adopt the thin bone in No.30 anticipates the concrete;The bridge spreads to pack to adopt the No.30 pitch concrete, column pole and sidewalk plank adopts the No.25 concrete.
Lower part construction:Cover beam, the pillar of pier , all adopt the No.25 concrete;A foudition adopts the No.20 concrete.

1.2 Reinforcing bar:Diameter ≥ 12 ㎜ adoption Ⅱ class( defend to bump the 护 column reinforcing bar excepted), should meet the national standard( GB1499-1998) provision;Diameter ≤ 12 ㎜ adoption Ⅰ class, should meet the national standard( GB13013-1991) provision.
2 Bridge type construction
This bridge first step designs for hollow plank in reinforced concrete in type in 7 the 13 ms of ×ses of assembles bridge.That bridge adoption is juxtaposed the separation an arranges, left and right a bridge etc. is long, all for 91 ms.The lower part buttresses is a reinforced concrete circular a pillar type pier , pier pillar diameter 0.9 ms;The buttresses foundation is single to line up a row drills a hole the notes a foundation, a path 0.9 ms.
3 Design the important point
3.1 Hollow plank
3.1.1 This design main adoption handicraft calculation.The upper part is a hollow plank in reinforced concrete in assemble type.Prepare the plank of system high 1.00 ms, plank breadth 1.25 ms.
3.1.2 Add in pitch concrete bridge spread pack with the whole turn concrete establish waterproof layer in pitch ,1 ㎡ spread 0.52 waterproof pitchs, bridge pitch concrete with waterproof layer inpitch 4 the AST — of ‰s( press pitch weight ratio)31 the anti- of pitchs shell.
3.1.3 For alleviating the plank body self-respect and save material, cut digs empty circles two, dig empty parts of diameters 39 cms.
3.2 Buttresses
3.2.1 The buttresses cover beam is a continuous pier to cover the beam, pressing Chien a beam calculation cover dint inside the beam and pier pillar a face versa dint.
3.2.1 A foudtion rock depth:The buries the layer below a single stalk for, its rocky and natural degree of humidity descending extreme limit anti- presses the strength not smaller 10 Mpas.
3.2.2 A foudtion adoption is a single lining up a form, is apart from 4.6 ms.A foudtion adoption pounds at to drill into bore.
4 Construction important point and announcements
Concerning hollow knothole construction craft and quantity examination standards, press 《 highway bridge construction technique norm 》 , 《 highway engineering quantity examination to assess standard 》 ( JTJ071-98) and relevant provisions carry out.
4.1 The hollow plank beginning prepares completely a hollow plank for, replying the every kind of acrossing the path prepares first the system 1 ～ 2 slices of proceedings experiments, the dependable, construction craft, conveyance of then certain its mechanics function with install method etc..Not agree with such as the detection the phenomenon that match the design requests, should adopt the appropriate measure proceeds to handle, while experimenting should notice observational below several items:
1) Ascend the and carry after dismantling the mold department and other parts have no the crack occurrence.
2) Have no to leak the phenomenon of lie .
3) The hollow plank rises to mourn, transport, install the timespace heart plank has no the distortion, whether endanger to the safe creation in construction in hollow knothole.
4.2 Prepare the hollow knothole in system bottom mold, bottom should be neat, hard, the reinforcing bar should adopt to order the method of links, the in order to prevent flaps the concrete move.
4.3 The hollow plank concrete should adopt the small the ash of water compares, and strict control cement dosage, not proper and excessive, to reduce the constringency of the concrete to change with the 徐 , for improve the concrete of with easy, can add to reduce efficiently of water.
4.4 Preparing the hollow plank in system a should proceed to pull the hair handles, in order to spread to pack the layer combination with the bridge in the beam a firm.
4.5 While starting construction must guarantee a with accept the set, cover beam and the pillar of pier , the pillar of pier and cover beam of rigid connect, notice particularly a head with the quantity of the concrete of the pillar coping.
4.6 A foundition of all pier s all the turns the mire rock into the stroke, for insuring the quantity, the request washes the reinforcing bar cage, at the bore complete with the pure bore behind should proceed the quantity examine, the notes concrete front should pure bore.The other quantity request should match the quantity examination standard of the 《 highway bridge construction technique norm 》 .
4.11 It is easy to to rises to mourn, drilling a hole the reinforcing bar framework that note stake can divide the stanza mourns to pack, welding right on the spot, the stanza a main replies to allow, the stalk line is at the request of consistent, weld the quantity should match the norm.
The above elucidation did not do the affair, pleasing press relevant standard in Ministry of Transportation & Communications norm to put into practice.

Key phrase
The reinforced concrete prepares to make the hollow plank drills a hole the notes stake

目 录
l 上部结构设计计算书
一、设计资料 …………………………………………7
二、构造形式及尺寸选定 ………………………………7
三、截面几何特性计算 …………………………………7
四、内力计算 …………………………………………7
1 荷载产生的内力
2 可变荷载产生的内力
3 力组合
五、应力钢筋设计………………………………………11
1 预应力钢筋截面积的估算
2 预应力钢筋的布置
六、换算截面几何特性计算　……………………………12
1 换算截面面积
2 换算截面重心位置
3 换算截面惯矩
七、承载能力极限状态计算………………………………12
1 正截面强度验算
2 斜截面强度验算
八、预应力损失计算　…………………………………14
1 锚具变形引起的应力损失
2 热养护引起的应力损失
3 钢筋松弛引起的应力损失
4 混凝土弹性压缩引起的应力损失
5 混凝土收缩徐变引起的应力损失
6 预应力损失组合
九、正常使用极限状态计算…………………………………15
1 正截面抗裂性验算
2 斜截面抗裂性验算
十、变形计算 ………………………………………16
1 使用阶段的挠度计算
2 预应力引起的反拱度计算
十一、持久状况应力验算……………………………………17
1 跨中截面混凝土法向应力验算
2 跨中截面预应力钢绞线拉应力验算
3 斜截面主应力验算
十二、短暂况应力验算……………………………………18
十三、行车道板计算………………………………………18
1 自重荷载内力
2 活荷载内力
3 内力组合
4 配筋及承载力复核
十四、支座计算　…………………………………………19
1 选定支座的平面尺寸
2 确定支座的厚度
3 验算支座的偏转
4 验算支座的抗滑稳定性

l 下部结构设计计算书
一、基本设计资料…………………………………………20
二、盖梁计算 …………………………………………20
1 恒载内力计算
2 活载内力计算
3 内力组合计算
4 双柱反力计算
5 盖梁各截面内力计算
6 截面配筋及承载力复核
三、墩柱内力及配筋计算 ………………………………25
1 恒载内力计算
2 活载内力计算
3 内力组合计算
4 截面配筋及承载力复核
四、钻孔灌注桩计算……………………………………27
1 荷载计算
2 桩长计算
3 桩的内力及位移计算
4 桩顶纵向水平位移验算
5 桩身材料截面配筋与强度验算
l 致谢…………………………………………………………………35
l 参考文献……………………………………………………………35
l 附录…………………………………………………………………36

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精选资料

第一部分上部结构设计
一、设计资料：
设计荷载：汽车荷载公路—Ⅱ级，人群荷载：3.5KN/m2
标准跨径：20m
计算跨径：19.5m
桥面净宽：净9.0+2*1.5
主要材料：
1、 混凝土：主梁采用C50混凝土，铰缝采用C40混凝土，桥面连续，盖梁，墩柱采用C30，桩柱采用C25。
混凝土技术指标（MPa）
种类
设计强度
标准强度
弹性模量
轴心抗压
轴心抗拉
轴心抗压
轴心抗拉
C25
16.7
1.78
11.5
1.23
2.8*104
C30
20.1
2.01
13.8
1.39
3.0*104
C40
26.8
2.4
18.4
1.65
3.25*104
C50
32.4
2.65
22.4
1.83
3.45*104

2、 钢筋：预应力钢筋为刚绞线，普通钢筋有HRB400，HRB335，HRB235。
钢筋技术指标（MPa）
种类
弹性模量
抗拉设计强度
抗压设计强度
标准强度
Фj15
1.95*105
1260
390
1860
HRB400
2.0*105
330
330
400
HRB335
2.0*105
280
280
335
HRB235
2.1*105
195
195
235
施工工艺：先张法，采用一端锚固，一端张拉。
设计依据：
（1）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），简称（桥规）；
（2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ 023-85），简称《公预规》。
计算方法及理论：极限状态设计法
二、 构造型式及尺寸选定：
本桥净宽12m，采用12块预制的预应力混凝土空心板，每块板的宽为0.98m,采用先张法施工。桥梁横断面布置如下图

空心板的横断尺寸如下图

三、截面几何特性计算：
毛截面面积Ah=A-2(A1+A2+A3+A4)-A5
=9885-2（510/2+655/2+55/2+705）-²
=4404（cm²）
毛截面中心位置
全截面对底边的面积距S=98852/2-²45-2［5²/2（85-5+25/3）+565/2（1+65/3）705（70/2+15）+510/2（10+25/3）］
=177188.33cm²
毛截面重心离底边的距离dh=s/Ah=177188.33/4404=40.23cm
铰缝重心到底边的距离d铰=49666.67/1100=45.15cm
毛截面对重心的惯矩
中板：
四、内力计算：
1、上部恒载产生的内力
预制板自重中板：
边板：
桥面系自重：
人行道板及栏杆重力，参照其他桥梁设计资料，单侧重力取12 KN/m
行车道部分0.09923+0.1924=40.23 KN/m

铰缝自重：
上部恒载内力计算表
内力
弯距（KN·m）
剪力(KN)
L/2
L/4
L/2
L/4
0
g1
中板
523.319
329.489
53.674
60.383
107.347
边板
528.733
437.05
59.768
67.238
119.535
g2
中板
389.614
292.21
39.96
44.955
79.921
边板
389.614
292.21
39.96
44.955
79.921
g3
中板
912.933
684.699
93.634
105.388
187.268
边板
972.347
729.26
97.728
112.193
199.456

2. 基本可变荷载（活载）产生的内力
1).荷载横向分布系数：
空心板的荷载横向分布系数跨中和L/4处按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算，支点至L/4点之间按直线内插求得。
a.跨中及L/4处的荷载横向分布系数计算
首先计算空心板的刚度系数r：
r=π2EI/4GIT（b/L）2≈5.8I/IT（b/L）2
IT—空心板截面的抗扭刚度。参照《桥梁工程》，略去中间肋板将图1—2，简化成图1—4，按单：

本桥采用12块空心板，故采用划分板组的方法，将两块板合为一组作为一块宽板，板组的刚度系数

查《公路桥涵设计手册》（梁桥）上册，用内差求得横向分布系数如下表（
板组号
刚度系数
单位荷载作用位置（i号板中心）
1
2
3
4
5
6
1
0.05516
354.84
254.13
158.45
103.39
72.84
59.36
2
0.05516
254.13
257.16
198.55
127.94
89.87
72.84
3
0.05516
158.45
198.55
226.13
184.55
127.94
103.39
各板的横向分布系数影响线及横向最不利布载见图

1组

2组

3组

b.支点处的荷载横向分布系数
支点处的荷载横向分布系数按杠杆原理法计算。

空心板的荷载横向分布系数：

2.活载内力计算
a.冲击系数的计算
中板：

边板：

b.公路—Ⅱ级集中荷载的计算
计算弯矩效应时：
计算剪力效应时：
人群荷载：3
c.内力影响线面积计算
截面
影响线面积
影响线图式
Ml/2

Ql/2

Ql/4

Ml/4

d.横向分布系数总汇
荷载类别
单位荷载位置
1
2
3
4
5
6
mc
mo
mc
mo
mc
mo
mc
mo
mc
mo
mc
mo
公路—Ⅱ级
0.466
0
0.466
0.25
0.501
0.5
0.501
0.5
0.343
0.5
0.343
0.5
人群
0.422
0.75
0.422
0.25
0.325
0
0.325
0
0.253
0
0.253
0
汽车荷载：
人群荷载：
f.1、2号板跨中弯矩、剪力，1/4截面弯矩计算
截面
荷载类型
qr或qk
Pk

(1+ )

mc

或y

S
Si
S
Ml/2
公路—Ⅱ级
7.875
178.5
1.244
0.466
47.53
216.983
721.43
4.875
504.451
人群
4.5

0.422
47.53
90.259
Ql/2
公路—Ⅱ级
7.875
214.2
1.244
0.466
2.438
11.129
73.216
0.5
62.083
人群
4.5

0.422
2.438
4.629
Ml/4
公路—Ⅱ级
7.875
178.5
1.244
0.466
35.65
162.748
514.48
3.66
378.726
人群
4.5

0.422
35.65
67.699
同理计算3、4，5、6号板的内力
跨中弯矩、剪力，1/4截面弯矩汇总表
截面
荷载类型
板号
1、2
3、4
5、6
Ml/2
公路—Ⅱ级
721.434
775.619
530.238
人群
90.259
69.512
54.113
Ql/2
公路—Ⅱ级
73.216
78.715
53.812
人群
4.629
3.566
2.7
Ml/4
公路—Ⅱ级
541.475
582.143
397.972
人群
67.699
52.138
40.5875

e.支点剪力计算：
m变化区荷载重心处的内力影响线坐标：
汽车荷载剪力

人群荷载：

同理计算出2到6号板的剪力
支点剪力汇总表
板号
剪力（KN）
Qo均
Qo集
Qoq
Qor
1
34.27
0
34.27
21.83
2
39.76
66.62
106.38
14.26
3.4
47.83
133.23
181.062
10.98
5.6
36.18
133.23
169.41
8.55

3.内力组合
空心板各截面活载内力表
板号
荷载类别
Ml/4
Ml/2
Ql/2
Q0
1
公路-Ⅱ级
541.47
721.43
73.21
34.27
人群
67.7
90.26
4.63
21.83
2
公路-Ⅱ级
541.47
721.43
73.21
106.38
人群
67.7
90.26
4.63
14.26
3
公路-Ⅱ级
582.14
775.62
78.72
181.06
人群
52.14
69.51
3.57
10.98
4
公路-Ⅱ级
582.14
775.62
78.72
181.06
人群
52.14
69.51
3.57
10.98
5
公路-Ⅱ级
397.97
530.24
53.81
169.41
人群
40.59
54.11
2.78
8.55
6
公路-Ⅱ级
397.97
530.24
53.81
169.41
人群
40.59
54.11
2.78
8.55
内力组合时按最不利荷载组合设计

编号
荷载类型
Ml/4
Ml/2
Ql/2
Q0
①
机构自重
729.26
912.933
199.456
97.73
②
公路-Ⅱ级
582.14
721.43
181.06
78.72
③
人群
67.7
90.26
21.83
4.63
④
1.2*①
875.11
1095.52
239.35
117.28
⑤
1.4*②
815
1010
253.48
110.21
⑥
0.8*1.4*③
84.92
101.09
24.45
5.19
⑦
基本组合S=④+⑤+⑥
1775.03
2357.78
517.28
232.68
⑧
短期组合
1124.53
1409.14
323.17
146.66
⑨
长期组合
943.52
1181
266.41
124.89

五.预应力钢筋的设计
1.预应力钢筋截面积的估算
本设计先张法预应力空心板桥的预应力钢筋采用钢绞线，沿空心板跨径方向（桥梁纵向）采用直线布置。
在跨中截面抗弯能力极限状态下，预应力钢筋达到抗拉设计强度。在这里近似将图1-2所示的空心板截面等效成工字形截面，并根据“公预规”第3.2.2条取空心板受压翼缘计算宽度bi`=98cm，且忽略铰缝，如图1-9所示：

则等效工字形的上翼缘板厚度：
等效工字形的下翼缘板厚度：
等效工字形截面的肋板厚度为：
估算预应力钢筋面积Ay时，设预应力钢筋布置在空心板下部一排，并假定预应力钢筋重心距板下边缘距离为ay,取ay=5cm,则板的有效高度ho=h-ay=81cm,根据跨中截面正截面抗裂要求。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：

则
拟采用钢绞线，单根钢绞线的的公称截面面积，抗拉强度标准值，张拉控制力取，预应力损失按张拉预应力的20%估算
所需预应力钢绞线的根数为：

用19根钢绞线， 预应力钢筋重心距底边缘为
设计值取4cm
2.预应力钢筋的布置

六.换算截面几何特性计算
1. 换算截面面积

2.换算截面重心位置
参见空心板截面换算图，预应力钢筋换算截面对空心板截面重心的静矩为：

则换算截面重心至毛截面重心的距离为：（向下移）
得换算截面重心至空心板截面下缘的距离为：
得换算截面重心至空心板截面上缘的距离为：
预应力钢筋重心至换算截面重心的距离为：
3.换算截面惯矩

换算截面弹性地抗矩：
上缘：
下缘：
七.承载能力极限状态计算
1.跨中截面正截面强度验算
一般仅需对简支桥的跨中截面（控制截面）进行正截面强度验算。空心板跨中截面受压翼缘宽度bi=98cm，截面有效高度ho=h-ay=85-4=81cm，50号混凝土Ra=22.4MPa，钢绞线的抗拉设计强度Ry=1260MPa，跨中截面最大计算弯矩M d=2357.78KN.m。仍采用将空心板截面等效成工字形截面的方法进行，则hi=9.5cm,b=33.6cm，取而：
由计算得：
即说明混凝土受压区高度x在腹板内，得

则空心板跨中截面的抗弯承载能力为：

故空心板正截面强度满足要求。
2.斜截面抗剪承载力计算
截面抗剪强度上、下限复核
选取距支点h/2处截面进行斜截面抗剪承载力计算。

式中：Vd—验算截面处的剪力组合设计值，由支点及跨中借剪力内插得到距支点h