桥梁下部结构设计——毕业设计.doc

。建筑工程系道路桥梁工程技术专业毕业设计：钢筋混凝土简支梁桥下部结构设计（一）毕业设计原始资料1. 道路等级：乡村道路； 2. 桥面横坡：设置1.5的人字坡；3. 横向布置：0.5m(防撞墙)+7.5m(车行道)+0.5m(防撞墙)，桥梁全宽8.5m.；4. 设计荷载：公路-级；5. 桥面铺装：12cm厚C40防水钢筋混凝土及涂HM1500防水剂； 6. 桥梁孔跨布置：本桥为上跨铁路而设，设3-20m 预应力混凝土空心板梁，桥面连续;7. 桥梁线形：本桥位于直线上，与铁路正交；8. 地震基本烈度：8度。地质情况详见：桥梁工程地质纵断面图。（二）、毕业设计的任务与内容1. 桥墩和基础的方案比选；2. 盖梁设计；3. 桥梁墩柱设计；4. 基础（钻孔灌注桩）设计；5. 施工组织设计；6. 设计图纸：桥梁总体布置图、盖梁配筋图、桥墩构造图、桥墩配筋图、基础构造图、基础配筋图。目录摘要Abstract前言第一章 设计资料与方案比选11.1设计资料与方案必选11.1.1设计标准及上部构造11.1.2水文地质条件11.1.3材料11.1.4下部结构比选11.1.5桥梁下部构造尺寸3第二章 盖梁计算32.1 荷载计算32.1.1上部构造永久荷载表32.1.2 盖梁自重及作用效应计算42.1.3 可变荷载计算52.1.4 双柱反力Gi的计算122.2 内力计算122.2.1 恒载加活载作用下的各截面内力122.2.2 盖梁内力汇总表142.2.3 盖梁各截面的配筋设计及承载力校核15第三章 桥墩墩柱设计173.1 荷载计算173.1.1 恒载计算173.1.2 活载计算173.1.3 双柱反力横向分布计算173.1.4 荷载组合183.2 截面配筋计算及应力验算193.2.1 作用于墩柱顶的外力193.2.3 截面配筋计算20第四章 钻孔灌注桩计算224.1 荷载计算224.1.1 每一根桩承受的荷载224.2 桩长计算244.3 桩的内力计算254.3.1 桩的计算宽度b的确定254.3.2 桩的变形系数254.3.3 地面以下深度z处桩身截面上的弯矩Mz与水平压应力zx的计算254.3.4桩身截面配筋与承载力验算274.3.5墩顶纵向水平位移验算29第五章 施工组织设计325.1 施工内容325.2施工方法及工艺325.3劳动力、工期、设备投入计划355.4质量管理体系及保证措施365.5安全文明保证措施37谢词40参考文献41摘要本次设计的课题是混凝土简支梁桥下部结构，本设计选择部分混凝土简支梁桥为方案进行下部结构设计。桥梁下部结构考虑是否得当，对工程造价、质量、工期及使用影响很大。在设计中，首先根据地质条件选择适合本桥的桩基础，比较常用的桥墩形式，经过方案必选后选择合适的桥墩，方案确定后再从上到下开始计算。首先是盖梁的计算，着重计算盖梁在使用过程中上部构造恒载、盖梁自重以及汽车及防撞墙荷载的作用，通过荷载集度进行盖梁内力的计算，然后是盖梁的配筋，经过盖梁内力计算对盖梁进行配筋及承载力校核；其次是桥墩的计算，桥墩的计算主要是桥墩所受的恒载、活载的的计算及双柱反力的计算，然后是配筋计算及应力验算；最后是钻孔灌注桩的计算，主要是桩长的计算，桩长根据单桩容许承载力的经验公式确定桩长，桩内力的计算主要是用m法，根据m法确定的桩的内力进行桩筋的设计及强度验算。关键词：简支梁桥；盖梁；桥墩；钻孔桩基础AbstractThis design is the subject of the Ministry of concrete beams under the bridge structure, part of the design choices for the concrete bridge beams for the lower part of the program design. Bridge substructure to consider it properly, on the project cost, quality, duration and the use of significant influence.In the design, first select the appropriate geological conditions under the bridge foundation, the more common form of bridge piers through the program will select the appropriate pier after the election, from top to bottom and then start to identify the program. First, cover the calculation of beam, capping beam focused on computing in the course of the superstructure dead load, and the cap beam weight load of vehicles and the role of anti-wall, through the load set cover degree of internal force calculation, then the cap beam reinforcement After calculation of the cap cover Sommer beam reinforcement and capacity check; followed by the calculation of the pier, main pier pier suffered calculated dead load, live load of the calculation and the calculation of double-column reaction, and then is the reinforcement calculation and stress check; Finally, the calculation of bored piles, pile length is mainly the calculation of allowable bearing capacity of pile length the experience under the pile formula to determine the length of the pile, piles is mainly used m the calculation method, based on m method to determine the internal forces pile and pile reinforcement design strength checking.Key words: simply supported beam bridge; cap beam; pier; bored pile foundation前言随着我国社会的发展与进步和人民生活水平的日益提高，交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注，桥梁有事现代交通中不可缺少的组成部分，与此同时，桥梁建设得到了迅猛发展，我国桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观的桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。本设计为混凝土简支梁桥下部结构设计，是根据公路桥涵设计手册系列丛书，以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。在设计过程中，还参考了诸多如桥涵工程、土力学、基础工程、桥涵水文、桥梁结构力学、专业英语等相关书籍和文献。设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全、稳定和耐久的标准。在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。设计时还充分考虑桥梁所处区域施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观与社会经济性，既要设计合理，又要起到良好的社会经济效益。的地质和水文条件，既保证符合规范要求，同时保证因地制宜并且便于第一章 设计资料与方案必选（一）、设计标准及上部构造道路等级：乡村道路桥面横坡：设置1.5%的人字坡横向布置：0.5m（防撞墙）+7.5m（车行道）+0.5m（防撞墙），桥梁全宽8.5m设计荷载：公路级桥面铺装：12cm厚C40防水混凝土及涂HM1500防水剂桥梁孔跨布置：本桥为上跨铁路而设，设320m预应力混凝土空心板桥，桥面连续桥梁线性：本桥位于直线上，与铁路正交地震烈度：8度地质情况详见：桥梁工程地质纵断面图（二）、水文地质条件拟建桥址位于毛茨坪村附近，地形属微型黄土塬上，地形平坦、地势开阔、交通方便。桥址区地层主要有第四系全新统土更新风积砂质黄土、粗圆砾土、卵石土、基岩为第三系中新统砂岩。本段属喜马拉雅期轻微的褶皱构造，主要为石门沟向斜，该向斜对本桥无影响，本桥址区无重大地质构造，本区地震基本烈度八度，地震动反应谱特征周期0.45s。桥址区地表水及地下水均不发育。桥址区未发现有不良地质现象，桥址区特殊岩土为湿陷性黄土，桥址区地表广泛分布的砂质黄土均具湿陷性，湿陷等为级（严重）自重湿陷性，湿陷土层厚度3039m。（三）、材料混凝土：盖梁、桥墩用C35混凝土，系梁及基础用C30混凝土。（四）、下部结构比选桥梁的支撑结构为桥墩和桥台。桥墩是多跨桥的中间支撑结构。桥台是桥梁两端桥头的支撑结构，是道路与桥梁连接点，桥头和桥墩都是由台（墩）帽、台墩身和基础组成。桥墩的作用是支撑在它左右两跨的上部结构通过支座传来的矗立力和水平力，由于桥墩建筑在江河之上。因此它还要承受流水压力。水面以上的压力和可能出现的水压力 。船只等的撞击力。所以桥墩在结构 上必须有足够的稳定性。在布设上考虑桥墩与河水的相互影响，既水流冲刷桥墩和桥墩出水的问题，在空间上应满足通航和同车要求。具体桥梁建设时采用什么类型的桥墩。应依据地质、地形及水文条件。墩高、桥跨结构要求及荷载性质及大小，通航和水面漂浮物等，桥跨以及施工条件等因素综合考虑。但是在同一座桥梁内，应尽量减少桥墩的类型。（1）实体试桥墩：主要特点是依靠自身重量来平衡外力而保持稳定。它一般适宜荷载较大的大、中型桥梁，或流冰、漂浮物较多的江河中。此类桥墩的最大缺点是圬工体积大，因而其自重大阻水面积也较大。有时为了减轻墩身体积，通常将墩顶部分做成悬臂式的。（2）空心试桥墩：它克服了实体试桥墩在许多情况下材料强度得不到充分发挥的缺点，而将混凝土和钢筋混凝土做成空心薄臂结构等形式，这样可以节省圬工材料，还减轻重量，其缺点是经不起车辆和漂浮物的撞击。（3）柱式桥墩：有单柱式、双柱式、哑铃式和混合式四种，单柱式桥墩在水流与桥轴线斜交角度大及曲线桥梁中用的较多，双柱式桥墩是桥梁建筑中采用较多的一种形式，它具有施工方便、造价低和美观等优点，在有严重漂浮物或流冰的河流上或墩身较高时可采用哑铃是或混合式。基础一般是桥梁建筑中最困难的部分，往往影响工期和造价、施工时的安全与整个梁的安全性，因此基础形式的选择需十分慎重。基础形式的选择主要根据地质条件、上部构造、受力要求、水文情况、施工设备等条件来考虑。（1）明挖基础：在较好持力层且基础埋置深度浅时，采用明挖基础是很经济的，选择明挖基础方案必须注意开挖时的排水可能性，埋深在5m以内时，明挖基础方案较为经济，但当地下水与渗流速度较低，坑壁稳定时，甚至埋深达到10m左右时亦是经济的。（2）钻孔灌注桩：钻孔灌注桩适合于缺乏打桩设备或遇到打入困难的地质条件时以及需嵌入岩石的桩基中采用。它具有施工机械简单、造价低、便于群众性施工等特点，因而已成为我国桥梁的主要形式，目前公路桥中钻孔灌注桩的入土深度已达107m，最大桩径已达4m。（3）沉井基础：沉井基础是一种沉基础，它利用预制好的井筒下沉到一定的深度，再在井内修筑基底，沉井在下沉中起挡土挡水作用，往往本身也构成桥墩基础的一部分，它的施工设备比较简单，但施工周期长。沉井一般用于穿越砂性土、粘性土、软土和无大漂石的沙砾、碎卵石土层以使其达到设计要求的承载力较大的图层上。沉井一般用在上部构造垂直反力与水平力均较大，并需把基础埋设到深层较坚硬的持力层上时采用。当覆盖层为1012m时，施工较为方便；持力层较深，采用沉井基础方案，亦可能是经济的。由上面各种桥墩、基础的比较，根据水文地质条件，造价和技术以及本路段填土和上部构造手里等要求，应选用双柱式桥墩，混凝土灌注桩基础。第二章 盖梁设计一、 荷载计算图2-1 （单位：cm）1. 上部结构永久荷载（见表2-1）表2-1每片边梁自重（KN）每片中梁自重（KN）一孔上部构造自重（KN）每一个支座恒载反力（KN）1,8号2,3,4,5,6,7号13.2511.891952.89边梁 1,8号中梁3,4,5,6,7号132.24118.662盖梁自重及作用效应计算(1/2盖梁长度) 盖梁自重产生的弯矩，剪力效应计算 表22截面编号自重（kN）弯矩（kNm）剪力（kN）V左V右1-1-14.85-14.852-2-34.2-34.23-3-93.6126.94-494.594.55-500q1+q2+q3+q4+q5=220.5kN2. 可变荷载计算1) 可变荷载横向分布系数计算：荷载对称布置时用杠杆法，非对称时用偏心受压法。l 公路级a. 单车列，对称布置（如图2-3）图2-3b. 双车列,对称布置时(如图2-4)图2-4c. 单车列,非对称布置(如图2-5)图2-5（单位：cm）由,已知 n=8，e=2.35 d.双列车，非对称布置（如图2-6）图2-6（单位：cm）已知：=8，e=0.8 ，则l 防撞墙荷载1) 两侧有防撞墙荷载，对称布置时（如图2-7）图2-7（单位：cm） 2） 按顺桥向可变荷载移动情况，求的支座可变荷载反力的最大值（如图2-8）图2-8（单位：m）a.公路级双孔布载单列车时：双孔布载双列车时： 单孔布载单列车时： 单孔布载双列车时：b. 防撞墙荷载（如图2-9）图2-9（单位：m） 双孔满载时（一侧）:3）可变荷载横向分布系数后各梁支点反力（计算的一般公式为），见表2-3各梁支点反力计算 表2-3 荷载横向分布情况公路级（kN）防撞墙荷载（kN）计算方法荷载布置荷载分布系数单孔双孔双孔BR1BR1BR1对称布置按杠杆法计算单列行车公路级1=02=03=0.24=0.35=0.36=0.27=08=0255.280051.0676.5876.5851.5800332.060064.4196.6296.6264.4100双列行车公路级1=02=0.4753=0.14=0.4255=0.4256=0.17=0.4758=0510.560242.5251.06216.99216.9951.06242.520664.120315.4666.41282.25282.2566.41315.460防撞墙荷载1=1.52=-0.53=04=05=06=07=-0.58=1.5146.25219.38-73.130000-73.13219.38非对称布置按偏心受压法计算单列行车公路级1=0.3212=0.2653=0.2094=0.1535=0.0976=0.0417=-0.0158=-0.071255.2898.0388.3378.6368.9358.7149.0139.3129.61332.06106.5988.0069.4050.8132.2113.61-4.98-23.58双列行车公路级1=0.1922=0.1733=0.1544=0.1355=0.1156=0.0967=0.0778=0.058510.56664.12127.51114.89102.2789.6676.3763.7651.1438.52 4）各梁永久荷载，可变荷载及力组合：计算见表2-4，表中均取各梁的最大值，其中冲击系数为： 1+=1+0.2=1.2各梁永久荷载，可变荷载基本组合计算表（单位：KN）表2-4编号荷载情况1号梁R12号梁R23号梁R34号梁R45号梁R56号梁R67号梁R78号梁R8恒载264.47237.32264.47公路级双列对称0378.5579.69338.70338.7079.69378.550公路级双列非对称153.01137.81122.72107.5991.6476.5161.3746.22防撞墙荷载219.38-73.130-73.13219.38二期荷载71.86+555.71614.6388.87647.88647.88388.87614.6555.71+708.72373.92431.9416.77400.82385.69297.42601.93 4双柱反力Gi计算（图10），所引用的各梁反力见表2-5 表2-5荷载组合情况计算式反力G1（KN）组合公路级双列对称防撞墙荷载2207.06组合公路级双列非对称防撞墙荷载1945.25二内力计算1.恒载加活载作用下各截面的内力 （1）.弯矩计算（图2-10）图2-10（尺寸单位：cm）截面位置见图2-10，为求得最大弯矩值，支点负弯矩取用非对称布置时数值，跨中弯矩取用对称布置时数值。 按图2-10给出的截面位置，各截面弯矩计算式为: 各种荷载组合下的各截面弯矩计算见表2-6。（注意的是，表中内力计算未考虑施工荷载的影响。）各截面弯矩计算 表2-6荷载组合情况墩柱反力（kN）梁支座反力（kN）各截面弯矩（kNm）G1R1R2R3R42-23-34-45-5组合公路级双列对称2207.06555.71614.6388.87647.88-27.79-731.26-109.21797.86组合公路级双列非对称1945.25708.72373.92431.9416.77-35.4-871.12-353.55299.78 (2).相应最大弯矩时的剪力计算一般计算公式有： 截面1-1：V左=0，V右=0截面2-2：V左=V右=-R1截面3-3: V左=-R1-R2,V右=-R1-R2+G1截面4-4: V左=-R1-R2+G1，V右=-R1-R2+G1截面5-5: V左=-R1-R2-R3-R4+G1 ,V右=-R1-R2-R3-R4+G1 计算值见表2-72.盖梁内力汇总 表中各截面内力均取表2-5和表2-6中的最大值。按表2-8可绘制内力计算的包络图。各截面剪力计算 表27 荷载组合情况组合公路级组合公路级墩柱反G1(KN)2207.061945.25梁支座反力（KN）R1555.711945.25R2614.6373.92R3388.87431.9R4648.88416.77各截面弯矩（KN.m）11V左00V右0022V左-555.7-708.72V右-555.71-708.7233V左-1170.31-1082.6V右1036.75862.6144V左1036.75862.61V右1036.75962.6155V左013.94V右013.94 盖梁内力汇总 表2-8截面号内力1-12-23-34-45-5弯矩（KN/m）M自重-2.82-12.48-82.77-16.3566.34M荷载0-35.44-871.12-353.55799.86M计算-2.82-47.92-953.89-369.9866.2剪力（KN）V自重左-14.85-34.2-93.694.50右-14.85-34.2126.994.50V荷载左0-708.72-1170.311.36.7513.94右0-708.721036.751036.7513.94V计算左-14.85-742.92-1263.911131.2513.94右-14.85-742.921163.651131.2513.94三截面配筋设计与承载力校核采用C35混凝土，主筋选用HRB335，保护层5cm（钢筋中心至混凝土边缘）。， 1.正截面抗弯承载能力验算 以下取3-3截面作配筋设计，其他截面雷同，在此不做详细计算。 已知： 取 ， 即： 解得 用钢筋，其根数根.实际选用12根，配筋率： 该截面实际承载力表29 就正截面承载能力与配筋率而言，配筋设计满足公预规要求，其他截面的配筋设计如表2-9所示。各截面钢筋数量表 截面号M（）所需钢筋面积所需钢筋（根数）实际选用含筋率（）根数1-1-2.827.811.6944.180.2732-2-47.921.490.31154.000.2613-3-953.89306.11258.910.2854-4-369.911.552.41258.910.2855-5864.227.225.51258.910.285 对比可知，原标准的钢筋是适合的，均大于计算值。 2斜截面抗剪承载能力验算 按公预规5.2.10条要求，当截面符合：可不进行斜截面抗剪承载能力计算，仅需按公预规9.3.13条构造要求配箍筋。 式中：预应力提高系数，本例取其为1.0， 混凝土抗拉设计强度，取其为1.52MPa 公预规:对于板式受弯构件，公式右边计算值可乘以1，25的提高系数。 对于1-1截面： 按公预规5.2.10条规定： 本例可按构造要求设置斜筋与箍筋，见图2-11所示。图2-113.全梁承载力校核 已知一根主筋所能承受的弯矩值为其中代入后得。第三章 桥墩墩柱设计 墩柱一般尺寸见图3-1所示 ，墩柱直径为120cm，用C35混凝土，让R235钢筋. (一).荷载计算 1.恒载计算 由前式计算得：（1）.上部构造恒载，一孔重：1952.86KN（2）.梁盖自重（半根梁盖）：253.8KN（3）.横系梁重：105 KN（4）.墩柱自重：0.6925=254.47 KN（5）.防撞墙自重：146.26 KN（6）.二期荷载：71.868=574.88 KN作用墩柱底面的恒载垂直力为： 2.活载计算 荷载布置及前述情况见图3-3图3-5，由盖梁计算得知：（1）公路级 单孔荷载 单列车时：， . 相应的制动力：. 按公预规4.3.6制动力不小于90kN.故取制动力为90kN. 双孔荷载 单列车时：，. 相应的制动力：90KN,取制动力为90 KN.按公预规4.3.6制动力不小于90KN，故取制动力为90KN。（2）防撞墙荷 双孔荷载时（单侧）：, . 汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大反力值，即产生最大的墩柱垂直力，汽车荷载中单孔荷载产生最大偏心弯矩，即产生最大墩柱.3.双柱反力横向分布计算.（汽车荷载位置见图3-1）图3-1（尺寸单位：m） （1）单列车时： 双列车时： （2）防撞墙荷载： 双侧时：4.荷载组合（1）最大最小垂直反力时，计算见表3-1.可变荷载组合垂直反力计算（双孔） 表3-1编号荷载状况最大垂直反力（KN）最小垂直反力（KN）横向分布横向分布1公路级单列车1.00398.470.0002双列车0.67533.950.33262.993防撞墙设计双侧0.50146.260.50146.25表中汽车-级已乘以冲击系数， (2)最大弯矩时，计算见表3-2 可变荷载组合最大弯矩计算（单孔） 表3-2编号荷载情况墩柱顶反力计算式垂直力（kN）水平力H（kN）对柱顶中心弯矩（kNm）2.12H1单孔单列车306.340306.3445107.2295.42单孔双列车410.49202.18410.4945143.6795.4 表4-2内水平力由两墩柱平均分配.(二).截面配筋计算及应力验算 1.作用于墩柱顶的外力（图3-2）图3-2（1）垂直力 最大垂直力： （2）H=45kN （3）弯矩： 2.截面配筋计算 已知墩柱顶用C35混凝土，采用24根直径为25cm的二级钢筋.则纵向钢筋配筋率.由于.内插法计算偏心增大系数. (1).双孔荷载，按最大垂直力时,墩柱顶按轴心受压构件验算.根据公预规5.3.1条： (2).单孔荷载，最大弯矩时，墩柱顶按小偏心受压构件验算： 故 ，根据公预规5.3.9条偏心受压构件承载力计算应符合下列规定： (其中公预规5.3.9规定,轴向力的偏心矩，应乘以偏心矩增大系数，其中按5.3.10条的规定计算.)则设按公预规提供的附录C表C.0.2“圆形截面钢筋混凝土偏压构件正截面抗压承载力计算系数”表，经试算查得各系数A,B,C,D为：设 ，A=2.0306;B=0.6136;C=1.5013;D=1.2086 则 墩柱承载力满足规范要求。 第