公路人行桥梁设计含计算书---毕业设计.docx

第一章 设计资料及总体说明第一节 设计资料一、主要技术指标及材料 标准跨径：9.2m 计算跨径：8.8m 桥面净宽：9.5+21.5m 汽车荷载：公路级 砼标号：预制行车道板采用C30砼，桥面铺装及接缝亦用C30砼，人行道及栏杆用C25砼。 钢筋：主筋用级钢筋，箍筋及架立钢筋用级钢筋。二、工程地质条件 本工程桥基地层由第四纪全新统冲洪积层组成，高程787.2米至786.5米为表层腐殖土层；786.5米至780.0米为粗砾砂层；780.0米至777.0米为卵砾石层；777.0米以下为黄土状亚粘土层。桥基位于粗砂砾层上，地基容许承载设计采用值210KN/m2。地下水位埋深与地表水位相同。三、技术标准及设计规范公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），简称桥通则公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）桥梁工程（2008）姚玲森主编，人民交通出版社桥梁计算示例集（板桥）易建国主编，人名交通出版社第二节、注意要点一、设计要点1、 本工程道路中心线与规划的大王路中心线一致，与河道中心线的夹角为864258，桥面中心线坐标为（X=62203.413 Y=15707.618），斜交角为31702。2、 桥位处河道底坡5.8%，大合集洪水流量Q=2665米3/秒（五十年一遇洪水），设计洪水位788.93米。3、 桥的上部结构为装配式钢筋混凝土空心盖板，下部结构采用轻型墩台，净跨径为8.53=25.5米。4、 设计中行车道板的有效厚度计入铺装，且接缝处设钢筋网，故桥面混凝土铺装层需为全桥板铺设，而沥青混凝土只铺装桥面净宽9.5米范围内。5、 人行道与行车道分界处及人行道两端设C25混凝土路缘石，采用预制装配式结构。6、 人行道设在铺装层上，由水泥矿渣填料上铺6厘米厚的C25混凝土及2厘米厚的水泥砂浆饰面层组成。人行道做成向内倾斜1%的横向排水坡度。7、 桥面设1.5%的横向排水坡度，板厚不变，将三角垫层设在墩台帽上，三角垫层由距桥墩台中心5米起到桥墩台中心。在三角垫层上设一厘米厚油毛毡垫层。8、 桥面行车道边缘板在板跨中央设竖直铸铁泄水管，在预制行车道板时预留，两边各1个，共6个，沥青混凝土在泄水孔周围找平。9、 桥上栏杆及翼墙顶栏杆均采用预制装配式结构，并用豆青色水刷石饰面。二、施工要求1、 预制板面块件必须在砼强度达到设计强度的75%后，方可脱模，脱模后即可浇筑封头砼。堆放时，必须在块件端锚栓孔附近两点支撑，不到上下倒置。2、 为使桥面铺装与桥面板紧密结合，预制桥面板时顶面必须拉毛，可采用垂直于跨径方向的划槽，深0.5-1厘米，每延米板桥长不少于10-15道，严防板顶滞留油腻。3、 浇筑桥面板间铰缝及桥面铺装前，必须用钢刷清除结合面上的浮皮，接缝处的钢筋网按图弯折搭接并以铁丝绑扎，再将桥面及板间接缝冲洗充分湿润后，浇接缝处30号小石子混凝土振捣密室，桥面铺装在填接缝砼终凝之前完成。并注意钢筋位置及振实养护工作。4、 施工时应注意各种预埋件预埋孔的设置。5、 预制芯模宜采用钢管芯模成孔，若采用充气橡胶气囊芯模成孔，应附加固定芯模钢筋。6、 桥面横坡由墩台帽上加筑的三角垫层形成，墩台上锚栓孔的位置应按上部结构的锚栓孔位置预留之。7、 锚固桥面板的锚栓孔桥面板与桥台背面以及相邻两跨面板见的缝隙均用25号小石子混凝土填实。8、 桥台后填土必须在上部桥板锚栓孔及其端头缝隙中填塞的小石子混凝土达到设计强度75%后进行，并应在两端桥台同时填土分层夯实。9、 基础施工时，要采取有效的排水措施，严格控制地下水位并防止地面水灌入。10、空心桥面板采用钢丝捆绑吊装方法，捆绑位置在距板端约50厘米处，不能采用抗震锚栓孔捆绑起吊。11、桥面铺装未达到75%设计强度时，不容许车辆行驶。12、桥面人行道路缘石与桥面铺装用C25水泥砂浆粘结及勾缝，栏杆采用豆青石水刷石饰面。13、护坦及翼墙等切体采用C20水泥砂浆片石，外表部分才用C20水泥砂浆勾平缝，片石极限强度不低于40兆帕，厚度不小于15厘米，片石之间要相互嵌紧塞严，上下错缝，内外搭接，砂浆饱满。第二章 上部结构第一节 面板截面及构造说明图2-1 中部块件横截面构造及尺寸（单位：cm） 图2-2 边部块件横截面构造及尺寸（单位：cm）说明：1、桥面共由8块中部块件及2块边部块件安装组成。2、桥面横坡1.5，由墩台帽顶部三角垫层形成。3、在预制人行道板时，应预留泄水管孔洞。4、人行道栏杆采用预制块件。4、其他未尽事项，详参各设计图。5、主梁预制尺寸、梁长等详见设计图。第二节 桥面板设计过程一、毛截面几何特性（一） 毛截面面积计算(参见图2-1) =367602mm2（二）毛截面重心位置全断面对1/2板高处的静矩：对称部分消去，即只计算铰对1/2板高的静矩。 =2387734.67mm3铰面积： 则毛截面重心离板高1/2处的距离为： 铰重心对1/2板高的距离： (三)毛截面对重心的惯矩每个挖空的圆对自身的惯矩： 由此得毛截面惯矩为： =935.89103cm4二、内力计算（一）、永久荷载（恒载）作用下1、桥面系：人行道、栏杆：参照其他桥梁取用，单侧为12.5KN/m桥面铺装：（0.069.51.024+0.039.51.022）=19.95 KN/m将人行道、栏杆重及桥面铺装层重均摊到每块板的每延米长度上得： g1=(212.5+19.95)/10=4.495 KN/m2、铰和铰缝：g2=21805.452410-6=0.725 KN/m3、行车道板：g3=367602 2410-6=9.25KN/m则恒载总重：g1+g2+g3=4.495+0.725+9.25=14.47 KN/m荷载g（KN/m）L(m)M(KN.m)Q(KN)跨中gl2/8l/4点3gl2/32支点gl/2l/4点gl/414.478.8140.07105.0563.6731.84表2-1 恒载内力计算表（二）、基本可变荷载（活载）计算1、荷载横向分配系数跨中及四分点的荷载横向分配系数按铰接板法计算，支点的荷载横向分配系数按杠杆法计算。（1）、跨中和四分点的荷载横向分配系数： 按桥梁工程（2008年版） 式（2-5-51） 式中：I=935.89103cm4 IT板截面的抗扭刚度，这里将板截面简化为图2-3 图2-3 简化截面图则按桥梁工程（2008年版） 式（2-5-55）得： =4702528.06cm4代入式（2-5-51）得： =0.0229由刚度系数g =0.0229及板块数n=10,计算出各板的跨中荷载横向分布影响线竖标值。见表2-2再根据各板的跨中荷载横向分布影响线竖标值绘出各板的横向分布影响线，且直接在其上布置荷载见图2-4hi1hi2hi3 hi4hi5hi6hi7hi8hi9hi10板1247200148110082062048039033030板2200195162120090068053042036033板3148162168142106081062050042039板4110120142154132100078062053048板5082090106132148130100081068062表2-2（注：表中的h值为小数点后的三位数，如148即为0.148）按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）规定沿横向确定最不利荷载，计算各板的跨中荷载横向分布系数如下：一号板： mcq=(0.195+0.127+0.094+0.062)=0.239 mcr=0.243+0.03=0.273图2-4 各板的跨中荷载影响线(横向单位：mm)二号板： mcq=(0.192+0.139+0.103+0.068)=0.251mcr=0.2+0.033=0.233三号板： mcq=(0.163+0.154+0.121+0.081)=0.2595mcr=0.149+0.039=0.188四号板： mcq=(0.122+0.148+0.141+0.1)=0.2555mcr=0.111+0.045=0.156五号板： mcq=(0.107+0.14+0.139+0.101)=0.2435mcr=0.083+0.063=0.146(2)、支点的荷载横向分布系数一号板： 从影响线图可看出，对于汽车的各种荷载布置均未出现过车轮压力面落到一号板的情况，只有人群荷载全部落入一号板。所以： moq=0 mor=1二号板： moq= =0.5 mor=0三号板、四号板、五号板与二号板相同。将荷载横向分布系数汇总于表2-3分布系数区段板一板二板三板四板五mq跨中-l/4点0.2390.2510.25950.25550.2435支点00.50.50.50.5mr跨中-l/4点0.2730.2330.1880.1560.146支点10000表2-3由上表看出，跨中的汽车横向分布系数最大值为0.2595，人群荷载的最大值为0.273，在此偏安全的取mcq=0.2595,mcr=0.273。2、跨中弯矩计算简支梁的基频： 式中： l结构计算跨径，l=8.8mE砼弹性模量，C30的E=3.01010N/m2I结构的跨中截面惯矩，I=9.358910-3m4mc结构的跨中单位长度质量， =1.475103NS2/m2将以上值代入得f1=8.845则 1+m=1+(0.1767In8.8450.0157)=1.37 =1 双车道不折减按级公路荷载设计，qk=10.50.75=7.875KN/m =146.4 KN/m做出跨中弯矩影响线见图2-5 图2-5 跨中弯矩影响线w=l2/8=8.82/8=9.68m2 y=l/4=2.2m得： =1.3710.2595(7.8759.68+146.42.2) =141.61 KN.m= 0.273(3.01.5)9.68 =11.89 KNm3、跨中剪力计算做出跨中剪力影响线见图2-6 图2-6的影响线面积：则1.3710.2595(7.8751.1+1.2146.40.5) =34.31KN0.273(3.01.5) 1.1=1.35KN4、l/4点弯矩计算做出l/4点弯矩影响线见图2-7 图2-73l2/32=7.26m2 1.65m则1.3710.2595(7.8757.26+146.41.65) =106.2 KN.m 0.273(3.01.5) 7.26=8.92 KN.m5、l/4点剪力计算做出l/4点剪力影响线见图2-8图2-8w=0.758.83/41/2=2.475 m2 y=0.75m则1.3710.2595(7.8752.475+1.2146.40.75) =53.77KN0.273(3.01.5) 2.475=3.04KN6、支点剪力计算做荷载横向分布系数沿桥跨方向的变化图形和支点剪力影响线，见图2-9横向分布系数变化区长度： a= l/4=8.8/4=2.2m影响线面积：w=8.81/2=4.4m2因此， =1.3710.2595(7.8754.4+1.2146.41) + =74.78KN+附加三角形荷载重心处影响线坐标为： =0.916图2-9因此： =1.37(0.50.2595) 7.8750.916+(0.50.2595)1.2146.41 =59.30KN所以： =74.78+59.30=134.08KN =0.273(3.01.5) 4.4+2.2/2(10.273) (3.01.5) 0.916 =8.7KN将以上内力汇总于表2-4荷载类别弯矩（KNm）剪力（KN）备注跨中l/4点支点跨中l/4点恒载SG140.07105.0563.67031.84汽车Sq141.61106.2134.0834.3153.77人群Sr11.898.928.71.353.041.2SG+1.4Sr+0.8Sr375.85281.876271.07649.114115.918基本组合SG+0.7Sq+Sr251.087188.31166.22625.36772.519短期组合SG+0.4Sq+0.4Sr201.47151.098120.78214.26454.564长期组合表 2-4 内力及内力组合表三、配筋计算1、计算数据 材料强度： 砼：fc=15N/mm2 钢筋：fy=310N/mm2 fyv=210 N/mm2 系数查表： ro=1.0 =1.0 rd=1.2 支座边缘剪力设计值：V=271.076KN 跨中截面最大弯矩设计值：M=375.85KNm2、验算截面尺寸查表知c=25mm，由于弯矩较大，估计钢筋直径20mm，则a=c+d/2=25+10=35mm ho=h-a=46035=425mm0.25fcbho=0.25151240425=1976250NrdV=325291.2N 故截面尺寸满足抗剪要求。3、列表计算纵向钢筋如下表，纵向受拉钢筋计算表1-5计算内容跨中截面M(KNm)375.85rdM451.02S=rdMfcbho20.134=1-1-2S0.144As=fcbhofy3672选配钢筋1220实配钢筋3770 表2-5 纵向受拉钢筋计算表4、抗剪钢筋计算 0.07fcbho=0.07151240425=553350NrdV=325291.2N则不需进行斜截面抗剪配筋计算，仅按构造要求设置腹筋即可。其具体配筋见面板配筋图。四、挠度验算(一)、截面抗弯刚度设计结构截面不会开裂，故截面刚度为： B=0.85EcIo式中： B不会出现裂缝的钢筋混凝土受弯构件短期刚度 Ec混凝土弹性模量，Ec=3.0104N/mm2 Io换算截面对中重心的惯性矩，Io=935.89107mm4则B=0.85EcIo=0.853.0104935.89107 =2.391014Nmm2(二)、荷载短期效应组合下挠度计算由表1-4知，短期效应组合下的弯矩组合值Ms=251.087KNm故跨中的最大挠度为： =8.47mmlo600=8800/600=14.67mm故短期挠度满足要求。（三）、荷载长期效应组合下挠度计算按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）规定，受弯构件在使用阶段的长期挠度值，即为按荷载短期效应组合所计算的挠度值乘以挠度长期增长系数hq。按规定，C40以下砼取hq=1.60则fl=1.60fs=1.608.47=13.552mmlo600=8800/600=14.67mm故挠度满足要求。第三节 栏杆设计及计算一、栏杆的构造及布置图2-10（单位：cm）二、栏杆柱计算及配筋（一）、恒载计算G扶手=20.10.15（2.30.15）24=1.548KNG栏杆柱=0.20.150.124=0.072KN则作用于-截面的恒载内力为： Ng= G扶手+G栏杆柱=1.548+0.72=1.62KN（二）、活载计算按“准则”规定：竖向采用1.2KN/m 水平向采用1.0KN/m则作用于-截面的活载内力为：Np=1.22.3=2.76KN QP=1.02.3=2.3KNMP=1.02.3(10.10.15/2)=1.8975KNm则-截面的的总内力为： N=Ng+Np=1.62+2.76=4.38KN Q=QP=2.3KNM= MP=1.8975KNm（三）、钢筋布置受力钢筋采用级圆钢筋，在四角各配一根10钢筋，具体配筋图见栏杆设计图。（四）、强度验算计算简图参照水工钢筋混凝土结构学图5-17，在此从略则 解得a=0.5fcb b=fcb(e-ho) 式中： 8 按短柱计算，则取h=1 =377+10030=447mm=377100+30=307mm且fc=12.5N/mm2 fy=210N/mm2将以上值代入得x=8.75mmbho=0.614170=104.38mm同时x=230=60mm则 强度满足要求。三、扶手的计算及配筋（一）、恒载计算q=0.10.15124=0.36KN/m 则：Mq= ql2/8=0.362.32/8=0.238KNm(二)、活载计算按“准则”规定：竖向采用1.2KN/m 水平向采用1.0KN/m在此偏安全的以1.2KN/m计算则 Mp=ql2/8=1.22.32/8=0.794 KNm综上：控制弯矩为M=0.794 KNm（三）、钢筋布置受力钢筋采用级圆钢筋，在四角各配一根8钢筋，具体配筋图见栏杆设计图。（四）、强度验算 =0.1414b=0.614 as=(1-0.5) =0.1414(1-0.50.1414) =0.1314Mu=fcasbho2=12.50.13141001202 =2.36 KNmrdM=1.20.794=0.9528KNm强度满足要求。第三章 下部结构第一节 桥墩的构造及说明 图3-1 桥墩结构图说明：1、 桥面的横向坡度为1.5%，由三角垫层调整，其中部最高处厚7.53厘米；2、 墩帽上的锚固钉孔位置按上部块件的相应位置预留；3、 其他未尽事项详见其设计图。第二节 荷载计算（一）、恒载计算1、上部构造恒载计算 由表2-1知g=14.47KN/m 则一跨的总重 Go=14.479.1610=1325.45KN引起的桥墩反力 Ng= Go/2=1325.45/2=662.73KN2、墩身自重计算(1)、墩帽重力计算： G1=(0.7+0.8)/20.2513.2524=59.45KN(2)、墩身重力计算： G2=0.73.4813.1524=766.46KN(3)、基础重力及基础以上土重： 基础重力 G3=(1.91.220.30.6)13.5524=622.08KN基础以上土重 G4=(1.91.40.61.3)13.5520=507.98KN（二）、活载计算1、双孔荷载，单列车布置 如图3-2图3-2则R1=300.67+120/2=80.1KNR2=1200.85+1400.09+120/2=174.6KN对墩中心产生的弯矩M=(174.680.1)0.15=14.175KNm2、单孔荷载，单列车布置 如图3-3 图3-3则R1=30/2=15KNR2=30/2+1200.67+1200.52=157.8KN对墩中心产生的弯矩M=(157.815)0.15=21.42KNm3、汽车横向排列在横桥向，汽车靠一边行驶时，汽车荷载的合力偏离桥中心线3.5m 双孔单列：M=(80.1+174.6)3.5=891.45KNm 单孔单列：M=(15+157.8)3.5=604.8KNm4、水平荷载计算汽车制动力 T=10.59.16=96.18KN 汽车制动力对墩身底产生的弯矩M=96.183.73=358.75KNm将以上内力汇总于表3-1编号项目-截面P(KN)M(KNm)H(KN)1上部结构662.73002桥墩825.91003基础及土重1130.06004汽车荷载单跨布载172.821.4205汽车荷载双跨布载254.714.17506汽车制动力0358.7596.18内力组合()1+2+3+52873.414.1750()1+2+3+4+62791.5380.1796.18编号项目P(KN)M(KNm)H(KN)1上部结构662.73002桥墩825.91003基础及土重1130.06004汽车荷载单跨布载172.8604.805汽车荷载双跨布载254.7891.460内力组合()1+2+3+42791.5604.80()1+2+3+52873.4891.450表3-1 （顺桥向、横桥向内力及组合）第三节 基底应力验算(一)、顺桥向1、偏心距验算(控制力为组合) 其中： N=2791.5KN A=1.913.55=25.669m2 M=380.17KNm 则 Pmin=2791.5/25.669380.17/8.13=61.98KN/m2 r=0.136/(161.9825.669/2791.5)=0.316m则 1.5r=1.50.316=0.474eo满足要求。2、基底应力验算组合： 组合： 地基承载力设计值=210 KN/m2 满足设计要求。(二)、横桥向1、偏心距验算(控制力为组合) 其中： N=2873.4KN A=1.913.55=25.669m2 M=891.45KNm 则 Pmin=2873.4/25.669891.45/57.79=96.51KN/m2 r=0.31/(196.5125.669/2873.4)=2.25m则 1.5r=1.52.25=3.37eo满足要求。2、基底应力验算组合： 组合： 地基承载力设计值=210 KN/m2 满足设计要求。综上，基底应力满足要求。致谢经过两个月的辛勤工作，在孙建生老师的精心指导下，我较圆满的完成了毕业设计的任务，从设计的选题到方案的制定和实施，再到论文的撰写孙老师都给了我极大的关心和支持。孙老师渊博的知识、敏锐的思维、严谨的治学态度和锐意进取的科研精神，使我受益匪浅在此表示深深的敬意和诚挚的感谢！通过本次毕业设计，我们对四年来的学习进行了一次系统的归纳和总结，吧大脑中积累的知识充分的展现在毕业设计当中，为将来的活学活用奠定了基础。在大学四年的学习和生活中得到了许多老师和同学的支持和帮助，在此我对他们表示衷心的感谢。最后诚挚的感谢参加论文评审和答辩的各位专家、老师，衷心的希望在以后的学习和工作中能得到你们的指导和帮助。祝你们工作顺利，万事如意！参考文献1 中华人民共和国行业标准. 公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）. 北京：人民交通出版社. 20042 中华人民共和国行业标准. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）. 北京：人民交通出版社. 20043 中华人民共和国行业标准. 公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007） 北京：人民交通出版社. 20074 中华人民共和国交通部不标准. 公路桥涵标准图（GT/GGQS01185）. 交通部公路规划设计院. 19855 姚玲森. 桥梁工程 第二版.人民交通出版社. 20086 易建国. 桥梁计算示例集（板桥）. 人名交通出版社7 河海大学. 水工钢筋混凝土结构学 第三版. 中国水利水电出版社. 2007 英文原文及译文This research provides technical guidance for performing precise structural deformation surveys of locks，dams，and other hydraulic flood control or navigation structuresAccuracy，procedural，and quality control standards are defined for monitoring displacements in hydraulic structuresGeneral planning criteria，field and office execution procedures，data reduction and adjustment methods，and required accuracy specifications for performing structural deformation surveys are providedThese techniques are applicable to periodic monitoring surveys on earth and rock-fill dams，embankments，and concrete structuresThis research covers both conventional and satellite(GPS)deformation survey methods used for measuring external movementsDams，locks，levees，embankments，and other flood control structures are subject toexternal loads that cause deformation and permeation of the structure itself, as well as its foundationsAny indication of abnormal behavior may threaten the safety of the structureCareful monitoring of the loads on a structure and its response to them can aid in determining abnormal behavior of that structureIn general，monitoring consists of both measurements and visual inspectionsTo facilitate the monitoring of hydraulic structures，they should be permanently equipped with proper instrumentation and monitoring points according to the goals of the observation，structure type and size，and site conditions1-1Importance of Structural MonitoringThe security of structure requires periodic monitoring maintenance and restoration. Excessive and non-stabilized deformations are often observed and although they rarely affect the global structural security，they can lead to serviceability deficiencies. Furthermore，accurate knowledge of the behavior of structures is becoming more importantMonitoring both in the long and short term helps to increase the knowledge of the real behavior of the structures and in the planning of maintenance interventionIn the long term，the static monitoring needs of an accurate and very stable system able to relate deformation measurements often spaced over long periods of time. On the other side, dynamic analysis of structures，or short term monitoring, requires of a system capable of measuring deformations occurring over relatively short periods of timeCurrently available monitoring transducers，such as inductive and GPS, microbending sensors or accelerometers are only suitable for performing measurements in a short range of frequencies- Moreover some of these techniques are still in the development stage and only used in laboratory experiments(31Other systems do not offer enough information about the desired parameter(for example，accelerometers