xx高速公路xx桥设计 毕业设计计算书

'内容提要本设计是XX高速公路XX桥设计。根据设计任务书的要求和桥梁设计规范的规定，经初选后，本设计提出了预应力混凝土连续梁桥、拱桥、混凝土T型简支梁桥三个比选方案。比选后，混凝土T型简支梁桥成为推荐方案。本设计，首先进行桥型方案比选，再对主桥进行总体结构设计，然后对上部结构进行内力、配筋计算及验算，最后对下部结构进行计算及验算。本设计，按照设计任务的要求，有一个比较详细的设计与计算过程，得出的结论准确，绘制了施工图，符合设计任务的要求。关键词：T型简支梁桥；混凝土；推荐方案；施工图 目录内容提要I1桥式方案的初步设计11.1方案提出11.2方案一：预应力混凝土连续梁桥21.3方案二：拱桥41.4方案三：混凝土简支梁桥51.5方案比选62总体布置及主梁的设计72.1设计资料及构造布置72.2行车道板内力计算92.3主梁内力计算122.4横梁内力的计算252.5板式橡胶支座的选择及设计303下部结构设计与计算343.1盖梁的设计计算343.2桥墩墩柱设计计算463.3钻孔灌注桩的设计计算51总结60参考文献61致谢62 1桥式方案的初步设计1.1方案提出1.1.1方案设计原则随着科学技术的不断进步，桥梁设计、建造理论也不断发展和成熟。在桥梁设计中要求桥梁符合实用、经济、安全、美观的基本原则，同时争取科技含量高等特点。设计时要求桥梁形式与周围地理环境能够很好的融合，设计城市桥梁还除满足功能要求外还特别注重美观大方。因此，对于特定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会提出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过技术经济等方面的综合比较才能科学的得出实用、经济、美观的设计方案。在桥梁设计中，基本设计原则如下：适用性修建桥梁的目的是用于交通运输，因此其适用性极为重要。它要求：桥梁宽度不仅应该满足现有车辆和人群的安全通畅，还应满足今后规划年限内交通量增长的需要。桥下净空应满足泄洪、通航或通车等要求。桥梁两端应方便车辆的进出，同时便于检查和维修。建成的桥梁应保证使用年限。安全性桥梁的安全至关重要，它要求桥梁在运输、安装和使用的过程中，应当有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性，并具有一定的安全储备。根据桥上的交通情况，桥面应考虑设置人行道、缘石、护栏、栏杆等，以保证车辆和行人的安全。此外，桥上还应有照明设备，引桥纵坡不宜过陡，地震区桥梁应该按照抗震要求采取防震措施。经济性桥梁方案设计中，设计的经济性是首要考虑因素。桥梁设计应遵循因地制宜、就地取材和方便施工的原则，综合考虑发展远景和将来的养护维修，使其造价和养护费用综合考虑后最省。舒适性63 现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上震动冲击。美观性桥梁建筑不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，桥梁应该具有优美的外形，结构布置简练，空间比例和谐，与周围环境相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的重要因素，此外，施工质量也会影响桥梁的美观性。技术性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。积极采用国内外的新结构、新材料、新工艺和新设备，以便于桥梁的建造和架设、减少劳动强度、加快施工进度、提高施工效率、保证工程质量和施工安全。1.1.2待选的桥式方案在对本桥的设计中，通过对基本设计资料的分析和以往的设计经验，初步确定的进行比选的三种桥式为：预应力混凝土连续梁桥拱桥混凝土简支梁桥1.2方案一：预应力混凝土连续梁桥实用性：伸缩缝少，行车舒适，可满足高速交通运输要求；能够充分发挥高强材料的受力特性，具有强度高，刚度大，以及抗裂性能好等优点。安全性：温度，砼收缩徐变产生的附加内力较小；整体性好，刚度大，可保证工程本身安全；全桥有较好的抗震性能。经济性：施工技术成熟，降低施工成本；在车辆运营中具有维修工作量小等优点。外观：形势简单，造型单一。本方案桥跨布置为15m+30m+15m，主桥长60m，主桥基础采用桩基础。本桥宽为：净(7m+2×1.0)×2m，选用单箱单室截面，支座处梁高取7m，跨中梁高取支座处的一半，取为3.5m，梁高沿桥梁纵向按二次抛物线变化63 ，以支点梁顶为原点，抛物线方程为：纵向预应力钢筋采用7φ5的低松弛钢绞线，普通钢筋采用HPB335钢筋。上部结构为预应力结构，采用的混凝土强度等级为C50，下部结构为普通混凝土结构，采用混凝土强度等级为C30，承台和钻孔灌注桩采用C25混凝土。桥面铺装为6cm的沥青混凝土，垫层平均厚度是12cm的C25水泥混凝土。支座采用板式橡胶支座。采用重力式桥台，桩柱式桥墩，桩为直径1m的钻孔灌注桩，墩直径为2m，墩与桩之间有承台。在综合桥头接线要求后，主桥采用直线形，不设置纵坡。纵向和横向布置图如下：图1.1预应力混凝土连续梁桥布置示意图图1.2连续梁支座处截面尺寸图图1.3连续梁跨中截面尺寸图63 1.3方案二：拱桥实用性：跨越能力较大；行车平顺、通畅、安全，可满足交通运输要求；但与梁式桥相比，上承式拱桥的建筑高度较大，当用于城市立交及平原地区时，因桥面标高提高，使两岸接线长度增加，或者使桥面纵坡增大，既增加了造价又对行车不利；且施工比较麻烦，工期长。安全性：耐久性能较好，保证工程本身安全；自重较大，相应的水平推力也较大，增加了下部结构的工程量，当采用无铰拱时，对地基条件要求高。经济性：能充分就地取材，与混凝土梁桥相比，可以节省大量的钢材和水泥；所用材料普通，价格低，成桥后养护费用少。外观：曲线形美感，桥型美观，气势宏伟，与周边环境协调好。本方案桥跨布置为15m+15m+15m+15m，主桥长60m，桥面宽为：净(7m＋2×1.0)×2m，矢跨比1/8，主拱结构形式为闭口箱型截面，拱圈采用等截面悬链线，拱轴系数m=1.45，拱箱用C50混凝土，全高200cm，预制箱高185cm，底板厚18cm，顶板预制厚10cm，以后现浇加厚15cm，即顶板以后厚25cm，普通钢筋采用HPB335钢筋，箍筋采用R235钢筋。采用重力式桥台，桩柱式桥墩，桩为1.2m的钻孔灌注桩，墩为直径3m，墩与桩之间有承台。桥面不设置纵坡。图1.4拱桥布置示意图63 图1.5拱桥I--I截面横断面图1.4方案三：混凝土简支梁桥实用性：抗裂性能较好；结构刚度较大。安全性：耐久性较好；抗剪承载力较高；施工技术成熟。经济性：混凝土简支梁桥受力明确、构造简单、施工方便，建桥速度快、工期短、模板支架少；制造简单、接头也方便，取得经济效益。外观：构造简单，直观了然，挺拔有力，干净利落。本方案桥跨布置为20m×3，主桥长60m，采用双柱式桥墩，桩基础桥墩台。桥面宽净(7+2×1.0)×2m，采用T形截面梁，主桥采用直线形，不设置纵坡。采用C50混凝土，钢筋采用HRB335级钢筋，箍筋采用R235级钢筋，桥梁下部结构：盖梁主筋用HRB335钢筋，其他均用R235钢筋，盖梁、墩柱采用C30混凝土，系梁及钻孔灌注桩采用C25混凝土。图1.6混凝土简支梁桥布置示意图63 1.7桥梁断面图（单位：cm）1.5方案比选表1.1　桥型方案比较表方案项目方案一：预应力混凝土连续梁桥方案二：拱桥方案三：混凝土简支梁桥施工工艺施工技术成熟，采用悬臂浇注施工，施工难度一般施工技术成熟，可采用缆索吊装及转体施工，施工难度较大施工技术成熟，简支梁构件预制较为简单，施工难度较小后期养护费用一般低低美观情况曲线型底面，造型美观抛物线形底面，曲线形美感，气势宏伟简洁明快，挺拔有力，干净利落运营情况结构刚度大，变形小，主梁变形曲线平缓，有利于行车自重较大，变形小，行车平顺舒适结构刚度较小，变形较大受力特点属于超静定结构，内力分布较均匀属于多次超静定结构，受力非常复杂。有较大的水平推力，对基础要求高属于静定结构，受力简单根据设计的构想宗旨，桥型方案应满足受力合理、技术可靠、施工方便的原则，所选桥型要求美观并且要与城市环境相协调一致。由以上比较，考虑技术、安全、适用、经济以及美观环保等综合因素，最后选择方案三：混凝土简支梁桥。63 2总体布置及主梁的设计2.1设计资料及构造布置2.1.1基本设计资料（1）标准跨径20m，计算跨径19.50m，梁长19.96m。（2）设计荷载：汽车荷载按公路－Ⅰ级，人群荷载为3.0，结构重要性系数取,每侧的栏杆及人行道构件重量的作用力为8。（3）桥面宽净（7+2×1.0）×2m。（4）材料及工艺桥梁上部结构：采用C50混凝土，弹性模量，抗压强度标准值，抗压强度设计值，抗拉强度标准值，抗拉强度设计值。钢筋采用HRB335级钢筋，抗拉强度标准值,抗拉强度设计值，钢筋的弹性摸量为。箍筋采用R235级钢筋。桥梁下部结构：盖梁主筋用HRB335钢筋，其他均用R235钢筋。盖梁、墩柱采用C30混凝土，系梁及钻孔灌注桩采用C25混凝土。（5）环境：桥址位于野外一般地区，属于一般环境。（6）桥面铺装为6cm的沥青混凝土，面层的容重为21，垫层平均厚度是12cm的C50水泥混凝土，垫层的容重为25，T形翼缘板的容重为26。（7）设计依据交通部颁：《混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004），简称《公预规》；交通部颁：《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004），简称《桥规》；交通部颁：《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）简称《基规》。2.1.2截面布置（1）主梁宽度与主梁片数63 主梁宽度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。本设计中，主梁宽度取为2.1m（留2cm工作缝，T梁宽度为208cm）。考虑人行道适当挑出，净7+2×1.0m的桥宽则选用四片主梁。（2）主梁跨中截面主要尺寸拟定由《公预规》9.3.3得，预制T形截面梁翼缘悬臂端的厚度不应小于100mm，本设计取100mm；与腹板相连处的翼缘厚度，不应小于梁高的1/10,腹板宽度不应小于140mm,腹板的高度不应大于腹板宽度的15倍,本设计取腹板宽度为200mm，高度为1340mm,梁高为1500mm。为使翼板与腹板连接和顺，在截面转角处设置圆角，以减小局部应力和便于脱模。（3）横隔梁的设置在荷载作用处的主梁弯距横向分布，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距很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯距，在跨中设置一道横隔梁；本设计在桥跨和两个四分点及梁端共设置五道横隔梁，其间距为4.90m,它的高度取用1.20m，厚度0.15m。按照以上拟定的外行尺寸，就可绘出结构尺寸图（见图2.1）2.1　结构尺寸图（单位：cm）63 2.2行车道板内力计算2.2.1恒载产生的内力以纵向1米宽的板条进行计算如图1.1所示。图2.2　铰接悬臂板计算图示（单位：cm）沥青混凝土面层：=0.06×1.0×21=1.26C50号混凝土垫层：=0.12×1.0×25=3.00T形翼缘板自重：=合计：g==++=1.26+3.00+3.38=7.64每米宽板条的恒载内力：弯距：剪力：632.2.2活载产生的内力按铰接板计算行车道板的有效宽度：（如图2.3所示）。由《桥规》得=0.2m，=0.6m。63 桥面铺装厚度为18cm，则有：=+2H=0.2+2×0.18=0.56m=+2H=0.6+2×0.18=0.96m荷载对于悬臂板的有效分布宽度为:=+d+2=0.56+1.4+1.90=3.86m冲击系数采用1+=1.3，作用为每米宽板条上的弯矩为：图2.3荷载有效分布宽度图示（cm）作用于每米宽板条上的剪力为：2.2.3内力组合承载能力极限状态内力组合：63 2.2.4截面设计、强度验算（HRB335钢筋：，，C50混凝土：）翼缘板的高度，由安全考虑，取翼缘板根部高度：h=160mm；翼缘板的宽度：b=1000mm；假设钢筋截面重心到截面受拉边缘距离=35mm，则=125mm。按《公预规》5.2.2条规定：解得：x=10.27mm验算按《公预规》5.2.2条规定：查有关板宽1m内钢筋截面与间距表，考虑一层钢筋为8根由规范查得可供使用的有12@130（），然后按照构造布置分布钢筋。按《公预规》5.2.9条规定，矩形截面受弯构件的截面尺寸应符合下列要求，即：按《公预规》5.2.10条规定：　　　　　　　　　　　　　　　　　　故不需要进行斜截面抗剪承载力计算，仅按构造要求配置箍筋。配φ8@300的箍筋。根据《公预规》9.2.5条,板内应设置垂直于主钢筋的分布钢筋，直径不应小于8mm，间距不应大于200mm。因此板内用8，间距为170mm的分布钢筋。63 承载力验算：　　　　　　　　　　　　承载能力满足要求。2.3主梁内力计算根据以上所述梁跨结构纵、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，可分别求得各个主梁控制截面（一般取跨中、四分点和支点截面）的恒载和最大活载内力，然后再进行内力组合。2.3.1恒载产生的主梁内力第一期恒载主梁：横隔梁：对于边主梁对于中主梁边主梁第一期恒载集度为：中主梁第一期恒载集度为：第二期恒载桥面铺装：栏杆和人行道：主梁的第二期恒载集度为：最终恒载63 作用于边主梁的全部恒载集度g为：kN/m作用于中主梁的全部恒载集度为：kN/m永久作用效应主梁弯距和剪力计算公式：；　。边主梁恒载内力如下表2.1，中主梁恒载内力如下表2.2：表2.1　边主梁永久作用效应内力界面位置x剪力弯矩x=0x=x=表2.2　中主梁永久作用效应内力界面位置x剪力弯矩x=0x=x=2.3.2活载产生的主梁内力(1)支点截面的荷载横向分布系数如图2.1所示，按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线进行布载，号、号梁可变作用的横向分布系数可计算如下：号主梁活载横向分布系数63 公路－Ⅰ级：人群荷载：号主梁活载横向分布系数公路－Ⅰ级：人群荷载：图2.4　支点的横向分布系数计算图示（尺寸单位：cm）（a)桥梁横截面；（b)号梁横向影响线；（c)号梁横向影响线(2)跨中的荷载横向分布系数由图2.1可知，此桥设有刚度强大的横隔梁，且承重结构的宽跨比为　　　　　　　　　　　故可按偏心压力法来计算横向分布系数，其步骤如下：1）求荷载横向分布影响线竖标本桥各根主梁的横截面均相等，梁数n=4，梁间距2.10m，则=63 则号主梁在两个边主梁处的横向影响线的竖标值为：号主梁在两个边主梁处的横向影响线的竖标值为：2）绘出荷载横向分布影响线在最不利位置布载，如图2.2，其中人行道缘石至号主梁轴线的距离Δ为：Δ=1.35-1.00=0.35m图2.5　荷载横向分布系数计算图示（尺寸单位：cm）a)桥梁横断面；b)号主梁横向分布影响线；c)号主梁横向分布影响线63 荷载横向分布影响线的零点至号梁位的距离为x,可按比例关系求得：；解得x=4.90m并据此计算出对应各个荷载点的影响线竖标和,同理可以算得号主梁横向分布影响线对应各个荷载点的影响线竖标和。3）计算荷载横向分布系数号梁的活载横向分布系数分别计算如下：汽车荷载==(+++)=人群荷载==0.821号梁的活载横向分布系数分别计算如下：汽车荷载==(+++)=人群荷载==0.435求得、号主梁的各种荷载横向分布系数后，就可得到各类荷载分布至该类梁的最大荷载值。横向分布系数汇总如表2.3所示。表2.3　荷载横向分布系数汇总梁号荷载位置公路－II级人群荷载边主梁跨中0.6430.821支点0.51.405中主梁跨中0.5870.435支点0.5720(3)计算活载内力在活载内力计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下考虑：计算主梁活载弯距时，均采用统一的横向分布系数，鉴于跨中和四分点剪力影响线的较大坐标位于桥跨中部，故也按不变化的63 来计算。求支点截面活载剪力时，由于主要荷载集中在支点附近而考虑支撑条件的影响，按横向分布系数沿桥跨的变化曲线取值，即从支点到之间，横向分布系数用与值用直线内插法，其余区段取值。计算跨中截面最大弯距及相应荷载位置的剪力和最大剪力及相应荷载位置的弯距采用直接加载求活载内力，计算公式为：对于汽车荷载：对于人群荷载：1）均布荷载和内力影响线面积计算如表2.4所示表2.4　均布荷载和内力影响线面积计算类型截面公路—I级均布荷载人群影响线面积(或m)影响线图示7.8753.0=47.537.8753.0=2.44m7.8753.0=35.657.8753.0=7.31m7.8753.0=9.75m2）公路－Ⅰ级集中荷载计算计算弯距效应时：计算剪力效应时：3）计算冲击系数和车道拆减系数按《桥规》第4.3.163 条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关，因此先计算结构的基频，简支T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：　　　　　　　　　根据《桥规》第4.3.1条规定，当车道大于两车道时，由汽车荷载产生的效应需要进行拆减，本设计按两车道设计，所以不需要拆减，则。4）计算M1/2Lmax、M1/4Lmax、、。(如表2.5，2.6所示)表2.5　边主梁弯距和剪力计算表截面荷载类型或()()或y（或m）S(或)S公路Ⅰ级7.875178.501.370.64347.53329.721097.06y==4.88767.34人群3.00.82147.53117.07公路Ⅰ级7.875214.201.370.6432.4416.93111.280.594.35人群3.00.8212.446.01公路Ⅰ级7.875178.501.370.64335.65247.31822.82y==3.66575.51人群3.00.82135.6587.81公路Ⅰ级7.875214.201.370.6437.3150.71192.230.75141.52人群3.00.8217.3118.0063 表2.6　中主梁弯距和剪力计算表截面荷载类型或()()或y（或m）S(或)S公路Ⅰ级7.875178.501.370.58747.53301.001001.51y==4.88700.51人群3.00.43547.5362.03公路Ⅰ级7.875214.201.370.5872.4415.46101.590.586.13人群3.00.4352.443.18公路Ⅰ级7.875178.501.370.58735.65225.77751.16y==3.66525.39人群3.00.43535.6546.53公路Ⅰ级7.875214.201.370.5877.3146.29175.480.75129.19人群3.00.4357.319.545）计算支点截面汽车荷载和人群荷载的最大剪力号主梁横向分布影响线。绘制荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如图2.6所示。=1.0=0.833。图2.6　汽车荷载支点剪力计算图示（尺寸单位：m）(a)主梁纵断面图；（b)车辆荷载作用下支点剪力的荷载横向分布系数沿跨长分布图；（c)车辆集中荷载和均布荷载的布置；（d)支点截面剪力影响线图.63 计算汽车荷载的支点剪力为：=212.08KN图2.7所示为人群荷载作用下支点剪力的分布图。变化区段附加三角形重心处的影响线坐标为：图2.7人群荷载支点剪力计算图(a)人群荷载作用下支点剪力的荷载横向分布系数沿跨长分布图不考虑冲击力的影响，则人群荷载支点剪力为：==20.95KN号主梁横向分布影响线。绘制荷载横向分布系数沿桥纵向的变化图形和支点剪力影响线如图2.8所示。=1.0=0.83363 图2.8　汽车荷载支点剪力计算图示（尺寸单位：m）(a)主梁纵断面图；（b)车辆荷载作用下支点剪力的荷载横向分布系数沿跨长分布图；（c)车辆集中荷载和均布荷载的布置；（d)支点截面剪力影响线图.计算汽车荷载的支点剪力为：=229.27KN图2.9所示为人群荷载作用下支点剪力的分布图。变化区段附加三角形重心处的影响线坐标为：63 图2.9人群荷载支点剪力计算图(a)人群荷载作用下支点剪力的荷载横向分布系数沿跨长分布图不考虑冲击力的影响，则人群荷载支点剪力为：==7.3663 2.3.3主梁内力组合表2.7　主梁内力组合表序号荷载类型梁号跨中截面四分点截面支点(1)永久作用①1273.360955.02130.60261.20②1326.120994.59136.02272.03(2)汽车荷载①1097.06111.28822.82192.23212.08②1001.51101.59751.16175.48229.27(3)人群荷载①117.076.0187.8118.0020.95②62.033.1846.539.547.36(4)标准组合(1)+(2)+(3)①2487.49117.291865.65340.83494.23②2389.66104.771792.28321.04508.66(5)短期组合①2158.3783.911618.80283.16430.61②2089.2174.291566.93268.40439.88(6)极限组合1.2(1)+1.4(2)+1.12(3)①3195.04162.522396.32446.00633.82②3062.93145.792297.25419.58655.66所以，由控制设计。2.3.4截面设计、强度验算(1)计算截面的确定翼缘厚度翼缘的有效宽度为按计算跨度63 按翼缘厚度从上述两个数值中取较小的值作为翼缘的有效宽度，因此。(2)截面受力类型判别故为第一类T型截面；(3)配筋计算==60.72mm<所需受力钢筋截面面积==8550mm选用840，实际配置钢筋面积。配筋率为：此时：验算截面抗弯承载力：，满足要求。（3）主梁剪力配筋63 按《公预规》5.2.9~5.2.10条规定抗剪承载力验算要求：计算剪力效应，介于两者之间，主梁需要配置抗剪力钢筋。拟全部采用箍筋来承受剪力，选取箍筋为双肢10，。按《公预规》5.1.1条规定，箍筋间距按下列公式计算：　　式中：取则：即：配φ10@140的箍筋，满足规范规定的要求。支点处按构造要求进行加密，具体布置见主梁钢筋图。2.4横梁内力的计算2.4.1横隔梁弯距与剪力计算(1)确定作用在中横隔梁上的计算荷载：对于跨中横隔梁的最不利荷载如图2.10所示。图2.10跨中横隔梁的受载图示63 纵向一列轮重对中横隔梁的计算荷载为：汽车荷载计算剪力时：(2)绘制中横隔梁的内力影响线在上面已经算得号梁的横向影响线竖坐标值为：同理可知号梁绘制弯矩影响线：对于号主梁和号主梁之间截面的弯矩影响线可计算如下：P=1作用在号梁轴上时：P=1作用在号梁轴上时：P=1作用在号梁轴上时：63 图2.11　中横隔梁内力计算（尺寸单位：cm）此三个竖标值和已知影响线折点位置（即所计算截面的位置），绘出影响线如图2.11所示。绘制剪力影响线：对于号主梁处截面的影响线可计算如下：P=1作用在计算截面以右时：=　即（就是号主梁荷载横向影响线）P=1作用在计算截面以左时：=1即1绘成的影响线如图2.11所示。（3）截面内力计算将所求得的计算荷载63 在相应的影响线上按最不利荷载位置加载，对于汽车荷载并计入冲击影响力，则得到如下结果：公路－I级弯距==剪力=内力组合（鉴于横隔梁的结构自重内力甚小，计算中可略出不计）：承载能力极限状态内力组合基本组合正常使用极限状态内力组合短期效应组合长期效应组合（4）截面配筋计算与验算1）正弯矩配筋（把铺装层折作3cm计入截面）翼板有效宽度计算横隔梁长度为：=查表得：则横隔梁翼板有效宽度：按规范取小值171暂时取=8，按《公预规》5.2.2条规定：63 取极限，解得：由公式得：　　　　　　　　　　　　取4，此时，（满足要求）验算截面抗弯承载力：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　2）负弯矩的配筋取，。解得：选用，则。此时：验算截面抗弯承载力：63 配筋率大于《公预规》9.1.12条规定的受拉钢筋最小配筋率3）横梁剪力配筋考虑汽车组合系数，并取汽车荷载效应的分项系数为1.4，则取用的剪力效应值为：按《公预规》5.2.9~5.2.10条规定抗剪承载力验算要求：计算剪力效应，介于两者之间，横梁需要配置抗剪力钢筋。拟全部采用箍筋来承受剪力，选取箍筋为双肢8，。按《公预规》5.1.1条规定，箍筋间距按下列公式计算：　　式中：取则：即配φ8@100的箍筋，满足规范规定的要求。2.5板式橡胶支座的选择及设计2.5.1橡胶支座的几何尺寸和各项变形自重结构引起的支座反力为：=272.03kN活载（包括冲击力）最大反力为：=245.09kN63 汽车荷载作用下产生的跨中挠度根据当地气象资料，主梁的计算温差（1）支座截面尺寸的确定所以尺寸选为：横桥向,顺桥向，使支座与梁肋等宽，则，满足应力要求。支座厚度初拟选用28mm，其中有四层钢板和五层橡胶片，上下表层橡胶片厚2.5mm，中间各层厚5mm，加劲钢板每层厚2mm，橡胶片总厚度（2）计算支座的平面形状系数：=（3）计算橡胶支座的弹性模量：　　　　==689.53MPa2.5.2支座厚度的验算主梁的计算温差为，温度变形由两端的支座均摊，则每一支承受的水平位移为：　　　确定作用在每一支座上的制动力：对于计算跨径为19.5m的桥，一个设计车道上公路－I级车道荷载总重为：7.87519.5+178.5=332.0kN，则其制动力标准值为332.010%=33.2kN。按《桥规》规定制动力标准值不得小于90kN。则活载制动力分配到每个支座上的水平力。则由活载制动力引起的每一支座的水平位移：63 橡胶片的总厚度：根据《桥规》要求，，满足要求。支座总厚度。2.5.3支座的偏转情况的验算支座的平均压缩变形为：按《桥规》规定，应满足，即　　　　　　　　　　　，满足要求。（2）计算梁端转角：由关系式和可得：　　　　　　　　　　　设结构自重作用下，主梁处于水平状态。已知汽车荷载下的跨中挠度,代入上式得：（3）验算偏转情况：　　　　　　　　　　　　　，满足要求。2.5.4支座的抗滑性能验算已知，于是：不计汽车制动力时　　63 ，满足要求。计入汽车制动力时　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，满足要求。结果表明，支座不会发生相对滑动。63 3下部结构设计与计算3.1盖梁的设计计算3.1.1桥墩尺寸考虑上部结构尺寸，选用如图3.1所示结构尺寸。图3.1　桥墩结构尺寸（尺寸单位：cm）3.1.2盖梁计算（1）荷载计算①上部结构永久荷载如表3.1。表3.1　上部结构永久荷载每片边梁自重每片中梁自重一孔上部结构自重每一个支座恒载反力1、4号2、3号26.7927.902132.911、4号2、3号261.20272.03②盖梁自重及作用效应计算（盖梁长度）（图3.2）63 图3.2盖梁计算图示(尺寸单位：cm)表3.2　盖梁自重产生的弯距、剪力效应计算截面编号自重弯距剪力1-1-16.875-16.8752-2-45.000-45.0003-3-115.875108.0004-454.00054.0005-50063 盖梁自重：3.1.3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原理法，非对称布置时用偏心压力法。公路—I级a．单列车，对称布置（图3.3）时：图3.3　（尺寸单位：cm）　　　图3.4　（尺寸单位：cm）b．双列车，对称布置（图3.4）时：c．单列车，非对称布置（图3.5）时：图3.5　（尺寸单位：cm）由，已知，，则　　　　63 　　　　　　d．双列车，非对称布置（图3.5）时：已知，，，则：　　　　　　②人群荷载a．两侧有人群，对称布置时（图3.6）：　　　　　　图3.6　（尺寸单位：cm）b．单侧有人群，对称布置时（图3.6）：已知，，，则：63 　　　　　　（2）按顺桥向可变荷载移动情况，求得支座可变荷载反力的最大值（图3.7）。图3.7　（尺寸单位：m）公路—I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：　　　　　　　　　人群荷载（图3.8）63 图3.8　（尺寸单位：m）单孔布载时：　　　　　　　双孔满载时（一侧）：　　　　　（3）可变荷载横向分布后各梁支点反力（计算的一般公式为），见表3.3。63 表3.3各梁支点反力计算荷载横向分布系数公路－I级荷载(kN)人群荷载(kN)计算方法荷载布置横向分布系数单孔双孔单孔双孔BBBB对称布置按杠杆法计算单列车公路I级255.280127.64127.640332.060166.03166.030双列行车公路I级510.5686.80255.28255.2886.80664.12112.90332.06332.06112.90人群荷载29.2541.10-11.85-11.8541.1058.5082.19-23.69-23.6982.19非对称布置按偏心受压法计算单列行车公路I级255.28140.4089.3538.29-12.76332.06177.13112.7248.31-16.10双列行车公路I级510.56168.48142.96112.3286.80664.12219.16185.95146.11112.90人群荷载29.2523.9912.871.76-9.3658.5047.9725.743.51-18.7263 （4）各梁永久荷载、可变荷载反力组合：计算表3.4，表中均取用各梁的最大值，冲击系数：表3.4各梁永久荷载、可变荷载基本组合计算表（单位：kN）编号荷载情况1号梁2号梁3号梁4号梁①恒载522.40544.05544.05522.40②公路－I级双列对称154.67454.92454.92154.67③公路－I级双列非对称300.25254.75200.17154.67④人群对称82.19-23.69-23.6982.19⑤人群非对称47.9725.743.51-18.72⑥①+②+④759.26975.28975.28759.26⑦①+②+⑤725.041024.711002.48658.35⑧①+③+④904.84775.11720.53759.26⑨①+③+⑤870.62824.54747.73658.35（5）双柱反力计算（图4.9），所引用的各梁反力见表3.5。63 表3.5双柱反力计算荷载组合情况计算式反力组合⑥公路－I级双列对称　　　　人群对称1734.54组合⑦公路－I级双列对称　　　人群非对称1778.23组合⑧公路－I级双列非对称　　　　人群对称1741.08组合⑨公路－I级双列非对称　　　　人群非对称1784.78荷载组合情况计算式反力组合⑥公路－I级双列对称　　　　人群对称1734.54组合⑦公路－I级双列对称　　　人群非对称1632.35组合⑧公路－I级双列非对称　　　　人群对称1418.66组合⑨公路－I级双列非对称　　　　人群非对称1316.46　　由表3.5可知，偏左的立柱反力较大（），并由荷载组合63 时（公路－I级双列对称布置与人群非对称组合）控制设计。此时，。3.1.4内力计算（1）恒载加活载作用下各截面的内力弯距计算（图3.9）截面位置如图3.9所示。为求得最大弯距值，支点负弯距取用非对称布置时数值，跨中弯距取用对称布置数值。按图3.9给出的截面位置，图3.9　（尺寸单位：cm）各截面弯距计算式为：　　　　　　　　　　　　　各种荷载组合下的各截面弯距计算见表3.6。注意的是，表中内力计算未考虑施工荷载的影响。63 表3.6各截面弯距计算荷载组合情况墩柱反力梁支座反力各截面弯距截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5组合⑥1734.54759.26975.28-379.63-1176.85-640.45-640.45组合⑦1778.23725.041024.71-362.52-1123.81-537.44-514.65组合⑧1741.08904.84775.11-452.42-1402.50-927.29-878.43组合⑨1784.78870.62824.54-435.31-1349.41-824.27-752.57相应于最大弯距时的剪力计算见表3.7。一般计算公式为：截面1-1：，；截面2-2：；截面3-3：，；截面4-4：；截面5-5：。表3.7　各截面剪力计算荷载组合情况各截面剪力(kN)截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5组合⑥0-759.26-759.26-759.26975.2800组合⑦0-725.04-725.04-725.041053.1928.4828.48组合⑧0-904.84-904.84-904.84836.2461.1361.13组合⑨0-870.62-870.62-870.62914.1689.6289.62（2）盖梁内力汇总（表3.8）表中各截面活载产生的内力均取表3.6和表3.7中的最大值。63 表3.8　盖梁内力汇总表内力截面1-1截面2-2截面3-3截面4-4截面5-5弯距-3.75-18.75-103.21-38.41-16.810-452.42-1402.50-927.29-878.43-3.75-471.17-1505.71-965.70-895.24剪力左-16.88-45.00-115.8854.000右-16.88-45.00108.0054.000左0-904.84-904.8489.6289.62右-904.84-904.841053.1989.6289.92左-16.88-949.84-1020.72143.6289.62右-921.72-949.841161.19143.6289.623.1.5截面配筋设计与承载力校核　　采用C30混凝土，主筋选用HRB335，22，保护层5cm。，。（1）正截面抗弯承载能力验算　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　取截面3-3作配筋设计，其他截面验算方法一样。已知：，，取，。即：　　　　　　　解得：　　　　　　用22钢筋，其根数根，实际选用20根，配筋率：。63 计算该截面实际承载力　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　由于大部分截面尺寸和3-3截面一样大小，且为了施工方便，故所有截面都选用2022钢筋。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。（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力计算，仅需按《公预规》9.3.13条构造要求配置箍筋。式中：——预应力提高系数，取；——混凝土抗拉强度设计值，取。对于截面1-1：对于截面2-2～截面5-5：所以，截面都符合按《公预规》5.2.9条规定：，满足。本设计可按构造要求设计箍筋。3.2桥墩墩柱设计计算墩柱一般尺寸如图3.1所示，墩柱直径为160cm，用C30混凝土，R235级钢筋。3.2.1恒载计算（1）上部构造恒载，一孔自重2132.91kN63 （2）盖梁自重（半根梁盖）223.88kN（3）横系梁重（4）一根墩柱自重作用墩柱底面的恒载垂直力为：3.2.2汽车荷载计算由盖梁计算得知：（1）公路－I级①单孔布载单列车时：　　　　　，，相应的制动力：，按《公预规》规定：公路－I级汽车制动力标准值不得小于165kN，故取制动力为165kN。②双孔布载单列车时：，，相应的制动力：，取制动力为165kN。（2）人群荷载①单孔行人（单侧），，②双孔行人（单侧），，汽车荷载中双孔荷载产生支点处最大反力值，即产生最大墩柱垂直力；汽车荷载中单孔荷载产生最大偏心弯距，即产生最大墩柱底弯距。63 3.2.3双柱反力横向分布计算图3.10汽车荷载位置（尺寸单位：cm）（1）单列车时：，。双列车时：　，。（2）人群荷载：单侧时：　　，。双侧时：　　　3.2.4荷载组合（1）最大最小垂直反力时，计算如表3.9。表3.9可变荷载组合垂直反力计算（双孔）编号荷载情况最大垂直反力最小垂直反力1公路－I级单列车1.156404.29-0.156-54.562双列车0.672305.710.328149.213人群荷载单侧行人1.7570.13-0.75-30.054双侧行人0.50040.070.50040.0763 （2）最大弯距时，计算如表3.10。表3.10可变荷载组合最大弯距计算（双孔）编号荷载情况墩柱顶反力计算式垂直力水平力H对柱顶中心弯距1上部构造与盖梁///2580.67/002单孔双列车255.280255.2851.163.8258.253人群单孔双侧58.50/58.50/14.63/表3.10内水平力由两墩柱平均分配。3.2.5截面配筋计算及应力验算（1）作用于墩柱顶的外力（图3.11）①垂直力最大垂直力：最小垂直力：②水平力：③弯距：　（2）作用于墩柱底的外力（3）截面配筋计算已知墩柱用C30混凝土，采用2020R235钢筋,，则纵向钢筋配筋率。由于，故不计偏心增大系数，取。63 图3.11（尺寸单位：cm）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：　　　　　　　　　　　　　　　　满足规范要求。②单孔荷载,最大弯距时,墩柱顶按小偏心受压构件验算：故取，。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：63 设，代入，，后，经整理得：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，，，，，代入后得：则：墩柱承载力满足规范要求。3.3钻孔灌注桩的设计计算钻孔灌注壮直径为1.8m，用C25混凝土，16R235级钢筋。灌注桩按m法计算，m值为。桩身混凝土受压弹性摸量。3.3.1荷载计算图3.1263 每一根桩承受的荷载为：（1）一孔恒载反力（图3.12）（2）盖梁恒重反力　　　　　　（3）系梁恒重反力　　　　　　（4）一根墩柱恒重　　　　　　作用于桩顶的恒载反力为：（5）灌注桩每延米自重：（已扣除浮力）（6）可变荷载反力①两跨可变荷载反力：　　　　（公路－I级）（人群荷载、单侧）②单跨可变荷载反力：　　　　（公路－I级）　　　　　　　　　　　　　　（人群荷载、双侧）③制动力T=45kN，作用在支座中心，距桩顶距离为：　　　　　　　　　　　　④纵向风力：风压取则由盖梁引起的风力：对桩顶的力臂为：墩柱引起的风力：对桩顶的力臂为：横向风因墩柱横向刚度较大，可不予考虑。（7）作用于地面处桩顶上的外力（图3.13）63 图3.13（双孔）（单孔）3.3.2桩长计算由于假定土层是单一的,可由确定单桩容许承载力的经验公式初步计算桩长。灌注桩最大冲刷线以下的桩长为h，则：式中：——桩周长，考虑用旋转式钻机，成孔直径增大5cm，则　　　　　；——桩壁极限摩阻力，按表值取为55kPa，即55；　　　——土层厚度（m）；　　　——考虑入土深度影响的修正系数，取为0.75；　　　——考虑孔底沉淀厚度影响的清底系数，取为0.80；——桩底截面积，；63 　　　——桩底土层容许承载力，取；　　　——深度修正系数，取；　　　——土层的重度，取（已扣除浮力）；　　　——一般冲刷线以下深度（m）。代入得：　　桩底最大垂直力为：即：　　　　故：　　　　取，即地面以下桩长为24.80m，由上式反求：可知桩的轴向承载力满足要求。3.3.3桩的内力计算（m法）（1）桩的计算宽度（2）由《基规》P.0.2得，桩的变形系数　　　　　　　　　　式中：，。受弯构件：。故：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　可按弹性桩计算。63 （3）地面以下深度处桩身截面的弯距与水平应力的计算已知作用于地面处桩顶的外力为：，，①桩身弯距　　　　　　　　　式中无纲量系数可由表格查得，计算见表3.11。表3.11桩身弯距计算（单位：）0.0004.00.000001.000000.00680.85980.850.290.14.00.099600.9997415.70680.67696.370.580.24.00.196930.9980631.04679.53710.571.150.44.00.377390.9861759.48671.43730.911.730.64.00.529380.9586183.43652.67736.102.310.84.00.645610.91324101.75621.78723.532.881.04.00.723050.85089113.95579.33693.283.751.34.00.767610.73161120.97498.12619.094.321.54.00.754660.64081118.93436.30555.235.762.04.00.614130.4065896.78276.82373.607.202.54.00.398960.2090462.87142.32205.198.653.04.00.193050.0759530.4251.7182.1310.093.54.00.050810.013548.019.2217.2311.534.04.00.000050.000090.010.100.11①桩身水平压应力　　　　　　　　式中无纲量系数，可由表格查得，为换算深度，。计算见表3.12。63 表3.12水平压力（单位：）0.290.12.279001.451001.624.456.070.580.22.117991.290883.017.9210.931.150.41.503001.000645.1212.2817.401.730.61.503000.750116.4013.8120.212.310.81.224000.537126.9513.1820.132.881.00.970110.361216.8911.0817.973.751.30.645230.160325.966.3912.354.321.50.466140.062884.962.897.855.762.00.14696-0.075722.09-4.65-2.567.202.5-0.01850-0.11050-0.33-8.48-8.818.653.0-0.08741-0.09471-1.86-8.72-10.5810.093.5-0.10511-0.05662-2.61-6.08-8.6911.534.0-0.10788-0.01487-3.06-1.82-4.88（4）桩身截面配筋与承载力验算（图3.14）验算最大弯距处的截面强度。该处的内力值为：桩内竖向钢筋按配置，则：选用，，。桩的换算面积为：图3.14　　　　　　　桩的换算截面模量为：63 为桩的计算长度，当时，取。根据《公预规》5.3.9条和5.3.10条相关规定：，，取。偏心增大系数：　　　　　　　　　　　　　　则。按桥墩柱一节所示方法，查《公预规》附录C相关表格，可得到相关系数。经试算，当时，从表中查得A=1.4908，B=0.6651，C=0.5021，D=1.7856。另设g=0.88，，，，代入下式：　　　　　　　　　　　　　　　　　　则：　　　　　　　　钻孔桩的正截面受压承载力满足要求。（5）墩顶纵向水平位移验算①桩在地面处的水平位移和转角计算　　　　　　　　　当，时，查表得到：　　　　　　　　，63 故：　　　　　　　　　　　　　　（符合m法计算要求）同上查表得到：　　　　，　　　　代入得：　　　　　　　　　　②墩顶纵向水平位移验算（图3.15）由于桩露出地面部分为变截面，其上部墩柱截面抗弯刚度为（直径），下部桩截面抗弯刚度为（直径为），假设，则墩顶的水平位移公式为：式中：由于，，所以，图3.1563 已知，，，故：　　　　　墩顶容许的纵向水平位移为：符合规范要求。63 总结在大学的学习过程中，毕业设计是一个重要的环节，是我们步入社会参与实际工程建设的一次极好的演示，我十分有幸能提早把毕业设计和实际工程有机的结合起来，将所学理论知识应用到实践当中。从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。历经两个多月的毕业设计，我收获颇多，获得了许多珍贵的知识，例如如何利用规范，如何把规范里的明文规定运用到实际当中，如何独立思考，如何有效的分配时间，学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式。同时，培养了自己从事专业路桥设计、施工、工程项目管理和独立设计等各方面的能力。此次毕业设计是对我专业知识和专业基础的一次检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。63 参考文献：[1]GB／JTGD60－2004，公路桥涵设计通用规范[s]．北京：人民交通出版社，2004．[2]GB／JTGD62－2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范[s]．北京：人民交通出版社，2004．[3]GB／JTGD63－2007，公路桥涵地基与基础设计规范[s]．北京：人民交通出版社，2007．[4]赵明华．桥梁地基与基础[M]．人民交通出版社，2004．[5]白宝玉．桥梁工程[M]．高等教育出版社，2005．[6]金成隶．预应力混凝土梁拱组合体系-设计研究与实践[M]．北京：人民交通出版社，2001．[7]周竞欧等．结构力学[M]．同济大学出版社，2004．[8]黄绳武．桥梁施工及组织管理[M]．北京：人民交通出版社，1999．[9]徐岳．预应力混凝土连续梁设计[M]．北京：人民交通出版社，2000．[10]陈忠延．土木工程专业毕业设计指南[M]．北京：中国水利水电出版社，2000．[11]沈蒲生．混凝土结构设计原理[M]．高等教育出版社，2005．[12]刘鸿文．材料力学[M]．高等教育出版社，2004．63 致谢本次毕业设计历时四个多月，从选题、开题到CAD绘制设计图纸，完成说明书，现已接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，其间每一过程都得到指导教师周亚刚的悉心指导，有太多可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！感谢各位老师对我的教育培养。他们细心指导我的学习与研究，在此，我要向诸位老师深深地鞠上一躬。各位老师们，您们辛苦了。在本次毕业设计中，我遇到了许多的问题，在周亚刚老师和许多同学的细心指导和帮助下，使我顺利地解决了这些问题，并使我学会了收集资料、查阅专业文献，分析实际工程问题，桥梁设计和施工技术的专业知识。周亚刚老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，绘制施工图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是周亚刚老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩周亚刚老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，堪称良师益友，教给我们的不仅是知识还有待人处世的积极态度，在此表示衷心的感谢，并将积极影响我今后的学习和工作。在此毕业之际，对在大学四年内，给予我教育和热心帮助的各位老师和同学，表示由衷的感谢，并祝愿您们身体健康，工作胜利、万事如意！此致敬礼!2011年1月10日63 63'