土木工程 毕业设计 沅水大桥 附计算书.doc

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1、第一章 绪论一、桥梁在交通事业中的地位建立四通八达的现代化交通网，大力发展交通运输事业，对于发展国民经济，加强全国各族人民的团结，都具有非常重要的意义。在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为了跨越各种障碍，必须修建各种类型的桥梁和涵洞，因此桥涵是交通线中的重要组成部分，而且往往是保证全线早日通车的关键。在经济上，桥涵的造价一般平均来说占公路造价的1020。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要高度快速、机动的现代化战争中，它具有非常重要的地位。二、我国桥梁的发展概况我国文化悠久，据史料记载，在距今约3000年的周文王时，就已在宽阔的渭河上架过大型浮桥。近代的大跨径悬索桥和斜拉桥也是由古

2、代的藤、竹悬索桥发展而来的。几乎在大部分有关桥梁的历史书上，都承认我国是最早有悬索桥的国家，迄今至少有3000年左右的历史。在秦汉时期，我国已广泛修建石梁桥。古代的石拱桥技术也一直驰名中外，著名的石拱桥有河北赵县的赵州桥。新中国成立后，我国人们迅速的医治了战争的创伤，恢复了经济。我国在建国初期修复并加固了大量旧桥，随后在第一、二个五年计划期间，修建了不少重要桥梁，并取得了迅速发展。20世纪80年代后，我国实行改革开放以来，全国高速公路、高速铁路、城市交通网络建设方兴未艾，作为枢纽工程的桥梁建设的发展则突飞猛进。至20世纪末，我国已建成的各类现代化桥梁在世界桥梁跨径排名表上都进入了重要名次，甚至

3、名列前茅，如悬索桥中的长江江阴公路大桥，斜拉桥中的南京二桥、武汉三桥，预应力混凝土桥中的虎门辅航道桥等。第二章 方案设计第一节 沅水大桥概况沅水大桥是常德至张家界高速公路段K25+717处跨越沅水的一座特大桥。常德岸引桥为4030m预应力混凝土先简支后连续T梁，张家界岸引桥为2630m预应力混凝土先简支后连续T梁。原方案为高速公路桥，本设计方案则在参考原桥的基础上将其作为二级公路桥梁标准进行重新设计。大桥桥位区段地质条件和水文地质条件较复杂，以淤泥、亚粘土、亚沙土、粉沙岩为主，全桥基础均采用嵌岩桩。河床呈较宽阔“U”型，水流方向与桥轴线基本正交，主河道中水流流速较大。测时水位Sw28.27m。

4、设计最高通航水位Hw43.75m。 第二节 设计依据及标准一: 设计标准桥梁宽度：13m（路面宽9m+人行道1.5m2+防撞栏杆0.5 m2）；设计荷载：汽车20级，挂车100,人群荷载3.5KN/；桥面横坡：双向1.5%；设计洪水频率：1/100；通航等级：-（1）级；净高：净宽：上底宽：侧高=8m：60m：50m：4.0m；地震基本烈度：7度。二: 采用规范公路桥涵设计通用规范（JTJ02189），1989年；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ02385），1985年；公路砖石及混凝土桥涵设计规范（JTJ85），1985年；公路工程技术标准（JTJ00197），1997年；公

5、路桥涵地基与基础设计规范（JTJ02485）1985年；公路桥涵施工技术规范（JTJ0412000）2000年。三: 主要材料1、混凝土：预应力混凝土主梁采用50号混凝土；其余构件采用30号混凝土；2、预应力钢材：纵向预应力钢材采用低松弛高强钢绞线，符合Asim-92标准；竖向预应力钢材采用精扎螺纹钢；3、普通钢材：采用符合GB149984标准的钢筋。直径12mm者采级热扎螺纹钢；直径12mm者采用热扎圆钢筋；4、钢材：锚头垫板、灯具连接板采用低碳钢。锚具采用符合标准的配套于钢绞线的锚具；5、其它：预应力管道采用波纹管成型；支座采用GPXZ系统抗震型盆式橡胶支座；四: 桥面铺装采用10cm厚沥

6、青混凝土。五: 施工方式挂篮悬臂现浇施工。六：支座强迫位移2号支座：下沉1cm；4号支座：下沉1.5cm。七：温度影响主梁上、下缘温差5。第三节桥型方案选择一、总体设计综合考虑主桥全长及通航要求，则主桥跨径不能过小。而变截面梁主要适应于达跨径预应力混凝土连续梁桥，并且与变截面连续梁最为匹配的施工方法为悬臂施工。故本桥为65m+3100m+65m变截面预应力连续箱梁，共长430m。其桥跨计算简图见图2-1。 图2 - 1 桥跨计算简图 单位：m采用预应力连续梁是因为其有如下特征：1、 均载弯矩最大值比简支梁可减小50%；2、 均载弯矩图面积比简支梁可减小2/3；3、 由于控制弯矩的减小，导致恒载

7、的减小使桥梁自重更轻；4、 加大连续梁的根部厚度可以减小跨中正弯矩，是连续梁突出特征；5、 连续梁桥在一联中无伸缩缝，行车条件较好；采用变高度连续梁是因为连续梁的支座设计弯矩一般比跨中设计弯矩大，故采用变高度形式比较合理；采用变高度箱型截面的原因：1、箱型截面整体性好，结构刚度大；2、箱梁的顶、低板可提供足够面积来布置预应力钢束，以承受正、负弯矩；3、箱型截面抗扭能力强；4、箱型截面能提供较大的顶板翼缘悬臂，底版宽度相应较窄，可以大幅度减下部工程量；5、采用变高度是适应连续梁内力变化的需要。采用悬臂浇筑施工的原因：1、不需要大量施工支架和大型临时设备；2、不影响桥下通航、通车；3、不受季节、洪

8、水影响，不受跨数限制；4、桥梁施工受力状态与运营受力状态基本相近；5、不需要占用很大的预制场地； 6、逐段浇筑，易于调整和控制梁段的位置，整体性好，且各段施工属严密的重复作业，需要施工人员少，技术熟练块，工作效率高。但施工线形及合龙技术要求较高。二、悬臂浇筑施工程序本桥采用对称悬臂浇筑施工，见图2-2。第一步：首先从A、B、C、D墩同时开始进行悬臂施工。第二步：岸跨边段合龙，A、D墩临时固结释放后形成单悬臂梁。第三步：AB、CD跨中间合龙，释放B、C墩临时固结，形成带悬臂的两跨连续梁。第四步：BC跨中间合龙，形成五跨连续梁。图2-2 悬臂浇筑施工程序 桥型方案选择一、总体设计综合考虑主桥全长及

9、通航要求，则主桥跨径不能过小。而变截面梁主要适应于达跨径预应力混凝土连续梁桥，并且与变截面连续梁最为匹配的施工方法为悬臂施工。故本桥为65m+3100m+65m变截面预应力连续箱梁，共长430m。其桥跨计算简图见图2-1。 图2 - 1 桥跨计算简图 单位：m采用预应力连续梁是因为其有如下特征：6、 均载弯矩最大值比简支梁可减小50%；7、 均载弯矩图面积比简支梁可减小2/3；8、 由于控制弯矩的减小，导致恒载的减小使桥梁自重更轻；9、 加大连续梁的根部厚度可以减小跨中正弯矩，是连续梁突出特征；10、 连续梁桥在一联中无伸缩缝，行车条件较好；采用变高度连续梁是因为连续梁的支座设计弯矩一般比跨中

10、设计弯矩大，故采用变高度形式比较合理；采用变高度箱型截面的原因：1、箱型截面整体性好，结构刚度大；2、箱梁的顶、低板可提供足够面积来布置预应力钢束，以承受正、负弯矩；3、箱型截面抗扭能力强；4、箱型截面能提供较大的顶板翼缘悬臂，底版宽度相应较窄，可以大幅度减下部工程量；5、采用变高度是适应连续梁内力变化的需要。采用悬臂浇筑施工的原因：1、不需要大量施工支架和大型临时设备；2、不影响桥下通航、通车；3、不受季节、洪水影响，不受跨数限制；4、桥梁施工受力状态与运营受力状态基本相近；5、不需要占用很大的预制场地； 6、逐段浇筑，易于调整和控制梁段的位置，整体性好，且各段施工属严密的重复作业，需要施工

11、人员少，技术熟练块，工作效率高。但施工线形及合龙技术要求较高。二、悬臂浇筑施工程序本桥采用对称悬臂浇筑施工，见图2-2。第一步：首先从A、B、C、D墩同时开始进行悬臂施工。第二步：岸跨边段合龙，A、D墩临时固结释放后形成单悬臂梁。第三步：AB、CD跨中间合龙，释放B、C墩临时固结，形成带悬臂的两跨连续梁。第四步：BC跨中间合龙，形成五跨连续梁。图2-2 悬臂浇筑施工程序第四节 主体结构设计单箱单室的结构(65m+3100m+65m)，箱梁的高度以二次抛物线变化，底板及腹板厚度分段变化。一、梁高、板厚的确定梁高：主跨跨径接近或大于80m的大跨度连续梁桥，一般采用变高度形式，高度变化基本与内力变化

12、相适应。梁底曲线可以采用折线、抛物线、圆曲线和正弦曲线等。本设计采用二抛物线。支点梁高Hs取最大跨径的1/151/20，跨中按Hc=（1/301/50）Lm确定。本桥确定：Hs：100m/15=6.67m，100m/20=5.0m，故本桥取5.50m.；Hc：100m/30=3.33m，100m/50=2.0m，本桥取为2.5m。高跨比为H1/L=1/18.18，跨中最小梁高H2取为2.5m，H1/H2=2.2。板厚：根据相关规定并参考国内已建预应力连续梁桥，本桥箱梁顶板厚取28cm，根部底板厚度取70cm，跨中底板厚度取25cm。 二、横截面尺寸桥面全宽13m，采用单箱单室截面构造。箱梁顶板

13、采用预应力钢筋混凝土，顶板翼缘外悬2.5m，则箱梁底板宽为8m。考虑布置预应力钢束、普通钢筋及承受轮载的需要，箱梁顶板厚度一般为2530cm左右，本设计取为28cm。根据其它设计材料数据，设置防撞护拦时，箱梁顶板翼缘端部厚度为1520cm左 右，本设计取15cm，翼缘根部厚度为45cm。腹板与顶板相接处做成90cm30cm的承托，腹板与底版相接处做成25cm25cm的承托，以利脱模并减弱转角处的应力集中。主梁支点及跨中横截面构造如图2-3。 图2-3 横断面构造图 单位：cm 三、箱梁底板缘曲线方程 箱底缘曲线可设置为圆曲线、半立方抛物线、二次抛物线等线形，本设计采用二次抛物线。梁底曲线发方程

14、为： y=（x-）x （2-4-1）式中： f - 梁底曲线失高，本桥为3m； - 梁底曲线跨径，如100m跨为100m-5cm=95m。其中为布置支座，特设置5m（支承中线每侧2.5m）的水平段。梁底曲线局部坐标系如图2-4所示：图2-4 梁底曲线局部坐标系 单位：cm底板、腹板宽度采用台阶式：底板分别为0.70m、0.45m、0.25m，腹板分别为0.5m、0.45m、0.4m。具体见主梁一般构造图。四、横隔梁设置 箱形截面梁的抗弯及抗扭刚度较大，除在支点处设置横隔梁以满足支座布置及承受支座反力需要外，可设置少量中横隔梁。箱梁横隔梁的主要作用是增加截面的横向刚度，限制畸变应力。本桥在支座处

15、设置厚度为120cm的横隔梁。在主跨跨中设置厚度为20cm的横隔梁，结构简图见图2-5。图2-5 横隔梁设置简图五、箱梁控制截面几何要素本桥段共5孔，100m跨每孔为8个控制截面，边跨控制截面划分稍有不同。控制截面划分如简图2-6。由于全桥对称，故只列出部分数据如表2-1。 图2-6 控制截面划分简图 控制截面几何要素（单位：m） 表2-1截面项 目1-123452-2L2/8L2/43L2/8L2/2高（H）2.52.52.713.334.375.54.373.332.712.5底板厚（）0.250.250.250.450.450.70.450.450.250.25腹板宽（W）0.40.40

16、.40.450.450.50.450.450.40.4第五节毛截面几何特性计算本设计中的毛截面几何特性计算采用三角形法进行计算，且采用FORTRAN程序计算。毛截面分块如图，计算结果见表2-2。其计算图式如图2-7。图2-7 三角形分块示意图 截面特性计算结果表 表2-2截面号AHXHSIWXWSEAEI014.19252.59172.833367.116925.896523.6889234.909249.6738114.19252.59172.833367.116925.896523.6889234.909249.6738213.8852.44812.669458.558123.919521

17、.937204.953348.5975313.59422.31272.51451.065522.0820.3128178.729247.5797413.32662.18642.36644.54820.374918.8286155.91846.643513.06232.06632.22838.831818.793217.4248135.911345.7188612.82131.95512.098733.898217.338216.1521118.643644.8745710.52952.05711.772326.091112.683414.721791.318836.8531810.34251.

18、95011.671622.941811.764213.724680.296136.1989910.17051.85151.57920.239710.931212.818470.838935.59661010.01341.76151.494517.935710.182212.00162.775135.0469119.87131.67991.418215.98239.513811.269555.938134.5495129.74421.60691.3514.33978.923810.62250.188934.1047137.97431.75621.07610.49465.97569.753636.

19、731127.9099 续上表截面号AHXHSIWXWSEAEI147.88791.69241.03189.59715.67089.301133.589727.6075157.84171.63820.99468.87235.4168.920131.052927.3516167.81471.60230.93848.35485.21438.903629.241827.4458177.70831.5590.94087.87375.05058.369127.557926.9792187.67511.53420.9247.57494.93758.197626.512126.8627197.65511.5

20、1930.9147.3994.87018.095125.896826.793207.64851.51430.91077.3414.84778.060925.693426.7698注：A 为截面面积(m2)；I 为截面惯矩(m4)；HS 为截面形心至上缘之距离()；HX 为截面形心至下缘之距离()；WS 为截面上缘模量(m3)；WX 为截面下缘模量(m3)；EA 为截面抗压刚度(107kN)；EI 为截面抗弯刚度(107kNm2)。第三章主梁内力计算第一节 结构体系转换过程分析本桥为5跨连续梁桥，跨径为65m3100m65m，采用悬臂拼装施工，如图31图所示，合龙次序为由边孔向中孔依次进行。本桥

21、的施工工序及相应的内力分析如下： 1. 悬拼完毕，吊机拆除首先在所有桥墩内预埋铁件，安装扇形支架，浇筑墩顶阶段。永久支座为钢辊轴，临时支座为混凝土块，设在永久支座两侧，用直径32mm的钢筋将墩顶节段临时锚固在桥墩上，以保证从墩顶向墩两侧对称悬臂拼装的稳定性。悬拼完毕时的恒载内力如图31a所示。2. 现浇边跨部分因为边跨长度大于悬臂拼装长度，所有需要在边跨内另立排架，现浇部分节段与边跨的悬臂拼装段相接。此时为一端固定，一端简支的梁式结构，在现浇段自重作用下的恒载内力如图31b所示。3. 拆除2号墩、5号墩上的临时支座，计算由一端固定一端简支的梁式结构转换成两端简支的单悬臂结构的内力，即计算临时支

22、座所释放的不平衡弯矩在两端简支的单悬臂上所产生的内力如图31c所示。4. 边跨合龙将边跨的单悬臂梁与3号墩（4号墩）的T构通过现浇合龙段合龙。计算单悬臂梁和T构在支架、模板重力及合龙段自重作用下的内力如图31d所示。5. 合龙段支架模板拆除后，考虑合龙段的上述重力从相反方向加在已合龙的结构体系上产生的内力如图31e所示。6. 拆除3号墩（4号墩）的临时支座，计算因拆除临时支座所产生的内力如图31f所示。7. 中跨合龙把左半跨合龙成5跨连续梁。计算合龙段两侧悬臂端在支架、模板重力、合龙段自重作用下的内力如图31g所示。8. 合龙段支架模板拆除后，考虑上述重力以相反的方向加在连续梁上产生的内力如图31h所示。9. 连续梁最终的恒载内力如图31i所示。