跨T河20m跨径装配式钢筋混凝土简支T形梁桥设计毕业设计.doc

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1、跨T河20m跨径装配式钢筋混凝土简支T形梁桥设计【摘要】本文设计的是装配式钢筋混凝土简支T形梁桥，第一部分水文计算的主要内容主要是通过水文计算拟定桥长，确定桥面标高以及冲刷深度，并通过方案的比选确定出本次设计的桥型，第二部分上部结构的内容比较多，主要包括结构主梁尺寸的拟订、桥面宽度以及公路等级的设定，恒载和活载的内力计算、根据承载力配筋以及截面的承载力和剪力的验算，同时复核了横隔梁和行车道板的承载力，设计了支座的尺寸并进行了验算。第三部分下部结构采用了钻孔灌注桩，双柱式桥墩，根据受力拟订了盖梁、桥墩、钻孔桩灌注桩尺寸并进行了截面配筋设计与承载力校核以及钻孔桩灌注桩墩顶水平位移算。关键词：混凝土

2、简支T形梁桥，内力组合，承载力，截面配筋，水平位移20 m span fabricated reinforced concrete simply-supported T shape design the bridge【The design】In this paper the design is fabricated reinforced concrete simply-supported T shape beam bridge, the first part of the main content of the hydrologic calculation is mainly through

3、the hydrologic calculation for long bridge, determine the elevation of the bridge and scour depth, and through the scheme than the election to determine the design of the bridge, the second part of the upper structure content more, including the structure of the size of the main girder bridge and ro

4、ad width to draft, on the level of the set, constant load and live load bearing capacity of the internal force calculation, according to reinforcement and the bearing capacity of the cross section of the shear and checked, and check the beam and driving the isolation of the DaoBan bearing capacity,

5、the design and the size of the bearings are checked. In the third part of the lower structure used the cast-in-place pile, double column type bridge pier, according to the working initiated the cover beam, drilling pile pier and pile size and section reinforcement design and check and drilling pile

6、bearing capacity of pile pier top level is displacement.Keywords: concrete simply-supported T shape beam bridge, internal force combination, bearing capacity, section reinforcement, horizontal displacement目 录1.T河水文设计原始资料及计算1 1.1设计原始资料1 1.2河段类型判断11.3设计流量和设计流速的复核11.4 拟定桥长31.5计算桥面标高31.6冲刷计算51.7方案比选82.设

7、计资料及构造布置9 2.1设计资料92.1.1桥梁跨径及桥宽9 2.1.2 设计荷载92.1.3 设计依据92.1.4 材料及工艺92.1.5设计材料基本数据102.1.6.结构尺寸10 2.2 主梁计算11 2.2.1主梁跨中截面主要尺寸拟订11 2.2.2横梁抗弯及抗扭惯矩132.2.3计算抗弯参数和抗扭参数152.2.4计算荷载弯矩横向分布影响线坐标152.2.5梁端剪力横向分布系数计算（按杠杆法）202.2.6作用效应计算202.3持久状况承载能力极限状态下界面设计，配筋与验算29 2.3.1跨中截面的纵向受拉钢筋计算292.3.2腹筋设计312.3.3持久状况斜截面抗弯极限承载能力极

8、限状态验算442.3.4持久状况正常使用极限状态下裂缝宽度验算442.3.5持久状况正常使用极限状态下挠度验算452.4横梁的计算472.4.1横梁弯矩计算（用GM法）472.4.2横梁截面配筋与验算492.4.3横梁剪力效应计算及配筋设计512.4.4横梁接头钢板及焊缝计算542.5行车道板的计算562.5.1行车道板荷载计算562. 5.2 行车道板截面设计，配筋与强度验算58 2.6支座计算592.6.1选定支座的平面尺寸592.6.2确定支座厚度602.6.3验算支座的偏转612.6.4验算支座的抗滑稳定性613.钻孔灌注桩，双柱式桥墩的计算633.1桥墩尺寸及材料633.2盖梁荷载计

9、算633.2.1上部构造永久荷载643.2.2盖梁自重及作用效应计算(1/2盖梁长度)643.2.3盖梁可变荷载计算653.2.4双柱反力75 3.3盖梁内力计算763.3.1盖梁弯矩计算763.3.2盖梁剪力计算783.3.3盖梁内力汇总783.4盖梁截面配筋设计与承载力校核793.4.1正截面抗弯承载力验算783.4.2 斜截面抗剪能力验算813.4.3 盖梁承载能力效合81 3.5桥墩墩柱设计813.5.1墩柱荷载计算813.5.2 墩柱截面配筋计算及应力验算853.6钻孔桩灌注桩计算873.6.1钻孔桩灌注桩荷载计算873.6.2钻孔桩灌注桩桩长计算873.6.3钻孔桩灌注桩桩的内力计

10、算（m法）893.6.4钻孔桩灌注桩桩身截面配筋与承载力验算913.6.5钻孔桩灌注桩墩顶纵向水平位移验算914.施工组织设计95 结论97 致谢98 参考文献991.T河水文设计原始资料及计算1.1设计原始资料（1）桥面平面图（2）桥位地质纵剖面图（3）设计流量：Qs=420m3/s 设计流速：Vs =2.65m/s,设计水位为450.20m，滩槽均为5.5（4）该河属于华北地区山前区河流，属于季节性河流，无通航和抗震要求（5）该地区基本风压为750Pa，暴风雨最大风为七级，风速为16m/s，按实测从不利角度确定风向与浪程方向夹角小于22.5度（5）标准冰冻深度：hd=1.20m ,雨季在7

11、、8、9月份（7）含沙量：p=7.3/ m3（8）最大浪程起端处设计流量时断面最大水深为1.5m（9）凝灰质角砾岩实测属于碎块状，基本承载力为2000MPa（10）第二层砾石含砾d=5mm1.2河段类型判断 该河段位于平原与山区的过渡地带，河床地质条件较好，河岸比较齐整，其河床多为砾石，冲淤变化不大，主槽宽浅，极少摆动，平面顺直，综合判断为山前区稳定性河段。1.3设计流量和设计流速的复核根据地质纵剖面图绘出的河床桩号（见下表1.1），绘制河流纵断面图(图1.1) 表1.1 河床桩号 桩号1+235.451+148.631+169.431+177.831+190.631+200.031+208.

12、43标高449.45450.20449.4449.36449.4450.20449.50桩号1+242.251+244.251+274.651+279.251+309.45标高449.0448.20448.0449.0450.20图1.1 T河横断面图 由于滩槽不易划分，故全部按河槽计算。表1.2 过水面积、水面宽度、湿周计算表 桩号河床标高水深平均水深水面宽度过水面积1+148.63450.2000.420.88.321+169.43449.40.80.828.46.8881+177.83449.360.840.8212.810.4961+190.63449.40.80.49.43.761+

13、200.03450.2000.358.42.941+208.43449.500.70.72527.0219，58951+235.45449.450.750.9756.86.631+242.25449.01.21.62.03.21+244.25448.22.02.130.463.841+274.65448.02.21.74.67.821+279.25449.01.20.630.218.121+309，45450.200合计160.82151.6035过水面积A=151.604 ，水面宽度 B=160.82m湿周=162.017 取n0.025 由曼宁公式C=39.554由谢才公式：=2.85m/

14、s=AV=151.602.85=432.1/s QcQs=432m3/s VsVc= 2.65m/s1.4 拟定桥长T河属于稳定性宽滩性河段，查规范桥涵水文与水力学采用12-9式计算其中Bc=160.82 0.954代入上式=1.36=2.686/s 118.26m综合分析桥型拟订方案为820 分离式钢筋混凝土简支 T型梁桥，采用双柱式桥 墩,桥墩直径为1.3m，L=+nd=118.26+1.38=128.66m1.5计算桥面标高（1）雍水高度Fr=2.852/9.80.954=0.8691 即设计流量通过时为缓流v0= vc=vs=2.85m/s桥孔侧收缩系数e=1-0.375=1-0.37

15、5=0.95桥墩阻水引起过水断面折减系数r=0.065冲刷系数p=1.2冲刷前桥下含桥墩在内的毛计算过水断面面积A =142.207净水面积A=(1-r)=(1-0.065)142.207=132.964 m河滩路堤阻断面积A=A- A=151.60-142.207=9.393 m河滩路堤阻断流量Q=A=9.3932.85=26.77/s =26.77/432=6.20水流阻力系数=(+V)=(+2.85)=3.05m/sZ=0.05(3.05-2.85)=0.059 m因为该河为山区与半山区河流所以桥下雍水高度= Z =0.059m（2）波浪高度由经验公式进行波浪高度的计算：式中:计算波浪高

16、度； 平均水深 （m）；=0.954m D计算浪程 （m）；D=170 g重力加速度（m/s2）g=9.80m/s2 风速（m/s）;=16m/s KD有效浪程系数查水力学及桥涵水文表128由于0.946,用内插入法可得=1.00(注：)计算桥面标高时通常代计入将数据代入上式，可得最终波浪高度=0.147m=+=0.059+0.147=0.157m（3） 桥面最低标高本河段流水现象不严重，亦无流木和较大漂浮物，无通航和抗震要求，其他引起水位升高的因素均可略去不计。故：设计水位考虑雍水，浪高，波浪雍高，河湾超高，水拱，局部股流雍高（水拱与局部股流雍高只取其大者），床面淤高，漂浮物高度等诸因素的总

17、和；（m）桥下净空安全值，取为0.5m桥梁上部建筑物高度，包括桥面铺装高度，此处取为2m=450.20+0.157+0.5+2=452.857m因为路面标高为452.96m 所以=452.96m1.6冲刷计算（1）一般冲刷第一层为粘性土质，且全部按河槽计算，根据公路工程水文勘测设计规范中式7.3.21，式中：桥下一般冲刷后的最大水深 单宽流量集中系数，取1.0到1.2,本例取1.2桥下河槽部分通过的设计流量（m3/s）,当河槽能扩宽至全桥是取用，=432m3/s；桥墩水流侧向压缩系数，有公路工程桥涵水文勘测设计中表7.3.11知=0.95；河槽部分桥孔过水净宽，当桥下河槽能扩宽至全桥时，即为全

18、桥桥孔过水净宽；=118.26m河槽最大水深（m）, =2.20m 桥下河槽平均水深（m）, =0.943 为粘性土的液性指数，=0.8将数据代入上式，=10.93m第二层为非粘性土质，全部按河槽计算，根据公路工程水文勘测设计规范中式641修正式，式中：造床流量下河槽宽度（m）=160.82m造床流量下的河槽平均水深（m）=0.954m； 河槽泥砂平均粒径（mm）=1.2mm；E 与汛期含沙量有关的系数，由公路工程桥涵水文勘测设计中表7.3.12知E=0.66 其余数据与上同，代入上式，=8.31m第三层为非粘性土质，与第二层用同一公式，其中=8mm，=6.87m（2）局部冲刷可知一般冲刷第一

19、层最大，所以计算第一层局部冲刷根据公路工程水文勘测设计规范中式7.4.21，=8.42.5其中=1.3m =0.8 =1.00根据公路工程水文勘测设计规范中式7.4.44，m/s ，代入上式1.27m总刷深度10.93+1.27=12.2m桥下最低冲刷线高程=450.20-12.2=438.0m1.7方案比选 表1.3 方案比选序号比较项目第一方案第二方案第三方案1桥长混凝土T型简支梁桥（820m）预应力混凝土T型简支梁桥（440m）预应力混凝土空心板桥（820m）2工艺技术要求技术较先进，工艺要求较严格，采用混凝土T梁，需要采用吊装设备，且在近几年混凝土T型梁桥施工中有成熟的施工经验和施工技

20、术工艺较先进，有成熟的施工经验和施工工艺，使用范围广，相对板的自重也较小，但制作麻烦，需要使用大量的钢筋结构新颖，工艺要求严格，所需施工设备最少，占用施工场地少，因系新桥型，须先试验后采用。3使用效果属于静定结构，桥面平整度较好，使用阶段易于养护，养护经费较低。属于超静定结构桥面平整，行车条件较好，但养护较麻烦养护经费高属于超静定结构，受力情况需中间试验验证。伸缩缝少，桥面平整。从对比来看，我选择凝土T型梁桥。2 设计资料及构造布置2.1设计资料2.1.1桥梁跨径及桥宽标准跨径=20.00 m 主梁全长=19.96 m 计算跨径=19.50 m桥面净空=2( 3.52 + 3 + 0.75 +

21、 1 + 20.5)2.1.2 设计荷载高速公路, 公路级2.1.3 设计依据(1)交通部颁公路工程技术标准（JTG B012003），简称标准。(2)交通部颁公路桥涵设计通用规范（JIG D602004），简称桥规。(3)交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JIG D622004），简称公预规。2.1.4 材料及工艺混凝土：主梁用C50，栏杆及桥面铺装用C30。主梁钢筋采用公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计规范（JIG D622004）中的HRB335钢筋,其他采用R235钢筋。2.1.5设计材料基本数据表2.1 基本数据 名称项目符号单位数据C50砼立方强度fcu，kMPa50弹

22、性模量EcMPa3.45104轴心抗压标准强度fckMPa32.4轴心抗拉标准强度ftkMPa2.65轴心抗压设计强度fcdMPa22.4轴心抗拉设计强度ftdMPa1.83HRB335标准强度fpkMPa1860弹性模量Ep MPa1.95105抗拉设计强度fpdMPa1260材料重度C50砼r1KN/m325.0C30砼r4KN/m3242.1.6.结构尺寸（1）主梁断面(如图2.1）图2.1 主梁断面图（2）横梁断面图（如图2.2）图2.2 横隔梁断面图2.2.主梁计算2.2.1主梁跨中截面主要尺寸拟订(1) 主梁跨中截面主要尺寸拟订(如图2.3)图2.3求主梁界面的重心位置a平均板厚：

23、 cm=41.2cm =15750+1989000+3295500+1325500=6625750cm=0.0662575mT形截面的抗扭惯矩近似等于各个矩形截面的抗扭惯矩之和，即矩形截面的抗扭惯矩刚度系数相应各矩形的宽度和厚度对于翼板：查表得对于梁肋：查表得=0.301，所以m单位宽度抗弯及抗扭惯矩（/cm)（/cm)2.2.2横梁抗弯及抗扭惯矩横梁抗弯及抗扭惯矩(如图2.4)图2.4翼板有效宽度计算全断面取八片主梁，每跨设五根横隔梁，横梁长度取为两边主梁的轴线间距，即根据比值可查附表土木工程手册，求得=0.773求横梁截面重心位置=横梁的抗弯和抗扭惯矩和=3.45=由0.0230.1.查表

24、得=1/3，但由于连续桥面的单宽抗扭惯矩只有独立板宽扁板者的翼板，可取=1/6；0.298，故=单位抗弯及抗扭惯矩和（/cm)=（/cm)2.2.3计算抗弯参数0.792式中： -桥宽的一半 -计算跨径 ,按公预规3.1.6条，G=0.43，=0.1642.2.4计算荷载弯矩横向分布影响线坐标已知=0.792，查GM图表表2.2 荷载弯矩横向分布影响线坐标 梁位 荷载位置 b0_b0-0.30.41.011.681.901.681.010.40-0.30 0.351.081.661.901.681.100.540.01-0.50 1.822.032.091.651.040.430.07-0.2

25、6-0.564.323.092.021.100.400.03-0.20-0.35-0.40 b7.384.321.800.30-0.44-0.48-0.44-0.30-0.16 00.610.790.981.221.401.220.980.790.61 1.001.141.341.411.210.920.690.500.40 1.591.671.601.350.990.690.460.340.27 2.332.091.651.140.760.500.350.250.18 b2.802.391.571.000.650.410.300.200.13用内插法求各梁位处横向分布影响线坐标值1、8号梁：

26、2、7号梁：=3、6号梁：=+（-）=0.5+0.54、5号梁：=+（-）=0.5+0.5列表计算各梁的横向分布影响线坐标值如表2.3 表2.3 各梁的横向分布影响线坐标值 梁号计算式 荷载位置b3/4b1/2b1/4b0-1/4b-1/2b-3/4b-b1号2.5652.2401.6101.0700.7050.4550.3250.2250.1555.8503.7051.9100.700-0.020-0.225-0.320-0.325-0.280-3.285-1.465-0.3000.3700.7250.6800.6450.5500.435-0.539-0.240-0.0490.0610.11

27、90.1120.1060.0900.0715.3113.4651.8610.7610.099-0.113-0.214-0.235-0.209=0.6640.4330.2330.0950.012-0.014-0.028-0.029-0.0262号1.9601.8801.6251.2450.8750.5950.4050.2950.2253.0702.5602.0551.3750.7200.230-0.065-0.305-0.480-1.110-0.680-0.430-0.1300.1550.3650.4700.6000.705-0.182-0.112-0.071-0.0210.0250.0600.

28、0770.0980.1162.8882.4881.9841.3540.7450.2900.012-0.207-0.364=0.3610.3060.2480.1690.0930.0360.002-0.026-0.0463号1.2951.4051.4701.3801.1000.8050.5750.4200.3351.0851.5551.8751.7751.3600.7650.305-0.125-0.5300.210-0.15-0.405-0.395-0.2600.0400.2700.5450.8650.034-0.025-0.066-0.065-0.0430.0070.0440.0890.1421

29、.1191.5301.8091.7101.3170.7720.349-0.036-0.388=0.1400.1910.2260.2140.1650.0970.044-0.005-0.0494 号0.8050.9651.1601.3151.3051.0700.8350.6450.5050.0250.7401.3351.7901.7901.3900.7750.205-0.4000.7800.225-0.175-0.475-0.485-0.3200.0600.4400.9050.1280.037-0.029-0.078-0.079-0.0520.0100.0720.1480.1530.7771.30

30、61.7121.7111.3380.7850.277-0.252=0.0190.1270.1630.2140.2140.1670.0980.035-0.0315绘制横向分布影响线图求横向分布系数(如图2.5）2图2.5 横向分布影响线图1号梁：两行汽车：(0.526+0.273+0.151+0.038)=0.998=0.494三行汽车：(0.526+0.273+0.151+0.038-0.001-0.023)0.78=0.376 防撞栏：0.628-0.026=0.6022号梁：两行汽车：（0.339+0.263+0.204+0.117)=0.923=0.462三行汽车：（0.339+0.26

31、3+0.204+0.117+0.065+0.015)0.78=0.392 防撞栏：0.352-0.043=0.3093号梁：两行汽车：(0.172+0.217+0.219+0.180)=0.394三行汽车：(0.172+0.217+0.219+0.180+0.131+0.064)0.78=0.384防撞栏：0.148-0.042=0.1064号梁：两行汽车:(0.087+0.154+0.192+0.214)=0.324三行汽车：(0.087+0.154+0.192+0.214+0.191+0.124)0.78=0.375防撞栏:0.036-0.032=0.004 2.2.5梁端剪力横向分布系数

32、计算（按杠杆法） 公路一级(如图2.6)图2.6 梁端剪力横向分布影响线1号梁：0.875=0.4382号梁：1.00=0.53号梁：(0.25+0.938)=0.5944号梁：(0.25+0.938)=0.5942.2.6.作用效应计算 1.永久作用效应（1）恒载集度假定桥面构造各部分重力平均分配给主梁承担，主梁尺寸(如图2.7)图2.7 主梁截面(单位:)横隔梁图2.8 横隔板截面(单位:)边梁：中梁：桥面铺装沥青混凝土（取平均厚度2cm）：混凝土垫层（取平均厚度9cm）：合计栏杆防撞栏重力：5若将两侧防撞栏按横向分布系数分摊至各梁的板重为：1号，8号梁：50.602=3.012号，7号梁

33、：50.309=1.5453号，6号梁：50.106=0.534号，5号梁：50.004=0.02表2.4 各梁的长久荷载 （单位：） 梁号主梁 横梁 防撞墙 铺装层 合计1（8）9.760.613.014.2017.582（7）9.761.221.5454.2016.733（6）9.761.220.534.2015.714（5）9.761.220.024.2015.20（2）永久作用效应计算表2.5 影响线面积计算 项目 计算面积 影响线面积 表2.6 永久作用效应计算 梁号 q qqqqq1（8）17.5847.53835.5717.5835.65626.7317.589.75171.41

34、2（7）16.7347.53795.1816.7335.65596.4216.739.75163.123（6）15.7147.53746.7015.7135.65560.0615.719.75153.174（5）15.2047.53722.4615.2035.65541.8815.209.75148.202. 可变作用效应（1）汽车荷载冲击系数简支梁的自振频率为：-计算跨径，=19.5E-混泥土弹性模量，本例C50，E=3.405-结构跨中截面惯距=0.06626-结构跨中处单位长度质量=把数据代入上式，得当1.514(2)公路I级均布荷载，集中荷载及其影响线面积。按照桥规4.3.1条规定，公

35、路一级车道荷载的均布荷载标准值为： ， 表2.7 可变作用效应 项目顶点位置l/2处10.523847.53l/4处10.523835.63支点处10.52389.75l/2处10.5238(3) 可变作用效应（弯矩）计算表2.8 公路I级产生的弯矩 梁号内力弯矩效应 10.4940.494 1.255 10.547.5335.65 2384.8753.6561028.726771.524 20.4620.46247.5335.654.8753.656962.087721.546 30.3940.39447.5335.654.8753.656820.481615.345 40.3750.375

36、47.5335.654.8753.656780.915585.671（4） 可变荷载剪力效应计算（5） 按照桥规4.3.1条规定，集中荷载标准值需乘以1.2的系数。 跨中剪力的计算 表2.9 跨中剪力 梁号 内力 弯矩效应 10.4941.25510.52.438285.60.5104.402 20.4621.25510.52.438285.60.597.639 30.3941.25510.52.438285.60.583.268 40.3751.25510.52.438285.60.579.253支点剪力的计算计算支点剪力效应的横向分布系数的取值为：a . 支点处按杠杆法计算的b . 按跨中

37、弯矩的横向分布系数c . 支点l/4处在和之间按照直线变化支点剪力效应的横向分布（如图2.9）图2.9 支点剪力效应的横向分布影响线图剪力效应计算式中：相应于某均布活载作用处的横向分布图纵坐标 相应于某均布活载作用的数值 相应于某集中活载的数值 2.11表 汽车荷载作用产生的支点剪力效应计算（单位：KN） 1号梁：=218.804 2号梁：=239.6963号梁：4号梁：3.基本荷载组合基本荷载组合：按桥规4.1.6条规定，永久作用设计值效应与可变作用的设计效应的分项系数为r ，永久荷载作用分项系数，汽车荷载作用分项系数, 设计安全等级级取表2.12 弯矩基本组合表（单位：） 梁号 内力 永久荷载汽车 1835.571028.7262442.900626.73771.5241832.2