桥梁工程毕业设计论文

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兰州交通大学毕业设计

土木工程学院

桥梁工程

土木076班

摘要

本毕业设计的对象为一座3×30m 简支梁桥，该桥位于长寿北部新区，跨越桃花溪。桥梁平面位于直线段上，全长100米，宽度32米，设计荷载为公路-I 级。主梁横向由14片T 梁组成，梁高均为2.0m ，两片梁之间设置60cm 宽现浇湿接缝。本桥采用桩柱式桥墩，直径1.5m 的圆形截面墩柱及直径1.8m 的圆形截面钻孔灌注桩，桩基础嵌入完整中风化基岩面5.4m 以下；采用重力式U 型桥台，桥台基础为直径1.5m 的钻孔灌注桩基础。

桥梁上部结构采用Midas 程序进行分析计算，分析模型为单片简支T 梁，仅分析一片边梁，中梁偏安全的采用边梁的分析结果来进行验算。横向分布系数通过桥梁博士3.0计算完成。内力计算结果包括基本组合、长期组合及短期组合作用下的弯矩图、剪力图、最大应力图。根据内力计算结果，对主梁进行了承载能力及正常使用性能的验算。盖梁承载能力验算及裂缝宽度验算与抗剪验算、墩柱承载力验算及裂缝宽度验算、桩基承载力验算及裂缝宽度验算均由自编计算机程序计算完成，墩柱与桩基的水平位移及其它效应由桥梁博士3.0计算完成。

根据验算结果得出结论：设计的桥梁结构是安全、经济、合理的，并满足现行规范的要求。

关键词：桥梁；荷载组合；内力；验算；承载能力

Abstract

The object in this graduation project is a simply supported three-span girder bridge ( 3×30m) in New Zone of Changshou North and straddles Taohua Stream. The bridge is straight on the plane with 100 metres in length and 32 meters in width.The bridge is a part of a load is Highway-I-level. The main beam is made up of 14 T-beams that are 2.0m width between the two beams. Substructure is made up of circular section piers with a diameter of 1.5 and circular section bored pouring pile foundation with a diameter of 1.8 m, the pilings of foundation are embedded into the intack moderately differentiated rock with a depth of

5.4m. The concrete gravity abutment is 6.5m .

Analysis of superstructure in the bridge be done by using Midas Civil Trial 2006. Simply supported single T-beam is used as analysis model in the program, only one edge beam is analysed and the mid beam using the same result in analyzing on safe side. Transverse distributing coefficient can be exported by using Dr bridge 3.0. The calculations include bending moment diagram, shear force diagram and maximum stress under basiclong-termshort-term load combination. According to the calculations, checking of capacity and performance of normal use of the beam done. Checking of capacitycrack widthshear strength of bent cap, capacity crack width of piers and piles are done by Dr bridge 3.0.

According to the calculation results, the bridge designed in this graduation project was safe, economical and reasonable, and it is qualified for the present bridge design specifications .

Keywords:Bridge;Load combination; Inner Force; Capacity

目录

第一章 设计说明 ............................................................................................................. 1

第一节 工程概况 ............................................................................................................. 1

第二节 设计依据及规范 .................................................................................................. 1 一、设计依据 . .............................................................................................................. 1 二、主要设计规范 ....................................................................................................... 1

第三节 地质概况 ............................................................................................................. 2 一、地形地貌 . .............................................................................................................. 2 二、地质构造 . .............................................................................................................. 2 三、地层岩性 . .............................................................................................................. 2 四、不良地质现象及主要工程地质问题 . ..................................................................... 3 五、地震 ...................................................................................................................... 3 六、水文地质条件 ....................................................................................................... 4

第二章 设计计算 ............................................................................................................. 6

第一节 采用的技术标准及参数 ....................................................................................... 6

第二节 主要材料及计算参数 . .......................................................................................... 6 一、混凝土 .................................................................................................................. 6 二、普通钢筋 . .............................................................................................................. 7 三、预应力钢材 . .......................................................................................................... 7 四、预应力锚具及管道 . ............................................................................................... 8

第三节 主要结构设计 ...................................................................................................... 8

第四节 主梁结构验算 ...................................................................................................... 9 一、计算模型与恒载取值 ............................................................................................ 9 二、主梁内力计算及验算 .......................................................................................... 11 （一）横向分布系数计算 . ..................................................................................... 11 （二）选择控制截面 ............................................................................................. 12

（三）计算结果（1号梁） ................................................................................... 12 （四）主梁截面验算 ............................................................................................. 17 （五）挠度验算 . .................................................................................................... 27 （六）支座承载力验算 ......................................................................................... 28

第五节 下部结构验算 .................................................................................................... 28

一、盖梁验算 . ............................................................................................................ 28 （一）承载能力验算 ............................................................................................. 29 （二）裂缝宽度验算 ............................................................................................. 30 （三）抗剪验算 . .................................................................................................... 31 二、桥墩墩柱验算 ..................................................................................................... 32 （一）墩底截面承载力验算 .................................................................................. 33 （二）裂缝宽度验算 ............................................................................................. 35 三、桥墩桩基验算 ..................................................................................................... 36 （一）桥墩桩基承载力验算 .................................................................................. 36 （二）墩桩水平位移及作用效应 . .......................................................................... 37 四、桥台桩基验算 ..................................................................................................... 38 （一）桥台桩基承载力验算 .................................................................................. 38 （二）桥台桩基水平位移及作用效应 ................................................................... 40

第四节 结论 . .................................................................................................................. 43

第三章 施工方案设计要点 ............................................................................................ 44 一、下部构造 . ............................................................................................................ 44 二、上部构造 . ............................................................................................................ 45 三、其它 .................................................................................................................... 46 结束语 ............................................................................................................................ 48 致谢 . ............................................................................................................................... 49 参考文献 ........................................................................................................................ 50

第一章 设计说明

第一节 工程概况

本桥位于长寿北部新区渡南路西延伸段，跨越桃花溪。桥梁结构形式为3×30m 简支梁桥，桥梁起点桩号K0+696.217米, 终点桩号K0+796.217米，全长100米；桥梁平面位于直线段上，双向四车道，标准宽度32米，行车道宽24米，人行道宽4米双侧布置。

第二节 设计依据及规范

一、设计依据

1．林同棪国际工程咨询（中国）有限公司与业主方签订的设计合同。

2．长寿北部新城渡南路西延伸段道路平面、纵断面设计图纸。

3．地质勘察报告（中冶成都勘察研究总院有限公司）

4．《长寿北部新城渡南路西延伸段道路工程初步设计》

（林同棪国际工程咨询（中国）有限公司）

5．《关于桃花溪及支流改道方案协调会会议纪要》

（重庆市长寿北部新区管委会 2010.02）

6．长寿北部新城渡南路西延伸段道路工程初步设计的批复

（长建初设[2011]43号）

7．业主提供的其它资料文件。

二、主要设计规范

1．《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）

2．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）

3．《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63—2007）

5．《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）

7．《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ 2-2008）

第三节 地质概况

一、地形地貌

长寿区地壳隆起成陆于一亿三千万年前，属川东平行岭谷弧形褶皱低山丘陵区。长江北岸地势顺大巴山支脉由东北向西南呈阶梯下降，东侧黄草山（亦名东山，海拔

800m ～700m 左右），中偏西侧明月山（亦名西山，海拔500m ～900m ，主峰白云山1034m ，为全区最高峰），西部边缘铜锣山（海拔500米～600米）将全境切割为“三山两槽”地形。三山之间丘陵波状起伏，梯田层，冲田密布。东西二山之间沿长垫公路两侧地势平缓，渡舟、双龙为较大平坝。

拟建区地势较低，地形总体变化一般，地貌类型受地层岩性、地质构造控制明显，泥岩发育位置地势相对较高、地面起伏较小，道路沿线仅见一个小山包。地面起伏变化小，多以斜坡、平坝、沟谷等地形为主，属于构造剥蚀、侵蚀浅丘地貌。拟建道路范围内地面高程311.50m ～320.22m ，高差9.42m 。

二、地质构造

拟建工程区在构造上位于梁平向斜南端的南东翼，岩层呈单斜产出，产状：倾向270°～290°，倾角5°～8°。岩层产状平缓，未发现断层构造，地质构造简单。

场区内泥质砂岩较发育，泥质砂岩中风化裂隙及卸荷裂隙发育，但无规律性。场区内局部地带泥质砂岩中有两组构造裂隙发育：一组倾向13°～15°、倾角80°；另一组倾向300°～320°、倾角75°；裂隙间距一般2～3m ，裂面较平直，张开宽度0.5～2mm ，无充填物，延伸长度一般3～4m ，属剪切裂隙。主要分布在岩体表部，范围局限，对岩体的完整性影响甚微。场区内泥岩强风化层网状风化裂隙发育，中风化层中裂隙不发育。

三、地层岩性

拟建道路沿线主要出露地层为第四系全新统和侏罗系中统沙溪庙组(J2s ) 。第四系地层主要由耕土、素填土、细砂、粉质粘土组成。侏罗系中统沙溪庙组地层主要由泥质砂岩和泥岩组成。

现将场区内岩性特征分述如下：

1．第四系土层（Q 4）

耕土(Q4) ：红褐色、褐色，主要由粘性土组成，多根系分布，厚度较小，小于1m 。 素填土：(Q4ml ) ：红褐色、黄褐色、杂色，主要由粘土、碎块石及角砾组成，碎块含量15-35%,成分以强风化泥质砂岩、泥岩为主, 呈棱角状-次棱角状, 粒径一般在2-30cm 之间, 结构较为紧密，孔隙较小，为修建道路是堆积，局部可见。

细砂（Q 4al+pl）：黄褐色，松散～稍密，湿，混大量粘粒，夹粉质粘土夹层。该层主要分布于桃花溪河岸两侧，本次钻探揭露层厚1.2～4.7m 。该层土石等级为Ⅱ级，土石类别为普通土。

粉质粘土(Q4el+dl) ：红褐色、黄褐色，多呈可塑状，刀切断面较光滑，有少量光泽，粘性一般，韧性中等，摇振无反应，干强度中等。该层主要分布于山丘、坡地地带，本次钻探揭露层厚1.2～6.0m 。该层土石等级为Ⅱ级，土石类别为普通土。

2．侏罗系中统上沙溪庙组（J 2S ）

泥质砂岩：灰白色、黄灰色，主要由长石、石英及岩屑组成含泥质，中～细粒结构，中～厚层状构造，钙质、泥钙质胶结。岩层局部含粘土矿物较重，并间断夹有少量泥质砂岩、泥质粉泥质砂岩夹层及透镜体。强风化层厚1.5m ，呈黄灰色、黄褐色，岩质较软，岩芯多呈短柱状、扁状，有风化裂隙发育；中风化泥质砂岩岩质坚硬，岩芯完整，岩芯多呈柱状、长柱状，有少量层间裂隙发育，岩芯采取率普遍较高。泥质砂岩土石等级为Ⅳ级，土石类别为较软石。仅局部钻孔中可见。

泥岩：红褐色，紫红色，主要以粘土矿物为主，局部含少量长石、石英，泥质结构，中厚～厚层状构造。岩芯局部含砂较重，并间断夹有少量泥质砂岩夹层及透镜体。强风化泥质泥岩厚0.8～4.0m ，岩质较软，岩芯破碎，岩芯多呈碎块状、扁柱状，力学性能差，有风化裂隙发育。中风化层岩质较硬，岩芯较完整，岩芯多呈柱状、长柱状，有少量层间裂隙发育，力学性能较好。泥岩土石等级为Ⅲ级，土石类别为软石。

四、不良地质现象及主要工程地质问题

经地面调查，拟建场区内没有发现滑坡、崩塌、泥石流等不良地质现象。根据钻探资料，拟建场区内没有发现软弱夹层、地下采空区、地下硐室等。根据区域地质资料，场区内没有断裂构造通过。

道路沿线主要工程地质问题表现为：按照道路设计方案施工后，道路两侧将会形成高路堑边坡和填方路堤边坡。由于道路建设和两侧土地开发利用存在2～3年的时差，因此道路边坡在道路施工时必须同时进行治理。

五、地震

根据钻探成果和地区经验，场区内的素填土属软弱土，剪切波速建议取130ms ；粉质粘土剪切波速建议取180ms 。泥岩、泥质砂岩剪切波速大于500ms 。

据《中国地震烈度区划图》及《公路抗震设计规范》（JTJ004—89），拟建场区抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g ，设计地震分组为第一组。场区内拟建构筑物抗震设防类别为乙类。场内土层在设计路面标高以下厚度小于15m ，因此，拟建场区属于建筑抗震一般地段，可采用简易抗震措施。

六、水文地质条件

1．地表水

拟建区内的地表水主要表现为桃花溪和汇集于地势较低的沟谷位置处的水田内积水。根据现场调查，拟建场区内地表水较发育。

2．地下水

道路沿线主要以斜坡和宽阔的沟谷为主，局部位置地形起伏较大。根据钻探资料，拟建道路沿线沟谷位置土层厚度较大，斜坡位置土层厚度小，下部基岩为泥岩和泥质砂岩。根据地下水的赋存条件、水理性质及水力特征，场区地下水可分为松散岩类孔隙水、基岩裂隙水。

（1）松散岩类孔隙水

该类型地下水由大气降雨补给为主，储存在第四系松散土层中，含水能力受地形地貌以及覆盖层范围、厚度、物质成分以及透水性能制约，水量大小受季节、气候影响大。

勘察期间，通过钻孔内水位观察，大部分钻孔内有稳定地下水位存在。

（2）基岩裂隙水

基岩裂隙水主要赋存于岩石风化裂隙、构造裂隙中以及层间裂隙中。场区内下伏基岩以泥质泥质砂岩、泥质砂岩为主，泥质砂岩属于粘土类岩石，含水能力和透水能力较差，为相对隔水层；泥质砂岩有少量裂隙发育，是相对含水层。由于补给量小、补给能力差，水径流、排泄条件好，因此场区内基岩裂隙水含量较小。

勘察期间，钻孔施工结束24小时后经水位观测，除了斜坡等地势相对较高位置处部分钻孔内无稳定地下水存在外，地势较低的沟谷位置钻孔内均有稳定地下水存在。

3．地下水、土的腐蚀性

根据临近场区的建筑经验，场区内地下水为HCO 3-Ca 2+型。根据《公路工程地质勘察规范》（JTJ064-98）附录D 环境介质对混凝土腐蚀的评价标准，拟建场地属于II 类环境，地表水结晶分解复合类、结晶类、分解类均无腐蚀。

拟建场区属于新开发区，场区及周边人口稀少，工业不发达，没有化工、印染、冶金等污染源，场区内岩土层没有受到污染。场区内岩土层对混凝土及混凝土中的钢筋无腐蚀性。

4．地下水的渗透性

根据临近场地建筑经验，拟建场区内的第四系土层以及基岩裂隙中综合渗透系数为K=0.24md，为弱透水性地层。

第二章 设计计算

第一节 采用的技术标准及参数

1．技术标准

道路等级：城市主干道Ⅰ级

设计速度：60km 7.4.1版本进行计算，横向分布系数由桥梁博士3.0计算。 桥梁横断面由2片边梁和12片中梁共计14片T 梁组成承重结构。

主梁横向布置如图1所示。

图1 跨中横断面布置图

二期恒载依据下面数据，最后取31.3 kNm。

16cm 桥面铺装：0.08×25+0.08×23 = 3.84 kNm2

人行道系重量：3.75 kNm2

栏杆重量：3.5 kNm

管道重量：5kNm

T 梁计算模型如图2所示。

图2 T梁计算模型

钢绞线，其抗拉标准强度f pk = 1860 MPa，张拉控制应力σcon =0.72fpk = 1339.2 MPa。边梁N1采用φs 15-10，N2，N3采用φs 15-11；中梁N1、N2、N3均采用φs 15-10钢束。

图3 T梁刚束竖向线型

二、主梁内力计算及验算 （一）横向分布系数计算

横向分布系数按照刚接板梁法（相邻梁铰接），用桥梁博士3.0版本计算。 横向分布计算系统输出 任务标识：001 计算方法：刚接板梁法 主梁跨径：30.000 m

材料剪切模量弯曲模量=0.430

表1 横向分布系数计算参数表

桥面描述：

人行道 分隔带 车行道 中央分隔带 车行道 分隔带 人行道 4.000 0.000

12.000 0.000 0.000 12.000 0.000

4.000

左车道数=12，右车道数=12，自动计入车道折减

表2 横向分布系数计算结果表

（二）选择控制截面

计算过程中选择控制截面来概略表示所进行的计算内容和过程，先选定各控制截面并用表格表示其对应的单元号。

表3 控制截面

（三）计算结果（1号梁）

根据各片梁受力情况仅给出1号梁的分析计算结果。 1．各截面在承载力基本组合作用下最大内力

表4 各截面在承载力基本组合作用下的最大内力

图4 1号梁承载能力基本组合弯矩图(kN∙m)

图5 1号梁承载能力基本组合剪力图(kN)

图6 1号梁承载能力基本组合梁截面最大组合应力图(kPa)

2．各截面在短期组合作用下最大内力

表5 各截面在短期组合作用下的最大内力

图7 1号梁正常使用短期组合弯矩图(kN∙m)

图8 号梁正常使用短期组合剪力图(kN)

图9 1号梁正常使用短期组合梁截面最大组合应力图(kPa)

3．各截面在长期组合作用下最大内力

表6 各截面在长期组合作用下的最大内力

图10 1号梁正常使用长期组合弯矩图(kN∙m)

图11 1号梁正常使用长期组合剪力图(kN)

图12 1号梁正常使用长期组合梁截面最大组合应力图(kpa)

（四）主梁截面验算

1．荷载组合

主梁按全预应力混凝土结构进行截面验算，荷载组合如表七所示。

表7 计算荷载组合表

2．施工阶段法向压应力验算

表8 施工阶段法向压应力验算表

计算说明：

（1）进行施工阶段正截面法向应力验算时，由预加力和荷载产生的法向应力可分别按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）[2]第6.1.5条和第7.1.3条进行计算。此时，预应力钢筋应扣除相应阶段的预应力损失，荷载采用施工荷载，截面性质按本规范第6.1.4条的规定采用。对计算结果的叠加要满足规范第7.2.8条的规定。

（2）最大、最小分别代表施工阶段在相应截面产生的正截面混凝土法向压应力和正截面混凝土法向拉应力。

（3）设计结果表格中最大最小分别表示的是混凝土最大压应力混凝土最大拉应力，同时相应的Sig_ALW指的是施工阶段混凝土容许压应力容许拉应力。

（4）设计结果表格中应力压为正，拉为负。

（5）阶段表示的是该最大最小值所属施工阶段名称。

（6）抗压容许应力取用0.7f ’tk ，在计算抗压容许应力时取用的施工阶段混凝土的抗压强度标准值按f ‘ck =0.8fck 计。按照规范要求施工阶段混凝土的抗压强度标准值应该取施工时实测的立方体抗压强度换算抗压强度标准值。

（7）抗拉容许应力取用1.15f ’tk ，施工阶段混凝土的抗压强度标准值按f ’tk =0.8ftk 计。

3．使用阶段正截面抗裂验算

表9 使用阶段正截面抗裂验算表

计算说明：

（1）按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）

[2]

中公式（6.3.2-1）和（6.3.2-2）计算边缘混凝土的法向拉应力。

(6.3.2-1) (6.3.2-2)

式中 M st ——按作用（荷载）短期作用效应组合计算的弯矩值；

M l ——按荷载长期效应组合计算的弯矩值，在组合的活载玩具中，仅考虑汽

车、人群等直接作用于构件的荷载产生的弯矩值。

（2）计算结果的判定标准对于全预应力混凝土受弯构件要满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）[2]中公式（6.3.1-1）的要求。

（6.3.1-1）

式中 ——在作用（荷载）短期效应组合下构件抗裂验算边缘混凝土的法向拉应力，按式(6.3.2-1)计算；

——扣除全部预应力损失后的预加力在构件抗裂验算边缘产生的混凝土预压应力，按本规范第6.1.5条规定计算。

（3）表格中“组合名称”项表示正截面抗裂验算时采用的荷载组合。

（4）表格中“类型”项表示所属荷载组合中(包含移动荷载) 显示的内力项最大时，会产生所需的最大最小值。

4．使用阶段斜截面抗裂验算

表10 使用阶段斜截面抗裂验算表

计算说明：

（1）按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）

[2]

中公式（6.3.3-1）~（6.3.3-4）计算混凝土主拉应力，并要满足本规范6.3.1（第2条）

的规定。

（2）Sig_P1~ Sig_P10指的是位置1~10的主拉应力值。Sig_MAX指的是所有输出主拉应力位置处主拉应力最大值。设计结果表格中应力压为正，拉为负。 5．受拉区钢筋的法向拉应力验算

表10 受拉区钢筋的法向拉应力验算表

计算说明：

（1）锚固阶段和正常使用阶段预应力钢筋应力计算，结果满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）[2]第6.1.3条和第7.1.5（第2条）的规定。其中σ p 为按照规范第7.1.3条和第7.1.4条计算预应力混凝土受弯构件由使用阶段作用标准值产生的预应力钢筋的应力增量。

（2）设计结果表格中Sig_DL指的是施工阶段扣除短期预应力损失后的预应力钢筋锚固端的有效预应力；Sig_LL指的是扣除全部预应力损失并考虑使用阶段作用标准值引起的钢束应力变化后的预应力钢筋的拉应力；由于本桥主梁为全预应力结构，故不需考虑开裂截面的影响；Sig_ADL指的是施工阶段预应力钢筋锚固端张拉控制应力容许值；Sig_ALL指的是使用阶段预应力钢筋拉应力容许值，按本规范7.1.5（第2条）取用。

（3）设计结果表格中应力拉为正，压为负。 6．预应力钢筋量估算

表12 预应力钢筋量估算表