简支梁-桥梁毕业设计论文

兰州交通大学毕业设计

土木工程学院

桥梁工程

土木076班

XX

摘要

本毕业设计的对象为一座10×30m简支梁桥，桥梁平面位于直线段上，全长300米，宽度10米，设计荷载为公路Ⅱ级。主梁横向由5片T梁组成，梁高均为1.5m，两片梁之间设置4cm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，桩基础嵌入完整微风化砂岩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。

桥梁上部结构手算进行主梁内力分析。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 ( 10×30m) i. The bridge is straight on the plane with 300 metres in length and 10 meters in width.The bridge is a part of a highway which the design load is Highway-I-level. The main beam is made up of 5 T-beams that are 1.5m high and the adjacent beams are linked by pouring wet joint with 4cm in 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 high with a type of U and supported by pile foundation. Analysis of superstructure in the bridge be done by hand. 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 basic/long-term/short-term load combination. According to the calculations, checking of capacity and performance of normal use of the beam have been done. Checking of capacity/crack width/shear 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 (35)

（一）桥墩桩基承载力验算 (35)

（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）

4．《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）

5．《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）

6．《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）

7．《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ 2-2008）

8．《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）

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（Q4）

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（Q4al+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（J2S）

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130m/s；粉质粘土剪切波速建议取180m/s。泥岩、泥质砂岩剪切波速大于500m/s。

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HCO3-Ca2+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=0.24m/d，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/h

汽车荷载等级：公路--I级，人群荷载3.5kN/m2

2．主要设计参数

（1）环境类别：I类

（2）结构设计安全等级：二级（桥梁结构重要性系数γ0 =1.0）

（3）永久作用

结构自重：预应力混凝土26 kN/m3；沥青混凝土24 kN/m3；钢材78.5kN/m3；填土20kN/m3。

混凝土收缩及徐变：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]取值。

（4）可变作用

汽车荷载：公路－Ι级；

人群荷载：3.5kN/m2

冲击系数：按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）[1]取值；

风荷载：按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）[1]取值；

温度：混凝土结构整体升温20℃、降温20℃；

梯度温度:桥面铺装为8cm的沥青混凝土铺装层，竖向日照正温差按照《公路桥涵设计通用规范》(JTJ D60-2004) [1]表4.3.10-3插值计算。

第二节主要材料及计算参数

一、混凝土

本桥处于温热地区，属于Ⅰ类环境；本桥使用的各种混凝土，应进行严格的质量控制和检测。在进行混凝土配合比设计时，必须按设计要求考虑大桥使用年限条件下的混凝土耐久性，结合《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）对混凝土结构环境类别的划分，明确提出不同结构混凝土的配合比中水灰比、最小水泥用量、最大氯离子含量、最大碱含量的控制指标和满足控制指标的具体措施。

主桥：主梁采用C50混凝土，盖梁、桥墩采用C40混凝土，桥台台帽、桩基采用C30混凝土，U台台身、基础采用C25片石混凝土(其它构件混凝土标号详见相应的设计图并以设计图为准)。

C25混凝土及C25片石混凝土：轴心抗压强度设计值f ck=11.5MPa，轴心抗拉强度设计值f tk=1.23MPa，弹性模量E c=2.80x104MPa。C25片石混凝土要求片石掺入量不大于总体积的25%，且片石强度等级不低于MU40。

C30混凝土：轴心抗压强度设计值f cd=13.8MPa，轴心抗拉强度设计值f td=1.39MPa，弹性模量E c=3.0x104MPa。

C40混凝土：轴心抗压强度设计值f cd=18.4MPa，轴心抗拉强度设计值f td=1.65MPa，弹性模量E c=3.25x104MPa。

C50混凝土：轴心抗压强度设计值f cd=22.4MPa，轴心抗拉强度设计值f td=1.83MPa，弹性模量E c=3.45x104MPa。

二、普通钢筋

设计采用HRB335、R235钢筋，R235钢筋其质量应符合GB1499.1-2008的规定，HRB335钢筋其质量应符合GB1499.2-2007要求。直径≥20mm的钢筋采用直螺纹I级连接，连接区段内的接头率不大于50%，并满足规范（JGJ 107—2003/J 257—2003及DB50/5027-2004）要求。

R235钢筋：抗拉设计强度f sd≥195MPa，标准强度f sk≥235MPa，弹性模量E=2.1×105MPa。

HRB335钢筋：抗拉设计强度f sd≥280MPa，标准强度f sk≥335MPa，弹性模量E=2.0×105MPa。

三、预应力钢材

钢绞线采用PC高强度低松弛（Ⅱ级松弛）七股型钢绞线，其应符合图纸要求及GB/T 5224-2003预应力混凝土用钢绞线1×7相关要求。

钢绞线主要技术要求应符合如下规定：

钢铰线公称直径：15.2mm

截面面积：139.0mm2

抗拉强度标准值：f pk=1860MPa

弹性模量：E=1.95×105MPa

松弛率：≤0.03

预应力钢束与管道的摩阻系数：u=0.17

预应力管道每米局部偏差对摩擦的影响系数：k=0.0015（塑料波纹管）

一端锚具变形及钢束回缩值小于等于：6.0mm

四、预应力锚具及管道

预应力锚具必须经过正式鉴定和重大桥梁工程的检验，锚具的结构型式及规格应符合本设计文件及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T14370-2000）、《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ85—2002\J219—2002）的相关要求。

全桥预应力管道均采用塑料波纹管，管道灌浆方式为真空辅助灌注法，必须保证灌浆饱满密实。塑料波纹管需满足行业标准《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/T 529-2004）要求。

第三节主要结构设计

1．主梁结构。

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。梁高2.0m，中梁宽1.7m，边梁宽1.8m。T梁翼缘板边缘厚16cm，在与腹板相接根部厚25cm，腹板厚度20cm，底部逐渐变宽为马蹄形，马蹄宽为50cm。为增加桥梁的整体稳定性，每片T梁分别设5道横隔板与相邻T梁横向连接,翼缘之间采用60cm宽湿接缝填实连接为整体，以使各片梁共同受力。为增强支点处抗剪能力及满足安放支座的构造要求，在T梁距支承线4.6m处3.6m范围内腹板渐变加宽至50cm。T梁按全预应力构件设计，设纵向通长预应力钢束。钢束布置有竖弯形式，所有弯曲均采用圆弧曲线。

2．下部结构。

桥墩采用柱式墩接盖梁形式，墩身为1.5m圆形截面，基础为直径1.8m圆形钻孔灌注桩，桩基础应嵌入完整中风化基岩面5.4m。盖梁长31.56m，宽1.8m，高1.6m。桥台均采用重力式U型桥台接直径为1.5m桩基础，桩基础采用人工挖孔桩，桩基础应嵌入完整中风化基岩面4.5。U型桥台台身采用C25片石混凝土砌筑，台帽采用C30钢筋混凝土，台后设置50cm厚级配碎石反滤层，并设置封水层及排水盲沟。

3．桥面系构成。

桥面铺装最下层为8cm C40防水钢筋混凝土铺装，其上敷设水泥基渗透结晶型防水层，桥面磨耗层采用4cm改性沥青混凝土AC-16中面层+4cm沥青玛蹄脂SMA-13面层。

在桥面上设泄水孔通过PVC管沿桥台将桥面（含人行道内）的积水有组织地排到

桥下，避免桥面积水及雨水散乱排。注意根据电照、排水设计埋设管道和照明、排水、交通标志等设备的预埋件。

拟从人行道板下通过的管线应尽量在盖人行道板前安装就位或预留管道（手工井），避免反复撬动人行道板，损伤人行道板及人行道铺装。

4．其它

（1）桥面防水

在结构层与沥青混凝土间涂刷水泥基渗透结晶型防水材料作为桥面防水层，其用量应≥1kg/m2，防水材料应具有涂层一次抗渗压力≥0.8MPa，二次抗渗压力≥0.6MPa，28d 抗压强度≥18MPa，粘结力≥1.0MPa，同时具有耐高温、耐碱性性能，以满足沥青混凝土摊铺要求。防水材料各项指标必须满足中华人民共和国建材行业标准：道桥用防水涂料(JC/T975-2005)的要求。桥面防水施工工艺必须与相应防水材料要求相匹配。

（2）支座

支座均采用板式橡胶支座，各支座安装必须水平，安装技术详见支座生产商的安装说明。所使用支座需满足行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T663-2006）。

（3）伸缩缝

在桥主梁与桥台衔接处各设一道80型伸缩缝，伸缩缝详细资料由生产产家提供。T 梁中间二道接缝采用桥面连续做法。

（4）涂装材料

建议混凝土外露面采用丙烯酸类硅酸盐聚合物AC100保护涂料，颜色采用混凝土本色浅灰色或根据景观要求确定。

（5）人行道栏杆

本设计图纸中栏杆为参考样式。由于桥面栏杆类型应与桥梁景观要求匹配，因此宜对栏杆生产厂家做充分调查，并征求业主意见后商定栏杆类型。

第四节主梁结构验算

一、计算模型与恒载取值

桥跨结构采用Midas Civil Trial Version 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 kN/m。

16cm桥面铺装：0.08×25+0.08×23 = 3.84 kN/m2

人行道系重量：3.75 kN/m2

栏杆重量：3.5 kN/m

管道重量：5kN/m

T梁计算模型如图2所示。

图2 T梁计算模型

钢束线形如图3所示布置，钢束采用标准GB/T5224-2003 φs15.2毫米高强低松弛钢绞线，其抗拉标准强度f pk = 1860 MPa，张拉控制应力σcon =0.72f pk = 1339.2 MPa。边梁N1采用φs15-10，N2，N3采用φs15-11；中梁N1、N2、N3均采用φs15-10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