桥梁设计本科毕业论文

目录

1设计资料 (3)

1.1跨径 (3)

1.2桥面净空 (3)

1.3设计荷载： (3)

1.4材料 (3)

1.5结构设计 (3)

1.6 设计参数 (3)

2造型式及尺寸选定 (4)

3空心板毛截面几何特性计算 (5)

4作用效应计算 (5)

4.1永久作用效应计算 (5)

4.1.1空心板自重（一期恒载） (5)

4.1.2桥面系自重g2（二期恒载） (5)

4.1.3恒载内力计算 (5)

4.2基本可变荷载（活载）产生的内力 (6)

4.2.1汽车荷载横向分布系数计算 (6)

4.3作用效应组合 (13)

5预应力钢筋的设计 (15)

5.1预应力钢筋截面积的估算 (15)

5.2预应力钢筋的布置 (17)

6换算截面几何特性计算 (18)

6.1换算截面面积 (18)

6.2换算截面重心位置 (18)

7承载能力极限状态计算 (19)

7.1跨中截面正截面抗弯承载力计算 (19)

7.2斜截面抗剪承载力计算 (20)

8预应力损失计算 (24)

8.1摩擦损失σ

(24)

1l

(24)

8.2锚具变形、回缩引起的预应力损失σ

2l

σ (24)

8.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失

4l

(25)

8.4预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失σ

5l

σ (26)

8.5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失

6l

8.6预应力损失组合设计 (28)

9正常使用极限状态计算 (29)

9.1正截面抗裂性验算 (29)

9.2斜截面抗裂性验算 (32)

10变形计算 (38)

10.1正常使用阶段的挠度计算 (38)

10.2预加应力引起的反拱计算及预拱度设置 (38)

11短暂状况应力验算 (40)

11.1跨中截面 (40)

11.2 1/4截面 (42)

10.3支点截面 (43)

12持久状况应力验算 (45)

σ的验算 (45)

12.1跨中截面混凝土正压应力kc

σ的验算 (45)

12.2跨中截面预应力钢绞线拉应力p

12.3斜截面主应力验算 (46)

13 最小配筋率复核 (50)

结论与展望 (51)

致谢 (52)

设计依据及参考书 (53)

附录图纸 (54)

1设计资料

1.1跨径

标准跨径: 16.00m。

计算跨径: 15.40m。

主梁全长：15.96m。

1.2桥面净空

净10.0m+2×0.5m。

采用混凝土防撞栏杆，线荷载7.5 KN/m。

1.3设计荷载：

公路—II级汽车荷载。

1.4材料

预应力钢筋1×7股钢绞线，直径15.2mm。

非预应力钢筋采用HRB335,R235。

空心板块混凝土采用C40混泥土。

铰缝采用C40SCM灌浆料以加强铰缝。

桥面铺装为8cm厚C40防水砼（S6）+ 4cm中粒式沥青砼+3cm细粒式沥青砼。

栏杆采用C25号混凝土。

1.5结构设计

本空心板按部分预应力混凝土A类构件设计。

横坡为1.5%单向横坡，各板均斜置，横坡由下部结构调整。

艺：预制预应力空心板采用后张法施工工艺。

1.6 设计参数

相对湿度为55%。计算混凝土收缩、徐变引起的预应力损失时传力锚固龄期为7d; 桥梁安全等级为二级，环境条件Ⅱ类。

2造型式及尺寸选定

取桥面净空为净10.0+2×0.5m，全桥宽采用8块C40预制预应力混凝土空心板，2块边板，6块中板，每块板宽1.25m，板厚75cm。采用后张法施工工艺，预应力钢筋采用1×7股钢绞线，直径15.2mm，截面面积139mm2，f

pk

=1860MPa，

f

pd =1395 MPa，E

p

=1.95×105MPa。C40混凝土空心板的f

ck

=26.8MPa，f

cd

=18.4MPa，

f

tk =2.4 MPa，f

td

=1.65MPa全桥空心板横断面布置如图1-1，每块空心板截面及构

造尺寸见图1-2。

图1-1 桥梁横断面图

（尺寸单位：cm）

图1-2 空心板截面构造尺寸图（尺寸单位：cm）

3空心板毛截面几何特性计算

(1)毛截面面积： A

h =125×75-π×（

2

59）2=6642.415cm2

(2) 毛截面对重心的惯矩： I

h =

12

125

×753－d

64

π4

=3.80×106cm4

4作用效应计算4.1永久作用效应计算

4.1.1空心板自重（一期恒载）

g 1 = A

h

γ=6642×10-4×25=16.6 KN/m

4.1.2桥面系自重g2（二期恒载）

栏杆重力参照其它梁桥设计资料，单侧重力取6.25KN/m。

桥面铺装采用等厚度8cm厚C40防水砼（S6）+ 4cm中粒式沥青砼+3cm细粒式沥青砼，则全桥宽铺装每延米总重为：0.08×10×24+0.07×10×23=35.3KN/m 上述自重效应是在各空心板铰接形成整体后，再加在板桥上的，精确地说由于桥梁横向弯曲变形，各板分配到的自重效应是不相同的，可按横向分布系数计算各板分担的大小。

桥面系二期恒载重力近似按各板平均分担来考虑，则将以上重力平均分给8块板，得每块空心板分摊的每延米桥面系重力为：

g

2

=(6.25×2+35.3) / 8 =5.975 KN/m

4.1.3恒载内力计算

简支梁恒载内力计算结果见表1-1

恒载内力计算表表1-1

M(KN.m)

4.2基本可变荷载（活载）产生的内力

4.2.1汽车荷载横向分布系数计算

空心板的荷载横向分布系数跨中和l/4处按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算；支点到l/4点之间按直线内插求得。

(1)跨中和l/4点的荷载横向分布系数：

空心板的刚度参数 r=r

GI EI 42π(l

b )2=5.8×T

I I (l

b )2

式中：I=I h =3.80×106cm 4；b=125cm ；L=15.4×100cm

I T ——空心板截面的抗扭刚度，这里将图1-2简化成图1-3，按单箱计算I T ：

图1-3 计算I T 的空心板简化图

（尺寸单位：cm ）

I T =

2

122224t b t h h b +=

)

()33)

875(2818133125875()33125(42

2-+

??

? ??+---?=5.638×106cm 4

代入上式得刚度参数 r=0.02575；按r 查《桥梁工程》(1985年)附录Ⅰ。由r=0.02，r=0.04内插得到r=0.0257时1号至4号板的荷载横向分布影响线值，计算结果列于表1-2中。各板荷载横向分布影响线坐标值表 表1-2

0.093 0.076 0.073 0.052 0.087 0.069

由表1-2画出各板的荷载横向分布影响线，在其上布载，如图1-4所示。

在各板的荷载横向分布系数计算为：m

q =

2

1∑

汽

i

η

图1—4 各板横向分布影响线及横向最不利加载图

1#板： m q =21

(0.262+0.187+0.137+0.092)=0.344

2#板： m q =21

(0.215+0.198+0.158+0.131)=0.329

3#板： m q =21

(0.155 +0.164 +0.168 +0.162)=0.312

4#板： m q =2

1

(0.089+0.087+0.097+0.099)=0.306

(2) 支点处的荷载横向分布系数计算

图1-5 支点处荷载横向分布影响线及最不利加载图

支点处的荷载横向分布系数按照杠杆原理法计算，由图1-5所示，支点处荷载横向分布系数如下：

m 汽=2

1

×1.00=0.500

(3) 横向分布系数m 沿桥跨的变化

跨中部分的横向分布系数变，支点到四分点的荷载分布系数按照直线内插

进行，见下表：

空心板的荷载横向分布系数

表 1—3

2.汽车荷载内力计算：

在计算跨中及l/4截面的汽车荷载内力时，采用计算公式为：

S q = （1+μ）ξ（m c q k Ω+m i P k y i ）

式中：S —— 所示截面的弯矩或剪力； μ —— 汽车荷载的冲击系数；

ξ —— 汽车荷载横向折减系数，10米桥宽采用双车道，横向分布不折减，

故0.1=ξ；

m c —— 跨中横向分布系数；

q k —— 汽车车道荷载中，每延米均布荷载标准值；

Ω —— 弯矩、剪力影响线的面积；

m i —— 沿桥跨纵向与集中荷载位置对应的横向分布系数；

P k —— 车道荷载中的集中荷载标准值，计算剪力时乘以1.2的系数； y i —— 沿桥跨纵向与集中荷载位置对应的内力影响线坐标值；

在计算支点截面剪力时，应另外计及支点附近因荷载横向分布系数变化而引起的内力增值，即：

?S = （1+μ）ξ 0.5a （m ?- m c ）q k y

a —— 荷载横向分布系数m 过渡段长度；

y —— m 变化区荷载重心处对应的内力影响线坐标； （1）内力影响线面积计算：

内力影响线面积计算表 表 1—3 (2) 公路-II 级荷载计算：

均布荷载：q k =10.5 KN/m ×0.75=7.875KN/M. 集中荷载：计算弯矩效应时，P k

=[180+

360180

*(15.45)]*0.75505

---=221.60

KN*0.75=166.2KN/M

计算剪力效应时，P k =1.2*166.2=199.44KN. （3）计算冲击系数μ：

空心板梁：A=0.6642m

2

，I

c

=0.038m

4

，G=0.6642*25=16.605N/m ，

G/g=16.605/9.81=1.693*103Ns 2/m 2，C40混凝土E 取3.25*1010N/m 2

f=

22l π

g G EI c /=3

1010

*693.1038

.0*10*25.3*4.15*214.3=5.654 Hz ，u=0.1767lnf-0.0157=0.290

则 1+u=1.290 （4）计算2

l M 、4

l M 、2l Q 、4

l Q

l M 、l M 、l Q 、l Q 计算表 表1-4

处弯矩影响线

图1-6 计算跨中弯矩布载图

处弯矩影响线

图1-7 计算l/4处弯矩布载图

处剪力影响线

图1-8 计算跨中剪力布载图

处剪力影响线

图1-9 计算l/4处剪力布载图

(5)计算支点截面汽车荷载最大剪力：

计算支点剪力时，考虑荷载横向分布系数沿桥长的变化。纵向最不利布载及相应

的剪力影响线及横向分布系数值如图1-6

支点剪力影响线

横向分布系数沿桥跨的变化

图1-10 计算支点处剪力布载图

Q 0=（1+u ）ε q k [ m c Ω+0.5*3.85*（m 0- m c ）-

y ]+（1+u ）ε m i P k i y =39.61+171.52=211.13 KN

4.3作用效应组合

m o ud o Gi Gik Q1Q1k c Qjk i 12S S S S n Qj j γγγγγ==??

=++ψ ???

∑∑ 《桥规》4.1.6－1式

1）其中各分项系数的取值如下

0γ――结构重要性系数，0γ=1.0； G γ――结构自重分项系数， G γ＝1.2

1

Q γ――汽车荷载（含冲击力）的分项系数，取

1

Q γ＝1.4

2）基本组合计算

据可能同时出现的作用效应选择了四种可能的效应组合：短期效应组合、长期效应组合、标准效应组合和承载能力效应组合 。 作用短期效应组合(用于正常使用极限状态设计)

永久荷载作用为标准值效应与可变作用频遇值效应组合,其效应组合表达式为

11

1

m

n

sd Gik j Qjk i j S S S ψ===+∑∑ 《桥规》4.1.7-1式

式中 1ψ-可变作用效应的频遇值系数: 汽车荷载（汽车荷载不计冲击力）1ψ=0.7,温度梯度作

用1ψ1=0.8。

作用长期效应组合（用于正常使用极限状态设计）

永久作用标准值效应与可变作用准永久值效应相组合，其效应组合表达式为：

2n

l d Gik 2j jk i 1

j 1

S S S Q ψ===+∑∑ 《桥规》4.1.7-2式

式中2ψ—第j

个可变作用效应的准永久值系数，汽车荷载（不计冲击力）

2ψ=0.4，温度梯度作用2ψ=0.8；

d l S —作用长期效应组合设计值,结构抗裂验算时,其中可变作用仅考虑汽车等直接作用于构件的荷载效应。 501.193 内力组合表 表1-5

5预应力钢筋的设计

5.1预应力钢筋截面积的估算

本例后张法预应力混凝土空心板桥的预应力钢筋采用j 15.2mm钢绞线，沿空心板跨径方向（桥梁纵向）采用直线布置。在进行预应力混凝土桥梁设计时，首先根据结构在正常使用极限状态正截面抗裂性确定预应力先钢筋的数量，然后根据构件的承载能力极限状态要求确定普通钢筋的数量，本设计为部分预应力混凝土A

258.282

类构件，先根据结构在正常使用极限状态正截面抗裂性确定有效预加力设预应