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1、辽宁工程技术大学毕业设计（论文）10 前言时代在前进，经济在发展，我国的公路交通也有了跨越式的发展。近年来为了国家经济进一步飞速发展，国家大力投资基础工程建设，其中交通系统的发展更是盛况空前。桥梁是公路、铁路和城市道路的重要组成部分，桥梁是保证全线贯通的咽喉， “一桥飞架南北，天堑变通途” 。因此，桥梁工程的设计应符合技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的要求，同时应满足美观、环境保护和可持续发展的要求。而未来的桥梁也将向更长、更大、更柔的方向发展，更加注重桥梁美学的建设及环境保护。本设计为阜（阜阳）新（新蔡）高速公路颍河桥，是依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG 系列）及根据指导教
2、师的指导拟定设计而成。在设计过程中，作者还参考了诸如结构设计原理、结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。在设计过程中，综合考虑了设计桥梁跨径与材料的优化配合，并采用了桥梁博士等软件结构辅助计算。本设计研究的主要内容包括：桥型方案的拟定和比选；主梁截面拟定；主梁的内力计算；主梁的配筋设计；主梁应力及截面验算等。并在此基础上进行工程概预算和外文文献翻译。盛博：阜新高速公路颍河桥设计上部结构设计21. 概述1.1.设计资料本设计是位于阜（阜阳）新（新蔡）高速公路路线上的颍河桥，全桥长 200 米，分 3跨，跨径50 100 50，为预应力钢筋混凝土箱形连续梁桥，分离式双向六车道。1.1.1.
3、 设计标准及指标1）采用分离式桥面单个宽度：0.753.53.75 23.50.7513m2） 车辆荷载标准：公路级荷载3） 设计抗震基本裂度：八级设防。1.2.工程地质资料根据地质勘察，揭露的地层岩性主要为白垩纪的页岩、泥岩、砂岩等，岩性以泥岩为主。砂岩以夹层出现，上覆第四纪粘性土，简述如下：亚砂土：地质均匀切面粗糙，厚约 3.6-4.5 米；亚粘土：干强度、韧性中等，厚约 5.5-7.5 米；亚粘土：岩芯呈柱状，团粒结构，厚约 4.6-5.9 米；页岩：胶结状，用手可碾碎，厚约 9.5-10.5 米；页岩与泥岩互层：页岩厚约 0.5-0.8 米，泥岩厚约 13.5-15.9 米；泥岩：用手
4、可碾碎，原岩结构已破坏，厚约 7.5-8.0 米；泥岩：强风化，该层未穿透。土的各项系数为：1）地基土横向抗力系数的比例系数4120000mkN m；2）桩身与土的极限摩阻力65pKPa；3）土的内摩擦角 35 度；4）土的弹性抗力系数31000000/KKN m；5）桩尖以上土的容重318KN m；6）桩底土的比例系数4 130000mKN m；7）地基土的承载力0350KPa；辽宁工程技术大学毕业设计（论文）38）考虑入土长度影响的修正系数0.7。1.3.水文资料桥位滩面广阔，主河槽沟形不明显，河道顺直。测量时水面宽约 126 米，河流流量随季节变化较大，平均水深洪水 5.8 米，常水 4
5、.4 米，枯水 3.8 米。设计洪水频率为 1/100。1.4.气候资料该地区位于淮河流域，属温带大陆季风性气候，四季分明，年平均气温为 16.2，七月份最热，月平均气温 32.0，一月份最冷，月平均气温 6.8。年平均降水量 995.2mm，6-8 月份偏多，约占全年降水量 45%左右。全年无霜期 270 天左右。1.5.设计原则1.5.1. 设计原则桥梁是公路或城市道路的重要组成部分，特别是，大中型桥，对当地的政治经济都具有重要的意义。因此，应根据所设计桥梁的的使用任务，性质和所在路线的远景发展要求，按照运用，经济适当照顾美观的要求，进行总体规划设计。1.5.2. 设计要求1） 使用上的要
6、求颍河桥的行车道宽度应保证车辆的安全行驶，并应满足未来 30 年的交通量增长的需要。2） 经济上的要求坚持因地制宜、就地取材、方便施工的原则，合理选用适当的桥型。并能满足快速施工的要求以达到缩短工期的桥梁设计，以提早通车在运输上带来大的经济效益。3） 结构尺寸和构造上的要求整个桥梁结构及其各部分构件，在制造、运输。和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。4） 施工上的要求颍河桥的结构应便于制造和架设，应尽量采用先进的工艺技术和施工机械，以利于加快施工速度，保证工程质量和施工安全。5） 美观上的要求在外观上力求与周围的景致相协调。盛博：阜新高速公路颍河桥设计上部结构设计41.6.主要
7、设计依据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） 公路桥涵设计手册4）颍河桥设计资料辽宁工程技术大学毕业设计（论文）52. 方案比选2.1.方案比选的主要标准桥梁方案比选有四项主要标准：适用性，安全性，经济性与美观性，其中以安全与经济为重。桥梁的选择应符合因地制宜、就地取材和便于施工、养护的原则。2.2.桥型拟定桥梁按受力体系可分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥和刚架桥。桥梁方案的比选主要有四项标准：安全性，适用性，经济性与美观性，其中以安全性与经济性为重。同时，桥型的选择应充分考虑因地制宜、就地取材
8、和便于施工、养护等原则。根据水文，气象、地质等条件，初拟的桥型方案有三种。方案一：钢筋混凝土箱型拱桥图 1-1 钢筋混凝土箱型拱桥Fig.1-1 steel concrete box arched bridge方案分析：拱桥施工技术工艺相对成熟，有大量可以借鉴的经验，但拱桥施工需要大量的吊装设备，占用大量场地以及劳动力。从使用效果方面看，拱桥承载能力大，但是伸缩缝多，处于高速公路上养护麻烦，同时纵坡比较大，填土要求高，土方量大，给取土造成施工上的问题。拱桥虽造价低廉，但耗用木材，水泥，劳动力，工时都很多。重力式墩台圬工量大，虽施工技术成熟，但对地基承载力有很高要求。方案二：预应力混凝土简支箱型
9、梁桥盛博：阜新高速公路颍河桥设计上部结构设计6图 1-2 预应力混凝土简支箱型梁桥Fig.1-2 prestressed concrete simple support box beam bridge方案分析：简支梁受力明确，构造简单，施工方便，可便于装配施工，省时省工，同时造价低廉，劳动力耗用少，工作量小，但简支梁属于静定结构，受力不如连续梁，应用于高速公路时，行车平顺性不如连续梁桥，尤其是设计车速较大时，同时伸缩缝多，养护麻烦。方案三：预应力混凝土连续箱型梁桥图 1-3 预应力混凝土连续箱型梁桥Fig.1-3 prestressed concrete continual box beam
10、bridge方案分析：预应力连续梁的技术先进，工艺要求比较严格，需要专门设备和专门技术熟练的队伍。从使用效果方面看，该结构属于超静定结构，受力较好，同时连续梁结构截面高度小，自重轻，可以节省大量的建筑材料，运营条件好，中间可不设伸缩缝，连续性能好，行车舒适。2.3比选结果结合颍河桥的地质、水文等条件进行比选，本着安全、经济、适用、美观的桥梁建造原则，同时，综合考虑颍河桥位于（阜阳）新（新蔡）高速公路上等因素，确定桥型比选辽宁工程技术大学毕业设计（论文）7结果。方案一，拱桥对地址的要求较高，容易产生水平推力。方案二，简支梁桥属于静定结构，行车平顺性较低，伸缩缝较多，养护麻烦。方案三，满足高等级高
11、速公路行车平顺性的要求，同时可不设伸缩缝，养护方便，同时可以节省大量的建筑材料，运营条件好。虽然连续梁桥施工费用比较高，但考虑到颍河桥位于（阜阳）新（新蔡）这条重要的高速公路上，桥的适用性对当地的经济发展非常重要，因此建设出一条符合标准的大桥才是最重要的。综上所述，本设计采取的是方案三所述的预应力混凝土连续箱型梁桥。盛博：阜新高速公路颍河桥设计上部结构设计83. 主梁的设计3.1.设计资料3.1.1. 技术设计标准标准跨径：总体方案选择的结果，采用悬臂现浇预应力钢筋混凝土箱形梁，跨度50 100 50。计算跨径：取相邻支座中心间距，中跨 100m，边跨 50m。桥面净空：由于该桥所在的路线宽度
12、较大，确定采用分离式桥。单侧桥横向布置：0.753.53.75 23.50.7513m3.1.2. 材料水泥混凝土：主梁、栏杆采用 C40 号混凝土，桥面铺装采用 C30 号混凝土。钢筋：预应力钢筋，低松弛钢绞线。1)预应力钢筋采用15.24jmm低松弛钢绞线（17 标准型） ，抗拉强度标准值pkf=1860MPa，抗拉强度设计值pdf=1260MPa，公称直径 15.2mm，公称面积 1402mm，弹性模量pE=1.95510 MPa；锚具采用夹片式群锚。2)非预应力钢筋：HRB400 级钢筋，抗拉强度标准值skf=400MPa,抗拉强度设计值sdf=330MPa。3)混凝土：主梁采用 C4
13、0，43.25 10cE MPa 抗压强度标准值ckf=26.8MPa，抗压强度设计值cdf=18.4MPa，抗拉强度标准值tkf=2.40MPa，抗拉强度设计值tdf=1.65MPa。3.2.主梁截面尺寸拟定3.2.1. 横截面布置本设计桥梁跨径50 100 50，主要尺寸初定如下：单幅桥采用单片主梁， 主梁上翼缘宽度采用 1300cm， 梁高和底板厚度按二次抛物线变化，梁高20.00123yx，底板厚20.0002120.32yx。详细尺寸见下图：辽宁工程技术大学毕业设计（论文）9图 3-1主梁跨中及支点处横断面尺寸（单位：cm）Fig 3-1 Cross size of main bea
14、m at middle and fulcrum (unit: cm)3.2.2. 纵断面的布置本设计在桥跨中截面、支点截面设置横隔梁，横隔梁设过人洞。横截面沿跨长的变化，靠近支点时，底板按二次抛物线加厚，腹板加宽，加宽段 10m。主梁的基本布置到这里就基本结束了。3.2.3. 主梁跨中毛截面面积及几何特性的计算跨中截面的截面特性采用分块面积法计算。计算公式如下：毛截面面积：Am=Ai(31)各分块面积对上缘的面积距：Si=Aiyi(32)毛截面重心至梁顶的距离：ys=SAii(33)毛截面惯性距计算移轴公式：Im=Ii+2yyAiis(34)式中Am分块面积；yi分块面积重心至梁顶的距离；ys
15、毛截面重心至梁顶的距离；盛博：阜新高速公路颍河桥设计上部结构设计10Si各分块对上缘的的面积距；Ii各分块面积对其自身重心的惯性距。梁跨中毛截面的几何特性下面的图表所示。表 3-1 梁的截面几何特性计算表（跨中截面）Tab.3-1 The calculation of the geometrical features of main beam（middle）分块号Ai/cm2yi/cmSi/cm4ys/cmiI/cm4Ix/cm4136400145096002378133.3298784304224000148355200011520000045205440322400284636160019
16、11466.772092966441000044.7447001388888.93588010052200398580088733.394673926250066.7166750173611.135910257550035.3194150147888.92641369582500251.3628250347222.25380222510550011033250104.6121635944.41194073845注：I=2yyIAiiis=1315709789cm4上核心距：sK=)(syhAiI =5 .4314595251014.606 =62.82cm下核心距：xK=syAiI =8095251014.606=119.23cm截面效率指标：hkkxs0.613.3.主梁施工单元划分连续梁桥内力与应力状态与形成结构的顺序及过程密切相关。主梁施工采用悬臂分段现浇的施工方法，单幅
