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1、目录一、设计资料21、水文地质资料，气象资料22、设计指标33、设计过程34、设计规范3二、 方案比选31、中承式系杆拱桥32、独塔斜拉桥43、混凝土连续梁桥5三、方案介绍.5四、梁的有效宽度计算71、桥的剪力滞理论72、桥的剪力滞计算8五、主梁内力计算91、恒载的内力计算（用结构力学求解器）：92、活载的内力计算10六、其他因素引起的内力计算.20 1、承载能力极限状态组合 .23 2、正常使用极限承载能力组合.24七、持久状况承载力极限状态验算251、箱梁的正截面抗弯承载力验算252、斜截面抗剪承载能力验算28八、持久状况正常使用极限状态验算301、 使用阶段正截面抗裂验算312、使用阶段
2、斜截面抗裂验算333、预应力钢筋中的拉应力验算364、使用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算375、使用阶段预应力混凝土斜截面主压应力验算38河北工业大学本科毕业设计初稿毕业设计（论文）题目：张家口城市快速路北环线清水河大桥设计（二）专业：道路桥梁与渡河工程学生信息：一、设计资料1.1水文地质资料清水河大桥位于张家口市城市快速路北环线上，横跨清水河，是连接东环和西环的重要桥梁之一。设计速度 60Km/h，双向六车道，设计荷载为公路 I 级，设计洪水频率 1/300，结构设计基准期 100 年，抗震烈度 7 度，设计风速 31.1m/s,设计风压 0.55KN/m2。 本地区气候属暖温与
3、中温之过渡带的东亚半干旱大陆性季风气候，全年长时间受蒙古高气压控制，春季风强，夏季凉爽，雨量集中，秋季短促，冬季漫长少雪。年平均气温 7.5，1 月平均气温-10.5，极端最低气温-26，7 月平均气温 23.2，极端最高气温 40.9。年均降水量 406 毫米，无霜期 144 天，年均日照 2877 小时。最大冻土深度 1.63m。 路线经过区域所处地质构造单元属中朝准地台燕山沉降带冀北断褶束之宣龙复向斜的西段，主要由太古界崇礼群变质岩系组成基底，中元古界以来的地层构成盖层。构造形迹以开阔褶皱及高角度断层为主；新生代则以垂直升降运动为主。张家口盆地就是沿东西向断裂所形成的构造盆地。1.2主要
4、设计指标1）设计荷载：公路 I 级2）桥面宽：0.5 米（护栏）+13.25 米（车行道）+1 米（中央分割带）+13.25 米（车行 道）+0.5 米（护栏）=28.5m3）设计车道：6 车道4）设计车速：60km/h5）地震烈度：基本烈度 6 度，按 7 度设防6）桥面横坡：双向 2%横坡7）桥面纵坡：3.0%以内8）温度：1 月平均气温-10.5，极端最低气温-26，7 月平均气温 23.2，极端最高气温 40.9。1.3 设计过程1）分析水文地质资料，气象资料等2）初步确定桥梁方案，进行拟定必选3）确定桥梁最终桥型及横断面4）合理确定桥梁的总体布置，桥梁分孔5）初拟桥梁上下部结构造型及
5、尺寸6）上部结构计算（包括恒载和活载等）7）下部结构粗略计算8）结构设计及配筋计算9）使用阶段和施工阶段的强度刚度验算10）绘制施工图，包括总体布置图，主梁钢筋（普通钢筋和预应力筋）布置图，下部结构一般布置图11）编写设计计算说明书1.4、设计规范1) 公路工程技术标准(JTG B01-2003)2) 公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)3) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004)4) 公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ 024-85)5) 公路工程抗震设计规范(JTJ 004-89)二 、方案比选依据设计资料，全桥长191m，桥面宽：0.5 米（
6、护栏）+13.25 米（车行道）+1 米（中央分割带）+13.25 米（车行 道）+0.5 米（护栏）=28.5m，设计荷载为公路I 级，可以初步的选定以下三种桥型：1）中承式系杆拱桥550190001450500050009000图-1中承式系杆拱桥 单位：cm中承式拱桥的行车道位于拱肋的中部，桥面系（行车道，人行道，栏杆等）一部分用吊杆挂在拱肋下，一部分用刚架立柱支承在拱肋上。它的优点是桥型美观，尤其是在城市中是为数不多的城市建筑的亮点，更继承了中国古老的石拱桥的各项优点。不仅在受力上保持了上承式拱桥的基本力学特性，也可以充分的发挥拱圈混凝土材料的抗压性能，而且构件简洁明快，具有广泛的适用
7、场合。在不等跨的多孔连续拱桥中，为了平衡左右桥墩的水平推力，将较大跨径一孔的矢跨比加大，做成中承式拱桥，可以减小大跨的水平推力。但是它对施工的要求较高，而且需要一支专业的施工队伍，对总体道路的工期有一定的影响。2）独塔斜拉桥斜拉桥是一种桥面体系以主梁受轴向力（密索体系）或受弯（稀索体系）为主，支承体系以拉索受拉和索塔受压为主的桥梁。斜拉桥的拉索相当于在主梁跨内增加了若干弹性支承，使主梁跨径明显减小，因此大大减小了梁内弯矩，梁体尺寸和重力等，使桥梁的跨越能力显著增大。独塔斜拉桥也具有桥型美观，抗风性能好，虽然跨度会相对较小，不过也具有一定跨越能力，但是由于它是一种高次超静定结构，计算量大，而且施
8、工技术高，难度大，费用高，因此一般不适用于小跨径桥梁。190009400940030001000200图-2独塔斜拉桥 单位：cm3）混凝土连续梁桥梁桥作为一种简单但实用的桥型，已经得到了充分的发展，连续梁可以做成两跨或是三跨以及多跨一联的。通过计算可知，在恒载的作用下，由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，因此相对而言，弯矩分布更加的合理。它的优点是结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形绕曲线平缓，有利于高速行车。此标段处于速路北环线上，因此连续梁的有利高速行车更加符合要求，加之其施工难度相对较小，施工技术相对较低。同时，钢筋混凝土连续梁桥不易装配化施工，而花费较高费用现浇却仍然会
9、产生裂缝，仅在城市高架桥，小半径弯桥中有少量使用。而预应力混凝土连续梁桥却应用非常广泛，随着悬臂施工法等技术的发展，预应力的技术优点使设备机械化，从而提高了施工质量，降低了施工费用。因此综合考虑选择预应力混凝土连续梁桥。600060007000190001200图-3混凝土连续梁桥 单位：cm三、方案介绍（一）桥面尺寸本桥总跨径190米，分成38+57+57+38四跨连续箱梁结构，施工方式为满堂支架，其截面尺寸图如下： 1.1横截面尺寸图(二)、主要设计指标有：1）设计荷载：公路 I 级2）桥面宽：0.5 米（护栏）+13.25 米（车行道）+1 米（中央分割带）+13.25 米（车行 道）+
10、0.5 米（护栏）=28.5m3）设计车道：6 车道4）设计车速：60km/h5）地震烈度：基本烈度 6 度，按 7 度设防6）桥面横坡：双向 2%横坡7）桥面纵坡：3.0%以内8）温度：1 月平均气温-10.5，极端最低气温-26，7 月平均气温 23.2，极端最高气温 40.9。(三)、主要材料选择1、混凝土：(1）桥面铺装：沥青混凝土(2）连续梁：C50(3）桩基、承台、桥墩、桥台、搭板：C402、钢筋等材料的设计在中期报告中没有涉及，将在后期工作进行。四、梁的有效宽度计算 (1）桥的剪力滞理论箱型梁由于剪力滞效应，在梁承受弯矩时，顶底板所受的拉压应力，随着离腹板的距离越远，受力越小，所
11、以不是全梁在受力，如果按照全梁截面进行受力分析，必然导致不安全。采用等效宽度法考虑梁剪力滞效应:1)连续梁各跨中部梁段 2)连续梁边支点及中间支点 (2)桥的剪力滞计算如图所示，将梁根据腹板的数目分成如图4. 1的的各种小梁，分别进行计算。图4.1梁截面分隔A=10.6300m2 I=14.5160m4 型心轴距上1.7585m 距下1.2415m 1）边跨的计算： 图4.2考虑剪力滞效应的边跨截面尺寸(单位 dm)A=9.7684m2 I=13.0332m4 型心轴距上1.7475m 距下1.2525m 根据平行移轴定理 移到1.7475m处 换算为I= 13.03438m4 2）中跨的计算
12、： 图4.3考虑剪力滞效应的中跨截面尺寸(单位 dm)A=9.8839m2 I=13.2083m4 型心轴距上1.7539m 距下1.2461m 根据平行移轴定理 移到1.7539处 换算为I=13.2085m4 五、主梁内力计算1、恒载的内力计算（用结构力学求解器）：（1）一期恒载即梁的恒载内力计算：梁的恒载集度：（2）二期恒载桥面铺装和栏杆的内力计算：桥面的恒载集度（3）恒载集度 图5.1弯矩图图5.2剪力图恒载作用下截面弯矩和剪力大小如下表：表5.1恒载作用下各截面弯矩与剪力跨数位置距本跨支点的距离(m)弯矩剪力边跨0004138.480.25 9.524942.14691112.495
13、40.51921137.4120-1913.49210.7528.5-11414.202-4939.4796138-72712.70-7965.47中跨00-72712.708721.960.25 14.2519235.04554182.98270.528.546502.3079-355.998530.7542.759089.08745-4894.9797157-93004.62-99433.96中跨00-93004.6299433.960.2514.259089.087454894.97970.528.546502.3079355.998530.7542.7519235.0455-4182.9827157-72712.70-8721.96边跨00-72712.
