桥梁毕业设计结构设计.docx

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1、桥梁毕业设计结构设计 1结构设计 1.1方案比选 1.1.1设计标准和规范 设计标准 1、线路等级：公路一级 2、设计车速：60km/h 3、桥面设计宽度：双向四车道，两侧各设2.0m人行道，2m（人行道）+7m（车行道）+2m（分隔带）+7m（车行道）+2m（人行道）=20m。 4、桥面坡度：桥面横向坡度1.5%，桥面纵坡0.7%。 5、设计荷载：公路I级；人群荷载：3.0KN/m2。 6、地震基本烈度：7度，设计基本地震加速值为0.10g。 设计规范 1、公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2022 2、公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2022 1.1.2方案比

2、选概述 赫章大桥处于云贵高原乌蒙山脉北段。地势北高南低，属构造侵 蚀剥蚀型河谷地貌。大桥跨越赫章后河。桥区植被不发育，主要为荒地。桥区附近海拔1490m-1810m，相对最大高差320m。现对桥梁的形式进行方案比选，比选原则如下： （1）安全与舒适性 整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够 的强度、刚度、稳定性和耐久性，以满足桥梁安全性的要求。现代桥梁设计越来 越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击，以 满足桥梁舒适性的要求。 （2）适用性 桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下 应满足泄洪等要求。建成的桥梁应

3、保证使用年限，并便于检查和维修。 （3）经济性 设计的经济性应占较重要的位置。经济性除建桥费用，还应考虑未来综合发 展及养护和维修等费用。 （4）美观 一座桥梁，应与周围的景致相协调。有合理的结构布局和优美的轮廓是美观 的主要因素，不应把美观片面地理解为豪华装饰。在安全、适应和经济前提下， 尽可能使桥梁具有美观性。 根据该桥的桥位地质、实际地形和水文资料，综合各备选方案上部结构形式 及安全性、经济性、施工条件等因素，最后比选出三种桥型方案。拟定备选方案如下： 方案一：连续梁桥，布跨形式为：103m+150m+103m； 方案二：单塔斜拉桥，布跨形式为：200m+200m； 方案三：T型刚构桥，

4、布跨形式为：88m+140m+140m+88m。 三个桥梁方案均可满足条件，具体方案比较如下： 1.1.3三跨预应力混凝土连续梁桥（103m+150m+103m） （1）桥型介绍 预应力混凝土连续箱梁是常用的一种桥梁结构形式，属于超静定体系。其在恒载、活载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用，使其内力状态比较均匀合理。结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。可采用悬臂施工法、顶推法、逐跨施工法施工，充分应用预应力技术的优点使施工设备机械化，生产工厂化。预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压，不仅充分发挥了高强材料的特性，而且提高了混凝土的抗裂性，促使结构轻型

5、化，因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。 （2）尺寸拟定 桥跨布置 预应力混凝土连续梁、连续刚构桥主跨一般不宜大于200m，主跨大于200m时应与其他桥型进行充分比选论证；一般情况下边中跨比不小于0.55，在过渡墩较高、边跨现浇段难以采用落地支架现浇时，边中跨比最小可采用0.53，以保证结构在最不利荷载作用下边墩支座有一定压力。边跨跨径约为中跨的0.60.8倍，按此经验初步确定桥跨布置为：103m+150m+103m，总长为356m.布置图如下图所示。 截面尺寸 为提高箱梁的承载能力，改善主梁的应力状况，箱梁应有足够的高度。箱梁根部梁高宜控制在主跨跨度的1/161/20，

6、跨中梁高宜控制在主跨跨度的 1/301/50，考虑到新的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2022）的实施和荷载标准的调整，在净空不受限制的条件下可适当增加梁高，梁高宜按二次抛物线变化。 截面尺寸拟订中，单箱单室顶板宽度一般小于20 米，单箱双室顶板宽度约为25米，双箱单室可达40米左右。支点截面的梁高H约为（1/16-1/20）L（L为中间跨跨长），跨中梁高H约为（1/1.5 -1/2.5）H。底板厚度与主跨之比宜为1/140-1/170，跨中区域底板厚度可按构造要求设计。截面细部构造图如下图所示。 （3）施工方案设计 连续梁桥的施工方法有先简支后连续法、顶推施工法、

7、悬臂施工法等等，本次施工采用悬臂浇筑法施工。 1.1.4单塔斜拉桥（200m+200m） （1）桥型介绍 斜拉桥主要由主梁、索塔、斜拉索三大部分组成，斜拉桥的基本受力特点是：受拉的斜索将主梁多点吊起，并将主梁的恒载和车辆等其它荷载传至塔柱，再通过塔柱基础传至地基。主梁在斜拉索的各点支撑作用下，像多跨弹性支承的连续梁一样，使得弯矩值得以大大的降低，这不但可以使主梁尺寸大大减小，而且由于结构自重显著减轻，既节省了结构材料，又能大幅度的增大桥梁的跨越能力。此外，斜拉索轴力的水平分力对主梁施加了预压力，从而可以增加主梁的抗裂性能，节约了主梁中的预应力钢材的用量。 （2）桥跨布置 对于主梁支撑于塔墩的支

8、撑体系，为承受支点截面较大的负弯矩，在局部区段可加大梁高或加厚翼缘板厚度。从横向风力稳定性角度考虑，采用双索面，拉索布置为扇形，混凝土主梁拉索间距多数为610m,取为8m，。根据主梁的受力要求或为了减小索面，拉索的竖直分力越大越好，考虑到主塔上拉索不能过于密集，主塔上拉索间距一般取1.62.2m。 桥跨布置 此桥采用单塔双索面斜拉桥，跨度为200m+200m，主梁上斜拉索间距顺桥向取8m，主塔上斜拉索间距竖向取2m，设其塔高为90m,其布置图如下图所示。 截面尺寸 根据高跨比的经验值，取梁高为3m,全桥采用等截面箱型截面，其细部构造图如下图所示。 （3）施工方法设计 对于斜拉桥可以采用现浇施工

9、，也可采用拼装预制梁的方法施工，还可采用转体施工。就施工条件而论，转体施工无法进行，此桥采用拼装施工可以缩短工期，而且还可保证质量。 1.1.5T型刚构桥（88m+140m+140m+88m） （1）桥型介绍 T刚构，是预应力混凝土梁桥常见形式之一。因其自身具有的结构轻巧、跨度大、施工机械化和装配化程度高等特点，而被广泛应用。T型刚构桥是在简支预应力桥和大跨钢筋土箱梁桥的基础上，在悬臂施工的影响下产生的。其上部结构可为箱梁、桁架或桁拱，与墩固结形成整体，桥型美观、宏伟、轻型，适用于大跨悬臂平衡施工，可无支架跨越深水急流，避免下部施工困难或中断航运，也不需要体系转换，施工简便。 （2）尺寸拟定

10、桥跨布置 桥梁全长共4跨。在桥垮布置时从结构上应使每个T构的悬臂长度相等，全桥挂梁等长。本方案拟定T构的悬臂长度为52m，挂梁的计算跨径取用36m，其布置如下图所示。 截面尺寸 T构横截面全宽21m采用双箱单室，箱宽5.48m，箱梁间顶板长4.84m，外侧悬臂板1.6m，人行道悬臂长度1.0m。其细部构造如下图所示。 （3）施工方法设计 T构采用分箱分段悬臂浇筑施工。T构悬臂长52m，分13个节段，每一节质量不超过180t。两个单箱分别悬浇施工，箱间用0.5m现浇带相连，再用横向预应力降两箱组成整体截面。使用箱梁内滑模板施工，特别用在薄腹板的高大截面以及钢筋和管道密集的箱梁，能够提高工效，减轻

11、施工荷载，缩短工期，改善劳动强度和提高施工质量。 1.1.6方案比选总结 最终方案的确定应遵循“安全、适用、经济、美观”的原则，综合考虑各个方案结构合理性、方案的造价、施工难度和外观等方面的优缺点，确定最终方案。 本桥为跨越水库的公路桥，而非城市桥梁，对桥梁美观需求不高。斜拉桥虽然跨越能力大，但是其造价很高，而且维护费用高，需定期进行换索工作。并且拉索的张拉控制麻烦，索力调整对桥梁的线形及受力影响很大，施工工艺及精度要求很高。同时拉索是柔性体系，风力作用下会震动，需采用相应的措施，不然会影响桥上行车舒适及安全，再者斜拉桥横向刚度小，变形大。故在此公路桥设计中不推荐采用。 当采用T型刚构桥时，为

12、三向预应力体系，纵向预应力筋采用高强钢丝组成的钢束，锚头采用钢制锥形锚具，纵向钢束分有直束、竖弯束和平竖弯束，布置在箱梁的顶板和腹板内。每孔挂梁的施工周期约为11d，工期太长，故不宜采用。 预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，其线条明快流畅，与周围景观搭配协调，具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点且施工简单。在造价方面，成本低，在公路桥设计中采用得较多，有很多可以参照的工程实例。同时设计计算简单，故在本次设计中采用。 各方案各指标如下表所示。 综上所述,经过前面的比较，本次设计选择三跨预应力混凝土连续梁桥方案作为赫章大桥的

13、设计方案。 1.2初步设计 1.2.1设计基本资料 赫章大桥位于毕威高速公路上,是毕威高速上的一座特大桥。大桥位于贵州省赫章县境内,地质复杂、地势险峻。赫章大桥的建设，对保障交通畅通和城镇发展起着不可替换的作用。大桥的起点桩号为K99+634.0，终点桩号为K100+090.0，桥梁全长为456m。 设计标准 1、线路等级：公路一级 2、设计车速：60km/h 3、桥面设计宽度：双向四车道，两侧各设2.0m人行道，2m（人行道）+7m（车行道）+2m（分隔带）+7m（车行道）+2m（人行道）=20m。 4、桥面坡度：桥面横向坡度1.5%，桥面纵坡0.7%。 5、设计荷载：公路I级；人群荷载：3

14、.0KN/m2。 6、地震基本烈度：7度，设计基本地震加速值为0.10g。 设计规范 1、公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2022 2、公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2022 1.2.2主梁截面尺寸的拟定 为提高箱梁的承载能力，改善主梁的应力状况，箱梁应有足够的高度。箱梁根部梁高宜控制在主跨跨度的1/161/18，跨中梁高宜控制在主跨跨度的1/301/55，考虑到新的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2022）的实施和荷载标准的调整，在净空不受限制的条件下可适当增加梁高，梁高宜按二次抛物线变化。 截面尺寸拟订中，单箱单室顶板宽度一般小于

15、20 米，单箱双室顶板宽度约为25米，双箱单室可达40米左右。支点截面的梁高H支约为（1/16-1/18）L（L为中间跨跨长），跨中梁高H约为（1/1.5 -1/2.5）H支。底板厚度与主跨之比宜为1/140-1/170，跨中区域底板厚度可按构造要求设计。 主梁尺寸：主梁采用变截面箱梁，支点梁高为7.5m，与中跨孔径的比值为1/18.67；跨中梁高为3m，与中跨孔径的比值为1/46.67。主梁截面具体尺寸如下图所示。 1.3桥面板计算 桥面铺装为2cm厚的沥青混凝土面层和平均厚度为9cm的C40防水混凝土垫层。箱梁钢筋混凝土的容重为25KN/3 m。桥面铺装如下图所示。 1.3.1悬臂板计算

16、右悬臂板存在车辆荷载，所以更加不利，因此只需计算右悬臂板来进行桥面板计算及配筋，下面选取右侧悬臂板进行计算。 （1）恒载内力（以纵向梁宽1m的板梁计算） 计算跨径L=2.7m，悬臂板恒载内力计算图示如下： 部分平均厚度1h =0.5m ，长度1l =0.55m ，荷载集度g=2.5KN/m 部分平均厚度h=0.275，长度2l =0.55m ，荷载集度g=6.875KN/m 部分平均厚度m 2.0h 3=，长度l=1.8m ，荷载集度m /52512.0g 3KN =?= 部分平均厚度0.1m h 22 .04=，长度l=1.8m ，荷载集度m /5.22511.0g 4KN =?= 部分平均

17、厚度m 3.0h 5=，长度m 5.0l 5=，荷载集度m /9.62313.0g 5KN =?= 部分平均厚度m 2.0h 6=，长度0.3m l 2 2.04.06=+，荷载集度m /6.42312.0g 6KN =?= 部分平均厚度m 2.0h 7=，长度m 6.0l 7=，荷载集度m /52512.0g 7KN =?= 沥青混凝土面层m /42.021102.0g 8KN =?= C40防水混凝土m /07.223109.0g 9KN =?= 恒载内力计算如下： 弯矩： () 1.0() 1.0()()()(277266255314421333222 112129821sg 7 654

18、 32-+-+-+-+-=l l l l l l l l g l l g l l g l l g l l g l g l g l g g M =-41.528KN m 剪力： 7 766554433221198sg )(l g l g l g l g l g l g l g l g g Q += =37.838KN （2）活载内力 按照规范D60-2022，验算荷载的后轮着地长度2a =0.2m ，宽度2b =0.6m 。 m H a 42.011.022.02a 21=?+=+= m H b 82.011.026.02b 21=?+=+= 有效分布宽度： a=3.72m1.4m 两个后轮的有效分布宽度发生重叠，则： a =5.12m 故: m KN ab P /335.2982 .082.52140 222p 1=?= 悬臂根部单位板宽的弯矩为： )2 ()1(11sp b c pb M -+-= =-56.519KN m 悬臂根部单位板宽的剪力为：