畢業(yè)論文：主跨9×20米預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋設(shè)計

本科生畢業(yè)設(shè)計論文

題 目：主跨9*20米預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋設(shè)計（莆田市闊口大橋）
目錄
中英文摘要 5
第一章 緒論 7
預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋概述 7
1.1受力特點 7
1.2體系優(yōu)點 7
第二章 設(shè)計說明 8
2.1工程概述 8
2.2 技術(shù)標準 8
2.3 主要設(shè)計規(guī)范 8
2.4工程地質(zhì)條件 9
2.5 工程地質(zhì)評述 10
2.6 橋梁設(shè)計要點 10
2.6.1 材料要求 10
2.6.2設(shè)計要點 11
a 橋型 10
b 上部結(jié)構(gòu) 10
c 下部結(jié)構(gòu) 10
d 預應(yīng)力體系 11
e 橋面鋪裝 11
f 支座和伸縮縫 12
2.7 橋梁結(jié)構(gòu)分析計算（空心板具體計算參數(shù)選取詳見施工圖部分） 12
2.8 橋梁耐久性設(shè)計 12
2.9施工方法及注意事項 12
第三章 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算 13
3.1 計算依據(jù)與基礎(chǔ)資料 13
3.2 橫斷面布置 15
3.3 汽車荷載橫向分布系數(shù)、沖擊系數(shù)的計算 16
3.3.1 汽車荷載橫向分布系數(shù)計算 16
3.3.2 汽車荷載沖擊系數(shù)計算 17
3.4 作用效應(yīng)組合 18
3.4.1 作用的標準值 18
3.4.2 作用效應(yīng)組合 23
3.4.3 截面幾何特性計算 28
3.5 持久狀況承載能力極限狀態(tài)計算 31
3.5.1 正截面抗彎承載能力 31
3.5.2 斜截面抗剪承載力驗算 32
3.6 持久狀況正常使用極限狀態(tài)計算 35
3.6.1 預應(yīng)力鋼束應(yīng)力損失計算 35
3.6.2 抗裂驗算 42
a 正截面抗裂驗算 42
b 斜截面抗裂驗算 44
3.6.3 撓度驗算 47
a 汽車荷載引起的跨中撓度 47
b 預制板是否設(shè)置預拱值的計算 48
3.7 持久狀況和短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力計算 51
3.7.1 使用階段正截面法向應(yīng)力計算 51
a 受壓區(qū)混凝土的最大壓應(yīng)力 51
b 受拉區(qū)預應(yīng)力鋼筋的最大拉應(yīng)力 51
3.7.2 使用階段混凝土主壓應(yīng)力、主拉應(yīng)力計算 53
3.7.3 施工階段應(yīng)力驗算 55
3.8 橋面板配筋計算 57
3.8.1 荷載標準值計算 57
a 計算跨徑 57
b 跨中彎矩計算 57
c 支點剪力 58
3.8.2 極限狀態(tài)承載力計算 59
a 荷載效應(yīng)組合計算 59
b 正截面抗彎承載力 59
c 斜截面抗剪承載力 59
3.8.3 抗裂計算 60
3.9 鉸接板的混凝土鉸縫剪力驗算 60
3.10伸縮縫計算 61
畢業(yè)論文致謝辭 62
主要參考文獻 63

中英文摘要
主跨 9*20米預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋設(shè)計
（莆田市闊口大橋）
摘要
本設(shè)計是根據(jù)本專業(yè)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求和《公路橋涵設(shè)計規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定， 對莆田闊口大橋進行方案比選和結(jié)構(gòu)設(shè)計。
通過認真分析擬建橋址的水文、地質(zhì)調(diào)查勘測資料，河床斷面圖，本著“安全、 經(jīng)濟、美觀、實用”的基本設(shè)計原則，通過對設(shè)計、施工等多方面的考慮，最終確定為預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋。
根據(jù)工程概況，莆田闊口大橋橋梁工程設(shè)計為橋梁全長 185.04m，橋面凈寬為17m。橋梁上部結(jié)構(gòu)為20m跨的簡支橋面連續(xù)后張法預應(yīng)力混凝土空心板，每孔13片空心板，梁高0.95m；下部結(jié)構(gòu)橋墩為樁柱式墩，橋臺為樁基接蓋梁式橋臺，樁基均為摩擦樁設(shè)計，每根樁設(shè)置三根聲測管。橋臺處支座采用四氟板式橡膠 支座，其余支座采用普
……（新文秘網(wǎng)http://m.jey722.cn省略2358字，正式會員可完整閱讀）……　
vice ability ultimate state as well as the main sections being out of shape.With the results, I make a checking calculation of the bridge ,to make sure that the bridge is safe to use.
Keywords: prestressed concrete, bridge design, simply supported hollow slab bridge


第一章 緒論
預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋概述
1.1受力特點
主要特點是構(gòu)造簡單，施工方便，而且建筑高度小，從力學性能分析上，位于受拉區(qū)域的混凝土材料不但不能發(fā)揮作用，反而增加了結(jié)構(gòu)自重，當跨徑稍大就顯的笨重且不經(jīng)濟。預應(yīng)力混凝土簡支板橋可延緩混凝土構(gòu)件的開裂，提高構(gòu)件的抗烈度和剛度，同時可以節(jié)約鋼筋，減少結(jié)構(gòu)自重。它具有施工方法簡便、設(shè)備材料投入少、工期短、資金投入較少等優(yōu)點。同時與傳統(tǒng)的預應(yīng)力簡支板橋相比，由于通過張拉現(xiàn)澆連續(xù)段支點負彎矩預應(yīng)力鋼束，使得結(jié)構(gòu)體系由簡支轉(zhuǎn)為連續(xù)體系，大大減少了橋梁的跨中彎矩，還很大程度地改善了簡支板橋每跨設(shè)伸縮縫、整體性能差等特點，具有整體性能好、結(jié)構(gòu)剛度大、變形小、抗震性能好等優(yōu)點，且其橋面伸縮縫少，行車舒適。工藝要求：所需設(shè)備較少，占用施工場地少，而且不需要安裝大噸位的支座。使用效果：靜定結(jié)構(gòu)，受力計算方便。
1.2體系優(yōu)點
近年來預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋體系受到了廣泛的應(yīng)用。預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋是近年來應(yīng)用較多的一種橋梁結(jié)構(gòu)形式，它綜合了簡支板橋的優(yōu)點同時又大大提高了橋梁的整體性能，改善了橋梁結(jié)構(gòu)的受力特性，提高了乘車舒適性。與簡支板橋相比，連續(xù)板橋可減小跨內(nèi)彎矩絕對值、降低主梁的高度，從而減少材料用量和結(jié)構(gòu)自重，而結(jié)構(gòu)自重的降低又進一步減小恒載的內(nèi)力。預應(yīng)力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋與一般的連續(xù)板橋相比施工方便，受力也比較明確。這種橋可就地現(xiàn)澆，適應(yīng)各種形狀的彎、坡、斜。同時橋梁也可預制裝配，采用簡易墊層支座，支座一端固定、一端活動。與同等跨度的鋼筋混凝土板橋相比，預應(yīng)力混凝土橋的主要不同在于：截面尺寸減小，高跨比減小。預應(yīng)力混凝土板橋結(jié)構(gòu)簡單、受力明確、節(jié)省材料、架設(shè)方便、對地基的承載力要求也不高。
第二章 設(shè)計說明
2.1工程概述
莆田市莆笏公路闊口橋位于莆田市城廂區(qū)闊口村木蘭溪干流處，為多孔跨徑不通航大橋：總長度近90m。為解決交通擁擠，擴大車流量，決定在原大橋的兩側(cè)新建特大橋。
2.2 技術(shù)標準
設(shè)計荷載：公路—II級
橋面凈空：凈－14+人行道2*1.50米
設(shè)計洪水頻率：100年一遇，橋下不通航。
2.3 主要設(shè)計規(guī)范
1、《公路工程技術(shù)標準》JTG B01-2003
2、《公路路線設(shè)計規(guī)范》JTG D20－2006
3、《公路路基設(shè)計規(guī)范》JTG D30-2004
4、《公路排水設(shè)計規(guī)范》JTJ018-97
5、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》JTG D60-2004
6、《公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范》JTG D61-2005
7、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》JTG D63-2007
8、《公路橋梁抗震設(shè)計細則》JTG/T B02-01-2008
9、《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》JTG D62-2004
10、《公路瀝青路面設(shè)計規(guī)范》JTG D50-2006
11、《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》JTG F40-2004
12、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTJ 041-2000
13、《公路交通安全設(shè)施設(shè)計技術(shù)規(guī)范》JTG D81-2006
2.4工程地質(zhì)條件
擬建場地地處河——海沖淤積平原區(qū)，第四紀堆積約25m厚，基底為中�；◢弾r，地基土類型多，變化大，土質(zhì)不均，工程地質(zhì)條件復雜。詳細地質(zhì)分布由上至下如下：
1、填土：灰色，灰黃色，稍松—稍密，稍濕—濕，成分以粘性土為主，含有中粗砂，瓦礫及碎石塊等，土質(zhì)不均。本層東西岸均有分布，曾厚1.4-2.0m，堆積時間大于15年之久。
2、粘土：灰黃色，褐黃色，濕—飽和，軟可塑—可塑，成分以粘土為主，含氧鐵結(jié)核，此層ZK2孔被填土替代缺失，ZK4孔為耕植粘土0.3m厚，層厚0.3-3.2m。
3、淤泥質(zhì)土：灰色，青灰色，軟流塑，飽和，由淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)亞粘土組成。但是，ZK4孔一帶中上部為淤泥，下部為淤泥質(zhì)土，中混10-15%的粉細砂及少量有機質(zhì)，含腐殖物，具腐臭味。該層東西岸均有分布，層厚4.1-6.0m。
4、含泥中細—中粗砂夾淤泥質(zhì)土、砂質(zhì)粘土層：
含泥中細—粗砂：灰色，灰黃色，稍密，飽和，北岸中粗砂為主，西岸中細砂為主含礫卵石（直徑0.5-5cm），泥質(zhì)含量約10-20%，該層于ZK3孔，10-11.7m相變?yōu)樯悦軤钌傲Ｂ咽�；于ZK2、ZK3、ZK4孔一帶中部夾軟流塑淤泥質(zhì)土厚約1-2m；于ZK4孔一帶中下部夾2m厚之可塑狀砂質(zhì)粘土。全層總厚度5.35-6.40m，純砂厚3.5-6.5m。
5、砂卵石：黃色，灰黃色，稍密，飽和，由卵石，沙礫組成，卵石直徑2-6cm，個別大于10cm，呈亞圓狀，成分為中風化凝灰熔巖，分選性較差，磨圓度中等，卵石含量30-60%，泥質(zhì)含量約10-15%。砂泥充填，該層東西岸均有分布，層厚4.10-7.15m。
6、殘積質(zhì)粘性土：褐黃色，灰白色，黃白色，飽和，可塑—硬塑，母巖為中粒結(jié)構(gòu)花崗巖，此層由粘性土，石英砂，云母片等組成，原巖結(jié)構(gòu)大部已破壞，該層東西岸均有分布，層厚3.30-5.10m。
7、強風化花崗巖：褐黃色，黑夾白色，硬塑，由長石、石英、云母片及暗色礦物組成，中粒結(jié)構(gòu)，呈砂礫狀，礦物已顯著變化，巖芯易碎成半土半巖，鉆進時有“咔嚓”聲，該層東西岸均有分布，層厚3.5-5.7m。
8、中風化花崗巖：灰白色，黑夾白色，堅硬，巖芯呈碎塊狀，裂隙發(fā)育，中粒結(jié)構(gòu)，礦物成分基本未變，該層東西岸均有分布，層厚0.4-1.1m。
9、微風化花崗巖：墨黑夾白色，灰白色，堅硬，中粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，裂隙中等發(fā)育，巖芯完整，呈短柱狀，本層東西岸均有分布，該層鉆孔最大控制厚度為6m。岸坡穩(wěn)定性分析：
擬建場地東西兩岸，經(jīng)河流上、下游兩條斷面圖實測結(jié)果，岸坡陡直，坡角85-90度。但是，東岸ZK2孔一帶岸坡相對較緩，坡角約45度。根據(jù)東岸ZK1、西岸ZK4孔按條分法、圓弧法計算，ZK1孔按坡身園設(shè)定，其穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=0.635；ZK4孔按坡身園、坡角園設(shè)定，安全系數(shù)分別為0.463，0.909，均屬不穩(wěn)定岸坡。計算的安全系數(shù)系指自然岸坡狀態(tài)，倘若顧及地震作用、動水力作用更加不穩(wěn)定，故應(yīng)采取護坡措施。
2.5 工程地質(zhì)評述
橋基持力層及基礎(chǔ)類型：
擬建場地地基土由人工填土（厚1.4-2.0m）、河漫灘相可塑狀粘土層（厚0.3-3.2m）、海相高壓縮性淤泥質(zhì)土（厚4.1-6.0m）、含泥中細—中粗砂（厚5.35-6.4m）、河床相稍密狀礫卵石（厚4.10-7.15m）、殘積質(zhì)粘性土（厚3.30-5.10m）、強風化花崗巖（厚3.5-5.7m）、中風化花崗巖（厚0.4-1.1m）、微風化花崗巖組成。
上部：填土呈稍松—稍密狀，均勻性差；粘土層厚度變化大，中壓塑性；淤泥質(zhì)土流塑狀，高壓塑性，承載力低；含泥中細—中粗砂飽和可液化砂土均不具備天然持力層條件。中部：礫卵石層分布穩(wěn)定，工程性能差，強透水性，無下伏軟弱土層，低壓塑性，承載力高；殘積質(zhì)粘性土工程性質(zhì)較好，承載力較大。下部：強風化花崗巖，微風化花崗巖層厚大，其中微風化花崗巖飽和單軸極限抗壓強度高，為115.49-136.40Mpa，是橋基良好的樁端持力層。
鑒于中風化花崗巖上覆地基土土質(zhì)不均，橋梁豎直荷載大，加之風力、地震力水平荷載作用，樁基承受一定的上拔作用，為減少樁基沉降差異，確保樁基穩(wěn)定性，建議樁基持力層選用微風化花崗巖。
2.6 橋梁設(shè)計要點
2.6.1 材料要求
（1）混凝土：
1）C50混凝土：預制空心板；
2）C50鋼纖維混凝土：伸縮縫
3）C40防水混凝土：橋面現(xiàn)澆層
4）C30混凝土：墩柱、蓋梁、耳背墻、擋塊、搭板、系梁；
5）C25片石混凝土：墩臺樁基。
（2）預應(yīng)力鋼束：采用抗拉強度標準值fpk =1860MPa，公稱直徑d=15.2mm的低松弛高強度鋼絞線，其力學性能指標應(yīng)符合《預應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224 -2003）的規(guī)定。
（3）普通鋼筋：R235熱軋光圓鋼筋，其材質(zhì)應(yīng)符合GB13013—1991的規(guī)定，HRB335熱軋帶肋鋼筋，其材質(zhì)應(yīng)符合GB1499—1998的規(guī)定，焊接的鋼筋均應(yīng)滿足可焊要求。
（4）鋼板：采用《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB700－2006規(guī)定的Q235B鋼板。
（5）橋面鋪裝：10cm厚C40防水混凝土現(xiàn)澆層，8cm厚瀝青混凝土為。
2.6.2設(shè)計要點
a 橋型
橋跨徑布置為9*20 m結(jié)構(gòu)簡支橋面連續(xù)空心板，全橋共分兩聯(lián)，前五后四，橋長185.04m。
b 上部結(jié)構(gòu)
上部結(jié)構(gòu)為20m跨的結(jié)構(gòu)簡支橋面連續(xù)后張法預應(yīng)力混凝土空心板，每孔13片空心板，梁高0.95m。
c 下部結(jié)構(gòu)
下部結(jié)構(gòu)橋墩為樁柱式墩，橋臺為樁基接蓋梁式橋臺。樁基均為摩擦樁設(shè)計；每根樁設(shè)置三根聲測管。
d 預應(yīng)力體系
采用抗拉強度標準值fpk =1860MPa，公稱直徑d=15.2mm的低松弛高強度鋼絞線，其力學性能指標應(yīng)符合《預應(yīng)力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224 -2003）的規(guī)定。
e 橋面鋪裝
橋面鋪裝為10cm厚C40防水混凝土現(xiàn)澆層，加8cm厚瀝青混凝土鋪裝。
f支座及伸縮縫
空心板采用GYZ d200*49mm板式橡膠支座和GYZF4 d200*51mm四氟滑板橡膠支座，其材料和力學性能均應(yīng)符合現(xiàn)行國家和行業(yè)標準的規(guī)定。
伸縮縫采用D60、D80型伸縮縫。
2.7 橋梁結(jié)構(gòu)分析計算（空心板具體計算參數(shù)選取詳見施工圖部分）
預應(yīng)力混凝土空心板分析計算
A、主梁橫斷面由預應(yīng)力混凝土空心板、橋面鋪裝及防撞護欄組成，橫向分布系數(shù)按鉸接板法進行計算。
B、采用簡支體系進行計算。梁體按照簡支梁采用Midas分階段進行計算，考慮了預應(yīng)力、混凝土收縮徐變、活載等工作荷載。
C、結(jié)構(gòu)體系按照部分預應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計。
D、橋面橫坡通過空心板底面楔形塊形成。
2.8 橋梁耐久性設(shè)計
橋墩墩柱采用C30混凝土，樁基采用C25混凝土。根據(jù)橋址區(qū)地震動峰值加速度值采取了相應(yīng)的抗震措施：在橋墩及橋臺帽梁上設(shè)置防震擋塊，橋墩柱頂、柱底和樁頂箍筋均設(shè)置了加密段，閉合箍筋直徑為10mm。
2.9施工方法及注意事項
有關(guān)橋梁的施工工藝及質(zhì)量檢驗標準，除按《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）有關(guān)條文辦理外，還應(yīng)特別注意以下事項：
a、施工之前，請施工單位務(wù)必通讀施工圖紙，完全了解設(shè)計意圖、明白各圖紙之間的關(guān)系，所有的疑問及注意事項必須在施工之前解決及明確，且需對全橋進行標高和跨長復測，只有確保正確后方可開工。
b、橋梁的上部結(jié)構(gòu)、下部結(jié)構(gòu)、支座、附屬設(shè)施、材料及施工注意事項等請參見相應(yīng)設(shè)計圖紙。施工前應(yīng)熟悉整套施工圖紙，對各部尺寸、設(shè)計標高、樁位、梁長等進行計算核對。如有疑問，請通知設(shè)計解答。橋梁各部構(gòu)造的施工應(yīng)嚴格遵守《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）加強質(zhì)量控制，將質(zhì)量控制貫穿于施工全過程，嚴格按部頒驗收標準驗收。
c、施工放樣應(yīng)滿足有關(guān)規(guī)程的要求，放樣過程中和放樣完畢后均必須對墩臺位置進行現(xiàn)場復核，復核無誤后方可開始施工。施工時請注意空心板的梁長及編號，吊裝時嚴格按照順序擺放。
d、支座應(yīng)按支座布置圖進行設(shè)置，標高按縱橫向坡度計算而得。
e、預制梁頂混凝土表面應(yīng)進行嚴格的拉毛處理，最好在澆注空心板后及時進行，澆注橋面現(xiàn)澆層前應(yīng)將梁頂浮漿、油污清除干凈，以保證新、老混凝土良好結(jié)合。
f、預制空心板和澆筑橋面現(xiàn)澆層時，注意預埋防撞護欄鋼筋、伸縮縫、泄水管等公用構(gòu)造部件，其構(gòu)造和數(shù)量詳見施工圖。
g、施工時盡量減少墩頂不對稱荷載。
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