毕业论文：主跨9×20米预应力混凝土简支桥面连续空心板桥设计

本科生毕业设计论文

题 目：主跨9*20米预应力混凝土简支桥面连续空心板桥设计（莆田市阔口大桥）
目录
中英文摘要 5
第一章 绪论 7
预应力混凝土简支桥面连续空心板桥概述 7
1.1受力特点 7
1.2体系优点 7
第二章 设计说明 8
2.1工程概述 8
2.2 技术标准 8
2.3 主要设计规范 8
2.4工程地质条件 9
2.5 工程地质评述 10
2.6 桥梁设计要点 10
2.6.1 材料要求 10
2.6.2设计要点 11
a 桥型 10
b 上部结构 10
c 下部结构 10
d 预应力体系 11
e 桥面铺装 11
f 支座和伸缩缝 12
2.7 桥梁结构分析计算（空心板具体计算参数选取详见施工图部分） 12
2.8 桥梁耐久性设计 12
2.9施工方法及注意事项 12
第三章 上部结构设计及计算 13
3.1 计算依据与基础资料 13
3.2 横断面布置 15
3.3 汽车荷载横向分布系数、冲击系数的计算 16
3.3.1 汽车荷载横向分布系数计算 16
3.3.2 汽车荷载冲击系数计算 17
3.4 作用效应组合 18
3.4.1 作用的标准值 18
3.4.2 作用效应组合 23
3.4.3 截面几何特性计算 28
3.5 持久状况承载能力极限状态计算 31
3.5.1 正截面抗弯承载能力 31
3.5.2 斜截面抗剪承载力验算 32
3.6 持久状况正常使用极限状态计算 35
3.6.1 预应力钢束应力损失计算 35
3.6.2 抗裂验算 42
a 正截面抗裂验算 42
b 斜截面抗裂验算 44
3.6.3 挠度验算 47
a 汽车荷载引起的跨中挠度 47
b 预制板是否设置预拱值的计算 48
3.7 持久状况和短暂状况构件应力计算 51
3.7.1 使用阶段正截面法向应力计算 51
a 受压区混凝土的最大压应力 51
b 受拉区预应力钢筋的最大拉应力 51
3.7.2 使用阶段混凝土主压应力、主拉应力计算 53
3.7.3 施工阶段应力验算 55
3.8 桥面板配筋计算 57
3.8.1 荷载标准值计算 57
a 计算跨径 57
b 跨中弯矩计算 57
c 支点剪力 58
3.8.2 极限状态承载力计算 59
a 荷载效应组合计算 59
b 正截面抗弯承载力 59
c 斜截面抗剪承载力 59
3.8.3 抗裂计算 60
3.9 铰接板的混凝土铰缝剪力验算 60
3.10伸缩缝计算 61
毕业论文致谢辞 62
主要参考文献 63

中英文摘要
主跨 9*20米预应力混凝土简支桥面连续空心板桥设计
（莆田市阔口大桥）
摘要
本设计是根据本专业毕业设计任务书的要求和《公路桥涵设计规范》的相关规定， 对莆田阔口大桥进行方案比选和结构设计。
通过认真分析拟建桥址的水文、地质调查勘测资料，河床断面图，本着“安全、 经济、美观、实用”的基本设计原则，通过对设计、施工等多方面的考虑，最终确定为预应力混凝土简支桥面连续空心板桥。
根据工程概况，莆田阔口大桥桥梁工程设计为桥梁全长 185.04m，桥面净宽为17m。桥梁上部结构为20m跨的简支桥面连续后张法预应力混凝土空心板，每孔13片空心板，梁高0.95m；下部结构桥墩为桩柱式墩，桥台为桩基接盖梁式桥台，桩基均为摩擦桩设计，每根桩设置三根声测管。桥台处支座采用四氟板式橡胶 支座，其余支座采用普
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略2358字，正式会员可完整阅读）……　
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 绪论
预应力混凝土简支桥面连续空心板桥概述
1.1受力特点
主要特点是构造简单，施工方便，而且建筑高度小，从力学性能分析上，位于受拉区域的混凝土材料不但不能发挥作用，反而增加了结构自重，当跨径稍大就显的笨重且不经济。预应力混凝土简支板桥可延缓混凝土构件的开裂，提高构件的抗烈度和刚度，同时可以节约钢筋，减少结构自重。它具有施工方法简便、设备材料投入少、工期短、资金投入较少等优点。同时与传统的预应力简支板桥相比，由于通过张拉现浇连续段支点负弯矩预应力钢束，使得结构体系由简支转为连续体系，大大减少了桥梁的跨中弯矩，还很大程度地改善了简支板桥每跨设伸缩缝、整体性能差等特点，具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好等优点，且其桥面伸缩缝少，行车舒适。工艺要求：所需设备较少，占用施工场地少，而且不需要安装大吨位的支座。使用效果：静定结构，受力计算方便。
1.2体系优点
近年来预应力混凝土简支桥面连续空心板桥体系受到了广泛的应用。预应力混凝土简支桥面连续空心板桥是近年来应用较多的一种桥梁结构形式，它综合了简支板桥的优点同时又大大提高了桥梁的整体性能，改善了桥梁结构的受力特性，提高了乘车舒适性。与简支板桥相比，连续板桥可减小跨内弯矩绝对值、降低主梁的高度，从而减少材料用量和结构自重，而结构自重的降低又进一步减小恒载的内力。预应力混凝土简支桥面连续空心板桥与一般的连续板桥相比施工方便，受力也比较明确。这种桥可就地现浇，适应各种形状的弯、坡、斜。同时桥梁也可预制装配，采用简易垫层支座，支座一端固定、一端活动。与同等跨度的钢筋混凝土板桥相比，预应力混凝土桥的主要不同在于：截面尺寸减小，高跨比减小。预应力混凝土板桥结构简单、受力明确、节省材料、架设方便、对地基的承载力要求也不高。
第二章 设计说明
2.1工程概述
莆田市莆笏公路阔口桥位于莆田市城厢区阔口村木兰溪干流处，为多孔跨径不通航大桥：总长度近90m。为解决交通拥挤，扩大车流量，决定在原大桥的两侧新建特大桥。
2.2 技术标准
设计荷载：公路—II级
桥面净空：净－14+人行道2*1.50米
设计洪水频率：100年一遇，桥下不通航。
2.3 主要设计规范
1、《公路工程技术标准》JTG B01-2003
2、《公路路线设计规范》JTG D20－2006
3、《公路路基设计规范》JTG D30-2004
4、《公路排水设计规范》JTJ018-97
5、《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004
6、《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005
7、《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007
8、《公路桥梁抗震设计细则》JTG/T B02-01-2008
9、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004
10、《公路沥青路面设计规范》JTG D50-2006
11、《公路沥青路面施工技术规范》JTG F40-2004
12、《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041-2000
13、《公路交通安全设施设计技术规范》JTG D81-2006
2.4工程地质条件
拟建场地地处河——海冲淤积平原区，第四纪堆积约25m厚，基底为中粒花岗岩，地基土类型多，变化大，土质不均，工程地质条件复杂。详细地质分布由上至下如下：
1、填土：灰色，灰黄色，稍松—稍密，稍湿—湿，成分以粘性土为主，含有中粗砂，瓦砾及碎石块等，土质不均。本层东西岸均有分布，曾厚1.4-2.0m，堆积时间大于15年之久。
2、粘土：灰黄色，褐黄色，湿—饱和，软可塑—可塑，成分以粘土为主，含氧铁结核，此层ZK2孔被填土替代缺失，ZK4孔为耕植粘土0.3m厚，层厚0.3-3.2m。
3、淤泥质土：灰色，青灰色，软流塑，饱和，由淤泥质粘土、淤泥质亚粘土组成。但是，ZK4孔一带中上部为淤泥，下部为淤泥质土，中混10-15%的粉细砂及少量有机质，含腐殖物，具腐臭味。该层东西岸均有分布，层厚4.1-6.0m。
4、含泥中细—中粗砂夹淤泥质土、砂质粘土层：
含泥中细—粗砂：灰色，灰黄色，稍密，饱和，北岸中粗砂为主，西岸中细砂为主含砾卵石（直径0.5-5cm），泥质含量约10-20%，该层于ZK3孔，10-11.7m相变为稍密状砂粒卵石；于ZK2、ZK3、ZK4孔一带中部夹软流塑淤泥质土厚约1-2m；于ZK4孔一带中下部夹2m厚之可塑状砂质粘土。全层总厚度5.35-6.40m，纯砂厚3.5-6.5m。
5、砂卵石：黄色，灰黄色，稍密，饱和，由卵石，沙砾组成，卵石直径2-6cm，个别大于10cm，呈亚圆状，成分为中风化凝灰熔岩，分选性较差，磨圆度中等，卵石含量30-60%，泥质含量约10-15%。砂泥充填，该层东西岸均有分布，层厚4.10-7.15m。
6、残积质粘性土：褐黄色，灰白色，黄白色，饱和，可塑—硬塑，母岩为中粒结构花岗岩，此层由粘性土，石英砂，云母片等组成，原岩结构大部已破坏，该层东西岸均有分布，层厚3.30-5.10m。
7、强风化花岗岩：褐黄色，黑夹白色，硬塑，由长石、石英、云母片及暗色矿物组成，中粒结构，呈砂砾状，矿物已显著变化，岩芯易碎成半土半岩，钻进时有“咔嚓”声，该层东西岸均有分布，层厚3.5-5.7m。
8、中风化花岗岩：灰白色，黑夹白色，坚硬，岩芯呈碎块状，裂隙发育，中粒结构，矿物成分基本未变，该层东西岸均有分布，层厚0.4-1.1m。
9、微风化花岗岩：墨黑夹白色，灰白色，坚硬，中粒结构，块状构造，裂隙中等发育，岩芯完整，呈短柱状，本层东西岸均有分布，该层钻孔最大控制厚度为6m。岸坡稳定性分析：
拟建场地东西两岸，经河流上、下游两条断面图实测结果，岸坡陡直，坡角85-90度。但是，东岸ZK2孔一带岸坡相对较缓，坡角约45度。根据东岸ZK1、西岸ZK4孔按条分法、圆弧法计算，ZK1孔按坡身园设定，其稳定安全系数Ks=0.635；ZK4孔按坡身园、坡角园设定，安全系数分别为0.463，0.909，均属不稳定岸坡。计算的安全系数系指自然岸坡状态，倘若顾及地震作用、动水力作用更加不稳定，故应采取护坡措施。
2.5 工程地质评述
桥基持力层及基础类型：
拟建场地地基土由人工填土（厚1.4-2.0m）、河漫滩相可塑状粘土层（厚0.3-3.2m）、海相高压缩性淤泥质土（厚4.1-6.0m）、含泥中细—中粗砂（厚5.35-6.4m）、河床相稍密状砾卵石（厚4.10-7.15m）、残积质粘性土（厚3.30-5.10m）、强风化花岗岩（厚3.5-5.7m）、中风化花岗岩（厚0.4-1.1m）、微风化花岗岩组成。
上部：填土呈稍松—稍密状，均匀性差；粘土层厚度变化大，中压塑性；淤泥质土流塑状，高压塑性，承载力低；含泥中细—中粗砂饱和可液化砂土均不具备天然持力层条件。中部：砾卵石层分布稳定，工程性能差，强透水性，无下伏软弱土层，低压塑性，承载力高；残积质粘性土工程性质较好，承载力较大。下部：强风化花岗岩，微风化花岗岩层厚大，其中微风化花岗岩饱和单轴极限抗压强度高，为115.49-136.40Mpa，是桥基良好的桩端持力层。
鉴于中风化花岗岩上覆地基土土质不均，桥梁竖直荷载大，加之风力、地震力水平荷载作用，桩基承受一定的上拔作用，为减少桩基沉降差异，确保桩基稳定性，建议桩基持力层选用微风化花岗岩。
2.6 桥梁设计要点
2.6.1 材料要求
（1）混凝土：
1）C50混凝土：预制空心板；
2）C50钢纤维混凝土：伸缩缝
3）C40防水混凝土：桥面现浇层
4）C30混凝土：墩柱、盖梁、耳背墙、挡块、搭板、系梁；
5）C25片石混凝土：墩台桩基。
（2）预应力钢束：采用抗拉强度标准值fpk =1860MPa，公称直径d=15.2mm的低松弛高强度钢绞线，其力学性能指标应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224 -2003）的规定。
（3）普通钢筋：R235热轧光圆钢筋，其材质应符合GB13013—1991的规定，HRB335热轧带肋钢筋，其材质应符合GB1499—1998的规定，焊接的钢筋均应满足可焊要求。
（4）钢板：采用《碳素结构钢》GB700－2006规定的Q235B钢板。
（5）桥面铺装：10cm厚C40防水混凝土现浇层，8cm厚沥青混凝土为。
2.6.2设计要点
a 桥型
桥跨径布置为9*20 m结构简支桥面连续空心板，全桥共分两联，前五后四，桥长185.04m。
b 上部结构
上部结构为20m跨的结构简支桥面连续后张法预应力混凝土空心板，每孔13片空心板，梁高0.95m。
c 下部结构
下部结构桥墩为桩柱式墩，桥台为桩基接盖梁式桥台。桩基均为摩擦桩设计；每根桩设置三根声测管。
d 预应力体系
采用抗拉强度标准值fpk =1860MPa，公称直径d=15.2mm的低松弛高强度钢绞线，其力学性能指标应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224 -2003）的规定。
e 桥面铺装
桥面铺装为10cm厚C40防水混凝土现浇层，加8cm厚沥青混凝土铺装。
f支座及伸缩缝
空心板采用GYZ d200*49mm板式橡胶支座和GYZF4 d200*51mm四氟滑板橡胶支座，其材料和力学性能均应符合现行国家和行业标准的规定。
伸缩缝采用D60、D80型伸缩缝。
2.7 桥梁结构分析计算（空心板具体计算参数选取详见施工图部分）
预应力混凝土空心板分析计算
A、主梁横断面由预应力混凝土空心板、桥面铺装及防撞护栏组成，横向分布系数按铰接板法进行计算。
B、采用简支体系进行计算。梁体按照简支梁采用Midas分阶段进行计算，考虑了预应力、混凝土收缩徐变、活载等工作荷载。
C、结构体系按照部分预应力混凝土构件设计。
D、桥面横坡通过空心板底面楔形块形成。
2.8 桥梁耐久性设计
桥墩墩柱采用C30混凝土，桩基采用C25混凝土。根据桥址区地震动峰值加速度值采取了相应的抗震措施：在桥墩及桥台帽梁上设置防震挡块，桥墩柱顶、柱底和桩顶箍筋均设置了加密段，闭合箍筋直径为10mm。
2.9施工方法及注意事项
有关桥梁的施工工艺及质量检验标准，除按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）有关条文办理外，还应特别注意以下事项：
a、施工之前，请施工单位务必通读施工图纸，完全了解设计意图、明白各图纸之间的关系，所有的疑问及注意事项必须在施工之前解决及明确，且需对全桥进行标高和跨长复测，只有确保正确后方可开工。
b、桥梁的上部结构、下部结构、支座、附属设施、材料及施工注意事项等请参见相应设计图纸。施工前应熟悉整套施工图纸，对各部尺寸、设计标高、桩位、梁长等进行计算核对。如有疑问，请通知设计解答。桥梁各部构造的施工应严格遵守《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）加强质量控制，将质量控制贯穿于施工全过程，严格按部颁验收标准验收。
c、施工放样应满足有关规程的要求，放样过程中和放样完毕后均必须对墩台位置进行现场复核，复核无误后方可开始施工。施工时请注意空心板的梁长及编号，吊装时严格按照顺序摆放。
d、支座应按支座布置图进行设置，标高按纵横向坡度计算而得。
e、预制梁顶混凝土表面应进行严格的拉毛处理，最好在浇注空心板后及时进行，浇注桥面现浇层前应将梁顶浮浆、油污清除干净，以保证新、老混凝土良好结合。
f、预制空心板和浇筑桥面现浇层时，注意预埋防撞护栏钢筋、伸缩缝、泄水管等公用构造部件，其构造和数量详见施工图。
g、施工时尽量减少墩顶不对称荷载。
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