预应力混凝土空心板桥..docx

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1、目录-kjf-Q刖S1摘要2一、水文计算41.1桥位计算41.1.1设计流量41.1.2设计水位61.3桥孔净长61.2桥面标高81.3桥下河床冲刷83.1一般冲刷81.3.2局部冲刷（按“65-1”修正式计算）101. 3.3墩台基础最大冲刷112. 3.4桥墩基底最小埋置深度的确定12二、设计资料133. 1设计荷载132.2桥面跨径及桥宽132.3主要材料132.3.1混凝土132.3.2钢筋132.3.3板式橡胶支座132.3.4施工工艺132.3.5计算方法及理论132.3.6设计依据13三、预应力简支空心板桥结构计算143.1构造形式以及尺寸选定143.2空心板毛截面几何特性计算1

2、53.2.1中板153.2.2边板163.3作用效应计算173.3.1永久作用效应计算173.3.2可变作用效应计算193.3.3荷载横向分布系数汇总243.3.4活载内力计算253.3.5计算作用效应组合303.3.6主梁内力组合323.4预应力刚筋面积的估算及预应及钢筋布置323.4.1估算预应力钢筋面积323.4.2钢束布置333.5换算截面和净截面几何特性计算363.5.1换算截面面积,L373.5.2换算截面重心位置373.5.3换算截面惯性矩L383.5.4换算截面弹性抵抗矩393.5.5净截面的几何特性计算393.6承载能力极限状态计算403.6.1跨中截面正截面抗弯承载力计算4

3、03.6.2斜截面抗剪承载力计算413.6.3预应力损失估算443.6.4预应力损失组合493.7正常使用极限状态计算50503.7.1正截面抗裂性验算523.7.2斜截面抗裂性验算3.8变形计算553.8.1正常使用阶段的挠度计算553.8.2预应力引起的上拱度计算563.8.3预拱度的设置563.9持久状态应力计算573.9.1跨中截面混凝土法向压应力8c验算573.9.2跨中截面预应力钢绞线拉应力与验算573.9.3斜截面主应力验算573.10短暂状态应力验算603.10.1跨中截面603.10.24截面613.10.3支点截面613.11最小配筋率复核633.12钱缝计算643.12.

4、1较缝剪力计算653.12.2被缝抗剪强度计算673.13支座计算673. 13.1确定支座平面尺寸674. 13.2确定支座的厚度685. 13.3验算支座的偏转情况693. 13.4验算支座的抗滑稳定性69四、下部结构计算704. 1盖梁计算704. 1.1上部结构永久荷载见表4-1704. 1.2盖梁自重及内力计算（图4-1）见表4-2704. 3.可变荷载计算725. 1.4上部荷载与活载反力汇总结果（表5-6）796. L5墩柱反力GI计算807. 1.6盖梁的配筋设计844.2墩柱设计864. 2.1恒载计算865. 2.2截面配筋计算及应力验算884.3桩基设计924.3.1桩长

5、的确定924.3.2桩的内力计算934.3.3墩顶纵向水平位移的验算964.3.4桩基配筋设计974.4埋置式桥台设计984.4.1桥台和基础构造尺寸拟定984.4.2荷载的计算984.3.3支座活载反力计算1024.3.4支座摩阻力1044.5荷载组合汇总1044.6地基承载力验算1064.6.1台前、台后填土对基底产生的附加应力计算1064.6.2基底压力计算1074.6.3地基承载力验算1084.7基底的偏心距验算1084. 8基础稳定性验算1081. 8.1倾覆稳定性验算1084. 8.2滑动稳定性验算109致谢HO参考文献Hl刖百毕业设计是培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基

6、本技能，分析和解决实际问题的能力。它具有很强实践性和综合性,是培养学生独立工作的一种良好途径和方法。在设计过程中，我重温和巩固了以前所学的基础理论和专业技术知识，弥补了自身在这些方面的欠缺，同时更深刻地体会到了作为一名路桥工作者无论是在设计还是在施工过程中，都必须以科学严谨的态度将理论与实践切实联系起来。在设计中，我翻阅了大量的参考资料，努力使所学的知识不断地系统化，不断地融会贯通。本设计是河北省石家庄市平山治河桥上修建一座板桥,要求完成必要的毕业论文及桥梁总体布置图、主梁一般构造图、桥台构造图等图纸。拟建大桥距平山水文站基线下游约80mo其中河东岸引桥高架跨越沿江南路、建设路后与建宁大道平交

7、，河西岸引桥高架跨越滨江南路后与长江南路平交，另外河西岸设有半互通式立交将大桥与滨江南路相互联接。本次预应力的空心板桥的设计中，桥梁平面位于直线上，桥梁起点桩号K0+411.29,桥梁终点桩号K0+654.29。桥中线与河槽方向正交，桥梁设计等级为公路-1级。在设计中用到了材料力学、混凝土结构设计原理、结构力学、桥梁工程等学科的诸多知识。同时还从图书馆借阅了大量教学参考书，力求在设计过程中尽量做到规范、合理、清楚。此次设计使我所学的基础理论和专业技术知识更加系统、巩固、延伸和拓展，在设计计算的过程中，对力学计算和分析有了更进一步的掌握，对AUtoCAD.OffiCe等软件有了更熟练的掌握，从而

8、使我的在土木工程方面的综合水平有了较大的提高，对我以后从事桥梁方面的工作具有很好的指导意义。论文共分四章进行阐述，并配有多幅插图，力求更具说服力。限于本人水平和资料不足，设计中肯定存在诸多不足，敬请老师和同学多多批评指正！在设计过程中，得到了杨俊老师及路桥教研室其他老师的悉心指导，谨此表示感谢!摘要本次设计的题目是平山治河预应力空心板桥的设计。本设计采用预应力混凝土空心板桥，跨径布置为（12X20）m,主梁为变截面空心板。跨中板高为0.85m,支点梁高为0.85m。桥墩为梁柱式桥墩，桥台采用埋置式桥台。本文主要阐述了该桥的设计和计算过程。首先进行水文计算，对主桥进行总体结构设计，然后对上部结构

9、进行内力、配筋计算，再进行强度、应力及变形验算，最后进行下部结构验算。具体包括以下几个部分：1 .水文计算；2 .桥型布置，结构各部分尺寸拟定；3 .选取计算结构简图；4 .恒载内力计算；5 .活载内力计算；6 .荷载组合；7 .配筋计算；8 .预应力损失计算；9 .截面强度验算；10 .截面应力及变形验算；11 .下部结构验算。关键词：预应力混凝土空心板桥桩柱式桥墩埋置式桥台ABSTRACTThisdesignisentitledPingShanzhiriverprestressedconcretedslabbridgedesign.Thedesignusesaprestressedconc

10、reteslabbridge,spanarrangement(1220)m,themainbeamofvariablecross-sectionhoilow.Theheightoftheslabonthesupportis0.85m,andtheheightofthemiddleis0.85mtoo.Thepierispost-beampier.Theabutmentisembeddedabutment.Thisessayfocusesonthedesignandcalculationprocessofthebridge.Firstly,hydrologicalcalculations,the

11、overallstructureofthemainbridgedesign.Secondlyperformthecalculationoftheinternalforceandreinforcingbaronthesuperstructure.Thirdly,checktheintensity,stressanddeflection.Finally,checkthesubstructure.Themainpointsofthedesignareasthefollows.1 .Hydrologicalcalculations;2 .Thearrangementofthebridgetypes;3

12、 .TheunitspartitionoftheStructute;4 .Thecalculationoftheinternalforceofdeadload;5 .Thecalculationoftheinternalforceofmovableload;6 .Thecombinationofeverykindofload;7 .Thearrangementofprestressedreinforcingbar;8 .Thecalculationoftheprestressedloss;9 .Thecheckofthesectionintensity;10 .Thecheckofthesec

13、tionstressanddeflection;11 .Thecheckthesubstructure.Keywords:PrestressedconcteteHollowSlabPost-beampierEmbeddedabutment.一、水文计算1.1 桥位计算1.1.1 设计流平山水文站水文基线位于拟建桥梁上游80m处，该站可提供1962年至1990年的逐年最大流量0与相应水位%的连续观测资料。过水面积A和水面宽度B可根据河流横断面图列表计算。S3 8% 。一鸟 宅身sr3 WS Swa 00药 Ss河床高程（助迎版- HnSiT. ITM 7单 MUB8? IT8?1118HlT 叩

14、XW I8T打8+ 叫8w+ 8.单178H?8.sklz?图1-1河流横断面图连续观测资料年限，1990-1962+1=29（年），现将0系列资料按递降排列。表IT0系列资料按递降排列表序号0（/s）KQiKi=QK；备注序号K1=QK；备注189006.45741.69163480.2520.06287506.34840.3173460.2510.06382505.98635.83183250.2360.056420901.5162.3192860.2080.043511400.8270.68202840.2060.042611000.7980.64212630.1910.03679860

15、.7150.51222550.1850.03489300.6750.46232480.180.03298310.6030.36242230.1620.026107620.5530.31252100.1520.023116950.5040.25262100.1520.023126270.4550.21271940.1410.02135670.4110.17281510.110.012145460.3960.1629400.0290.001154140.30.0939971124.I2S均值：Q=浊二至也=1378.31（机3/S）n29变差系数:/124.428-29 V -29-1=1.846

16、由地区水文关系，偏差系数CS=2.5,Cv=2.51.846=4.615设计频率P=l%渣表竹=3.51则设计流量Qp=(l+Cvp)=l378.31(1+1.8463.51)=10309(zn3/s)1.1.2 设计水位% =129.81 侬图1-2 水文站Q = /()关系曲线利用连续观测资料绘制水文站Q=f（三）关系曲线，如图，根据。?可查出相应的桥位河段比降i=0.0038桥位中线断面设计水位：Hp=Hps-z=129.81-800.0038=129.5)有关参数详见下表。表L2水文计算表桩号距离D/m水位/m地面高程/m水深h/mhhnp=D2+Ah2Im=y(1+h2)m2始+41

17、4.370129.5129.50000+4227.63129.5124.05.55.59.7120.98+44220129.5124.15.40.120.00109.00+45715129.5123.46.10.715.0286.25+47619129.5123.56.00.119.00105.45+50024129.5122.76.80.824.01153.60+52020129.5122.07.50.720.01143.00+54222129.5122.37.20.322.00161.70+55917129.5122.86.70.517.01118.15+56910129.5123.16.

18、40.310.0065.50+58213129.5123.46.10.313.0081.25+59210129.5123.06.50.410.0163.00+60412129.5124.55.01.512.0969.00+61511129.5124.84.70.311.0053.35+63217129.5124.05.50.817.0286.70+6342129.5124.55.70.52.0610.50+65117129.5124.05.50.517.0189.75+654.02终3.02129.5129.505.56.288.305239.65129.5245.241425.485水力半径

19、3 1425.485 p 245.24=5.81(m)平均水深= 5.94(m)71425.485Bc239.65糙率系数选取加=36,则v=mR23iy2=365.812z30.0038,z2=7.17(zn5)断面流量Q=UG=7.17X1425.485=10224(m3/s)与设计流量0,非常接近，其误差为：一1。3。9-1。224=082%10309可见误差很小。桥孔净长：Lj =1nnnB=0.95()087239.65=227.67c10309故桥梁布孔方案按24Om左右为宜。布孔方案为：12x2Om12桥面标高从桥轴中线位置计算。该桥桥面净空:净7.0+2X0.75m。根据现场调

20、查壅水值0.4m,浪高取0.6m,共为1.0m,主梁高1.5m,桥面铺装为IOCm厚防水混凝土(C30)上铺5cm厚沥青混凝土，桥面设双向横坡则桥轴中线处桥面设计标高为：%=%+(&.+%)+%+%=129.5+1.00+0.5+(1.50.030.06+4.5X0.015)=132.6452132.64(m)1.3桥下河床冲刷3.1一般冲刷(1)用“64-2”计算，取墩柱直径Lonk故0b1.0Z=U.U5/20V730W=I-0.375上=1一0.375X=0.8561.20-1造床河流水位取与0相应水位，由Q=f（三）曲线查的相应水位为124.6m。过水面积计算表桩号距离D/m水位/m地

21、面高程水深h/m=-(h+l2)/m2K+420.930124.6124.600+4221.07124.00.60.321+44220124.10.511.00+45715123.41.212.73+47619123.51.121.85+50024122.71.936.00+52020122.02.645.00+54222122.32.353.90+55917122.81.834.85+56910123.11.516.50+58213123.41.217.55+59210123.01.64.00+60412124.50.110.20+607.673.67124.600.18186.74274.

22、11平均水深:co274.11H=1.468B186.74A =”=需)J398h =1.04(A090旦066PQ1 U(I-A)B2 c max1 n/1 ,1 OCQ 10309 09 r = 1.04 (1.398 X) 10309239.650.865 (1-0.05) 2400667.5= 11.99(M(2)用“64-1”式计算桥台台前锥坡阻水平均宽，两台共暂取4m,则实际桥孔净长:Lj = L-nh-YB2= 240-121.0-4.0=224(m)利用河床土质筛分资料计算其平均粒径：j = Ift=-L(10024.26+9018.06+8012.066017.16+1001

23、0040x7.86+20x2.46+10x4.96+5x1.26+0.5x7.16+0.1x4,76)=64.6965(M含沙P=13版/加量取1：0.86,则桥位中线断面设计水位为:Q hmc5/33/5%)=uBcL39857.5节0.856 224 5.94 JEdve2 0.86x65%=12.16(m)采用“64-2”式计算的结果，取4=11.99m01.3.2 局部冲刷(按“65-1”修正式计算)墩前冲刷后流速一1/612v=Edhf=0.8665611.993=9.03(m/S)泥沙启动流速(hV14I-10+y=0.024号X332.VdJVd0.0246 X11.99 V14

24、65 ) J33265 +10 + 11.9965072=2.85(ms)起冲流速V*=0.462匕,=0.462X尸x2.85=1.69(ms)k-)VK =0.80.450.15d aVfI 9 0.25 d= 0.82.8565* 65015 )0.2565,99.03；按动床冲刷情况计算桥位中线断面设计水位（按65-2式）hb = KKB= 0.55=0.529x（吃一 土）= 1O.551o6o9.03-1.69?5292.85-1.69 ?(2.85-1.69)=1.69(m/s)1.3.3 地台基础最大冲刷桥墩处的最低冲刷线高程Hmin=Hs-hp-hb=129.5-(11.99

25、+1.69)=115.82(m)桥墩处最大冲刷深度z=11.99-7.5+1.69=6.18(m)桥台处不计局部冲刷，最大冲刷深参考其他设计资料取用3.69m。1.3.4 桥墩基底最小埋置深度的确定查表可得，桥墩基底最小埋置深度为基底埋深安全值加上总冲刷深度之和，即:2.5+6.18=8.68m二、设计资料1 .1设计荷载本桥设计荷载等级确定为汽车荷载（公路-1级），人群荷载为3.0&N/m2。2 .2桥面跨径及桥宽标准跨径：lk=24m计算跨径：l=9.5m桥面净空：净一7.0+2X0.75米主梁全长：19.96m2.3主要材料2.3.1混凝土采用C50混凝土浇筑预制主梁，栏杆和人行道板采用

26、C30混凝土，C30防水混凝土和沥青混凝土磨耗层；绞缝采用C40混凝土浇筑，封锚混凝土也使用C40,桥面连续采用C30混凝土。2.3.2钢筋主要采用HRB335钢筋。预应力筋为1X7股钢绞线，直径15.2mm,截面面积139W,抗拉标准强度（=1860M弹性模量EP=I95x105M采用后张法施工工艺，预应力钢绞线沿板跨长直线布置。2.3.3板式橡胶支座采用三元乙丙橡胶，耐寒型，尺寸根据计算确定。2.3.4施工工艺后张法施工。2.3.5计算方法及理论极限状态设计2.3.6设计依据通用规范公预规三、预应力简支空心板桥结构计算3.1构造形式以及尺寸选定桥面净空：净一7+2X0.75m。全桥宽采用8

27、块C50预置预应力混凝土空心板（2块边板，6块中板）每块中板宽1m,板厚85Cmo采用后张法施工工艺，预应力钢筋采用1X7股钢绞线，直径15.2mm,截面面积139L抗拉强度标准值术=186（）”抗拉设计值4f=1260M,弹性模量=1.95x105c50混凝土空心板的抗拉强度标准值几=32.4优，抗拉强度设计值几=22.4M。抗拉强度标准值/=2.65M3抗拉强度设计值=1.83M7全桥空心板横断面布置如图3-1所示，每块空心板截面及构造尺寸图。空心板截面构造尺寸图（单位:Cm）图3-23.2空心板毛截面几何特性计算图3-3预制中板、边板断面分块示意图(单位：cm)先按长和宽分别为板轮廓的长

28、和宽的矩形计算，然后与图中所示的挖空面积叠加，叠加时挖空部分按负面积计算，最后再用迈达斯CiVil进行校核。预制中板挖空部分以后得到的截面，其几何特性用下列公式计算。毛截面面积Ae=Ai-Aki对截面上缘面积矩Sc=Z(Ay)-Z(AtMi)毛截面重心至截面上缘距离匕=*毛截面对自身重心轴的惯性矩IC=ZILElId3.2.1中板3.2.1.1毛截面面积Ak=10385-302-2(i55+570+655+105)=8755-2828-1100=4827(cm2)3.2.1.2毛截面重心至截面上缘距离=2=IMvA4_103x85x42.5-万NO?40-(5x5xl.67+2x5x70x35

29、+65x5x46.67+10x5x71.76)4827372087.5-113097.3-43297.54827=44.68(c?)3.2.1.3毛截面对重心轴的惯性矩=+i,=4272844.9-169837.1=4103007.84.103106(cm4)表3.1预制中板的毛截面几何特性分块号各分块面积AZan2重心距上缘YiIcrn面积矩SiIcm1对重心惯性矩IiZcm4重心到截面重心fcmI：=AiDcm41-251.67-41.75-34.743.01-46246.5-46281.22-70035.00-24500-285833.39.68-65591.7-3514253-3254

30、6.67-16334.5-76284.7-1.99-1287.0-77571.74-5071.67-3583.5-69.4-26.99-36423.0-36353.65-282640.00-113040-636172.54.68-61896.2-698068.76875542.50372087.55271239.92.1841607.35312846.3全截面合计482744.68214587.84272844.9-169837.14103007.83.2.2边板3.2.2.1毛截面面积Ak=99.585+1025+5252-302-(55+570+655+105)=8457.5+250+62

31、.5-2826-550=5394(cm2)3.2.2.2毛截面重心至截面上缘距离=Z=2八A.A99.58542.562.511.67+2505-302405394(551.67257O35655246.67+5571.76)5394359443.75729.375+1250-113097.3-21648.755394=42.02(cn)3.2.2.3毛截面对重心轴的惯性矩=zi1=4277006.2223735.2=457384.5106(cm4)表3-2预制边板的毛截面几何特性分块号各分块面积AiIan1重心距上缘Yifem面积矩SlIcnr对重心惯性矩5重心到截面重DJ(WIil=AiX

32、Di2Zcm4/=/;+/,1-12.51.67-20.87-17.440.35-20351.5-20372.42-35035.00-12250-142916.77.02-17248.2-160164.83-162.546.67-7583.88-38142.4-4.65-3513.7-41656.14-2571.67-1791.75-34.7-29.65-21978.1-22012.85-282640.00-113040-636172.52.02-115312.2-751484.76250512502083.337.02342620.1344703.4762.511.67729.37586.8

33、30.3557570.25765788457.542.5359443.755092119.8-0.481948.65094068.4全截面合计539442.02226736.6254277006.2223735.246007383.3作用效应计算3.3.1永久作用效应计算3.3.1.1 空心板自重幺（一期恒裁）中板：g1=47=482710425=12.07(KN/6)边板：g=4/=5394l()Y25=13.49(KNM3.3.1.2 板间接头g2(二期恒载)中板：2=(1O485-3O2-4827)10424=2.845kN/根边板：2=(10085+1025+5252-302-5394

34、)10-424=1.42w3.3.1.3 桥面系自重(三期恒载)(1)单侧人行道8cm方砖：0.08x0.6x23=1.104AN/加5cm沙垫层：O.O5xO.6x2O=O.6k7Vm路缘石：0.150.3524=1.26kw17Cm二灰土：0.17x0.6x19=1.93VV/mIOCm现浇混凝土：0.10.624+0.050.1524=1.62kTVw人行道总重：1.104+0.6+1.26+1.938+1.62=6.522k2Vm取65kN/m0(2)行车道部分：桥面铺装采用等厚度IOCm厚C40防水混凝土，和5cm厚沥青混凝土，则全桥宽铺每延米总重为：0.1x7x24+0.05x7x

35、23=24.85*N/m)则中板：g3=24.856=44kNm(3)单侧栏杆：参照其他桥梁，取单侧1.5攵N/团则边板：g3=6.5+1.5=SkN/m3.3.1.4恒载内力计算(1)主梁恒载总和表3-3主梁恒载综合表x板荷载.第一期荷载g第二期荷载g2第三期荷载g3总计g（kN机）中板12.072.8454.1419.055边板13.491.42822.91（2）计算公式：设X为计算截面离左支座的距离，并令=,则:主梁弯矩和剪力的计算公式分别为:Mg=；a(l-a)Z?gQg=J(l-2)Lg简支梁恒载内力计算结果见下表。表34恒载内力汇总表项目内力Mg=gO.M(kN-m)=gdQ*Ny

36、L/2L/4L/8L/4L/8支点w=ay-a)C/247.5335.6520.80CQ=(I-2)L24.887.319.75一期恒载g(kN/?)中板5744302515988118边板6414812816699132二期恒载gldV/加)中板13510259142128边板68513071014三期恒载g3(kVm)中板19714886203040边板380285166395878g=g+g*+g式kNW)中板90668039693139186边板10898174771121672243.3.2可变作用效应计算汽车荷载采用公路1级荷载，它由车道荷载级车辆荷载组成。通用规范规定桥梁结构整体

37、计算采用车道荷载。3.3.2.1荷裁横向分布系数计算(1)支座处的荷载横向分布系数m0计算按杠杆原理法计算。首先，绘制横向影响线图，在横向线上按最不利荷载布置,如图4-6所示180180车辆荷载R5车辆荷羲2号图3-4利用刚刚原理法计算荷载横向分布系数1号板：m0o=-0.414=0.207Uq2m0z.=1.332号板：mq=gxl0=05mOr=03号板：m,j=1.0=0.524号板:mOr=0mo7=1=5mOr=03.3.2.2跨中的荷裁横向分布系数叫计算预制板间采用企口缝连接，所以跨中的荷载横向分布系数按较接板法计算。空心板的刚度参数片需有=5加2240/r ILt L式中：=4.

38、1xK)6c加t=19.5xl00cm;/T为空心板截面的抗扭刚度,可简化成下图所示的单箱截面，按单箱近似计算分。4b2h21.M3)+T图3-5简化单箱截面图其中 b=103-21.5=81.5cmtl =IOcmt2=15cmt3=21. 5cm,CC (10+15) _ _ h= 90 - = 77.5cm2IT -80 X481.52x77.5( + )2x77.5+21.5= 7.77 106cw代入刚度参数计算公式得刚度参数=5.8I/久2UC(一)=5.8II4.1106(103Y7.77106L195J=0.00863.3.2.3计算跨中荷载横向分布系数从桥梁设计手册（上册）中

39、的较接板荷载很想分布影响线用表（附表）中查表，在y=OOO与y=0.01内插求得7=00086对应的影响线竖标值琳、%、%、%,计算结果列于下表。表3-5较接板荷教横向分布影响线用表板号y单位荷载作用位置（i号板中心）ZVR1234567810.0012512512512512512512512510000.011911681421221070960890850.008618216214012211010009409020.0012512512512512512512512510020.01168165148127Ill1000920890.008616216014512711310409709430.0012512512512512512512512510020.011421481501371201081000960.008614014514713512111010410040