摘    要

　　湯旺河橋的中心樁號K256+432.50,橋梁全長(cháng)131.56m,橋面凈空:2×凈-12.0m,設計公路等級為一級公路,汽車(chē)荷載等級公路-Ⅰ級,設計車(chē)道數為四車(chē)道.橋梁上部結構采用5×25m預應力混凝土簡(jiǎn)支轉連續箱梁;下部結構采用雙柱式橋墩與肋板式橋臺,鉆孔灌注樁基礎.

　　本橋設計包括四部分:第一部分水文計算,包括最小橋孔凈長(cháng)度,橋面中心線(xiàn)最低高程計算及確定,沖刷計算;第二部分上部結構設計,包括平、縱、橫設計,主梁配筋設計;第三部分下部結構設計,包括墩臺及基礎尺寸的擬定,樁長(cháng)的計算;第四部分施工方案設計.其中,設計重點(diǎn)是上部結構設計.

　　通過(guò)以上設計和驗算,表明本設計方案是合理可行的.

　　關(guān)鍵詞:上部結構;簡(jiǎn)支轉連續箱梁;預應力混凝土;雙柱式橋墩;肋板式橋臺;鉆孔灌注樁基礎

　　ABSTRACT

　　Tangwanghe bridge, centeral milestone is K256+432.50, the overall length of bridge is 131.56m, the cleance of bridge is 2×12.0m, road quality is class-Ⅰ, design load is truck-Ⅰ. Superstructure of the bridge uses 5×25m prestressed concrete simple supported-continuous prestressed box beam, and substructture adopts double pier shaft with ribbed slab abutment, and bored pile foundation..

　　There are four compenents though out the design. The first part is hydrological computations, including minimum and net length of bridge span determination and minimum elevation of conterral bridge deck computation and determination and minimum and scour computation; The second part is superstructure design, including  plan ,lateral and lengitudinal of bridge design, prestressed strands design of girder; The third part is substructure design, including pier and abutment ,checking computation and the calculation of pile strength ;The forth part is constructtion plan design . Above all, the major one is superstructure design.

　　By design and checking computations, the design plan is reasonable.

　　Keywords: Superstructure  Simple supported-contious prestressed box beam  Prestressed concrete  Double pier shalt  Ribbed slab abutmen Bored pile foundation

　　目   錄

　　摘要……………………………………………………………………………………………………I

　　Abstract……………………………………………………………………………………………II

　　第1章 緒論…………………………………………………………………………………………1

　　1.1 選題的目的及意義……………………………………………………………………………1

　　1.2 國內外研究狀況………………………………………………………………………………2

　　1.3 工程概況………………………………………………………………………………………2

　　1.3.1 水文、地質(zhì)條件……………………………………………………………………………2

　　1.3.2 施工條件……………………………………………………………………………………2

　　1.4 技術(shù)標準……………………………………………………………………………………3

　　1.5 主要材料規格…………………………………………………………………………………3

　　1.6 結構形式………………………………………………………………………………………3

　　1.7 設計要點(diǎn)………………………………………………………………………………………3

　　1.8 施工要點(diǎn)………………………………………………………………………………………4

　　第2章 水文計算……………………………………………………………………………………5

　　2.1 水面寬度及過(guò)水面積計算……………………………………………………………………5

　　2.1.1 地質(zhì)剖面圖…………………………………………………………………………………5

　　2.1.2 過(guò)水斷面計算………………………………………………………………………………5

　　2.2 設計流量及流速的計算………………………………………………………………………6

　　2.3 橋長(cháng)的計算……………………………………………………………………………………7

　　2.4 橋面中心最低設計高程的計算……………………………………………………………8

　　2.5 一般沖刷線(xiàn)計算………………………………………………………………………………9

　　2.6 局部沖刷……………………………………………………………………………………13

　　2.6.1 65-2式公式………………………………………………………………………………13

　　2.6.2 65-1修正式公式……………………………………………………………………………15

　　2.7 最大沖刷線(xiàn)高程……………………………………………………………………………17

　　2.8 本章小結………………………………………………………………………………………17

　　第3章 上部結構設計………………………………………………………………………………18

　　3.1 設計資料及材料………………………………………………………………………………18

　　3.1.1 主要技術(shù)標準………………………………………………………………………………18

　　3.1.2 主要材料……………………………………………………………………………………18

　　3.1.3 橋面鋪裝……………………………………………………………………………………19

　　3.1.4 施工方式……………………………………………………………………………………19

　　3.2 橋型布置及孔徑劃分…………………………………………………………………………19

　　3.3 主梁橫截面設置………………………………………………………………………………19

　　3.3.1 主梁間距與主梁片數………………………………………………………………………19

　　3.3.2 主梁截面細部尺寸…………………………………………………………………………19

　　3.3.3 主梁主要截面尺寸擬定……………………………………………………………………19

　　3.3.4橫截面沿跨長(cháng)的變化…………………………………………………………………………20

　　3.4 荷載信息………………………………………………………………………………………21

　　3.4.1 單元劃分……………………………………………………………………………………21

　　3.4.2 恒載內力計算………………………………………………………………………………22

　　3.4.3 活載內力計算………………………………………………………………………………22

　　3.4.4 溫度變化的影響……………………………………………………………………………22

　　3.4.5 收縮徐變的影響……………………………………………………………………………22

　　3.5 簡(jiǎn)支轉連續施工過(guò)程…………………………………………………………………………23

　　3.6 結構內力計算…………………………………………………………………………………23

　　3.6.1 恒載內力計算……………………………………………………………………………23

　　3.6.2 活載內力計算………………………………………………………………………………24

　　3.7 次內力計算……………………………………………………………………………………34

　　3.7.1 溫度變化產(chǎn)生的次內力計算………………………………………………………………34

　　3.7.2 基礎不均勻沉降次內力計算……………………………………………………………37

　　3.8 內力組合……………………………………………………………………………………37

　　3.8.1 承載能力極限狀態(tài)下的效應組合………………………………………………………38

　　3.8.2 正常使用極限狀態(tài)下的效應組合………………………………………………………42

　　3.9 預應力鋼筋計算及布置……………………………………………………………………50

　　3.9.1 配筋計算…………………………………………………………………………………50

　　3.9.2 預應力鋼束的布置………………………………………………………………………52

　　3.9.3 預應力損失計算…………………………………………………………………………54

　　3.10 配束后主梁內力…………………………………………………………………………60

　　3.10.1 施工階段主梁內力計算…………………………………………………………………60

　　3.10.2 收縮次內力……………………………………………………………………………61

　　3.10.3 徐變次內力………………………………………………………………………………63

　　3.11 主梁截面強度驗算…………………………………………………………………………64

　　3.12 應力驗算……………………………………………………………………………………65

　　3.12.1 正常使用階段驗算混凝土法向應力及主應力驗算…………………………………65

　　3.12.2 正常使用階段鋼束應力驗算…………………………………………………………70

　　3.12.3 受彎構件的變形驗算…………………………………………………………………75

　　3.13 本章小結…………………………………………………………………………………75

　　第4章 下部結構設計…………………………………………………………………………76

　　4.1 設計資料…………………………………………………………………………………76

　　4.1.1 擬定橋墩及基礎尺寸………………………………………………………………76

　　4.1.2 承臺底面形心荷載計算……………………………………………………………76

　　4.2 樁頂荷載計算…………………………………………………………………………78

　　4.2.1 樁的計算寬度的確定…………………………………………………………………78

　　4.2.2 樁的變形系數的確定………………………………………………………………78

　　4.2.3 樁頂剛度系數的計算…………………………………………………………………79

　　4.2.4 承臺底面形心位移的計算………………………………………………………80

　　4.2.5 樁頂荷載的計算………………………………………………………………81

　　4.3 樁長(cháng)計算………………………………………………………………………………81

　　4.4 橋臺…………………………………………………………………………………82

　　4.5 本章小結……………………………………………………………………………84

　　第5章 施工方案設計……………………………………………………………………85

　　5.1 樁基礎施工工藝……………………………………………………………………85

　　5.1.1 施工方法…………………………………………………………………………85

　　5.1.2 施工要點(diǎn)………………………………………………………………………85

　　5.1.3 截樁頭及無(wú)損檢測……………………………………………………………87

　　5.2 承臺、系梁施工方法……………………………………………………………87

　　5.3 墩臺身施工………………………………………………………………………88

　　5.3.1 墩臺施工…………………………………………………………………88

　　5.4 梁的預制、運輸與安裝…………………………………………………………88

　　5.4.1 梁的預制……………………………………………………………………88

　　5.5 體系轉換…………………………………………………………………………89

　　5.6 橋面鋪裝…………………………………………………………………89

　　5.7 本章小結……………………………………………………………………………90

　　結論……………………………………………………………………………………91

　　參考文獻………………………………………………………………………………92

　　致謝…………………………………………………………………………………93

　　第1章 緒  論

　　1.1 選題的目的及意義

　　畢業(yè)設計是土木工程專(zhuān)業(yè)本科培養計劃中最后的一個(gè)主要教學(xué)環(huán)節,也是最重要的綜合性實(shí)踐教學(xué)環(huán)節,目的是通過(guò)畢業(yè)設計這一時(shí)間較長(cháng)的教學(xué)環(huán)節,培養土木工程專(zhuān)業(yè)本科畢業(yè)生綜合應用所學(xué)基礎課、技術(shù)基礎課及專(zhuān)業(yè)課知識和相關(guān)技能,解決具體問(wèn)題的土木工程設計問(wèn)題所需的綜合能力和創(chuàng )新能力.和其他教學(xué)環(huán)節不同,畢業(yè)設計要求學(xué)生在指導老師的指導下,獨立系統的完成一項工程設計,解決與之有關(guān)的所有問(wèn)題,熟悉相關(guān)設計規范、手冊、標準圖以及工程實(shí)踐中常用的方法,具有實(shí)踐性、綜合性強的顯著(zhù)特點(diǎn).因而對培養學(xué)生的綜合素質(zhì)、增強工程意識和創(chuàng )新能力具有其他教學(xué)環(huán)節無(wú)法取代的重要作用.同時(shí),在完成畢業(yè)設計的過(guò)程中,還要求我們同時(shí)運用感性和理性知識去把握整個(gè)建筑的處理,這其中就包括建筑外觀(guān)和結構兩個(gè)方面.還要求我們更好的了解國內外建筑設計的發(fā)展現狀及趨勢,更多的關(guān)注這方面的學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài),以及我們在以后的土木工程專(zhuān)業(yè)方向有更大的造詣.

　　湯旺河區(局)位于黑龍江省東北部,伊春市區北部,小興安嶺南坡北部及部分北坡.北緯48°22′18″~48°48′30″、東經(jīng)128°51′5″~130°8′0″.

　　圖1.1 湯旺河地理位置

　　湯旺河水系是黑龍江水系的松花江下游的一條主要支流,被譽(yù)為松花江干流的北岸第一河湯旺河水系全長(cháng)509公里,流經(jīng)伊春全境,是伊春的母親河,有東湯旺河、西湯旺河、二青河、白樺河、通江河、湯洪溝等支流.

　　近年來(lái),湯旺河區(局)面對日益減少的資源和增支減收的嚴峻形勢,立足本局旅游資源實(shí)際,把旅游業(yè)作為"五大接續產(chǎn)業(yè)"之一,充分利用豐富的森林資源和獨特的地質(zhì)地貌,投資上億元用于旅游業(yè)的開(kāi)發(fā),努力建設成為"生態(tài)平衡,環(huán)境優(yōu)雅,景觀(guān)獨特,功能完善"的生態(tài)旅游城鎮,開(kāi)發(fā)建設了集國家地質(zhì)公園、國家森林公園、中國青少年科學(xué)考察探險基地于一體的林都伊春的龍頭景區-湯旺河林海奇石風(fēng)景區,先后制定了一系列優(yōu)惠政策,優(yōu)先發(fā)展,以專(zhuān)題推進(jìn)抓落實(shí)的方式全面開(kāi)展了旅游開(kāi)發(fā)工作,使旅游業(yè)不斷發(fā)展壯大,促進(jìn)了區域經(jīng)濟的發(fā)展.基于此種目的修建一座既能為景區添彩又能方便民眾的現代化的橋梁已經(jīng)迫在眉睫.

　　1.2國內外研究狀況

　　預應力混凝土連續梁橋具有變形小、結構剛度好、行車(chē)平順舒適、伸縮縫少、養護方便、抗震能力強等優(yōu)點(diǎn)[1].在跨徑40~200m范圍內優(yōu)勢明顯,這種橋型在國外橋梁建設中得到廣泛應用[2].

　　我國自50年代中期開(kāi)始修建預應力混凝土梁橋,至今已有40多年的歷史,比歐洲起步晚,但近年來(lái)發(fā)展迅速,在預應力混凝土梁橋的設計、結構分析、實(shí)驗研究、預應力材料及工藝設備、施工工藝等方面日新月異,預應力混凝土梁橋的設計與施工技術(shù)都已經(jīng)達到相當高的水平.

　　近些年國內所修建的高等級公路的大、中橋幾乎都是采用預應力簡(jiǎn)支轉連續方法施工的.在交通運輸工程事業(yè)蓬勃發(fā)展的今天,推廣此方法必將收到良好的經(jīng)濟和社會(huì )效益,也使標準化橋梁設計前進(jìn)了一大步.

　　1.3工程概況

　　1.3.1水文、地質(zhì)條件

　　湯旺河區受內陸和海上高低氣壓反季風(fēng)交替影響,四季氣候有顯著(zhù)差異,屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候.冬季漫長(cháng),受極地大陸氣團控制,干燥、嚴寒.夏季短促,日照時(shí)間長(cháng),受熱帶海洋氣團影響,降水多且集中.春秋兩季氣候多變,春季多大風(fēng),降水少, 秋季降溫急驟,常有凍害發(fā)生.

　　湯旺河區的降水表現出明顯的季風(fēng)性特征.夏季受東南季風(fēng)的影響,降水充沛,占全年降水量的65%左右;冬季在干冷西北風(fēng)控制下,干燥少雪,僅占全年降水量的5%;春秋分別占13%和17%左右.1月份最少,7月份最多.

　　1.3.2施工條件

　　省級施工條件,建筑材料供應良好.

　　1.4 技術(shù)標準

　　橋面凈空:2×凈12.0m

　　公路等級:一級公路

　　設計荷載:公路-Ⅰ級

　　設計水位:113.80m

　　1.5主要材料規格

　　主梁采用 C50混凝土,預應力鋼筋采用規格,普通鋼筋中主筋為HRB335鋼筋,箍筋為R235鋼筋,構造鋼筋為R235鋼筋.普通鋼筋強度設計值如表1.1所示

　　表1.1 普通鋼筋強度設計值(Mpa)

　　(1)水泥:主梁和行車(chē)道板濕接縫的C50混凝土澆筑.

　　(2)預應力鋼絞線(xiàn):抗拉極限強度為1860Mpa,規格,松弛系數0.3.

　　(3)錨具:錨具采用M15-3、M15-4、BM15-5型夾片式系列錨具,管道成孔采用鋼波紋管.

　　(4)其它材料:砂,石,水的質(zhì)量均按<<公路橋涵施工技術(shù)規范>>有關(guān)條文辦理.

　　墩、臺帽、耳墻、背墻采用C30混凝土.

　　墩身、臺身、系梁、承臺、基樁采用C30混凝土.砂、石、水的質(zhì)量要求均按《公路橋涵施工技術(shù)規范》有關(guān)規定的要求.

　　1.6 結構形式

　　(1)上部結構采用5×25m預應力混凝土結構.

　　(2)墩臺形式:樁柱式橋墩,肋板式式橋臺.

　　(3)基礎為鉆孔灌注樁基礎

　　1.7設計要點(diǎn)

　　(1)水文部分按謝才公式計算.

　　(2)橫向分布系數用杠桿法和剛接梁法.

　　(3)主梁配筋滿(mǎn)足抗裂性和使用性能的要求.

　　(4)下部結構的選擇滿(mǎn)足能承受上部傳來(lái)的承載力的要求.

　　(5)施工上選擇滿(mǎn)足質(zhì)量要求上最短的施工方法.

　　1.8施工要點(diǎn)

　　(1)基樁

　　1)鋼筋混凝土鉆孔樁,在造孔完畢和清孔后應進(jìn)行質(zhì)量檢查,其允許偏差應符合交通部頒發(fā)《公路橋涵施工技術(shù)規范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《橋施規》)的質(zhì)量的檢查標準.

　　2)為確保基樁質(zhì)量,要求清除水下鉆渣,灌注混凝土之前應再次探測孔底的沉淀,不的超過(guò)《橋施規》要求.

　　3)鉆孔樁的混凝土質(zhì)量按《橋施規》規定作探孔取樣檢查.

　　(2)墩身、耳墻

　　1)本設計墩身為圓型截面的輕型結構.用定型模板立模施工.

　　2)耳墻混凝土澆注順序,應先澆注懸臂然后逐次澆至背墻.耳墻對帽梁產(chǎn)生較大的彎扭力矩,因此在拆除模支架是應避免造成大的沖擊力.

　　(3)橋臺

　　根據具體情況本設計采用樁柱式橋臺,故在施工時(shí)臺背及錐坡頂處,應逐層夯實(shí),為減少水平土壓力,不能用大型的機械推筑高和填壓的方法.

　　該設計有關(guān)施工工藝及質(zhì)量檢查標準按《公路橋涵施工技術(shù)規范》有關(guān)規定辦理,另外尚需注意下列幾點(diǎn):

　　1)上部結構施工采用就地現澆一次落架施工方法,因此應保證施工的連續性,以保證施工質(zhì)量,以保證結構的承載能力.

　　2)梁體混凝土必須達到75%設計強度時(shí)方準施加預應力(檢驗混凝土強度時(shí)應注意試件的取樣及養生條件需與主梁梁體混凝土相符合).

　　3)管道形成按預埋波紋管設計.

　　第2章 水文計算

　　2.1水面寬度及過(guò)水面積計算

　　2.1.1地質(zhì)剖面圖

　　圖2.1 河床斷面圖

　　2.1.2過(guò)水斷面計算

　　按形態(tài)斷面圖計算.具體計算見(jiàn)下表2.1.

　　表2.1 過(guò)水斷面計算表

　　…………由于本文篇幅較長(cháng),部分內容省略,詳細全文見(jiàn)文末附件

 

 　　結  論

　　本次設計為湯旺河橋兩階段施工圖設計,共分五部分進(jìn)行設計.

　　1、第一部分是緒論,主要介紹了橋位的地質(zhì)、地貌,水文條件以及設計的基本資料和基本要求;

　　2、第二部分是水文計算,通過(guò)計算確定橋面最低中心標高,橋梁長(cháng)度,為橋梁分孔、基礎埋深以及各種標高的確定提供依據;

　　3、第三部分是上部結構設計,為本次設計的重點(diǎn).首先進(jìn)行結構的單元劃分及截面尺寸的擬定,全橋共劃分160個(gè)單元,然后利用橋梁博士軟件<Dr.Bridge>進(jìn)行主梁內力計算,通過(guò)內力組合結果進(jìn)行配筋設計和預應力損失的計算,配筋設計后進(jìn)行正常使用極限狀態(tài)驗算,其中包括正截面抗裂性和斜截面抗裂性驗算,最后進(jìn)行持久狀況應力驗算.在所有驗算均合格后,可以斷定截面尺寸擬定比較合理,即此設計符合要求.

　　4、第四部分是下部結構設計,主要是確定墩、臺形式,擬訂尺寸并計算樁長(cháng),確定墩臺樁號以及樁基礎長(cháng)度.

　　5、第五部分是施工工藝設計,包括樁基礎施工工藝、承臺施工方法、墩臺身施工、體系轉換梁的預制、運輸及安裝的設計,做到了使施工工藝合理、經(jīng)濟的目的.

　　驗算合證明本次設計合理、施工工藝可行,可作為湯旺河橋的可選設計方案.

　　致  謝

　　歷時(shí)一學(xué)期的畢業(yè)設計已近尾聲,在設計過(guò)程中出現了許多問(wèn)題與困惑,在此要感謝×××老師和所有橋梁教研室老師給予的無(wú)私指導.

　　畢業(yè)設計的意義是重大的,通過(guò)本次設計檢驗了我大學(xué)四年知識的學(xué)習程度,對知識的理解程度,以及將各種知識串聯(lián)并應用的能力.這是對我大學(xué)所學(xué)的一次綜合檢驗,對我以后在工作崗位上更好的融入提供了巨大的幫助.

　　在設計過(guò)程中出現了眾多問(wèn)題,如知識的脫節、遺忘、理解深度不夠、不能與實(shí)際想聯(lián)系等,但都在各位老師的指導與幫助下一一解決,并最終完成.

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