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

本科生畢業(yè)設計論文

題 目：主跨9*20米預應力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋設計（莆田市闊口大橋）
目錄
中英文摘要 5
第一章 緒論 7
預應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 設計說明 8
2.1工程概述 8
2.2 技術標準 8
2.3 主要設計規(guī)范 8
2.4工程地質條件 9
2.5 工程地質評述 10
2.6 橋梁設計要點 10
2.6.1 材料要求 10
2.6.2設計要點 11
a 橋型 10
b 上部結構 10
c 下部結構 10
d 預應力體系 11
e 橋面鋪裝 11
f 支座和伸縮縫 12
2.7 橋梁結構分析計算（空心板具體計算參數(shù)選取詳見施工圖部分） 12
2.8 橋梁耐久性設計 12
2.9施工方法及注意事項 12
第三章 上部結構設計及計算 13
3.1 計算依據(jù)與基礎資料 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 作用效應組合 18
3.4.1 作用的標準值 18
3.4.2 作用效應組合 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 預應力鋼束應力損失計算 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 預制板是否設置預拱值的計算 48
3.7 持久狀況和短暫狀況構件應力計算 51
3.7.1 使用階段正截面法向應力計算 51
a 受壓區(qū)混凝土的最大壓應力 51
b 受拉區(qū)預應力鋼筋的最大拉應力 51
3.7.2 使用階段混凝土主壓應力、主拉應力計算 53
3.7.3 施工階段應力驗算 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米預應力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋設計
（莆田市闊口大橋）
摘要
本設計是根據(jù)本專業(yè)畢業(yè)設計任務書的要求和《公路橋涵設計規(guī)范》的相關規(guī)定， 對莆田闊口大橋進行方案比選和結構設計。
通過認真分析擬建橋址的水文、地質調查勘測資料，河床斷面圖，本著“安全、 經(jīng)濟、美觀、實用”的基本設計原則，通過對設計、施工等多方面的考慮，最終確定為預應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計為橋梁全長 185.04m，橋面凈寬為17m。橋梁上部結構為20m跨的簡支橋面連續(xù)后張法預應力混凝土空心板，每孔13片空心板，梁高0.95m；下部結構橋墩為樁柱式墩，橋臺為樁基接蓋梁式橋臺，樁基均為摩擦樁設計，每根樁設置三根聲測管。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.120pk.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，反而增加了結構自重，當跨徑稍大就顯的笨重且不經(jīng)濟。預應力混凝土簡支板橋可延緩混凝土構件的開裂，提高構件的抗烈度和剛度，同時可以節(jié)約鋼筋，減少結構自重。它具有施工方法簡便、設備材料投入少、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)段支點負彎矩預應力鋼束，使得結構體系由簡支轉為連續(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伸縮縫、整體性能差等特點，具有整體性能好、結構剛度大、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：靜定結構，受力計算方便。
1.2體系優(yōu)點
近年來預應力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋體系受到了廣泛的應用。預應力混凝土簡支橋面連續(xù)空心板橋是近年來應用較多的一種橋梁結構形式，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，改善了橋梁結構的受力特性，提高了乘車舒適性。與簡支板橋相比，連續(xù)板橋可減小跨內彎矩絕對值、降低主梁的高度，從而減少材料用量和結構自重，而結構自重的降低又進一步減小恒載的內力。預應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。預應力混凝土板橋結構簡單、受力明確、節(jié)省材料、架設方便、對地基的承載力要求也不高。
第二章 設計說明
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新建特大橋。
2.2 技術標準
設計荷載：公路—II級
橋面凈空：凈－14+人行道2*1.50米
設計洪水頻率：100年一遇，橋下不通航。
2.3 主要設計規(guī)范
1、《公路工程技術標準》JTG B01-2003
2、《公路路線設計規(guī)范》JTG D20－2006
3、《公路路基設計規(guī)范》JTG D30-2004
4、《公路排水設計規(guī)范》JTJ018-97
5、《公路橋涵設計通用規(guī)范》JTG D60-2004
6、《公路圬工橋涵設計規(guī)范》JTG D61-2005
7、《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》JTG D63-2007
8、《公路橋梁抗震設計細則》JTG/T B02-01-2008
9、《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》JTG D62-2004
10、《公路瀝青路面設計規(guī)范》JTG D50-2006
11、《公路瀝青路面施工技術規(guī)范》JTG F40-2004
12、《公路橋涵施工技術規(guī)范》JTJ 041-2000
13、《公路交通安全設施設計技術規(guī)范》JTG D81-2006
2.4工程地質條件
擬建場地地處河——海沖淤積平原區(qū)，第四紀堆積約25m厚，基底為中粒花崗巖，地基土類型多，變化大，土質不均，工程地質條件復雜。詳細地質分布由上至下如下：
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、淤泥質土：灰色，青灰色，軟流塑，飽和，由淤泥質粘土、淤泥質亞粘土組成。但是，ZK4孔一帶中上部為淤泥，下部為淤泥質土，中混10-15%的粉細砂及少量有機質，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—中粗砂夾淤泥質土、砂質粘土層：
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土厚約1-2m；于ZK4孔一帶中下部夾2m厚之可塑狀砂質粘土。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、殘積質粘性土：褐黃色，灰白色，黃白色，飽和，可塑—硬塑，母巖為中粒結構花崗巖，此層由粘性土，石英砂，云母片等組成，原巖結構大部已破壞，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，中粒結構，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，中粒結構，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，中粒結構，塊狀構造，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孔按坡身園設定，其穩(wěn)定安全系數(shù)Ks=0.635；ZK4孔按坡身園、坡角園設定，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，故應采取護坡措施。
2.5 工程地質評述
橋基持力層及基礎類型：
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；殘積質粘性土工程性質較好，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，其力學性能指標應符合《預應力混凝土用鋼絞線》（GB/T5224 -2003）的規(guī)定。
（3）普通鋼筋：R235熱軋光圓鋼筋，其材質應符合GB13013—1991的規(guī)定，HRB335熱軋帶肋鋼筋，其材質應符合GB1499—1998的規(guī)定，焊接的鋼筋均應滿足可焊要求。
（4）鋼板：采用《碳素結構鋼》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設計要點
a 橋型
橋跨徑布置為9*20 m結構簡支橋面連續(xù)空心板，全橋共分兩聯(lián)，前五后四，橋長185.04m。
b 上部結構
上部結構為20m跨的結構簡支橋面連續(xù)后張法預應力混凝土空心板，每孔13片空心板，梁高0.95m。
c 下部結構
下部結構橋墩為樁柱式墩，橋臺為樁基接蓋梁式橋臺。樁基均為摩擦樁設計；每根樁設置三根聲測管。
d 預應力體系
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，其力學性能指標應符合《預應力混凝土用鋼絞線》（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 橋梁結構分析計算（空心板具體計算參數(shù)選取詳見施工圖部分）
預應力混凝土空心板分析計算
A、主梁橫斷面由預應力混凝土空心板、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，考慮了預應力、混凝土收縮徐變、活載等工作荷載。
C、結構體系按照部分預應力混凝土構件設計。
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的抗震措施：在橋墩及橋臺帽梁上設置防震擋塊，橋墩柱頂、柱底和樁頂箍筋均設置了加密段，閉合箍筋直徑為10mm。
2.9施工方法及注意事項
有關橋梁的施工工藝及質量檢驗標準，除按《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041-2000）有關條文辦理外，還應特別注意以下事項：
a、施工之前，請施工單位務必通讀施工圖紙，完全了解設計意圖、明白各圖紙之間的關系，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、橋梁的上部結構、下部結構、支座、附屬設施、材料及施工注意事項等請參見相應設計圖紙。施工前應熟悉整套施工圖紙，對各部尺寸、設計標高、樁位、梁長等進行計算核對。如有疑問，請通知設計解答。橋梁各部構造的施工應嚴格遵守《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041-2000）加強質量控制，將質量控制貫穿于施工全過程，嚴格按部頒驗收標準驗收。
c、施工放樣應滿足有關規(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、支座應按支座布置圖進行設置，標高按縱橫向坡度計算而得。
e、預制梁頂混凝土表面應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)澆層前應將梁頂浮漿、油污清除干凈，以保證新、老混凝土良好結合。
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、泄水管等公用構造部件，其構造和數(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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