毕业设计桥梁下部结构设计含开题报告.doc
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辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
附加开题报告
0前言
随着我国社会的发展与进步和人民的生活水平的日益提高，交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注，桥梁又是现代交通中不可缺少的组成部分，于此同时，桥梁建设得到了迅猛发展，我国桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。
各种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。
本设计为葫芦岛市女儿河大桥下部结构设计，是根据《公路桥涵设计手册》系列丛书，以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。
在设计过程中，作者还参考了诸如桥梁工程、土力学、基础工程、桥涵水文、桥梁结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。
设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全，稳定和耐久的标准。
在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。
设计时还充分考虑女儿河大桥所处区域的地质和水文条件，既保证符合规范要求，同时保证因地制宜并且便于施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性，既要设计合理，又要起到良好的社会经济效益。
1
辽宁工程技术大学毕业设计（论文）
1原始资料及方案比选
女儿河大桥位于葫芦岛寺缸线上，桥孔布置为4×35m的预应力混凝土T型简支梁桥，桥梁全长140m。
本桥上部为预应力混凝土T型梁，下部结构为钻孔灌注桩墩台。
1.1技术设计标准
1）桥面净宽：
10.5m；
2）荷载等级：
公路—Ⅱ级荷载；
3）设计洪水频率：
1/100；
4）设计安全等级：
二级；
5）环境类别：
Ⅱ级；
6）计算行车速度：
60km/h；
7）公路等级：
公路—Ⅱ级，二车道。
1.2主要设计依据
1）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；
2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；
3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
4）《公路桥涵设计手册——墩台与基础》；
5）《公路桥梁墩台设计与施工》；
6）女儿河大桥设计资料。
1.3工程地质资料
根据地质勘察，得出地形、地貌及地层的特征如下：
1）地形地貌：
女儿河大桥位于葫芦岛市缸屯镇钢东村北侧，勘察场地较平坦，属河谷、洪积相地貌。
2）地层特征：
地层由上至下主要划分为三层：
①.圆砾、②.强风化花岗岩、③.中风化花岗岩，各岩层特征分述如下：
（1）圆砾：
黄褐色，松散—中实，以稍密为主，由辉岩、砂岩、安山岩、花岗岩等卵、砾及长石、石英质砂砾组成，卵、砾呈中风化、次圆状，级配中等，厚度3.4—3.7m，基层标高92.21—93.26m，分布普通。
（2）强风化花岗岩：
太古界，黄褐色，花岗结构，块状构造，由长石、石英、云母等矿物组成，结构部分破坏，风化裂隙发育，岩石较软，属软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。
控制层厚2.0—3.8m，层底标高88.41—91.26m，分布普遍。
（3）中风化花岗岩：
黄褐色，花岗结构，块状构造，结构少部分破坏，风化裂隙较发育，矿物成分主要为长石、石英和云母，岩石硬度较大，岩芯呈短柱状，属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级，岩石质量指标RQD较好。
控制层厚3.6—4.5m，层底标高84.81—86.76m，分布普遍。
3）地下水状况：
拟建场地地下水主要赋存于圆砾层中，水量较丰富，属第四季孔隙式潜水类型，地下水对钢结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土无腐蚀性。
4）该区域地震基本烈度为Ⅵ度，标准冻层深度为1.10m。
5）岩土层承载力（表1-1）
表1-1岩石承载力
Tab.1-1Rockcapacitylist
图层编号
岩（土）层名称
容许承载力
[]
水下钻孔灌注桩
极限侧阻力标准值（）
极限侧阻力端准值（）
①
圆砾
400
130
②
强风化花岗岩
500
140
1800
③
弱风化花岗岩
1200
200
2800
注：
单位：
KPa
1.4水文资料
桥位滩面广阔，主河槽沟形不太明显，相对较窄，河道弯曲。
测量时水面宽约5.0，水深约0.5。
设计洪水频率为1/100，设计流量为3895.00，设计水位为100.501，桥址上游汇水面积542/s。
1.5气候资料
该地区地处严寒地区，年平均最高气温为30℃，年平均最低气温为-14℃，本区地震基本烈度为Ⅵ度。
1.6桥型拟定
从桥梁受力体系可以将桥梁分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥和刚架桥，从安全、适用、经济和美观四个方面分析。
同时，桥型的选择应充分考虑施工及养护维修的便利程序。
根据水文、气象、地质等条件，初拟桥型方案有三种。
方案一：
斜拉桥
图1-1斜拉桥示意图
Fig.1-1Cablestayedbridge
方案分析：
斜拉桥抗风能力较大，且跨越能力较强，做成变截面时，外形也很美观；但是它风险较大，塔也过高，支架昂贵，维修费用高，多适用于城市桥梁。
方案二：
预应力混凝土连续T型梁桥
图1-2预应力混凝土连续T型梁桥
Fig.1-2PrestressedconcretecontinualT-beambridge
方案分析：
预应力连续梁的技术先进，工艺要求比较严格，需要专门设备和专门技术熟练的队伍，但预应力梁的反拱度不容易控制。
从使用效果方面看，该结构属于超静定结构受力较好，无伸缩缝，行车条件好，养护方便，但是该方案机具耗用多，前期投入大，成本较多，成本回收难。
方案三：
预应力混凝土简支T型梁桥
图1-3预应力混凝土简支T型梁桥
Fig.1-3PrestressedconcretesimplesupportT-beambridge
方案分析：
简支梁受力明确，构造简单施工方便，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模。
简支梁属于静定结构，受力不如连续梁，同时伸缩缝多，养护麻烦，但是造价低廉劳动力耗用少，工作量小，经济，中小型桥尤其适用。
1.7比选结果
综上所述：
结合女儿河大桥的地质、水文条件进行比选，本着安全、经济、适用、美观的桥梁建造原则以及未来使用条件，女儿河大桥不是城市的标志性建筑，故不用过多考虑美观性因素。
方案一由于造价昂贵，虽然桥型美观，但是女儿河大桥不是城市道路桥梁，因此，可不考虑美观性因素。
方案二属于超静定结构，施工比较复杂，同时造价也比较高。
而方案三的简支T型梁桥具有结构造型灵活、整体性好、重量轻、用料省、造价低、耐久性强、行车舒适、外形美观等特点，其跨径较小，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模。
方案三虽然在工期上会比方案一长，但在从安全角度看，更具有优势，而且方案三中混凝土材料以砂、石为主，对于本设计可就地取材，更加经济合理。
1.8墩台比选
1.8.1桥墩比选
方案一：
双柱式钻孔灌注桩桥墩：
它由分离的两根桩柱所组成。
外形美观、圬工体积小、重量比较轻、施工便利、速度快、工程造价低。
最重要的是它能减轻墩身重力节约圬工材料，还能配合各种基础，设计灵活多样。
它也是目前运用最广泛的桥墩结构之一。
方案二：
重力式桥墩：
它是靠自身重量来平衡外部作用、保持稳定。
墩身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。
它适用于承受作用值较大的大、中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中，或在砂石方便的地区，小桥也可以采用。
它的缺点就是圬工材料数量多、自重大，因而要求地基承载力高。
另外，阻水面积也较大。
1.8.2比选结果
综上，着重从经济、安全的立足点出发，结合本设计联系的相关地质条件情况。
方案二虽然有着承载能力强、配用钢筋少的优点，但是其所用的圬工材料巨大、地基承载力要求也高。
不是很符合本设计的经济和安全的立足点原则，而方案一能够节省材料，节约成本。
所以，选择方案一。
1.8.3桥台比选
方案一：
重力式桥台：
适用于填土高度为4-10m的单孔及多孔桥。
它的结构简单，基础底承压面积大，应力较小。
但圬工体积较大，两侧墙间的填土容易积水，除增大土压力外还易受冻胀而使侧墙裂缝。
方案二：
轻型桥台：
轻型桥台体积轻、自重小，它借助结构物的整体刚度和材料强度承受外力，从而可以节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围。
1.8.4比选结果
综上，根据女儿河大桥的地质条件，桥址周围的材料以及经济、节约的角度进行比选。
重力式桥台体积较大，使用材料较多，不符合节约的原则，所以方案一不适用。
而方案二对地基承载力的要求相对较小，节省材料降低成本。
因此选择方案二。
5
2支座的设计
2.1板式橡胶支座的选用
板式橡胶支座由多层橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合压制而成。
有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部构造的反力可靠地传递给墩台，有良好的弹性，以适应梁端的转动；又有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移。
板式橡胶支座与原用的钢支座相比，有构造简单，安装方便；节约钢材，价格低廉；养护简便，易于更换等优点，且建筑高度低，对桥梁设计与降低造价有益；有良好的隔震作用，可减少活载与地震力对建筑物的冲击作用，因此本设计选用板式橡胶支座。
采用天然橡胶，适用温度为（温度环境），硬度取。
2.2计算支座反力
根据上部结构计算结果，梁体自身构造产生的支座反力标准值为，公路－Ⅱ级荷载引起的支座反力标准值为，则支座压力标准值。
公路－Ⅱ级荷载作用下产生的跨中挠度，根据当地的气象资料，主梁的计算温差。
2.3支座平面尺寸的确定
对于橡胶板：
式中：
——橡胶制作承受的平均压应力。
——支座压力标准值。
——橡胶支座使用阶段的平均压应力限值，。
则有，
选定支座的平面尺寸为，为顺桥方向长，为横桥方向宽。
为使支座与梁肋等宽，在三根主梁每一梁端设置一个橡胶支座。
支座初拟定选用66mm，其中有四层钢板和五层橡胶片，上下表层橡胶片厚8mm,中间各层10mm，加劲钢板每层厚5mm，橡胶片总厚度。
1）计算支座的平面形状系数S：
（2-1）
（注：
）
2）计算橡胶支座的弹性模量：
（2-2）
式中：
—常温下支座抗剪弹性模量，取Ge=1.0Mpa。
3）橡胶支座的应力验算：
（2-3）
2.4确定支座的厚度
主梁上的计算温差为44℃，伸缩变形为两端均摊，则每一支座的水平位移：
车道荷载在一个设计车道上的总重力为
。
按《桥规》规定，制动力标准不得小于90，故取90参与计算。
五片梁共10支座，作用于一个支座，每个支座承受水平力。
确定需要的橡胶片总厚度
不计汽车动力：
计入汽车制动力：
按《桥规》的其他规定：
，满足要求。
支座总厚度。
2.5支座偏转情况的验算
2.5.1计算支座的平均压缩变形
（2-4）
式中：
——橡胶体积模量，。
按《桥规》规定，，验算通过。
2.5.2计算梁端转角
由关系式和可得：
（2-5）
设结构自重作用下，主梁处于水平状态。
已知公路－Ⅱ级荷载作用下的跨中挠度，代入上式得：
2.5.3验算偏转情况
（2-6）
即，验算合格，支座不会落空。
2.6验算支座的抗滑稳定性
2.6.1计算温度变化引起的水平力
（2-7）
2.6.2验算滑动稳定性
以及（合格）。
结果表明支座不会发生相对滑动。
77
3桥墩设计
3.1桥墩类型和主要材料
桥墩选用钻孔灌注桩双柱式桥墩。
主要材料：
混凝土采用混凝土；主筋采用钢筋；钢筋混凝土容重取。
3.2桥墩截面尺寸拟定
根据女儿河大桥的设计资料，参照《公路桥涵设计手册——墩台与基础》中的有关规定和计算实例以及其它相关的规范中的相关要求，先初步拟定桥梁桥墩的尺寸如图3-1所示，然后进行配筋设计和验算，如不符合要求，进行必要的修改。
图3-1桥墩一般构造/cm
Fig.3-1Piergeneralstructure/cm
3.3盖梁计算
盖梁截面尺寸见图3-2。
图3-2盖梁尺寸/cm
Fig.3-2Thesizeofbentcap/cm
3.3.1垂直荷载计算
1）盖梁自重及内力计算（表3-1）
表3-1梁自重及内力表
截面
自重/
弯矩/
剪力/
左
右
1-1
-34.38
-34.38
2-2
-40.48
-40.48
3-3
-97.18
189.00
4-4
126.00
126.00
5-5
0
0
Tab.3-1Thedead-weightandinternalforceofbentcap
2）活载计算
（1）活载横向分配
荷载对称布置用杠杆法,非对称布置用偏心压力法。
a.单列公路—Ⅱ级荷载对称布置：
图3-3单列公路—Ⅱ级荷载对称布置
Fig.3-3Singlerowroad-Ⅱlevelofloadsymmetricalarrangement
，，
b.双列公路—Ⅱ级荷载对称布置：
图3-4双列公路—Ⅱ级荷载对称布置
Fig.3-4Doublerowroad-Ⅱlevelofloadsymmetricalarrangement
，，
c.单列公路—Ⅱ级荷载非对称布置：
图3-5单列公路—Ⅱ级荷载非对称布置
Fig.3-5Singlerowroad-Ⅱlevelofloadasymmetricalarrangement
，，
（3-1）
d.双列公路—Ⅱ级荷载非对称布置
图3-6双列公路—Ⅱ级荷载非对称布置
Fig.3-6Doublerowroad-Ⅱlevelofloadasymmetricalarrangement
，，
（2）公路－Ⅱ级荷载顺桥行驶：
a.单孔单列公路－Ⅱ级荷载
图3-7公路—Ⅱ级荷载单孔单列布置
Fig.3-7Road-Ⅱlevelofloadsingle-holeandsinglerowarrangement
b.双孔单列公路—Ⅱ级荷载
图3-8公路—Ⅱ级荷载双孔单列布置
Fig.3-8Road-Ⅱlevelofloadtwo-holeandsinglerowarrangement
（3）活载横向分配后各梁支点反力：
计算式为：
计算结果见表3-2
表3-2梁活载反力计算表
Tab.3-2Calculationofanti-beamliveload
荷载横向分布情况
公路—Ⅱ级荷载
计算方法
荷载
布置
横向分布
系数
单孔
双孔
对称布置
按杠杆理
法计算
单列行车
366.407
0
507.163
0
82.442
114.112
201.524
278.940
82.442
114.112
0
0
双列行车
366.407
41.221
507.163
57.056
201.524
278.940
247.325
342.335
201.524
278.940
41.221
57.056
非对称布置
按偏心受压法
计算
单列行车
366.407
196.028
507.163
303.432
134.655
186.382
73.281
101.433
11.908
16.483
-49.465
-68.467
双列行车
366.407
139.235
507.163
192.722
106.258
147.077
73.281
101.433
40.305
55.788
7.328
10.143
（4）恒载与活载反力汇总
恒载与活载反力汇总见表3-3
双孔布载L=69.92m＞45m，故表中冲击系数。
表3-3各梁反力汇总表
Tab.3-3Thesummaryofanti-beamforce
荷载情况
1号梁
2号梁
3号梁
3号梁
3号梁
/KN
/KN
/KN
/KN
/KN
上部恒载
1202.88
1059.66
1097.92
1059.66
1202.88
公路—Ⅱ级（双孔双列对称布置）
70.189
343.10
421.07
334.10
70.19
公路—Ⅱ级（双孔双列非对称布置）
237.05
180.91
124.76
68.62
12.48
3.3.2双柱反力计算
计算式为：
；
图3-9双柱反力计算图/cm
Fig.3-9ReactionsactingofdoublePier/cm
表3-4墩柱反力计算表
Tab.3-4Calculationofpierreaction
荷载情况
计算式
上部恒载
2811.50
公路—Ⅱ级（双孔双列对称布置）
623.82
公路—Ⅱ级（双孔双列非对称布置）
499.05
3.3.3盖梁各截面内力计算
1）弯矩计算
支点弯矩采用非对称布置时的计算值，跨中弯矩采用对称布置时的计算值。
图3-10盖梁各截面内力计算图/cm
Fig.3-10Interalforcesofcopinginsectionsonbentcap/cm
其盖梁各截面弯矩值见表3-5
表3-5弯矩计算表
Tab.3-5Thecalculationofmoments
荷载情况
墩柱反力
梁的反力
各截面弯矩
1-1
上部恒载
2811.50
1202.88
1059.66
1097.92
0
-120.29
-1202.88
405.74
1503.66
公路—Ⅱ级
对称
623.82
70.19
343.10
421.07
0
-7.02
-70.19
483.44
904.51
非对称
499.05
237.05
180.91
124.76
0
-23.71
-237.05
24.95
187.15
2）相应于最大弯矩值时的剪力计算见表3-6
一般计算公式：
1-1截面：
，；
2-2截面：
；
3-3截面：
，；
4-4截面：
，；
5-5截面：
。
表3-6剪力计算表/KN
Tab.3-6Thecalculationofshearforces/KN
荷载
情况
墩柱反力
梁的反力
各截面剪力
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
左
右
左
右
左
右
左
右
左
右
上部恒载
2811.50
1202.88
1059.66
1097.92
0
-1202.88
1202.88
1202.88
-1202.88
1608.62
1608.62
548.96
548.96
-548.96
公路—Ⅱ级对称
623.82
70.19
343.10
421.07
0
-70.19
70.19
-70.19
553.63
553.63
553.63
210.54
210.54
-210.54
公路—Ⅱ级非对称
499.05
237.05
180.91
124.76
0
-237.05
237.05
237.05
-237.05
262.00
262.00
81.10
81.10
-43.67
3）截面内力组合
（1）弯矩组合见表3-7
其中活载按最不利情况考虑。
表3-7弯矩组合表
Tab.3-7Combinationofmoments
截面号弯矩组合值
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
1
上部恒载
0
-120.29
-1202.88
405.74
1503.66
2
盖梁自重
-12.03
-15.78
-77.72
79.78
-366.58
3
公路—Ⅱ级对称布置
0
-7.02
-70.19
483.44
904.51
4
公路—Ⅱ级非对称布置
0
-23.71
-237.05
24.95
187.15
5
1+2+3
-14.44
-173.11
-1634.99
1259.44
2630.81
6
1+2+4
-14.44
-196.48
-1868.59
617.55
1626.50
（2）剪力组合见表3-8
表3-8剪力组合表
Tab.3-8Combinationofshearforces
截面号
剪力组合值/KN
1-1
2-2
3-3
4-4
5-5
1
上部恒载
0
1202.88
-1202.88
1608.62
548.96
-1202.88
1202.88
1608.62
548.96
-548.96
2
盖梁自重
-34.38
-40.48
-97.18
126.00
0
-34.38
-40.48
198.00
126.00
0
3
公路—Ⅱ级对称布置
0
70.19
-70.19
553.63
210.54
-70.19
70.19
553.63
210.54
-210.54
4
公路—Ⅱ级非对称布置
0
237.05
-237.05
262.00
81.10
-237.05
237.05
262.00
81.10
-43.67
5
1+2+3
-42.26
1493.15
-1658.34
2856.63
953.51
-1582.98
1493.15
2932.23
1104.71
-953.51
6
1+2+4
-42.26
1726.75
1891.94
2448.34
772.292
-1816.58
1726.75
2523.94
923.49
-719.89
3.3.4各墩水平力计算
采用集成刚度法进行水平力分配。
上部构造每片内中梁支点反力为548.96KN，每片内边梁支点反力为529.83KN，每片外边梁支点反力为601.44KN。
中墩橡胶支座中钢板总厚度20mm，剪切模量＝1000，每跨梁一端设有4个支座，每个支座的抗推刚度为：
（3-2）
每个墩上设有两排橡胶支座，则支座刚度为
＝2×20869.57＝41739.1（3-3）
取桥台及两联间桥墩的橡胶支座的摩擦系数μ=0.3，其中最小摩擦系数μ=0.2。
1）桥墩（台）刚度计算
墩（台）采用C40混
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