橋梁工程畢業(yè)設(shè)計論文

1、摘要本設(shè)計為橋梁工程設(shè)計，首選根據(jù)地勘資料，擬定了三個比選方案，然后根據(jù)施工要求和經(jīng)濟(jì)效益，采用了（6x35）m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁橋?yàn)樽罴逊桨?，并初步擬定結(jié)構(gòu)尺寸，然后利用橋梁博士軟件進(jìn)行全橋安全性驗(yàn)算，根據(jù)驗(yàn)算結(jié)果對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化，最后得到符合規(guī)范要求和設(shè)計任務(wù)的設(shè)計結(jié)果。關(guān)鍵詞：橋梁工程；先簡支后連續(xù)；小箱梁；安全性驗(yàn)算；規(guī)范ABSTRACTThis bridge engineering design. First of all, the choice according to geological exploration data, proposed three ratio, a

2、nd then according to the construction requirements and economic benefits, using the(6x35)metres Simply supported continuous prestressed box girder bridge as the best solution, and to structure size, and then use bridge bridge safety and checking calculation of Dr Software, optimize the structure siz

3、e, according to the calculation results have finally come to conform to the requirements of the specification and the design of the design task results. Keywords:bridge engineering;Simple-support before continuous;Small box girder;Checking safety;Specifications第一章 項目概況1.1項目位置余屋橋位于東莞市東城區(qū)，東引運(yùn)河B段，橋梁軸線與

4、規(guī)劃河道中線交點(diǎn)處的水利樁號為21+224。橋梁區(qū)域位置參見下圖。 圖 1.1 余屋大橋區(qū)域位置示意圖1.2項目規(guī)模余屋大橋上跨寒溪河。橋梁起終點(diǎn)樁號分別為：K0+047.510K0+266.610，全橋總長219.1m，橋梁寬度為13m，橋梁面積約2843.3。第二章 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)2.1地形地貌工程場地位于東莞市東城區(qū)余屋村，交通便利。設(shè)計橋梁橫跨寒溪河，其兩側(cè)分布有魚塘等，地形較平坦。勘察期間測得各鉆孔孔口高程介于2.036.24m之間，高差為4.21m。擬建場地覆蓋土層主要為第四系人工填土層、第四系沖積地層、震旦系基巖殘積層，基巖為震旦系花崗片麻巖，地貌主要以沖積平原為主。2.2區(qū)

5、域地質(zhì)構(gòu)造東莞市位于北東東向羅浮山斷裂帶南部邊緣的北東向博羅大斷裂南西部、東莞斷凹盆地中。地勢東南高、西北低。地貌以丘陵臺地、沖積平原為主，丘陵臺地占44.5%,沖積平原占43.3%，山地占6.2%。東南部多山，尤以東部為最，山體龐大，分割強(qiáng)烈，集中成片， 起伏較大，海拔多在200600米，坡度30左右，銀瓶嘴山主峰高898.2米，是東莞市最高山峰；中南部低山丘陵成片，為丘陵臺地區(qū)；東北部接近東江河濱，陸地和河谷平原分布其中，海拔3080米之間，坡度小，地勢起伏和緩，為易于積水的埔田區(qū)；西北部是東江沖積而成的三角洲平原，是地勢低平、水網(wǎng)縱橫的圍田區(qū)；西南部是濱臨珠江口的江河沖積平原，地勢平坦而

6、低陷，是受潮汐影響較大的沙咸田地區(qū)。根據(jù)區(qū)域資料，經(jīng)地質(zhì)調(diào)繪，擬建場地距其西北側(cè)的東莞斷裂約為5.0km，東南側(cè)離溫塘-觀瀾斷裂約為3.0km，該組斷裂構(gòu)造自晚更新世以來活動微弱，構(gòu)造運(yùn)動主要表現(xiàn)為早更新世地殼間歇性升降運(yùn)動，基底斷裂仍有微弱活動，在地質(zhì)地貌形態(tài)上均未發(fā)現(xiàn)其活動的構(gòu)造形跡。場地內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造形跡，為相對穩(wěn)定地塊。2.3地層巖性特征據(jù)鉆探揭露，地基巖土按地質(zhì)成因類型和巖土層性質(zhì)，地層自上而下為：第四系填土層（Q4ml）、第四系沖積層（Q4al）、第四系殘積層（Qel）及震旦系基巖（Z），其分布特征詳細(xì)分述如下：填土層素填土：暗紅色、褐灰色，濕飽和，松散，土質(zhì)不均，主要由黏性土組

7、成，局部含較多的碎石、碎磚塊等，為人工填土層。場地內(nèi)該層見于鉆孔QZ1、QZ6、QZ7，分布于地表。層頂標(biāo)高3.716.24m，平均4.56m；層厚2.703.10m，平均2.87m。第四系沖積層淤泥質(zhì)土：灰黃深灰色、灰色，飽和，流塑，局部為淤泥；主要由粉黏粒組成，稍滑膩，局部含腐殖質(zhì)及夾較多粉細(xì)砂層或呈互層狀。場地內(nèi)該層分布在鉆孔QZ1QZ7。層頂標(biāo)高-7.933.44m，平均-0.75m；層頂埋深0.0011.00m，平均3.99m；層厚2.7013.90m，平均7.71m。細(xì)砂：灰灰黃色，飽和，松散，主要礦物成分為石英，顆粒級配不良，下部夾有中粗砂，局部夾有淤泥質(zhì)土。場地內(nèi)該層分布在鉆孔

8、QZ1QZ7。層頂標(biāo)高-12.86-2.46m，平均-8.46m；層頂埋深8.7016.60m，平均11.70m；層厚2.3013.60m，平均7.07m。第四系殘積層砂質(zhì)黏性土：青灰色、褐黃色、棕紅色，濕，可塑硬塑，切面粗糙，黏性差，主要由粉黏粒組成，含較多砂粒，巖芯浸水易軟化，為下伏基巖殘積土。場地內(nèi)該層分布在鉆孔QZ1QZ7。層頂標(biāo)高-18.06-14.09m，平均-16.62m；層頂埋深17.8022.30m，平均19.89m；層厚4.209.60m，平均6.41m。震旦系基巖基巖為燕山期基巖地層，主要由花崗片麻巖組成。根據(jù)鉆探揭露的風(fēng)化程度不同，劃分為全風(fēng)化巖、強(qiáng)風(fēng)化巖、中風(fēng)化巖及微

9、風(fēng)化巖等4個亞層。具體描述如下：全風(fēng)化花崗片麻巖：褐黃色，原巖風(fēng)化強(qiáng)烈，組織結(jié)構(gòu)基本破壞，巖芯呈堅硬土狀，浸水易軟化、崩解。場地內(nèi)該層分布在鉆孔QZ1QZ7。層頂標(biāo)高 -26.47-20.26m，平均-23.04m；層頂埋深23.5028.50m，平均26.30m；層厚1.405.00m，平均2.64m。強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖：褐黃色，原巖結(jié)構(gòu)大部分破壞，主要礦物成分為石英及黏土類礦物，巖芯呈堅硬土狀半巖半土狀，浸水易軟化、崩解。場地內(nèi)該層分布在鉆孔QZ1QZ7。層頂標(biāo)高-28.97-22.76m，平均-25.68m；層頂埋深26.0031.00m，平均28.94m；層厚2.009.00m，平均4.

10、64m。強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖屬極軟巖，巖體極破碎，巖體基本質(zhì)量等級為級。中風(fēng)化花崗片麻巖：灰白色、局部黃白色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長石和云母，風(fēng)化裂隙發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀、少量柱狀，錘擊不易碎，聲音清脆。場地內(nèi)該層分布在鉆孔QZ1QZ7。層頂標(biāo)高-35.26-25.97m，平均-30.32m；層頂埋深28.0039.00m，平均33.59m；揭露層厚6.009.40m，平均8.24m。據(jù)基巖飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果，中風(fēng)化花崗片麻巖屬較軟巖較硬巖，巖體破碎，巖體基本質(zhì)量等級為級。微風(fēng)化花崗片麻巖層號4：灰白色，粒狀結(jié)構(gòu)，塊狀、片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長石和云母，風(fēng)化

11、裂隙稍發(fā)育，巖芯多呈柱狀、少量碎塊狀，較難擊碎，聲音清脆。場地內(nèi)該層在鉆孔QZ1QZ7中揭露。層頂標(biāo)高-44.26-33.97m，平均-38.56m；層頂埋深36.0048.00m，平均41.83m；揭露層厚3.007.80m，平均6.13m。據(jù)基巖飽和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)成果，微風(fēng)化花崗片麻巖屬較硬巖堅硬巖，巖體較完整，巖體基本質(zhì)量綜合等級為級。2.4場地水文地質(zhì)條件場地地下水以上的土對混凝土結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋、鋼結(jié)構(gòu)具微腐蝕性。第三章 方案比選3.1方案簡介根據(jù)結(jié)合結(jié)構(gòu)受力，施工周期與工程造價等因素，橋梁方案考慮了以下三個方案：方案1：（6x35）m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁橋方案2：（30

12、+150+30）m等截面鋼筋混凝土上承式箱型拱橋方案3：（55+100+55）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋3.2方案分析先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁構(gòu)造簡單，受力明確，伸縮縫少，行車舒適，預(yù)制構(gòu)件采用標(biāo)準(zhǔn)化構(gòu)件，可在梁廠統(tǒng)一生產(chǎn)管理，有利于節(jié)省施工周期，同時采用等截面形式，可節(jié)省大量模板，提高經(jīng)濟(jì)效益。鋼筋混凝土上承式箱型拱，跨越能力大，外形美觀，但由于拱橋自重大，相應(yīng)的水平推力大，增加了下部結(jié)構(gòu)的工程量，對地基條件要求高，難以滿足本工程的地基要求，不采用本方案。預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，跨中截面下，橋下凈空大，一般下部結(jié)構(gòu)采用高墩，才能充分發(fā)揮剛構(gòu)橋的優(yōu)勢，但本工程航道等級為級，對通航凈高要求不高，故

13、不采用本方案。結(jié)合以上分析余屋橋重建工程采用（6x35）m先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁橋。其橋式布置見附圖1。第四章 總體設(shè)計4.1概述上部結(jié)構(gòu)：主梁結(jié)構(gòu)形式采用先簡支后連續(xù)預(yù)應(yīng)力小箱梁梁，梁高1.8米，其橋梁分孔：6 x 35m =210m。下部結(jié)構(gòu)：中墩均采用1.8m鉆孔灌注樁，接樁間橫系梁，上接1.5m圓形墩柱,蓋梁上底寬1.8m，下底寬1.6m，高1.6m,長為10.4m。4.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計規(guī)范4.2.1設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)橋梁機(jī)動車道荷載標(biāo)準(zhǔn)：城-A級； 地震基本烈度：該擬建場地抗震設(shè)防烈度為度，設(shè)計地震分組為第一組，設(shè)計基本地震加速度值為0.05g；橋梁設(shè)計安全等級：二級；橫斷面：橋梁全寬為0

14、.5m（步道欄桿）+2m（人行步道）+8m（機(jī)動車道）+2m（人行步道）+0.5m（步道欄桿）=13米；橋面行車道橫坡為單向坡1.5%。4.3主要建筑材料混凝土預(yù)制主梁采用C50砼；彈性模量Ec=3.45×104MPa；軸心抗壓設(shè)計強(qiáng)度cd=22.4 MPa；軸心抗拉設(shè)計強(qiáng)度td=1.83 MPa；軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度ck=32.4 MPa；軸心抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度tk=2.65 MPa。普通鋼筋普通鋼筋采用HPB300和HRB400。HPB300：鋼筋線彈性模量Es=2.1×105 MPa；抗拉設(shè)計強(qiáng)度fsd=270MPa；抗壓設(shè)計強(qiáng)度fsd=270MPa。HRB400：鋼筋線彈性模

15、量Es=2.0×105 MPa；抗拉設(shè)計強(qiáng)度fsd=330MPa；抗壓設(shè)計強(qiáng)度fsd=330MPa。預(yù)應(yīng)力鋼束鋼束采用高強(qiáng)低松弛鋼絞線。邊跨腹板及底板鋼束：NY1、NY5鋼束4×7Øj5兩端張拉，每排2束；NY2、NY3、NY4鋼束5×7Øj5兩端張拉，每排2束；NY1、NY5鋼束鋼絞線面積0.000556m2；NY2、NY3、NY4鋼束鋼絞線面積0.000695m2；鋼束波紋管內(nèi)徑D=5.5cm，波紋管面積A=0.002375m2； 中跨腹板及底板鋼束： NY1、NY2、NY3、NY4、NY5鋼束5×7Øj5兩端張拉，每排

16、2束；NY1、NY2、NY3、NY4、NY5鋼束鋼絞線面積0.000556m2鋼束波紋管內(nèi)徑D=5.5cm，波紋管面積A=0.002375m2；頂板鋼束：T1、T3、T4鋼束5×7Øj5兩端張拉，T1 2束、T3 2束、T4 1束；T2鋼束4×7Øj5兩端張拉，T2 2束；T1、T3、T4鋼束鋼絞線面積0.000695m2T2鋼束鋼絞線面積0.000556m2；鋼束波紋管內(nèi)7x2.5cm，波紋管面積A=0.00175m2； 鋼束波紋管內(nèi)9x2.5cm，波紋管面積A=0.00225m2；鋼絞線彈性模量Ep=1.95×105 Mpa；鋼絞線抗拉標(biāo)準(zhǔn)

17、強(qiáng)度pk=1860 MPa；抗拉設(shè)計強(qiáng)度pd=1260 MPa；抗壓設(shè)計強(qiáng)度pd=390 MPa；底板鋼束張拉控制應(yīng)力:R=0.74Ryb =0.74×1860=1376.4MPa；頂板板鋼束張拉控制應(yīng)力:R=0.75Ryb =0.75×1860=1395MPa；預(yù)應(yīng)力鋼束損失：鋼束松弛系數(shù)：0.3；孔道摩阻損失系數(shù)；0.25（金屬波紋管）；孔道偏差系數(shù)：0.0015；錨具變形及鋼束回縮值：0.012m（兩端)。第五章 上部結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1結(jié)構(gòu)主要尺寸主梁采用2x（3x35）m先簡支后連續(xù)小箱梁，設(shè)4片小箱梁，兩片邊梁，兩片中梁。主梁斷面：主梁高度1.8米，梁間距3.10米，

18、計算跨徑35米。其中中梁預(yù)制寬度2.4米，邊梁預(yù)制寬度為2.93米，翼緣板中間濕接縫寬度0.7米。詳見圖5.1-1及圖5.1-2：圖5.1.1-1橋梁橫斷面圖邊梁支點(diǎn)截面邊梁跨中截面中梁支點(diǎn)截面中梁跨中截面圖5.1.1-2主梁截面剖面圖5.2配筋信息頂板縱筋為1222HRB335，底板縱筋為425HRB3355.3 結(jié)構(gòu)體系主梁為預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土體系。5.4上部結(jié)構(gòu)主要計算原則5.4.1荷載永久作用：小箱梁自重：自重系數(shù)取為1.04。橋面鋪裝：厚度0.2m，容重25 KN/m3q=0.2x3.1x25=15.5KN/m。跨間橫隔梁集中載：端隔板，每道p=15.6KN，一聯(lián)共2道中隔板，每道p=

19、8.3KN，一聯(lián)共9道現(xiàn)澆中橫梁，每道p=35KN，一聯(lián)共2道可變作用：汽車分配系數(shù)：0.517；人群分配系數(shù)：1.303（剛接板梁法）；不均勻沉降：0.005m；橋梁結(jié)構(gòu)縱向計算時的主梁均勻溫度作用：升溫：30度，降溫：-30度。非線性溫度梯度：非線性升溫 非線性降溫圖5.4.1非線性溫度梯度圖5.5荷載組合主力組合：自重二期恒載活載；主力附加力組合：自重二期恒載活載不均勻沉降+整體升降溫+非線性溫度。5.6計算模型及計算結(jié)果計算程序采用橋梁博士計算。5.7計算模型對中梁施工及運(yùn)營全過程進(jìn)行進(jìn)行有限元分析，全橋共劃分有216個節(jié)點(diǎn)，217個單元。臨時支座和永久支座均采用一般支承，結(jié)構(gòu)計算模型

20、如圖5.6所示。圖5.7結(jié)構(gòu)計算模型5.8計算結(jié)果承載能力極限狀態(tài)強(qiáng)度驗(yàn)算圖5.8-1中梁正截面抗彎承載能力驗(yàn)算圖5.8-2邊梁正截面抗彎承載能力驗(yàn)算中梁最大正彎矩值為12136.5kN m，最大負(fù)彎矩值為-450.6kN m；邊梁最大正彎矩值為13136.7m，最大負(fù)彎矩值為-1562.2m，均小于抗彎承載力設(shè)計值，根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范第條規(guī)定受彎構(gòu)件正截面抗彎承載能力，滿足要求。5.9斜截面抗剪承載能力檢算圖5.9-1中梁斜截面抗剪承載能力檢算圖5.9-2邊梁斜截面抗剪承載能力檢算中斜截面受到的最大剪力值為952.5kN，邊斜截面受到的最大剪力值為1123.1kN，

21、均小于抗剪承載力的設(shè)計值，根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范，計算各截面抗剪承載能力，滿足要求。5.10中梁正截面抗裂檢算圖5.10-1中梁短期正截面抗裂檢算圖5.10-2中梁長期正截面抗裂檢算按照A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計，根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范條規(guī)定，A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，中梁在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下=1.855 MPa，但在荷載長期效應(yīng)組合下，短期正截面最大拉應(yīng)力為1.1 MPa，長期正截面未見拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。5.11邊梁正截面抗裂檢算圖5.11-1邊梁長期正截面抗裂檢算圖5.11-2邊梁短期正截面抗裂檢算按照A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計，根據(jù)公

22、路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范條規(guī)定，A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，邊梁在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下=1.855 MPa，但在荷載長期效應(yīng)組合下，短期正截面最大拉應(yīng)力為0.8 MPa，長期正截面未見拉應(yīng)力，結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。5.12斜截面抗裂檢算圖5.12-2中梁斜截面抗裂檢算圖5.12-2邊梁斜截面抗裂檢算計算得到中梁最大主拉應(yīng)力為1.1 MPa，邊梁最大主拉應(yīng)力為1.2 MPa。按照A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計，根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范條規(guī)定在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下構(gòu)件tP0.5ftk=1.325 MPa，結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。5.13使用階段受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力檢算

23、圖5.13-1中梁使用階段受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力檢算圖5.13-2邊梁使用階段受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力檢算計算得到中梁最大壓應(yīng)力為13.0MPa，邊梁最大壓應(yīng)力為11.8MPa。按照A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計，根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范條規(guī)定在作用（或荷載）短期效應(yīng)組合下構(gòu)件不大于0.5fck=16.2MPa，結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。5.14使用階段混凝土主壓應(yīng)力檢算圖5.14-1中梁使用階段混凝土主壓應(yīng)力檢算圖5.14-2邊梁使用階段混凝土主壓應(yīng)力檢算計算得到中梁使用階段混凝土最大主壓應(yīng)力為13.0MPa，邊梁使用階段混凝土最大主壓應(yīng)力為11.8MPa根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土

24、橋涵設(shè)計規(guī)范，使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋最大拉應(yīng)力不大于0.6fck=19.44MPa，結(jié)構(gòu)滿足規(guī)范要求。5.15使用階段預(yù)應(yīng)力束最大拉應(yīng)力檢算根據(jù)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范，使用階段預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件預(yù)應(yīng)力鋼筋最大拉應(yīng)力不大于0.65fPk。表5-1鋼束特征鋼束號鋼束根數(shù)鋼束束數(shù)張拉階段張拉控制應(yīng)力(MPa)鋼束曲線長度(m)左端引伸量(m)左端引伸量(m)合計引伸量(m)1421138034.60.120.120.242521138034.60.120.120.243521138034.60.120.120.244521138034.60.120.120.245

25、521136034.60.120.120.246421138034.60.120.120.247421138034.60.120.120.248421138034.60.120.120.249421138034.60.120.120.2410521136034.60.120.120.2411421138034.60.120.120.2412521138034.60.120.120.2413521138034.60.120.120.2414521138034.60.120.120.2415521136034.60.120.120.2416522140080.02850.02850.2391742

26、21400110.02850.02850.239184221400160.02850.02850.239195121400160.02850.02850.23920522140080.02850.02850.239214221400110.02850.02850.239222221400160.02850.02850.239235121400160.02850.02850.239表5-2鋼束組合最大應(yīng)力鋼束號沿程最大應(yīng)力（Mpa）容許應(yīng)力(Mpa)是否滿足1-1170-1210是2-1160-1210是3-1170-1210是4-1190-1210是5-1200-1210是6-1160-1210是7-1160-1210是8-1170-1210是9-1190-1210是10-1200-1210是11-1170-1210是12-1160-1210是13-1170-1210是14-1190-1210