【正文】 遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）朝陽(yáng)大凌河橋的上部設(shè)計(jì)方案畢業(yè)論文 0 前言隨著經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，橋梁建設(shè)得到了飛速發(fā)展，它已從最開始的方便人們過(guò)河、跨海之用，已廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合，它的用途不斷多樣化，它的形式也在最基本的三種受力體系上逐漸多樣化，不僅從功能上、規(guī)模上，還從美觀上、經(jīng)濟(jì)效益上，逐漸與時(shí)代發(fā)展相協(xié)調(diào)。所以橋梁建筑已不僅是交通線上的重要載體，也是一道美麗的風(fēng)景被人津津樂(lè)道。20世紀(jì)90年代,我國(guó)橋梁建設(shè)出現(xiàn)了一個(gè)全新的時(shí)期,突出體現(xiàn)在橋梁技術(shù)、橋型、跨越能力和施工 管理水平的升華,千里江面上的座座跨江大橋與現(xiàn)代化高等級(jí)的公路迂回交叉的立交橋,以及特大跨 度上深水基礎(chǔ)的海灣、海峽大橋等,使江河、海峽天塹變通途,逐步形成了我國(guó)的立體交通網(wǎng)絡(luò)。隨 著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、材料、機(jī)械、設(shè)備工業(yè)相應(yīng)發(fā)展,這為我國(guó)修建大跨徑斜拉橋和懸索橋提供了有力 保障,再加上廣大橋梁建設(shè)者的精心設(shè)計(jì)和施工,使我過(guò)建橋水平已躋身世界先進(jìn)行列。 但不可否認(rèn), 很多發(fā)達(dá)國(guó)家橋梁技術(shù)的發(fā)展比我們?cè)鐜资?了解那些發(fā)達(dá)國(guó)家橋梁發(fā)展的動(dòng)向和趨勢(shì),對(duì)于指導(dǎo) 我國(guó)目前橋梁發(fā)展有很重要的意義。一是跨徑不斷增大。二是橋型不斷豐富。三是結(jié)構(gòu)不斷輕型華。 我國(guó)幅員遼闊,經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平參差不齊,經(jīng)濟(jì)上總體水平不高,公路橋梁發(fā)展還是要著眼于量大、 面廣 的一般大、中橋,這類橋梁仍以預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)為主。預(yù)應(yīng)力混凝土箱形剛構(gòu)橋的興建，為橋梁建 設(shè)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)高強(qiáng)輕型化，跨度長(zhǎng)大化、施工機(jī)械化、裝配化等方面開辟了新的途徑。預(yù)加應(yīng)力的新 技術(shù)和懸臂施工的新工藝，使得這種橋型的結(jié)構(gòu)性能和施工特點(diǎn)達(dá)到高度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而能獲得 滿意的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。特別是對(duì)于跨越深水、深谷、大河、急流的大跨度橋梁，采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱形 剛構(gòu)橋，施工十分有利。本設(shè)計(jì)說(shuō)明書所編寫的是朝陽(yáng)大凌河橋的上部設(shè)計(jì)方案。通過(guò)詳細(xì)的勘察確定上部可變荷載，擬定橋梁尺寸，以確定相應(yīng)的內(nèi)力，配置以合適的預(yù)應(yīng)力鋼筋，使其提高橋梁的承載力，使達(dá)到橋梁的耐久性要求。在橋梁的使用期內(nèi)，完成橋梁的使命。 概述 設(shè)計(jì)資料橋孔布置為預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支橋梁，跨徑為30m，橋梁總長(zhǎng)為150m。設(shè)計(jì)車速為，整體式雙向四車道。路線等級(jí)：二級(jí)公路；荷載等級(jí)：公路Ⅱ級(jí)荷載，人群荷載：。橋面寬：2(行車道）＋22m（人行道）＋2（防撞墻）＝12m 工程地質(zhì)資料該地區(qū)土質(zhì)主要分5層：素黏土 礫石 亞黏土 粉砂 泥巖。地下水類型為第四季孔隙水，水位埋深4m左右，含水層主要巖性為礫石，厚3m左右。地震烈度為四度。 水文及氣候資料橋梁位于朝陽(yáng)市凌源市刀爾登鎮(zhèn)栢杖子村南側(cè)，地勢(shì)平坦，河流均為獨(dú)流水域，流量隨季節(jié)變化較大，地表水體為沙河支流，屬于季節(jié)性河流（勘察時(shí)無(wú)水），設(shè)計(jì)洪水頻率百年一遇。氣候?qū)俦睖貛Т箨懶詺夂?，冬寒夏熱，晝夜溫差大，年平均最低氣?4℃，歷史最高氣溫為38℃，年平均氣溫為7℃。年平均降水量為450mm550mm，無(wú)霜期為145160天。 設(shè)計(jì)依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D602004)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D622004） 朝陽(yáng)大凌河公路橋設(shè)計(jì)資料2 方案比選 方案比選的主要標(biāo)準(zhǔn)橋梁設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)遵循以下原則：安全性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、美觀性，其中以安全性與經(jīng)濟(jì)性最為重要。橋型的選擇應(yīng)符合因地制宜、就地取材和便于施工與養(yǎng)護(hù)的原則。 方案編制 梁式橋梁式橋是一種在豎向荷載作用下無(wú)水平反力的結(jié)構(gòu)，由于外力（恒載和活載）的作用方向與橋梁結(jié)構(gòu)的軸線接近垂直，因此與相同跨徑的其他結(jié)構(gòu)相比，橋梁內(nèi)產(chǎn)生的彎矩最大，因此需要用抗彎、抗拉能力強(qiáng)的材料來(lái)建造，適合標(biāo)準(zhǔn)跨徑的中等跨徑橋。這種橋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便，且對(duì)地基承載力要求也不高。（圖21）圖21 簡(jiǎn)支梁橋Fig 21 Simple beam Bridge 剛架橋橋跨結(jié)構(gòu)主梁與墩臺(tái)整體相連的橋梁稱為剛架橋。由于梁和柱兩者之間是剛性連接的，在豎向荷載作用下，將在主梁端部產(chǎn)生負(fù)彎矩，在柱腳處產(chǎn)生水平反力，梁部主要受彎，但其彎矩較同跨徑的簡(jiǎn)支梁小，梁內(nèi)有軸力作用，因此，剛架橋的受力狀態(tài)介于梁橋與拱橋之間，在豎向荷載的作用下，都會(huì)產(chǎn)生水平推力，為此，必須要有良好的地質(zhì)條件或較深的基礎(chǔ)，也可以用特殊的構(gòu)造措施來(lái)抵抗水平推力的作用。（圖22）圖22 剛架橋Fig 22 Rigid Frame Bridge 拱式橋拱橋主要承重結(jié)構(gòu)是主拱圈或拱肋，在豎向荷載作用下，橋墩和橋臺(tái)將承受水平推力。同時(shí)，墩臺(tái)向拱圈或拱肋提供水平反力，這將大大抵消拱圈或拱肋中的由荷載產(chǎn)生的彎矩。因此，與同跨徑的梁式橋相比，拱橋的彎矩、剪力和變形卻要小得多，拱圈或拱肋以受壓為主。拱式橋不僅跨越能力大，外形也比較美觀，在允許條件按下，修建拱橋往往是經(jīng)濟(jì)合理的。但而為了確保安全，下部結(jié)構(gòu)（特別是橋臺(tái)）和地基必須具備能承受很大水平推力的能力。（圖23）圖23 拱式橋Fig 23 Arch Bridge 方案比選對(duì)上述三種橋梁結(jié)構(gòu)形式的對(duì)比，經(jīng)過(guò)對(duì)橋位所在附近地質(zhì)的探測(cè)，包含其土壤的分層、物理力學(xué)性能、地下水等；調(diào)查和測(cè)量河流的水文情況（勘測(cè)時(shí)無(wú)水），包括河道性質(zhì)，歷年洪水資料等；當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)氣象資料：氣溫，雨量等。綜合上述資料以及查得該地區(qū)地基承載力不是很高，且當(dāng)?shù)厥a(chǎn)建筑材料（砂、石料等），水泥鋼材運(yùn)輸也方便。綜合而言，預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁橋具有造價(jià)經(jīng)濟(jì)，施工工藝簡(jiǎn)單更成熟，施工工序相對(duì)簡(jiǎn)單，工期短，且最主要的是橋墩對(duì)基礎(chǔ)承載能力要求不是很高，這樣對(duì)于當(dāng)?shù)爻休d力不高的基礎(chǔ)的要求就不大。故為使該橋做到結(jié)構(gòu)先進(jìn)可靠，施工方便，行車舒適，故推薦預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支梁橋方案。3 主梁的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)資料 技術(shù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)支梁跨徑：標(biāo)準(zhǔn)跨徑，計(jì)算跨徑；橋面凈寬：；荷載：公路Ⅱ級(jí)荷載；人群荷載：；安全等級(jí)為二級(jí)，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)；環(huán)境：嚴(yán)寒地區(qū)，Ⅱ類環(huán)境條件。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JDT D622004）》要求，按照A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)此梁。施工方法采用后張法施工；預(yù)制主梁時(shí)，預(yù)留孔道采用預(yù)埋金屬波紋管成型；鋼絞線采用TD雙作用千斤頂兩端同時(shí)張拉；主梁安裝就位后現(xiàn)澆20cm寬的濕接縫。%施工瀝青橋面鋪裝層。 材料1)預(yù)應(yīng)力鋼筋：采用ASTM A41697a標(biāo)準(zhǔn)的低松弛鋼絞線（標(biāo)準(zhǔn)型），抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，公稱截面積，彈性模量，錨具采用夾片式群錨。2)非預(yù)應(yīng)力鋼筋：HRB400級(jí)鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；HRB335級(jí)鋼筋，抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。3)混凝土：主梁采用C50，軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值；軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 主梁截面尺寸擬定 橫截面布置圖31 主梁跨中預(yù)制階段截面尺寸Fig 31 Prestage of the main beam under section size圖32 主梁跨中使用階段截面尺寸圖Fig 32 Girder crosssection size used in phase diagram梁高：140cm；梁肋寬度：25cm；箱梁腹板（直腹式），取厚度：25cm；主梁間距：240cm；翼板寬度；220cm（20cm為濕接縫寬度）；翼板厚度：翼板端部10cm，翼板與腹板連接處20cm。根據(jù)“公路橋規(guī)”條文說(shuō)明，由于箱型梁的頂板直接承受活載，為了改善其受力狀態(tài)，頂板與腹板相交處設(shè)置承托。另外，設(shè)置承托也可以增加箱型截面的抗扭能力，故采用1:1形式，取高度：6cm；底板寬度：腹板間距a和懸臂長(zhǎng)b應(yīng)滿足，取a=130cm，b=45cm，則；腹板厚度：為滿足抗剪及施工要求，取25cm。橋面鋪裝：面層 瀝青混凝土10cm，容重， 三角墊層 防水混凝土15cm，容重。 縱斷面的布置橫截面沿跨長(zhǎng)的變化，靠近支點(diǎn)時(shí)為適應(yīng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的彎起布置，從跨截面截面，腹板和底板開始加厚。圖33 主梁端截面尺寸圖Fig 33 The main beam end section size chart 毛截面幾何特性（以中主梁使用階段計(jì)算為例）1) 面積 A1=1510＝150cm2，A2=22010＝2200cm2，A3=4510=225cm2 A4=25120＝3000cm2，A5=2580=2000cm2，A6=1010＝50cm2 A=2A1+A2+2A3+2A4+A5+4A6=11150cm2圖34 中主梁使用階段分割塊Fig 34 Stage in the main beam using the split block2)分塊截面形心至上邊緣距離y1=5cm，y2=5cm，y3=10＋10＝，y4=10＋120＝70cmy5=130－10＝125cm，y6s=10＋10＝，y6d=130－25－10＝3)分塊面積對(duì)上緣凈距： S1=1505＝750cm3，S2=22005＝11000cm3，S3=225= S4=300070=210000cm3， S5=2000125=250000cm3 S6S=50=665cm3，S6d=50 =5085cm3 S=2S1+S2+2S3+2S4+S5+2（S6S+S6d）=699985cm34)分塊面積的自身慣性矩u==則u－y1=，u－y2=，u－y3=，u－y4=－ uy5=－，uy6s=，uy6d=－所以有Ix1=150＝，I2x=2200＝Ix3=225＝，Ix4=3000(－)2=Ix5=2000(－)2=，Ix6s=50()2=Ix6d=50(－)2=xi=2Ix1+I2x+2Ix3+2Ix4+Ix5+2（Ix6s+Ix6d）=5) 自身慣性矩 I1=10103=， I2=220103=183333cm4 I3=45103=1250cm4， I4=251203=3600000cm4 I5=70253=，I6=10103= i=2I1+I2+2I3+2I4+I5+4I6= Im=xi+ i= 檢驗(yàn)截面效率指標(biāo)（以使用階段中主梁為例）：上核心距： (31)==下核心距： (32)==截面效率指標(biāo)： (33)根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)：一般截面效率指標(biāo)取,且較大者宜較經(jīng)濟(jì)，上述計(jì)算表明，初擬主梁跨中截面是合理的。4 恒載內(nèi)力計(jì)算主梁內(nèi)力由兩大部分組成，各片主梁靠行車道板連成空間整體結(jié)構(gòu)，當(dāng)橋上作用荷載（橋面板上兩個(gè)車軸，前軸軸重為，后軸軸重為），各片主梁共同參與工作，形成各片主梁之間的內(nèi)力分布。計(jì)算活載：考慮各片梁的分布，汽車荷載所引起的各片梁的內(nèi)力大小與梁的橫斷面形式、荷載作用位置有關(guān)。計(jì)算恒載：主梁自重。橋面鋪裝、人行道、欄桿總重除以梁片數(shù)，得到每片梁承擔(dān)的重量。 荷載的橫向分布系數(shù) 支點(diǎn)截面：杠桿法 圖41 支點(diǎn)截面杠桿法1號(hào)梁計(jì)算圖示Fig 41 Fulcrum Lever1 beam crosssection calculation icon1號(hào)梁： = = m0r= = m0q= = 　 圖42 支點(diǎn)截面杠桿法2號(hào)梁計(jì)算圖示Fig 42 Fulcrum Lever 2beam crosssection calculation icon2號(hào)梁： = = = = m0r= =0（人群荷載對(duì)二號(hào)梁引起負(fù)反力，故為有利荷載） m0q= ()= 圖43 支點(diǎn)截面杠桿法3號(hào)梁計(jì)算圖示Fig 413Fulcrum Lever 3 beam crosssection calculation icon3號(hào)梁： = = = = = m0r= =0（人群荷載和對(duì)二號(hào)梁引起負(fù)反力，故為有利荷載） m0q= ()= 跨中截面：采用剛性橫隔梁法由于此橋的寬跨比，故采用剛性橫隔梁法。截面面積（不考慮鋼筋的影響）：A=11150cm2截面對(duì)形心軸的抗彎慣矩： Im =ai2=(2)2+()2+0+()2+(2)2= （1）主梁的抗扭慣矩和抗彎慣矩。a. 截面的抗扭慣矩：利用CAD查詢可得IT=b. 截面的抗彎慣矩：利用CAD查詢可得I=27245396cm4 （2）計(jì)算主梁的抗扭修正系數(shù) β。 由表82可知，n=5時(shí)，ζ=，并取G=，B=12m 由公式（832）得： β= =（3） 計(jì)算汽車荷載橫向分布系數(shù)（由公式831）