预应力混凝土简支空心板桥毕业论文

　1 装配式预应力混凝土简支空心板桥 毕业设计任务书 第一章 概述 发展交通事业，实现四通八达的现代化交通，对发展国民经济，巩固国防具有非常重要的作用。在公路、铁路、城市和农村道路交通以及水利等建设中，为了跨越各种障碍（如河流、沟谷或其他线路）必建各种类型的桥梁与涵洞，因此，桥涵又成为陆路交通中的重要组成部分。在经济上，桥梁和涵洞的造价一般说来平均占公路总造价的10%-20%，特别是在现代高等级公路以及城市高架道路的修建中，桥梁不仅在工程规模上十分巨大，而且也往往是保证全线早日通车的关键。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需要高度快速、机动的现代战争中具有非常重要的地位。考虑到沙河两岸具有许多工厂、商业区、大量高层建筑房屋，政府有关部门计划在沙河之上建一座桥梁，以方便两岸人民、发展两岸经济，并命名为“利民桥”。

　第二章

　方案比较

　为了获得适用、经济和美观的桥梁设计，有关部门进行了深入细致的调查和研究，并结合有关方面的要求综合考虑，满足使用、经济、结构尺寸、构造、施工、美观上的要求，做出几种方案，最后通过技术、经济等方面的综合比较获得最优设计。

　方案一：预应力混凝土连续梁桥（8×8m）

　方案二：预应力混凝土简支板桥（16×4m）

　方案三：钢筋混凝土双曲拱桥（32×2m）

　表 2-1

　方案比较表 序 号

　方案类 比

　 别 较项目 第一方案 第二方案 第三方案 预应力混凝土连续梁（8×8m）

　预应力混凝土简支板桥（16×4m）

　钢筋混凝土双曲拱桥（32×2m）

　1 桥高（m）

　3 3 3 2 桥长（m）

　64 64 64 3 最大纵坡（%）

　1.5 2.0 2.0 4 工艺技 术要求 技术先进，工艺要求严格，所需设备较少，占用施工场地少。

　技术较先进，工艺要求严格，施工方便，制造工艺简单。

　已有成熟的工艺技术经验，需用大量的吊装设备，占用施工场地大，需用劳力多。

　2 5 使用效果 属于超静定结构，受力较好，主桥桥面连续，无伸缩缝，行车条件好，养护也容易。

　属于静定结构，受力不如超静定结构好，但其结构质量安全可靠，耐劳性好，计算简便。

　拱的承载潜力大。伸缩缝多，养护较麻烦。纵坡较大，东岸广场及引道填土太高，土方量大，土方来源困难。

　6 造价及用材 钢材用量大，造价也大。

　钢材用量小，造价低。

　造价最低，耗用钢材少，但木材、水泥多。

　 通过以上三种方案比较，从使用效果、造价、材料等诸多方面看，第二方案优点最多。第一方案由于“利民桥”属于城市桥梁且桥跨较小，造价较高不宜采用；第三方案由于在城市施工，施工场地不宜占大且土方来源困难，不宜采用。所以第二方案最为合理。

　第三章

　初步设计 第一节 原始资料 一、水文数据资料 设计洪水为频率为 2%，设计流量为：

　, / 9623s m Q s  设计流速为 s m V / 1 . 40 ， I L =0.8，e=0.8，波浪高度取 0.5 m 。

　二、气象资料：

　当地最热日月平均气温 23.5 Co，最冷日月平均气温-6.1 Co，极端最高温 38 Co，极端最低温度-25.0 Co，地面冻土深 0.8 m ，设计风速 s m v / 17  。

　三、地质资料 据工程地质勘察报告（钻探深度为 20 m ），桥位河床下的地质条件如下表：

　表 3-1

　河床下地质资料报告表 土名 土特征参数 充填土  3 3 "0/ 1 . 19 , / 87 . 9 , 3 . 25 , 5 . 1 , 70 , 20 m kN m kN v m kPa kPaset i         层厚

　淤泥质 粘土      5 . 23 , / 90 . 9 , / 5 . 16 5 . 310 2 . 1 70 12 , 4 . 03 "30 2 1      seti iv m kN m kN mkPa e kPa kPa MPa a   ， 层厚打入桩 ， ， ， 灌注桩 粉质粘土   m kPa ekPa kPa m kNm kN m kN kPa c Ii i soL5 150 73 . 065 70 / 9 . 26/ 7 . 18 , / 91 . 9 , 22 , 13 %, 4 . 20 , 3 . 0033 3 "，层厚 ，（灌注桩）

　（打入桩）， ，，             

　3 粘 土   m kPa ekPa kPa m kNm kN m kN kPa c Ii i soL5 . 1 120 8 . 040 37 / 1 . 27/ 0 . 19 , / 73 . 9 , 20 , 10 % 2 . 25 , 8 . 0033 3 "，层厚 ，（灌注桩）

　（打入桩）， ，， ，             

　中 砂

　  m kPa kPakPa m kN m kN Dii sor5 . 1 2600 5065 / 9 . 26 / 8 . 19 , 36 % 9 . 19 , 5 . 003 3，层厚 （灌注桩）， （打入桩），， ， ，            砾 砂   （该层未钻透）

　，层厚 （灌注桩）， （打入桩），， ， ，m kPa kPakPa m kN m kN Dii sor6 560 100100 / 7 . 26 / 8 . 17 , 42 % 1 . 26 , 8 . 003 3            河流两岸除河床标高下与河中心相同外，岸边河中心标高以上为松散砂土，地基容许承载力   kPa 700  ，空隙比 e=0.95，夹有淤泥质粘土，层厚为 1 m 。

　四、设计荷载 公路-II 级

　人群荷载：3.02/m kN

　桥面宽度：净-7＋2×1.0 m

　道路等级：II 级

　本河道不通航 抗震设防烈度为 7 度 第二节 水文计算 一、过水面积计算

　设计水位拟订为 983.33 m ,水面宽度 69.606 m

　过水面积：A 1 =0.333×0.12×21=0.02 2m A 2 =4.9×（0.12＋3.16）×21=8.036 2m

　A 3 =27.3×（3.16+3.91）×21=96.506 2m

　 A 4 =3.4×（3.91+4.44）×21=14.195 2m

　 A 5 =15.3×（4.44+4.08）×21=65.1782m

　A 6 =12.9×（4.08+2.76）×21=44.1182m

　A 7 =2.76×5.496×21=7.584 2m

　 A qx =A 1 ＋A 2 ＋A 3 ＋A 4 ＋A 5 ＋A 6 ＋A 7 =235.637 2m

　4 设计过水面积：

　W=q s /v 0 =962/4.1=234.6342m

　A qx －W=235.637－234.634=1.0032m

　取标准跨径 l =16 m

　分为 4 跨，桥长 64 m ，桥墩宽取 1.2 m 。

　l j =15.1 m ； p=1.2 m ； Q p =962 m3 /s； Lj =60.4 m

　  =d/l 0 =1.2/64=0.01875，

　 =1－1 . 151 . 4 375 . 0 =0.8982；

　A q =    31     pQ p=  1 . 4 01875 . 0 1 2 . 1 8982 . 0962   =221.8492m

　A J =A Q ×（1-  ）=217.6892m

　二、桥面标高 非通航河流：

　H mm =H P ＋h h jh0     h j

　查《桥涵水文》表 12-4 h j =0.5 m

　桥面铺装采用防水混凝土铺装，上面层为 3 ㎝厚的细粒式沥青混凝土与 5 ㎝厚的中粒式沥青混凝土，下面层为 10 cm 厚的 C40 防水混凝土。

　波浪高度 h l =0.5 m

　  h 2/3×0.5=0.33 m

　H P =983.33 m

　

　H mm =983.33+0.33+0.5+0.88=984.95 m

　三、桥梁墩台的冲刷计算 （一）一般冲刷深度计算 河槽为粘土质河槽 I l =0.3； e=0.95； h max =4.44 m ； L j =60.4 m ；

　h =A c /L c =235.637/64=3.682

　单宽流量集中系数：

　 =1.3；

　桥孔侧收缩系数：

　 =0.8982；

　5 河槽部分一般冲刷深度：h p =8535max133 . 0IQljcphhL =85353 . 0133 . 0682 . 344 . 44 . 60 8982 . 0962 3 . 1

　 =8.14 m

　（二）最大冲刷深度计算：

　桥墩计算宽度 B=1.2 m ； 桥型系数K =0.99； 冲止流速：

　 =2 =0.2215 . 11e I l32ph =0.22 3215 . 114 . 895 . 0 3 . 01=1.185； 5 . 2 78 . 62 . 114 . 80  Bh p；     25 . 1 6 . 0083 . 0l bI B K h = 185 . 1 3 . 0 2 . 1 99 . 0 83 . 025 . 1 6 . 0   

　 =0.24 m ； 最大冲刷深度：

　m h h hb p s38 . 8 24 . 0 14 . 8     

　第三节 桥面总体布置 一、桥面总体布置：

　预制板标准跨径：

　m l b 00 . 16  ；计算跨径：

　m l 60 . 15  ；板长：15.96 m ； 桥面净空：净 7+2×1.0 m ；

　设计荷载：公路—II 级 ；人群荷载：3.0kN/2m 。

　常水位983.33 图 3-1

　桥梁立面示意图 二、构造型式及尺寸选定

　6 桥面净空为：7+2×1.0 m ； 全桥宽采用九块预制预应力空心板，每块空心板宽 99 cm 。空心板全长 15.96 m ，每块板内主筋采用钢铰线 1×3 束  12.9 cm2 。

　图 3-2

　空心板截面构造及尺寸（尺寸单位 cm ）

　（一）毛截面面积                5 7215 . 2 7 5 . 2 72122194 18 38 2 70 992hA

　 =6930-1368-2268.2299-87.5 =3206.3 cm2

　（二）毛截面对中心的惯矩 每个挖空的半圆面积为：

　21  A R2 =1 . 567 19212   cm2 ； 重心：y= 6 . 80319 434 Rmm ； 半圆对其自重重心的轴 O-O 的惯矩为：

　14304 38 00686 . 0 00686 . 04 4     d I cm4 ； 全截面对 1/2 板搞出的静矩：

　S 1/2 板高 =              3728 7 5 . 2212728 7 5 . 2 21 7327 5212

　 =2538.1 cm2 ； 毛截面重心离 1/2 板高处的距离为：cmASdhh79 . 03 . 32061 . 25382 / 1  板高（向下移）； 铰缝重心对 1/2 板高处的距离为：

　cm d 295 . 871 . 2538 铰； 由此得空心板毛截面对重心轴的惯矩 I h ：

　            1 . 567 2 14304 4 79 . 0 18 381218 382 79 . 0 70 991270 992223hI

　7

　=2829750+4325.013-37789.7688-57216-661619.0107-77651.35875

　=1999.8×103 cm 4

　第四章 作用效应计算 第一节 永久作用效应计算 一、空心板自重：

　m kN A gh/ 02 . 8 25 10 3 . 320641      。

　二、人行道板及栏杆重力计算 人行道板及栏杆重力，参照其他梁桥设计资料，单侧重力取 12.0 m kN/ ，桥面铺装采用等厚度 8 cm 沥青混凝土。

　则全桥宽铺装每延米总重：0.08×7×23=12.88 m kN/ ； 10cm 厚的 C40 防水混凝土重：0.1×7×25=17.5 m kN/

　m kN g / 34 . 495 . 17 88 . 12 2 122   。

　三、铰缝重力   m kN g / 378 . 0 24 10 70 1 5 . 8743     。

　由此得空心板的每延米的恒载：

　m kN g g g / 718 . 43 2  

　四、恒载内力计算 表 4-1

　恒载内力计算组合

　 项目 荷 载种类 g （kN/m）

　l （m）

　M（kN·m）

　Q(kN) 跨中 281gl

　232341gl 跨

　gl21支点

　gl4141跨

　一期恒载 8.02 15.60 243.968 182.976 62.556 31.278 二期恒载 4.718 15.60 143.521 107.641 36.800 18.400 恒载合计 12.738 15.60 387.489 290.617 99.356 49.678 第二节 基本可变作用效应计算 一、 基本可变作用横向分布系数

　8 空心板的可变作用横向分布系数跨中和 4 / l 处按铰接板法计算，支点处按杠杆原理法计算，支点到 4 / l 之间按直线内插求得。

　（一）

　跨中及 4 / l 处的可变作用横向分布系数计算 空心板的刚度系数：2 228 . 54 lbIIlbGIEIT T ；

　I=I h =1999.8×103 cm 4 ；

　 b=100 cm；

　l =15.6×102 cm； I T ——空心板截面的抗扭刚度（空心板截面构造简化如下图 4-1）

　      78 99 287 70 27 70 8 99 42 242 22 12 2     tbthh bI T

　=4 310 47 . 315026 73 . 15131469156cm   则233156010010 47 . 315010 8 . 19998 . 5   

　=0.01513

　 图 4-1 汽车及人群荷载横向最不利加载如下图：

　9 图 4-2

　横向分布影响线及横向最不利加载图 表 4-2

　各板可变作用横向分布影响线坐标表 板号 

　单位荷载作用位置（i 号板中心）

　1 2 3 4 5 6 7 8 9

　1

　0.01 185 162 136 115 98 86 77 72 69 0.02 236 194 147 113 88 70 57 49 46 0.1513 211 177 142 114 93 78 67 61 58

　2 0.01 162 158 141 119 102 90 81 75 72 0.02 194 189 160 122 95 75 62 53 49 0.1513 178 174 151 121 99 83 72 64 61

　3 0.01 136 141 142 129 111 97 87 81 77 0.02 147 160 164 141 110 87 72 62 57 0.1513 142 151 153 135 111 92 80 72 67

　4 0.01 115 119 129 133 123 108 97 90 86 0.02 113 122 141 152 134 106 87 75 70 0.1513 114 121 135 143 129 107 92 83 78

　5 0.01 98 102 111 123 131 123 111 102 98 0.02 88 95 110 134 148 134 110 95 88 0.1513 93 99 111 129 140 129 111 99 93 1 号板：

　  2255 . 0 068 . 0 092 . 0 120 . 0 171 . 02121      汽 汽 im 

　  269 . 0 058 . 0 211 . 0     人 人 im 

　2 号板：

　  2355 . 0 0073 . 097 . 0 127 . 0 174 . 021    汽m

　  239 . 0 061 . 0 178 . 0   人m

　3 号板：

　  24 . 0 081 . 0 109 . 0 139 . 0 151 . 021    汽m

　人m （0.142+0.067）=0.209 4 号板：

　  2415 . 0 094 . 0 127 . 0 141 . 0 121 . 021    岂m

　  192 . 0 078 . 0 114 . 0   人m

　5 号板：

　  238 . 0 113 . 0 139 . 0 125 . 0 099 . 021    汽m

　  186 . 0 093 . 0 093 . 0   人m

　表 4-3

　各板可变作用横向分布系数汇总表

　 板号 横向分布系数 1 2 3 4 5

　10 m 汽 0.2255 0.2355 0.2400 0.2415 0.2380 m 人 0.2960 0.2390 0.2090 0.1920 0.1860

　由此可见，分两行行车时 4 号板最不利  跨中与 l /4 处的荷载分布系数：

　，汽2415 . 0  m

　1920 . 0 rm

　2 支点处的可变作用横向分布系数计算（杠杆原理法）

　2 号板：

　5 . 0 0 . 121  汽m ，

　0 . 2 人m ；

　3 号板：

　5 . 0 0 . 121  汽m ，

　0 人m ； 4 号板：

　5 . 0 0 . 121  汽m ，

　0 人m ； 5 号板：

　5 . 0 0 . 121  汽m ，

　0 人m

　图 4-3

　2 号板受力图示 3 支点到 4 / l 处的可变作用横向分布系数（内插法）

　 表 4-4

　空心板的可变作用横向分布系数 荷载种类

　荷载位置 跨中及 4 / l 处 支点 汽车荷载 0.2415 0.5 人群荷载 0.1920 0 二、活载内力计算 （一）均布荷载和内力影响线面积计算 表 4-5

　均布荷载和内力影响线面积计算

　 类型 截面 公路—II 级均布荷载（kN/m）

　人群 （kN/m）

　影响线面积 （㎡或 m）

　影响线 图式 2 / 1M

　10.5×0.75= 7.875 30×0.75= 2.25 42 . 30 8 /2   l

　 l/4 2 / 1Q

　 7.785

　2.25

　95 . 1 8 /  l

　1/2

　1/2 4 / 1M

　 7.785

　2.25 32l /32=22.815

　3l/16 4 / 1Q

　 7.785

　2.25 3875 . 4434321   l

　3/4

　l/4

　11 OQ

　 7.785

　2.25 8 . 7 1 6 . 1521  

　1

　（二）公路 II 级中集中荷载 P k 计算 计算弯矩效应时 P k   kN 3 . 180 5 6 . 155 50180 360180 7...