混凝土拱桥毕业设计说明书.docx

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混凝土拱桥毕业设计说明书

本科毕业论文（设计）

论文（设计）题目：

黄家大坡大桥初步设计

学院：

土木工程学院

专业：

桥梁与隧道工程

班级：

土木103

学号：

1009050044

学生：

明

指导教师：

王学敏

2014年6月6日

大学本科毕业论文（设计）

诚信责任书

本人重声明：

本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。

毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：

日期：

Abstract........................................................................................................................IV

1.2.3设计依据规..............................................................................................1

1.3.5截面配筋设计...............................................................................................2

1.3.6绘图...............................................................................................................2

2.2桥跨布置与体系选择............................................................................................4

2.3上部尺寸拟定........................................................................................................7

2.4下部尺寸拟定.......................................................................................................11

2.5施工方法...............................................................................................................12

2.5方案比选及评价...................................................................................................12

第三章结构力计算....................................................................................................13

3.1建立坐标系...........................................................................................................13

3.2力计算...............................................................................................................22

3.2.1恒载力计算............................................................................................22

3.2.2活载力计算............................................................................................23

3.2.3荷载效应组合.............................................................................................26

3.3应力输出...............................................................................................................28

3.3.1各施工阶段关键截面应力..........................................................................28

3.3.2使用极限状态各工况关键截面应力..........................................................30

3.4位移输出...............................................................................................................31

3.4.1使用阶段关键节点竖向位移.....................................................................31

3.5支承反力...............................................................................................................31

3.5.1施工阶段支承反力....................................................................................31

3.5.2使用阶段支承反力.....................................................................................31

第四章主拱圈截面配筋设计............................................................................................33

第五章主拱验算...............................................................................................................35

5.1施工应力验算......................................................................................................35

5.2承载能力极限状态截面强度验算......................................................................41

5.3正常使用极限状态裂缝宽度验算......................................................................44

第六章工程数量统计.......................................................................................................47

第七章结论.......................................................................................................................48

参考文献.............................................................................................................................50

致.............................................................................................................................51

摘要

黄家大坡大桥为地区黔西县境重要的桥梁，桥址区域属丘陵地貌，地形起伏，地质条件良好。

根据基本设计资料，初步拟定了T型刚构桥、拱桥两个方案。

经综合比较，最终选择拱桥为设计方案。

该拱桥为上承式拱桥，全桥由一跨跨越山谷的拱桥及两端引桥组成，拱桥的净跨径为120m，矢跨比为1/5。

主拱圈截面采用箱形截面，拱上建筑为全空腹式，腹孔墩为钢筋混凝土柱式墩，腹孔上部结构采用标准跨径8.4m的预制空心板。

引桥上部采用标准跨径14m的预制T梁。

主拱采用悬链线作为拱轴线，根据桥博软件试算确定。

第二步就要进行结构计算，这其中最为关键的便是建模，最后的计算是否正确，在很大程度上取决于模型建得是否正确。

本设计利用“桥梁博士”软件计算，将建好的模型图导入软件，并将计算好的模型参数赋给模型结构单元。

添加约束后模型就宣告建立完成，进入计算阶段。

利用软件就可计算出结构各控制截面的力。

完成上述工作后，便要进行结构验算，对于拱桥最重要的就是要验算拱圈截面承载力与拱圈的裂缝宽度。

关键词：

钢筋混凝土拱桥；上承式；；结构计算；拱桥验算

Abstract

HuangJiaDaPobridgeasanimportantbridgeintheBijieareaofQianxiCounty,regionalbridgesitebelongstohillytopography,landform,geologicalconditionisgood.

Accordingtothebasicdesigndata,theinitialformulationofTrigidframebridge,archbridgetwoscheme.Throughcomprehensivecomparison,thefinalchoiceofarchbridgedesign.Thearchbridgeisadecktypearchbridge,archbridgeandendsupfullbridgebyaninterdisciplinaryapproachacrossthevalley,thenetspanarchbridgeis120m,risespanratiois1/5.Themainarchsectionoftheboxsection,constructiononthearchishollow,ventralholespierofreinforcedconcretepier,ventralholesofprecasthollowplateupperstructureusingstandardspan8.4m.PrecastTbeambridgetheupperpartadoptsthestandardspan14m.Themainarchusedcatenaryarchaxis,accordingtoBosoftwaretrialtodeterminethebridge.

Thesecondstepistocalculatestructure,whichisthemostcrucialmodeling,thefinalcalculationiscorrect,largelydependsonthemodelbuiltiscorrect.Thedesignandcalculationofthe"bridge"software,themodelofsoftwarebuiltintothemodelparametersandthecalculationofFu,giveagoodmodelunit.AddtheconstraintDeclarationonthemodelestablishedafterthecompletionofphaseintothecalculation.Thesoftwarecancalculatetheinternalforceofthecontrolsectionofthe.

Afterthecompletionofthework,hewillcheckforarchstructure,themostimportantthingistocrackwidthcalculationofbearingcapacityandarcharchsection.

Keywords:

reinforcedconcretearchbridge;decktype;structurecalculation;Archbridgechecking

第一章基本资料、技术标准及设计要求

1.1基本资料

黄家大坡大桥位于地区黔西县。

主桥为净跨120m上承式拱桥，桥位处的地形资料如图1.1所示。

图1.1高过河大桥桥位处地形资料

1.2技术标准

1.2.1主要技术指标

设计荷载：

公路—I级

桥面宽度：

0.5m（防撞栏杆）+10.25m（车行道）+0.5m（防撞栏杆）

桥面横坡：

2％

平面线型：

全桥位于直线段上

桥面铺装：

底层为厚度10cm厚C40混凝土防水层，面层为6cm厚沥青混凝土。

1.2.2材料及工艺

混凝土：

主拱圈采用C50，容重26kN/m3；立柱、盖梁、桥面板、防撞栏杆均采用C40，容重25kN/m3；承台及桩基采用C30，容重24kN/m3。

普通钢筋：

I、II级钢筋。

1.2.3设计依据规

《公路桥涵设计通用规》（JTGD60-2004）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》（JTGD62-2004）

《公路桥涵地基与基础设计规》（JTJ024-85）

1.3设计要求

1.3.1拟定桥式方案

拟定多个桥式方案，完成桥长确定、桥跨结构形式选择、分孔布置、墩台形式选择、施工方案及断面形式等的选择，并确定上、下部结构的基本尺寸。

分孔布置应考虑地形、地质、泄洪、通航或下穿公路的净空要求及经济合理性。

结构尺寸拟定应广泛搜集国外同类型桥梁的有关资料和设计经验，在统计分析其数据的基础上，结合本桥实际情况而定。

确定施工方法时首先应对各种方法的施工工艺、机具、周期、对场地环境的要求及难易程度有一个总体的了解，再针对本设计所采用的桥梁选用最合适的方法。

每个方案绘制一图纸，图上要标出桥梁总长、跨径、矢高、矢跨比、主梁高度、低水位、常水位、设计洪水位、通航水位、路线标高等。

方案比较图中应绘制立、平面图和横剖面图。

并有必要的附注说明和工程材料数量比较表。

1.3.2方案比选及评价

比选时应注意以下主要标准：

安全、功能、经济与美观，其中以安全与经济为重。

安全及功能方面要求设计的桥梁方案必须满足规的各项要求如荷载等级、净空要求、强度、刚度要求，并利于维修、养护等。

桥梁基础必须修建于可靠的地层之上。

在桥梁施工期间，也得保证每个施工阶段中的安全。

经济性在桥梁方案设计中始终占有重要的地位，经济性的指标主要有：

建筑材料的用量、施工周期的长短、施工方法及难度等。

1.3.3详细拟定推荐方案的结构尺寸

结构尺寸拟定特别应注重以下关系：

矢跨比，拱圈截面高度、宽度，桥宽、顶、底板与梁高的关系等数据。

1.3.4使用专业软件，完成上、下部结构力计算分析

对第一方案进行详细的结构力计算，根据计算结果估算普通钢筋。

1.3.5进行配筋设计

根据普通钢筋的估算结果，初步拟定钢筋布置，然后进行验算。

若验算结果不满足规要求，则对普通钢筋或结构尺寸进行调整，直到满足规要求为止，最终确定结构尺寸及普通钢筋布置。

1.3.6绘图

按设计任务书的要求绘制不少于5主要设计图纸（第一方案桥梁立面布置图、第二方案桥梁立面布置图、第一方案上部结构一般构造图、第一方案截面钢筋图、第一方案施工步骤示意图）。

设计绘图要求布局合理，线条清晰，比例正确，字体规，容完整。

全部图纸采用标准A3图纸打印。

1.3.7工程数量统计

1.3.8撰写毕业设计说明书

设计计算书要求清晰详细（应包括详细的计算过程、力学图式、依据和必要的说明等）、设计构思合理，数据齐备，图表整齐，并应严格按照《大学本科毕业论文（设计）工作指南》执行。

第二章桥式方案设计

2.1概述

当前，我国高速公路的建设正如火如荼地进行，国家“7918”路网规划的主干线就有8.5万公里，加上各省规划的连接线和城市快速路，总里程超过10万公里。

高速公路将成为我国经济建设的主动脉，其通畅、安全也将直接关系到国计民生。

高等级公路桥梁要求结构具备很高的品质，即较好的连续性能、较少的伸缩缝构造等，以提供高速、平稳、舒适的行车条件。

目前，对于小跨径的高速公路桥梁多采用竖向缝或纵向横缝划分的预制构件，通过标准横截面和系列跨径达到标准化设计的目的。

但在高等级公路桥梁中，多孔中等跨径（跨径在25~40m左右）的桥梁占有很大的比重，桥面连续的简支梁结构由于存在着桥面开裂的隐患和波浪式行车表面的缺点，因而不能适应高速行车的要求。

各国的学者和专家针对桥面连续简支梁结构的缺点，尝试多种方法试图解决，但是结果并不理想。

与相同跨度的简支梁相比，预应力混凝土连续体系梁桥由于具有变形小、刚度大、伸缩缝少、行车平稳舒适、抗震能力强等许多优点，因而常常成为高速公路桥梁建设中的首选方案。

然而这种桥型施工工艺复杂、设备（材料）投入大，在中等跨径桥梁的建造上中不占优势。

此外，近年来，随着世界各国技术、经济以及交通建设的发展，出现了大批长桥，如高架道路、跨越海湾和湖泊的桥梁等，有的桥梁总长达到数十公里。

这些桥梁一般对跨径并没有特殊的要求，而从经济性考虑则多选用中、小跨径桥，而一些大桥的引桥也常常采用中小跨径桥。

由于现浇连续梁的施工复杂繁琐、费工费时，人们一直希望将简支梁的批量预制生产和连续梁的优越性能结合起来，实现用梁或板批量预制生产的方式来加快连续梁的建设速度，同时省去繁琐的支模工序。

2.2桥跨布置与体系选择

桥梁设计的基本目标是使设计的桥梁具有其适用性、舒适与安全性、经济性、先进性，并能很好地与周围的景致相协调。

为实现这个目标，设计时需要开展深入细致的现场勘测和调查分析工作，取得可靠的地质资料、水文资料及其它相关资料作为设计依据。

对于每一种可能的桥位方案，尽可能设计出多种基本满足建桥条件的可行的桥式方案，然后通过初步的比较筛选，剔除一些能较为明显看出不足的方案，保留几个构思巧妙，各具优点，而一时难以取舍的方案，作为更进一步研究和比较的对象。

不同的桥式方案提供了不同的经济技术指标，其中包括：

主要工程材料及机具用量、劳动力数量、施工条件、工期长短、养护难易、运营条件等等。

为获得这些指标，在一般的情况下，可以先拟定每一方案的结构主要尺寸，拟定桥跨及墩台基础的施工方案，然后利用已掌握的资料分析推理，经过认真的评价比选工作，最后确定出一个经济技术多方面都比较理想的方案，对其桥跨、墩台基础等进行详细的结构设计。

一般说来，设计的经济性应首先考虑，但一个工程材料用量少，设备要求简单，造价低廉的方案并不一定是最佳方案，如果同时有其他技术要求或使用要求成为设计难以解决的问题时，就不得不放弃较为经济的方案，选取较为昂贵的方案，这是一个需要注意的问题。

桥跨布置与体系选择是桥梁结构纵断面设计的重要容之一，它直接影响结构的使用功能、安全、经济和美观。

这一步需要解决的问题包括：

确定桥梁孔径、分孔布置、确定桥下净空和桥梁标高以及合理选择结构形式等。

首先要确定桥梁孔径。

桥梁孔径必须保证桥下有足够的排洪面积，使河床不致受到过大的冲刷。

跨河桥的桥梁孔径一般根据水文计算确定，并应当满足《规》的相关规定。

根据以往建桥的经验，设计中应视河床的允许冲刷深度，适当缩短桥梁的总长度，以节约总投资。

确定了桥梁孔径以后，还需进一步进行分孔布置。

对于一座较大的桥梁，应当分成几孔，各孔的跨径应当多大，有几个河中桥墩，哪些是通航孔，这些问题要根据通航要求，地形和地质情况，水文情况以及技术经济和美观的条件来加以确定。

桥梁的分孔关系到桥梁的造价。

跨径和孔数不同时，上部结构和墩台的总造价是不同的。

跨径愈大，孔数愈少，上部结构的造价就愈大，而墩台的造价就愈小。

最经济的跨径就是要使上部结构和墩台的总造价最低，因此当桥墩较高或地质不良，基础工程较复杂而造价较高时，桥梁跨径就选得大一些；反之，当桥墩较矮或地基较好时，跨径就可选得小一些。

在实际工作中，可对不同的跨径布置进行粗略的方案比较，来选择最经济的跨径和孔数。

桥梁分孔是个非常复杂的问题，各种各样的条件和要求往往互相发生矛盾。

例如：

跨径在100m以下的公路桥梁，为了尽可能符合标准跨径，不得不放弃采用按经济要求确定的孔径；从备战要求出发，需要将全桥各孔的跨径做成一样，并且跨径不要太大，以便于抢修和互换；有时因工期很紧，为减少水下工程，需要减少桥墩而加大跨径。

跨径选择还与施工能力有关，有时选用较大的跨径虽然在技术上和经济上是合理的，但由于缺乏足够的施工技术能力和机械设备，也不得不放弃而改用较小跨径。

总之，对于大、中型桥梁来说，分孔问题是设计中最基本、最复杂的问题，必须进行深入全面的分析，才能定出比较完美的方案。

桥梁标高对于中小桥梁，一般由线路选线时规定，但对于桥下有通航的大跨度桥梁来说，往往由通航要求决定。

总的说来，梁底的标高要保证桥下排洪和通航的要求，梁面的标高既要考虑结构本身的高度，又要考虑两岸引桥经济路堤高度以及取土难易和规对线路纵向坡度的要求。

根据以上所述，结合本桥的实际情况和具体要求，选取两种结构形式如下。

2.2.1钢筋混凝土拱桥方案

本方案为悬链线箱形拱桥，主拱净跨径120m，净矢高24m,矢跨比1/5，桥全长224m。

点桩号为ZK116+640.800，终点桩号为ZK116+864.800，桥梁中心桩号为ZK116+731.800，跨越山谷。

孔跨分布为2x14m+15x8.4m+5x14m，桥面标高为396m。

桥面横坡：

2%；桥面纵坡：

4