【毕业设计论文】北京建筑工程学院土木工程系毕业设计

北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第1页共115页1第一部分方案比选1.1构思：（1）此处位于北京市郊区，根据当地经济发展状况及自然环境选择合适的桥型方案。（2）有利于本地区城市规划的发展。（3）满足交通的需要。（4）设计力求简洁、轻巧、坚固耐用。（5）方便施工，切实公不易对周围环境产生各种污染。1.2方案：总布局平面图总体布置图虻牛河沿河公路北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第2页共115页21.2.1装配式预应力混凝土简支T型梁桥（图1-1）图1-1方案1----立面图图1-2横截面----方案1中央隔离带北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第3页共115页3（1）标准跨径：28.84米（2）计算跨径：28米（3）主梁全长：28.64米（4）桥面净空：15.25×2米（5）设计荷载：城市——A（6）材料及工艺：水泥混凝土：主梁用C40混凝土，栏杆用C30，桥面铺装C30。钢筋：预应力钢筋：钢绞线。锚具：采用与预应力钢绞线配套的XM锚具。（7）设计依据：a《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004b《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》JTGD62-2004c《公路桥涵设计规范》1989d《公路桥涵施工技术规范》JTJ-041-2000e《城市桥梁设计荷载标准》CJJ-77-98f《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-85g《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89（8）梁间距：采用装配式施工，根据经济因素及现场的吊装能力，主梁间距一般在2.2米之间，整个横桥向共14片主梁，设计主梁宽均为1.8米。预制时，边梁宽1.5米，中梁宽1.2米，主粱之间留0.6米后浇段，以减轻吊装重量，同时能加强横向整体性。（9）主梁高：根据预应力混凝土T型梁的截面尺寸设计经验，梁高选取在L/15—L/25之间，本设计取1.5米。（10）横隔板间距7米（11）钻孔灌注桩直径1.2米，20号混凝土，（12）预算费用：22371720元。北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第4页共115页41.2.2200米下承式拱桥本设计结构为系杆拱桥，受力特点为：拱肋主要承受轴向压力，拱的推力体系由系杆承受，墩台不承受水平推力，所以无论跨径大小的系杆拱桥，都是结构内部为超静定，而外部为静定的受力体系。主拱圈分段完成，吊装构件较轻，便于安装，制作方便，以钢管代替钢筋混凝土拱圈中的钢筋，节约了钢筋工程的制作过程。钢管拱圈可以工厂制作，精度易控制，钢管混凝土系杆比混凝土系杆拱桥美观。方案2：200米跨径下承式拱桥图1-3拱桥立面图北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第5页共115页5图1-4拱桥跨中截面图1.2.3200米上承式拱桁架桥桥梁设计主跨径为200米，为预应力混凝土组合桁架拱桥，组合桁架的下弦杆为二次抛物线，矢跨比采用1/6。图1-5立面图中央隔离带北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第6页共115页6图1-6截面图1）桁架形式和桁拱节间2）主孔采用两片中距为10米的斜拉杆大节间桁架，主孔分十个节间，各节间长度主要考虑外形协调及施工方便。3）杆件截面形式两片桁架的上弦杆在预制时为小箱梁，悬拼就位后安装顶、底板组成大闭合箱梁，作为下弦杆受力面。4）横向联系为加强横向刚度及结构的整体性，在上下弦杆和腹杆横向间均没有横系梁，在双竖杆中间的断缝，并且增设了横向限位梁，以保证桥梁的横向整体性。北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第7页共115页71.2.4斜拉桥图1-7立面图桥面全宽35米，中央隔离带3米。斜拉索布置为扇形双索面，梁上索距8米，塔上索距1.9米。拉索昀小倾角19.5。每索为多根7mm镀锌高强度钢丝编制而成的聚乙烯热挤护层大节距扭较型钢丝束，计算单根昀大索力约8000KN，昀小索力约4500KN，每根索两端配冷铸锚具，拉索一端固定在索塔的钢锚箱上，另一端在主桥叠合梁钢箱内张拉并锚固索塔钢结构高约25米。北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第8页共115页81.3方案点评：我们从设计桥梁的原则上来评比这四种方案：安全性：这里的安全是指保证桥梁自身在施工过程中、使用年限内的安全；保证桥上、桥下的行人和车辆在施工和运营过程中的安全。前者是桥梁规划设计的重中之重，是后者的必要条件和保障。在制造、运输、安装和运营过程中应能满足强度、刚度、稳定性和耐久性的要求。很明显，方案一有绝对优势，首先，跨度小，简直梁可以从工厂预制，现有大型设备多，对于城市施工来说具有减少干涉交通及粉尘污染。其他桥梁工程浩大，工期长，技术难度大，维修养护困难，特别战时维修效率低，所以从安全上看，方案一可选。适用性：在城市桥梁中，注重考虑未来交通量的需要，否则，就会成为未来经济发展的障碍，方案一无疑又是昀佳选择，如果采用其他三种方案，在未来交通量大增长时，需要调整宽度，需要的工程很大，而且桥下净空要求较高，这些与方案一是无法比拟的。经济性：从造价上看，方案一昀少，方案一可以工厂预制，安装难度小，但是运费大，其他的方案也可以采用预制，再安装，但是运费，安装费也很大美观要求：简支梁桥就略显逊色，在好多地方，把拱桥、斜拉桥等看成当地景观之一，也是高科技发展水平之一。但是当地经济发展水平还比较低，还不具有造巨型桥的条件。综上所述，方案一是昀佳选择。北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第9页共115页9第二部分结构设计2.1设计资料（1）标准跨径：29.5米（2）计算跨径：28米（3）主梁预制长度：29米（4）桥面净空：15.25×2米（5）设计荷载：城市-A（6）锥形锚具（7）主梁高度：预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15——1/25之间，标准设计中高跨比月在1/18——1/19之间。本设计取1.5米。（8）主梁截面细部尺寸：T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应该考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。本设计翼板的厚度100mm，根部加厚到200mm，抵抗根部较大的弯矩。为使翼板与腹板连接和顺，在截面转角处设置圆角，以减小局部应力和便于脱模。为适应预应力筋布置的要求，T梁的下缘一般要扩大成马蹄形。从截面效率指标分析，马蹄形越是宽而矮越是经济；但马蹄形的形状要视预应力筋的数量和排列而定，同时还要考虑施工方便和力筋弯起的要求。马蹄形的尺寸大小要满足预加力阶段的强度要求。实践经验指出，为了防止在施工和运营中使马蹄形部分遭致纵向裂缝，除马蹄形面积不宜少于全截面的10%-20%外，还要注意马蹄形宽度约为肋宽的2-4倍，并注意马蹄部分的管道保护层不宜小于6厘米。马蹄全宽部分高度加1/2斜坡区高度约为0.15h-0.2h，斜坡宜陡于45度。同时也应该注意，马蹄形部分不宜过高，过大，否则会降低截面形心，减小偏距，并导致降低抵消自重的能力。（9）横截面沿跨长的变化：见图纸（10）横隔梁的设置：见图纸（11）材料及工艺：水泥混凝土：主梁用C40混凝土，栏杆用C30，桥面铺装C30。（12）锚具：采用与预应力钢绞线配套的XM锚具。北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第10页共115页10（13）设计依据：a《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004b《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范》JTGD62-2004c《公路桥涵设计规范》1989d《公路桥涵施工技术规范》JTJ-041-2000e《城市桥梁设计荷载标准》CJJ-77-98f《公路桥涵地基与基础设计规范》JTJ024-85g《公路工程抗震设计规范》JTJ004-89（14）桥梁设计概况：图2-1主梁截面尺寸图北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第11页共115页11图2-2横隔梁及马蹄形截面变化2.2桥梁截面几何性质计算中主梁各分块截面形心到中和轴的距离中主梁各分块截面形心到上缘的距离图2-3中主梁截面几何性质计算简图北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第12页共115页122.2.1中主梁跨中截面几何特性计算表表2-1分块面积分块面积形心至上缘距离mm分块面积对上缘静距分块面积自身惯性距I1分块面积对截面形心的惯性距I2I=I1+I211.200.E+055.000.E+016.000.E+061.000.E+084.026.E+105.026.E+1021.792.E+056.600.E+021.183.E+081.873.E+101.698.E+081.890.E+1031.120.E+051.360.E+031.520.E+087.317.E+085.980.E+106.053.E+1045.200.E+041.333.E+026.930.E+062.888.E+071.280.E+101.283.E+1051.440.E+041.180.E+031.699.E+071.152.E+074.368.E+094.380.E+094.776.E+053.002.E+081.469.E+11分块名称2mm3mm4mm4mm4mm∑2.2.2边主梁跨中截面几何特性计算表边主梁各分块截面形心到上缘的距离边主梁各分块截面形心到中和轴的距离图2-4边主梁截面几何性质计算简图北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第13页共115页13表2-2分块面积分块面积形心至上缘距离mm分块面积对上缘静距分块面积自身惯性距I1分块面积对截面形心的惯性距I2I=I1+I211.500.E+055.000.E+017.500.E+061.250E+084.455.E+104.468.E+1021.792.E+056.600.E+021.183.E+081.873E+107.571.E+081.961.E+1031.120.E+051.360.E+031.523.E+087.317E+086.555.E+106.644.E+1045.200.E+041.333.E+026.933.E+061.444E+071.108.E+101.110.E+1051.440.E+041.180.E+031.699.E+075.760E+064.929.E+094.951.E+095.076.E+053.020.E+081.468.E+11分块名称2mm3mm4mm4mm4mm∑2.2.3主梁内力计算根据梁跨结构纵、横截面的布置，并通过活载作用下的桥梁荷载横向分布系数，可分别求得各主梁控制截面（一般取跨中、四分点、变化点、支点）的恒载和昀大活载内力，然后再进行主梁内力组合。一、恒载集度1、预制梁自重（第一期恒载）a按跨中截面计，主梁的恒载集度：1g内边（）=0.5076×25.0=12.69KN/m1g外边（）=12.69KN/m1g中（）=0.4776×25.0=11.94KN/mb由于马蹄抬高所形成的四个横置的三棱柱重力折算成的恒载集度：2g（）=4×（7-1+0.15）×（0.67-0.28）×0.12×25/（2×29）=0.4962KN/mc由于梁端腹板加宽所增加的重力折算成的恒载集度：g（3）=2×（0.72-0.4776）×（1.5+0.15）×25/29=0.6059KN/m注：0.72-0.4776为梁端与跨中面积差北京建筑工程学院土木工程系毕业设计第14页共115页14d主梁的横隔梁体积：V外边、内边=5×（1.1+1.2）×（0.14+0.16）×0.7/4=0.60383mV中边=2×0.6038=1.20763mg外边、内边（4）=0.6038×25/29=0.5205KN/mg中（4）=1.2076×25/29=1.041KN/me第一期恒载主梁的恒载集度为：1g内边=12.69+0.4962+0.6059+0.5205=14.3126KN/m1g外边=12.69+0.4962+0.6059+0.5205=14.3126KN/m1g中=11.94+0.4962+0.6059+1.041=14.0831KN/m2、第二期恒载一侧防撞栏杆（由1号梁承担）：11.16KN/m桥面铺装（均摊给九根梁）：[0.07×15.25+（0.006+0.012）×15.25/2]×24.0=28.914KN/m每根梁承受3.2127KN/