上部结构设计

-8-上部结构设计摘要本设计为西安至铜川公路K6+042处的三河中桥，交叉角度为90°，设计荷载为公路II级。拟建5-16m装配式后张法预应力混凝土简支板桥，桥面连续。桥梁计算跨径为15.3m，桥面宽度7.25m，设计两个车道，设计安全等II级，环境类别II类。下部结构采用肋形埋置式桥台，桩柱式桥墩，直径1.0m的圆形截面墩柱及1.2m的圆形截面钻孔灌注桩。设计主要内容为桥梁上部结构和下部结构的计算以及设计图纸的绘制。上部结构的设计包括横断面布置，汽车荷载横向分布系数、冲击系数的计算，作用效用组合，持久状态承载能力极限状态计算，持久状态正常使用极限状态计算，持久状态和短暂状态构件应力计算，桥面板配筋计算。下部结构设计包括盖梁承载力验算及裂缝验算与抗剪验算、墩柱承载力验算及裂缝宽度盐酸、桩基承载力验算及裂缝宽度验算，墩柱与桩基的水平位移。设计图主要是构件的配筋图和详图。根据验算结果得出结论：设计的桥梁结构是安全、经济、合理的，并满足现行规范的要求。关键词：简支板桥，后张法，肋形埋置式桥台AbstractThedesignofSanHemediumbridgeislocatedinK6+042ofthesecondaryroadswhichisfromXiAntoTongChuansimply-supportedslabbridgeisaprestressedconcretebridge,whichis5-16metersinspan,atthecrossangleof90degreesandthebridgeofsecuritylevelisgradeII.Thecalculationofspan(theorthogonal,thesimplysupported)is15.3m.Theprecastbeamlengthis15.96m,TheloadofdesignedisHightwaygradeⅡ，thewidthofDeckis7.25m,settinguptwoLanes,，theenvironmentalconditionisgradeII.Thesubstructureusestheribformfortypeabutmentburiedandcircularsectionpierswithadiameterof1.0andcircularsectionboredpouringpilefoundationwithadiameterof1.2m.ThemaincontentofdesignistheconsiderationofBridgesuperstructureandsubstructure,andthedesigndrawingsofdrawing.Thedesignofsuperstructureconsistsofcross-sectionlayout,thetransversedistributionfactorsofmovingVehicles、theCalculationofimpactfactor,thecombinationoffunctionandutility,theCalculationofpersistentstateofultimatelimitstate,theCalculationofpersistentstateoflimitstate，thecalculationofstresscomponentofpersistentstateandtransientstate，thecalculationofbridge’sdeckreinforcement.Thestructuredesignincludingcovercheckingandcalculatingbearingcapacityofbeamscracksandshearcheckingandcalculatingthepierandbearingcapacityofcrackwidth,pilefoundationbearingcapacityandhydrochloricacidcheckingcheckingthecrackwidth,piercolumnandhorizontaldisplacementof-9-pilefoundation.Accordingtothecalculationresults,thebridgedesignedinthisgraduationprojectwassafe,economicalandreasonable,anditisqualifiedforthepresentbridgedesignspecifications.Keywords:simply-supportedslabbridge,post-tensioningmethod,Ribformfortypeabutmentburied第一章设计资料及主要技术指标1.1工程概况1.1.1工程概况路线在K6+024，为正交桥。上部结构为5-16m预制空心板，先简支后连续，桥梁总宽为7.25m，两侧为防撞护栏，桥面净宽为6.25m，下部结构桥台由于填土较高，采用埋置式肋型台，桩基础，桥墩采用柱式墩，桩基础。1.1.2地形地貌、地质及建设条件本桥位处土层依次为粉质粘土、卵石层、粉质粘土，地质条件复杂，所以将基础设计成桩基础。1.2技术指标（1）本桥的结构体系为简支结构体系，预制空心板采用部分预应力A类构件设计；桥面现浇层参与结构受力，荷载横向分布系数按杠杆原理法和铰接板法计算。（2）设计计算采用平面杆系结构计算软件计算，桥面现浇层参与结构受力，荷载横向分配系数按铰接板法计算。主要技术指标表1-1公路等级汽车荷载等级行车道数桥面净宽（m）斜度（°）横向桥板块数板宽（m）预制板长（m）预制板高（m）预制板最大吊装静载（kN）设计安全等级环境类别二级公路公路Ⅱ级269051.2515.960.8边板289；中板227二级Ⅱ级1.2.1主要设计依据1．《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）2．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）-10-3．《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63—2007）4．《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）5．《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）6．《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）7．《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）8．《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）1.3主要材料1.3.1混凝土混凝土标号的选用如表2-1所示。混凝土标号选用汇总表1-2序号结构部位混凝土标号要求1预制空心板、封锚端、铰缝和桥面现浇层C50混凝土2封端C40混凝土3桥面铺装层沥青混凝土4台帽、背墙、防撞护栏C30混凝土5支座垫石C40小石子混凝土6桩基础C25混凝土C25混凝土：轴心抗压强度设计值11.5ckMPaf，轴心抗拉强度设计值1.23ctMPaf，弹性模量42.810cMPaE。C30混凝土：轴心抗压强度设计值13.8ckMPaf，轴心抗拉强度设计值1.39ctMPaf，弹性模量Ec=3.0x104MPa。C40混凝土：轴心抗压强度设计值18.4ckMPaf，轴心抗拉强度设计值1.65ctMPaf，弹性模量43.2510cMPaE。。-11-C50混凝土：轴心抗压强度设计值22.4ckMPaf，轴心抗拉强度设计值1.83ctMPaf，弹性模量43.4510cMPaE。有条件时，铰缝混凝土可选择抗裂、抗剪、韧性好的钢纤维混凝土。混凝土中不得掺和粉煤灰。1.3.2普通钢筋设计采用HRB335、R235钢筋，R235钢筋其质量应符合GB1499.1-2008的规定，HRB335钢筋其质量应符合GB1499.2-2007要求。直径≥20mm的钢筋采用直螺纹I级连接，连接区段内的接头率不大于50%，并满足规范（JGJ107—2003/J257—2003及DB50/5027-2004）要求。R235钢筋：抗拉设计强度195sdMPaf，标准强度235skMPaf，弹性模量52.110EMPa。HRB335钢筋：抗拉设计强度280sdMPaf，标准强度335skMPaf，弹性模量52.010EMPa。1.3.3.预应力钢筋及锚具主要参数采用抗拉强度标准值1860pkMPaf，公称直径15.2dmm的低松弛高强度钢绞线，其力学性能指标应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224—2003）的规定。预应力钢筋及其锚具主要参数表1-3材料项目参数混凝土特性参数桥梁所处地区相对湿度0.60控制张拉应力1395MPa弹性模量Ep1.95×105MPa公称面积A139mm2低松弛钢绞线松弛率ρ0.035-12-松弛系数ξ0.3钢束管道摩阻系数μ0.25钢束管道偏差系数k0.0015锚具及波纹管单端锚具变形及回缩值Δl0.006m1.3.4圬工肋形埋置式桥台采用C30混凝土。锥坡、护坡采用M7.5浆砌片石。1.3.5其他材料（1）钢板：采用《碳素结构钢》（GB/T700-2006）规定的Q235B钢板。（2）锚具：采用YM15-4和YM15-5型系列锚具及其配套设备；管道成孔采用圆形金属波纹管。金属波纹管钢带厚度不应小于0.35mm。（3）支座：采用板式橡胶支座GYZ型产品，其性能均应符合《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）的规定。（4）桥面：采用FYT-1改进型桥面防水材料，若选用其他材料，应符合现行的行业标准或规范要求。第二章总体布置-13-2.1三河中桥尺寸拟定图2-1三河中桥立面图2.1.1上部结构尺寸拟定本桥的结构体系为先简支后连续结构体系，预制空心板采用部分预应力A类构件设计，板宽1.24m，高0.8m，桥面总宽7.25m。桥面横坡通过现浇层调整。桥面现浇层参与结构受力，荷载横向分配系数按铰接板法计算。如图3-2所示。图2-2三河中桥上部横断面图2.1.2桥墩尺寸拟定下部桥墩采用双柱式桥墩，桩基础。盖梁长6.34m，宽1.2m。墩柱直径为1.0m，高6.4m，故在中部设置一道横系梁，桩的直径为1.0m，桩长20m，如图2-3所示。-14-图2-3桥墩一般构造图2.1.3桥台尺寸拟定结合地质条件考虑后，桥台拟定为肋形埋置式桥台、桩基础。背墙长7.25m,在台帽上设置抗震挡块,并设置抗震锚栓。肋宽1.0m,高5.525m。双排桩基础为摩擦桩，桩径为1.0m，长20m，如图4-2所示。-15-图2-4桥台一般构造图第三章上部结构计算-16-3.1设计资料（1）跨径:标准跨径16m，板长15.96m,计算跨径15.3m；（2）桥面宽度：6+1.25m；（3）设计荷载：公路—II级荷载；（4）结构重要性系数：1.0。3.2荷载横向分布系数计算3.2.1截面几何特性计算为简化计算，本桥的设计计算以边板跨中截面作为控制截面进行计算。图3-1、3-2分别为边板和中板截面分块图，计算各截面惯性矩，并通过平行移轴公式，求得截面对主形心轴的惯性矩。截面各部分几何特性列于表3-1中边、中板毛截面几何特性表表3-1板号边板中板面积A(m2)抗弯惯性矩I(m4)截面重心到顶板距离（m）面积A(m2)抗弯惯性矩I(m4)截面重心到顶板距离（m）几何特性0.63620.049290.35930.50260.039760.4092图3-1边板截面构造尺寸及截面分块（单位：cm）-17-图3-2中板截面构造尺寸及截面分块（单位：cm）计算抗扭惯性矩tI22412422tbhcatIbhtt其中1234100,68,12,12,24,18bhtttt。根据公式可计算得648.36410tcmI，644.31310Icm。根据刚度参数公式计算刚度系数224.3131255.85.80.028.3641530tIblI