普通混凝土10mt梁结构设计计算书.doc

目 录1 设计总说明11.1工程概况11.2设计标准及规范11.3 设计技术标准11.4主要材料21.4.1混凝土21.4.2普通钢筋22 方案比选22.1 设计原则22.2 比选方案32.2.1 钢筋混凝土简支T梁桥32.2.2 预应力空心板桥32.2.3 钢筋混凝土空腹拱桥32.3 技术经济指标比较和最优方案拟定33 钢筋混凝土简支T形梁桥的计算53.1 设计资料及构造布置53.1.1设计资料53.1.2主梁纵横截面布置53.1.3横隔梁的布置63.2 主梁的计算73.2.1主梁的荷载横向分部系数73.2.2作用效应计算183.2.3持久状况承载能力极限状态下截面设计、配筋与验算273.2.4持久状况正常使用极限状态下裂缝验算503.2.5持久状况正常使用极限状态下挠度验算523.3横梁的计算563.3.1横梁弯矩计算（用G-M法）563.3.2横梁截面配筋与验算583.3.3横梁剪力效应计算及配筋设计613.4行车道板的计算623.4.1计算图式623.4.2永久荷载及其效应633.4.3截面设计、配筋与强度验算653.5支座计算673.5.1选定支座的平面尺寸673.5.2确定支座的厚度693.5.3验算支座的偏移703.5.4验算支座的抗滑稳定性704 钻孔灌注桩、双柱式桥墩的计算714.1设计资料714.1.1设计技术标准714.1.2水文地质条件724.1.3主要材料724.1.4桥墩尺寸724.1.5设计依据724.2盖梁计算734.2.1荷载计算734.2.2内力计算814.2.3截面配筋设计与承载力校核844.3桥墩墩柱设计884.3.1荷载计算884.3.2截面配筋计算及应力验算914.4钻孔桩计算934.4.1荷载计算934.4.2桩长计算964.4.3桩的内力计算974.4.4桩身截面配筋与承载力验算1004.4.5墩顶纵向水平位移验算1025 毕业设计专题1055.1概况1055.2简支梁桥主要类型1065.2.1板桥1065.2.2肋板式梁桥1065.2.3箱形梁桥1065.3施工技术1065.3.1 支架现浇法1075.3.2 整孔架设法1085.3.3 移动模架法1085.4简支梁桥的展望109参考文献1091.设计总说明1.1工程概况本毕业设计论文以山东省新泰市谷里大桥基本地质水文资料为依托，完成了方案比选、结构设计计算与图纸绘制等工作。谷里大桥位于新泰市谷里镇柴汶河上，是牛石路跨柴汶河的一座大桥；该处原有一座42孔10米间支现浇实心板桥，桩柱式墩台，因2007年的特大暴雨将河道内桩基冲刷暴露，桩基埋置深度不足以承担车辆荷载，并且裸露桩基钢筋锈蚀严重，因此该桥被定为危桥并封闭。该桥的封闭对沿线交通及两岸群众的出行造成极大不便，决定将该桥拆除重建。1.2设计标准及规范公路工程技术标准 （JTG B01-2003）公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004）公路桥涵地基与基础设计规范 （JTJ 024-85）公路桥涵施工技术规范 （JTJ 041-2000）1.3 设计技术标准公路等级：公路-I级。桥面宽度：净13+20.5米，总宽14米本桥跨径：21孔20米，桥总长425.76米主梁跨径和全长：标准跨径：（墩中心距离）；计算跨径：（支座中心距离）；主梁全长：（主梁预制长度）。设计荷载：公路-I级，即车道荷载的均布荷载标准值为，集中荷载标准值为，计算剪力效应时，上述集中荷载标准值乘以1.2的系数。桥面横坡：双向5%。桥面纵坡：0%。设计抗震裂度：7度，地震动峰值加速度系数为0.1。1.4主要材料1.4.1混凝土混凝土T梁、铰缝、桥面铺装采用C50混凝土；墩、台的盖梁、耳背墙、墩柱、防撞墙、搭板采用C30混凝土，桩基、系梁采用C30混凝土。其质量要求应符合公路桥涵施工技术规范 （JTJ 041-2000）的有关规定。1.4.2普通钢筋钢筋直径10mm者采用R235光圆钢筋，直径10mm者采用HRB335带肋钢筋，其技术性能应分别符合中华人民共和国国家标准钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（GB 13013-1991）、钢筋混凝土用热轧带肋钢筋（GB 1499-1998）的规定。机械街头应符合中华人民共和国行业标准钢筋机械连接通用技术规程（JGJ 107-2003）中级接头要求。2 方案比选2.1 设计原则结合谷里大桥的桥位水文地质情况，本着“安全、适用、经济、美观、和有利环保”的基本原则，从主要材料用量、劳动力数量、全桥总造价、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、是否需要特种机具、美观等，综合权衡技术因素和使用要求，初拟2-3个可行性方案。2.2 比选方案2.2.1 钢筋混凝土简支T梁桥孔径布置：标准跨径20m，21孔20m。结构构造：主梁间距为2.0m，高1.30m。2.2.2 预应力空心板桥孔径布置：标准跨径20m,2120m,全长420m,两侧分别用搭板与公路相连。结构构造：桥梁上部采用预应力钢筋混凝土空心板、桥面连续，下部采用柱式墩、肋板式桥台和埋置式桥台，基础为桩基础。2.2.3 钢筋混凝土空腹拱桥本方案为钢筋混凝土等截面悬链线无铰拱桥。全桥分21跨，每跨均采用标准跨径20m。采用矩形截面的拱圈。桥墩为重力式桥墩，桥台为U型桥台。尺寸拟定：本桥拟用拱轴系数m=2.24，净跨径为20.0m，矢跨比为1/8。桥面行车道宽14.0米。2.3 技术经济指标比较和最优方案拟定经济指标对比分析如下：1）主要材料用量：第一、二方案较第三方案在水泥、钢材等方面用量较大，而第二方案在材料即砌筑工程材料上较前二者方案严格，且用量相当大，由于该桥位于鲁中丘陵地区，材料供给比较方便。2）劳动需求量方面第一方案总用工日约为1.0万工日左右，第二方案则约为1.4万左右，而第三方案用工日量高达11万日左右，几乎为前两者的10倍之多。3）全桥造价：第一、二方案约在1800万左右，第三方案约在1500万左右，较前两者可节约造价约为1/4。4）施工工期：第一、二方案（梁板桥）约在360天左右，而第三方案约在600天左右，其施工工期较长，相对机械、人工等不可避免而造成的误工、窝工等现象发生的几率较大。当施工工期要求较短时就会跟不上节拍，无法及时竣工。5）养护费用方面：在这一方面，梁桥与拱桥相差不多。梁（板）桥部分构件出现损坏容易维修与更换，拱桥损坏修复较梁桥困难。再则该桥属于交通要道，其交通量大，不宜中断交通修复。故选用梁桥较为适宜。6）各种材料运输方面：在材料运输方面较为方便，省级干线公路运营条件比较好，为各种材料运输提供较大的便利。综合上述几点评比，虽然第一、二方案在总造价上较第三方案大，但在其它几个方面相对后者则有明显的优势，加之施工现场的施工条件等方面，经过认真比选决定采用第一方案即钢筋混凝土简支T形梁桥(详见方案比选表2-1)。本设计经方案比选后采用21跨钢筋混凝土简支T形梁结构，全长420.00m。根据桥下排洪要求，单跨跨径定为20m。上部结构设四个车道，采用7片T型梁，其中边梁两片，每片宽2.0m，中梁5片，每片宽2.0m，桥面总宽13m，每侧设0.50m护栏，桥面净宽为14.00m。表2-1 谷里大桥方案比较表序号比较内容第一方案第二方案第三方案钢筋砼简支T型梁桥预应力空心板桥上承式空腹钢筋混凝土拱桥1桥高10m10m10m2桥长420m420m420m3特点预制T型构件，运至施工地点，采用混凝土现浇，将T型梁连接，其特点外型简单、制造方便，整体性好，设计经验很丰富，国内先进水平建筑高度小，外形轻巧、美观，但因该桥角较长支座数量较多，后期养护工作量大，已较少采用传统的砌筑工艺，人工用量较大，施工机械用量少难以采用机械化施工4使用效果评价属于静定结构，受力较好。桥面连续，行车条件好，使用阶段易于养护且经费很低伸缩缝较多，行车舒适度差，板块之间的横向连接构造容易产生损坏自重较大，对于地基承载力要求较高，水平推力大，拱桥建筑高度较大，但养护费用较低3 钢筋混凝土简支T形梁桥的计算3.1 设计资料及构造布置3.1.1设计资料（1） 桥梁跨径及桥宽桥面宽度：13+20.5米。主梁跨径和全长：标准跨径：（墩中心距离）；计算跨径：（支座中心距离）；主梁全长：（主梁预制长度）。（2）设计荷载 公路-I级，即车道荷载的均布荷载标准值为，集中荷载标准值为，计算剪力效应时，上述集中荷载标准值乘以1.2的系数。（3）主要材料1）混凝土：C50。2）钢筋：钢筋直径10mm者采用R235光圆钢筋，直径10mm者采用HRB335带肋钢筋（4）桥面铺装和线型确定桥面铺装：混凝土铺装13cm桥面横坡：5%。线型：直线。3.1.2主梁纵横截面布置（1）横断面布置 全桥宽14米，主梁间距2.00米，70cm的湿接缝，翼缘板宽0.66米，桥宽选用8片主梁，如图3.1所示。（2）主梁尺寸拟定钢筋混凝土T型简支梁桥的梁高度与跨径之比通常在1/151/25之间，在设计中，高跨比约在1/181/19，当建筑高度不受限制时，增大梁高是比较经济的方案。加大梁高只是腹板加厚，增大混凝土用量有限，但可在增大T形截面的惯性矩。根据桥下排洪情况，并且为达到美观的效果，取梁高为1.3m，这样高跨比为1.3/19.5=1/15，位于1/151/25之间，符合要求。根据T型主梁的标准断面图，绘出T型主梁的具体尺寸见图3.2。 图3.1 桥梁横断面结构图（单位：cm） 图3.2 T形主梁截面尺寸图（尺寸单位：cm）3.1.3横隔梁的布置由模型试验结果表明，在荷载作用出的主梁弯矩横向分布当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。为减小对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道中横隔梁，当跨度较大时应设置较多的横隔梁。本设计设5道横隔梁，其间距为4.85米，横隔梁高取1000mm，厚度为上部160mm，下部150mm。横隔梁的具体布置图见图3.3。图3.3 横隔梁布置图（尺寸单位：cm）3.2 主梁的计算3.2.1主梁的荷载横向分部系数(1)跨中荷载弯矩横向分部系数(按G-M法)1)主梁的抗弯及抗扭惯矩和求主梁界面的重心位置 图3.4 （尺寸单位：cm）平均板厚：h1=(814)=11cm= =2) 主梁的抗扭惯矩ITT形截面抗扭惯矩近似等于各个矩形截面的抗拒惯矩之和，即：IT=cibiti3式中： ci矩形截面抗扭惯矩刚度系数（查表）bi、ti相应各矩形的宽度与厚度查表可知：t1/ b1=0.11/2.00=0.55, c1=1/3；t2/ b2=0.18/（1.30.11）=0.151，c2=0.301。故IT =2.00.1130.301（1.30.11）0.183=2.97710-3()单位宽度抗弯及抗扭惯矩=/=/200=/b=2.977/200=1.488 2)横梁抗弯及抗扭惯矩翼板有效宽度计算： 图3.5 （单位：cm）横梁长度取为两边主梁的轴线间距，即：L=4b=62.0=12(m)C=0.5(4.85-0.15)=2.35=100cm, =0.15m=15cmc/l=2.35/12=0.196根据c/l比值可查附表，求得：/c=0.795,所以：=0.7952.35=1.868（m）求横梁截面重心位置：=衡量的抗弯和抗扭惯矩Iy和ITy：Iy= =3.4710-2（）=0.11/4.85=0.031=2739.44 4）求受压区高度由式，可得到整理后可以得到：解方程得合适解： 。钢筋叠高层数为6层，布置如图3-10钢筋重心位置为：=10.22（cm）图3.10 钢筋布置（单位：cm）实际有效高度：按照公预规9.1.12要求，含筋率满足规范要求：（2）持久状况截面承载能力极限状态计算按界面时机配筋值计算受压区高度为：截面抗弯极限状态承载力为：2739.44满足规范要求。（3）根据斜截面抗剪承载力进行斜筋配置1）控制剪力数值由表3-12可知，支点剪力以2号梁最大，为片安全设计，一律以2号梁数值。跨中剪力以1号梁最大，一律以1号梁为准。2）腹筋的设计截面尺寸检查根据构造要求，梁最底层钢筋232通过支点。按照公预规9.3.10条的构造要求：(cm)(cm)按照公预规5.2.9条规定，构造要求需满足截面尺寸符合设计要求检查是否需要跟据计算配置箍筋因，故可在梁跨中的某长度范围内按构造配置箍筋，其余区段应按计算配置腹筋。计算剪力图分配在如图3.12剪力包络图中，支点剪力计算值，跨中剪力计算值。的截面距跨中截面的距离可由剪力包络图按比例求得，为在长度内可按构造配置箍筋。同时，根据公路桥规规定，在支座中心线向跨径长度方向不小于1倍梁高1300mm范围内，箍筋的间距最大为100mm。距支座中心线为处的剪力值由剪力包络图按比例求得：其中由混凝土和箍筋共同承担的剪力计算值至少为，应由弯起钢筋（包括斜筋）承担的剪力计算值最多为，设置弯起钢筋区长度为5028mm。箍筋设计（采用R235钢筋）采用直径8mm的双肢箍筋，箍筋面积在等截面钢筋混凝土简支梁中，箍筋尽量做到等距离布置。为计算简便，按式设计箍筋时，式中的斜截面内纵筋配筋百分率p及截面有效高度可近似按支座截面和跨中截面的平均值取用，计算如下：； 图3.11 （尺寸单位：cm）；计算剪力Vd=658.66kN箍筋间距SV为 选用=100mm确定箍筋间距的设计值尚应考虑公路桥规的构造要求。根据公预规9.3.13条规定，在支座中心向跨径方向长度不小于1倍梁高范围内，箍筋间距不宜大于100mm。则配箍率大于规范规定的最小配箍率：R235钢筋不小于0.18%的要求。弯起钢筋及斜筋设计设焊接钢筋骨架的架立钢筋（HRB335）为28。弯起钢筋的弯起角度为，弯起钢筋末端与架立钢筋焊接。为了得到每对弯起钢筋分配的剪力，由各排弯起钢筋的末端折点应落在前一排弯起钢筋弯起点的构造规定来得到各排弯起钢筋的弯曲点的计算位置，首先要计算弯起钢筋上、下弯点之间垂直距离。现拟弯起N1N5钢筋，将计算的各排弯起钢筋弯曲点截面的以及至支座中心距离、分配的剪力计算值、所需的弯起钢筋面积值列入表3.13。表3.13 弯起钢筋计算表弯起点12345 (mm)1119108310471015984距支座中心距离（mm）11192202324942645248分配的剪力计算值(kN)250.51227.14173.18121.0270.45需要的弯筋面积（mm2）168515281165814474可提供的弯筋面积（mm2）1834（232和212）1609（232）1609（232）1232（228）1232（228）弯筋与梁轴交点到支座中心距离（mm）5581677275937904821现将表3.13有关计算举例说明如下。根据公路桥规规定，简支梁的第一排弯起钢筋（对支座而言）的末端弯折点位于支座中心截面。这时。弯筋的弯起角为450，则第一排弯筋（2N5）的弯起点1距支座中心距离为1119mm。弯筋与梁纵轴线交点距支座中心距离为。对于第二排弯起钢筋，可得到弯起钢筋（2N4）的弯起点2距支座中心距离为。分配给第二排弯起钢筋的计算剪力值，由比例关系计算可得到：得：其中，；设置弯起钢筋区段长度为5028。所需要提供的弯起钢筋截面积为：第二排弯起钢筋与梁轴线交点距支座中心距离为。其余各排弯起钢筋的计算方法与第二排相同。图3.12梁的弯矩包络图与抵抗弯矩图（尺寸单位：mm；弯矩单位：kNm）按照计算剪力初步布置弯起钢筋如图3.12。现在按照同时满足梁跨间各正截面和斜截面抗弯要求，确定弯起钢筋的弯起点位置。由已知跨中截面弯矩计算值，支点中心处。由式做出梁的计算弯矩包络图（图3.13）。在截面处，因，则弯矩计算值为：与已知值相比，两者相对误差很小，故故可用来描述简支梁弯矩包络图是可行的。各排弯起钢筋弯起后，相应正截面抗弯承载力计算：支座中心-1点：截面纵筋为232，有效高度。由于跨中截面类型为第一类T形截面，故其余位置的T形截面亦为第一类T形截面。受压区高度：抗弯承载力：其余各截面的计算方法类似。计算结果汇总如下表3.14：表3.14钢筋弯起后相应各正截面抗弯承载力梁区段截面纵筋纵筋面积As（mm2）有效高度h0（mm）T形截面类型受压区高度x（mm）抗弯承载力Mui（kNm）支座中心1点23216081249第一类13.45581点2点43232171229第一类26.89252点3点63248261211第一类40.216083点4点83264341193第一类53.621004点5点832+22876661179第一类63.9246