土木工程本科毕业设计计算书.docx

目录

1 设计基本资料.......................................................................................................................... 1

1.1 概况..................................................................................................................... 1
1.2 主要技术标准..................................................................................................... 1
1.3 主要材料............................................................................................................. 1
1.4 施工方式............................................................................................................. 2
1.5 设计要点............................................................................................................. 2
1.6 其他事项............................................................................................................. 2

2 毛截面几何特性计算............................................................................................................ 3

2.1 基本资料............................................................................................................. 3
2.1.1 桥梁跨径及横截面布置............................................................................... 3
2.1.2 材料规格....................................................................................................... 3
2.2 结构计算简图..................................................................................................... 4
2.3 毛截面几何特性计算......................................................................................... 5
2.3.1 截面图示....................................................................................................... 5
2.3.2 毛截面的几何特性....................................................................................... 5

3 内力计算及组合..................................................................................................................... 7

3.1 荷载..................................................................................................................... 7
3.1.1 结构恒载作用............................................................................................... 7
3.1.2 支座不均匀沉降........................................................................................... 7
3.1.3 活载............................................................................................................... 8
3.2 内力计算............................................................................................................. 8
3.3 汽车荷载作用效应计算................................................................................... 21
3.3.1 冲击系数和车道折减系数......................................................................... 21
3.3.2 计算主梁的荷载横向分布系数................................................................. 22
3.3.3 汽车荷载效应内力计算............................................................................. 24

3.4 综合考虑温度和基础沉降作用后的内力组合............................................... 25
3.4.1 内力组合原理............................................................................................. 25
3.4.2 承载能力极限状态组合............................................................................. 25
3.4.3 正常使用极限状态内力组合..................................................................... 27

4 预应力钢筋的估算与布置................................................................................................. 35

4.1 计算原理........................................................................................................... 35
4.2 预应力钢筋估算结果....................................................................................... 35
4.3 预应力筋布置原则........................................................................................... 39
4.4 预应力钢筋的布置........................................................................................... 42
4.5 预应力损失计算............................................................................................... 42

5 截面强度验算........................................................................................................................ 47

5.1 基本理论........................................................................................................... 47
5.2 计算公式........................................................................................................... 47

6 抗裂验算................................................................................................................................. 54

6.1 规范要求........................................................................................................... 54
6.1.1 正截面抗裂验算......................................................................................... 54
6.1.2 斜截面抗裂验算......................................................................................... 54
6.2 正截面抗裂验算............................................................................................... 54
6.3 斜截面抗裂验算............................................................................................... 55

7 持久状况构件的应力验算................................................................................................. 60

7.1 计算内容及原理............................................................................................... 60
7.1.1 正截面混凝土压应力验算......................................................................... 60
7.1.2 预应力钢筋拉应力验算............................................................................. 60
7.1.3 混凝土主压应力验算................................................................................. 61
7.2 计算结果................................................................................................................................ 61

8 变形验算与预拱度计算 ..................................................................................................... 69

参考文献 ..................................................................................................................................... 71

致谢 .............................................................................................................................................. 72

1 设计基本资料

1.1 概况

虎平大桥施工图设计为预应力混凝土先简支后连续 T 梁结构；该桥是一条高速公路 上的一座跨线桥，其下无不良地质构造且地面起伏较平缓；设计时遵循施工过程进行， 共分为四个施工阶段，预应力钢筋的布置按照承载能力极限状态下的最大、最小弯矩构 成的包络图进行；设计时必须遵照“安全、适用、经济、美观”的基本原则进行设计，同 时应充分考虑建造技术的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。

1.2 主要技术标准

（1） 设计荷载：公路 I 级；
（2） 桥面宽度：共两幅，每幅宽 16m，横坡：2%；
（3） 设计洪水频率：不考虑；
（4） 地震动参数：不考虑。

1.3 主要材料

（1）混凝土：
预制 T 梁、纵横向的湿接缝、封锚、墩顶现浇连续段、桥面现浇层均采用 C50
混凝土；

桩基采用 C25 混凝土； 其余构件采用 C30 混凝土；
（2）预应力钢材：
预应力钢筋采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（ JTG

D62-2004）中规定的低松弛钢绞线（1×7 标准型），抗拉强度标准值 fpk = 1860 MPa，抗

拉强度设计值
f pd = 1260 MPa ，公称直径 15.2mm ，公称面积 140mm2 ，弹性模量

p
E = 1.95´105 MPa。

（3）钢材：普通钢筋采用 R235、HRB335 钢筋其标准应符合 GB13013-1991 和 GB1499-1998 的规定。凡钢筋直径≥12mm 者，均应采用 HRB335 热轧带肋钢；凡钢筋 直径＜12mm 者，采用 R235 钢，钢板应符合 GB700-88 规定的 Q235 钢板。
（4）锚具：采用 OVM 夹片式群锚，并采用与其配套的千斤顶。
（5）预应力管道：采用预埋圆形和扁形塑料波纹管成型。
（6）支座：桥梁支座根据设置部位的不同，分别采用 GYZ、GYZF4 板式橡胶支座， 其技术性能应符合《公路板式橡胶支座》（JT/T4-93）的要求。
（7）伸缩缝：EF80 型型钢伸缩装置。
（8）其它：砂、石、水的质量要求应符合《公路桥梁施工技术规范》JTJ041-2000
的有关规定。

1.4 施工方式

先简支后连续的施工方法。

1.5 设计要点

施工中严格遵循《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）和《公路工程质量检验 评定标准》，并从严控制。

1.6 其他事项

其他未尽事项按《公路桥涵施工技术规范》

2 毛截面几何特性计算

2.1 基本资料

2.1.1 桥梁跨径及横截面布置

桥型布置：5×30m 等截面连续梁桥,横截面图如图 2.1； 桥面净空：净 15m +2×0.5m 防撞护栏 设计荷载：公路—I 级
计算跨径：30m（墩中心距）

图 2.1 单幅横截面图 单位：cm

2.1.2 材料规格

主梁：采用 50 号混凝土，容重为 25kN/m3，弹性模量取 3.45×107 kPa； 桥面铺装：采用厚度为 11cm 的防水混凝土，防水混凝土容重为 25kN/m3； 防撞护栏：采用 30 号混凝土，容重为 25kN/m3； 横隔板：横隔梁的刚度直接影响到设计桥梁的整体特性，为了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。本设计在桥跨中心、四分点、支点 处各设置一道横隔板且采用同样大小的横隔板，横隔梁厚度为 15cm，为了便于脱模做 成上宽下窄、内宽外窄的形式。端横隔梁底部与梁底齐平，其余横隔梁的底部与马蹄的 斜坡低端齐平（即距梁底 20cm 高度）。采用 50 号混凝土，容重为 25kN/m3，弹性模量 取 3.45×107 kPa。

2.2 结构计算简图

在进行桥梁结构计算时首先应将结构离散，所谓结构离散即根据桥梁结构和施工方 案划分单元，并对单元和节点进行编号。单元划分的一般原则如下：
(1) 对于所关心截面设定单元分界线，即编制节点号
(2) 构件的起点和终点以及变截面的起点和终点编制节点号；
(3) 不同构件的交点或同一构件的折点处编制节点号；
(4) 施工分界线设定单元分界线，即编制节点号；
(5) 当施工分界线的两侧位移不同时，应设置两个不同的节点，利用主从约束关 系考虑该节点处的连接方式；
(6) 边界或支承处应设置节点；
(7) 不同号单元的同号节点的坐标可以不同，节点不重合系统形成刚臂； 对桥面单元的划分不宜太长或太短，应根据施工荷载的设定并考虑活载的计算精度
统筹兼顾。因为活载的计算是根据桥面单元的划分，记录桥面节点处位移影响线，进而 得到各单元的内力影响线经动态规划加载计算其最值效应。
按照以上原则并考虑此次设计的桥梁的结构和施工的方法，将全桥划分为 70 个单 元，每跨划分单元一致，具体为 5´（0.5+2+2+3+2.5´6+2+2+3+0.5），其中支座节点在第 一、二施工阶段的时候为 2、14、16、28、30、42、44、56、58、70，在第三、四施工
阶段的时候为 2、15、29、43、57、70，分散情况如图 2.2 所示：

图 2.2 结构离散图（单位：cm）

2.3 毛截面几何特性计算

2.3.1 截面图示

下图 a)、b)、c)、d)为此次设计中的边、中梁截面图示，并将其尺寸标注如下（单 位：cm）：

a）：边梁跨中处 T 梁尺寸 b）：边梁支座处 T 梁尺寸

c)：中梁跨中处 T 梁尺寸 d)：中梁支座处 T 梁尺寸

图 2.3.1 控制截面尺寸图

2.3.2 毛截面的几何特性

该几何特性可以通过 CAD、桥梁电算如桥博计算得出，经比较二者得出的结果相 差不大，此次设计由 CAD 得出的几何特性见表 2-1：

表 2-1 毛截面几何特性

截面位置
截面积 A（m2）
截面惯距 I(m4)
中性轴至梁底的距离（m）

预制中梁
跨中

0.868

0.41

1.29
支点

1.45

0.558

1.15

预制边梁
跨中

1.06

0.462

1.39
支点

1.63

0.642

1.23

成桥中梁
跨中

1.07

0.471

1.40
支点

1.65

0.659

1.24

成桥边梁
跨中

1.16

0.486

1.43
支点

1.73

0.685

1.27

3 内力计算及组合

3.1 荷载

3.1.1 结构恒载作用

(1) 预制 T 梁一期结构自重作用荷载集度（g1）的计算如下表 3-1：
表 3-1 一期恒载计算

中主梁
g1={(29.6-2×2)×0.868+[0.868+1.45+(1.45×0.868)1/2]/3×2×2}/29.6×25=22.64 kN/m
边主梁
g1={(29.6-2×2)×1.057+[1.057+1.637+(1.057×1.637)1/2]/3×2×2}/29.6×25=27.369kN/m
横
隔板
中梁
g1=0.669×2=1.338 kN/m
边梁
g1={[（1.26+1.4）×0.7/2+(0.55+0.7)×0.2/2]×0.15×25/29.6}×5=0.669 kN/m
合
计
中梁
g1=22.64+1.338=23.978 kN/m
边梁
g1=27.369+0.669=28.038 kN/m
预制 T 梁边梁一期结构自重作用荷载集度 g1=28.038 kN/m
预制 T 梁中梁一期结构自重作用荷载集度 g1=23.978kN/m
(2) 成桥后 T 梁边梁一期结构自重作用荷载集度增量
△ g1=(0.5×29.6×0.2+1.6×0.5×0.15×3+1.8×0.5×2×0.15)×25/29.6=3.032 kN/m
成桥后 T 梁中梁一期结构自重作用荷载集度增量
△ g1=2×3.032=6.064 kN/m
(3) 二期恒载主要是桥面铺装和防撞栏杆引起的荷载。其中桥面铺装自下而上依次为
1cm 的防水层、5cm 的 C30 砼保护层其中含有构造钢筋(重度 25 kN /m 3)、5cm 的沥 青砼路面(重度 23 kN /m 3)；
二期结构自重作用荷载集度 g2=（0.11×15×24+2×0.3×25）/6=9.1 kN/m

3.1.2 支座不均匀沉降

支座不均匀沉降应根据各墩位处地质情况以及基础的布置形式和支座反力大小按

《基础工程》以及有关规范的规定来计算，这里假定中间两桥墩相对桥台下沉 10mm。 在荷载组合中，此项荷载作为 SQ2，SQ2 中还可包括温度等荷载效应，应根据设计要求来 取用。

3.1.3 活载

汽车荷载： 公路 I 级车道荷载（由均布荷载 qk 和集中荷载 pk 组成），qk=10.5kN/m，
pk=360kN；本设计为四车道，折减系数取 0.67。

3.2 内力计算

本桥为先简支后连续的连续梁桥，施工过程中包含了结构体系的装换，所以结构自 重内力计算过程必须首先将各施工阶段产生的阶段内力计算出来，然后进行内力叠加。
第一施工阶段，结构体系为简支梁结构，自重作用荷载集度为 g1。 第二施工阶段，由于两跨间接头较短，混凝土重量较小，其产生的内力较小，且会
减小跨中弯矩，故忽略不计。 第三施工阶段，结构体系装换为连续桥，因临时支座间距较小，忽略临时支座移除
产生的效应，故自重作用荷载仅为翼缘板及横隔梁接头重力，即△ g1。
第四施工阶段，结构体系为连续梁，自重作用荷载为桥梁二期结构自重作用荷载，

即 g2。
由以上内容结合桥博软件进行一期恒载内力计算结果如下表 3.2 示：
表 3-2 边梁一期恒载内力表

节点号
轴力(kN)
剪力(kN)
弯矩(kN×m)
1
0.00E+00
1.41E-11
-1.10E-11
2
4.65E-12
4.87E+02
-5.74E+00
3
5.56E-12
3.95E+02
8.76E+02
4
2.27E-12
3.29E+02
1.60E+03
5
3.64E-12
2.14E+02
2.45E+03
6
3.12E-12
1.35E+02
2.88E+03
7
3.40E-12
5.68E+01
3.12E+03
8
4.22E-12
-4.26E+01
3.17E+03
9
3.72E-12
-1.21E+02
2.96E+03
10
3.35E-12
-2.00E+02
2.56E+03
11
3.63E-12
-2.99E+02
1.96E+03
12
3.20E-12
-3.94E+02
9.24E+02
13
3.45E-12
-4.59E+02
7.18E+01
14
6.29E-12
-5.71E+02
-9.39E+02
15 左
6.29E-12
5.94E+02
-1.23E+03
15 右
5.40E-12
5.70E+02
-1.23E+03
16
5.22E-12
5.26E+02
-9.51E+02

续表 3-2

17

5.27E-12

4.34E+02

9.70E+00

18

2.91E-12

3.69E+02

8.12E+02

19

2.63E-12

2.54E+02

1.78E+03

20

1.69E-12

1.76E+02

2.31E+03

21

2.91E-12

9.72E+01

2.66E+03

22

2.20E-12

-1.38E+00

2.80E+03

23

6.96E-13

-7.99E+01

2.70E+03

24

6.25E-13

-1.59E+02

2.40E+03

25

1.24E-12

-2.57E+02

1.91E+03

26

2.05E-12

-3.51E+02

9.93E+02

27

6.37E-12

-4.17E+02

2.25E+02

28

8.36E-12

-5.30E+02

-7.01E+02
29 左

8.36E-12

5.53E+02

-9.72E+02
29 右

1.12E-11

5.61E+02

-9.72E+02

30

1.11E-11

5.18E+02

-6.97E+02

31

1.12E-11

4.26E+02

2.46E+02

32

7.28E-12

3.60E+02

1.03E+03

33

5.37E-12

2.46E+02

1.97E+03

34

3.08E-12

1.67E+02

2.49E+03

35

4.48E-12

8.85E+01

2.80E+03

36

5.60E-12

-1.01E+01

2.93E+03

37

4.75E-12

-8.86E+01

2.80E+03

38

5.83E-12

-1.67E+02

2.48E+03

39

5.87E-12

-2.66E+02

1.97E+03

40

6.04E-12

-3.60E+02

1.03E+03

41

9.92E-12

-4.26E+02

2.45E+02

42

1.24E-11

-5.39E+02

-6.99E+02
43 左

1.24E-11

5.62E+02

-9.74E+02

续表 3-2

43 右

1.54E-12

5.53E+02

-9.74E+02

44

5.54E-13

5.09E+02

-7.03E+02

45

1.20E-12

4.17E+02

2.24E+02

46

3.70E-13

3.52E+02

9.92E+02

47

3.84E-13

2.37E+02

1.91E+03

48

1.00E-12

1.59E+02

2.40E+03

49

1.63E-13

8.02E+01

2.70E+03

50

5.68E-14

-1.84E+01

2.80E+03

51

2.56E-13

-9.69E+01

2.66E+03

52

2.06E-13

-1.76E+02

2.32E+03

53

2.25E-12

-2.74E+02

1.78E+03

54

4.15E-12

-3.68E+02

8.16E+02

55

5.07E-12

-4.34E+02

1.42E+01

56

7.75E-12

-5.47E+02

-9.46E+02
57 左

7.75E-12

5.70E+02

-1.23E+03
57 右

1.87E-11

5.94E+02

-1.23E+03

58

5.10E-12

5.50E+02

-9.34E+02

59

9.33E-12

4.58E+02

7.33E+01

60

1.09E-11

3.92E+02

9.22E+02

61

1.33E-11

2.78E+02

1.96E+03

62

1.49E-11

1.99E+02

2.55E+03

63

1.48E-11

1.21E+02

2.95E+03

64

1.70E-11

2.20E+01

3.16E+03

65

1.39E-11

-5.65E+01

3.11E+03

66

1.69E-11

-1.35E+02

2.87E+03

67

1.80E-11

-2.34E+02

2.44E+03

68

2.32E-11

-3.28E+02

1.59E+03

69

2.00E-11

-3.94E+02

8.74E+02

70 2.32E-11 2.30E+01 -5.74E+00

由上述所类表格的数据在软件 excel 中绘图如下图 3-2 所示：

-2.00E+03
弯 -1.00E+03
边梁一期恒载弯矩图
节点号

1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69

1.00E+03 弯矩 值 2.00E+03
3.00E+03
4.00E+03

一期恒载剪力图

1.00E+03
剪 5.00E+02
力
0.00E+00
值
-5.00E+02

-1.00E+03


剪力
1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73

节点号

图 3-2 边梁一期恒载剪力及弯矩图
表 3-3 边梁二期恒载内力表

节点号
轴力(kN)
剪力(kN)
弯矩(kN×m)

1

0.00E+00

-2.33E-11

1.94E-12

2

2.34E-12

1.40E+02

-1.45E+00

3

2.63E-12

1.17E+02

2.56E+02

4

3.30E-12

9.39E+01

4.67E+02

5

2.96E-12

5.22E+01

6.97E+02

6

2.96E-12

2.32E+01

7.91E+02

7

2.96E-12

-5.84E+00

8.13E+02

8

3.18E-12

-4.18E+01

7.62E+02

9

3.30E-12

-7.08E+01

6.21E+02

10

3.18E-12

-9.98E+01

4.08E+02

11

3.18E-12

-1.36E+02

1.22E+02

12

2.54E-12

-1.71E+02

-3.38E+02

续表 3-3

13

3.18E-12

-1.94E+02

-7.02E+02

14

1.82E-12

-2.24E+02

-1.11E+03
15 左

1.82E-12

2.29E+02

-1.23E+03
15 右

3.64E-12

2.01E+02

-1.23E+03

16

2.73E-12

1.88E+02

-1.13E+03

17

2.05E-12

1.65E+02

-7.74E+02

18

1.36E-12

1.42E+02

-4.67E+02

19

9.10E-13

1