毕业设计桥梁下部结构设计(含开题报告)

辽宁工程技术大学毕业设计（论文）1附加开题报告0前言随着我国社会的发展与进步和人民的生活水平的日益提高，交通的便利程度和安全性得到了人们的广泛关注，桥梁又是现代交通中不可缺少的组成部分，于此同时，桥梁建设得到了迅猛发展，我国桥梁工程无论在建设规模上，还是在科技水平上，均已跻身世界先进行列。各种功能齐全、造型美观桥梁开始频繁的出现在人们的生活中，给人们带来方便的同时很多桥梁也逐渐成为城市的标志性建筑。本设计为沈阳市青年大桥下部结构设计，是根据《公路桥涵设计手册》系列丛书，以及依照交通部颁发的有关公路桥涵设计规范（JTG系列）拟定设计而成。在设计过程中，作者还参考了诸如桥梁工程、土力学、基础工程、桥涵水文、桥梁结构力学、材料力学、专业英语等相关书籍和文献。设计中考虑了各种尺寸与材料的选用符合规范中对强度、应力、局部承压强度的要求，并且产生在规范容许范围内的变形，使桥梁在正常使用的情况下能够达到安全，稳定和耐久的标准。在可预期偶然荷载下仍能达到基本正常使用的标准。设计时还充分考虑青年大桥所处区域的地质和水文条件，既保证符合规范要求，同时保证因地制宜并且便于施工和维护，并且兼顾桥梁本身的美观性与社会经济性，既要设计合理，又要起到良好的社会经济效益。***：女儿河大桥下部结构设计21原始资料及方案比选青年大桥位于沈阳，桥孔布置为5×22m的预应力混凝土箱型简支梁桥，桥梁全长110m。本桥上部为预应力混凝土箱型梁，下部结构为钻孔灌注桩墩台。1.1技术设计标准1）桥面净宽：10.5m；2）荷载等级：公路—Ⅱ级荷载；3）设计安全等级：二级；4）环境类别：Ⅱ级；5）计算行车速度：60km/h；6）公路等级：公路—Ⅱ级，二车道。1.2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）；3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；4）《公路桥涵设计手册——墩台与基础》；5）《公路桥梁墩台设计与施工》；6）青年大桥设计资料。1.3工程地质资料根据地质勘察，得出地形、地貌及地层的特征如下：1）地形地貌：女儿河大桥位于葫芦岛市缸屯镇钢东村北侧，勘察场地较平坦，属河谷、洪积相地貌。2）地层特征：地层由上至下主要划分为三层：①.圆砾、②.强风化花岗岩、③.中风化花岗岩，各岩层特征分述如下：（1）圆砾：黄褐色，松散—中实，以稍密为主，由辉岩、砂岩、安山岩、花岗岩等卵、砾及长石、石英质砂砾组成，卵、砾呈中风化、次圆状，级配中等，厚度3.4—3.7m，基层标高92.21—93.26m，分布普通。（2）强风化花岗岩：太古界，黄褐色，花岗结构，块状构造，由长石、石英、云母等矿物组成，结构部分破坏，风化裂隙发育，岩石较软，属软岩，岩体基本质量等级为Ⅴ级。控制层厚2.0—3.8m，层底标高88.41—91.26m，分布普遍。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）3（3）中风化花岗岩：黄褐色，花岗结构，块状构造，结构少部分破坏，风化裂隙较发育，矿物成分主要为长石、石英和云母，岩石硬度较大，岩芯呈短柱状，属较软岩，岩体基本质量等级为Ⅳ级，岩石质量指标RQD较好。控制层厚3.6—4.5m，层底标高84.81—86.76m，分布普遍。3）地下水状况：拟建场地地下水主要赋存于圆砾层中，水量较丰富，属第四季孔隙式潜水类型，地下水对钢结构有弱腐蚀性，对钢筋混凝土无腐蚀性。4）该区域地震基本烈度为Ⅵ度，标准冻层深度为1.10m。5）岩土层承载力（表1-1）表1-1岩石承载力Tab.1-1Rockcapacitylist图层编号岩（土）层名称容许承载力[o]水下钻孔灌注桩极限侧阻力标准值（sikq）极限侧阻力端准值（pkq）①圆砾400130②强风化花岗岩5001401800③弱风化花岗岩12002002800注：单位：KPa1.4水文资料桥位滩面广阔，主河槽沟形不太明显，相对较窄，河道弯曲。测量时水面宽约5.0m，水深约0.5m。设计洪水频率为1/100，设计流量为3895.00sm3，设计水位为100.501m，桥址上游汇水面积5422km/s。1.5气候资料该地区地处严寒地区，年平均最高气温为30℃，年平均最低气温为-14℃，本区地震基本烈度为Ⅵ度。1.6桥型拟定从桥梁受力体系可以将桥梁分为梁式桥、拱式桥、悬索桥、斜拉桥和刚架桥，从安全、适用、经济和美观四个方面分析。同时，桥型的选择应充分考虑施工及养护维修的便利程序。根据水文、气象、地质等条件，初拟桥型方案有三种。方案一：斜拉桥***：女儿河大桥下部结构设计4图1-1斜拉桥示意图Fig.1-1Cablestayedbridge方案分析：斜拉桥抗风能力较大，且跨越能力较强，做成变截面时，外形也很美观；但是它风险较大，塔也过高，支架昂贵，维修费用高，多适用于城市桥梁。方案二：预应力混凝土连续T型梁桥图1-2预应力混凝土连续T型梁桥Fig.1-2PrestressedconcretecontinualT-beambridge方案分析：预应力连续梁的技术先进，工艺要求比较严格，需要专门设备和专门技术熟练的队伍，但预应力梁的反拱度不容易控制。从使用效果方面看，该结构属于超静定结构受力较好，无伸缩缝，行车条件好，养护方便，但是该方案机具耗用多，前期投入大，成本较多，成本回收难。方案三：预应力混凝土简支T型梁桥图1-3预应力混凝土简支T型梁桥Fig.1-3PrestressedconcretesimplesupportT-beambridge方案分析：简支梁受力明确，构造简单施工方便，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模。简支梁属于静定结构，受力不如连续梁，同时伸缩缝多，养护麻烦，但辽宁工程技术大学毕业设计（论文）5是造价低廉劳动力耗用少，工作量小，经济，中小型桥尤其适用。1.7比选结果综上所述：结合青年大桥的地质、水文条件进行比选，本着安全、经济、适用、美观的桥梁建造原则以及未来使用条件，青年大桥不是城市的标志性建筑，故不用过多考虑美观性因素。方案一由于造价昂贵，虽然桥型美观，但是青年大桥不是城市道路桥梁，因此，可不考虑美观性因素。方案二属于超静定结构，施工比较复杂，同时造价也比较高。而方案三的简支T型梁桥具有结构造型灵活、整体性好、重量轻、用料省、造价低、耐久性强、行车舒适、外形美观等特点，其跨径较小，可便于装配施工，省时省工，适用于本设计的规模。方案三虽然在工期上会比方案一长，但在从安全角度看，更具有优势，而且方案三中混凝土材料以砂、石为主，对于本设计可就地取材，更加经济合理。1.8墩台比选1.8.1桥墩比选方案一：双柱式钻孔灌注桩桥墩：它由分离的两根桩柱所组成。外形美观、圬工体积小、重量比较轻、施工便利、速度快、工程造价低。最重要的是它能减轻墩身重力节约圬工材料，还能配合各种基础，设计灵活多样。它也是目前运用最广泛的桥墩结构之一。方案二：重力式桥墩：它是靠自身重量来平衡外部作用、保持稳定。墩身比较厚实，可以不用钢筋，而用天然石材或片石混凝土砌筑。它适用于承受作用值较大的大、中型桥梁或流水、漂浮物较多的河流中，或在砂石方便的地区，小桥也可以采用。它的缺点就是圬工材料数量多、自重大，因而要求地基承载力高。另外，阻水面积也较大。1.8.2比选结果综上，着重从经济、安全的立足点出发，结合本设计联系的相关地质条件情况。方案二虽然有着承载能力强、配用钢筋少的优点，但是其所用的圬工材料巨大、地基承载力要求也高。不是很符合本设计的经济和安全的立足点原则，而方案一能够节省材料，节约成本。所以，选择方案一。1.8.3桥台比选方案一：重力式桥台：适用于填土高度为4-10m的单孔及多孔桥。它的结构简单，基础底承压面积大，应力较小。但圬工体积较大，两侧墙间的填土容易积水，除增大土压力外还易受冻胀而使侧墙裂缝。方案二：轻型桥台：轻型桥台体积轻、自重小，它借助结构物的整体刚度和材料强度***：女儿河大桥下部结构设计6承受外力，从而可以节省材料，降低对地基强度的要求和扩大应用范围。1.8.4比选结果综上，根据女儿河大桥的地质条件，桥址周围的材料以及经济、节约的角度进行比选。重力式桥台体积较大，使用材料较多，不符合节约的原则，所以方案一不适用。而方案二对地基承载力的要求相对较小，节省材料降低成本。因此选择方案二。辽宁工程技术大学毕业设计（论文）72支座的设计2.1板式橡胶支座的选用板式橡胶支座由多层橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合压制而成。有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部构造的反力可靠地传递给墩台，有良好的弹性，以适应梁端的转动；又有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移。板式橡胶支座与原用的钢支座相比，有构造简单，安装方便；节约钢材，价格低廉；养护简便，易于更换等优点，且建筑高度低，对桥梁设计与降低造价有益；有良好的隔震作用，可减少活载与地震力对建筑物的冲击作用，因此本设计选用板式橡胶支座。采用天然橡胶，适用温度为40~60CC（温度环境23~34CC），硬度取60。2.2计算支座反力根据上部结构计算结果，梁体自身构造产生的支座反力标准值为601.44kN，公路－Ⅱ级荷载引起的支座反力标准值为256.35kN，则支座压力标准值875.79ckRkN。公路－Ⅱ级荷载作用下产生的跨中挠度3.93fcm，根据当地的气象资料，主梁的计算温差44tC。2.3支座平面尺寸的确定对于橡胶板：ckckccRRAab式中：c——橡胶制作承受的平均压应力。ckR——支座压力标准值。c——橡胶支座使用阶段的平均压应力限值，10cMPa。则有，24875.75875.751010ckcRAcm选定支座的平面尺寸为224006040cmba，a为顺桥方向长，b为横桥方向宽。为使支座与梁肋等宽，在三根主梁每一梁端设置一个橡胶支座。支座初拟定选用66mm，其中有四层钢板和五层橡胶片，上下表层橡胶片厚8mm,中间各层10mm，加劲钢板每层厚5mm，橡胶片总厚度mmt4610382。1）计算支座的平面形状系数S：8126004001026004002batabS（2-1）***：女儿河大桥下部结构设计8(注：510ata)2）计算橡胶支座的弹性模量：MPaSGEee60.777120.14.54.522（2-2）式中：eG—常温下支座抗剪弹性模量，取Ge=1.0Mpa。3）橡胶支座的应力验算：MPaMPaAN1057.36004001079.8573max（2-3）2.4确定支座的厚度主梁上的计算温差为44℃，伸缩变形为两端均摊，则每一支座的水平位移：5111044(345040)7.6822gtlmm车道荷载在一个设计车道上的总重力为7.78534.5223.5495.188kN。按《桥规》规定，制动力标准不得小于90kN，故取90kN参与计算。五片梁共10支座，作用于一个支座，每个支座承受水平力90910bkFkN。确定需要的橡胶片总厚度et不计汽车动力：220.7681.536egtcm计入汽车制动力：0.7681.12790.70.721.040602gebkeabtcmFGll按《桥规》的其他规定：0.20.2408etacm，满足要求。支座总厚度1464566niitmm。2.5支座偏转情况的验算2.5.1计算支座的平均压缩变形,875.790.046857.790.0460.2440.40.6777.60.40.62000ckeckecmabeabbRtRtcmllEllE（2-4）辽宁工程技术大学毕业设计（论文）9式中：bE——橡胶体积模量，2000bEMPa。按《桥规》规定，0.070.074.60.322etcm，验算通过。2.5.2计算梁端转角由关系式45384glfEI