公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计

（2016届）

本科毕业设计（论文）资料

题 目 名 称： 学 院（部）： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 指导教师姓名： 最终评定成绩：

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湖南工业大学教务处

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2016届

本科毕业设计（论文）资料

第一部分 毕业设计

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（2016届） 本科毕业设计（论文）

题 目 名 称： 学 院（部）： 专 业： 学 生 姓 名： 班 级： 指导教师姓名： 最终评定成绩：

学号： 职称：

2016年5月

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湖南工业大学

本科毕业论文（设计）

诚信声明

本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计），题目《马金任河主峡谷大桥设计（三）》是本人在指导教师的指导下，进行研究工作所取得的成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文章以明确方式注明。除此之外，本论文（设计）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。本人完全意识到本声明应承担的责任。

作者签名：

日期： 年 月 日

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摘 要

本设计根据《公路工程技术标准》（JTJ B01-2014）、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2011）、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T 4－2004）、《公路桥梁盆式橡胶支座》（JT 391-2009）、《公路桥梁伸缩装置》（JT/T 327－2004）、《内河通航标准》（GB 50139-2014），并按毕业设计任务书的要求且基于AutoCAD、桥梁博士等专业软件完成的。设计内容包括桥梁比选设计、结构设计等部分。设计成果主要包括桥梁方案的确定、桥梁平面、纵断面设计、横断面设计、结构平面布置、桥面板设计、预应力钢束设计以及与全桥结构安全验算有关的各方面应力图、扰度图、抗力图等相关图纸。按照结构计算过程及毕业设计文本格式要求编制了结构计算书。设计深度和广度达到了《毕业设计任务书》的要求。本设计桥梁结构安全、合理，经济性能良好。

关键词：桥梁设计；结构设计；内力计算；内力组合；配筋计算

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ABSTRACT

This design according to the < The technical standards for Highway

Engineering > (JTJ B01-2014). and < Highway reinforced concrete and prestressed concrete highway bridge design code > (JTG D62-2004). < For design of highway bridges and culverts general specification > (JTG D60-2015). (JTG D63-2007). < Code for design of concrete structures (Gb50010-2010) < highway bridge slab rubber support > (JT / T 4 - 2004). < highway bridge basin type rubber supporting seat > (JT 391-2009). < Highway bridge expansion device > (JT / 327 - 2004). < Inland navigation standard (GB 50139-2014) >, and according to the graduation design task book requirements and based on AutoCAD, Doctor bridges, such as specialized software to complete. Design content including bridges design, structure design and so on. Design results mainly includes bridge scheme determined, bridge plane, vertical section design, cross section design, structural layout, bridge deck design, design of prestressed steel beam and full bridge structural safety checking related .The stress diagram, disturbance degree graphs, drawings related to the resistance. According to the structure calculation process and design text format for the graduation requirements for the preparation of the structure calculation. The depth and breadth of the design reached graduation requirements of the design task book . The design of the bridge structure safety, reasonable, economic performance good.

Key words: bridge design; structural design; internal force calculation; internal force combination; calculation of reinforcement

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目 录

摘 要.................................................................................................................... 2 ABSTRACT ............................................................................................................... 3 目 录.................................................................................................................... 4 第1章 设计基本资料.......................................................................................... 6

1.1工程地质概况......................................................................................... 6 1.2 桥梁设计标准........................................................................................ 6 1.3 相关设计规范........................................................................................ 6 第2章 桥型方案比选.......................................................................................... 8

2.1 方案比选原则........................................................................................ 8 2.2桥型方案综合比选............................................................................... 13 第3章 桥梁纵、横断面设计............................................................................ 15

3.1 桥梁纵断面设计.................................................................................. 15 3.2桥梁横断面设计................................................................................... 15 第4章 桥面板内力及配筋计算........................................................................ 17

4.1连续梁桥桥面板内力计算................................................................... 17 4.2桥面板配筋计算................................................................................... 22 第5章 全桥结构安全验算................................................................................ 24

5.1桥梁博士完整建模............................................................................... 24 5.2计算说明............................................................................................... 24 5.3计算结果............................................................................................... 26 5.4小结....................................................................................................... 38 第6章 设置伸缩缝与支座................................................................................ 39

6.1设置伸缩缝........................................................................................... 39 6.2支座的计算与选用............................................................................... 42 第7章 桥梁下部结构设计与计算.................................................................... 43

7.1拟定下部结构类型及尺寸................................................................... 43 7.2桩长的计算........................................................................................... 45 7.3桩的内力和位移计算........................................................................... 48 7.4桩身配筋计算及桩身截面材料强度验算........................................... 56 7.5群桩基础承载力和沉降验算............................................................... 59 7.6承台的计算...........................................................................................

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7.7墩柱配筋计算....................................................................................... 67 7.8盖梁计算............................................................................................... 69 7.9中系梁的配筋计算............................................................................... 72 结 论.................................................................................................................. 73 参考文献.............................................................................................................. 74 致 谢.................................................................................................................. 75

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第1章 设计基本资料

1.1工程地质概况

（1）地形地貌

本设计桥段位于马金任河主峡谷大桥后半段，全桥位于安康水库库区主峡谷，水面较宽，属于库岸低山地貌，设计段在桥长方向存在一段比较大的高程落差，该地段蓄水量较多。

（2）工程地质条件

设计桥段水下地层垂直方向基本呈三层分布，上层多为亚粘土与细砂，其中以亚粘土居多，且沿桥长方向分布范围较广；中层多为强风化 板岩；底层多为弱风化板岩，岩层稳定性较好。

⑶水文条件

该地段为峡谷地段，沿着桥纵向存在一定的高差，部分区域蓄水量较大，水流速较快，底层岩层发育较完整，无较大的渗水裂缝，岩层稳定，承载能力较大。

⑷自然灾害情况

本地段的地震设计烈度属于四级，地震发生不频繁，常年水位较稳定，少洪水，最大水位高差较少，自然条件较好。

1.2 桥梁设计标准

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

道路等级：高速公路； 设计荷载：公路－I级； 设计基准期：100年；

桥面宽度：双幅，单幅桥面宽度：0.5 m（护栏）+15.5m（行车道）设计行车速度：120km/h；

车道数：双向6车道，分双幅桥设计； 地震设计烈度：VI度；

桥位处河道通航等级：内河III(2)级航道。

+0.5 m（护栏）=16.5m。

1.3 相关设计规范

⑴《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）

⑵《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)

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⑶《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004） ⑷《公路桥梁盆式支座》（JTT391-2009） ⑸《公路桥梁板式橡胶支座》（JTT663-2006） ⑹《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007) ⑺《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011） ⑻《内河通航标准》（GB50139）

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第2章 桥型方案比选

2.1 方案比选原则

本次设计的桥梁形式可从梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥四种桥型中进行选择设计，桥型的选择必须根据各种自然、技术上的条件，因地制宜，在综合运用所学专业知识、了解并掌握目前国内外的新技术、新材料、新工艺的基础上进行分析比对，从而最终科学地得出合格的设计方案。桥型方案比选结果是否合理，可从以下桥梁设计的原则中进行判别：

（1）技术先进性：在因地制宜的前提下，设计应该尽可能采取成熟的新结构、新设备、新材料和新工艺，充分利用目前的最新科学技术成就，这样设计出的桥梁在新时代才具有足够的竞争力，才能进一步提高我国的桥梁技术水平。

（2）安全可靠性：所设计的桥梁结构应该具有足够的高度和强度；在强度与稳定方面要具有足够的安全储备。

（3）经济性：桥梁设计应该遵循因地制宜就地取材和方便施工的原则；合理的桥型应该是造价和年限内养护费用综合较省的，设计中也要考虑维修费用最少和中断交通时间最短；同时，桥位应考虑建在能缩短河道两岸的运距，促进该地区的发展，产生最大的效益。

（4）适用耐久性:设计的桥梁应该保证在100年的设计基准期内能正常适用；桥面宽度能满足规划年限内的交通量及行人通行；桥梁结构在通过设计荷载时不会出现过大的变形和过宽的裂缝；设计的桥梁应考虑不同环境类型对桥梁耐久性的影响。

（5）美观性：所设计的桥梁应该具有优美的外形，结构的空间布置应该具有和谐的比例，桥型也应该与周围环境相协调。

（6）环保功能：桥梁设计必须考虑环境保护和可持续发展的要求，不仅要满足施工质量，同时还得尽量减少对天然地层的扰动，满足人与自然的和谐。

综上，桥梁方案的比选可以根据这几点进行，从而确定出科学、合理的最终桥型方案。

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2.1.1 方案一：预应力混凝土连续梁桥

2.1.1.1桥型介绍

简支梁桥属于单孔静定结构，它受力明确，结构简单，施工方便，结构内力系受外力影响，能适应在地质条件差的桥位上建桥；在多孔简支梁桥中，由于各跨径结构尺寸相近，其结构尺寸易于设计成系列化，标准化。有利于组织大规模的工厂预制生产并用现代化起重设备，进行安装，简化施工管理工作，降低施工费用；装配式的施工方法可以节省大量模板，并且上下结构可随时施工，显著加快了建桥速度，缩短了工期；在简支梁桥中，应相邻构件单独受力，桥墩上常设置相邻简直梁桥的支座，相应可以增加墩的宽度。

2.1.1.2桥跨布置

设计长度440米，桩号为K0+0~K0+440，分4跨，跨径分别为：80米、140米、140米、80米；按一联设置。桥头引道纵坡取3%，桥面纵坡设计取2%，整段线路设置为一个凸形竖曲线的长下坡。桥头设置桥头搭板，长度取8米，厚度取0.5米，最后确定的数值以设计图和结构计算书上的实际数值为准。其布置如图2.1所示。

图2.1 连续梁桥纵断面（单位：m）

2.1.1.3截面尺寸

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桥面宽度：双幅，单幅桥面宽度：0.5 m（护栏）+15.5m（行车道）+0.5 m（护栏）=16.5m。桥面净空取5米。T形梁设计长2.3米，共设5片，梁高2米，肋板厚0.35米，翼缘板边缘厚0.1米、根部厚0.2米。水泥混凝土桥面铺装面层厚度最小处取100毫米；呈不等厚度布置；下设防水层和混凝土现浇层，呈等厚度铺置。此为初始设计指标，具体设计指标以计算书和设计图纸标注为准。

桥墩采用双柱式桥墩，柱径拟采用2.5m。桩基础采用高桩承台式摩擦桩，桩径拟采用1.8m，以旋转锥施工，拟采用6根灌注桩，双排布置。承台厚度设为3m，长度为14.3m,宽7.5m。

图2.1.1 连续梁桥支点与跨中截面（单位：cm）

(2) 施工方案

本桥采用悬臂施工方法进行。悬臂施工分五个阶段， 第一阶段：主墩悬臂浇筑混凝土； 第二阶段：边跨合龙； 第三阶段：中跨合龙； 第四阶段: 拆除合龙阶段挂篮； 第五阶段：上二期恒载。

2.1.2比选方案二：拱桥

2.1.2.1桥型介绍

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拱桥时我国公路上使用较广泛的一种桥型。它的特点在于跨越能力较大；与钢桥及钢筋砼梁桥相比，可以节省大量钢材和水泥；能耐久，且养护、维修费用少；外型美观；构造较简单，有利于广泛采用。它是一种推力结构，对地基要求较高；对多孔连续拱桥，为防止一孔破坏而影响全桥，要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。

2.1.2.2桥跨布置

根据桥涵水文计算，在满足通航要求的前提下，桥跨布置为120m+200m+120m,主拱圈采用较小矢跨比，以减小建筑高度。其布置如图2.2所示。

图2.2 上承式拱桥纵断面图（单位：m）

2.1.2.3截面尺寸

主拱圈和腹拱圈均采用钢筋混凝土结构，空心矩形断面。高度及顶底板厚度有中跨向边跨递减；纵梁采用预应力混凝土结构，断面采用单箱单室型断面。纵梁内设置预应力系杆，以平衡拱脚的水平推力。

2.1.3方案比选三：斜拉桥

2.1.3.1桥型介绍

斜拉桥主要由主梁、索塔、斜拉索三部分组成。由于是多次超静定结构，计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且技术要求严

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格。梁体尺寸较小，使桥梁的跨越能力增大；受桥下净空和桥面标高的小；抗风稳定性优于悬索桥，且不需要集中锚锭构造；便于无支架施工。

2..1.3.2桥跨布置

本方案采用双塔双索面斜拉桥，全长440m，跨径组合为120m+200m+120m.主塔上斜拉索间距取2m，主梁上斜拉索间距取8m，塔高跨比为1/4～1/7.其布置图如图2.3所示。

图2.3 双塔双索面斜拉桥纵断面（单位：m）

2.1.4方案比选四：悬索桥

2.1.4.1桥型介绍

悬索桥是由一根或者两根主索，横跨主桥，主索的两端一般是要锚定的。然后主索吊着竖向的索把桥梁给提起来，主索通过桥墩的顶端，就把整个桥面的压力压在了桥墩上。悬索桥的主要承力部分是桥两端的两根塔架，在这两根塔架间的悬索拉住桥的桥面。为了保障悬索桥的稳定性，两根塔架外的另一面也有悬索，这些悬索保障塔架本身受的力是垂直向下的。这些悬索连接到桥两端埋在地里的锚锭中。有些悬索桥的塔架外还有两个小一些的桥面，它们可以由小一些的悬索拉住，或由主索拉住。由于主缆采用高强钢材，受力均匀，具有很大的跨越能力。

2.1.4.2桥跨布置

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设计长度440米，桩号为K0+0~K0+440，分三跨，因边跨跨径应小于主跨跨径的一半，可达0.21～0.31。则跨径分别取为：100m、240m、100m。桥下空间应呈扁平，桥面越高，跨径越大。

图2.4 悬索桥纵断面图（单位：m）

2.1.4.3截面尺寸

桁架设计沿跨度等高；腹杆多为加竖杆的三角形；杆件为四支角钢和钢板组成的H型截面，较长杆件为箱型截面；砼箱梁不多使用，适用400～800米。应为流线型全封闭式整体箱梁截面，抗扭刚度大，抗风性能良好；较大的自重为主缆提供强大的初应力刚度，活载弯矩与扰度也减小。

2.2桥型方案综合比选

表2.1桥型方案对比表

方案编号 桥型方案 跨径 80m+140m+140m+8120m+200m+1120m+200m+12100m+240m+100m 方案一 预应力简支连续T型梁桥 方案二 拱桥 方案三 斜拉桥 方案四 悬索桥 13

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0m 20m 0m 优点 受力明确，结构简单，施工方便，结构内力系受外力影响，能适应在地质条件差的桥位上建桥,易保养和维护 跨越能力较大；与钢桥及钢筋砼梁桥相比，可以节省大量钢材和水泥；能耐久，且梁体尺寸较小，使桥梁的跨越能力增大；受桥下净空和桥面标高的小；抗风稳定由于主缆采用高强钢材，受力均匀，具有很大的跨越能力。 养护、维修费用少 性优于悬索桥，且不需要集中锚锭构造。 缺点 结构本身的自重大，约占全部设计荷载的30%至60%，且跨度越大其自重所占的比值更显著增大，大大了其跨越能力。 由于它是一种推力结构，对地基要求较高；对多孔连续拱桥，为防止一孔破坏而影响全桥，要采取特殊措施或设置单向推力墩以承受不平衡的推力，增加了工程造价. 由于是多次超静定结构，计算复杂；索与梁或塔的连接构造比较复杂；施工中高空作业较多，且技术要求严格。 整体钢度小，抗风稳定性不佳；需要极大的两端锚锭，费用高，难度大。 综合各个方案优缺点，选择方案一：装配式预应力简支连续T型梁桥。

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第3章 桥梁纵、横断面设计

3.1 桥梁纵断面设计

3.1.1桥梁分孔

连续梁桥取中跨140m。根据已知的桥梁文献，连续梁桥的边跨一般为中跨的0.5～0.7倍左右。边跨取80m，满足要求。

3.1.2桥梁纵坡设计

变坡点的设置在连续梁跨中位置。上、下坡分别为2%、-2%。满足桥梁纵向排水的要求。

3.2桥梁横断面设计

3.2.1截面尺寸拟定

本桥采用双向整体式断面设计，桥面宽为采用单箱单室箱型截面。 根据已知的桥梁文献，支点截面梁高H支为主跨跨径的1/16～1/18，不小于1/20,取8.5m，满足要求；跨中梁高H中为支点截面梁高H支的1/1.5～1/2.5,取4.5m，满足要求；箱梁顶板厚度取为0.28m，支点截面底板厚度1.2m，跨中截面底板厚度取0.4；箱梁悬臂板长度与中间板长度比值为1:(2.5～3.0),取3.5m，满足要求；悬臂端厚度0.2m，悬臂根部厚度0.6m，箱梁腹板厚度：支点截面取1m；跨中截面取0.4m。中间截面腹板及底板的厚度按二次抛物线变化。顶板与腹板设置梗腋。

3.2.2桥面铺装层与横坡坡度

桥面铺装层设为10cm沥青混凝土。

桥面单向横坡由不等高腹板形成，其值设为1%。

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图3.2.1 支点截面（单位：cm）

图3.2.2 跨中截面（单位：cm）

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第4章 桥面板内力及配筋计算

4.1连续梁桥桥面板内力计算

连续梁桥跨径布置为80+140+140+80（m），横隔梁设置在主跨的梁端和跨中，板厚40cm，桥面铺装层设为10cm，容重为23kN/m3,主梁容重为25kN/m3,护栏8kN/m。

4.1.1悬臂板内力计算

(1)悬臂根部最小负弯矩计算

0.20.6g板12510kN/m g铺0.11232.3kN/m

2g栏8kN/m

结构自重产生的悬臂根部弯矩：

M支g[103.53.530.52.338(3)0.5]84.60kNm 222

图4.1悬臂板布载图（单位： cm）

汽车荷载产生的悬臂根部弯矩： a1a22H0.220.10.4m b1b22H0.620.10.8m

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单个车轮作用下板的有效工作宽度：

aa12b'0.42(30.1)6.2m1.4m，有重叠 故：a6.2m1.4m7.6m. p'p14023.03kN/m ab17.60.8M支p1.3[23.030.8(2.52.51.8)1]77.54kN/m

内力组合：

基本组合：Mud1.2(84.6)1.4(77.54)210.08kN/m 短期效应组合：Msd84.60.7(77.54)1.3126.35kN/m (2)悬臂根部最大剪力计算

结构自重产生的悬臂根部剪力： Q支g103.52.3380.545.9kN 汽车荷载产生的悬臂根部剪力： Q支p1.323.030.8247.9kN 内力组合：

基本组合：Qud1.245.91.447.9122.14kN 短期效应组合：Qsd45.90.747.91.371.58kN

4.1.2中间桥面板内力计算

140l7070m lb9.5m a2 故按单向板计算内力 2lb9.5la把承托面积平摊到桥面板上:

0.60.20.36m t'0.289.5g铺2.3kN/m g板0.361259kN/m g2.3911.3kN/m

(1)跨中弯矩计算

ll0t9.50.289.78ml0b10m

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单个车轮作用下板的有效工作宽度：

l9.7823.66ml6.52m1.4m，有重叠 aa10.43332故：ald6.521.47.92m

3 a'a1t'0.40.280.68m1.4m，无重叠

14050.6kN/m

3.460.8140p234.6kN/m

5.060.8140p328.8kN/m

6.080.8140p417.9kN/m

9.780.8p1p8p7p6p5p417.9kN/m

p9p234.6kN/m

p10p150.6kN/m

p1114071.1kN/m

2.460.81Mop1.32[(50.734.6)0.8210.82834.60.80.5(28.8217.9)0.81.47817.90.81.54517.90.82.44517.90.81.7951(50.634.6)0.80.50.82134.60.828(203.571.1)0.820.24571.10.80.178]235.52kN/m140p12203.5kN/m

0.860.8

图4.2 桥面板弯矩计算图示

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1Mog11.39.782135.1kN/m

8Mo1.2135.11.4235.52491.85kN/m

t0.281 h3.44

M中0.5491.85245.93kN/mM支0.7491.85344.3kN/m(2)支点剪力计算

l9.52aa10.43.57l6.3m1.4m

3332故：ald7.7m

3 a'0.68m p1 p2p3p4p5p6140128.68kN/m

20.680.814076.75kN/m 2.280.814040.kN/m4.280.814029.76kN/m5.880.814025.44kN/m6.880.814022.73kN/m7.70.8p7p622.73kN/m

p814024.04kN/m7.280.8140p1030.81kN/m5.680.8140p1147.55kN/m3.680.8140p1280.13kN/m2.080.8p9

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1Q支g11.39.553.68kN/m

211Q支p1.3[51.930.80.97276.750.80.95811.130.80.78229.760.82210.7862.710.80.622.730.80.63222.730.80.44224.040.80.3052116.770.80.29147.550.80.11632.580.80.101]173.96kN/m2221

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内力组合：

基本组合：Qud1.253.681.4173.96307.96kN/m 短期效应组合：Qsd53.680.7173.961.3147.35kN/m

4.2桥面板配筋计算

4.2.1桥面板悬臂端及支点截面配筋计算

（1）按悬臂根部截面估算

取1m宽度进行计算，假定预应力钢筋重心距桥面板上缘距离为：ap80mm 则：ep0.60.080.22m 2bh210.620.06m3 W66Q支g112.559.559.61kN/m2

ck Np Ap nM210.083501.33kN/m2 W0.06ck1ep0.8()AW3501.33604.72kN

10.220.8()0.280.06Np0.8con604.722 541.9mm30.8139510541.93.874束 140(2)按中间板支点截面估算

0.28ep0.080.06m

2bh210.282W0.013m3

6622

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ckNpM344.328.46kN/m2 W0.013ck0.8(1ep)AW28.464042.2kN

10.060.8()0.280.013ApnNp0.8con4042.22 3622mm30.8139510362225.926束 1404.2.2桥面板跨中截面配筋计算

取1m宽度进行计算，假定预应力钢筋重心距桥面板上缘距离为：ap80mm 则：ep0.280.080.06m 2bh210.2820.013m3 W66M245.9311.77kN/m2 W0.013ck117.7 Np2888.2kN

1ep10.060.8()0.8()AW0.280.013 ck Ap nNp0.8con2888.22 258mm830.8139510258818.519束 140故采用4束3股j15.24钢绞线，预应力钢筋的截面积为： Ap43140168mm02

23

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第5章 全桥结构安全验算

5.1桥梁博士完整建模

马金任河主峡谷大桥主跨结构的整体计算模型如图5.1所示，全桥共划分99个节点，98个单元。单元和节点划分按照施工顺序由内向外逐渐递增，具体情况如下：

节点和单元表中的坐标系如图5.1所示，顺桥向为x轴，y轴位于边跨最左端位置，坐标原点置于边跨梁端的梁顶面处。单元的几何截面不考虑横向坡度对

截面高度的影响。

图5.1 几何模型

5.2计算说明

5.2.1施工阶段

施工阶段计算共分25个阶段，各阶段工况如下: 施工阶段 1 2 阶段描述 安装支架进行0号块的施工，并张拉0号块预应力钢筋； 安装挂篮，采用悬臂施工浇筑1号块，并张拉相应钢筋 24

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3 4-11 12 13 14 15 16 拆卸挂篮并向后安装，悬臂浇筑2号块并张拉钢筋； 重复以上阶段，对称施工； 悬臂施工12号块,支架施工边跨现浇段13号块； 施工14号块进行边跨合拢,体系转换,拆除边跨挂篮； 施工中跨合拢段，体系转换，拆除中跨挂篮； 进行桥面铺装及护栏施工（上二期恒载）； 10年时间完成收缩徐变。 5.2.2挂篮

挂篮作用是将挂篮自重及其上施工荷载按500kN的集中荷载施加于梁段前端节点来考虑，通过临时荷载进行模拟。

5.2.3临时支架

施工中临时支架在计算时采用临时支撑将主梁单向约束，相应节段施工结束后拆除。

5.2.4.温度荷载

温度荷载按下列两种情况来考虑

桥梁整体升降、温20℃两种工况；主梁截面梯度温度：正温差梯度，截面顶面温度14℃，距顶面0.1m和0.4m处温度分别为5.5℃和0；负温差梯度，截面顶面温度-7℃，距顶面0.1m和0.4m处温度分别为-2.75℃和0；

5.2.5二期恒载

二期恒载：41.9kN/m。

收缩徐变依据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015相关规定进行考虑。

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5.2.6荷载组合

根据《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015规定：

作用标准值组合表达式为：

Sk恒载汽车荷载（计冲击力）人群荷载温度 作用短期效应组合表达式为：

Ssk恒载0.7汽车荷载（不计冲击力）人群荷载0.8温度 作用长期效应组合表达式为：

Slk恒载0.4汽车荷载（不计冲击力）0.4人群荷载0.8温度 承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值表达式为：

Sd1.2恒载1.4汽车荷载0.81.4人群荷载

5.3计算结果

5.3.1施工阶段(短暂状况)

5.3.1.1施工阶段应力计算

施工阶段的应力限值为：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004中5.1.3可知，主梁C50混凝土的轴心抗压强度标准值fck分别为32.4MPa、轴心抗拉强度标准值ftk分别为2.65MPa。规范中7.2.8规定预应力混凝土受弯构件，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法

t't'0.7fck向应力应满足：(1)压应力cc；(2)拉应力ct不应超过1.15ftk。

'0.7fck=0.7*32.4=22.68Mpa,1.15ftk对于C50混凝土，=1.15*2.65=3.0475Mpa

因此主梁在施工阶段，其法向压应力不应超过22.68MPa、法向拉应力不应超过3.036MPa。施工阶段正应力施工最值包络图如图5.3.0所示。

26

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图5.3.0施工阶段正应力施工最值包络图

主梁截面的最大法向压应力出现在19号单元的20号节点49号单元的50号节点和7号单元的80号节点处截面的下缘，压应力值为10MPa，小于22.68MPa，满足规范要求。主梁截面在施工过程不出现拉应力，故满足规范要求。

5.3.1.2成桥状态内力、应力图

成桥状态的内力图如分别图5.3.1~5.3.5所示

图5.3.1 成桥状态轴力图（单位：kN）

图5.3.2 成桥状态剪力图（单位：kN）

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图5.3.3 成桥状态弯矩图（单位：kN.m）

图5.3.4 成桥状态截面上缘压应力图（单位：MPa）

图5.3.5 成桥状态截面下缘压应力图（单位：MPa）

5.3.2 承载能力极限状态

由图5.3.6及图5.3.7可知，承载能力基本组合下，截面最大弯矩为1001405kN.m，对应抗力为1957115kN.m，安全系数为1.95；最小弯矩为1470828 kN.m，对应抗力为1957115 kN.m，安全系数为1.33。故正截抗弯承载能力满足要求。

图5.3.6 基本组合正截面抗弯验算最大内力及对应抗力图（单位：kN.m）

28

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图5.3.7 基本组合正截面抗弯验算最小内力及对应抗力图（单位：kN.m）

5.3.3持久状况正常使用阶段

5.3.3.1活载及温度计算 （1）汽车荷载作用

从图5.3.8可以看出，在车道荷载作用下，主桥主跨的竖向位移最大值为36.011×1.4=50.415mm，为相应跨径的1/2778；边跨的竖向位移最大值为10.107×1.4=2.317mm，为相应跨径的1/5882；

依据《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ D62－2004）规定：对于钢筋混凝土及预应力混凝土梁式桥，用可变荷载频遇值计算的上部结构长期的跨中最大竖向挠度，不应超过L/600，故主梁挠度满足要求

图5.3.8 活载竖向位移包络图（单位：m）

活载作用下的剪力和弯矩包络图（由于该连续梁桥在当前约束条件和汽车活载作用下不产生轴力，故在此不给出活载轴力包络图）如图5.3.9～图5.3.10所示。

29

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图5.3.9 活载剪力包络图（单位：kN）

图5.3.10 活载弯矩包络图（单位：kN.m）

（2）温度荷载计算

正负温差梯度时结构应力及变形

在桥梁结构梯度温升的情况下，结构的变形图及应力图如图5.3.14~图5.3.17所示。

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图5.3.11 温度荷载（梯度温升）位移图（单位：m）

图5.3.12 温度荷载（梯度温降）位移图（单位：m）

图5.3.13 温度荷载（梯度温升）应力图（单位：MPa）

图5.3.14 温度荷载（梯度温降）应力图（单位：MPa）

从图5.3.11中可以看出，在结构梯度温升作用下，主桥边跨向上变形，最大值为0.00208mm；主跨靠近跨中部分向下变形，最大值在跨中为0.0043mm，

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从图5.3.12中可以看出，在梯度温降作用下，主桥边跨向下变形，最大值为0.001040mm；主跨靠近跨中部分向上变形，最大值在跨中为0.002191mm。

从图5.3.13中可以看出，在结构梯度温升作用下，在主桥桥面单元产生较大应力，最大压应力为4.35MPa，在跨中上缘。最大拉应力为1.56MPa，出现在中跨跨中截面下缘；从5.3.14中可以看出，在梯度温降作用下，主桥截面产生最大拉应力为2.318MPa，出现在中跨跨中下缘。最大压应力值为0.77MPa，出现在中跨上缘。

5.3.3.2持久状况正常使用极限状态下的内力包络图

持久状况正常使用极限状态下的内力包络图如图6.3.15~图6.3.17所示。

图5.3.15 持久状况正常使用极限状态轴力包络图（单位：kN）

图5.3.16 持久状况正常使用极限状态剪力包络图（单位：kN）

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图5.3.17 持久状况正常使用极限状态弯矩包络图（单位：kN.m）

5.3.3.3压应力验算（标准值组合下的法向压应力与主压应力验算）

使用阶段预应力混凝土受弯构件，混凝土的最大压应力对于未开裂截面应满足：kcpt0.5fck，即对于C50混凝土的最大压应力应不大于16.20MPa。

pt为由预加力产生的混凝土法向压其中kc为按作用标准值组合计算的应力值，

应力值。持久状况正常使用极限状态下作用标准值组合下的法向正应力包络图如图5.3.18所示。持久状况正常使用极限状态作用标准值组合下的主压应力包络图如图5.3.19所示。

图5.3.18 持久状况正常使用极限状态下作用标准值组合（III）的法向应力包络图

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图5.3.19 持久状况正常使用极限状态下作用标准值组合（III）的主压应力包络图

从图5.3.18中可以看出，主梁截面的最大法向压应力为15.86MPa，最大主压应力为10.53MPa，最大应力值均出现在右边跨1/4跨径附近截面，小于规范限定的16.20MPa，均满足规范要求。

5.3.3.4正应力抗裂验算（作用短期与长期效应组合）

A类部分预应力混凝土的正应力抗裂验算。对于A类部分预应力浇筑混凝土构件，在荷载短期效应组合作用下，拉应力应满足：stpc0.7ftk。在荷载长期效应组合作用下，拉应力应满足：ltpc0

（1）作用短期效应组合

持久状况正常使用极限状态下短期效应组合的法向正应力包络图如图5.3.20-5.3.21所示。

图5.3.20 持久状况正常使用极限状态下短期效应组合的上缘法向应力包络图

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图5.3.21 持久状况正常使用极限状态下短期效应组合的下缘法向应力包络图

从图5.3.21-22中可以看出，结构在作用短期效应组合下，仅在主跨桥墩与主梁连接处截面和距离边跨支座1/4跨径处截面存在法向拉应力，最大拉应力分别为0.86MPa、0.25MPa，均小于0.7ftk=1.855Mpa。因此，全桥所有截面均满足A类部分预应力构件在短期效应组合正拉应力抗裂性能的要求。

（2）作用长期效应组合

持久状况正常使用极限状态下长期效应组合的法向正应力包络图如图5.3.22-23所示。

图5.3.22 持久状况正常使用极限状态下长期效应组合的上缘法向应力包络图

图5.3.23 持久状况正常使用极限状态下长期效应组合的下缘法向应力包络图

从图5.3.22-23中可以看出，结构在作用长期效应组合下，全桥未出现拉应

35

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力因此，全桥所有截面均满足（ltpc0）A类部分预应力构件在长期效应组合正拉应力抗裂性能的要求。

5.3.3.4斜截面主拉应力抗裂验算（作用短期效应组合）

A类部分预应力混凝土的主拉应力抗裂验算。对于A类部分预应力浇筑混凝土构件，在荷载短期效应组合作用下，主拉应力应满足：tp0.7ftk

持久状况正常使用极限状态下短期效应组合的主拉应力包络图如图5.3.24所示。

图5.3.24持久状况正常使用极限状态下短期效应组合的主拉应力包络图

从图5.3.24中可以看出，结构在作用短期效应组合下，全桥最大主拉应力为1.16Mpa,小于0.7ftk=1.855Mpa。因此，全桥所有截面均满足A类部分预应力构件在短期效应组合主拉应力抗裂性能的要求。

5.3.3.5斜截面抗剪承载力

承载能力极限状态基本组合对应最大剪力如下图所示：

图5.16承载能力极限状态基本组合剪力包络图（单位：）

由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D60-2004）第5.2.7条可知，斜截面抗剪承载力应满足：

0VdVcsVsbVpb其中：

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Vcs1230.45103bh0(20.6P)fcu,ksvfsvVsb0.7510fsdAsbsins3 Vpb0.75103fpdApbsinp 计算结果如下表所示：

表5.1 承载能力极限状态基本组合剪力抗力计算结果（单位：kN）

X(m) 1 1 10 10 20 20 30 30 40 40 50 50 60 60 70 70 80 80 90 90 100 剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最大剪力 最小剪力 最小剪力 V箍筋 11154.1 -11818.5 -146.8 -12276.9 -13917.6 -14836.6 -17840.8 -17922.6 -22183.2 -22183.2 -29679.4 -29679.4 22183.2 22183.2 17751.8 17818.1 13113.2 14075.1 12945.8 -12945.8 11363.3 V弯起 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 V预应力 4781.9 -4781.9 -138.1 -2084.9 -3566.1 -3383.9 -3947.1 -3947.1 -20.3 -20.3 -3629.5 -3629.5 20.3 20.3 2182.6 2437.2 4290.2 39.1 2800.8 -2800.8 0 总抗力 15936 -16600.4 -14784.9 -14361.9 -17483.7 -18220.4 -21787.9 -21869.6 -25073.5 -25073.5 -33308.9 -33308.9 25073.5 25073.5 19934.4 20255.4 17403.4 180.2 15746.6 -15746.6 11363.3 设计剪力 4559.3 -869.2 -2274.5 -1992.3 -39.8 -9302.9 -8841.9 -137.6 -11958.1 -17419 -21854.7 -30902 18774.9 12369.2 15440 9779 7587.4 5465.1 1468.4 -1532.6 1468.4 VR/Vd 3.495 19.099 6.5 7.209 4.483 1.959 2.4 1.5 2.097 1.439 1.524 1.078 1.335 2.027 1.291 2.071 2.294 3.305 10.723 10.274 7.738 满足 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 尺寸 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 是 37

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100 最大剪力 -10908.8 0 0 -10908.8 -1443.5 7.557 是 是 因此，承载能力极限状态基本组合斜截面抗剪承载力满足04规范要求。

5.4小结

1．施工阶段应力：主梁截面的最大法向压应力出现在19号单元的20号节点59号单元的60号节点和79号单元的80号节点处截面的下缘，压应力值为10MPa，小于22.68MPa，满足规范要求。主梁截面在施工过程不出现拉应力，故满足规范要求。

2. 承载能力基本组合下，截面最大弯矩为1001405kN.m，对应抗力为1957115kN.m，安全系数为1.95；最小弯矩为1470828 kN.m，对应抗力为1957115 kN.m，安全系数为1.33。故正截抗弯承载能力满足要求。

3．在活载作用下，主桥主跨的竖向位移最大值为3.6011×1.4=5.04154mm，为相应跨径的1/27769.29；边跨的竖向位移最大值为10.107×1.4=2.498mm，为相应跨径的1/25423依据《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ D62－2004）规定：对于钢筋混凝土及预应力混凝土梁式桥，用可变荷载频遇值计算的上部结构长期的跨中最大竖向挠度，不应超过L/600，故主梁挠度满足要求。

4．在结构梯度温升作用下，主桥边跨向上变形，最大值为0.00208mm；主跨靠近跨中部分向下变形，最大值在跨中为0.0043mm，从图6.3.12中可以看出，在梯度温降作用下，主桥边跨向下变形，最大值为0.001040mm；主跨靠近跨中部分向上变形，最大值在跨中为0.002191mm。在结构梯度温升作用下，在主桥桥面单元产生较大应力，最大压应力为4.35MPa，在跨中上缘。最大拉应力为1.56MPa，出现在中跨跨中截面下缘；从5.3.14中可以看出，在梯度温降作用下，主桥截面产生最大拉应力为2.318MPa，出现在中跨跨中下缘。最大压应力值为0.77MPa，出现在中跨上缘。

5．运营阶段应力，在作用标准值组合下，主梁截面的最大法向压应力为12.21MPa，最大主压应力为12.21MPa，最大应力值均出现在右边跨1/4跨径附近截面，小于规范限定的16.20MPa，满足规范要求。

6．结构在作用短期效应组合下，仅在主跨桥墩与主梁连接处截面和距离边跨支座1/4跨径处截面存在法向拉应力，最大拉应力分别为0.86MPa、0.25MPa，均小于0.7ftk=1.855Mpa。因此，全桥所有截面均满足A类部分预应力构件在短期效应组合正拉应力抗裂性能的要求。结构在作用长期效应组合下，全桥未出现拉应力因此，全桥所有截面均满足（ltpc0）A类部分预应力构件在长期效

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湖南工业大学本科毕业设计（论文）

应组合正拉应力抗裂性能的要求。结构在作用短期效应组合下，全桥最大主拉应力为1.16Mpa,小于0.7ftk=1.855Mpa。因此，全桥所有截面均满足A类部分预应力构件在短期效应组合主拉应力抗裂性能的要求。

第6章 设置伸缩缝与支座

6.1设置伸缩缝

6.1.1伸缩量的计算

桥面伸缩量的计算公式为：lltltlslc 式中： l：基本伸缩量

lt：温度上升引起的梁体伸长量，ltcl(TmaxTset,t)；

39

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lt：温度下降引起的梁体缩短量，ltcl(Tset,uTmin)； ls：混凝土收缩引起的梁体缩短量，lscs(tu,to)l； lc：混凝土徐变引起的梁体缩短量，lcpcEc(tu,to)l；

l：计算一个伸缩装置伸缩量所采用的梁体长度，视桥梁长度 分段及支座布置情况而定；

c：梁体混凝土材料线膨胀系数，采用c0.00001 cs(tu,to)取0.00013；pc取3.96MPa；(tu,to)取1.44。

对其他因素，如梁端的转角变位、安装时的偏差等，一般都作为安全裕量和构造上的需要来考虑。通常在基本伸缩量的基础上，再增加20%的安全裕量即可。

本桥主跨主跨为三跨连续梁，全长为80m+140m+140m+80m，在7号桥墩设固定支座，在梁两端桥墩各设置一伸缩装置。当温度变化时，混凝土收缩和徐变时，全部上部结构的位移零点（不动点）离左端80m，离右端360m。本伸缩装置设置示意图如下：

图6.1 伸缩装置设置示意图

（1）1号伸缩缝的计算

温度上升引起的梁体伸长量lt：

ltcl(TmaxTset,t)0.00001800002016mm 温度下降引起的梁体缩短量lt：

ltcl(Tset,uTmin)0.00001800002016mm 混凝土收缩引起的梁体缩短量ls：

lscs(tu,to)l0.000138000010.4mm 混凝土徐变引起的梁体缩短量lc：

40

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

lcpcEc(tu,to)l3.961.448000013.2mm 43.4510则基本伸缩量l为：

lltltlslc 161610.413.255.6mm 增加20%的安全裕量，则伸缩缝宽度为： 1.2l1.255.666.72mm （2）2号伸缩缝的计算

温度上升引起的梁体伸长量lt：

ltcl(TmaxTset,t)0.000012200002044mm 温度下降引起的梁体缩短量lt：

ltcl(Tset,uTmin)0.000012200002044mm 混凝土收缩引起的梁体缩短量ls：

lscs(tu,to)l0.0001322000028.6mm 混凝土徐变引起的梁体缩短量lc： lcpcEc(tu,to)l3.961.4422000036.36mm

3.45104则基本伸缩量l为：

lltltlslc

444428.636.36152.96mm 增加20%的安全裕量，则伸缩缝宽度为： 1.2l1.2152.96183.55mm

1号伸缩缝选用德国毛勒伸缩装置（模数式伸缩装置）单鸟式； 2号伸缩缝选用德国毛勒伸缩装置（模数式伸缩装置）多鸟式。

41

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6.2支座的计算与选用

6.2.1支座的布置

对于连续梁桥，一般在每一联设置一个固定支座，并宜将固定支座设置在靠近温度中心，以使全梁的纵向变形分散在梁的两端，其余墩台上均设置活动支座。在设置固定支座的桥墩上，一般采用一个固定支座，其余为横桥向的单向活动支座；在设置活动支座的桥墩上，一般沿设置固定支座的一侧，均布置顺桥向的单向活动，其余均为双向活动支座。本桥支座布置图如下:

双向活动支座桥墩顺桥向单向活动支座固定支座横桥向单向活动支座图6.2 支座布置图

6.2.2支座计算

由桥梁博士输出的文本数据结果，查得支座荷载组合Ⅱ支承反力组合结果如下表：

表6.1 荷载组合Ⅱ支承反力组合

节点号 1 15 39 53 竖向最大（MN） 5.81 48.9 49.1 5.75 竖向最小（MN） 2.34 43.7 43.8 2.28 最大水平位移（mm） 14.8 0 25.8 40.6 由《公路桥梁盆式橡胶支座》JT391-1999,1号节点（顺桥单向滑动支座）最大竖向反力为5.81MN，最小竖向反力为2.34MN,每个桥墩上在桥横向设置两个支座，则每个支座的最大竖向反力为2.905MN，最小竖向反力为1.17MN，最大

42

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水平位移为14.8mm，选定支座类型为GPZ2.5DX,变形量为50mm。

6.2.3支座选用

各支座选定如下表：

表6.2 盆式橡胶支座

支座规格 节点号 顺桥单向（固定） 1 15 39 53

GPZ2.5DX GPZ15GD GPZ15DX GPZ2.5DX 双向（横桥单向） GPZ2.5SX GPZ15DX GPZ15SX GPZ2.5SX 第7章 桥梁下部结构设计与计算

7.1拟定下部结构类型及尺寸

桥墩采用双柱式桥墩，柱径拟采用2.5m。桩基础采用高桩承台式摩擦桩，桩径拟采用2.0m，以旋转锥施工，拟采用6根灌注桩，双排布置。

43

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图7.1 盖梁及墩柱图（单位：cm）

图7.2顺桥向断面图（单位：cm）

44

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图7.3横桥向断面图（单位：cm）

7.2桩长的计算

7.2.1作用在承台地面中心的荷载

（1）结构自重+两孔活载

上部结构产生的竖向力：Ng183100kN

盖梁自重：Ng2(0.350.7211.32.41.21.2)2.825 1831.9kN 中系梁：Ng322425400kN

墩身自重：Ng41.25218252208.92kN 承台自重：Ng51283257200kN

汽车荷载：

1 Nq[qk(l1l2)1.2pk]n

21 [(10.5(80140)1.2360]40.67

2 4253.16kN 汽车水平制动力：

在一个车道上：Hq110%4253.16(40.67)158.7kN165kN

45

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取Hq1165kN，则4车道：Hq2.68165442.2kN

故NNg1Ng2Ng3Ng4Ng5Nq993.9kN H442.2kN （2）结构自重+一孔活载

汽车荷载：

1Nq'[qkl1.2pk]n

21 [10.51401.2360]40.67

2 3127.56kN

故NNg1Ng2Ng3Ng4Ng5Nq'97868.83kN H422.2kN

MHh 422.226.911357.18Nm

7.2.2计算桩长

用确定单桩容许承载力经验公式初步反算桩长，该埋入最大冲刷线以下深度为h，一般冲刷线以下深度为h3，则

1Nh[p]Uliim0A{[0]K22(h33)} （7.1）

2式中：Nh：一根桩受到的全部竖直荷载； U：桩的周长（m），按成孔直径计算；

li：桩在承台或最大冲刷线以下的第i层土层的长度（m）； i:与li相对应的各层土与桩侧的极限摩阻力； ：考虑桩入土长度影响修正系数； m0：考虑孔底沉淀淤泥影响的清孔系数； A：桩底面积（m2）；

46

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h4：桩底的埋置深度（m）；对有冲刷的基桩，由一般冲刷线起算； [0]：桩底处土的容许承载力（kPa）；

2：桩底以上土的容重。多层土时按换算容重计算； k2：地基土容许承载力随深度的修正系数。

桩的设计桩径2.0m，旋转施工成孔直径2.0m，桩周长U1.846.28m

A(2.0)243.14m2,0.7,m00.8,k25.0,[0]350kPa,29kN/m3,70kPa计算得：

1[P]6.28[7200590(h12)120]0.70.82.54[35059(h53)]2

3.14h1913.2 由公式：nN993.9N198.8kN 得，Nhn6Nh又[P]Nh，所以3.14h1913.2198.8kN 计算得：h22.7m取h23m

桩底标高为94.33m；桩的轴向承载力符合要求。

7.2.3桩的平面布置图

47

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图7.4桩的平面布置图（单位：cm）

7.3桩的内力和位移计算

7.3.1确定桩的计算宽度及变形系数

（1）桩的计算宽度b1

b10.9(d1)K （7.2）

式中：Kb'1b'L110.550.50.996。 0.6h10.68.4 b10.9(2.01)0.9962. （2）桩的变形系数

mb1 （7.3） EI548

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式中：E0.67Eh0.672.81071.87107kN/m2； 4 Id0.515m4；

m取28MN/m4。

故：5281032.0.886m11.8761070.515 桩的换算深度hh0.8862017.72.5m，所以按弹性桩计算。7.3.2计算桩顶刚度系数

（1）系数1

11l 0hAE1bC0A0式中：h23m； l02.0m; 1/2; A2.54m2;

C0mh28103236.44105kN/m3。

按计算：A1.84020(20tan())61.56m224

按桩中心距计算：A044212.6m2

112.01/22310.2781060.278EI

2.542.81075.610512.6（2）系数2、3、4

49

(7.4)

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

已知：hh0.8862017.7m4m，取用4m。 l0l00.3542.00.70m8 查《基础工程》附表17、18、19，得

XQ0.57952；Xm0.71253；m1.2538。 故：23EIXQ0.8863EI0.579520.040EI 32EIXm0.8862EI0.712530.0559EI 4EIm0.354EI1.219950.25EI

7.3.3承台底面原点处位移

b0Nn 1(n241xi)Hn3M0n222 2(n41xi)n3n2Mn3H0n222 2(n41xi)n3式中：(n241xi)60.25EI0.278EI62212.027EI；

n260.040EI0.240EI； n360.0559EI0.3354EI； n230.283(EI8)2。 计算得：b97868.83060.278EI58674.36EI

12.027EI422.20.3354EI58674.3612427.00.240EI12.027EI0.2838(EI)286EI

50

7.5）7.6）7.7） （ （ （

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00.240EI11357.180.3354EI422.22456.78 0.240EI12.027EI0.2838(EI)2EI7.3.4每根桩顶上作用力的计算

（1）作用力计算

.6kN58674.362456.7816257竖向力：Pi1(b0Xi0)0.278EI( 2)14253.8kNEIEI12427.862456.780.0559EI74.4kN EIEI2456.7812427.86Mi40300.25EI0.0559EI弯矩：EIEI

75.8kNm水平力：Qi20300.04EI（2）校核

nQi674.4446.4kNH446.4kN

i1nxipinMi3(16257.614253.8)1.856(75.8)7928kNm7928kNmn npi3(16257.614253.8)91534.2kNN91534.2kN

i17.3.5最大冲刷线处桩身弯矩、水平力及轴向力

弯矩：M0MiQil075.874.42.073kNm 水平力：Q0Qi74.4kN

轴向力：P016257.62.542.01516333.8kN

7.3.6最大冲刷线以下深度Z处桩截面上的弯矩

（1）弯矩Mz的计算

51

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MzQ0AmM0Bm （7.8）

表7.1 Mz的计算值

z(m) z 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.8 2.2 h 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 Am Bm Q0Am M0Bm Mz(kNm) 0.000 0.565 1.130 1.695 2.260 2.825 3.390 3.955 5.085 6.215 0 0.19696 0.37739 0.52938 0.561 0.72305 0.76183 0.798 0.68488 0.53160 1 0.98806 0.98617 0.95861 0.91324 0.850 0.77415 0.68694 0.498 0.32025 0.00 39.17 75.05 105.28 128.39 143.79 151.51 152.13 136.20 105.72 31.40 31.03 30.97 30.10 28.68 26.72 24.31 21.57 15.67 10.06 31.40 70.20 106.02 135.38 157.07 170.51 175.82 173.70 151.87 115.78 待续

52

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续表 表7.1 Mz的计算值

7.345 8.475 9.887 2.6 3.0 3.5 4 4 4 0.35458 0.19305 0.05081 0.17546 0.07595 0.01354 70.52 38.39 10.10 5.51 2.39 0.43 76.03 40.78 10.53 （2）弯矩Mz随深度的变化曲线图

由上表计算结果，可绘制出弯矩Mz随深度的变化曲线图，从而求得最大弯矩所在的位置。

最大冲刷线

图7.5 Mz随入土深度的变化曲线图

故，当Z2.783m时，Mz,max327.73kNm。

7.3.7 墩顶纵向水平位移验算

（1）桩在最大冲刷线处水平位移x0及转角位移0的计算

53

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x0Q0M0ABx （7.9） x32EIEI式中：Ax查《基础工程》附表1，取2.44066； Bx查《基础工程》附表5，取1.621。

x0Q0M0ABx x32EIEI74.42.4406637 0.3541.87100.515

31.4041.621270.3541.87100.515 0.662mm6mm

符合规范要求。

0Q0M0AB （7.10） 2EIEI式中： A查《基础工程》附表15，取1.621； B查《基础工程》附表16，取1.75058。 0Q0M0AB 2EIEI74.4(1.621)0.35421.871070.515

31.404(1.7505)80.3541.871070.515 0.211103rad

（2）桩露出地面段看做悬臂梁，计算其在Qi作用下产生的水平位移xQ及在Mi作用下产生的水平位移xm

Qil074.42.813xQ0.074mm

3EI31.871070.515354

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Mil0(75.8)2.812xm0.058mm

2EI21.871070.5152所以，桩顶处水平位移

xix00l0xQxm

0.6620.2112.810.0580.07 1.243mm

水平位移容许值：0.51405.92cm；符合要求。

（3）把桥墩看作固结在承台上的悬臂梁，计算桥墩在墩顶Q作用下产生的水平位移xQ'及在M作用下产生的水平位移xm'

Id42.541.917m4

E1.876107kN/m2

Ql3422.22.03xQ'0.087mm

3EI31.8761071.917Ml0792822xm'0.440mm

2EI21.8761071.9172所以，墩顶处水平位移

x1'x10l0xQ'xm'

1.2430.2112.00.0870.4402.192mm 水平位移容许值：0.51405.92cm；符合要求。

55

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7.4桩身配筋计算及桩身截面材料强度验算 7.4.1桩身配筋计算

桩身最大弯矩为Mz,max327.73kNm，位于Z2.783m处。计算轴向力时，恒载分项系数取1.2，汽车荷载及制动力作用的分项系数取1.4，则轴向力Nj：

12.021Nj[(16333.83127.56)6.293251.842003.483] 2421.23127.561.4 18107.67kN

桩柱采用C25混凝土，主筋选用HRB335级钢筋，其fcd11.5MPa、桩直径取2.0米，fsdfsd'280MPa。 （1）计算偏心距增大系数：

《公路桥规》规定偏心距增大系数计算表达式为：

1l1(0)212 （7.11）

1400(e0/h0)he01.0 （7.12） h010.20.7l 21.150.0101.0 （7.13）

h式中：l0：构件的计算长度；

e0：轴向力对截面重心轴的偏心距；

h0：截面有效高度，对圆形截面取h0rrs；

h：截面高度，对圆形截面取h2r，r为圆形截面半径； 1：荷载偏心距对截面曲率的影响系数； 2：构件长细比对截面曲率的影响系数。

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偏心距：e0MjNj327.7318mm

18107.67l00.534 8.54.4，应考虑偏心距增大系数。

d12.0弯矩作用平面内长细比为

保护层厚度as80mm，故rs820mm； h0rrs10008201820mm； h2r210002000mm。 计算得：

160.224； 18200.5230001.09>1.0,取21.0。 21.150.012000 10.22.7

12.21170002()0.231.0 1400(18/1820)2000 e02.21839.6mm （2）桩身配筋

桩内竖直钢筋按含筋率0.2%配置： Asr20.00210020628mm02

现选用18根直径为20mm的HRB335钢筋，则As5652mm2 4As'456520.002080.002 22d2000 as80mm，满足规定的净距不应小于50mm，且不应大于350mm的要求。

7.4.2桩身截面材料强度验算

轴向力偏心距计算公式

57

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e0 式中：

BfcdDgfsd'r （7.14）

AfcdCfsd'r1.0;0.00209;fcd11.5;g0.9.

在垂直于弯矩作用平面内：

长细比l0/d6.397，故稳定系数1.0。 混凝土截面积为 Acd242000243140000mm2

实际的纵向钢筋面积As5652mm2，则在垂直于弯矩平面内的承载力为 Nu0.9(fcdAcfsd'As)

0.91.0(11.531400002805652)33923.304kNNj10811.68kN

在弯矩作用平面内： e0 BfcdDgfsd'r

AfcdCfsd'B11.5D0.002090.9280100 0A11.5C0.0020928011.5B0.5267D1000

11.5A0.5852C 采用试算法计算，各系数查《结构设计原理》附表1-10

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表7.2 抗弯钢筋计算

 1.23 1.24 A 2.9982 3.0075 B 0.1277 0.1201 C 2.7532 2.7675 D 0.3361 0.3248 (e0)(mm) e0 (mm)39.6 39.6 41.36 38.78 由上表可见，当1.24时，(e0)38.78mm与设计值e039.6mm很接近，故取1.24为计算值。

NuAr2fcdCr2fsd'

10002280 3.00751000211.52.76750.00209 36205.79kNNj10811.68kN MuBr3fcdDgr3fsd'

0.12011000311.50.32480.002090.9100032801552.22kNmMj175.93kNm

桩身材料强度符合要求，桩身裂缝宽不进行验算，仅按构造要求配置箍筋。

7.5群桩基础承载力和沉降验算 7.5.1桩底持力层承载力验算

摩擦型群桩基础当桩间中心距小于6倍桩径。将桩基础相当于cdef 范围内的实体基础，认为桩侧外力以/4角向下扩散。

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图7.6基础承载力验算图（单位：cm）

可按下式验算桩底平面处土层的承载力；

BLhNeA(1)[hl] （7.15） maxlh AAW式中：max:桩底平面处的最大压应力(kPa); :桩底以上土的平均容重(kN/m3)； ：承台底面以上土的重度；

60

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max：承台底面以上土的容重；

A：假想的实体基础在桩底平面处的计算面积，即ab(m2)； W：假想的实体基础在桩底平面处的截面模量（m3）； L0、B0：承台底面处桩基平面轮廓的长度、宽度（m）； L、B：承台的长度、宽度（m）； l：承台底面到桩端的距离；

h：承台底面到最大冲刷线的距离； [hl]：桩底平面处土的容许承载力（kPa）。

17.55102911.1kN/m3

3417.532.525kN/m3；

2L0122.010.0m； B07.01.65.4m；

185302928.2

3428.2aL02ltan10.0234tan18.41m

4428.2bB02ltan5.4234tan13.81m

44Aab18.4113.81254.24m2

ba213.8118.412W780.1m3

66M11357.180.116 N97868.83计算得： e14.37.5252.81187

0.13254.2497868.93(1)749.38kPa780.1max11.13425361

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[hl]10051200291038.24kPa

34所以，max[hl]，故群桩基础承载力合格。

7.5.2群桩基础沉降验算

当桩的中心距小于6倍桩径的摩擦桩群桩基础，则作为实体基础考虑，可采用分层总和法计算沉降量，《公路桥规》规定墩台基础的沉降量应满足下式要求：

S2.0L （7.16） S1.0L （7.17）

式中：S：墩台基础的均匀总沉降量（cm）； s：相邻墩台基础均匀总沉降差值（cm）；

L：相邻墩台间最小跨径长度，小于25m时仍以25m计算。 （1）基底平均压力

PFGMFG6e(1) （7.18） AWAl式中：F97868.83kN

G25219.526167076kN；

M11357.180.043m。 FG97868.8316707697868.8316707660.04(1) P25217 e5kPa 105.3 基底附加应力P0Pd1053.52534203.5kPa

（2）地基竖向自重应力czi的计算

地基分层如下图所示：

62

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

图7.7基础沉降计算图（单位：cm）

0点处:cz0253.015515519.526687kPa 1点处:cz1687(19.510)4725kPa 2点处:cz2725(19.510)4763kPa 3）地基竖向附加应力zi的计算

附加应力zP0，根据l/b和z/b查表求得

1点处：z4m，z/b2.61，l/b2.43。得10.2351.610.376，z10.376687258.312kPa

2点处：z8m,z/b2.62,l/b2.43。得10.154 1.610.246，z10.246763187.7kPa

4）地基各层沉降量的计算

sie1ie2i1ehi 1i式中：e110.947； e210.945； e120.926； e220.923。

63

7.19）

（ （ （ 湖南工业大学本科毕业设计（论文）

故：S1 e11e21h1 1e110.9470.9454

10.947 0.41cm

S2 e12e22h2 1e120.9260.9234

10.926 0.63cm

（5）总沉降量

SsS1S2

i12

0.410.631.04cm(2.05014.1cm)

7.6承台的计算

7.6.1承台底面单桩竖向力设计值计算

FdMxdyiMydxi （7.20） Nid22nyixi 式中：Nid：第i跟桩的单桩竖向力设计值；

Fd：由承台底面以上的作用（或荷载）产生的竖向力组合设计值； Mxd、Myd：由承台底面以上的作用（或荷载）绕通过桩形心的y轴、x轴的弯矩组合设计值；

n：承台下面桩的总根数；

xi、yi：第i排桩中心至y轴、x轴的距离。

Fd1.2(993.94253.16)1.44253.161193.4kN

1193.411357.18211357.182.5 Nid 226232.52 24104.87kN

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

7.6.2承台正截面抗弯承载力计算

柱下多桩矩形承台，其计算截面应取在柱边和承台高度变化处，按下式计算：

MxNiyi （7.21）

MyNixi （7.22）

式中：Mx、My：垂直x、y轴方向计算截面处弯矩计算值；

Ni：扣除承台和承台上土自重设计值后i桩竖向净反力设计值； xi、yi：垂直y轴和x轴方向自桩轴线到相应计算截面的距离。 Mx324104.872.5180786.5kNm My324104.872144629.22kNm

7.6.3承台的斜截面抗剪承载力计算

桩基承台的剪切破坏面为一通过柱边与桩边连线所形成的斜截面。其斜截面受剪承载力可按下式计算：

Vhsftb0h0 （7.23）

1.75 （7.24）

1.0hs(8001/4) （7.25） h0式中：V：斜截面的最大剪力设计值；

b0：承台计算截面处的计算宽度； h0：承台计算截面处的有效厚度；

mm时，mm； hs：受剪切承载力截面高度影响系数，当h02000取h02000 ：剪切系数；

：计算截面的剪跨比，0.25时，取0.25；3时，取3。 hs( 8001/48001/4)()0.795 h0200036001.8 20001.750.625

1.81.065

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

故Vu0.7950.625187012333449.63kN2Nd28120.44kN 满足要求。

7.6.4承台受冲切承载力验算

承台抗冲切承载力与冲切锥角有关，对于柱下矩形承台，验算时应满足：

Flhp0umfth0 （7.26）

FtFNi （7.27）

0.840 （7.28）

0.2式中：Fl：作用于冲切破坏锥体上的冲切力设计值； ft：承台混凝土抗拉强度设计值； um：冲切破坏锥体有效高度中线长；

hp：受冲切剪力截面高度的影响系数，当h02000取hp0.9 mm时， 0：冲切系数；

：冲跨比，1时，取1； F：作用于柱底的竖向荷载设计值； Ni：冲切破坏锥体范围内各基桩的净反力。

3.21.071，故取1；

30.8400.7

10.2故hp0umfth00.90.72.518703208.97241041.87kN 满足要求。

7.6.5承台局部承压计算

（1）局部承压区的抗裂性计算

0Fld1.3sfcdAln （7.29）

式中：fcd11.5MPa； s1.0；

66

Ab （7.30） Al湖南工业大学本科毕业设计（论文）

A(19603)2b427154670mm2；

A19602lnAl43017185mm2；

3；

Fcr1.3sfcdAln

1.31.0311.53017185135320.7kN(1.114060.2215466.24kN)

0Fld承台区尺寸满足要求。 （2）局部抗压承载力验算

0Fld0.9(sfcdkvcorfsd)Aln 式中：fcd11.5MPa； s=1.0； cor==3； k2.0； v=0.00222； fsd280MPa； AlnAl1960243017185mm2；

故Fu0.9(sfcdkvcorfsd)Aln

0.9(1.0311.52.00.002223280)3017185

103811.2kN(0Fld1.124104.8726515.36kN)

7.7墩柱配筋计算

7.7.1柱身配筋计算

（1）荷载计算

恒载+一孔活载时：

67

7.31） （

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

NNg1Ng2Nq'831001831.93127.5688059.5kN H442.2kN

MHh1442.231326.6kNm 恒载+两孔活载时：

NNg1Ng2Nq831001831.94253.16185.0kN （2）配筋计算

拟采用25号混凝土、HRB335钢筋，则fcd11.5MPa、柱直径取2.5m，

fsdfsd'280MPa。

e0MjNj1326.60.015m15mm

185.0弯矩作用平面内

l00.5183.64.4，故不考虑纵向弯曲对偏心距的影响。 d12.5柱内竖向钢筋按最小配筋率min0.2%配置，故采用0.002计算。则 Asr20.00212520981.57mm2 现选用27根直径为22HRB335钢筋，则

As'380.12710262.7mm2 4A'410262.70.00840.002 实际配筋率:s2d12502钢筋布置图如下，as50mm，满足规定的净距不应小于50mm，且不应大于350mm的要求。

68

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

图7.8 柱身截面配筋图（单位：mm）

7.7.2柱身截面材料强度验算

长细比l0/b3.64.4，故不考虑偏心距增大系数，1.0。 则在垂直于弯矩作用平面内的承载力为： Nu0.9(fcdAcfsd'As)

0.91.0(11.51062801026.72)

53508kN52(N18.05kN) 7.8盖梁计算

7.8.1盖梁抗弯承载力计算

图7.9盖梁尺寸图（单位：cm）

取as50mm，则h03400503350mm。 盖梁承受的弯矩为：

M8310020.42517658.75kNm 弯矩组合设计值Md1.217658.7521190.5kNm 根据《公路桥规》盖梁抗弯承载力按下式计算：

0M0MdfsdASZ 69

（7.33）

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

lZ(0.750.05)(h00.5x) （7.32）

hMd：盖梁最大弯矩组合设计值；

fsd：纵向普通钢筋抗弯拉强度设计值； As：受拉普通钢筋截面面积； Z：内力臂； x：截面受压区高度；

h0：截面有效高度； fsd280MPa。 受压区高度计算：

x0(3350) 121190.510611.5280x2 x196.5mm

11.3)（33500.5196.5）3237.4mm 则Z(0.750.052.3 fsdAsZ280As3237.410621190.5kNm

.9mm2 故 As23376选用38根直径为28HRB335钢筋，则As'615.83823400.4mm2

23400.40.0025min0.002 28003400所以，盖梁抗弯承载力满足要求。

7.8.2盖梁的截面抗剪计算

l10.3h0Vd103fcu,kbh0 （7.34） 30式中：Vd：验算截面处的剪力组合设计值 (kN); b ：盖梁截面宽度(mm)； h0：盖梁截面有效高度(mm)；

fcu,k：边长为150mm的混凝土立方体抗压强度标准值(MPa)，取设计的 混凝土强度等级。

8310041550kN Vd270

湖南工业大学本科毕业设计（论文）

l10.3h Vu103fcu,kbh0 3011.710.3 2.31033028003350

30 84361.49kN(0Vd1.14155045705kN) 满足要求。

7.8.3盖梁的斜截面抗剪承载力计算

14lh103bh0Vd1200(20.6P)fcu,ksvfsv （7.35）

式中：Vd：验算截面处的剪力组合设计值 (kN);

1：连续梁异号弯矩影响系数，计算近边支点梁段的抗剪承载力时，1=1.0; 计算中间支点梁段及钢构各节点附近的抗剪承载力时，1=0.9；

P：受拉区纵向受拉钢筋的配筋百分率，P100，As/(bh0)当P>2.5时，取P=2.5;

sv：箍筋配筋率，svAsv/(Svb)，此处，Asv为同一截面内箍筋各肢的总截面面积，Sv为箍筋间距。

fsv：箍筋的抗拉强度设计值(MPa)；

b ：盖梁截面宽度(mm)；

h0：盖梁截面有效高度(mm)；

As'615.83823400.4mm2

23100.40.0024min0.002

28003400P1000.24。

采用直径为16mmHRB335钢筋，AsvnAsv12201.1402mm2

svAsv4020.0048(min0.002) Svb30280014Vu1.011.72.310328003500(20.60.24)300.0048280 2071

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7423.8kN1(0Vd1.1415504570kN5) 满足要求。

7.9中系梁的配筋计算

根据《公路桥规》，中系梁按横截面的0.1%进行构造配筋计算，则 Asbh00.00120001800360mm02 现选用15根直径为18的HRB335钢筋，则

As'254.5153817.5mm2

'As'3817.50.001060.001 bh020001800满足要求。

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湖南工业大学本科毕业设计（论文）

结 论

本课题完成了连续梁桥的桥型方案的确定，上部、下部结构的设计，并对各截面进行了内力和配筋计算。利用桥梁博士对各截面内力进行了计算，并对各控制截面进行了内力组合，进行了配筋计算以及全桥安全验算，最后进行了整个设计图纸的绘制。完成了桥型方案比选、桥面板的内力以及配筋计算、主梁内力以及配筋计算、全桥结构安全验算、桥面伸缩量的计算以及伸缩装置的选定、桥梁支座的设计与计算、墩柱的配筋计算、盖梁计算、桩的配筋计算及其界面材料强度验算、基础的承载力和沉降验算。绘制了桥型布置图、箱梁纵向钢束布置图、桥墩钢筋布置图等。

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湖南工业大学本科毕业设计（论文）

参考文献

[1]邵旭东.桥梁工程（第三版).北京：人民交通出版社，2014:125-26.

[2]中华人民共和国行业标准.公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015).北京：交通

出版社，2004.

[3]中华人民共和国行业标准.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

（JTG D62-2004）.

[4]中华人民共和国行业标准.《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007） [5]《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T 4－2004）. [6]《内河通航标准》（GB 50139-2014）.

[7]John Tubman.Planning and Design of Bridges.Engineering Structures, 1995,

Vol.17(9).

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湖南工业大学本科毕业设计（论文）

致 谢

在本次毕业设计的过程中得到了郑辉老师的悉心指导，使得我的毕业设计能够顺利完成。他总是不厌其烦，耐心地给我讲解，另外生活和工作上也得到老师的帮助。在此首先要对导师表示衷心的感谢。这些都是曾经，现在，或许将来都还会一直帮助我的老师，所以在此我真心的感谢各位老师，并且祝你们身体健康，合家欢乐，工作顺利！

感谢各位专业老师，你们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，你们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的老师、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我最诚挚的谢意！

学生签名：

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