公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计.doc
《公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计.doc(105页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、摘 要随着国家经济的迅速发展,桥梁建设也得到了飞速发展。连续刚构桥由于建设费用低、对周围交通环境影响小以及预应力混凝土技术的发展而得到了大力发展。它的主要优点是:外形尺寸小,桥下净空大,桥下视野开阔,混凝土用量少,结构刚度好等。本设计为107.5m+190m+107.5m公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥,全桥分为左右两幅,每幅全长405m,宽为11.5m。横截面采用单箱单室变截面箱梁,最大梁高为12m,位于中墩根部,最小梁高为4.0m,位于跨中,其间梁高按二次抛物线变化;主梁腹板厚度按二次抛物线变化从70cm过渡到35cm;底板厚度最厚处为110cm,最薄处为30cm,也按二次抛物线变化;顶
2、板厚度为18cm保持不变。桥面设计为:0.5m栏杆+23.75m车行道+3.0m应急车道+0.5m栏杆=11.5m。设计荷载标准为公路级。桥面纵坡采用平坡设计,横坡坡度为2%。桥轴平面线性为直线。主梁施工主要采用悬臂施工法。本设计主要通过MIDAS CIVIL软件来建立相应的模型,然后进行受力分析,并通过正截面抗弯、抗剪和裂缝宽度等来检验和修改所设计的模型。分析的主要内容有:恒载、活载内力计算,各施工阶段内力计算,温度荷载、支座不均匀沉降、预应力引起的次内力计算及承载力极限与正常使用极限状态的计算等。最后进行了主要工程量的计算。桥梁结构设计完成,绘制了桥梁结构的主要构造图(立面、平面、横断面和
3、阶段划分图),分阶段预应力钢筋布置图(各施工阶段预应力布置,包括纵向立面,平面和各个断面布置),施工程序图等。关键词: 连续刚构桥;悬臂施工法;内力计算;受力验算 AbstractWith the rapid development of national economy, the construction of bridges has been making remarkable progress. Because of low cost and little influence to the nearby traffic environment as well as the develop
4、ment of pre-stressed reinforce concrete, the continuous rigid frame has developed quickly.Its main advantages are having small size, large clearance and wide view under the beam,less use of concrete,and good structural stiffness.The design is a highway pre-stressed concrete thin-walled pier continuo
5、us rigid frame bridge,whose span is 107.5m+190+107.5m.It is 405m long,and 11.5m wide.When designed the bridge,the single cell box section was chosen as its crosssection.Its maximum beam height is 12m on the piers,and the minimum is 4m at the middle of the main span.Between them,the change of the hei
6、ght is according to the parabola.The depth of the web and bottom plate of the main span is changing from70cm to35cm and 110cm to 30cm,also according to the parabola.The depth of the top plate remains 30cm. The design of the deck is 0.25m fence+2x3.75m main carriageway+3.5m emergence lane.Its load st
7、andard is I class of highway.The design of the longitudinal slope is flat and the crosss lope is 2%.The cantilever construction method is adopted to construct the main girder.The model of the design is mainly built through the MIDAS CIVIL.After that,the model will be analysed and figure it out that
8、if the model is right according to the test of flexural, shear and crack width.The load analysis mainly includes the calculation of the concrete gross section properties,the inner force produced by dead and live load, and the force produced during the construction. In addition, the calculation of ot
9、her inner force caused by the temperature,the uneven subsidence of the bearing,and the pre-stressed reinforce.Finally,it will calculate the main amount of constructionwork.After finishing building the model,some blueprints will be drawn,including the main structure drawings(including elevation,flat,
10、cross section and different stages of construction), the layout of pre-stressed reinforcement of different construction stages(including the layout of pre-stressed reinforcement of different construction stages and the layout of elevation, flat and cross section), and the construction procedures.Key
11、 Words:Continuous rigid frame bridge;Cantilever construction method; Internal force calculation;The provement of force analysis.目录第一章 绪论11.1 设计过程11.2 受力和构造特点2第二章 概论42.1 设计依据及设计资料42.1.1 主要设计指标42.1.2 材料规格42.1.3 设计依据52.2 桥梁结构总体布置及截面尺寸52.2.1 桥梁基本结构52.2.2 截面尺寸拟定52.3单元划分及施工方法62.3.1单元划分62.3.2施工方法6第三章 主梁内力计
12、算83.1 桥梁电算83.1.1单元划分83.1.2施工顺序83.2所用材料数据83.2.1材料特性值93.2.2 二期恒载93.3 恒载内力计算93.4 活载内力16第四章 预应力钢束的估束与布置214.1预应力的估束214.1.1计算原理214.1.2 按承载能力极限状态计算配束214.1.3 按正常使用状态计算224.1.4 预应力筋的估算254.2 预应力钢束的布置27第五章 截面特性计算295.1 毛截面几何特性295.2 净截面几何特性计算305.2.1净截面面积305.2.2净截面形心的确定305.2.3净截面惯性矩计算305.3换算截面特性计算305.3.1换算截面面积305.
13、3.2换算截面形心的确定305.3.3惯性矩计算305.4 计算结果31第六章 预应力损失计算326.1 预应力钢束与管道之间摩擦损失326.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失326.3 混凝土弹性压缩损失336.4 钢束松驰引起的应力损失336.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失346.6 有效预应力值34第七章 次内力的计算387.1 预应力钢束引起的次内力387.2 基础不均匀沉降引起的次内力427.3 收缩徐变引起的次内力457.4温度次内力计算537.5 内力组合617.5.1承载能力极限状态下内力组合617.5.2 正常使用极限状态下内力组合657.5.3 弹性阶段截面应力计算
14、时的荷载组合66第八章 截面验算748.1承载能力极限状态748.1.1主梁正截面强度验算748.2正截面抗裂验算778.3 预应力混凝土构件应力验算798.3.1 使用阶段正截面压应力验算798.3.2 使用阶段斜截面主压应力验算818.3.3 施工阶段正截面法向应力验算828.3.4 受拉区钢筋的拉应力验算848.4 刚度验算868.4.1 中跨变形验算868.4.2 边跨变形验算87第九章 主要工程数量889.1混凝土用量889.2 钢束用量89总 结92致 谢93参考文献94附录95 第一章 绪论毕业设计是本科培养的重要环节,是专业基础课和基础相关理论课进行结合应用的过程。通过该环节可
15、以培养综合运用所学基本理论、基本知识的能力,是对本科阶段学习成果的一个系统检阅;同时这一环节也是培养独立分析解决问题的能力以及创新能力的重要手段。在此次设计中,不仅可以掌握应用软件进行建模,而且还对作图、外文阅读等能力进行了加固。1.1 设计过程预应力混凝土连续钢构桥作为中等、大跨度桥梁选择方案之一,由于建设费用低、技术成熟度高和对周围交通环境影响小等原因,近年来在我国桥梁建设中得到了大力发展。连续刚构桥最重要的特点是墩梁固结,这使得它不仅继承了连续梁桥的结构受力性能好、伸缩缝少、行车平顺舒适、变形和养护工程量小、造型简洁美观等的优点,还节省了支座,提高了桥梁承受水平荷载和抗震性能的能力,从而
16、成了当前最具竞争力的主要桥型选择。预应力混凝土连续钢构桥的一般设计步骤:(1)查阅完工的设计图纸并结合有关公式,拟定结构几何尺寸,确定材料种类,采用相关软件模拟施工步骤,计算结构的恒载内力、活载内力相加并增大15%,按正常使用极限状态和承载能力极限状态工况组合进行运算,再根据结果和计算公式进行钢筋估束;(2)将恒载内力、活载内力相加并增大15%,按正常使用极限状态和承载能力极限状态工况组合进行运算;(3)根据两种组合状态,分别按正常使用和承载能力进行钢束总面积的估算,再根据单根钢束的面积估算出各截面的钢束总数量,根据规范及相关经验布置钢束位置,再次模拟施工,此时考虑预应力的作用,计算结构恒载内
17、力;(4)重新计算各种荷载作用下的内力包括预应力和温度支座等引起的次内力,进行正常使用极限状态和承载能力极限状态组合;(5)根据组合结果,进行截面强度验算、使用阶段的应力验算和变形验算;(6)各项验算均满足要求,则设计通过。若某项验算通不过,调整钢束数量、位置或者修改截面尺寸,重复(3)-(5)步骤,直到各项验算均通过为止。预应力混凝土连续刚构桥的设计过程一般包含两次正常使用和承载能力状态的组合。第一次组合用于估算钢束总量,使用的截面都是毛截面,且没有考虑次内力和施工荷载等,所以计算得到的钢筋束数是不准确的,只能作参考。鉴于预加应力对混凝土的收缩徐变有较大的影响,因此估算钢束总量时,对混凝土的
18、收缩徐变不加于考虑。第二次状态组合是考虑预加应力和混凝土收缩徐变影响后,结构真实状态下的内力组合,用于各项验算。预应力混凝土连续钢构桥主要采用悬臂施工和满堂支架施工。在采用支架浇筑好墩和零号块之后,对其两侧主梁采用对称悬臂施工;在施工到合龙段时,桥台处的主梁用满堂支架浇筑,然后进行边跨和中跨的合龙。在整个施工过程中,涉及到了体系转化问题。合龙前是静定结构,合龙后转化成了超静定结构。在施工阶段,静力体系也在不断变化,因为其中涉及到挂篮的移动和预应力的张拉等。因此在建立模型时,应该准确模拟各个施工阶段,这反映在边界条件的定义,单元荷载和湿重的激活与钝化上。桥梁恒荷载是由各个施工阶段叠加而成的,显然
19、不同的施工方法得到恒载是不一样的;而活载和支座沉降等是成桥之后才加上去的,和施工方法无关。为了保证桥梁的施工安全和使用的耐久性,进行设计时,必须计算出每个受力阶段在各种荷载组合作用下的内力,和其产生的应力和变形。变截面的连续刚构体系使得次内力计算变得很复杂,故在计算次内力的时候借助电算进行一些偏于安全的简算是必要的。1.2 受力和构造特点刚构桥是桥跨结构和墩台整体相连的结构,由于两者之间是刚性连接,在竖向荷载作用下,将在主梁端部(墩台处)产生负弯矩,因而可以减少跨中的正弯矩,跨中截面尺寸也相应的得以减少。刚构桥在竖向荷载的作用下,墩顶处除了承受压力外,还承受弯矩。支柱一般也用混凝土构件做成,其
20、在竖向荷载作用下,一般都会产生水平推力。刚构桥大多是超静定结构形式,故混凝土收缩、温度变化、墩台不均匀沉降和预应力等因素都会在结构中产生附加内力。在施工过程中,当结构体系发生转变时,徐变也会引起附加内力。有时,这些附加内力有时可占整个内力相当大部分。钢构桥的桥面构造和梁式桥没区别很小。主梁截面形状与梁桥相同。主梁在纵方向的变化可做成等截面、等高变截面和变高度三种。特定情况下,还可以把主梁做成几种不同的截面型式,以适应内力的变化和方便施工。例如,主梁跨中段做成肋式,支承段做成箱形。对小跨度宜采用等高度主梁,以利施工。变高度主梁的底缘形状可以是:曲线形、折线形、曲线加直线等,这主要应根据主梁内力的
21、分布情况,按等强度原则选定。在下缘转折处,为保证底板的刚度,一般均宜设置横隔墙。支柱有薄壁式和立柱式。立柱式中又可分为多柱和单柱。多柱式的柱顶通常都用横梁连接,形成横向框架,以承受侧向作用力。当立柱较高时,尚应在其中部用横撑将各柱连接起来。当桥梁很高时,为了增加其横向刚度,还可以做成斜向立柱。支柱的横截面可以做成实体矩形、字形或箱形等。对于单柱式,其截面要与主梁截面相配合,腹板要尽可能与主梁腹板布置一致,以利传力。第二章 概论2.1 设计依据及设计资料2.1.1 主要设计指标 (1)公路等级:四车道高速公路(2) 孔跨布置:107.5m+190m+107.5m公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
20 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 公路 预应力 混凝土 薄壁 连续 刚构桥 设计