42+75+42m京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计.doc
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1、 本科毕业设计42+75+42m京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计 西南交通大学本科毕业设计院 系 土木工程系 专 业 道 路 工 程 年 级 2005级 姓 名 题 目 42+75+42m 京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计 第73页毕业设计任务书班 级 2005道路2班 学生姓名 学 号 发题日期:2009年3月2日 完成日期:2009年6月19日 题 目 42+75+42m京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计 1、本设计的目的、意义 经过毕业
2、设计,使学生了解并掌握预应力混凝土连续梁桥设计的基本过程,掌握预应力混凝土连续梁桥设计的基本要素,包括桥型的选择,桥跨尺寸的比选,主要结构尺寸的选择,结构受力计算分析,施工方法选择等。 通过本设计,学生应对预应力混凝土连续梁桥设计有较全面的了解,能独立进行同类型桥梁的计算分析,对预应力混凝土连续梁桥施工方法有一定的了解。 2、学生应完成的任务 完成跨度为42+75+42m的铁路预应力混凝土连续梁桥设计,具体任务如下: (1)桥式方案比选,拟定桥梁细部结构尺寸; (2)运用有限元软件进行桥梁结构内力分析计算; (3)预应力钢筋的设计; (4)主要截面检算; (5)编制不少于15000字的设计说明
3、书; (6)绘制不少于16张A3的结构主要施工图。 3、设计各部分内容及时间分配:(共 18 周)第一部分桥式方案比选,拟定桥梁细部结构尺寸 ( 2周)第二部分运用有限元软件进行桥梁结构内力分析计算 ( 6周)第三部分预应力钢筋和普通钢筋的设计 ( 2周)第四部分主要截面检算 ( 2周)第五部分编制设计说明书 ( 2周)第六部分绘制结构主要施工图 ( 2周)评阅及答辩 ( 1周)备 注 此毕业设计是在大学期间所学知识的一个检验和总结,通过毕业设计设计可以认识到自己在哪些地方还存在着不足,以便及时充实自己,学到更多的专业知识。 指导教师: 年 月 日审批人: 年 月 日摘要本设计是一座跨径为42
4、+75+42m的京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥(上部结构)的设计。全桥采用3跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构,线路形式为双线,线间距为5m;箱梁梁高呈二次抛物线变化,中支点处梁高为6.6m,边支点和跨中处梁高为3.8m;考虑到抗弯刚度及抗扭刚度的影响,梁体采用单箱单室箱型截面,桥面宽度为13.7m,梁底宽度为6.8m。主梁梁体采用悬臂浇注法施工(挂篮施工),对称平衡浇注混凝土;边跨现浇段采用满堂支架法施工。设计过程如下:首先,汇总说明了本设计的设计依据和设计基本资料;重点论述了桥梁方案设计、施工阶段的划分以及梁体结构尺寸的拟定。其次,通过MIDAS/Civil有限元分析软件,建立简单、合理
5、的有限元模型,分析梁体的受力行为,重点计算了主梁在恒载、活载、附加力作用下的内力效应;并在内力组合下进行了预应力筋的估算,以及预应力筋的配置;同时模型考虑了梁体在温度、基础不均匀沉降、预加力、混凝土收缩徐变作用下引起的次内力效应。对于预应力损失,本设计以顶板束N8为例,对其进行了分析和说明。再次,查看了内力组合中几种主要组合作用下的应力效应,并根据规范进行了梁体结构设计验算,包括施工阶段、运营阶段的强度和变形验算。最后,对梁体的主要工程数量进行了统计。关键词:高速铁路;结构设计;预应力混凝土连续梁桥AbstractThe design is mainly about a 42+75+42m o
6、f P.C.continuous Beam Bridge (superstructure) used on Beijing-Shanghai high-speed railway.A three-span P.C.continuous Beam structure with variable cross-section is used in this bridge, and the form of the railway is double line which is 5m far away; the height of beam takes quadratic parabola relati
7、on, which is 6.6m high at the middle fulcrum, while at the side fulcrum and the mid-span is 3.8m. Considering the distorting stiffness and the bending stiffness, the girder body adopts single cell and single box, and the width of surface is 13.7m, while the bottom is 6.8m. The method of construction
8、 used on this bridge is the cast in place cantilever construction technology (Cradle Construction), applying balanced cantilever construction process, and construction of side span is full scaffold construction.The design process is as follows: First of all, it briefly presents the consideration and
9、 basic information of the design, emphasizing on the bridge design scheme, division of construction stages, and determination of the structural size of girder body.Secondly, the design uses MIDAS/Civil to establish the finite element model that is reasonable and simple, analyzing the structure behav
10、ior of the girder body under loading, especially the internal forces of bridge structure under dead load, live load and additional force. According to the internal force combination, the evaluated amount of longitudinal tendons can be worked out, and also pre-stressed steel bar is arranged. Moreover
11、, the model takes the structural secondary internal forces caused by temperature, the foundation uneven subsidence, the pre-stress, and the creep and shrinkage of concrete into consideration. Pre-stress is analyzed by taking the pre-stressed steel bar of No.8 for example.Thirdly, this design expound
12、s the stress effect under some important combination of the internal force combination. Checking calculations of structure design, including the calculations of deformation and strength in the construction stage and service stage, are done carefully according to standard. Lastly, this article also c
13、alculates the approximated amount of work when building the girder body.Key words: high-speed railway; structure design; P.C.continuous Beam Bridge目录第1章 绪论11.1 京沪高速铁路概述11.2 连续梁的发展11.3 连续梁桥的分类21.4 预应力混凝土连续梁桥的力学特点和适用范围2第2章 设计依据以及设计基本资料42.1 设计采用规范42.2 设计基本情况42.3 设计所用材料及特性值42.4 设计荷载5第3章 桥梁方案以及结构主要尺寸73.1
14、 方案简介73.1.1 桥跨总体布置73.1.2 施工方法73.1.3 施工节段的划分73.2 结构主要尺寸拟定83.2.1 主、边跨径的拟定83.2.2 顺桥向尺寸的拟定93.2.3 横桥向尺寸的拟定9第4章 梁体内力计算134.1 结构计算简图及其模拟134.1.1 模型建立原则134.1.2 结构模型134.2 恒载内力计算164.2.1 施工阶段恒载内力计算结果174.2.2 成桥阶段内力计算结果204.3 活载内力计算224.3.1 活载内力计算方法224.3.2 冲击系数的计算234.3.3 移动荷载内力计算结果234.4 附加力产生的附加内力计算254.4.1 风荷载内力计算25
15、4.4.2 制动力产生的内力计算274.5 温度及支座沉降次内力计算294.5.1 温度次内力计算294.5.2 基础不均匀沉降引起的次内力334.6 内力组合(一)34第5章 预应力筋的配置375.1 预应力筋布置原则375.2 预应力筋的估配计算原理385.3 预应力筋的实际布置395.3.1 纵向预应力筋的布置405.3.2 横、竖向预应力筋的布置41第6章 预应力损失、钢束及收缩徐变次内力计算426.1 预应力损失及有效预应力计算426.1.1 预应力损失计算原理426.1.2 预应力损失计算结果456.2 钢束次内力计算486.2.1 钢束次内力计算原理486.2.2 钢束次内力计算
16、结果496.3 混凝土收缩、徐变引起的次内力计算496.3.1 收缩、徐变引起的次内力计算原理496.3.2 收缩徐变次内力计算结果506.4 内力组合(二)516.4.1 内力组合(二)下内力包络图51第7章 截面强度及变形验算537.1 主要设计指标537.1.1 设计安全系数及各阶段应力控制条件537.1.2 梁体变形限值537.2 内力组合(二)下应力图547.2.1 主力组合下梁体应力图547.2.2 主力+附加力组合下应力图557.3 截面验算567.3.1 施工阶段应力567.3.2 运营阶段应力587.3.3 支点反力597.3.4 梁体变形值验算597.3.5 正截面抗弯验算
17、597.3.6 斜截面抗剪验算607.3.7 运营阶段正截面抗裂验算617.3.8 混凝土压应力验算(运营阶段)637.3.9 预应力钢筋应力幅验算(运营阶段)647.3.10 预应力钢筋锚下控制应力验算(传力锚固阶段)657.3.11 混凝土剪应力验算(运营阶段)657.3.12 混凝土法向应力验算(传力锚固阶段)66第8章 工程数量统计688.1 混凝土用量688.2 纵向预应力钢绞线用量68结论70致谢72参考文献73第1章 绪论1.1 京沪高速铁路概述2008年4月18日9时05分,温家宝总理在京沪高速铁路开工典礼上宣布,历经十几年讨论、总投资2209.4亿元的京沪高速铁路全线开工,并
18、为京沪高速铁路奠基。铁道部预计在2012年完成,到时候,人们乘坐京沪高速列车,从北京到上海只要5小时。京沪高速铁路是中长期铁路网规划中投资规模最大、技术含量最高的一项工程,也是我国第一条具有世界先进水平的高速铁路,正线全长约1318km,与既有京沪铁路的走向大体并行,全线为新建双线,设计时速350km,初期运营时速300km,最高车速度可达370km,共设置21个客运车站,2011年年底投入运营。桥梁长度约1140km,占正线长度86.5%;隧道长度约16km,占正线长度1.2%;路基长度162km,占正线长度12.3%;全线铺设无碴正线约1268km,占线路长度的96.2%。有碴轨道正线约5
19、0km,占线路长度的3.8%。全线用地总计5000km2(不包括北京南站、北京动车段、大胜关桥及相关工程)。京沪高速铁路将全线铺设无缝线路。铁路线路、牵引供电、通信信号等基础设施,采取多种减振、降噪、低能耗、少电磁干扰的环保措施。全线实行防灾安全实时监控,运用具有世界先进水平的动力分散型电动车组,由集行车控制、调度指挥、信息管理和设备监测于一体的综合自动化系统统一指挥,以确保实现高速度、高密度、高舒适性、大能力、强兼容、高正点率、高安全性的现代化旅客运输。京沪高速铁路全线实现道口的全立交和线路的全封闭。既方便沿线群众、车辆通行,又可确保高速列车运行安全。全线优先采用以桥代路方式,最大限度节约东
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