三车道高速公路(64+2×113+64)m连续梁桥设计(计算书+工程量104页)_第1页
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文档简介

西南交通大学本科毕业设计高速公路64211364M连续梁桥设计年级2010级学号20100449姓名专业土木工程指导老师2014年6月院系土木工程专业桥梁工程年级2010级姓名题目高速公路64211364M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毕业设计(论文)任务书班级土木5班学生姓名学号20100449发题日期2013年11月22日完成日期2014年6月1日题目高速公路64211364M连续梁桥设计1、本论文的目的、意义毕业设计基本目的是培养学生综合运用所学理论知识的技能以及分析与解决桥梁工程实际问题的能力。通过本题目,让学生将前3年多中理论学习的知识综合应用起来,一方面复习所学习的理论知识,并将其应用到工程实践中,锻炼其工程应用能力,初步形成桥梁工程的设计工作能力,并培养学生严肃认真的科学态度和严谨求实的工作作风。使学生通过毕业设计在具备工程师素质方面更快地得到提高。2、设计任务(1)桥梁结构方案拟定根据给定的桥梁跨径结合桥梁结构受力的合理性和经济性等,初步拟定桥梁结构的主要尺寸,如预应力混凝土连续梁主梁截面高度、顶底板与腹板厚度及其变化规律、梁体截面尺寸等确定。(2)结构内力分析理解结构内力分析基本原理,并逐步掌握桥梁专业计算软件的使用;针对拟定的桥梁结构,应用有限元结构分析软件进行建模计算,包括结构计算图式的确定、单元划分、施工阶段的划分及其对应的内力计算、运营阶段内力计算等。(3)预应力钢筋的设计根据桥梁结构的初步设计及恒载、活载计算结果,依据结构设计原理进行各截面的预应力钢束配筋计算,并列出相应计算表格,完成预应力钢束的设计。在设计说明需要进行相关基本设计计算原理需要简要描述,相关设计规范应用的具体公式、参数表征方式的使用;构造要求;具体的计算分析过程描述和表格化数据罗列。(4)主要截面检算在设计预应力钢束后,对桥梁结构进行主要截面的承载能力和使用性能进行验算。在设计说明文档中需要表达出基本设计计算原理的描述,相关设计规范应用的具体公式、参数表征方式的使用以及具体的计算分析过程描述和表格化数据罗列。(5)编制设计计算说明书设计计算说明书的内容包括桥式方案拟定和比较的基本原则、设计思路以及主要结构尺寸拟定原理的综合叙述和阐述;结构主要施工方法选定的叙述;主要设计计算原理和方法的叙述;结构在主要荷载效应(内力弯矩、剪力、轴力、变形位移等)下的计算分析过程及具体计算结果和分析。文整格式一般以设计题目为首,按照设计题目、设计任务书、中文和外文摘要、目录、正文、外文资料翻译(包括外文原文及中文翻译)、毕业设计小结,以及毕业实习报告等顺序组织。设计说明书总字数不少于15000字。(6)绘制结构主要施工图绘制桥梁结构主要构造图预应力混凝土连续梁和连续刚够桥主梁、中间墩等立面、平面和横断面图,横隔板构造图,主梁分段预应力钢筋布置图包括纵向立面、平面和各个横断面布置,以及预应力钢筋要素等图标,施工程序图,结构工程数量等,要求达到A3幅面图纸不少于16张或A2幅面图纸不少于8张相当于0图2张。最好用用A3幅面图纸绘制。(7)外文资料翻译要求选择一篇外文专业科技文献翻译成中文,外文字符数不少于10000字符。(8)摘要即对整个毕业设计工作内容的摘要。中文摘要均不少于500字,同时将中文摘要翻译成外文。(9)毕业实习报告根据毕业设计期间的野外实习资料,分析整理出对实习过程的认识汇报,要求字数不少于1500字。3、论文各部分内容及时间分配(共16周)第一部分布置任务,拟定尺寸,准备计算数据;1周第二部分桥梁结构建模,结构内力计算;3周第三部分估束、布束、调束,计算各项预应力损失;3周第四部分计算弹性次内力以及徐变次内力;2周第五部分进行荷载组合、截面验算以;1周第六部分编制设计说明书,绘制设计图及资料翻译;3周第七部分教师审核毕业设计说明书;1周第八部分修改完善毕业设计说明书等并装订成册;1周评阅及答辩1周备注指导教师年月日审批人年月日摘要本设计为高速公路(64211364)M连续梁桥设计。本设计的桥梁为单室,三车道,四跨公路连续梁桥,桥面宽度为1275M,桥底宽7M。支座处梁高为7M,跨中处为3M,按16次抛物线变化;底板厚度支座处为08M,跨中为04M,线性变化;腹板厚度支座处07M,跨中处04M,线性变化。桥轴线为直线,采用2的横坡设计,不设置纵坡。设计荷载为公路级。本设计主要采用桥梁博士30分析软件来进行结构内力分析计算,期间也用了AUTOCAD和EXCEL进行辅助设计。全桥上部结构共分为112个梁单元,定义有51个施工阶段。本设计的顺序是在CAD中画好各个截面,导入桥梁博士完成桥梁建模。并把每个毛截面的特性和内力以文本的形式输出。对荷载进行简单组合,把自重内力与移动活载内力进行组合用来初步估算纵向预应力钢筋束量。运行桥梁博士数据计算,根据估算的预应力钢筋束在桥梁博士中调束,最后以文本的形式输出桥梁的预应力损失和各个次内力的数据。接着进行各项验算,若验算通过则设计成功,否则返回进行调束,进行验算,直至验算通过。最后出图并编写计算书。关键词预应力混凝土;梁桥;悬臂浇筑施工;设计;ABSTRACTTHEDESIGNFORTHEHIGHWAY64211364MCONTINUOUSGIRDERBRIDGEDESIGNTHEDESIGNOFTHEBRIDGEISASINGLEROOM,THREELANE,FOURSPANCONTINUOUSGIRDERROADBRIDGEDECKWIDTH1275M,BRIDGEBOTTOMWIDTH7MBEARINGBEAMATAHEIGHTOF7M,ATMIDSPANIS3M,BY16TIMESPARABOLABACKPLANETHICKNESSATTHESUPPORTOF08M,CROSSFOR04M,LINEARCHANGEWEBTHICKNESSBEARINGAT07M,ATMIDSPAN04M,LINEARBRIDGEAXISISASTRAIGHTLINE,USINGA2CROSSSLOPEDESIGN,DONOTSETTHELONGITUDINALSLOPEDESIGNLOADFORTHEHIGHWAY1THISDESIGNUSESDRBRIDGES30ANALYSISSOFTWAREFORSTRUCTURALANALYSISANDCALCULATIONOFINTERNALFORCES,ALSOUSEDDURINGTHEAUTOCADANDEXCELAIDEDDESIGNMINISTRYOFFULLBRIDGEGIRDERSTRUCTUREISDIVIDEDINTO112UNITS,THEREARE51DEFINITIONSCONSTRUCTIONPHASETHEDESIGNISINTHEORDEROFTHECADDRAWINGTHEVARIOUSSECTIONS,THEIMPORTISCOMPLETED,DRBRIDGEBRIDGEMODELINGANDTHECHARACTERISTICSANDINTERNALFORCESTHEOUTPUTOFEACHSECTIONOFTHEHAIRINTHEFORMOFTEXTFORSIMPLELOADCOMBINATION,THEWEIGHTOFINTERNALFORCESANDMOVINGLIVELOADFORCECOMBINEDTOPRELIMINARYESTIMATESTHEAMOUNTOFLONGITUDINALPRESTRESSINGTENDONSDRRUNBRIDGEDATACALCULATION,BASEDONESTIMATESOFPRESTRESSINGTENDONS,DRBRIDGEBEAMTUNINGIN,THEFINALFORMOFTEXTOUTPUTBRIDGEPRESTRESSINGLOSSOFSECONDARYFORCESANDVARIOUSDATAFOLLOWEDBYTHECHECKING,CHECKINGTHROUGHTHEDESIGNIFSUCCESSFULOTHERWISERETURNSBEADJUSTEDBEAM,CHECKING,CHECKINGUPTHROUGHFINALLY,AMAPANDWRITTENCALCULATIONSKEYWORDSPRESTRESSEDCONCRETEBRIDGECANTILEVERCASTINGCONSTRUCTIONDESIGN目录第1章绪论111预应力混凝土连续梁桥概述112毕业设计的目的和意义113施工工艺1131施工特点1132施工顺序2133设计流程2第2章整体设计说明321设计的基本资料3211主要技术指标3212所用材料规格322截面尺寸的拟定4221梁高的拟定4222腹板总厚度的拟定4223底板厚度的拟定5224截面尺寸的最后拟定5225截面尺寸图523主梁的施工分段6第3章桥梁建模931桥梁博士30的简介932利用桥梁博士建模9321输入单元信息9322输入施工阶段信息10323输入使用阶段信息11第4章主梁结构内力计算1441主梁恒载内力计算14411分段截面的几何特性14412施工时的荷载14413所用二期恒载15414桥博计算模型15415恒载计算结果1542活载内力计算结果22第5章预应力筋的估束和布置3251预应力筋的估算原理3252预应力筋的估算32521组合最不利荷载32522估算预应力钢筋3653预应力筋的布置42531CAD模型中钢筋图的布置42532桥梁博士模型中钢筋图的布置42第6章预应力损失及有效预应力计算4461预应力损失计算原理44611管道摩阻损失计算441612锚头变形损失计算442613温差损失计算4413614弹性压缩损失计算454615钢筋松弛损失计算4515616混凝土收缩徐变损失计算46662有效预应力值计算46第7章次内力的计算5071收缩、徐变次内力5072温度次内力5573支座不均匀沉降引起的次内力61第8章结构验算6481内力组合与验算64811承载能力极限状态基本组合64812正常使用极限状态短期效应组合64813正常使用极限状态长期效应组合6582承载能力极限状态下的正截面验算6583正常使用极限状态计算74831正常使用极限状态计算理论74832使用阶段正截面应力验算7584挠度验算82第9章主要工程量8491混凝土用量8492预应力钢绞线用量8493锚具用量估算85毕业设计总结86致谢87附录89附录1毕业实习报告89第1章绪论11预应力混凝土连续梁桥概述由于高速公路比普通公路速度高很多,所以其设计规范比较严格。高速公路桥梁主要以桥梁刚度以及整体性为主。因为此特殊原因,高速公路桥梁的施工造价也很高。设计时也要重点考虑。连续梁桥是适合跨径介于20300M之间的桥型,也是目前应用广泛的公路和铁路桥梁形式。本设计采用箱型截面,箱型截面具有较好的抗弯和抗扭特性。预应力混凝土连续箱梁桥受力极其复杂,其箱型截面腹板的主拉应力极其重要,如果腹板上的主拉应力超限,会使腹板出现裂缝,如果设计不当,会造成裂缝过多,进而导致桥梁跨中挠度过大,一来桥梁美观受到影响;二来对桥梁的整体刚度也有很大影响。12毕业设计的目的和意义本次设计的具体内容是(64211364)M公路预应力混凝土连续梁桥设计,桥宽为265M,单幅设计。全桥上部结构共分为112个梁单元,定义有51个施工阶段。本设计中主要利用的软件主要有桥梁博士、EXCEL编程计算、CAD软件。13施工工艺131施工特点主要部分0号块,是整个预应力混凝土连续桥梁的核心,0号块最先被浇筑,然后以0号块为操作平台,在上面安装施工器械、挂篮。然后对称浇筑1、2、3、4号块等等。由于0号块的特殊作用。其跨度一般为12M。0号块内部结构复杂,普通钢筋和预应力钢筋交错,中间需要增设刚性横隔板以传递荷载。0号块中间设有过人小洞。由于在施工过程中昼夜温差大、混凝土收缩徐变等问题导致合拢段两侧桥梁变形不一致,进而出现内力传递出现问题。132施工顺序下面是施工顺序及所需的天数10块浇筑。由于是悬臂施工,合龙之前0块通过固定支座固定在桥墩上(30天)2等0块强度达到一定要求,进行预应力张拉(1天)31块挂篮安装。(2天)41块安装。(8天)5重复前面步骤,直至合龙段前三个施工阶段开始用满堂支架施工边跨现浇段。(28天)6继续施工,至合龙段,进行边跨合龙。(8天)7边跨顶、底板束张拉。(2天)8中跨合龙。(8天)9中跨顶、底板束张拉。(2天)10改变约束条件。(2天)11桥面铺装。(30天)12收缩徐变。(1000天)133设计流程1根据经验公式拟定桥梁的截面尺寸。2利用桥博软件建立桥梁模型,并确定施工阶段,使用阶段阶段。3利用桥博软件计算内力,并进行组合。按照组合情况计算配筋情况。并确定预应力筋的布置。4将算好的钢筋画到CAD中,并导入桥梁博士中。5计算由不均温差、支座沉降、收缩徐变产生的次内力。6进行承载力极限状态和正常使用极限状态下的强度、应力和变形验算。若验算不合格,修改截面或调整配束直至验算合格为止。7当一切都通过时,绘制施工图,编写计算书。第2章整体设计说明21设计的基本资料211主要技术指标1荷载标准荷载标准直接反映桥梁通行荷载类型和承载力水平。我国的三类桥梁类型相应的荷载标准为(1)公路荷载公路级、公路级;(2)铁路荷载铁路A级、铁路B级;(3)城市道路荷载城A级、城B级;(4)人群荷载254KN/M2此次毕设荷载标准值取公路级。2桥面宽度高速公路取2(05M防撞栏杆1175M车行道1M/2中间分隔带)255M其中,车行道包括3M应急停车带75M车行道125M左路沿带。3桥面纵坡桥面纵坡是桥梁线形设计的重要指标。本次毕设取桥跨线路纵坡为0,即为平坡。4桥面横坡公路桥梁桥面比较宽,横坡范围为1520。此次桥面横坡取2。212所用材料规格1主梁混凝土本设计跨度为113M,小于200M,因此采用C50级混凝土。2预应力钢束此次设计所用钢绞线为七股钢绞线,由七股的钢丝绕制而成的钢绞线,用5表示。上下缘都用19根一束进行锚固,对应锚群YM1519,对应波纹管直1524S径为。0722截面尺寸的拟定根据公路连续梁桥结构尺寸拟定的经验公式可以依次拟定出截面中支点梁高、H支中跨跨中梁高、腹板厚度T、箱室间距和顶底板厚度等。H中221梁高的拟定1中支点梁高的拟定H支152L支中其中,为中支点梁高;为中跨跨径。支中2中跨跨中梁高的拟定中1405L中中其中,为中跨跨中梁高;为中跨跨径。H中中在本设计,跨中截面处梁高为3M,支座处梁高为70M。梁高方程为(坐标原点为中跨跨中);310576XY222腹板总厚度的拟定腹板总厚度的拟定TT150BLM其中,为桥面总宽度(单位M);为主跨跨径(单位M)。B为单个腹板厚度,是为了满足构造要求。0T0T15223底板厚度的拟定顶底板厚度的拟定顶、底板最小厚度不小于箱室间距的和。1305M在本设计中墩处的底板厚取80CM,跨中底板厚取40CM,在墩与跨中间按16次抛物线形变化,则底板厚度的变化方程为(坐标原点为中跨跨中)Y400000753X16CM224截面尺寸的最后拟定经过计算,基本确定下了截面尺寸,如表2121截面尺寸拟定取值范围拟定尺寸(M)H支4257537(M)中2052853箱室间距(M)不大于77顶板厚度(M)不小于02303支座处底板厚度不小于02308底板厚度(M)跨中底板厚度不小于02304桥面宽度(M)/1275225截面尺寸图箱梁截面尺寸如图21、22所示图21跨中截面尺寸图单位CM图22支座截面尺寸图单位CM23主梁的施工分段本设计整个桥梁划分成112个单元;从墩中心线向跨中计起0号块12M,6M13M135M34M45M41M565M,中跨和边跨合龙段均是2M,边跨现浇段为65M,共354M。具体划分见图纸。各梁段截面尺寸如图23所示图23梁段截面尺寸图单位CM具体尺寸如表22所示表22截面尺寸参数截面号X坐标M截面高度HCM底板厚度H2CM腹板厚度B1CM截面面积MM2103004040101225322841429710413103428434594108641536974574891114352040384915188121662443375215426128728468755656631357832505759359143993654586336138153110395582767634616171143621770965541711246566377516762181113495689878769419021456570080701935其中第1号截面是跨中截面,而14号截面是支点处的截面。中间2号截面到13号截面是中间的截面。各梁段重量如表23所示表23悬臂施工时各梁段重量梁段长度(M)重量(T)梁段长度(M)重量(T)1号块301287号块41402号块351338号块41493号块351399号块51384号块3514710号块51465号块412511号块51546号块413212号块5139第3章桥梁建模31桥梁博士30的简介桥梁博士系统非常的精确,可以与迈达斯等工程软件相媲美,大大的节省了计算过程的繁琐。唯一缺点就是,桥梁博士是二维空间的设计,不涉及桥梁横向的结构,因此,程序是大大简单化了,但是,相应的设计出来的结果还需进行进一步优化。32利用桥梁博士建模321输入单元信息桥梁博士支持多种截面输入方式,本设计采用第五种方式,先把划分好的梁段左右截面图画在CAD中,根据上述表格数据,画好各个截面,保存为CAD2007DXF格式图纸,进入输入单元信息选项,右键左截面或者右截面出现如图31所示,然后进而出现如图32的条框,点击浏览,选择之前画好的DXF文件路径,注意准确填写单元编号、截面类型再从CAD中导入截面,图31桥博中导入CAD图图32桥博中浏览选项以此操作方法可完成对桥梁的截面输入,依次把各个单元的左右截面导入桥梁博士中,然后在经过对称,得出全桥单元图,从而完成桥梁建模。如下图33,34图33桥边跨单元图图341/2桥跨中单元图322输入施工阶段信息首先桥梁是0号块浇筑,然后在以0号块为基础浇筑其他普通梁段,整个桥总体步骤是首先浇筑0号块,其次浇筑其他普通梁段,然后是合拢段,最后铺装道砟也就是二期恒载、收缩徐变阶段。浇筑普通梁段分为为期8天的浇筑混凝土阶段、为期一天的张拉预应力钢筋阶段、为期一天的挂篮前移阶段。所以每一个梁段需要十天的工期,本桥梁共设计了51个施工阶段,具体的施工工序为,0块浇筑,等0块强度达到一定要求,进行预应力张拉,1块挂篮安装,1块安装。重复前面步骤,直至合龙段前三个施工阶段开始用满堂支架施工边跨现浇段继续施工,至合龙段,进行边跨合龙边跨顶、底板束张拉。中跨合龙,中跨顶、底板束张拉,改变约束条件,桥面铺装,收缩徐变。二期恒载包括铺装层和栏杆重,按30KN/M计入。图33第四施工阶段图323输入使用阶段信息1、活载中汽车荷载为公路级。汽车荷载由车道荷载和车辆荷载组成。2、车道荷载横向分布系数,按设计车道数布置车辆荷载进行计算。多车道桥梁的汽车荷载应考虑折减,但折减后的效应不得小于两条设计车道的荷载效应。表31横向折减系数取值横向布置设计车道数2345678横向折减系数10780670605505205本次毕设我所用车道数为3,因此横向折减系数为078大跨度桥梁要考虑车道荷载纵向折减。折减系数的取值原则见表32。表32纵向折减系数取值计算跨径L0(M)纵向折减系数计算跨径L0(M)纵向折减系数150L0400097800L01000094400L0600096LO1000093600L0800095本次毕设计算跨径为113M,因此纵向折减系数为0973、汽车荷载包括竖向动力作用时,应将竖向静荷载乘以动力系数,其中1为冲击系数。连续梁桥基频计算1236CEIFLM22365CIFL为计算冲击力引起的正弯矩和剪力效应时使用;为计算冲击力引起的负弯1F2F矩时使用。本次毕设使用,代入各参数计算得95FHZ。2F冲击系数计算公式见下15FHZ054F176LN0157FFZ4代入295H,可计算得3,动力系数11314、桥梁结构在坏境中受到的梯度温度见下图。如图所示为竖向温度梯度曲线,为桥面板表面的最高温度,当400MM时,1T10AH。的取值见表。30AM1表33竖向日照正温差计算的温度基数取值结构类型T1(CT2(C混凝土铺装256750MM混凝土沥青铺装2067100MM混凝土沥青铺装1455此次毕设铺装层为100MM沥青混凝土,因此,因此要输入14TC1升温温差,降温温差,按照规范取为20度,非线性温度按梯度取值,箱梁表面为10度,100MM处为607度,400MM处为135度,支座沉降为中间两个支座沉降1CM。此次毕设为高速公路,因此不计人群荷载。最后得出桥梁整体的模型。如图34图34全桥一半模型图第4章主梁结构内力计算41主梁恒载内力计算411分段截面的几何特性打开桥梁博士中的单元整体信息一栏,可以查到各截面的几何特性,如表41。表41分段截面的几何特性值截面号面积AM2惯性矩IXM4中性轴至梁顶Y0M梁高M1101213513330210411482138232283108617611485342841143218316263697512162818064038612834219694337713574248216146878143952492366505791531649325895458101617778427995827111719318302162171218111117326266371319021296346769981419351363354170其中第1号截面是跨中截面,而14号截面是支点处的截面。中间2号截面到13号截面是中间的截面。412施工时的荷载本设计中,最大块的重量小于800KN,故挂篮重量可取800KN,这样的话保证各个梁段能顺利挂篮施工。413所用二期恒载此外,我们还要设置二期恒载,根据高速公路相关规范,我们的二期恒载取为30KN/M。414桥博计算模型最后成型的桥梁模型如图41所示图41桥博中桥模型415恒载计算结果桥梁博士可以完成所有荷载的内力计算,这里的恒载包括一期恒载和二期恒载,桥梁博士支持内力以TXT文本格式进行输出,然后在EXCEL里导入其TXT。恒载作用下结构内力见下表41,结构内力图见图42。表41恒载内力(全桥)单元节点号轴力(KN)剪力QKN弯矩MKNM)11210E10206E11195E1012210E10142E02354E0123124E10201E03454E0334375E10144E03799E0345150E10873E02103E0456606E11590E02110E0467423E10307E02115E0478201E10113E03944E03单元节点号轴力(KN)剪力QKN弯矩MKNM)89382E10261E03133E02910287E10415E03167E041011408E10577E03415E041112597E10714E03673E041213497E10858E03987E041314426E10101E04136E051415748E10117E04180E051516458E10132E04223E051617147E10148E04272E051718948E11164E04327E051819176E10179E04378E051920147E11184E04396E052021113E09202E04464E052122144E09206E04474E052223348E09218E04495E052324390E09209E04474E052425985E09204E04463E052526258E09186E04395E052627263E10181E04376E052728201E09166E04324E052829200E0915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