毕业设计任务书(李兰平)(全括号)最新.doc

西 南 交 通 大 学 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 年 级：2005 级 学 号：20057060 姓 名：李兰平 专 业：道路工程 指导老师：张国林 2009 年 6 月 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 李 兰 平 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 页 毕业设计任务书毕业设计任务书 班 级 2005 道路 2 班 学生姓名 李 兰 平 学 号 20057060 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 字的设计说明书； （6）绘制不少于 16 张 a3 的结构主要施工图。 西南交通大学本科毕业设计 第 i 页 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 西南交通大学本科毕业设计 第 ii 页 摘要 本设计是一座跨径为 42+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 西南交通大学本科毕业设计 第 iii 页 abstract the design is mainly about a 42+75+42m of 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 relation, 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 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 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 behavior 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, 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 expounds 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 calculates the approximated amount of work when building the 西南交通大学本科毕业设计 第 iv 页 girder body. key words: high-speed railway; structure design; p.c.continuous beam bridge 西南交通大学本科毕业设计 第 v 页 目录目录 第第 1 章章 绪论绪论.1 1.1 京沪高速铁路概述.1 1.2 连续梁的发展.1 1.3 连续梁桥的分类.2 1.4 预应力混凝土连续梁桥的力学特点和适用范围.2 第第 2 章章 设计依据以及设计基本资料设计依据以及设计基本资料.4 2.1 设计采用规范.4 2.2 设计基本情况.4 2.3 设计所用材料及特性值.4 2.4 设计荷载.5 第第 3 章章 桥梁方案以及结构主要尺寸桥梁方案以及结构主要尺寸.7 3.1 方案简介.7 3.1.1 桥跨总体布置.7 3.1.2 施工方法.7 3.1.3 施工节段的划分.7 3.2 结构主要尺寸拟定.8 3.2.1 主、边跨径的拟定.8 3.2.2 顺桥向尺寸的拟定.9 3.2.3 横桥向尺寸的拟定.9 第第 4 章章 梁体内力计算梁体内力计算.13 4.1 结构计算简图及其模拟.13 4.1.1 模型建立原则.13 4.1.2 结构模型.13 4.2 恒载内力计算.16 4.2.1 施工阶段恒载内力计算结果.17 4.2.2 成桥阶段内力计算结果.20 西南交通大学本科毕业设计 第 vi 页 4.3 活载内力计算.22 4.3.1 活载内力计算方法.22 4.3.2 冲击系数的计算.23 4.3.3 移动荷载内力计算结果.23 4.4 附加力产生的附加内力计算.25 4.4.1 风荷载内力计算.25 4.4.2 制动力产生的内力计算.27 4.5 温度及支座沉降次内力计算.29 4.5.1 温度次内力计算.29 4.5.2 基础不均匀沉降引起的次内力.33 4.6 内力组合（一）.34 第第 5 章章 预应力筋的配置预应力筋的配置.37 5.1 预应力筋布置原则.37 5.2 预应力筋的估配计算原理.38 5.3 预应力筋的实际布置.39 5.3.1 纵向预应力筋的布置.40 5.3.2 横、竖向预应力筋的布置.41 第第 6 章章 预应力损失、钢束及收缩徐变次内力计算预应力损失、钢束及收缩徐变次内力计算.42 6.1 预应力损失及有效预应力计算.42 6.1.1 预应力损失计算原理.42 6.1.2 预应力损失计算结果.45 6.2 钢束次内力计算.48 6.2.1 钢束次内力计算原理.48 6.2.2 钢束次内力计算结果.49 6.3 混凝土收缩、徐变引起的次内力计算.49 6.3.1 收缩、徐变引起的次内力计算原理.49 6.3.2 收缩徐变次内力计算结果.50 6.4 内力组合（二）.51 西南交通大学本科毕业设计 第 vii 页 6.4.1 内力组合（二）下内力包络图.51 第第 7 章章 截面强度及变形验算截面强度及变形验算.53 7.1 主要设计指标.53 7.1.1 设计安全系数及各阶段应力控制条件.53 7.1.2 梁体变形限值.53 7.2 内力组合（二）下应力图.54 7.2.1 主力组合下梁体应力图.54 7.2.2 主力+附加力组合下应力图.55 7.3 截面验算.56 7.3.1 施工阶段应力.56 7.3.2 运营阶段应力.58 7.3.3 支点反力.59 7.3.4 梁体变形值验算.59 7.3.5 正截面抗弯验算.59 7.3.6 斜截面抗剪验算.60 7.3.7 运营阶段正截面抗裂验算.61 7.3.8 混凝土压应力验算（运营阶段）.63 7.3.9 预应力钢筋应力幅验算（运营阶段）.64 7.3.10 预应力钢筋锚下控制应力验算（传力锚固阶段）.65 7.3.11 混凝土剪应力验算（运营阶段）.65 7.3.12 混凝土法向应力验算（传力锚固阶段）.66 第第 8 章章 工程数量统计工程数量统计.68 8.1 混凝土用量.68 8.2 纵向预应力钢绞线用量.68 结论结论.70 致谢致谢.72 参考文献参考文献.73 西南交通大学本科毕业设计 第 0 页 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 50km，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 部地区十分宝贵的土地资源。 1.2 连续梁的发展 上部结构由连续跨过三个以上支座的梁作为主要承重结构的桥梁称为连续梁桥。 连续梁结构体系最早应用于钢桥。20 世纪初，就建造由小跨度的钢筋混凝土连续梁 桥；到 3040 年代，预应力混凝土的材料和工艺得到发展，逐步应用于桥梁工程； 由于预应力混凝土技术的应用，克服了钢筋混凝土的缺陷，开创了混凝土桥梁的新 纪元；到 50 年代，出现了预应力混凝土连续梁桥；到 70 年代，出现了预应力混凝 西南交通大学本科毕业设计 第 1 页 土连续钢构桥。近几十年，伴随着与预应力技术高度一致的悬臂施工法和顶推施工 法的创立，使预应力混凝土连续梁桥得到了迅速的发展。例如，我国近 10 余年来所 建立的中等和大跨度桥梁中，预应力混凝土连续梁桥占到总数的 75%左右。已建成 和即将建成的一批大跨径连续梁桥，其技术复杂，科技含量高，施工难度大，标志 着我国桥梁技术已经进入世界先进行列。 1.3 连续梁桥的分类 混凝土连续梁桥从立面布置来看，有多种形式。按不同的立面布置和构造形式， 有多种不同的分类。 按照桥梁跨径的相互关系来分：有等跨连续梁和不等跨连续梁； 按照桥梁的梁高来分：有等高度连续梁和变高度连续梁； 按照下部结构支承体系来分：有普通的单式桥墩、v 型桥墩、双薄壁柱式桥墩； 按照受力钢筋来分：有预应力混凝土连续梁桥以及钢筋混凝土连续梁桥； 连续梁的跨径布置一般选用不等跨的形式。如果采用等跨布置，则边跨的内力 （包括边支墩处梁截面的负弯矩）将控制全桥设计，这样是不经济的。此外，边跨 过长，削弱了边跨的刚度，将增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值，增加预 应力筋数量。 等高连续梁主要是指梁高保持不变，大部分梁端采用相同截面。连续梁采用等 高布置，具有构造、制造和施工简便的特点。但是，当桥跨增大时，连续梁桥的中 间支点截面处将承受较大的负弯矩。这时候，采用变截面梁高（支点处梁高增大， 跨中处梁高减小，其间按照曲线或折线过度）更能适应结构的内力分布规律。另一 方面，大跨度连续梁常采用悬臂施工，而变截面梁成桥时的恒载受力状态又和悬臂 施工时的内力状态基本吻合。从统计资料看，我国跨度大于 60m 的铁路混凝土连续 梁桥，基本上采用变截面形式。 1.4 预应力混凝土连续梁桥的力学特点和适用范围 连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下，主梁受弯，跨中截面承受 正弯矩，中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大。由 于连续梁是超静定结构，温度变化、混凝土收缩徐变、基础变位以及预加力等会使 桥梁结构产生次内力。与静定结构相比，有以下不同的特点： 西南交通大学本科毕业设计 第 2 页 （1）在结构各部分中内力的大小和抗弯刚度直接相关。因此，若将连续梁中间 支承截面的刚度加大（如变高度梁） ，可以调低跨中的正弯矩，使预应力钢筋可以大 部分布置在梁的顶部，便于张拉。虽然中间支承处的负弯矩有所增大，但梁的高度 也相应增加了，并不导致钢筋的用量增加。另一方面，当超载时，连续梁有可能发 生内力重分布，从而提高了整个梁部结构的承载能力。 （2）因墩台基础不均匀沉降等影响，将在结构内产生次内力，连续梁桥通常用 于桥基较为良好的场合。对于基础不均匀沉降的影响，只要不使结构产生破坏性的 裂缝，它所引起的附加内力，由于混凝土的徐变特性，随时间会逐步减小。 （3）连续梁在竖直荷载作用下，初制动墩外，桥墩只受轴向的压力。因此，连 续梁的桥墩及其基础尺寸，都可以做的小一些。 （4）在连续梁等超静定结构中，构件在偏心的纵向预压力作用下，因受弯矩作 用而产生弯曲变形。若构件的变形受到约束，则在其支承处必然产生附加的反力， 从而导致二次弯矩。二次弯矩的符号和原预加弯矩的符号相反，致使预压力的偏心 向重心轴移动，降低预加应力的作用。 预应力结构可以有效的避免混凝土的开裂，能充分发挥高强材料的特点，促使 结构轻型化，预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力， 加之它具有变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、承载能力大、养护简单等优 点，所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。 预应力混凝土连续梁桥适宜于修建跨径从 30m 到 100 多 m 的中等跨径和大跨径 的桥梁。无论是城市桥梁、高架道路、山区高架栈桥，还是跨越江河湖滨的大桥， 预应力混凝土连续梁桥都以它独特的魅力，从而取代其他桥型成为优胜方案。 西南交通大学本科毕业设计 第 3 页 第 2 章 设计依据以及设计基本资料 2.1 设计采用规范 （1） 铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.1-2005） （2） 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （tb10002.3-2005） （3） 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定铁建设（2005）157 号 （4） 铁路桥涵施工规范 （tb10203-2002） （5） 京沪高速铁路设计暂行规定 2.2 设计基本情况 （1）桥上线路：双线，直线，线间距 5m，2%的双向横坡 （2）设计速度：350km/h （3）设计活载：zk 活载 （4）牵引类型：电力 （5）轨道结构：采用 60kg/m 重型钢轨 （6）桥式：主桥桥跨布置为 42+75+42m 预应力混凝土连续梁桥，全长为 160.5m （两侧梁端至边支座中心各 0.75m） （7）设计使用年限：正常条件下结构使用寿命 100 年 2.3 设计所用材料及特性值 （1）混凝土：梁体采用 c55 混凝土； 混凝土容重：； 3 25kn/m 弹性模量：； 4 3.45 10 mpae 线膨胀系数：； 5 1.0 10 抗压标准强度：；32.4mpa a f 抗拉标准强度：；2.65mpa l f （2）预应力体系 梁体按全预应力结构设计，采用纵、横、竖三向预应力钢束。 纵向：梁体纵向预应力筋采用 23-15.2 钢绞线，采用 15-23 锚具锚固，钢绞 线公称直径 15.2mm，极限抗拉强度 fpk=1860mpa，其技术标准应符合“gb5224”标 准的要求。所采用锚具为 ovm.m15-23，锚垫板型号为 350295180，孔距为 西南交通大学本科毕业设计 第 4 页 230mm，波纹管外径为 120mm，采用 ycw650a 千斤顶。 横向：梁体横向预应力筋采用 3-15.2 钢绞线，配套扁锚锚固，钢绞线公称 直径 15.2mm，极限抗拉强度 fpk=1860mpa，其技术标准应符合“gb5224”标准的要 求。 竖向：梁体竖向采用 25 预应力混凝土螺纹钢筋（psb830） ，配套千斤顶 张拉，对应锚具锚固，张拉时采用单端张拉的方式，张拉端设在梁顶。其抗拉强度 标准值为 fpk=830mpa，钢筋的张拉应力为 346.3kn。 （3）普通钢筋 普通钢筋采用 q235 弹性模量为 es=210gpa 和 hrb335 弹性模量为 es=200gpa，其技术条件应符合现行国家标准钢筋混凝土用热轧光圆钢筋 （gb13013）和钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 （gb1499）的要求，且 hrb335 钢 筋应为未经高压穿水处理过的。 2.4 设计荷载 （1）恒载 结构构件自重 按铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.12005）采用。 二期恒载（附属设施重） 二期恒载包括钢轨、道碴、轨枕、防水层、保护层、人行道遮板、挡碴墙、电 缆槽竖墙、盖板等重量，本设计参照设计院经验取值，按 198.0kn/m 计算。 基础变位的影响 相邻两支点不均匀沉降按 1cm 计算。 （2）活载 列车竖向活载必须采用 zk 活载。对于单线或双线的桥梁结构，各线均应计 入 zk 活载作用。 列车竖向活载加载按照京沪高速铁路设计暂行规定第 6.2.9 条计算。 竖向动力系数 zk 标准活载作用下，活载动力系数按京沪高速铁路设计暂行规定第 6.2.10 条计算。 （3）附加力 西南交通大学本科毕业设计 第 5 页 制动力或牵引力：根据京沪高速铁路设计暂行规定第 6.2.13 条，按列 车竖向静活载的 10%计，双线桥采用一线制动力或牵引力。 风力：按铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.12005）第 4.4.1 条计算。 温度作用：按铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （tbl0002.32005）计算，包括均匀温差和日照温差的影响。 西南交通大学本科毕业设计 第 6 页 第 3 章 桥梁方案以及结构主要尺寸 3.1 方案简介 3.1.1 桥跨总体布置 本设计采用 3 跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长为 160.5m。根据桥 下通航净空要求，主跨跨径定为 75m。总体布置详见图 3-1。 图 3-1 桥梁立面布置图 上部结构根据铁路双线要求并结合京沪高速铁路设计暂行规定 ，梁体截面类 型为单箱单室直腹板变截面箱梁，箱梁桥面宽度为 13.7m，梁底宽为 6.8m。 3.1.2 施工方法 本设计采用悬臂浇注法施工。悬臂