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长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 1 页 共 16 页 毕业设计毕业设计 论文论文 开题报告开题报告 题目题目 长沙河西交通枢纽市政配套工程长沙河西交通枢纽市政配套工程 H H 匝道桥匝道桥施工图设计施工图设计 课课 题题 类类 别 别 设设计计 论文论文 学学 生生 姓姓 名 名 肖目立肖目立 学学号 号 201018020320201018020320 班班级 级 桥土桥土 10 0310 03 班班 专业 全称专业 全称 土木工程 桥梁工程方向 土木工程 桥梁工程方向 指指 导导 教教 师 师 夏桂云夏桂云 2014 年 03 月 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 2 页 共 16 页 一 本课题设计 研究 的目的 毕业设计是大学阶段最后一个也是最重要的一个环节 是我们对大学四年里所学到的专业 知识地运用 全面提升自己专业水平的过程 为了培养学生综合运用所学知识 结合实际独立 完成课题的工作能力 对学生的知识面 掌握知识的深度 运用理论结合实际去处理问题的能 力 实验能力 外语水平 计算机运用水平 书面及口头表达能力进行考核 因此 作为即将 毕业的大学生 毕业设计正是将所学的知识碎片规整的过程 做好毕业设计是真正体现一个人 的统筹规划和灵活运用知识的能力 二 设计 研究 现状和发展趋势 文献综述 按照资料和任务书上的要求 此桥为市政配套工程匝道桥 如采用悬索桥 则因该桥的跨 度不大 采用地锚式悬索桥明显不经济 如采用自锚式悬索桥 因其技术要求过高 施工复杂 不予推荐 所以悬索桥不在考虑范围之内 如采用斜拉桥 因其施工工艺复杂 要求设备多 造价比较高 维修费用也较高 所以不适宜修建 若采用拱桥 自重较大 相应的水平推力大 支架施工多 施工工序多 不便于机械化施工 施工周期长 多孔拱桥需设单向推力墩 且地 势比较平坦 矢跨比较大 下部工程较为繁琐 不予推荐 而无推力的拱桥技术要求较高 施 工设备的要求很高 与梁式桥相比较 明显不经济 不合理 所以 在本设计中 梁桥及刚构 桥为首选的方案 对其特点和发展趋势叙述作简要的分析 方案一 先简支后连续 T 梁桥 发展趋势 文件综述 发展趋势 文件综述 连续梁是一种古老的结构体系 是两跨或两跨以上连续的梁桥 属于超静定体系 连续梁 在恒活载作用下 产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用 使内力状态比较均匀合理 因而梁高可以减小 由此可以增大桥下净空 节省材料 且刚度大 整体性好 超载能力大 安全度大 桥面伸缩缝少 并且因为跨中截面的弯矩减小 使得桥跨可以增大 成为最富有竞 争力的主要桥型之一 先简支后连续 T 梁桥 在施工过程中先预制吊装 T 梁 属简支梁桥 然 后现浇梁端横梁湿接头和桥面 在桥面现浇混凝土中布置负弯矩钢束 形成桥面连续结构 变 为连续梁桥 所以 先简支后连续的施工和计算均主要是按简支梁计算 在施工架设 T 梁时 为简支梁 属于静定结构 其构造简单 架设方便 结构内力不受地基变形 温度改变的影响 钢筋混凝土简支梁桥经济合理的适用跨径为 8 20m 大于 20m 时 一般采用预应力混凝土结构 我国预应力混凝土简支梁桥的适用跨径为 20 50m 我国已建成跨径最大的简支梁桥是昆明南 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 3 页 共 16 页 过境干道高架桥 跨径 63m 其发展趋势为 采用高强 低松弛钢绞线群锚 T 形梁的翼缘板 加宽 吊装重量增加 预应力混凝土 T 形梁有结构简单 受力明确 节省材料 架设安装方便 跨越能力较大等优点 其最大跨径以不超过 50m 为宜 再加大跨径不论从受力 构造 经济上 都不合理了 大于 50m 跨径以选择箱形截面为宜 因此 本设计若采用先简支后连续梁桥 则 按 7 30m 分跨 为预应力混凝土先简支后连续 T 梁桥 关于混凝土简支梁桥的计算 我们通常要特别考虑横向分布系数 以下简单说明 根据各种梁式桥不同的宽度 横向连接构造和截面位置建立计算模型 有以下几种荷载横 向分布影响线的计算方法 杠杆原理法 把横向结构 桥面板和横隔板 视作在主梁上断开而简支在其上的简支梁 偏心压力法 把横隔梁视作刚性极大的梁 铰接板法 把相邻板 梁 之间视为铰接 只传递剪力 刚接梁法 把相邻主梁之间视为刚性连接 即传递剪力和弯矩 比拟正交异性板法 将主梁和横隔梁的刚度换算成正交两个方向刚度不同的比拟弹性 平板来求解 杠杆原理法进行荷载横向分布计算的基本假定是忽略主梁之间横向结构的联系作用 即假 设桥面板在主梁梁肋处断开 而当作沿横向支承在主梁上的简支梁或悬臂梁来考虑 利用上述假定作出主梁的荷载横向分布影响线 即当移动的单位荷载 P 1 作用于计算梁上 时 该梁承担的荷载为 1 当 P 作用于相邻或其他梁上时 该梁承担的荷载为零 该梁与相邻梁之 间按线性变化 杠杆原理法适用于计算荷载位于靠近主梁支点时的荷载横向分布系数 m 偏心压力法计算荷载横向分布适用于桥上具有可靠的横向联结 且桥的宽跨比 B L 小于或 接近 0 5 的情况时 计算跨中截面荷载横向分布系数 m 偏心压力法的基本前提是 汽车荷载作用下 中间横隔梁可近似地看作一根刚度为无穷 大的刚性梁 横隔梁仅发生刚体位移 忽略主梁的抗扭刚度 即不计入主梁扭矩抵抗活载的 影响 偏心压力法计算荷载忽略了主梁的抵抗扭矩 这导致边梁受力的计算结果偏大 为了弥补 不足 只要对偏心力矩 M 1 e 的作用进行修正即可 简支梁桥根据主梁的形式可以分为板桥 肋板式桥梁 箱型梁桥 对于预应力混凝土简支 T 梁桥 主梁间距为 1 8 2 5m 主梁高度为 1 14 1 25 l l为 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 4 页 共 16 页 跨长 主梁肋宽度为 0 18 0 2m 翼缘板一般采取变厚的形式 其厚度随主梁间距而定 翼 缘根部的厚度不少于梁高的 1 10 边缘厚度不少于 10cm 对于主梁间距大于 2m 的刚接梁桥 桥面板跨中厚度不少于 15cm 边缘板边厚度不少于 14cm 简支梁桥配筋包括 主筋 弯起钢筋 箍筋 分布钢筋 构造钢筋 简支T形梁桥的受力钢筋直径不少于10mm 间距不大于20cm 但其最小净距不应小于30mm 并不少于钢筋直径 在垂直于主梁方向布置分布钢筋 其直径不少于 8mm 间距不大于 20cm 且分布钢筋的截面面积不宜小于板截面的 0 1 在主钢筋的弯折处 应布置分布钢筋 每隔 5 10m 设置一道横隔板 预应力筋的布置 预应力束筋应布置在束界界限内 以保证梁的任何截面在弹性工作阶段 时 梁的上 下缘应力不超过规定值 束筋弯起角度不宜大于 20 度 对于超过 20 度的应采取 措施减少摩阻损失 预应力束筋在满足构造要求的同时 应尽量互相紧密靠拢 以减少下马蹄 的尺寸 减少自重 并在保证梁底保护层的前提下 重心尽量靠下 以提高性能 节省钢材 湿接缝预留长度约 1m 左右 配置湿接头和湿接缝预应力筋 方案二 方案二 等截面等截面连续连续箱箱梁桥梁桥 发展趋势 文件综述 发展趋势 文件综述 连续梁是一种古老的结构体系 是两跨或两跨以上连续的梁桥 属于超静定体系 连续梁 在恒活载作用下 产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用 使内力状态比较均匀合理 因而梁高可以减小 由此可以增大桥下净空 节省材料 且刚度大 整体性好 超载能力大 安全度大 桥面伸缩缝少 并且因为跨中截面的弯矩减小 使得桥跨可以增大 成为最富有竞 争力的主要桥型之一 普通钢筋混凝土连续梁桥的适用跨径在 15 30 米之间 当跨径进一步增 大时 结构自重产生的弯矩迅速增大 混凝土开裂难以避免 于是预应力混凝土连续梁桥得到 广泛的应用 近几十年来 连续梁结构体系已成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一 在 30 120m 跨度内常是桥型方案比选的优胜者 预应力混凝土连续梁桥分为等截面和变截面连续 梁桥 等截面分为等跨和不等跨 不等跨边跨与中跨之比在 0 6 08 左右 等截面连续梁适用 中等跨径 以 40 60m 为宜 适用于支架施工 逐孔架设施工 移动模架施工及顶推施工 对 于多跨变截面连续梁边跨与中跨之比在 0 6 0 8 左右 变截面连续梁主跨跨径达 70m 以上 当 采用其发展趋势为 减轻结构自重 采用高标号混凝土 40 60 号 随着建筑材料和预应力技 术发展 其跨径增大一般 250m 左右的连续箱梁桥比较合理 超过这一跨径 也是不太经济 的 箱梁混凝土及钢绞线的用量大大减少 从而使得预应力结构设计更趋合理 经济 若采用 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 5 页 共 16 页 以往的钢质锥形锚具 预应力混凝土连续梁的跨越能力大多在 100m 左右 随着 1860MPa 钢绞 线和大吨位预应力锚固体系的应用 建桥施工技术的发展 目前 我国连续梁桥的最大跨径已 达 165m 连续梁桥主要的施工方法有支架施工法 逐孔施工法 顶推施工法 悬臂施工法等 预应力连续箱梁桥在修建时需要考虑到箱梁的扭转 畸变 剪力滞效应 温度变化 混凝 土的收缩徐变影响以及基础沉降等这些方面 I I 箱形截面的扭转与畸变 箱形截面的扭转与畸变 对于荷载的反对称部分 主要由不对称的车辆荷载所引起的 当截面的横向刚度不 足时 则产生扭转之处还将引起附加的截面畸变 使横截面的各边发生互相的转动 扭转将产 生扭转剪应力 对于非无翘曲截面来说 还将由于对翘曲的钳制而产生的约束扭转的附加法向 应力 此外 还将由于各边应变不同与横向力矩产生截面畸变的附加法向应力 IIII 箱梁的剪力滞效应 箱梁的剪力滞效应 混凝土薄壁箱形截面具有结构自重较轻 抗弯抗扭刚度大等较好的空间整体受力性能 故 在现代桥梁结构中得到广泛应用 宽箱形截面梁在自重和对称荷载的作用下挠曲时 由于腹板 传递的剪力流在边缘上受拉要大一些 而向板内传递过程中 由于上下板均会发生剪切变形 拉应力会逐渐减小 故实际上上板的拉应力在截面分布是不均匀的 呈现板的中间小而两边大 的应力状态 剪力流在横向传递过程有滞后现象 故称之为 剪力滞后现象 或称 剪力滞效 应 忽略剪力滞效应的影响 就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力 从而导致不安 全 考虑剪力滞问题 在进行结构截面设计时 必须注意以下两点 1 采用适当的计算方法 如翼缘有效宽度法计算出截面的最大 最小 正应力值 并据 此确定所需钢筋截面面积 2 有了准确的钢筋截面面积之后 在布置钢筋时 不可平均分配 而应大体上按应力变 化的规律进行分配 才能保证结构的安全 IIIIII 温度次内力和自应力 温度次内力和自应力 结构因受到自然环境温度的影响 升温或降温 将产生伸缩或弯曲变形 当这个变形受到 多余约束时 便会在结构内产生附加内力 工程上称此附加内力为温度次内力 连续梁桥因是超静定结构 当温度变化时 会产生温度次内力和自应力 IVIV 混凝土收缩 徐变影响 混凝土收缩 徐变影响 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 6 页 共 16 页 混凝土结构杆件的收缩并不是因外力才产生 而是由结构材料本身的特性引起的 徐变与 应力大小有直接关系 应力越大 徐变也越大 加荷龄期 初始加荷时 混凝土的龄期越早 徐变越大 若加强养护 使混凝土尽早结硬或采用蒸汽养护 可减少徐变 混凝土中水泥用量 越多 徐变越大 水灰比愈大 徐变愈大 所以 在设计中不可忽视收缩和徐变的影响 方案三 方案三 变截面变截面连续刚构连续刚构 发展趋势 文件综述 发展趋势 文件综述 随着高速交通的迅速发展 要求行车平顺舒适 多伸缩缝的 T 形刚构也不能很好的满足要 求 连续梁除了两端外其他无伸缩缝 有利于行车 但需要梁墩临时固结和体系转换 同时需 要大吨位的盆式支座 费用高 养护工程量大 于是大跨径连续刚构 连续体系应运而生并且 得到了很大的发展 大跨径连续刚构桥结构的受力特点是 梁体连续 墩 梁 基础三者固结 为一个整体共同受力 在恒载作用下 连续刚构桥与连续梁桥的跨中弯矩和竖向位移基本一致 但在采用双肢薄壁墩的连续刚构桥中 墩顶截面的恒载负弯矩要较相同跨径连续梁桥的小 其 次 由于墩梁固结共同参与工作 连续刚构桥由活载引起的跨中正弯矩较连续梁要小 因而可 以降低跨中区域的梁高 并使恒载内力进一步降低 因此连续刚构桥的主跨径可以比连续梁桥 的设计大一些 连续钢构施工固定性好 减少或避免边跨梁端搭架合龙难度 连续钢构桥大都采用不等跨变截面的结构布置形式 以适用主梁内力的变化 国内外已建 成的连续钢构桥边跨和主跨的跨径比值在 0 5 0 692 之间 截面形式一般采用箱行截面 箱梁 根部截面的高跨比一般为 1 16 1 20 其发展趋势 跨径可进一步增大 采用大吨位锚具 高 强混凝土和轻质混凝土 上部结构可不断轻型化 通过取消弯起束和连续束 以竖向预应力和 纵向预应力来克服主拉应力 简化预应力束类型 合理确定主跨 中边跨比及箱梁高度 梁底 线形 箱梁断面尺寸 连续刚构桥主要施工方法有支架施工法 装配施工法 顶推施工法 悬臂施工法等 而 T 构体系由于体系自身的各种缺点导致其应用受到限制 目前较少采用 所以在本设计 中不予考虑 三 设计 研究 的重点与难点 拟采用的途径 研究手段 一 设计的重点与难点 一 设计的重点与难点 1 重点 1 主梁的钢筋配置 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 7 页 共 16 页 2 施工过程结构内力和位移的计算以及施工过程中的体系转换计算 2 难点 1 结构尺寸的合理拟定 2 各工程工程量及费用预算 3 成桥状态下的结构分析 4 施工过程结构受力状态的正确模拟 5 混凝土收缩徐变 预应力损失的估算 3 拟采用的途径 设计手段 1 正确使用桥梁计算软件 如 Midas 桥梁博士 2 收集参考图 标准图 设计图 3 正确使用规范和手册 二 二 桥型方案桥型方案 根据给定的毕业设计任务书和河床断面图 通过比较各种桥型的结构特点 受力特点以及 根据现行公路桥梁设计规范 确定出桥梁的总跨径及桥型 合理进行桥梁的分孔 确定基础以 及墩台的形式 桥梁横断面设计 上下部构造主要尺寸的拟定 桥面基础以及墩台标高的确定 得出 2 3 套可行方案 1 桥梁设计原则 桥梁是公路 铁路和城市道路的重要组成部分 特别是大 中桥梁的建设对当地政治 经济 国防等都具有重要意义 因此 桥梁工程的设计应符合技术先进 安全可靠 使用耐久 经济 合理的要求 同时应满足美观 环境保护和可持续发展的要求 2 方案拟定 第一方案 第一方案 先先简支简支后连续后连续预应力混凝预应力混凝土土 T T 梁桥梁桥 本方案为 7 30m 的先简支后连续预应力混凝土 T 梁桥 主梁间距为 2 2m 其预制宽度为 1 6m 吊装后接缝宽为 60cm 主梁高 2m 主梁肋宽度 20cm 且做成马蹄形 马蹄全宽 54cm 桥面板采用变厚形式 翼缘根部的厚度为 25cm 边缘厚度为 15cm 桥面板的横向连接采用 C50 混凝土湿接接头 除设端横隔梁外 跨内设置 3 道横隔梁 端横隔梁做成与梁同高 内横 隔梁与马蹄的斜坡下端齐平 其中部挖空 横隔梁的厚度为 15 18cm 做成上宽下窄和内宽 外窄的楔形 横隔梁的横向连接采用扣环连接 本桥采用钻孔灌注桩双柱式桥墩 桩与柱的直 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 8 页 共 16 页 径均为 1 2m 桩与柱直接相连 桥台处桩直径为 1 5m 主梁在预制场采用后张法预制 采用龙 门架起吊运输 梁式架桥机架设 T 梁然后施工湿接缝的施工方案 整体布置图见图 3 1 所示 横断面图见图 3 2 所示 第二方案 预应力混凝土等截面连续箱梁桥第二方案 预应力混凝土等截面连续箱梁桥 本方案采用五跨等截面预应力混凝土连续梁桥 跨径布置为 5 42m 主梁采用双悬臂矩形单 箱单室的箱形截面 全截面梁高 2m 箱梁顶宽 11 5m 悬臂长度为 2 5m 箱梁顶板厚度 28cm 腹板厚度为 35cm 底板宽 6 5m 厚度为 22cm 顶板与腹板连接处的承托选用 1 3 的比例 底 板与腹板的连接处的承托选用 1 1 的比例 各跨箱梁在中支点和边跨支点截面各设一道横隔板 以抗畸变变形 在墩身下设一承台 其尺寸为 700 x500 x200cm 采用 6 根直径为 100cm 的钻孔 灌注桩 施工方法采用移动模架法施工 整体布置图见图 3 3 所示 横断面图见图 3 4 所示 第三方案 连续刚构桥第三方案 连续刚构桥 本方案采用三跨预应力混凝土连续刚构 跨径布置为 60m 90m 60m 边主跨比为 0 67 主 梁采用双悬臂矩形单箱单室的箱形截面 支点处梁高 5m 跨中处梁高 2 5m 梁底曲线采用二 次抛物线 箱梁顶宽 11 5m 悬臂长 2 5m 箱梁顶板厚度为 25 28cm 腹板厚度为 50 60cm 底板宽 6 5m 厚度为 25 42cm 顶板与腹板连接处的承托选用 1 3 的比例 底板与腹板的连 接处的承托选用 1 1 的比例 为了适用由于温度变化 混凝土收缩 徐变以及制动力等因素引 起的水平位移 采用竖直双肢薄壁墩 单肢的厚度为 2m 两肢中心线之间的距离为 2 5m 在 墩身下设一承台 其尺寸为 750 x750 x300cm 采用 6 根直径为 150cm 的钻孔灌注桩 施工方法 采用对称平衡悬臂浇筑施工 整体布置图见图 3 5 所示 横断面图见图 3 6 所示 图 3 1七跨预应力先简支后连续 T 梁桥示意图 高程单位 m 其它单位 cm 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 9 页 共 16 页 图 3 2 横断面图 单位尺寸 cm 图 3 3五跨预应力混凝土等截面连续梁桥示意图 高程单位 m 其它单位 cm 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 10 页 共 16 页 图 3 4横断面图 尺寸单位 cm 图 3 5三跨连续刚构桥示意图 高程单位 m 其它单位 cm 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 11 页 共 16 页 图 3 6横断面图 尺寸单位 cm 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 12 页 共 16 页 3 方案比选 各桥型主要优缺点比较表 方案序 设计方案一设计方案二设计方案三 桥型 预应力先简支后连续T 梁桥 预应力等截面连续箱梁桥连续刚构桥 孔径布置7 30m5 42m60m 90m 60m 适用性 1 受力明确 结构 构造简单设计 施工技 术成熟 变形小 跨径 较小 模板支架少 2 施工方便 采用 预制方案 大量节省支 架模板 工期短 且不 受季节性影响 1 全桥连续 行车舒 适 整体性好 利于抗震 2 全桥只在两岸桥台 处各有一伸缩缝 3 由于支点负弯矩 的存在 使跨中正弯矩值 明显减少 从而减少材料 用量及结构自重 3 施工工艺较复杂 工期较长 后期营运养护 费用较高 1 主梁保持连续 桥 墩纵向刚度较小 在竖向 荷载作用下属一种无推 力的结构 而上部结构具 有连续梁施工的一般特 点 有较好的经济技术 性 2 桥墩对地基要求 较高 适合大跨 高墩的 桥梁 安全性 1 全桥跨度适中 预制 T 梁 质量可靠 2 装配式简支 T 梁整体性好 接头也方 便 行车平顺舒适 1 采用移动模架法 施工 施工技术成熟 且不需要支架 模版可 重复利用 2 行车平顺舒适 1 主墩无支座 施 工方便 2 采用悬臂施工 合拢前不需要体系转 化 3 连续刚构施工 稳固性好 减少或避免 边跨梁端搭架合拢的 难度 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 13 页 共 16 页 经济性造价低造价较高造价最高 美观性 线条明晰 与周围 环境协调较好 主梁线条简洁 与周 围环境协调较好 主梁线性流畅 与周 围环境协调好 桥型美观 分析结论 通过分析可知 等截面连续箱梁桥虽然整体性好 利于抗震 施工技术成熟 减轻结构自重等优点 但施工工艺较复杂 工期较长 且造价相对先简支后连续梁较高 连续 刚构虽然整体无伸缩缝 行车平顺 且养护工作量小 但连续刚构对地基要求很高 桥墩造价 高 工期较长 一般适用于大跨 高墩的桥 先简支后连续梁桥受力明确 结构构造简单设计 施工技术成熟 变形小 跨径较小 模板支架少 施工方便 工期短 且不受季节性影响 桥 墩对地基要求较低 对地形的适应性很强 造价低 整体性好 安全可靠 预应力简支 T 梁的 适用跨径为 20 50m 综合考虑本桥所处地理位置 和遵循简洁 节约等桥梁设计原则以及预 应力混凝土简支 T 梁具有较高的性价比 施工工艺成熟 施工方便 工期短 造价低 整体性 好 安全可靠的优点 所以最优方案为先简支后连续预应力混凝土 T 梁桥 实用性 1 受力明确 结构构 造简单设计 施工 技术成熟 变形小 跨径较小 模板支 架少 2 施工方便 采用预 制方案 大量节省 支架模板 工期短 且不受季节性影响 1 全桥连续 行车舒适 整体性好 利于抗震 2 全桥只在两岸桥台处各 有一伸缩缝 3 由于支点负弯矩的存在 使跨中正弯矩值明显减少 从 而减少材料用量及结构自重 1 主梁保持连续 桥墩纵 向刚度较小 在竖向荷载 作用下属一种无推力的 结构 而上部结构具有连 续梁施工的一般特点 有 较好的经济技术性 2 桥墩对地基要求较高 适合大跨 高墩的桥梁 长沙河西交通枢纽市政配套工程 H 匝道桥 第 14 页 共 16 页 四 设计 研究 进度计划四 设计 研究 进度计划 第 1 2 周 熟悉毕业设计的任务和要求 调研 准备好上机条件 第 3 5 周 方案比选 拟定结构尺寸 提交开题报告和方案图纸 第 6 9 周 推荐方案上部结构设计计算 电算 第 10 11 周 配筋计算 第 12 周 强度 刚度 稳定性验算 第 13 周 下部结构设计计算 第 14 15 周 绘制施工图 第 16 周 专业文献翻译 第 17 周 整理资料 汇总成果 准备答辩 长沙河西交