西南交大毕业设计[1].pdf

西南交通大学毕 业 设 计 某跨线立交 26 2 46 26 m 预应力砼连续梁设计 年级 2002 级 13 班 姓名 赵玉银 学号 20021246 专业 土木工程 指导老师 刘元久 2006 年 6 月 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第 I 页 评 语 院 系土木工程专业土木工程 年 级2002姓名赵玉银 题 目某跨线立交 26 2 46 26 m 预应力砼连续梁设计 指导教师刘元久 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 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第II页 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 班级土木 13 班学生姓名赵 玉 银学号 20021246 发题日期 2006 年4 月 3日完成日期 2006 年 6 月 20 日 1 1 设计题目某跨线立交 26 2 46 26 m 预应力砼连续梁设计 2 桥梁技术标准 设计荷载 公路 级 桥全宽 双幅2 2 0 5 13 0 m 单箱双室 桥下净空 5 0m 设计车速 60km h 桥梁纵坡 5 桥梁横坡 1 5 地震烈度 7 度设防 场地类别为 类 地震加速度 0 10g 设计特征周期 0 35 秒 3 设计规范 中华人民共和国交通部部颁标准 3 1 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 3 2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 3 3 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 85 3 4 公路圬工桥涵设计规范 JTJ D61 2005 3 5 公路工程抗震设计规范 JTJ004 89 4 气象 地形及地质概况 该桥位地区属亚热带季风型气候区 气候温暖 降雨充沛 无霜期长 日照短 多年平均气温 16 5 最高气温 37 3 最底气温 5 7 多年平均降雨量 1000mm 集中于夏季 7 8 月 年相对湿度为 82 年平均风速 1 35 米 秒 极大风速 27 4 米 秒 多年平均风压 140Pa 最大风压约 250Pa 最多风向为 NNE 向 桥位处地形较为平坦 自然地坪标高 512 85 516 37 地势大致呈南向西高 北东低的趋势 相对高差 3 52m 桥位地区场地各钻孔深度范围内所揭露地层为第四系沉积层厚度 25 米 其下 的基岩属白垩系地层 地层及分布 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第III页 第四系全新统人工填筑土 厚度 1 4 4 0m 全场地表层分布 第四系全新统冲积层 厚度 0 6 3 2m 部分地段夹簿层或条带亚卵石土 亚砂土 厚度 0 4 1 3m 部分地段夹条带亚粘土簿层或细砂 砂土 深度 10m 以内卵石土中所夹砂土以细砂为主 呈透镜体分布 深度 10m 以下卵石土中所夹砂土以中砂为主 也呈透镜体分布 卵石土 顶面埋深 2 0 6 0m 根据其密实度 填充物含量等 分为松散 中密 和密实三个亚层 卵石含量分别约为 45 50 55 粒径分别以 3 8cm 5 10cm 6 12cm 为主 桥区地下水主要为埋藏于第四系砂卵石土中的孔隙潜水 对砼无侵蚀性 勘期测 得静止水位埋深 3 3 7 2m 相对高差很大 桥区地下水正常水位埋深应为 3 0 4 0m 桥区地质评价 桥位区段卵石土力学强度高 厚度大 埋深 10m 以内其密度变化大 埋深 10m 以下以中密 密实卵石为主 密度变化相对较小 为良好的天然地基持力层 地下水埋深较浅 人工挖孔桩基础施工应采用深井降水 渗透系数建议采用 K 25 30 米 日 桥区位置及其附近无影响工程稳定性的不良地质现象 属相对稳定地段 本场 地环境类别为 II 类 设计特征周期 0 35 秒 5 主要材料及要求 5 1 砼 1 桥面砼土铺装 C40 2 连续梁 明盖梁 C40 3 桩基 承台 桥墩 桥台 搭板 C30 4 防撞墙 C20 5 2 钢筋 1 主筋 II 级钢筋 2 辅助钢筋 I 级钢筋 3 预应力筋 箱梁纵向预应力束采用 j15 24 高强度低松弛预应 力钢绞线 ASTMA416 90a270 级标准 标准强度 Ry b 1860MPa Ey 1 95 10 5MPa 加载至规定负荷的 80 时 松弛损失不大于 3 5 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第IV页 张拉控制应力 k 0 75 R b y 1395MPa 要求钢绞线的供货厂家必须取得 ISO9002 质量体系认证证书 产品质量应有部级以上鉴定证书 5 3 预应力管道 预应力管道均采用镀锌金属波纹管 5 4 锚具 锚具采用群锚体系 YM 锚或 YM 锚 建议钢绞线规格采用 7 5 以下为常用锚具 尺寸供设计时选用 锚具型号锚垫板 寸 mm 波纹管径 外 内 mm 螺旋筋 圈径 mm 圈数千斤顶 型号 锚具最小布 置间距 mm YM15 518062 551704Ycw100200 YM15 720077 702406Ycw150230 YM15 923087 802706Ycw250260 VM15 1227097 903307Ycw250290 YM15 19320107 1004008Ycw400420 YM15 27370127 1204708Ycw650490 YM15 516567 601705YDC1500210 YM15 719077 701905YDC1500230 YM15 921587 802106YDC2000270 YM15 1225092 852506YDC2500320 YM15 15290102 953206YDC3200370 YM15 17300107 1003407YDC4200400 YM15 19300107 1003507YDC4200420 YM15 24320117 1104007YDC5200460 其产品性能符合国际预应力协会编制的 后张预应力体系验收建议 FIP 91 和 预应力筋锚具 夹片和连接器 GB T14370 93 的要求 供货厂家必须取得 ISO9002 和 BSI 质量体系认证证书 6 主桥箱梁施工 箱梁均采用满堂支架 泵送现浇砼施工 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第V页 7 设计内容 7 1 立面布置 各部位截面尺寸的拟定 7 2 结构内力计算 1 确定结构计算图式 2 恒载内力计算 3 活载内力计算 4 结构次内力计算 7 3内力组合 7 4绘制内力包络图 7 5 配筋计算 7 6 布置预应力束 7 7 强度验算 7 8 应力计算 7 9 施工阶段验算 7 10 挠度与预拱度计算 7 11 施工方法要点及注意事项 7 12 绘制结构主要施工设计图 不少于 16 张 A3 图 7 13 外文资料翻译 不小于 1 万个外文字符的翻译和不少于 500 个汉字的外文 摘要 7 14 编制设计计算说明书 不小于 1 5 万个汉字 7 15 参加毕业实习并写出实习报告 8 对学生的要求 8 1 从第 7 周 第 17 周完成设计任务书规定的设计内容 8 2 熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁结构计算软件的使用 8 3 初步掌握桥梁设计的方法 8 4 在毕业设计 毕业实习中要服从指导老师安排 自觉遵守纪律 虚心学习 学会思考问题 分析问题和解决工程实际问题 8 5 设计合理 计算正确 数据表格化 计算说明书叙述简练 条理清晰 文字 通顺 章节编排分明 图表编号说明清楚 绘图整洁 正确 规范 文档完整 装订成册 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第VI页 9 时间及进度安排 本届毕业设计总时间为 12 周 即第 7 周至第 18 周 2006 4 3 6 23 本学期第 1 6 周进行毕业设计的相关准备工作 具体安排如下 第 1 6 周 a 借阅相关资料 包括规范 b 选修 桥梁电算 课程 c 熟悉软件 AUTOCAD WORD 等 第 7 周 布置任务 拟定尺寸 准备计算数据 第 8 周 结构内力计算 内力组合 第 9 周 估束 布束 调束 第 10 11 周 计算各项预应力损失 计算次内力 第 12 13 周 进行内力组合 截面强度验算 刚度验算 第 14 17 周 编制设计计算书 绘制设计图及资料翻译 完善并装订计算书 第 18 周 教师审核毕业设计计算书 设计图 答辩 10 阅读文献 1 公路桥涵钢设计手册 梁桥 上册 下册 人民交通出版社 2000 年 2 邵旭东主编 公路建设百问丛书 桥梁设计百问 人民交通出版社 2003 年 3 刘作霖 徐兴玉编 预应力 T 型刚构式桥 人民交通出版社 1982 年 4 范立础 预应力混凝土连续梁桥 人民交通出版社 1988 5 姚玲森主编 桥梁工程 人民交通出版社 6 王文涛 刚构 连续梁桥 人民交通出版社 1995 10 7 徐光辉主编 桥梁计算示例集 预应力混凝土刚架桥 人民交通出版社 1995 年 12 月 8 马保林主编 高墩大跨连续刚架桥 人民交通出版社 2001 10 9 范立础 主编 桥梁工程 上册 下册 人民交通出版社 2005 10 张树仁 郑绍珪 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理 人 民交通出版社 2005 11 石洞 石志源 黄东洲 桥梁结构电算 同济大学出版社 1989 4 12 刘效尧 朱新实主编 预应力技术及材料设备 人民交通出版社 1998 4 指导教师 年月日 审 批 人 年月日 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第 页 摘要摘要 毕业设计主要是关于小跨度预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计 预应力混凝 土连续梁桥以结构受力性能好 变形小 伸缩缝少 行车平顺舒适 养护工程量小 抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一 受时间和个人能力的限制 本次 毕业设计没有具体涉及到下部结构 横向预应力及竖向预应力的设计 设计桥梁跨度为 26 2 46 26 分为双幅设计 单幅为单箱双室 桥面宽 14m 分为 3 车道 主梁施工采用满堂支架施工 对称平衡浇筑混凝土 设计过程如下 首先 确定主梁主要构造及细部尺寸 它必须与桥梁的规定和施工保持一致 考 虑到抗弯刚度及抗扭刚度的影响 设计采用箱形梁 主梁的高度呈二次抛物线变化 因为二次抛物线近似于连续梁桥弯距的变化曲线 顶板 底板厚度沿全桥保持不变 均为 0 25m 其次 利用 BSAS 电算软件分析内力结构总的内力 包括恒载和活载的内力计算 用于计算的内力组合结果也由 BSAS 电算软件计算而得 从而估算出纵向预应力筋的 数目 然后再布置预应力钢丝束 再次 计算预应力损失及次内力 次内力包括先期恒载徐变次内力 先期预应力 徐变次内力 局部温度变化次内力 然后进一步进行截面强度的验算 其中包括承载能力极限状态和正常使用极限状 态 在正常使用极限状态验算中包括计算截面的混凝土法向应力验算 预应力钢筋中 的拉应力验算 截面的主应力计算 另外 本设计对箱梁扭转计算 风载 地震 以及结构动力特性没有考虑 关键词 预应力混凝土连续梁桥 次内力 满堂支架施工 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第 页 ABSTRACT The graduate design is mainly about the design of superstructure of short span pre stressed concrete continuous box Girder Bridge Pre stressed concrete continuous Girder Bridge become one of main bridge types of the most full of competion ability because of subjecting to the dint function with the structure good having the small defomation few of control joint going smoothly comfort protected the amout of engineering small and having the powerfully ability of earthquake proof and so on For time and ability limited the design of the substructure transverse pre stressing and vertical pre stressing is not considered The spans of the bridge are 26 2 46 26m main beam is respective designed each suit has one box two room and three traffic ways the width of the bridge surface is 14m The major girder applies Full scaffold construction symmetric equilibrium construction The procedure of the design is listed below The first step as to dimension the structural elements and details of which it is composed it can t and certainly should without being fully coordinated with the planning and working phrases of the project Considering the distorting stiffness and the bending stiffness box birder goes as second parabolic curve for second parabolic curve is generally similar to the change of continuous bridge s bending moments along The section at the support is strengthened by the provision of thickened webs bottom slabs and a cross beam the thickness of the bottom slab and the top slab is 0 25m The second step is to use BSAS software to analyze internal gross force of the structures including dead load and lived load the internal force composition can be done by using the compute results According to the internal force composited the evaluated amount of longitudinal tendons can be worked out then we can distribute the tendons to the bridge The third steps is to calculate the loss of pre stressing and secondary force due to pre stressing first dead loads and temperature bearing displacement and so on The last steps is checking the main cross section the work includes the load caring capacity ultimate state and the normal service ability ultimate state as well as the main section s being out of shape In addition the torsion of box girder wind loads seismic loads and the dynamic 中国交通资料网 西南交通大学本科毕业设计 论文 第 页 properties aren t taken into account during the design Key Words grade separated Pre stressed concrete continuous girder bridge Secondary forceFull scaffold construction 中国交通资料网 目录 第 1 章绪论 1 1 1 预应力混凝土连续梁桥概述 1 1 2 毕业设计的目的与意义 3 第 2 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 4 2 1 尺寸拟定 4 2 1 1 桥孔分跨 4 2 1 2 截面形式 4 2 1 3 梁高 5 2 1 4 细部尺寸 6 2 2 主梁分段与施工阶段的划分 7 2 2 1 分段原则 7 2 2 2 具体分段 7 2 2 3 主梁施工方法及注意事项 8 第 3 章荷载内力计算 10 3 1 恒载内力计算 10 3 2 活载内力计算 12 3 2 1 横向分布系数的考虑 12 3 2 2 活载因子的计算 15 3 2 3 计算结果 17 第 4 章预应力钢束的估算与布置 18 4 1 力筋估算 18 4 1 1 计算原理 18 4 1 2 预应力钢束的估算 21 4 2 预应力钢束的布置 26 第 5 章 预应力损失及有效应力的计算 26 5 1 预应力损失的计算 27 5 1 1 摩阻损失 27 5 1 2 锚具变形损失 28 5 1 3 混凝土的弹性压缩 31 5 1 4 钢束松弛损失 34 5 1 5 收缩徐变损失 35 5 2 有效预应力的计算 39 第 6 章 次内力的计算 40 6 1 徐变次内力的计算 40 6 2 预加力引起的二次力矩 40 6 3 温度次内力的计算 42 6 4 支座位移引起的次内力 44 中国交通资料网 第 7 章 内力组合 45 7 1 承载能力极限状态下的效应组合 45 7 2 正常使用极限状态下的效应组合 48 第 8 章主梁截面验算 52 8 1 截面强度验算 55 8 2 截面应力验算 57 8 2 1 正截面和斜截面抗裂验算 57 8 2 2 法向拉应力 错误 未定义书签 错误 未定义书签 8 2 3 主拉应力和主压应力 59 8 2 4 使用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算 63 8 2 5预应力钢筋中的拉应力 65 8 3 挠度的计算与验算预拱度的设计 69 第 9 章 施工方法要点及注意事项 71 9 1 材料设备及施工程序 71 9 2 支架及模板 73 9 3 预应力束布置 73 9 4 混凝土工程 73 9 5 张拉和压浆 74 第 10 章主要工程数量计算 75 10 1 混凝土总用量计算 75 10 1 1梁体混凝土 40 号 用量计算 75 10 1 2桥面铺装 40 号 混凝土用量计算 75 10 1 3防撞墙 20 号 混凝土用量计算 75 10 2 钢绞线及锚具总用量计算 76 毕业设计总结 77 致 谢 78 参考文献 79 附录 1 实习报告 80 附录 2 BSAS 数据原文件 83 附录 3外文文献翻译 98 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第1页 第 1 章绪论 1 1 预应力混凝土连续梁桥概述 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好 变形小 伸缩缝少 行车平顺舒适 造型简洁美观 养护工程量小 抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一 本章简介其发展 由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点 如过早地出现裂缝 使其不能有效地采 用高强度材料 结构自重必然大 从而使其跨越能力差 并且使得材料利用率低 为了解决这些问题 预应力混凝土结构应运而生 所谓预应力混凝土结构 就是 在结构承担荷载之前 预先对混凝土施加压力 这样就可以抵消外荷载作用下混凝土 产生的拉应力 自从预应力结构产生之后 很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所 代替 预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的 当时西欧很多国家在战后缺钢的情 况下 为节省钢材 各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争 带来的创伤 50 年代 预应力混凝土桥梁跨径开始突破了 100 米 到 80 年代则达到 440 米 虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好 但是 在实际工程中 跨径小于 400 米时 预应力混凝土桥梁常常为优胜方案 我国的预应力混凝土结构起步晚 但近年来得到了飞速发展 现在 我国已经有 了简支梁 带铰或带挂梁的 T 构 连续梁 桁架拱 桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土 结构体系 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到 80 年 但是 在桥梁结构中 随着预应力 理论的不断成熟和实践的不断发展 预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛 连续梁和悬臂梁作比较 在恒载作用下 连续梁在支点处有负弯矩 由于负弯矩 的卸载作用 跨中正弯矩显著减小 其弯矩与同跨悬臂梁相差不大 但是 在活载作 用下 因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用 其弯矩分布优于悬臂 梁 虽然连续梁有很多优点 但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼者 因为 限于当时施工主要采用满堂支架法 采用连续梁费工费时 到后来 由于悬臂施工方 法的应用 连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展 60 年代初期在中等跨预 应力混凝土连续梁中 应用了逐跨架设法与顶推法 在较大跨连续梁中 则应用更完 善的悬臂施工方法 这就使连续梁方案重新获得了竞争力 并逐步在 40 200 米范围 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第2页 内占主要地位 无论是城市桥梁 高架道路 山谷高架栈桥 还是跨河大桥 预应力 混凝土连续梁都发挥了其优势 成为优胜方案 目前 连续梁结构体系已经成为预应 力混凝土桥梁的主要桥型之一 然而 当跨度很大时 连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面 还是在养 护方面都成为一个难题 而 T 型刚构在这方面具有无支座的优点 因此有人将两种结 构结合起来 形成一种连续 刚构体系 这种综合了上述两种体系各自优点的体系是 连续梁体系的一个重要发展 也是未来连续梁发展的主要方向 另外 由于连续梁体系的发展 预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很 多不同类型 无论在桥跨布置 梁 墩截面形式 或是在体系上都不断改进 在城市 预应力混凝土连续梁中 为充分利用空间 改善交通的分道行驶 甚至已建成不少双 层桥面形式 在我国 预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展 然而 想要在本世纪末赶超 国际先进水平 就必须解决好下面几个课题 1 发展大吨位的锚固张拉体系 避免配束过多而增大箱梁构造尺寸 否则混凝 土保护层难以保证 密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量 难以提高 2 在一切适宜的桥址 设计与修建墩梁固结的连续 刚构体系 尽可能不采用 养护调换不易的大吨位支座 3 充分发挥三向预应力的优点 采用长悬臂顶板的单箱截面 既可节约材料减 轻结构自重 又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度 另外 在设计预应力连续梁桥时 技术经济指针也是一个很关键的因素 它是设 计方案合理性与经济性的标志 目前 各国都以每平方米桥面的三材 混凝土 预应 力钢筋 普通钢筋 用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指 针 但是 桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作 三材指标和造 价指标与很多因素有关 例如 桥址 水文地质 能源供给 材料供应 运输 通航 规划 建筑等地点条件 施工现代化 制品工业化 劳动力和材料价格 机械工业基 础等全国基建条件 同时 一座桥的设计方案完成后 造价指针不能仅仅反应了投资 额的大小 而是还应该包括整个使用期限内的养护 维修等运营费用在内 通过连续 梁 T 型刚构 连续 刚构等箱形截面上部结构的比较可见 连续 刚构体系的技术 经济指针较高 因此 从这个角度来看 连续 刚构也是未来连续体系的发展方向 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第3页 总而言之 一座桥的设计包含许多考虑因素 在具体设计中 要求设计人员综合 各种因素 作分析 判断 得出可行的最佳方案 1 2毕业设计的目的与意义 毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力 灵活运用大学所学的各门基础课和专 业课知识 并结合相关设计规范 独立的完成一个专业课题的设计工作 设计过程中 提高学生独立的分析问题 解决问题的能力以及实践动手能力 达到具备初步专业工 程人员的水平 为将来走向工作岗位打下良好的基础 本次设计为 26 2 46 26 m 预应力砼连续梁 桥宽为 28 分为两幅 设计时只考 虑单幅的设计 梁体采用单箱双室箱型截面 全梁共分 80 个单元一般单元长度分为 2m 顶板 底板 腹板厚度均不变 由于多跨连续梁桥的受力特点 靠近中间支点附 近承受较大的负弯矩 而跨中则承受正弯矩 则梁高采用变高度梁 按二次抛物线变 化 这样不仅使梁体自重得以减轻 还增加了桥梁的美观效果 由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构 手算工作量比较大 且准确性难以保 证 所以采用有限元分析软件 BSASBSAS 进行 这样不仅提高了效率 而且准确度也得 以提高 本次设计的预应力混凝土连续梁采用满堂支架法施工 本次设计中得到了刘元久 荣国能 周凌远等几位老师的悉心指导 在此表示衷 心的感谢 由于本人水平有限 且又是第一次从事这方面的设计 难免出现错误 恳请各位 老师批评指正 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第4页 第 2 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 2 1 尺寸拟定 本设计方案采用四跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构 全长 144m 设计主 跨为 46m 2 1 1 桥孔分跨 连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的 也有做成多跨一联的 但一般不超过六跨 对于桥孔分跨 往往要受到如下因素的影响 桥址地形 地质与水文条件 通航要求 以及墩台 基础及支座构造 力学要求 美学要求等 若采用三跨不等的桥孔布置 一般边跨长度可取为中跨的 0 5 0 8 倍 这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩 此 外 边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系 对于采用现场浇筑的桥 梁 边跨长度取为中跨长度的 0 8 倍是经济合理的 但是若采用悬臂施工法 则不然 本设计跨度 主要根据设计任务书来确定 其跨度组合为 26 2 46 26 米 基本符 合以上原理要求 2 1 2 截面形式 一 立截面 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析 连续梁的立面应采取变高度布置为宜 在恒 活载作用下 支点截面将出现较大的负弯矩 从绝对值来看 支点截面的负弯 矩往往大于跨中截面的正弯矩 因此 采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律 另外 变高度梁使梁体外形和谐 节省材料并增大桥下净空 但是 在采用顶推法 移动模架法 整孔架设法施工的桥梁 由于施工的需要 一般采用等高度梁 等高度 梁的缺点是 在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋用量来抵抗较大的负 弯矩 材料用量多 但是其优点是结构构造简单 线形简洁美观 预制定型 施工方 便 一般用于如下情况 1 桥梁为中等跨径 以 40 60 米为主 采用等截面布置使桥梁构造简单 施工迅 速 由于跨径不大 梁的各截面内力差异不大 可采用构造措施予以调节 2 等截面布置以等跨布置为宜 由于各种原因需要对个别跨径改变跨长时 也以 等截面为宜 3 采用有支架施工 逐跨架设施工 移动模架法和顶推法施工的连续梁桥较多采 用等截面布置 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第5页 双层桥梁在无需做大跨径的情况下 选用等截面布置可使结构构造简化 结合以上的叙述 所以本设计中采用满堂支架施工方法 变截面的梁 二 横截面 梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式 包括主梁截面形式 主梁间距 主梁各部尺寸 它与梁式桥体系在立面上布置 建筑高度 施工方法 美观要求以及 经济用料等等因素都有关系 当横截面的核心距较大时 轴向压力的偏心可以愈大 也就是预应力钢筋合力的 力臂愈大 可以充分发挥预应力的作用 箱形截面就是这样的一种截面 此外 箱形 截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大 对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利 同 时 因其都具有较大的面积 所以能够有效地抵抗正负弯矩 并满足配筋要求 箱形 截面具有良好的动力特性 再者它收缩变形数值较小 因而也受到了人们的重视 总 之 箱形截面是大 中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式 常见的箱形截面形式有 单箱单室 单箱双室 双箱单室 单箱多室 双箱多室 等等 单箱单室截面的优点是受力明确 施工方便 节省材料用量 拿单箱单室和单 箱双室比较 两者对截面底板的尺寸影响都不大 对腹板的影响也不致改变对方案的 取舍 但是 由框架分析可知 两者对顶板厚度的影响显著不同 双室式顶板的正负 弯矩一般比单室式分别减少 70 和 50 由于双室式腹板总厚度增加 主拉应力和剪 应力数值不大 且布束容易 这是单箱双室的优点 但是双室式也存在一些缺点 施 工比较困难 腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等 本设计是一座公路连续箱形 梁 采用的横截面形式为单箱双室 2 1 3 梁高 根据经验确定 预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在 1 15 1 25 之间 而跨中梁高与主跨之比一般为 1 40 1 50 之间 当建筑高度不受 限制时 增大梁高往往是较经济的方案 因为增大梁高只是增加腹板高度 而混凝土 用量增加不多 却能显著节省预应力钢束用量 连续梁在支点和跨中的梁估算值 等高度梁 H 15 1 30 1 l 常用 H 18 1 20 1 l 变高度 曲线 梁 支点处 H 16 1 20 1 l 跨中 H 30 1 50 1 l 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第6页 变高度 直线 梁 支点处 H 16 1 20 1 l 跨中 H 22 1 28 1 l 而此设计采用变高度的直线梁 支点处梁高为 2 4 米 跨中梁高为 1 4 米 2 1 4 细部尺寸 一 顶板与底板 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位 其尺寸要受到受力 要求和构造两个方面的控制 支墩处底版还要承受很大的压应力 一般来讲 变截面 的底版厚度也随梁高变化 墩顶处底板为梁高的 1 10 1 12 跨中处底板一般为 200 250 底板厚最小应有 120 箱梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预 应力筋的要求 本设计中采用双面配筋 且底板由支点处以抛物线的形式向跨中变化 底板在支 点处设计为实心箱型截面 在跨中厚 25cm 顶板厚 25cm 二 腹板和其它细部结构 1 箱梁腹板厚度腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力 在预应力梁中 因为弯束对外剪力的抵消作用 所以剪应力和主拉应力的值比较小 腹板不必设得太 大 同时 腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求 其设计经验为 1 腹板内无预应力筋时 采用 200mm 2 腹板内有预应力筋管道时 采用 250 300mm 3 腹板内有锚头时 采用 250 300mm 大跨度预应力混凝土箱梁桥 腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽 以承受支点处交大 的剪力 一般采用 300 600mm 甚至可达到 1m 左右 本设计支座处腹板厚取 55cm 跨中腹板厚取 55cm 2 梗腋在顶板和腹板接头处须设置梗腋 梗腋的形式一般为 1 2 1 1 1 3 1 4 等 梗腋的作用是 提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度 减少扭转剪应力和畸变 应力 此外 梗腋使力线过渡比较平缓 减弱了应力的集中程度 本设计中 根据箱室的外形设置了宽 250mm 长 600m 的上部梗腋 而下部采用 1 1 的梗腋 3 横隔梁 横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布 同时还可以限制畸变 支承 处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用 由于箱形截面的抗扭刚度很大 一般 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第7页 可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁 甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承 横隔梁 因此本设计没有加以考虑 而且由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影响较小 在内力计算中也可不作考虑 跨中截面及中支点截面示意图如下所示 单位为 cm 2 1 4 1 跨中处 2 1 4 2 支座处 2 2 主梁分段与施工阶段的划分 2 2 1 分段原则 主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时 分段越细 计算结果的内力越接近 真实值 并且兼顾施工中的实施 但也要考虑 BSAS 教学版的不足及限制的地方 所 以本设计分为 80 个单元 2 2 2 具体分段 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第8页 本桥全长 144 米 全梁共分 80 个梁段 一般梁段长度分成 2 0m 2 2 3 主梁施工方法及注意事项 主梁施工方法 主梁采用满堂支架法施工 箱梁均采用满堂支架 泵送现浇砼施工 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第9页 图 2 2 3 1 结构简图 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第10页 第 3 章荷载内力计算 3 1 恒载内力计算 主梁的内力计算可分为设计和施工内力计算两部分 设计内力是强度验算及配筋设计的依据 施工内力是指施工过程中 各施工阶段 的临时施工荷载 如施工机具设备 支架 张拉设备等 模板 施工人员等引起的 内力 主要供施工阶段验算用 由于对施工方面的知识不熟 本设计中对该项设计内 容作了简化 主要考虑了一般恒载内力 活载内力 主梁恒载内力 包括自重引起的主梁自重 一期恒载 内力 Sg1和二期恒载 如 铺装 栏杆等 引起的主梁后期恒载内力 Sg2 主梁的自重内力计算方法可分为两类 在施工过程中结构不发生体系转换 如在满堂支架现浇等 如果主梁为等截面 可按 均布荷载乘主梁内力影响线总面积计算 在施工过程中有结构体系转换时 应该分阶 段 计算内力 本设计采用 满堂支架 法 二期恒载 又称后期恒载 集度 约 为 Q2 44 6kN m 由 BSAS 系统计算而得的有关结果如下表所示 表 3 1 1 毛截面几何特性 控制截面截面号截面类型AIY上Y下H 支座1115 5002 6540 6510 7491 400 1 8截面338 43812 23050 60930 80771 417 1 4截面558 52222 44220 63080 83721 468 3 8截面778 66082 81440 66630 88571 552 1 2截面998 85553 38790 71660 95341 670 5 8截面11119 10794 22150 78231 04071 823 3 4截面13139 36325 34020 85851 14952 008 7 8截面15159 77626 94130 95891 26912 228 支座171725 512 96891 14081 25922 400 1 8截面20209 42485 4160 86561 14942 015 1 4截面21238 86053 40330 71790 95511 673 3 8截面26268 52222 44220 63080 83721 468 1 2截面29298 412 16240 60220 79781 400 5 8截面32268 52222 44220 63080 83721 468 3 4截面35238 86053 40330 71790 95511 673 7 8截面38209 42485 4160 86561 14942 015 支座411725 512 96891 14081 25922 400 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第11页 表 3 1 2 恒载内力计算 截面号Mg1Q1Mg2Q2 kN mkNkN mkN 边支座0 001738 550 00290 74 1 8截面3742 01700 30709 35145 79 1 4截面4900 2211 59947 620 84 3 8截面3806 33 686 15714 79 144 11 1 2截面423 41 1397 5210 88 289 06 5 8截面 5300 02 2127 01 1164 12 434 01 3 4截面 13429 27 2878 18 2810 20 578 96 7 8截面 24041 48 3656 58 4927 37 723 91 支座 37429 635273 18 7515 63963 47 1 8截面 13222 433479 94 2712 96707 02 1 4截面2981 362168 06615 12450 57 3 8截面11841 89921 012468 61194 12 1 2截面13638 83 293 592847 52 62 33 5 8截面8465 57 1508 201751 84 318 78 3 4截面 3771 28 2755 25 818 43 575 23 7 8截面 23351 39 4067 13 4863 28 831 68 中支座 50934 915860 37 10382 721088 13 图 3 1 1 一期恒载弯矩图 图 3 1 2 一期剪力图 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第12页 图 3 1 3 二期恒载弯矩图 图 3 1 4 二期剪力图 3 2 活载内力计算 活载内力计算为基本可变荷载 公路一级 在桥梁使用阶段所产生的结构内力 3 2 1 横向分布系数的考虑 荷载横向分布指的是作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配 或者 说各主梁如何分担车辆荷载 因为截面采用单箱单室时 可直接按平面杆系结构进行 活载内力计算 无须计算横向分布系数 所以全桥采用同一个横向分配系数 一 横向分布系数的计算 单箱双室 桥面净宽度 W 13 0m 车辆单向行驶 145 10 W 桥涵的设计车 道数为 3 车道 用刚性横梁法计算横向影响线竖标值 1 抗扭修正系数 1 0 2 计算横向影响线竖标值 对于 1 号边梁的横向影响线竖标值可以通过简化公式计算 单箱双室计算简化为 3 片梁肋 2 11 11 1 i a aa n 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第13页 2 11 13 1 i a aa n 汽车荷载布置见下图 图 3 2 1 1汽车荷载布置 其中 2 i a 4 22 0 4 22 35 28 m2 2 11 11 1 i a aa n 50 55 0 1 3 1 0 833 2 11 13 1 i a aa n 50 55 0 1 3 1 0 167 影响线图如下 图 3 2 1 2影响线图 用刚性横梁法的横向分布影响线为直线 设影响线零点离 1 号梁轴线的距离为 x 则 167 0 25 833 0 xx 解得 x 7 875m 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第14页 根据 公路桥涵设计通用规范 本设计的桥面净宽度 W 13 0m 车辆单向行驶时在145 10 W 桥涵的设计 车道数为 3 车道 计算荷载得横向分布系数 1 一车道加载时 图 3 2 1 3一车道加载 5 0875 7 3 1875 7 875 7 833 0 2 1 2 1 2 1 2 1 21 11 21 qqqqqcq xx x m 0 8753 2 二车道加载时 3 2 1 4二车道加载 25 405 635 715 9 875 7 833 0 2 1 2 1 2 1 2 1 21 11 21 qqqqqcq xx x m 1 418 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第15页 3 三车道加载时 图 3 2 1 5三车道加载 15 195 225 405 635 715 9 875 7 833 0 2 1 2 1 2 1 2 1 21 11 21 qqqqqcq xx x m 1 635 3 2 2 活载因子的计算 桥梁结构的基频反映了结构的尺寸 类型 建筑材料等动力特性内容 它直接反 映了冲击系数与桥梁结构之间的关系 不管桥梁的建筑材料 结构类型是否有差别 也不管结构尺寸与跨径是否有差别 只要桥梁结构的基频相同 在同样条件的汽车荷 载下 就能得到基本相同的冲击系数 桥梁的自振频率 基频 宜采用有限元方法计算 对于连续梁结构 当无更精确 方法计算时 也可采用下列公式估算 1 2 13 616 2 c c EI f lm 3 2 2 1 2 2 23 651 2 c c EI f lm 3 2 2 2 c mG g 3 2 2 3 式中l 结构的计算跨径 m E 结构材料的弹性模量 2 N m c I 结构跨中截面的截面惯矩 4 m c m 结构跨中处的单位长度质量 kg m 当换算为重力计算时 其单 位应为 22 Nsm G 结构跨中处延米结构重力 N m 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第16页 g 重力加速度 2 9 81 gm s 计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时 采用 1 f 计算连续梁的冲 击力引起的负弯矩效应时 采用 2 f 因边垮跨度小 按照最不利效应计算法则 取 l 26m 查得 Ic 3 3879m4 防撞墙 护栏荷载 q 13 4kN m 铺装层荷载 q 31 2kN m 中跨单元 Ac 8 855q 8 855 25 221 375 kN m mc 13 4 31 2 221 375 10 26599 525 6 26599 3879 3 1025 3 26262 616 13 10 1 f 335 11 26599 3879 3 1025 3 26262 651 23 10 2 f 值可按下式计算 当f 1 5Hz 时 0 05 当 1 5Hz f 14Hz 时 0 1767ln f 0 0157 当f 14Hz 时 0 45 式中f 结构基频 Hz 求得 正弯矩效应 1 0 3157 负弯矩效应 2 0 413 FACTOR 1 n 式中1 冲击系数 n 车道数 车道折减系数 偏载系数 EX 一车道加载时 FACTOR1 1 413 3 1 1 0 8753 3 710 EX 二车道加载时 FACTOR2 1 413 3 1 1 1 418 6 011 EX 三车道加载时 FACTOR3 1 413 3 0 78 1 1 635 5 406 经比较选取二车道加载时的最大值 6 011 计算 中国交通资料网 武汉理工大学本科毕业设计 论文 第17页 3 2 3 计算结果 本设计中采用 BSAS 软件进行该内力计算