连续钢箱组合桥梁 土木工程专业毕业设计任务及指导书.doc

土木工程专业2007级本科毕业设计任务及指导书（连续钢箱组合桥梁） 第一章 设计任务书一、 设计原始资料1、设计规范(1)公路桥涵设计通用规范（JTJ D60-2004）。(2)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ D62-2004）。(3)公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ D63-2007）。(4)公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）。(5)钢结构设计规范（GB 50017-2003）。(6)铁路结合梁设计规定（TBJ 24-89）。(7)公路工程技术标准（JTG B01-2003）。2、主要技术指标(1) 孔跨布置：见“分组题目”；(2) 设计时速：80km/h；(3) 荷载标准：公路级；(4) 桥梁纵坡：0%；(5) 桥梁横坡：双向1.5%，由混凝土铺装层厚度调节形成；(6) 桥梁宽度：0.5m护栏+净7.0m车行道+0.5m护栏；二、设计要求完成钢箱梁、预应力混凝土桥面板、下部结构设计内容，包括以下计算工作：1、自重恒载内力计算（含一期及二期恒载）；2、活载内力计算；3、温度及收缩徐变内力计算（体系温度变化及梁温差）；4、内力组合计算；5、钢箱梁、下部构造、预应力混凝土桥面板截面尺寸拟定；6、负弯矩区域的混凝土桥面板的预应力钢束配置；7、混凝土桥面板的普通钢筋配置；8、组合梁结构承载能力极限状态及正常使用状态下各项指标的验算；9、变形及预拱度计算；10、完成设计说明书并绘制图纸。三、设计各部分内容及时间分配（共12周）第一部分 收集资料及基本构造设计 （第6周）第二部分 建立模型，恒载、活载内力计算及组合 （第710周）第三部分 各项指标验算 （第1113周）第四部分 外文翻译、毕业实习 （第14周）第五部分 计算机绘图、毕业设计说明书整理出版 （第1516周）第六部分 导师评阅毕业设计 （第17周）第七部分 答辩 （第18周）四、毕业设计说明书正文主要内容设计依据、桥跨结构总体布置、有限元输入数据准备、单元划分、建立有限元计算模型、恒载及活载内力计算、荷载组合、各项指标验算。五、毕业设计应绘制的主要设计图（1）主桥总体布置图（1张A3图） （2）主桥总体布置图横断面图（跨中、中支点及边支点）（1张A3图） （3）钢箱梁节段划分及梁段参数图（坐标、梁高、节段长度及重量）（1张A3图） （4）钢箱梁构造图（边跨跨中、中跨跨中、中支点及边支点）（4张A3图） （5）变形及预拱度设置图（1张A3图） （6）混凝土桥面板普通钢筋布置图（1张A3图） （7）负弯矩区域混凝土桥面板预应力钢束布置图（2张A3图） （8）桥墩构造图（1张A3图） （9）承台及桩基础构造图（1张A3图） (10) 桥台构造图（1张A3图） (11) 剪力键连接大样图（1张A3图）(12) 桥墩受力主筋布置图（1张A3图） 要求达到A3幅面图纸不少于16张。六、毕业实习和毕业设计的主要要求1、填写实习日志，撰写实习报告，实习完成后交给指导教师，答辩时呈交答辩委员会。2、填写毕业设计指导纪要，每次辅导均由学生摘要记录，并由指导教师签字认可，答辩时呈交答辩委员会。3、毕业设计说明书不得少于15000字，计算机出设计图不得少于两张0号图（或16张3号图）；毕业设计应做到：设计计算无误、数据表格化、文字说明简明扼要且条理清晰、章节编号合理、图表编号清楚、文句通顺、字迹工整、图纸整洁美观。4、外文翻译不得少于10000外文字符。5、用外文写出本人毕业设计摘要（不得少于500汉字），在答辩时用外语宣读。6、毕业设计说明书的撰写、排版和装订必须严格按“西南交通大学本科毕业设计（论文）撰写规范”执行。7、学生必须提交以下资料的电子文档和书面文档，否则没有成绩：（1） 实习报告（2） 毕业设计说明书（3） 毕业设计图纸8、毕业设计答辩时间：每人30分钟，其中学生本人介绍20分钟、教师提问和学生答辩时间10分钟。七、主要参考文献(1)公路桥涵设计通用规范（JTJ D60-2004）.(2)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ D62-2004）.(3)公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ D63-2007）.(4)公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）.(5)钢结构设计规范（GB 50017-2003）.(6)铁路结合梁设计规定（TBJ 24-89）.(7)公路工程技术标准（JTG B01-2003）.（8）日池田尚志，钢-混凝土组合结构设计手册，地震出版社，1992.（9）刘玉擎，组合结构桥梁，人民交通出版社，2005.(10)范立础，预应力混凝土连续梁桥，人民交通出版社，1988；(11 ) 周远棣，许君兰编，钢桥，北京，人民交通出版社，1991.第二章 设计指导书一、设计依据(1)公路桥涵设计通用规范（JTJ D60-2004）。(2)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ D62-2004）。(3)公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ D63-2007）。(4)公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）。(5)钢结构设计规范（GB 50017-2003）。(6)铁路结合梁设计规定（TBJ 24-89）。(7)公路工程技术标准（JTG B01-2003）。二、有关荷载标准：（1）一期恒载：结构自重（包括钢箱结构、预应力混凝土桥面板湿重），结构整体模型内力计算时钢结构只考虑主截面，不计加劲肋、隔板、连接件等构件。（2）二期恒载：包括防撞护栏、桥面铺装层，检算按45kN/m考虑。（3）桥面现浇混凝土板收缩及徐变作用：按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62一2004)计算，相对湿度系数取0.8。 (4)梯度温度：Tl=20，T2=6.7，反温差为正温差乘以-0.5。（5现浇混凝土桥面板与钢箱梁温度差按15考虑，即在混凝土桥面板的温度不变的条件下，钢箱梁分别升降15(假定温度沿钢箱梁截面的全部高度内不变)。(6)活载：公路级，采用2车道。（7）车道荷载冲击系数产按下式计算（f1为结构基频）：当f1l.5Hz时，=0.05；当1.5Hzf1l4Hz时，=0.45；（8）支座不均匀沉降按1cm考虑。三、 毕业设计要点钢箱梁在工厂制作，运输到施工现场进行吊装就位，考虑到工厂预制条件、运输及吊装能力，在顺桥向根据桥梁长度将主梁分为几个制作段，各个制作段长度为10m20m左右，纵向每4m6m左右设置一道横隔板，以减少畸变变形的影响来保证其整体受力性能，横隔板应设置进人孔，腹板采用直钢板设计成斜腹板，纵向设置两道加紧肋，以减少预应力的损失。受压区底板设置纵向加劲肋、腹板设置竖向加劲肋（间距2m）以及横隔板纵、横向加劲肋，确保结构的稳定性。钢梁的刚度较小，在各个施工阶段挠度变化较大，因此设计时要根据施工过程预留合适的预拱度，预拱度的设置为恒载+1/2活载产生的挠度值的反方向数值。本次设计采用一阶段成桥方式，即采用满堂支架进行施工，钢箱梁的拼装及混凝土桥面板的施工均在支架上进行，设计中不考虑施工阶段的影响。钢箱梁高度采用变截面形式，中支点钢箱梁高度为跨径的1/151/25（未包括桥面板厚度），跨中钢箱梁高度为跨径的1/401/50（未包括桥面板厚度），其余部分钢箱梁高度采用二次抛物线变化。钢箱梁底板厚度为40mm，腹板厚度为30mm。在正常使用状态下，负弯矩区域桥面板通过直线、折线预应力钢束的配置、张拉，按全预应力进行考虑设计，在组合梁中建立有效的预应力，使混凝土桥面板在正常使用状态下不开裂，增加组合梁的刚度，提高组合梁的承载力。桥面板厚度为35cm，设计时应根据组合下的内力情况配置预应力钢束和普通钢筋。预应力钢束应分段设置，避免局部压应力过大，为此需在桥面板设置锯齿块以满足布置预应力钢束的构造要求。根据施工方法的异同，可将组合梁的桥面板分为预制和现浇两种。相对于预制桥面板来说，现浇桥面板的整体性好，并且与钢梁及剪力连接件之间的粘接很好。因此本次设计桥面板施工采用现浇方式。组合梁截面形式如图1和2所示：其中钢箱梁高度H应根据跨径的大小选择合适的高度。剪力键采用22圆柱头焊钉，横桥向按间距10cm布置，纵桥向按间距20cm布置。下部结构采用双柱式墩，钻孔灌注桩群桩基础，桩径2m，按嵌岩桩设计。群桩基础上设置承台，桥台采用重力式，明挖扩大基础。图1 组合梁截面形式图2 组合梁截面形式四、主要建筑材料1、钢材钢箱梁采用Q345qD钢；钢材化学成分及力学性能按照GB/T 714-2000办理，为保证焊接质量，对钢材补充要求如下：小于或等于24mm厚钢板可控轧或正火交货，大于24mm厚的钢板须正火交货。所有钢板均需用夏比试件冲击韧性实验，小于或等于24mm厚的钢板在-40时AKV应大于100J；大于24mm厚的钢板-40时AKV应大于120J。2、剪力键采用22圆柱头焊钉，材料为ML15，焊钉、尺寸、化学成分、机械性能应符合GB 10433-2002DE 规定3、混凝土桥面板混凝土材料为无收缩C50（添加高性能纤维网），墩柱、桥台、钻孔灌注桩、防撞护栏、承台采用C30混凝土，铺装层采用C40防水混凝土。4、钢筋混凝土桥面板预应力钢束采用s15.2钢绞线，公称抗拉强度fpk=1860MPa，弹性模量EP=1.9xl05Mpa，预应力锚下张拉控制应力为0.75fpk。钢绞线必须符合“GB/T 5224-2003”的技术标准。普通钢筋直径12mm为HRB335钢筋，直径d12mm及预应力锚下螺旋钢筋为R235钢筋，其规格和技术性能应分别符合GB13013一1991和GB1499一1998之规定。五、 毕业设计应提交的计算成果给出荷载组合下的内力包络图，承载能力极限状态下，对边跨及中跨跨中截面、中支点截面的组合梁的抗弯承载能力进行验算。验算承载能力时不考虑桥面板与钢箱梁之间滑移效应的影响，可认为桥面板与钢箱梁之间连接可靠。正常使用极限状态下，验算钢箱梁控制截面的整体应力、疲劳应力、整体稳定性、混凝土桥面板的应力、边跨及中跨跨中截面挠度验算，中支点桥面板的正截面抗裂性验算。下部构造中墩柱在承载能力极限状态下承载能力的验算，正常使用极限状态下的压应力和裂缝宽度的验算，桩基础的承载能力验算。剪力键的承载能力和剪应力不要求计算， 钢梁腹板的局部稳定性不要求验算。当组合梁的钢梁采用箱形截面时，其截面尺寸满足且时，可不计算其整体稳定性。式中为跨度，为两腹板间的距离，为钢箱梁截面高度。对于不满足上述要求的钢-混组合梁桥，在最大刚度主平面内的稳定性应按下式计算：式中为组合梁强轴作用面的弯矩，为钢箱梁的整体稳定系数，为组合梁毛截面的抵抗矩，为钢材的屈服强度，为截面塑性发展系数，箱形截面取1.05。六、 钢梁制造 本桥由于钢箱尺寸大，最大板厚达40mm，且为变截面，加工制作有相当难度，工厂制造中必须注意优化焊接工艺，严格执行经评定审批的焊接标准及焊接工艺、探伤及机工的精度要求，以确保质量。钢箱成形后，应对各焊缝进行严格检查，所有焊坑及超限的缺陷都必须修磨平整。钢梁制造中应把控制钢箱变形、有效提高焊接疲劳强度、减小残余应力和应力集中作为工厂加工过程中始终如一的目标，坚持必要的锤击处理和平缓的过渡，尽可能把应力集中系数降到最低。钢梁制造工艺及质量应严格按相应规范执行，对钢材焊接接头力学性能补充要求如下：1. 焊接强度（1） 对接焊缝屈服强度（s）、极限强度（b）不低于基材标准，且不宜超过基材实际值100Mpa。（2） 角焊缝屈服强度（s）、极限强度（b）不低于基材标准，且不宜超过基材实际值120Mpa。（3） 如仍过分超强时，可采用“韧强比”（冲击力AKV/屈服强度s）考核，限值对接焊缝为0.15，角接焊为0.11。注：当为不同板厚接头时，基材实际值取试件较高值。2. 焊接接头低温冲击力（包括焊缝、熔合线、热影响区）（1） 对接焊缝及受拉的坡口角接焊各部位-40时AKV冲击功不小于48J。（2） 角接及棱角焊缝部位-40时AKV冲击功不小于34J。3. 对接接头焊接时效冲击力不低于基材标准。4. 冷弯对接焊缝要求180不裂，角接焊缝按国际0级要求。5. 对接焊缝和角接焊缝（包括棱角焊）点固焊均不得开裂。6. 伸长率 当板厚=616mm时，520% 当板厚=1740mm时，519%七、钢梁拼装1. 分段施工和搭设支架；2. 先在支架上组拼钢箱梁；3. 钢箱吊装就位后，宜自中支点向跨中调整线性及标高，再进行焊接。4. 施工桥面剪力钉，混凝土桥面板及二期恒载。5. 结构防腐及防护。6. 拆除支架八、钢梁涂装与保护1. 喷砂（丸）除锈 钢梁部件表面应采用喷砂（丸）的方法除锈，且必须将表面油污、氧化皮、铁锈以及其他杂物清除干净，除锈后钢表面清洁度等级应达到GB8923规定的Sa3级，表面粗糙度4080m。2油漆涂装钢桥应进行严格的防腐、防锈处理。涂装采用AL551水性无机硅酸锌涂料，要求如下：（1） 为确保桥面板与钢箱梁的连接能力，在连接表面均不涂装，以增强与混凝土桥面板的结合，在混凝土浇注前彻底除锈，并清除结合面上的油污等妨碍结合效果的杂物。（2） 钢箱梁涂装 外表面：HF-AL551高模数无机硅酸锌底漆，两道，每道干膜厚度35m。HF-H04-1环氧封闭底漆，一道，干膜厚度20m。HF-H06-1环氧云铁中间漆，两道，每道干膜厚度40m。HF-ZB01-1氟碳面漆，一道，干膜厚度40m。HF-ZB01-1氟碳面漆，一道，干膜厚度30m。内表面：HF-AL551高模数水性无机硅酸锌底漆，两道，每道干膜厚度40m。HF-H04-1环氧封闭底漆，一道，干膜厚度20m。HF-H06-1环氧云铁中间漆，两道，每道干膜厚度40m。桥面板防水HF-AL551高模数水性无机硅酸锌底漆，两道，每道干膜厚度35m。HF-J52-2防水涂料，四道，每道干膜厚度250m。九、桥面结合梁施工1. 剪力钉剪力钉除工地对接焊缝位置附近的部分剪力钉外，其他部位均应在工厂焊于钢梁上，焊接前应进行焊接工艺实验。剪力钉焊趾须成形良好，不得有咬肉、裂纹。2. 钢筋绑扎（1） 桥面板钢筋应整体绑扎，施工中应注意钢筋位置的准确性，根据实际情况加强架立钢筋的设置，如果与附属结构钢筋相抵触，尽量挪动附属结构钢筋；在桥面泄水孔处主钢筋可适当移动。（2） 确保纵向钢筋纵向连续性，对接接头的焊接质量进