主桥全长460m，80m+3x100m+80m预应力混凝土连续梁桥公路-Ⅰ级（计算书、施工方法、17张CAD图纸）
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主桥
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80
x100m
预应力
混凝土
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17
cad
图纸
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主桥全长460m，80m+3x100m+80m预应力混凝土连续梁桥公路-Ⅰ级（计算书、施工方法、17张CAD图纸）,主桥,全长,80,x100m,预应力,混凝土,连续,公路,计算,施工,方法,法子,17,cad,图纸
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设计 说明 一 、技术标准 1、 设计菏载 : 汽车荷载：公路 -级。 人群荷载： 2、 桥面净宽： 2 7m+隔带 +行道。 3、 航道要求： 级。 二 、设计规范 1、 公路工程技术标准 （ 1997）。 2、 公路桥涵设计通用规范 （ 1989）。 3、 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 （ 2004） 4、 公路桥涵设计通用规范 （ 2004） 三 、材料 1、混凝土 上部结构采用 50 号混凝土。下部主墩采用 40号混凝土，承台采用 40 号混凝土，桩基采用 40 号混凝土。 2、钢筋 预应力钢筋均采用 19 7 低松弛钢绞线，其标准强度 1860拉控制应力 h =1395端张拉 ，普通 钢筋采用 级钢筋。 3、 锚具 本设计选用的锚具为： 19 锚具，其锚垫板尺寸为 270 270 160，波纹管的直径为 100。 四 、设计要点 主桥采用 80m+30 1、主梁 采用单箱双室变高度预应力混凝土箱梁，梁底曲线采用 二次 抛物线。箱梁顶板宽 18m，底板宽 12m，顶板两侧翼缘悬臂长度 梁梁高 支点 中梁高 板厚由 30 厘米到 60 厘米变化，箱梁腹板厚 由 45 厘米 到 60 厘米 变化 ，箱梁顶板厚 30 厘米。 2、主墩 采用薄壁空心矩形墩 ，横桥向宽度 桥向宽度 台厚 桩基础，桩直径 边墩 采用桩柱式，桩直径 3、护栏为现浇混凝土，除在伸缩缝处断开外，另在每 5 米设置一道温度缝。 五 、施工要点 本桥结构受力复杂，为确保工程质量，有关施工艺和质量检验标准必须严格遵守中华人民共和国交通部颁发的公路桥涵施工技术规范（ 2000）和公路工程质量检评定标准（ 98）的有关要求，对各主要工艺应制定详细的施工方案，并征得监理工程师的同意后再进行施工作业。 1、材料 （ 1）混凝土：避免使用早强混凝土，采取有效措施降低混凝土施工温度，以避免过高的水化热及环境温度引起不利的混凝土温度应力。混凝土施工前必须做配合比试验，综合考虑施工工序、工期安排、环境影响等因素，通过试验，保证混凝土强度和抗渗指标，减少混凝土收缩、徐变的不良影响。 （ 2）钢材：普通钢筋、预应力钢材和锚具应按设计要求的技术指标和型号进行采购，并按有关质量检验标准进行严格的检验，遵照施工技术规范及有关要求进行施工。 六 、其它 1、对于防撞护栏与箱梁连接钢筋，在浇筑箱梁时，应注意在相应位置预先埋入板内。 2、严格控制桥面铺装层厚，并保证桥面竖曲线、横坡，桥面钢筋网要按设计要求设置。 某 桥 主桥方案比选与施工图设计 （ 图纸部分 ） 姓 名： 学 号： 专 业：桥梁与隧道工程 指导老师： 二零零 七 年 六 月 施工图目录 序号 图名 图号 01 预应力 混凝土连续梁桥桥型布置图 1 02 斜拉桥桥型布置图 2 03 钢管混凝土 拱 桥桥型布置图 3 04 主梁一般构造图 48 05 主桥预应力钢束布置图（一） 56 主桥预应力钢束布置图（二） 57 主桥预应力钢束布置图（三） 58 主桥预应力钢束布置图（四） 59 主桥预应力钢束大样图（一） 60 主桥预应力钢束大样图（二） 61 主梁普通布置图 7 12 盖梁钢筋布置图 8 13 主墩一般构造图 9 14 单桩钢筋布置图 10 15 泄水管一般构造图 11 16 栏杆及人行道构造图 12 17 主桥上部结构施工流程图 13 毕业设计（论文） 题目 ： 某 桥主桥方案比选与施工图设计 （荷载：公路级； 桥宽： 18m） 学生姓名： 学 号： 班 级 : 专 业： 桥梁与隧道工程 指导教师： 2007 年 03 月 某 桥主桥方案比选与施工图设计 （荷载：公路级；桥宽： 18m） 学生姓名 ： 学 号 班 级： 所在院 (系 ): 指导教师 ： 完成日期 : 毕业设计 (论文 )开题报告 题目 ： 某 桥主桥方案比选与施工图设计 （荷载：公路级；桥宽： 18m） 课 题 类 别： 设计 论文 学 生 姓 名 学 号： 班 级： 专业（全称）： 桥梁与隧道工程 指 导 教 师： 2007 年 03月 一、 本课题设计（研究）的目的： 1. 通过毕业设计培养自己 综合运用所学知识，分析和解决实际工程问题，锻炼创造 的 能力。 2. 培养自己 分析问题和解 决问题的独立工作的能力。 3. 提高计算、绘图、查阅文献、使用规范手册和编写计算文件及计算机辅助 设计计算等基本技能，使学生了解生产设计的主要内容和要求。 4. 掌握设计原则、设计方法、设计步骤。 5. 设计正确的设计思想以及严谨负责、事实求是、刻苦钻研、勇于创新的作风，为桥梁建设事业服务。 二、 设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： 随着国民经济的发展和经济全球化， 各种功能齐全的、造型美观的特大桥梁，如雨后春笋频频建成 。桥梁是一种功能性的结构物，人类从未停止过对桥梁美学的追求，很多桥梁被建成令 人赏心锐目的艺术品，具有鲜明的时代特征。我国的 桥梁建设也 得到迅速的发展，不论在建设规模上还是在科技水平上，均已跻身 世界行列， 这不仅对改善人们的生活水平，改善投资环境 ，促进经济的腾飞起着 关键的作用，而且对促进文化交流、加强民族团结、巩固国防等方面也有 着重要的意义。 2. 方案比选 简支梁 桥适合于中小跨径，尤其是适合于建筑高度受到限制和平原区高速公路上的桥梁 ， 某 桥位于株洲市，主桥跨径 460m，通航要求三级，所以简支梁不适合，而悬索桥 适合于特大跨径桥梁， 造价高， 460m 跨径不适合建悬索桥，所以采用 预应力混 凝土 连续梁桥 、 钢管混凝土拱桥 和 斜拉桥 三个方案，这三中桥型造型美观，适合城市桥梁建设。 1） 预应力混凝土 连续梁桥 预应力混凝土连续梁桥以构造受力性能好、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。随 着预应力技术的发展和不断完善，尤其是悬臂、顶推等先进施工方法的 出现，更使预应力混凝土连续梁桥活跃在整个桥梁工程领 域，无论是城市桥梁、高架道路、山区高架栈桥，还是跨越江河的大 桥，预应力混凝土连续梁桥都以它独特的魅力，而取代其他桥型成为优胜方案。此外， 预应力混凝土连 续梁桥 具有以下特点： 1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低； 2）结构造型灵活， 可根据使用要求浇筑 成各种形状的结构；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少； 4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小； 5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产； 6）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向 预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围； 7） 连续梁内力的分布较合理，其刚度大 ，对活载产生的动力影响较小。 2） 斜拉桥 近年来， 随着 结构分析的进步、高 强材料的施工方法以及防腐技术的发展极大地促进了大跨斜拉桥的发展，此外 由于高强钢材、正交异性板、焊接技术的发展及结构分析的进步，斜拉桥体系 更是得到了广泛的应用。斜拉桥 具有以下特点： 1） 鉴于主梁增加了中间的斜索支承，弯矩显著减小，与其 他体系的大跨度桥梁比较，混凝土斜拉桥的钢材和混凝土用量均较节省； 2） 借斜索的预压力可以调整主梁的内力，使之分布均匀合理，获得经济效果，并且能将主梁做成等截面，便于制造和安装； 3） 斜索的水平分力相当于对混凝土梁施加的预压力，借以提高梁的抗裂性能， 并充分发挥了高强材料的特性； 4） 结构轻巧，适用性强。利用梁 、 索 、 塔三者的组合变化成不同体系，可适用不同的地形和地质条件； 5） 便于悬臂法施工和架设，施工安全可靠。 3） 钢管混凝土拱桥 随着钢管混凝土拱桥的应用推广，我国对钢管混凝土拱桥的研究已取得了相当的成果，钢管混凝土拱桥结构形式丰富多样，桥型美观，它属于刚 混凝土组合结构中的一种，主要用于以受压为主的结构，它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而具有更高的抗压强度和抗变形性能，此外，钢管 混凝土拱桥还有以下几方面优点： 1）由于钢管混凝土承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题，因而可使主拱圈截面及宽度相对的减小； 2）钢管本身相当 于 混凝土的外摸板，它具有强度高，重量轻，易于吊装或转体的特点，可以先将空管拱肋合龙，再压注管内混凝土，从而大大降低了大跨径拱桥施工难度，省去了支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺。 下面将对以上三种方案进行比选，先对各个方案进行截面尺寸拟订，然后介绍其主要参数和 施工方法，最后进行综合评价选择最佳方案。 预应力混凝土连续梁桥 1） 成桥经验资料 连续梁的边主跨的比值在 间，较其它两种桥式比值要大，支点梁高与跨中梁高比值要小，在 右 。 国内预应力连续梁 成 桥 资料 表 1 桥名 跨组合径 边主跨比 梁高 H 中 H 中 /L H 支 H 支 / H 中 珠江三桥 80 110 80 /德大桥 3120 1/洋汉大桥 6111+100+70 ） 尺寸拟定 在预应力混凝 土连续梁桥的设计中分跨、主梁高度、横截面形式和主要尺寸的拟定是方 案设计中的关键所在。通过以上资料对比，当主桥采用多跨连续梁时，中间部分采用等跨布置，边跨跨径约为中跨跨径的 。当边跨采用主跨径的 在桥台上要设置拉力支座。当跨径超过 60m 时，易采用变高梁高度梁， 主梁高度根据统计资料：变高度梁跨中截面 1/301/50） L，变高度支点 截面 （ 1/161/25） L， h1/箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。底板厚度约为梁高 1/101/12。跨中底板内需要配置一定数量的钢索和钢筋，跨中底板厚度一般在 2530板应考虑最小厚度，若腹板内有预应力管道布置时，可采用 2530板在支点处的最大厚度约为 3060 （ 1） 上部结构 1 孔径布置 此桥是一座 预应力混凝土连续梁桥，跨径组合为 80m+3 100m+80m，边中跨比值为 下为三级通航，桥总长 460m。 2 顺桥尺寸 跨中梁高为 点梁高 底按二次抛物线变化。 3 横桥向的尺寸 截面纵向为变截面，桥面宽 18m,采用 单箱 双 室。顶板厚 30取全桥一致，支点处底板厚 60中厚为 30方便布置预应力钢筋。纵向上，梁底按二次抛物线变化，腹板在距支点四分之一跨度处以 4部承托采用 1： 2的比例，高度分别为 3060部采用 1： 1 的比例 ,高度分别为 3030 （ 2） 下部结构 桥墩 采用 柱式 墩， 柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大 的城市桥梁 中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好 ， 本 设计 基础采用 桩 基础 。 3） 施工方案 连续梁最成熟的施工方法是挂蓝悬臂浇注的施工方法，为保证施工过程中结构的稳定可靠，采用 0号块梁段与桥墩临时固结。 第一步：首先从 中间三个墩临时固结 开始对称悬臂施工。 第二步：两边跨合拢，释放墩临时固结措施 ，形成单悬臂梁。 第三步：合拢中跨。 施工流程如下： 拼装模板，施工主墩 搭设墩旁托架施工 0# 架设挂蓝，安装箱梁底模板，安装钢筋，预留张拉管道 对 称悬臂浇注，养生拆模后张拉预应力钢 筋 合拢边跨 合拢中跨 3 0 x 6 03 0 x 6 03 0 x 6 03 0 x 6 03 0 x 3 03 0 x 3 03 0 x 3 03 0 x 3 03 0 x 3 03 0 x 3 0 3 0 x 3 0 3 0 x 3 03 0 x 6 0 3 0 x 6 03 0 x 6 0 3 0 x 6 0连续梁桥支点处截面 单位：c m 连续梁桥 跨中截面 单位： 1 斜拉桥 斜拉桥依靠固定于索塔的斜拉索或主缆支承梁跨，梁似多跨弹性支承，梁内弯矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索或吊索的间距有关，适用于大跨度桥梁，是一种跨越能力极强的桥型。 它的 缺点 是 ：斜拉桥是高次超静定的组合体系，与其他体系梁桥相比较，包含有较多的设计变量，全桥总的技术经济合理性，不宜简单的由结构体积小，重量轻等概念准确表示出来，是选桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。索力调整是斜拉桥主梁受力均匀，以 达到经济安全的重要措施。 1） 斜拉桥经验数据 国内斜拉桥成桥资料表 表 2 桥名 跨度（ m） 体系 梁截面 桥宽 梁高 索面 索距 塔高 辽宁长兴岛 76+座支承 单箱三室 10 6 40 济南黄河 104+220+104 悬浮 双三角箱 8 海泖港 85+200+85 刚构挂梁 分离双室 12 4 天津永和 125+260+125 悬浮 双三角箱 双 沙湘江北 105+210+105 刚构 单箱三室 8 汉长江二 180+440+180 支座支承 双梯形箱 双 8 90 重庆长江二 169+444+169 悬浮 双主肋 24 9 110 郧阳汉江 86+414+86 地锚 单箱四 双 8 92 室 2） 尺寸拟订 斜拉桥主梁通常为等高度梁。现代斜拉桥都为密索体系，主梁高度越来越小，在选择梁高时，要考虑以下因素：索间距、主梁承受的压力、横 梁跨度、索与梁的锚固要求等。主梁为弹性支承多跨连续梁，梁内弯矩决定于弹性支承位移、索间距及梁的刚度，梁的刚度越大，弯矩越大。主梁承受的拉索水平分压力与桥的跨度有关，一般靠墩塔处压力最大，必要时局部加大截面。密索体系有以下优点：有利于降低梁高；便于悬臂法施工、索力小，使锚固构造简单，且便于换索。混凝土主梁索间距取为610m, 多数取 8m。拉索布置为扇形，为此要拟订拉索锚于塔上的间距。根据主梁的受力要求或为了减小索面积，拉索的竖直分力越大越好，因此应尽量减小拉索在上的间距，一般取为 决定于拉 索锚头布置及张拉空间的要求。 （ 1）上部结构 1 桥孔径布置 主跨为单塔对称双跨，可以节省一个塔和基础，缩短斜拉索总长，可取的较好的经济效益。跨度为 230m 230m。 2 顺桥向尺寸 梁高为 3m， 为等高粱。 3 横桥向尺寸 截面纵向为等截面，桥面宽 18m，采用单箱三 室截面形式。本桥为塔梁固结体系。这种结构存在的主要缺点是上部结构重量和活载力都需由支座传给桥墩，需要设置很大吨位的支座，造价较高。 4 横截面图 斜拉桥横截面图 图 2 （ 2） 下部结构 桥墩为柱式墩 ，基础采用 桩基础。 3） 施工方案 本桥施工采用 悬臂拼装法。 钢管混凝土拱 桥 钢管混凝土拱桥结构形式多样，跨越能力强，桥型美观，本设计采用中承式，行车道位于拱肋中部，桥面系一部分用吊杆悬挂在拱肋上，一部分用立柱支承在拱肋上。钢管混凝土拱桥的缺点是：钢管和混凝土之间受力不明确，且存在钢管和混凝土之间的脱空现象。 1） 斜拉桥经验数据 表 3 桥名 跨径 （ m） 矢跨比 拱轴线形 （ m） 拱圈（肋）截面 高度（ m） 管径壁厚（ 广州丫髻沙大桥 360 1/ 750 18（ 20） 茅草街大桥 368 1/5 1000 18（ 20， 24） 南海三山西大桥 200 1/50 10 梧州桂江三桥 175 1/4 50 14 湖北三峡莲沱大桥 114 1/5 1200 14 2） 尺寸拟订 （ 1）上部结构 1 桥孔径布置 主桥全长 460m， 80m+300m+80m 三跨连续自锚式钢管混凝土拱桥 . 2 顺桥向尺寸 钢横梁长 22m，梁高 2m。桥面板由预制形钢筋混凝土桥面板和现浇桥面铺装层构成，预制板全高 36制板纵向接缝 60向接缝宽 50 3 横桥向尺寸 桥面宽 18m，横向接缝宽 50 4 拱圈布置 采 用中承式双肋悬链线无铰拱，矢跨比 1/5，拱轴系数 m=2 采用四管式拱肋截面，其中外侧、内侧钢管为 750 18管间的横向平联板总厚 600管中心距离横向 向 撑采用“ K”字型。 （ 2） 下部结构 采用高桩承台结构及钻孔桩基础 主拱拱肋与台座间设置了竖转铰。 3） 施工方案 拱肋采用转体施工 。 方案比选表 表 4 方案 一 二 三 桥型名称 预应力混凝土连续梁 钢管混凝土拱桥 斜拉桥 1 跨径布置（ m） 80+3 100+80 80+300+80 230+230 2 截面形式 单箱双室箱形截面 四管式拱肋截面 单箱三 室箱形截面 3 跨中梁高（ m） 横梁 2m 支点梁高（ m） 上部结构施 悬臂浇注法 转体施工 悬臂拼装法 工方法 6 使用效果 属超静定结构，有可靠的强度 、 刚度 、 及抗裂性能，伸缩缝小，行车舒适，易养护 跨越能力强 ， 但主拱混凝土和钢筋存在脱空 现象 ， 桥型美观， 抗裂性能 好。 造型新颖美观，为提高抗风稳定性，要采取复杂的措施 7 工程量 相对与其它二种工程量最小 比斜拉桥小 工程量最大 8 养护维修量 小 较大 大 9 工 期 短 较短 较 长 3. 总结 通过仔细比较，斜拉桥 虽然 造型美观 ，跨越能力强 ， 但 养护维修量 和 工程量 大，施工难度大，工期长；钢管混凝土拱 桥 虽然桥型美观，拱的抗压和抗变形性能好，但主拱混凝土和钢管存在脱空现象，拱圈混凝土和钢管受力不够明确 ，造价较高； 预应力混凝土连续梁桥 与钢管混凝土拱 桥 和 斜拉桥 相比，其 施工方便，养护工程 量小，工程量 小， 造价相对而言较低。所以本设计最终确定选择预应力混凝土连续梁桥方案。 三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）： （ 1） 尺寸拟订； （ 2）应用计算程序，计算恒载、活载内力并进行荷载组合； （ 3）主梁的配筋计算； （ 4）墩台基础计算； （ 5）预应力损失及有效预应力计算； （ 6）主梁截面强度计算与验算； （ 7）施工图的绘制。 （ 1）主梁的配筋计算； （ 2）墩台基础计算； （ 3）主梁截面强度计算与验算。 （ 1） 参考已有的桥型进行尺寸拟订； （ 2）通过计算机编写程序进行结构内力计算； （ 3）通过 制施工图纸。 四、设计（研究）进度计划： 周 次 工作进度安排 1 4 结合毕业实习熟悉、准备资料，方案比较，拟定推荐方案和结构尺寸，交方案比选报告和图纸。 3 8 推荐方案上部结构设计计算，电算。 8 9 配筋计算。 9 10 强度、刚度、稳定性验算，进行中期检查。 10 14 绘制施工图。 14 15 专题小结。 15 专业文献翻译。 16 整理资料，汇总成果，准备答辩。 17 答辩。 五、参考文献： 1 公路工程技术标准 S. 北京：人民交通出版社， 1997. 2 公路桥涵设计通用规范 S. 北京：人民交通出版社， 1989. 3 公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范 S. 北京：人民交通出版社， 2004. 4 公路桥涵设计通用规范 S. 北京：人民交通出版社， 2004. 5 颜东煌 M. 湖南： 湖南大学出版社， 1999. 6 李传习，夏桂云 M 7 徐飞，王亚君，万振江 M. 北京：人民交通出版社， 2000. 8 陈宝春，郑皆连 M. 北京：人民交通出版社， 2002. 9 邵旭东，顾安邦 M. 北京：人民交通出版社， 2003. 10 叶见 曙，李国平 M. 北京：人民交通出版社， 2005. 11 f 003： 884指导教师意见 签名： 月 日 教研室（学术小组）意见 教研室主任（学术小组长）（签章）： 月 日 某 桥主桥方案比选与施工图设计 摘 要 本 毕业设计主要是关于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 优点 而成为最富有竞争力的主要桥型之一。 设计过程如下： 首先，进行方案比选 ，拟订 主梁主要构造及细部尺寸， 本 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矩 的变化曲线。 其次，利用桥梁博士 软件分析结构 的内力 (包括永久作用和可变作用 的内力计算 )。用于计算的内力组合结果也由桥梁博士计算而得， 通过内力组合结果估算出纵向预应力筋的数目，然后再布置预应力钢 束。 再次，计算预应力损失及二次 力， 二次内力包括收缩徐变次内力、 温度变化次内力。 最后，进行截面强度的验算， 包括承载能力极限状态和正常使用极限状态 的验算 。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、预应力筋 的拉应力验算、截面的主应力计算 等等 。 关键词 ： 预应力混凝土连续梁桥； 二次内力 ；验算 F he is of of of of of of to of of of so of is as to of it is as is to of s is to to of be by to of be we to is to of to so is as as s of 目 录 1 绪论 . 错误 !未定义书签。 程背景 . 错误 !未定义书签。 应力混凝土连续梁桥概述 . 错误 !未定义书签。 案比选 . 错误 !未定义书签。 应力混凝土连续梁桥 . 错误 !未定义书签。 拉桥 . 错误 !未定义书签。 管混凝土拱桥 . 错误 !未定义书签。 结 . 错误 !未定义书签。 2 细部尺寸拟定 . 错误 !未定义书签。 部结构尺寸拟定 . 错误 !未定义书签。 桥向尺寸的拟定 . 错误 !未定义书签。 桥向尺寸的拟定 . 错误 !未定义书签。 本材料的选用 . 错误 !未定义书签。 筋 . 错误 !未定义书签。 凝土 . 错误 !未定义书签。 具 . 错误 !未定义书签。 3 上部结构内力计算 . 错误 !未定义书签。 构计算图 . 错误 !未定义书签。 面几何特性计算 . 错误 !未定义书签。 久作用内力计算 . 错误 !未定义书签。 变作用内力计算 . 错误 !未定义书签。 内力计算 . 错误 !未定义书签。 度次内力计算 . 错误 !未定义书签。 座沉降次内力计算 . 错误 !未定义书签。 缩徐变次内力 . 错误 !未定义书签。 用效应组合 . 错误 !未定义书签。 常使用极限状态 . 错误 !未定义书签。 载能力极限状态设计 . 错误 !未定义书签。 4 配筋计算 . 错误 !未定义书签。 应力钢筋估算 . 错误 !未定义书签。 料性能参数 . 错误 !未定义书签。 算原理 . 错误 !未定义书签。 应力钢筋数量的确定 . 错误 !未定义书签。 应力钢束 的布置 . 错误 !未定义书签。 5 预应力损失及有效应力的计算 . 错误 !未定义书签。 应力损失的计算 . 错误 !未定义书签。 阻损失 . 错误 !未定义书签。 具变形损失 . 错误 !未定义书签。 凝土的弹性压缩 . 错误 !未定义书签。 束松弛损失 . 错误 !未定义书签。 缩徐变损失 . 错误 !未定义书签。 应力损失计算结果 . 错误 !未定义书签。 号钢束计算结果 . 错误 !未定义书签。 03 号钢束计算结果 . 错误 !未定义书签。 6 强度、 应力与变形验算 . 错误 !未定义书签。 度验算 . 错误 !未定义书签。 面抗弯承载力 . 错误 !未定义书签。 算结果 . 错误 !未定义书签。 久状况应力验算 . 错误 !未定义书签。 截面抗裂验算（法向拉应力） . 错误 !未定义书签。 截面抗裂验算（主拉应力） . 错误 !未定义书签。 用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算 . 错误 !未定义书签。 应力钢筋中的拉应力验算 . 错误 !未定义书签。 凝土的主压应力验算 . 错误 !未定义书签。 6 力验算结果 . 错误 !未定义书签。 7 下部结构计算 . 错误 !未定义书 签。 桩构件参数信息 . 错误 !未定义书签。 桩承载力设计值计算 . 错误 !未定义书签。 桩承载力验算 . 错误 !未定义书签。 桩的竖向承载力验算 . 错误 !未定义书签。 的极限承载力计算 . 错误 !未定义书签。 的承载力设计值 . 错误 !未定义书签。 8 施工方法 . 错误 !未定义书签。 工方法的选定 . 错误 !未定义书签。 工流程 . 错误 !未定义书签。 意事项 . 错误 !未定义书签。 9 施工图设计 . 错误 !未定义书签。 述 . 错误 !未定义书签。 体布置图 . 错误 !未定义书签。 梁一般构造图 . 错误 !未定义书签。 梁预应力钢束构造图 . 错误 !未定义书签。 毕业设计总结 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 附件 开题报告 英文译文 英文原文 本文出自结构工程期刊 11 几种半主动控制系统在 基 准斜拉桥上的应用 摘要：最近，一种 基 准斜拉桥模型作为评价有关斜拉桥在地震中控制能力的各种方案的性能的测试平台，已经被研发出来。本文对标准斜拉桥的一些半活动和被动控制系统的性能和有效性 进行 了评价 ，该半主动控制系统考虑的问题包括：半主动刚度阻尼器及半主动摩擦阻尼器。对于被动线性和非线性阻尼器也进行了研究。通过使用有效的控制方案和安装了制动器的主动控制系统样本的对比，半主动控制器系统的性能得到了很好的评价，模型结果清楚的 表明，通过安装这些被动和半主动的防 护装置能大大降低在桥面的位移、剪力和塔基的弯矩 。结果表明：相比在同样的索力下，主动控制系统样本的水平，在 关于减少桥的峰 值响应数量对半主动和被动装置的研究还是有效的。 关键词：主动控制；桥；斜拉桥；控制系统；基准；被动控制；地震 引言：斜拉桥结构因为其优雅的造型和经济实用 的结构，而受到全世界的喜爱，然而，由于它的 灵活性，当遭遇动力荷载时，桥体的反应会有些过度， 因此如何减少因环境和动态荷载 作用造成的斜拉桥 动态响应数量对其安全 和 适用具有极大的重要性，这种桥面和塔的连接方式是影响斜拉桥反应最重要的因素之一。一般而言 ，冲力传输装置被用来连接桥面和塔，考虑到因温度变化桥面的扩张，这些装置是纵向安装 的 ，在动力荷载的情况下，这些装置 非常坚固，并能确保进行坚固的连接。塔和桥面的刚性 连接能减少桥面的位移量。然而，在地震影响下， 这种连接会将上层结构的惯力传递到塔基，这样会增加塔基的剪力和弯矩。另一方面，如果对桥面和塔进行较软弱的连接，桥面的位移会过度，传统的方法是对桥面和塔基的位移、剪力和弯矩进行折衷。 除传统方法外的另一方法是使用能量 分数分散 和在桥面和塔之间使用主动或 半主动控制系统，被动能量 分散 器能就特殊的地面运动有效的设计出来 ， 但是对于不同特征的地面运动 它们却效果不佳。主动和半主动控制系统的优点包括：能够适应不同的荷 载环境，能够控制不同的振动模式的结构，对被动的，主动与半主动以及混合控制系统的回顾中可发现。例如：在 （ 1997）和 1997） 本文中，为了减少地震对基准斜拉桥的振动 人（ 2000， 2003）对半主动刚度 阻尼和半主动摩擦阻尼器的应用，以及线性和非线性 被动粘滞流体阻尼器进行了研发。斜拉桥在平移与扭转方式上呈现的复杂行为往往强烈 稳 合。这种被 人发展了的桥模 是相当广泛的 +，它是基于 构下一个真实的斜拉桥。 半主动和被动控制装置 半主动刚度减振器 半主动刚度减振器包含了汽缸一活塞系统，和 一个开关阀在旁通管连接两个充满液压油的汽缸 ， 如 图 示。 按常规，这种汽缸 一活塞系统用来作为一个可变减振器装置取代了截止阀的孔板阀，可变阻尼效应是用来达到控制小孔的大小， 所示的带有开关阀的装置能与一套支撑系统连接，当阀门关闭，减振器（缸和支撑）作为一个具有有效性的 固定因素 因素由 在缸和支撑系统中一系列大量的流体 模数提供。（ b） 塞能自由移动，由于通道管的泄露和损失，阻尼器的液压油只能提供很少的量。该半主动刚度阻尼器只能 在 复 位 模式或是变化模式中操作，在复位模式下，开关阀是脉冲打开， 然后在合适的时间迅速关闭，在变化模式下，阀门在有限的时间里间隔的 打开 ，然后在另一段时间内间隔关闭，复位和变化模式的控制规则表述如下。 注： of 半刚性阻尼示意； 阀门； 密封 ； 装点 。 复位模式 在复位模式下的操作期间，阀门总是关闭的，因此，能量以潜在能量形式储存在油压减振器中（液压缸和支撑）。在适当的瞬间，阀门以脉冲的形式打开然后迅速关闭。这样压差在经过汽缸时被消除。这项操作被称为复位，这套装置被称为复位半主动刚度阻尼。在复位的时刻，活塞在 称为复位点，并且，储存在整个阻尼器中的能量被释放。因此 ，在适当的时刻调整复位，能够在振动结构中通过释放能量来减少结构反应。 复位半主动刚度阻尼能安装在桥墩和桥面之间，来自复位半主动刚度阻尼 器的控制力 u(t)能表示如下： U(t)=ke( （ 1） 减振器的有效刚度 . D 桥面和桥墩之间的相对位移 . 复位半主动刚度阻尼在以前复位实例中活塞的位置 在复位的时刻（阀门是以脉冲形式打开和关闭的），一方面有 ds=d 并且来自 。另一方面，可以根据适当有效的刚度和某一系列实际应用击敲来设计一个 ，速度和桥面传感器是需要的，它们可以融入设备本身。把 制力如下表示： Ui(t)= (2) 减振器的有效刚度 ； 在安装 尼器的位移桥面 和塔的相对位移 ； 尼器前先活塞复位点 。 最近，提出了几种 控制规律，例如 （ 人 b,2000a,b； 人 2000； 2002 ） 考虑 一个 数 V (3) 其中 Y 素 M和 k 结构的规模和刚度 =常量 使 V0 来确保 数 V。当 V 0 时，这个系统是固定的。 不同的等式（ 3）来取得 V 使用动量等式和最小化 V，一方面可以获得一个复位 控制法则如 当 di+ 时 ， 复位 元 di di+ (4) 有一特例，当 r=0 等式（ 4）变成 在 的条件下，当 位储存能量最大时，在复位已形成的基础上，这种特殊的法规是能获取的，并且它将被应用于此项研究中。 人的研究（ 1999a,b , 2000a,b） e(2000); 002) , 000a,b) 他们的结果清楚表明。 保 护遭遇各种地震的建筑物完整性方面是非常有效的。 人已经完成了对于基准斜拉桥 有效性的初步调查（ 2001） ， 和 成了小规模的半主动刚度阻尼器的实验测试（ 2002） ， 本文将进一步研究 基准斜拉桥的有效性 。 变化模型 992)提出的主动可变刚度系统中有效刚度 支持系统及计算机控制锁装置组成。当锁装置打开时，支持系统的刚度 被加在建筑物上；当锁装置关上时，支撑系统与层单元失去连接，并且没有刚度被加上。 在东京，这种主动可变 刚度系统已经被安装在三层建筑物上（ 人 2001）。来自安装了 动可变刚度系统）的桥的控制力 ui(t) 可以表示成： ui(t)=v(t)t) (5) v(t)=1, 当这种装置被锁上时，或者当 v（ t） =0 这种装置没被锁上时。 994)提出了如下控制规则： v(t)= 10 （ 6） 通过使用活动模式控制方法，这种控制法规也能取得，使用半主动刚度阻尼器（），上面系统能够得到应用。在操作变化模型 经提出。在变化模型的操作中，阀门在某一时段被关闭，在另一时段被打开，这种被称为变化半主动刚度阻尼器（）再次，来自 ）给出。打开和关闭阀门的法规由以下给出： (7) 在等式（）中对控制法规的实施与基于等式（）给的控制法规的实施是相同的，原因解释如下：假设在 ，的阀门是打开的，并且一直保持到 意 门是打开的，控制力 ui(t)为零，并且它满足等式（） di=这一时点，当阀门由开变关，它会满足等式（）的变化规则 即 di= ui(t) 。 鉴于这种原因，可以清楚地表示：使用等式（）控制法规的系统与使用等式（）控制法规的是等价的。本文将满足等式（）控制法规的系统使用基准斜拉桥的实施中 。 注： of 半主动摩擦阻尼器 一个典型的被动摩擦阻尼器由 连 接在一起的两块钢板组成，并且安装在作为支撑因素的结构上，在地震发生过程中，当动力大于两钢板间的摩擦力时，两钢板发生移动，装置上摩擦力的大小取决于螺栓上的正常力。在实际应用中，当地震震级超过临界值，并被用来作为应付更小规模的地震时，被动摩擦阻尼常被设计成滑动的。由于能量通过滑动消散，摩擦阻尼的效率可以通过不断的滑动不断调整通过阻尼器的各水平的正常力来改善。通过液压机制，正常力可得到实施和调整（例如： 997 等）压电机制或电磁 调节（例： 000a,b ， 002） . 最近由 出的半主动电磁阻尼包含了介于两钢板间的摩擦垫。如 示。 这三层是铆合在一起的，所以滑动发生在钢板与摩擦垫之间， 钢板与摩擦垫之间的摩擦力大小取决于正常力（ t）和摩擦力系数 ， 两根隔离螺线管被安装在钢板的外层，并且螺管中的电流是调整的，以至在两螺管间存在吸引的电磁力 。 因此，在两钢板间的正常力 N(t)与螺管中的电流量成正比， 这种阻尼器通过连接一 块钢板与桥面和另一块与桥墩来被安装在斜拉桥上。 为安装在桥面与桥墩间的摩擦阻尼，摩擦力可表示为： ( ) ( ) s g n ( )u i t N i t d i ( ) ( ) ( )N i t u i t N i t if (8) 其中 i(t)=阻尼器上的正常力 。对摩擦力完全的说 明可以描述成等式（）的联合。在粘滞阶段二块钢板是粘帖在一起的， ，其中，没有能量消散。为有效耗散振 动能量，人们期望设计出没有粘贴能够继续滑动以耗消能量的半主动摩擦阻尼器。 式（）中提出了除正常力摩擦阻尼器在内的所有半主动摩擦阻尼。半主动摩擦阻尼器的性能和有效性，绝大多数取决于特殊的控制算法的使用的说话被提出， e 等人（）提出一种有效的控制算法。其 性 能 ：（）制作一个矩形磁带回线。（）维持摩擦阻尼器在滑动阶段 能力，（）消除了抖动的效果。这种控制算法，统称为线形边界半主动摩擦控制器。是由： ( ) s g n ( )() ( ) s g n ( )P d i t d iu i t P d i t d di i（ 9） 其中 控制器增益， i 避免左右 0的边界层的参数。与 ( )P di t 在时间 表示如： ( )P di t ()di t s m i n 0 : ( ) 0s t d i t t （ 10） 这种利用等式（）中前峰值移动的想法，最初是由 997)提出的，目的是为了产生一个恒定的摩擦力，在半个震荡周期中，现在等式（）中的已被 e 等人修改。实施等式（）和（）中的控制算法，只需要测量当地的漂移和速度跨越减振器，即两个传感器。因此。控制系统是完全分散的，因为它是迄今最有效的控制算法，所以这种控制算法将会用于本文中探讨半主动摩擦阻尼器的性能。 被动粘滞流体阻尼 与各种控制系 统的性能相比，被动粘制流体阻尼也在这项研究中得以考虑。由安装在桥面和桥墩的被动粘制阻尼产生的力表示如下： ( ) s g n ( )iu t c d i d i （ 11） 其中 过阻尼的速度 c实验性决定系数 是一个真正典型的范围在 的阳性指数 等式（）演变成1()t c d， =1 这是 一个线形阻尼器 ，0( ) s g n ( )t c d， =0 这是一个单纯的摩擦阻尼，不 过，他们可能过度开发力量，当大型结构发生速度长期结构承受近断层地震 。非线形粘制阻尼器已经成为流行 ，最近由于其非线形力 振器部队在大结构速度的同时提供足够的补充阻尼。线形 （ =1）和非 线形粘制阻尼器（ =用语这项研究，在实际应用中，这些阻尼器能够提供力超过种。 注： 开普吉拉多桥 的 绘制 基准斜拉桥 由 座大桥的示意图于 注： % L 震 的 响应谱 (3%阻尼比 )； 加速度； 位移； 输入能量； 速度。 基准斜拉桥的线形评价模型的刚度矩阵是通过与静态负荷相一致的非线形精力分析决定的，如果在桥面和塔之间使用固定装置，评价模型的前十个频率将是 兹。这些都被用来作为比较不同控制系统的基础。如果在桥面和塔之间没用使用连接 或控制 装置，该模型将被称为失控情况。前个不受控制的频率分别是 兹。有关斜拉桥的细节信息，包括 它的造型和组件 人都有涉及。 由于桥是被认为接触到基岩的，所以土层结构间的相互作用效果被忽视，一维地面加速器假定适用于纵向并且同时有所支持。 地震是用来测试在不同特征的地震情况下，不同控制策略的性能的。为了评价各种控制系统和算法的有效化，从 到 的评价标准已经给出（ 人，）。前六个评价标准从 到 是与峰值响应相关的。其中 塔的峰值基数剪力， 在桥面水平，塔的峰值剪力， 塔基的峰值临界点 ， 在桥面水平塔的峰值点， 铁索偏差峰值， 桥墩上桥面位移的最大值。这些标准是通过桥面与塔有坚固连接的桥相应数量反应标准化的。 到 的评价标准代表了桥梁数量反应的标准， 塔楼的基础剪切标准， 水平桥面上塔楼的剪切力标准， 塔基的翻转力矩标准， 10水平桥面上塔的力矩标准， 铁索张力的偏差标准，数量反应的 . 标准被定义为： . 201 .ft （ 12） . 是一个数量，其规律被计算。 到 的评价标准是通过在桥面与塔之间有坚固连接的桥的一致标准的反应数量的常规标准上计算出来的。因为有两座塔，与塔有关的标准数量响应，通过两座塔响应数量标准的最大化得到正常化 另外， 通过桥梁重量单一阻尼器的总数 传感器的总数。标准 和 与峰值 功率相关，与阻尼器总功率相关，并且不使用在这项研究中。由于实验，在研究的半主动系统的验证模型都是不可行的。 最后，由于大桥遭受三种 不同地震，在三种地震中每种评价标准的最大值却进行了性 能比较。即 公式 （ 13） m a e b z eJ i C e n t r oM e x i c o C i t y ， i=1 17 （ 13） 注： of in 在 斜拉桥上防护装置的位置 ； 防护装置 。 注： I i=Ji i 为 减少对 震的 评估因素， 标准斜拉桥配备了各种半主动 和 被动器件 (阻尼器 折减系数 是 i / 刚性联系甲板和塔 之间 )； 顶 端 阻尼力 。 注： I i=Ji i 为 减少对 震的 评估因素，标准斜拉桥配备了各种半主动和被动器件 (阻尼器折减系数是 i / 刚性联系甲板和塔之间 )； 顶端阻尼力。 注： I i=Ji i 为 减少对 震的 评估因素，标准斜拉桥配备了各种半主动和被动器件 (阻尼器折减系数是 i / 刚性联系甲板和塔之间 )； 顶端阻尼力。 地面运动的反映谱 上述三大地震的峰值加速度分别 阻尼比（与斜拉桥有限模型的阻尼比相同）的单自由度结构在受到这三次地震的反映谱如图所示。据图观察：（ 1） 568 大地震具有更厂的持续时间和支配周期，大约为 （ 2）尔马其记录是一个典型的近断层地震运动，它有一个短暂的持续时间和较长的支配周期，大约 （ 3）墨西哥城的记录是一个在软土上长时间的持续震动，普吉拉多地区的地质条件与墨西哥地区的相似。 在 人（ 2003） 的抽样控制问题上，驱动器被安装在 8 个地点，如图 5 所示，4 个驱动器安装在 桥梁和对称的两座码头之间的各个地点上（ 4 个位置）。两个驱动器安装在桥梁和桥两边桥墩之间的地点上。（共 4个位置）。安装在每 8 个地点的驱动器数目由图 5通过括号表示 ，被动的或半阻尼器的分布与驱动器样本分布是相同的，为了便于有效地 比较每个控制系统的表现。现在由于本文中被考虑的所有半主动控制器被视为是完全分散的，在其他控制器装置发生故障时，他们可以独立运作。 失控桥（在桥面和塔的纵向之间连接和控制装置）桥面 的峰值位移在 568 地震，墨西哥城地震和尔马拉地震中分别为 米。自然周期 控桥的第一自然周期）的减震结构受这三次地震的峰值位移分别 82 厘米，如图 5所示。这些表明，桥梁的反应由这些地震中的第一种振动方式决定。 注： l 评估使 用 震标准 ; 标准 ; 不受控制 ; 样 本活动 ; 线性粘性 ;非线性粘性 ; 复位半刚度阻尼 ; 半刚度阻尼器开关 ; 半主动摩擦阻尼 ;of 线性弹簧 的刚度 ;顶端 的基础 修正 ;of 塔的 顶端 甲板 修正 ;of 刻 ;顶端 电缆 ; 最高的甲板 ;基本修正值 ;of at 在甲板 上 塔的水平 修正值 ;of 塔的基准 修正值 ;in 斜拉索的偏差值 ;最大的控制力 ; 顶端阻尼值 ;of 控制装置的 号码 ;of 感应器的 号码 ; to of at a be by at a 8. 所有评估标准的正常化是通过主塔和甲板之间的 刚性 连接来反应桥梁的质量。在表格 8 中显示的，在特定应力水平下的控制装置通过乘以第二栏中的非控制估计值获得折减系数作为评价标准，不同于控制水平应力下的控制装置的评估标准。 评价标准 通过 作为各种阻尼器峰值控制力的函数，如线性粘滞 阻尼器，非线性粘滞阻尼器，和系统的三次地震运动在图 6上所述，所有的被动和半主动控制系统在上文被考虑到，共有 24 个减震器被安装，其分布如图 5 中的括号所示，这与利用驱动趋 的采样问题是相同的。（ 2003 年）。图 6横坐标表示单一阻尼器的最大控制力。（共 24 个阻尼器）。图6如，图 6中的纵坐标 表示带阻尼器装置的桥塔根基剪切力的峰值，通过失控桥（在桥面和桥塔间无刚性连接）的根基剪切力峰值来正规化。因此，反应的数量和价值小于 1表明反应减少，因为阻尼装置。图 6 对于线性（ 1）和非线性（ 阻尼器，图 6的反应因素通过改变不同的阻尼系数 a 而得到，以达到不同水平的最大控制力，对于系统，控 制器在等式（ 9）中，用摩擦系数 边界层参数 么，控制增益i变化以达到不同水平的峰值控制力。另外，刚度为 2000m 的线性弹簧被平行安装在中，来限制桥面的位移，因为摩擦阻尼器单独提供很小的刚度来降低桥面位移，对于和阻尼器，不同标准的有效刚度 用于获得不同水平的峰值控制力。 据图 6察 ，非线性粘滞阻尼器在被考虑的被动和半主动控制装置中有最好的表现，当峰值控制力小于一定值时。在 568 地震和尔马拉地震中，当峰值控制力大于 250基 和桥平面 的标准剪力值增加。在墨西哥地震中，以 ， 和 为评价标准，这种力的极值为 100 200因此，非线性粘滞阻尼器的安装使其容纳力高于极限力导致不良后果。这可能由于实际中，每当速度大于某一定值时，非线性粘滞阻尼器的控制力达到了峰值能力。观察、和主动控制阻尼器的表现，在三大地震中的大部分响 应下，他们是相似的，线性粘滞阻尼器在墨西哥地震中有更好的表现，此次地震是一次长时间持续的地震运动。在所有的地震中，半主动转换刚度阻尼器的表现次于半主动复位刚度阻尼器（）。半主动摩擦阻尼器在尔马拉地震中的表现优于其他的控制装置，因为摩擦阻尼器对近断层地震非常有效。 注： l 评估使 用 震标准 ; 标准 ; 不受控制 ; 样 本活动 ; 线性粘性 ;非线性粘性 ; 复位半刚度阻尼 ; 半刚度阻尼器开关 ; 半主动摩擦阻尼 ;of 线性弹簧 的刚度 ;顶端 的基础 修正 ;of
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