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胡娜 翟家河大桥设计 0 连续钢构桥毕业设计计算书毕业论文连续钢构桥毕业设计计算书毕业论文 第第 1 章章 基本资料基本资料 1 1 基本资料 1 1 勘察资料 建桥理由 城市规划的需要 建桥后将大大减少市中区车流量 改善市区交通 1 2 河流及水文情况河流及水文情况 设计通航水位 195 28m 常年洪水位 181 28m 低水位 160 00m 1 3 当地建筑材料情况及地质情况当地建筑材料情况及地质情况 砂石 钢材均可供应 基岩以紫红色粉砂质泥岩和泥岩砂岩为主 夹长石石英砂 岩 覆盖层 1 5m 1 4 气象情况气象情况 最高温度 44 4 最低温度 2 5 最大风速 27m s 1 5 设计标准设计标准 1 设计荷载 公路 级 人群 3 5KN M 2 车道宽 12M 1M 12M 人行道宽 2 3M 3 主航道高 20M 净宽 120M 4 桥面纵坡 1 0 5 桥面横坡 1 5 1 6 设计依据及参考文献设计依据及参考文献 1 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 04 2 公路圬工桥涵设计规范 JTG D61 05 3 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 04 4 公路桥涵地基与基础设计规范 JTJ024 85 5 桥梁工程 上册 范立础编 桥梁工程 下册 顾安邦编 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 1 1 7 桥位纵断面地形资料桥位纵断面地形资料 桥位纵断面地形 表 1 1 里程桩号 m 地面高程 m 里程桩号 m 地面高程 m K1 300210 45 700163 34 323205 42 720163 50 340198 34 740164 10 360190 50 760164 90 380186 30 780165 33 400178 67 800165 86 420170 48 820166 34 440165 34 840166 50 460161 67 860166 90 480160 30 880167 33 500158 60 900173 12 520157 48 920175 44 540156 70 940180 50 560157 88 960188 26 580158 89 980192 31 600159 50K2 000201 54 620160 50 020209 33 640161 90 040216 50 660162 33 060217 10 680162 86 080217 83 胡娜 翟家河大桥设计 2 第 2 章 桥梁设计方案比选 2 1 初拟方案 根据桥址 地形 地质 水文资料 航运及技术标准要求 拟制出不同材料 不 同体系 且各具特色并可能实现的六个方案草图 具体桥型如下 1 35m 92m 3 140m 92m 2 35m 五跨连续梁桥方案 2 20m 4 35m 2 185m 5 35m 20m 独塔双索面斜拉桥方案 3 主跨为 105m 180m 105m 三跨连续刚构桥方案 4 主跨为 130m 520m 130m 自锚悬索桥方案 5 主跨为 75m 4 120m 75m 预应力混凝土 T 形钢构方案 6 主跨为 360m 飞燕式拱桥方案 2 22 2 方案比较说明方案比较说明 方案比选依据经济 实用 安全 美观 有利于环保的原则 从总体布局 环境协调 技术先进性 施工可行性 技术经济等多方面考虑后 选出以下三个图式来编制桥型 比较方案 方案一 五跨连续梁桥方案 图 2 1 总体布置和结构体系 此方案的主桥跨径布置为 92m 3 140m 92m 边主跨之比 为 0 657 五跨变截面单箱单室连续箱梁桥 由左右两幅桥组成 采用三向预应力体 系 桥 图 2 1 五跨连续梁桥 面宽度为 15m 由于桥梁跨径过大 纵桥向设 1 0 的纵坡以减少圬工量 横桥向 设 1 5 的单向横坡 主梁截面 箱梁根部梁高为 7 8m 跨中及端部梁高均为 2 8m 而引桥采用 35m 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 3 预制 T 梁 梁高 2 0m 从根部到跨中 两端 箱梁底缘按二次抛物线变化 箱梁顶板 宽 15m 底板宽 8m 翼缘板悬臂长为 3m 底板厚度从 0 25m 变化到 1 20m 腹板厚从 箱梁根部为 0 70m 至跨中处厚为 0 40 m 主梁采用 C50 混凝土浇筑 方案二 独塔双索面斜拉桥方案 图 2 2 总体布置和结构体系 此方案是独塔双跨各为 185m 的混凝土斜拉桥 桥跨布置 为 20m 4 35m 2 185m 5 35m 20m 引桥采用 20m 和 35m 的简支 T 梁组成 桥面纵 坡 1 0 行车道设 1 5 的双向横坡 主桥主梁采用梁板结构形式 即混凝土双主梁 结构 梁高为 2 5 米 梁顶桥面宽 33 0 米 索塔 桥塔采用单塔双索面 人行道分别设在锚索区的外端悬出 桥面以上高为 64 5 米 采用门式桥塔 横向刚度大 有足够的抗风稳定性且造型美观 索塔基础采用钻 孔灌柱桩基础 图 2 2 独塔双索面斜拉桥 方案三 三跨连续刚构方案 图 2 3 总体布置和结构体系 此方案的主桥采用 105m 180m 105m 连续刚构桥 其余用 35m 跨径的箭支梁桥作为引桥 节省了大量的工程量 减少了施工造价 桥面纵坡采 用 1 0 全桥分为左右两幅 设单向横坡为 1 5 6 个车道 设有一米宽的中央分隔 带 桥面净宽 31 米 采用悬臂挂篮施工方法 桥墩采用双薄壁柔性墩 桥台采用重 力式桥台 边中跨之比为 0 583 胡娜 翟家河大桥设计 4 图 2 3 三跨连续刚构桥 主梁截面 主跨连续刚构部分主梁截面采用双腹式单箱截面 根部采用 10m 的箱 形截面 跨中采用 3m 的箱形截面 主梁截面采用 1 5 次抛物线的变高度梁 35m 跨径 的简支梁采用 2m 高的等截面形式 主梁采用标准 T 梁 2 3 各方案的技术经济比较 表 2 1 方案比选表 方案类别 比较项目 比较项目 方案一方案二方案三 主桥跨桥型结构五跨连续梁桥单塔双索面斜拉桥三跨连续刚构桥 主梁高度根部 7 8m 跨中 2 8m 2 8m 根部 10m 中部 3m 跨径布置 92m 3 140m 92m2 185m105m 180m 105m 下部结构 双薄壁柔性墩及桩基 础 桩基础桩基础 养护维修工作量少多少 设计经验技术水平 经验多 有很多已成桥 作为参考 施工经验 成熟 有较成熟的经验 国际先进水平 有 很多成桥参考 经验丰富 有很多已成桥 梁参考 施工经验成熟 设计理论先进 施工方法和难易程度 施工和养护都比较容 易 用悬臂浇注 预制 构件的精确度要求 高 施工复杂 且索 力难以控制 挂篮悬臂浇筑施工 不需 要大型起重设备 需大量 模板 造价低 造型造型美观 结构轻盈 索塔高 主桥体量 大 显的雄伟 与景 观相辉映 外型美观 跨越能力大 桥 下净空大 视野开阔 行 车顺畅 双薄壁柔性墩受 力好 混凝土 立方 m 41795 35835961 58342442 396 钢筋 钢材 t 3855 961763 6184643 097 工 程 数 量 钢铰线 t 1234 53314 9941 284 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 5 总的来说 以上三个方案都满足要求 但每个桥型都有自己的特点 从工程数量上看 预应力连续梁桥材料较省 造型美观 但其受温度变化及混凝土收缩影响产生的纵向位移也就 比较大 使伸缩缝及活动支座的构造复杂化 连续刚构和独塔斜拉桥 比较两者的工程 相差 很多 斜拉桥的斜拉索施工复杂 特别是桥面标高的和索力的调整 是相当繁复的 连续刚构 桥钢筋用量比斜拉桥省很多 它保持了连续梁的优点外 墩梁固结节省了大型支座的昂贵费用 减少了基础及墩的工程量 并改善了结构在水平荷载作用下的受力性能 而且施工及养护条件 都比斜拉桥要好 比选结果可选可选优选 经过以上技术经济比较 推荐方案三为作为终选方案 其优点有以下几点 1 该方案满足了安全 经济 适用 美观和有利于环保的要求 满足结构受力 合理 技术可靠 施工方便 造价较少的原则 2 混凝土用量省 钢筋用量少 桥面连续行车舒适度高 且视野开阔 同时外 观简洁 大方 而且施工技术成熟 有许多已成桥可以借鉴与参考 3 连续刚构属于墩梁固结体系 其采用双薄壁柔性墩受力较好 且主梁采用 1 5 次抛物线形式 增大了桥下净空 无论是对通航还是景观要求都有利 且采用悬臂施 工方法 受力好 施工方便 养护也较易 综上所述 从技术上考虑 目前 国内外已经修建了大量连续刚构桥 积累了丰 富的经验 因此 该桥型是一种比较成熟的桥型 无论在设计理论和施工方法上 都 有成功的经验可以借鉴和参考 从而为设计和施工提供技术上的保障 2 42 4 终选方案简介及结构尺寸拟定终选方案简介及结构尺寸拟定 2 4 1 设计依据 a 主要技术指标设计资料 桥宽 2 3m 人行道 2 12m 净 1m 分隔带 设计荷载 设计荷载 公路 级 人群 3 5kN m 地质情况 一般 b 材料规格 箱形截面混凝土 C50 人行道混凝土 C50 桥墩混凝土 C40 基础混凝土 C30 桥面铺装 用 100cm 厚的防水混凝土作铺装层 30cm 厚的沥青混凝土作磨耗层 胡娜 翟家河大桥设计 6 2 4 2 材料相关参数说明 50 号混凝土 主要强度指标为 强度标准值 32 4 2 65 强 ck f MPatk f MPa 度设计值 22 4 1 83 弹性模量 3 45 cd f MPatd f MPac E 4 10MPa 40 号混凝土 主要强度指标为 强度标准值 26 8 2 40 强度 ck f MPatk f MPa 设计值 18 4 1 65 弹性模量 3 25 cd f MPatd f MPac E 4 10MPa 30 号混凝土 主要强度指标为 强度标准值 20 1 2 01 强度 ck f MPatk f MPa 设计值 13 8 1 39 弹性模量 3 00 cd f MPatd f MPac E 4 10MPa 普通钢筋 纵向抗拉普通钢筋采用 HRB400 钢筋 其强度指标为 抗拉强度标准值 400 sk f MPa 抗拉强度设计值 340 sd f MPa 弹性模量 2 0 105 c E MPa 箍筋及构造钢筋采用 HRB335 钢筋 其强度指标为 抗拉强度标准值 335 sk f MPa 抗拉强度设计值 330 弹性模量 2 0 105 sd f MPac E MPa 预应力钢筋 详见后面章节 2 4 3 设计参考依据 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 结构设计原理 第二版 2 52 5 上部结构主箱细部尺寸拟定上部结构主箱细部尺寸拟定 2 5 1 立面布置 本桥主桥边跨为 105m 主跨为 180m 边跨比为 0 583 两边分别为 3 25m 的简 支梁引桥 2 5 2 上部结构 根据已成桥资料及 梁桥 桥梁工程 上册 手册有关连续刚构截面形式及 尺寸的相关内容 拟订主梁尺寸如下 采用单箱单室箱梁截面 箱顶宽 15 0m 底面宽 8 0m 变截面梁墩顶处梁高与最大跨径的关系 梁高为 1 17 1 20L 依据此关系根部梁 高取 10 0m 变截面梁跨中处梁高与最大跨径的关系 梁高为 1 50 1 60L 依据此关系跨中梁 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 7 高取 3 0m 梁底高度曲线采用 1 5 次抛物线变化以跨中梁底为原点 曲线方程为 h 0 008972x1 5 3 设单向横坡 1 5 顶板厚不变取 35cm 跨中处底板厚 25cm 根部底 板厚 120cm 以便布置预应力束 箱梁底板按 1 5 次抛物线变化以跨中梁底为原点 曲线方程为 h 底 0 007754x1 5 2 75 截面腹板厚度采用 40cm 和 70cm 两种 其 跨中 根部截面如下图 2 4 2 5 所示 图 2 4 跨中箱形截面 图 2 5 支点箱形截面 2 5 3 下部结构 四个主墩均采用双薄壁柔性墩 中心间距为 8 0m 纵桥向宽度为 2 5m 横桥向 胡娜 翟家河大桥设计 8 宽度 8 0m 墩高为 52m 51m 根据给出的地质条件 认为地质条件一般 基础采用 钻孔灌注桩基础 采用围堰施工 承台纵桥向宽 17 1 米 横桥向宽 12 6 米 厚 4 0 米 6 根桩的桩径均为 2 0 米 净间距 2 5 米 埋深均约 25 米 2 5 4 其它情况说明 桥面铺装厚度为 10cm 沿横桥向等厚 单幅桥桥面设置 1 5 的横坡 箱梁顶板直 接做成单向横坡 左右两幅桥恰好形成双向横坡 箱形顶板中心处高度为桥面铺装 使用 C40 号防水混凝土 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 9 第 3 章 结构内力计算 3 1 桥梁模型的意义 桥梁是一个复杂的空间结构 不同的桥梁型式其上下结构联结方式是不尽相同的 为了便于计算 需要将桥梁简化为结构计算图式 桥梁工程常因其跨度较宽度大很多 因此将纵向分析模型近似处理成杆件结构 其空间效应可以通过横向分布系数 偏载 增大系数来修正 采用杆系结构有限元程序分析桥梁时 首先要将桥梁结构划分为有 限个杆件单元 这些单元在节点上相互联结 从而构成一个与真实结构等价的计算模 型 3 2 主梁单元划分 杆件单元的划分 应根据结主跨为构的构造特点 施工及计算精度的要求来决定 将全桥共分为 156 个单元 桥面系 110 个单元 非桥面系 46 个单元 考虑到挂 蓝所能承受的重量和合龙段长度对主跨的节段作如下划分 从跨中至边跨依次为 以 下图 3 1 取的是全桥左半跨 3 5 0 1 0 7 5 0 6 4 0 8 3 0 0 75 2 1 25 2 2 75 2 1 25 0 75 8 3 0 6 4 0 7 5 0 1 0 图 3 1 左半桥单元外形 胡娜 翟家河大桥设计 10 其中 0 块长 12 0m 将 0 块划分为 8 个单元 墩根部两边各一个节点 桥墩顶部 中间划分一个节点 0 块中点处需划分一个节点 另主跨跨中合龙段分成两个 1 0 米 的单元 边跨合龙段分别 1 0 米的合龙段 现浇段为 15 0 米 划分为三个单元 每 个单元各 5 0 米 3 3 内力计算 3 3 1 主要施工阶段内力计算结果 现以最大悬臂阶段 即 47 施工阶段 跨中合龙阶段 即第 50 施工阶段 以及 成桥阶段 即 51 施工阶段 为例 输出其施工阶段的弯矩图 由于篇幅限制 以该 三个阶段的弯矩图作为参考 另附上结构在其施工阶段的弯矩值汇总 以备查阅 如 图 3 2 图 3 3 表 3 1 另输出正常使用极限状态 和承载能力极限状态 的弯矩图以及弯矩包络图 如 图 3 4 图 3 5 图 3 6 图 3 7 和图 3 8 所示 后附有各个状态相应的弯矩值即表 3 1 表 3 2 注 按照桥梁博士里中交 04 的规定 正常使用状态 即长期效应组合 正常使用状态 即短期效应组合 正常使用状态 即标准值组合 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 11 胡娜 翟家河大桥设计 12 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 13 胡娜 翟家河大桥设计 14 3 3 2 内力计算结果表 表 3 1 施工阶段主梁内力计算结果表 阶段节点轴向力 kN 剪力 kN 弯矩 kN m 12 5 4e 108 55e 03 1 41e 05 32 2784 32e 03 1 05e 06 46 2 25e 09 1 1e 04 2 19e 05 最大悬臂阶段 47 阶段 56 12 4268 15e 03 1 3e 05 32 830 3 13e 03 9 6e 06 46 713 9 74e 03 1 71e 05 中跨合拢阶段 50 阶段 56 7130 373924 12 4 03e 3 9 51e 03 1 21e 05 32 3 62e 3 1 56e 03 1 1e 06 46 3 81e 3 1 17e 04 1 83e 05 成桥 阶段 51 阶段 56 3 81e 31 057 81e 03 表 3 2 使用阶段和承载极限组合主梁内力计算结果 阶段 节 点 最大轴向力 kN 最小轴向力 kN 最大剪力 kN 最小剪力 kN 最大弯矩 kN m 最小弯矩 kN m 12 1 805e 004 7 156e 0031 679e 004 7 553e 003 2 797e 004 1 777e 005 32 1 855e 004 7 160e 0035 538e 004 3 649e 004 1 078e 006 1 717e 006 46 1 855e 004 7 160e 003 2 127e 004 1 089e 004 1 328e 005 3 074e 005 承载 极限 状态 组合 I 561 855e 004 7 160e 0033 181e 003 3 161e 0031 003e 005 1 125e 002 126 154e 003 7 001e 0031 034e 004 8 395e 003 7 667e 004 1 266e 005 32 6 058e 003 6 893e 0033 863e 004 3 679e 004 1 102e 006 1 181e 006 46 6 058e 003 6 893e 0031 283e 004 1 157e 004 1 694e 005 1 974e 005 使用 极限 状态 组合 I 56 6 058e 003 6 893e 0034 909e 002 4 837e 0024 294e 004 6 566e 003 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 15 第 4 章 预应力钢筋估算与配筋 根据 公路桥涵设计通用规范 和 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规 范 的要求 参照 结构设计原理 人民交通出版社 和 公路桥涵预应力设计规 范 采用手算 预应力钢筋的计算见配筋计算书 梁段力筋布置采用三向预应力 包括纵向预应力 横向预应力和竖向预应力 主 要进行纵向预应力的设计 对于横向预应力和竖向预应力在力筋布置时做简要说明 4 1 配筋估算 4 1 1 主梁控制截面 截面几何特性 边跨 1 4L 处 桥墩根部 中跨 1 4L 处 中跨跨中截面 见表 4 1 截面几何特性 表 4 1 毛截面几何特性 其中 截面型心距截面上缘的距离 s y 截面型心距截面下缘的距离 x y 截面上缘抗弯模量 按下式计算 I s W S W s y 截面下缘抗弯模量 按下式计算 I x W X W x y 截面上下缘核心矩 按下式计算 A A s k x k s k x k s W x W 截面上缘预应力钢筋重心距截面形心的距离 s e 截面下缘预应力钢筋中心距截面形心的距离 xe 截面 节 点 毛截面积 A 2 m 惯性矩 I 4 m s y m x y m s W 3 m x W 3 m s k m x k m s e m xe m 边跨 跨中 1215 086467 22 6912 568 17 666 18 512 1 4271 495 2 5412 368 2828 442141 44 9035 080 14 232 13 736 0 5500 531 4 753 4 88桥墩中心 处 3228 442141 44 9035 080 14 232 13 736 0 5500 531 4 753 4 88 中跨 1 4L 处 4616 343296 03 1802 793 17 881 20 358 1 3091 490 3 0302 593 中跨 跨中 5611 07612 71 1531 8479 9916 2371 1930 745 1 0031 647 胡娜 翟家河大桥设计 16 4 1 2 最不利荷载组合 见表 4 2 最不利荷载组合表 表 4 2 最不利荷载组合 阶段 节 点 最大轴向力 kN 最小轴向力 kN 最大剪力 kN 最小剪力 kN 最大弯矩 kN m 最小弯矩 kN m 12 1 805e 004 7 156e 0031 679e 004 7 553e 003 2 797e 004 1 777e 005 28 1 785e 004 7 426e 0033 901e 004 2 941e 004 1 092e 006 1 664e 006 32 1 855e 004 7 160e 0035 538e 004 3 649e 004 1 078e 006 1 717e 006 46 1 855e 004 7 160e 003 2 127e 004 1 089e 004 1 328e 005 3 074e 005 承载 极限 状态 组合 I 561 855e 004 7 160e 0033 181e 003 3 161e 0031 003e 005 1 125e 002 126 154e 003 7 001e 0031 034e 004 8 395e 003 7 667e 004 1 266e 005 285 795e 003 7 237e 003 1 486e 004 1 803e 003 1 098e 006 1 194e 006 32 6 058e 003 6 893e 0033 863e 004 3 679e 004 1 102e 006 1 181e 006 46 6 058e 003 6 893e 0031 283e 004 1 157e 004 1 694e 005 1 974e 005 正常 使用 极限 状态 组合 I 56 6 058e 003 6 893e 0034 909e 002 4 837e 0024 294e 004 6 566e 003 12 8 098e 003 7 025e 0031 105e 004 8 272e 003 6 900e 004 1 313e 005 28 7 776e 003 7 267e 0031 857e 004 6 534e 003 1 097e 006 1 236e 006 32 8 107e 003 6 937e 0034 025e 004 3 674e 004 1 098e 006 1 237e 006 46 8 107e 003 6 937e 003 1 384e 004 1 146e 004 1 636e 005 2 100e 005 正常 使用 极限 状态 568 107e 003 6 937e 0039 103e 002 9 014e 0025 197e 004 5 414e 003 121 370e 004 7 106e 0031 341e 004 7 828e 003 4 373e 004 1 448e 005 281 350e 004 7 365e 003 2 980e 004 2 056e 004 1 093e 006 1 358e 006 32 1 404e 004 7 074e 0034 501e 004 3 659e 004 1 085e 006 1 395e 006 46 1 404e 004 7 074e 0031 697e 004 1 111e 004 1 447e 005 2 473e 005 正常 使用 极限 状态 组合 56 1 404e 004 7 074e 0032 309e 003 2 294e 0038 075e 004 2 169e 003 4 1 3 钢束估算 根据 公预规 预应力混凝土连续梁应满足使用荷载下的正截面抗裂要求 正 截面压应力要求和承载能力极限状态下正截面强度要求 因此 预应力钢筋的数量可 以从这三方面综合评定 1 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估束 根据 公拉预规 第 6 3 1 条 预应力混凝土受弯构件应对正截面的混凝土拉应 力进行验算 以满足正截面抗裂要求 式 4 1 0 850stpc 式中 在作用 或荷载 短期效应组合下构件的抗裂验算边缘混凝土的 st 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 17 法向拉应力 式中不含正负号 扣除全部预应力损失后的预加力在构件的抗裂验算边缘产生的预 pc 压应力 当截面承受正弯矩时 maxM 式 4 2 当截面承受负弯矩时 minM 式 4 3 式中 在作用 或荷载 短期效应组合 弯矩的最大值和最小 maxsMminsM 值 截面形心轴上侧和下侧配置的预应力筋的永存预应力 ysNyxN 截面形心轴上侧和下侧配置的预应力束与形心轴之间的距离 sexe 截面上缘和下缘的抗弯模量 sWxW I sy 的值见表 xy A 截面上下缘均布置预应力筋 令 截面的上 下核心距 s x W K A x s W K A sKxK 则式 4 2 和 4 3 可以写成 max0 8 0sysssyxsxMNkeNke min0 8 0sysxsyxxxMNkeNke 解得 式 4 4 max min min 1 18 1 18 1 18 sysss yx sx sysss yxxx xx sysss yxxx xx MNke N ke MNke Nke ke MNke Nke ke 当 或 当 min max max 1 18 1 18 1 18 syxxx ys xx syxss ysss xx syxss ysss ss MNke N ke MNke Nke ke MNke Nke ke 当 或 当 式 4 5 max 0 85 0 sysyssyxyxx xxx MNNeNNe WAWAW min 0 85 0 sysyssyxyxx sss MNNeNNe WAWAW s s I W y x x I W y 胡娜 翟家河大桥设计 18 一般的 当采用上下缘均配置预应力筋时 往往可根据其他控制截面的配筋或施 方法确定一侧的预应力配筋 用公式估算来确定另一侧的配筋 即当上缘配筋情况已 知时 则采用式 4 4 估算下缘配筋 或当下缘配筋情况已知时 则采用式 4 5 估算上缘配筋 如悬臂施工连续梁桥 根据支点负弯矩以及悬臂施工过程内力为已配 设上缘预应力筋 则在跨中附近的下缘配筋时采用式 4 4 估算下缘预应力配筋 当然 亦可将上下缘预应力筋按单侧配筋估算 详见下文 通过下式估算上下缘 的配筋 ysyxyNNN 式 4 6 yssyxxyNeNeNe 上述各式中 为截面上下缘的永存预应力 估算时可适当考虑预应力损 ysNyxN 失比例 则相应的预应力束的数量可按下两式计算 式 4 7 yx yx ycon N n A 式 4 8 ys ys ycon N n A 上式中 截面上下缘截面预应力筋根数 ysnyxn 单根预应力筋的面积 yA 预应力张拉控制应力 可按 公预规 6 1 3 条选用 con 可按预应力筋布置情况取 0 6 0 8 当预应力束较长时取较大 值 当预应力束较短或弯折较多时取较小值 由式 4 4 到 4 8 计算所得 即为按截面上下缘满足截面抗裂要求时所需配 的预应力筋的数量范围 B 只在截面下缘布置预应力筋 此时 式 4 2 和式 4 3 可写成 0 8 0 式 4 9 maxsMyxnskse Msmin 0 8 0 式 4 10 yxnxkxe 分别求解可得预应力筋根数估算 式 4 11 max min min 1 18 1 18 1 18 s Yconss s yxxx yconxx s yconxx M Ake M nke Ake M Ake xx 当时 或当k e时 估算中跨跨中截面 56 下缘所需预应力钢筋 采用j15 2 每根钢绞线面积 Ay 139mm2 抗拉强度标准值 1860 张拉 pkf MPa 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 19 控制应力取 con 0 75x1860 1395 预应力损失按张拉控制应力的 20 估算 MPa 取 a 0 8 由表 4 2 可知 5 197e 004 5 414e 003 取预 maxsMKN M mxsiMKN M 应力钢筋重心距下缘距离为 0 2m 根据表 4 1 可求得 1 193m 0 745m skxk 1 647m I 6 237m3 I 9 991 m3 xexw xy sw sy 则根据式 4 11 可得 139 2 45 66 根 yxn C 只在截面上缘布置预应力筋 此时 式 4 9 和式 4 10 可写成 0 8 0 式maxsMyxnskse 4 12 0 8 0 式mxsiMyxnxkxe 4 13 分别求解可得预应力筋根数估算 式 4 14 min max max 1 18 1 18 1 18 s Yconxs s yxSS yconSS s yconss M Ake M nke Ake M Ake ss 当时 或当k 1 4 0 25 故 支点断面恒载弯矩 0 70 7 115 5580 885 ssg MMkN m 支点断面恒载剪力 55 84 ssg QQkN 跨中断面恒载弯矩 0 70 7 115 5580 885 csg MMkN m 7 2 2 活载效应 汽车荷载产生的内力 将重车后轮分别作用于板边缘和对称布置 后轴作用力为 轮压分布 kNP140 宽度为 则行车道板上荷载压力面传递长度为 ma2 0 2 mb6 0 2 mHaa4 02 21 mHbb8 02 21 重车后车轮 kNP280 1 max 3 2 3 2 35 141 4aaLLLmm 所以 5 14 1 46 54am 1 max 3 32 571 4aat LLmm 所以 2 57 1 43 97 am 支点与跨中之间的有效分布宽度可近似按 45 线过渡 的分布见图 7 3 a 0 11 15 51 7 255 84 22 sg QgLkN 胡娜 翟家河大桥设计 58 7 3 有效分布宽度 1 计算 p M 重车后轮布置图见图 7 4 12 0 331 1 505yy p 1 2ab P280 26 76 2 6 54 0 8 kN m 图 7 4 后轮布置图 p 1 2 ba P280 44 08 2 3 97 0 8 kN m 1 3 0 331 1 505 26 76 0 8 2 p M 102 19kN m 2 计算 P Q 计算支点剪力时 荷载必须尽量靠近梁肋边缘布置 考虑了有效工作宽度后 每 米板宽承受的分布荷载如图 7 3 支点剪力最大情况布置见图 7 5 1 2 1 2 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 59 图 7 5 支点剪力最大情况布置图 1 0 932y 2 0 686y 3 0 372y p 1 2ab P280 26 76 2 6 54 0 8 kN m p 1 2 ba P280 44 08 2 3 97 0 8 kN m A AkNbp41 21 11 kNaapp03 112 5 0 2 1 30 686 11 03 0 9320 372 21 41 46 13 p Q kN 汽车荷载效应如下 支点断面弯矩 7 0 sp M0 7 102 1971 533 p M kN m 支点断面处剪力 46 13 spp QQkN 跨中断面弯矩 5 0 cp M0 5 102 1951 095 p MkN m 7 3 荷载组合 7 3 1 悬臂板的荷载组合 弯矩 恒载 汽车 1 2 154 551 4 21 75 94 321 176 spsg MM4 12 1 kN m 剪力 恒载 汽车 1 2 87 06 1 4 10 5 24 50 153 472 spsg QQ4 12 1 kN 7 3 2 单向板的荷载组合 支点断面弯矩 恒载 汽车 1 2 80 8551 4 71 533 197 172 spsg MM4 12 1 kN m 支点断面剪力 恒载 汽车 1 2 55 84 1 4 46 13 131 59 spsg QQ4 12 1 kN 1 2 3 胡娜 翟家河大桥设计 60 跨中断面弯矩 恒载 汽车 1 2 80 885 1 4 51 095 168 595 cpcg MM4 12 1 kN m 7 4 配筋计算 7 4 1 悬臂板的配筋 1 支点处配筋 取单位 1 米板宽计算 有效高度 0 95hcm 321 176 j MkN m 3 0 262 0 1 1 321 176 10 0 017 22 4 101 0 95 cj cd r M A f bh 0 11 20 01710 56A 00 0 5 11 2 0 991A 3 22 6 00 1 1 321 176 10 0 0013413 4 0 991 0 95 280 10 sj g sd r M Amcm h f 查附表 1 6 钢筋取 HRB335 8 16 2 16 08 g Acm 2 抗剪验算 33 20 0 0 50 100 50 101 0 1 83 1000 950 869 250 991 153 472152 09 td j f bh kNQkN 故无需进行专门的配筋计算 7 4 2 单向板的配筋 1 支点处配筋 取单位 1 米板宽计算 有效高度 0 115hcm 197 172 j MkN m 3 0 262 0 1 1 197 172 10 0 0073 22 4 101 1 15 cj cd r M A f bh 0 11 20 00730 56A 00 0 5 11 2 0 996A 3 22 6 00 1 1 197 172 10 0 000686 8 0 996 1 15 280 10 sj g sd r M Amcm h f 查附表 1 6 钢筋选取 HRB335 8 12 2 9 05 g Acm 2 跨中处配筋 取单位 1 米板宽计算 有效高度 0 35530hcm 168 595 j MkN m 3 0 226 0 1 1 168 595 10 0 092 22 4 1 0 310 cj cd r M A f bh 0 11 20 0970 56A 00 0 5 11 2 0 952A 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 61 3 22 6 00 1 1 168 595 10 0 00231923 19 0 952 0 3 280 10 sj g sd r M Amcm h f 查附表 1 6 钢筋取 HRB335 8 20 2 25 13 g Acm 2 抗剪验算 33 20 0 0 50 100 50 101 0 1 83 1000 300 274 50 952 131 59125 27 td j f bh KNQkN 故无需再进行专门的配筋计算 胡娜 翟家河大桥设计 62 第 8 章 施工组织设计 8 1 工程概况介绍 8 1 1 工程项目介绍 桥名 翟家河大桥 桥梁全长 757m 主桥为 105 180 105m 跨单箱单室箱形预应力 钢筋混凝土连续刚构 引桥为 2 35 8 35m 跨简支梁 桥面宽度 净 2 12 米 1m 中央分隔带 2 3 0 米 人行道 包含栏杆 31 米 该桥两个主桥墩均采用 柔性双薄壁墩 净距为 5 5m 每片厚度为 2 5 m 墩身横桥向宽度与主桥梁箱底板同 宽为 8m 墩高为 50m 和 51m 根据给出的地质条件 主桥墩基础采用群桩基础 每个 主墩承台下设置 12 根群桩基础 桩径为 200cm 下图为其地形断面图 图 8 1 桥位地形断面图 8 1 2 施工方法确定 由于本桥断面地质情况比较好 基岩外露 因而引桥桥墩基础采用明挖扩大基础 主桥墩基础则采用钻孔灌注桩基础 施工方法简单 抗震性能好 施工技术完善 具 有较好的经济效益 桥梁上部结构的施工 由于该桥是预应力钢筋混凝土连续刚构桥 悬臂施工方法 在施工期间不影响桥下通航或行车 同时密切配合设计和施工的要求 充分利用了预 应力混凝土承受负弯矩能力强的特点 将跨中正弯矩转移为支点负弯矩 提高了桥梁 的跨越能力 因而采用悬臂浇注施工方法 从两个主桥墩的 0 块开始 两侧对称进行 现浇悬臂施工 悬臂施工方法应用广泛 具有较强的施工能力 施工技术设备完善 尤其是具有丰富的施工经验可借鉴 且悬臂浇注施工简便 结构整体性好 是一种理 想的施工方法 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 63 8 2 施工组织设计 8 2 1 施工工艺流程图 墩台基础及墩台施工 搭支架现浇 0 块 拆除支架 挂篮拼装 试压 挂篮移动 固定 调整 现浇段模板 钢筋 预应力管道安装 混凝土养护 脱模 预应力筋张拉 灌浆 搭支架现浇边跨段 进行体系转换 边跨合龙 进行体系转换 中跨合龙 桥面铺装 人行道 栏杆 伸缩缝等桥面系施工 8 2 2 基础及桥墩的施工 钻孔灌注多排桩基础的施工主要内容包括基础定位放样 基底处理和浇注基础结 构物等 1 基础的定位放样 根据桥梁中心线和墩台基础的纵横轴线 推出基础边线的 定位点 将设计图上的基础位置准确的设置到桥址上 再放线画出基坑的开挖范围 2 基坑开挖 主桥墩基础为低围堰开挖 施工难度较低 3 基底检验与处理 基坑施工是否符合设计要求 在基础浇注前应按规定进行 胡娜 翟家河大桥设计 64 检验 检查基底平面位置 尺寸大小 基底标高 基底岩质的均匀性及承载能力等 按 桥涵施工技术规范 规定 检验结果如果不符合设计或规范要求 不得进行基础 浇注 在基础浇注前对基底进行处理 4 基础混凝土浇注 在挖基完成前准备好基础所需混凝土 采用 20 号混凝土 以保证及时浇注基础 搭模现浇 在浇注时 预置钢筋 埋入长度 露出长度 间距 的确定 以保证基础和墩台身的连接 8 2 3 主梁施工 1 概述 桥梁的体系转化 等边跨合拢后再进行体系转换 再进行中跨跨中合拢 主梁采 用悬臂浇注施工 根据结构悬臂施工特点 一节梁段分为如下四个施工工况 立模板 浇注梁段混凝土 张拉预应力筋钢束 移动挂篮 2 悬臂浇注施工流程 完成桩基础 墩身施工 在托架上浇筑 0 梁段 张拉预应力束后拼装挂篮 浇筑 1 梁段混凝土 如图 8 2 和 8 3 8 2 架设托架 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 65 图 8 3 0 号块施工 张拉预应力束后 拼装挂篮 如图 8 4 胡娜 翟家河大桥设计 66 图 8 4 拼装挂篮 待混凝土强度达到标准强度的 80 时 张拉预应力钢筋 并锚固 再进行下一阶 段的混凝土浇注 依次类推 一直循环 21 达到最大悬臂 简支引桥部分以及边跨直 线段部分搭支架现浇 如图 8 5 图 8 5 边跨搭支架现浇 然后悬臂浇注最后两块梁段 边跨合拢 进行体系转换 再中跨跨中合拢 支架和钢托悬臂浇注混凝土时需要注意的问题 箱梁 0 号块在万能杆件组装架上进行浇注 从 1 号块开始利用两对挂篮对称 进行施工 两墩每边各悬臂浇筑 21 段 两边跨均有现浇段 边跨合拢段为 1 0 万能 杆件组装的支架上施工 中跨合拢段为 2 0m 在两个对称的 T 悬臂挂篮上悬浇施工 引桥部分采用支架现浇 施工主桥部分时 同时进行引桥简支梁的施工 最后留有一 合拢段 与主桥进行合拢 0 块的混凝土分三次浇注完成 以减小大体积混凝土产生 的水化热的影响 梁段施工时 块件连接处及块件分层浇筑的施工缝 应凿除其混凝土表面的 水泥砂浆和松散层 挂篮就位后 安装并校正模板吊架 此时应对浇注预留梁段混凝土进行抛高 模板安装应核准中心位置及标高 模板与前一段混凝土面应平整密贴 安装预应力预留管道时 应与前一段预留管道接头严密对准 并用胶布包贴 防止灰浆渗入管道 管道四周应布置足够的定位钢筋 确保预留管道位置正确 线形 平顺 浇注混凝土时 可以从前端开始 应对称平衡浇注 浇注时应加强振捣 并 注意对预应力预留管道的保护 2009 届土木工程 桥梁 专业毕业设计 67 为提高混凝土的早期强度 以加快施工速度 在设计混凝土配合比时 加入 一定量的早强剂 为防止混凝土出现过大的收缩 徐变 应在配合比设计时按规范要 求控制水泥用量 梁段拆模后 应对梁端的混凝土表面进行凿毛处理 以加强接头混凝土的连 接 箱梁梁段混凝土的浇注 采用一次浇筑法 在箱梁顶板中部留一窗口 混凝 土由窗口注入箱内 再分布到底模上 箱梁梁段分次浇注混凝土时 为了不使后浇混凝土的重力引起挂篮变形 导 致先浇混凝土开裂 在浇注混凝土时根据其重量的变化 随时调整吊带高度 8 2 4 边跨合拢段施工 其施工工序如下 1 先搭设边跨合拢段的现浇落地支架 2 将合拢段两端梁底板与落地支架固结起来 使悬臂端部与落地支架具有相同 的变形 3 在合拢段两端加配重 4 在最佳合拢温度时浇注合拢段混凝土 在浇注的同时逐级卸载两端配重 5 混凝土达到设计强度后 张拉边跨顶 底板预应力钢束 8 2 5 中跨合拢段施工 其施工工序如下 1 合拢段的挂篮 可利用悬臂现浇的挂篮 2 安装水平连接骨架 3 配置合拢段两端的压重 4 在适宜的合拢温度时 现浇合拢段混凝土 同时逐级卸载压重 5 合拢段混凝土达到设计强度后 按顺序张拉顶板束和底板束预应力钢筋 6 拆除挂篮 8 2 6 预应力张拉工艺 1 初张拉力 0 初应力 10 100 持续 5 分钟 锚固 con con 2 张拉顺序 各梁段三向预应力张拉顺序为 先纵向 后横向 最后竖向 横向预应力张拉 分别从桥墩一侧开始依次张拉 先张拉顶板束 后张拉底板束 胡娜 翟家河大桥设计 68 竖向预应力张拉 两腹板对称依次从靠近桥墩的一端张拉 3 张拉步骤 横向和竖向预应力的张拉初始应力为 10 以此为伸长量的起算点 纵向预应力张拉 混凝土强度达到设计强度的 75 后 方可进行张拉 初应力取控制应力的 10 作为伸长量的起算点 4 张拉预应力钢筋注意事项 预应力钢材预应力锚具进场后 应分批严格检验和验收 妥善保管 所有预应力钢材不许焊接 凡有接头的预应力钢绞线部位应予切除 不准 使用 钢绞线使用前应作除锈处理 所有预应力张拉设备应按有关规定认真进行标定 所有预应力管道的位置必须按设计图定位准确牢靠 管道顺通 波纹管应 具有足够的刚度和密水性 接头处严防漏水和卷口 预应力管道的定位钢筋 必须与箱梁及其他构造钢筋点焊 避免在施工震 捣时 U 型定位钢筋产生横向滑动 从而确保预应力钢束定位准确 同时 在钢束 的平 竖弯曲处 应加密定位钢筋 所有预应力施加都应在箱梁混凝土强度到 45以上进行 且采用张拉 MPa 吨位与延伸量双控 张拉吨位为主 纵向预应力钢束在箱梁横截面应保持对称张拉 中纵钢束张拉时两端应保 持同步 钢束张拉时应在初始张拉力 可取设计张拉吨位的 10 状态下注出标记 以便直接测定各钢绞线的引伸量 对引伸量不足的应查明原因 并采取补张拉等相应 措施 8 3 施工注意事项 8 3 1 合拢施工注意事项 1 选择在较低气温下浇注合拢段混凝土 使合拢段混凝土与梁体的连接良好 2 箱梁合拢段混凝土施工前 应在合拢段两端设置配重 配重重量与合拢混凝 土重量相等 在浇注合拢段混凝土时 逐级卸载压重 使合拢段两端不产生相对变位 3 在箱梁悬臂施工的过程中 应采取措施调整箱梁施工标高 8 3 2 O 号块施工注意事项 0 号块混凝土体积庞大 为封闭式单箱室结构 浇注混凝土时 容易产生裂缝 2009 届土