752×13575m高速铁路预应力混凝土连续梁桥结构验算及施工监控方案设计毕业设计.doc

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1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计75+2135+75m 高速铁路预应力混凝土 连续梁桥结构验算及施工监控方案设计年 级：2008 级学 号：20087216姓 名： 专 业： 指导老师： 20122012 年年 6 6 月月西南交通大学本科毕业设计 第 I 页院系土木工程系专 业年级2008 级姓 名题目75+2135+75m 高速铁路预应力混凝土连续梁桥结构验算及施工监控方案设计指导教师评 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 西南交通大学本科毕业设计 第 II 页毕业设计任务书毕业设计任务书班 级2008 级詹班 1 班学生姓

2、名向琪芪学号20087216发题日期：2012 年 3 月 1 日 完成日期： 6 月 10 日题 目75+2135+75m 高速铁路预应力混凝土连续梁桥结构验算及施工监控方案设计1、本设计的目的、意义 经过毕业设计，使学生了解并掌握高速铁路预应力混凝土连续梁桥结构验算及施工监控方案设计的基本过程，掌握预应力混凝土连续梁桥结构验算及施工监控方案设计的基本要素，包括预应力混凝土连续梁桥结构模拟，结构受力计算分析，施工方法选择，施工监控方案设计等。 通过本设计，学生应对预应力混凝土连续梁桥结构验算及施工监控方案设计有较全面的了解，对预应力混凝土连续梁桥施工方法有较好地掌握，能独立进行同类型桥梁的结

3、构验算及施工监控方案设计。 2、学生应完成的任务 完成 75+2135+75m 高速铁路预应力混凝土连续梁桥结构验算及施工监控方案设计，具体任务如下： （1）运用有限元软件建立桥梁结构有限元模型（2）桥梁结构验算（3）拟定桥梁施工监控方案（4桥梁施工立模标高计算西南交通大学本科毕业设计 第 III 页）（5）编制设计说明书（6）绘制设计图3、设计各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分运用有限元软件建立桥梁结构有限元模型（5 周）第二部分桥梁结构验算（2 周）第三部分拟定桥梁施工监控方案（2 周）第四部分桥梁施工立模标高计算（2 周）第五部分编制设计说明书（2 周）第六部分绘制设计图（2

4、 周）评阅及答辩（1 周）注 指导教师： 2012 年 3 月 1 日审批人： 2012 年 3 月 1 日西南交通大学本科毕业设计 第 IV 页摘 要本设计主要是关于高速铁路预应力混凝土连续梁桥的设计。设计跨度为75+2135+75m。预应力混凝土连续梁桥以其结构受力性能好、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。连续梁桥与同等跨径的简支梁桥相比，截面正弯矩得以减小，同时由于平衡悬臂施工方法的大范围应用，连续梁桥已经成为中等跨径桥梁中常用的一种桥梁结构形式。截面为单箱单室，桥面宽 13.4m。主梁施工采用悬臂浇筑施工，对称平衡浇筑混凝土

5、。设计过程如下：首先，通过所给的设计图纸（梁体轮廓图，施工布置图，预应力钢束图） ，利用MIDAS 软件模拟桥梁的截面、预应力钢筋、边界条件、施工阶段，将桥梁的有限元模型建立起来。其次，利用 MIDAS 软件分析结构内力（包括恒载、活载、施工阶段以及收缩徐变、支座沉降、温度变化、横向摇摆力、制动力、风荷载等产生的内力） 。随后，进行截面检算，铁路桥梁设计采用容许应力法。根据铁路桥梁规范，检查结构内力组合结果是否在正常范围状态。检算包括：梁体的正截面抗弯验算，斜截面抗剪；运营阶段混凝土压应力、拉应力，混凝土正截面抗裂验算，混凝土斜截面最大剪应力以及预应力钢筋最大应力；传力锚固阶段预应力钢筋控制应

6、力验算和混凝土法向应力验算；变形验算中的竖向挠度、横向变形、梁端转角验算等。最后，运用反应谱理论对桥梁结构进行抗震计算分析。此外，对工程数量进行了统计，编制了施工监控方案。关键词 铁路预应力混凝土连续梁桥；悬臂浇筑施工；有限元分析西南交通大学本科毕业设计 第 V 页AbstractThis graduate design is mainly about the design of the railway pre-stressed concrete continuous girder bridge. The span of the bridge is 75+2135+75m. Pre-stres

7、sed concrete continuous Girder Bridge become one of the most competitive bridge because of subjecting to the dint function with its well structure mechanical property, small deformation, few control joint, driving smoothly and comfortable, few maintenance and well earthquake-proof ability and so on.

8、 Compared with the same span simple-supported beam, the sagging moments of continuous bridge can be minimized. And especially, with the wide use of balanced cantilever-constructed method, continuous bridge has become a commonly used medium-span bridge in the forms of bridge structure. The section ha

9、s single chest and room, the width of the bridge surface is 13.4 m. The major beam applies balanced cantilever construction process. The design process is as follows:The first step is to imitate sections, pre-stressed steel, boundary conditions and construction stage by Midas software, according to

10、given design paper (girder outline paper, construction arrangement paper, pre-stressed steel paper) so that we can construct the finite element model of this bridge.The second step is to use Midas software to analyze internal gross force of the structures (including dead load, lived load, constructi

11、on stage, the loads created by creep and shrinkage of concrete, the abutment subsides, the temperature change, lateral swaying force of train, braking force and wind load), to check the result of combination of internal forces.The next step is to check the main cross section. The design of Railway B

12、ridge adopts allowable stress method. And on the basis of Railway Bridge standard, the result of internal force combination should be calculated in normal limited state. The checking work includes: Curved beams bending resistance of normal section, shearing resistance of obligue section; concretes p

13、ressure stress, tensile stress, crack resistanceof normal section, maximum shear stress of obligue section and maximum stress of prestressed steel during 西南交通大学本科毕业设计 第 VI 页operation; the control stress of prestressed steel and the normal stress of concrete in anchoring.; vertical deflection, latera

14、l deformation, the corner of beam end in the deformation analysis and so on.The last step is to calculate and analyse seismic response spectra.Also the quantitie of this engineering has been calculated and the monitoring project is compiled.Key Words： Continuous pre-stressed concrete bridge of railw

15、ay; Cast-in-place cantilever construction; Finite Element Analysis西南交通大学本科毕业设计 第 VII 页目 录第第 1 1 章章 绪论绪论.1 11.1 高速铁路上的桥梁.11.1.1 桥梁的设计荷载 .11.1.2 桥梁结构型式 .11.1.3 桥梁刚度 .21.1.4 桥跨布置 .21.1.5 桥梁动力响应 .21.1.6 环境的要求 .21.2 桥梁设计方案介绍.31.2.1 桥型方案 .31.2.2 梁部截面形式 .61.2.3 施工方案 .71.2.4 桥墩方案比选.81.2.5 基础方案比选 .8第第 2 2 章章

16、 工程概况工程概况.10102.1 梁体基本情况.102.1.1 桥跨布置 .102.1.2 截面形式 .102.1.3 梁高 .122.1.4 结构细部尺寸 .132.2 预应力钢束基本情况.152.2.1 预应力钢束布置原则 .152.2.2 预应力钢束布置详情 .162.3 主梁分段与施工阶段的划分.202.3.1 分段原则 .202.3.2 施工阶段的划分 .20第第 3 3 章有限元模型建立章有限元模型建立.2222西南交通大学本科毕业设计 第 VIII 页3.1 梁体模型建立.223.1.1 Midas 模型分析步骤.223.1.2 建立模型 .223.1.3 体系转换 .243.

17、2 边界条件建立.263.3 预应力钢束模拟.293.3.1 顶板束钢筋及张拉预应力模拟 .293.3.2 腹板束钢筋及张拉预应力模拟 .303.3.3 底板束钢筋及张拉预应力模拟 .313.3.4 预应力钢束布置效果 .323.3.5 预应力损失计算 .333.3.6 有效预应力计算 .34第第 4 4 章章 内力计算内力计算.38384.1 恒载内力计算.384.1.1 施工阶段恒载内力计算 .384.1.2 成桥阶段恒载内力计算 .424.2 活载及附加力的内力计算.434.2.1 风荷载 .434.2.2 ZK 活载.444.2.3 横向摇摆力 .464.2.4 制动力 .47第第 5

18、 5 章章 次内力计算次内力计算.49495.1 温度次内力计算.495.2 收缩徐变次内力计算.505.3 支座沉降次内力计算.515.4 预应力产生的次内力计算.52第第 6 6 章章 结构验算结构验算.53536.1 内力组合.53西南交通大学本科毕业设计 第 IX 页6.2 正截面抗弯验算.546.3 斜截面抗剪验算.566.4 运营阶段的结构验算.586.4.1 正截面抗裂验算 .586.4.2 混凝土压应力验算 .606.4.3 预应力钢筋应力验算 .646.4.4 混凝土剪应力验算 .656.5 传力锚固阶段的结构验算.656.5.1 预应力钢筋锚下控制应力验算 .656.5.2

19、 混凝土法向应力验算 .666.6 变形验算.676.6.1 竖向挠度验算 .676.6.2 横向变形验算 .686.6.3 梁端转角验算.68第第 7 7 章章 动力计算分析动力计算分析.69697.1 自振特性分析.697.2 反应谱分析.707.2.1 概述.707.2.2 输入地震波 .717.2.3 反应谱振型分析.717.2.4 反应谱内力计算分析.75第第 8 8 章章 主要工程数量主要工程数量.79798.1 钢束用量 .798.2 混凝土用量 .81第第 9 9 章章 施工监控方案设计施工监控方案设计.83839.1 工程概况 .839.2 施工控制的目的、意义 .839.3

20、 施工监控方法和依据 .84西南交通大学本科毕业设计 第 X 页9.3.1 施工控制方法.849.3.2 施工监测方法.849.3.3 施工控制的技术依据.869.4 施工控制的主要内容 .869.4.1 施工控制结构分析.869.4.2 施工控制误差分析 .879.4.3 设计参数识别及实时跟踪分析 .879.4.4 预告主梁下阶段立模标高 .899.4.5 模型优化 .899.5 施工过程的参数监控方法 .899.5.1 控制截面应力监测 .899.5.2 主梁温度观测.919.5.3 主梁标高观测.929.5.4 主梁平面位置及桥面横坡观测.949.5.5 混凝土收缩徐变参数测定.949

21、.5.6 钢铰线管道摩阻损失的测定.949.5.7 混凝土弹性模量测试.949.5.8 混凝土容重的测量.949.5.9 施工临时荷载的测定.949.5.10 施工挂篮性能测定.949.6 施工控制工作具体进程.949.6.1 悬臂浇注前的准备工作.949.6.2 悬臂施工.959.6.3 合拢段施工.959.6.4 几个试验监控.969.7 施工控制的实现 .969.7.1 确定结构施工控制参数.969.7.2 确定结构的受力状态前进分析法.979.7.3 确定结构的施工理想状态倒退分析法.97西南交通大学本科毕业设计 第 XI 页9.7.4 施工误差的调整反馈控制分析法.979.7.5 确

22、定梁段施工立模标高.989.7.6 标高控制的实现.999.8 组织与管理 .999.8.1 施工控制领导小组.999.8.2 施工控制工作小组.999.8.3 监控责任和义务.1009.9 施工监控主要仪器设备.1019.10 理论计算立模调整值.1019.11 施工监控注意事项.1039.12 监控工作使用的表格表式.105结论结论.110110致谢致谢.111111参考文献参考文献.112112附录附录.113113西南交通大学本科毕业设计 第 1 页第 1 章 绪论1.1 高速铁路上的桥梁桥梁和隧道是铁路线上的重要建筑物。高速线上的桥梁结构不但要满足使用安全性的要求而且要与运行的列车相

23、匹配，使旅客乘坐舒适，这是高速铁路桥梁与普通铁路桥梁的一个最主要的区别。1.1.1 桥梁的设计荷载以京沪高速铁路为例，该线是一条客运专线，在线路上运行的列车主要是高速列车和部分时速 200 公里左右的中速列车。这就是说高速铁路的运营列车荷载要小于普通铁路的运营列车荷载。因此，高速铁路的桥梁设计荷载采用了较既有铁路桥梁设计荷载大约小 20%的客运专线桥梁设计荷载。另外，在荷载的表示图式上，二者也有所不同。既有铁路的桥梁设计荷载是现行规范中的中活载，其表示图式上主要考虑的是建国初期普遍使用的，而且是起控制作用的蒸汽机车。而京沪高速铁路采用的是国际铁路联盟推荐的荷载图式，这种荷载图式更能适应目前运行

24、的各种列车。1.1.2 桥梁结构型式我国普通铁路桥梁大量使用的是跨度在 32m 以下的中小跨度的预应力混凝土简支梁和简支钢板梁。之所以大量使用这种结构型式的桥梁，一方面是因为这种型式的桥梁一般造价较低，而且施工方法相对简单，另一方面也是受当时的建桥能力及对桥梁功能的要求所决定的。普通铁路桥梁对列车运行速度的要求不是很高，桥梁的动力响应不显著，对桥梁的最主要的要求就是要保证使用的安全性。然而，由于高速铁路线上列车运行的速度很高，这就要求高速铁路的桥梁不但要保证使用的安全性，而且要保证乘坐的舒适性。因此在桥梁的设计中，要从结构型式等几方面来满足这一要求。总结国外几条已建的高速铁路线上的桥梁结构型式，对我们进一步认识高速铁路桥梁也许能有一些帮助。日本高速铁路大量使用的是钢筋混凝土连续刚构桥，跨度在 10m 左右，这种结构型式的桥梁约占全部新干线桥梁的 80%；法国高速铁路的主型桥梁是跨度为4060m 的钢混凝土连续结合梁。韩国高速铁路桥梁全部为预应力混凝土连续梁，桥梁跨度有 25m 和 40m 两种，从各国高速铁路桥梁的选用的主要结构型式看，整孔西南交通大学本科毕业设计 第 2 页箱形梁、连续结构，应是高速铁