应预力混凝土连续梁桥设计--毕业设计.doc
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1、摘要:2Abstract:31 引言4第一章、设计资料及方案比选51.1设计概况51.1.1 桥梁概况61.1.2 技术标准61.1.3 工程地形地质71.2方案比选91.3推荐方案91.4设计规范10第二章、方案简介及上部结构尺寸拟定112.1 主梁截面主要尺寸拟定112.2 本桥的主要材料12第三章、单元的划分12第四章、配筋设计及配筋结果计算134.1.预应力筋的估算134.1.1预应力筋的计算原理144.1.2 上、下缘布置预应力钢束的判别条件174.2 预应力钢束的布置184.3 配筋结果验算输出19第五章 、施工阶段描述205.1施工工艺概述205.2 施工阶段应力验算21第六章、
2、 全桥内力验算246.1 正常使用极限状态应力验算246.1.1 短期效应组合266.1.2 长期效应组合316.1.3 基本组合376.2承载能力极限状态正截面强度验算42结论46谢辞50参考文献51摘要: 本设计主要是以某大桥作为工程背景,利用Dr.Bridge进行桥梁的结 构设计。 设计总长为110m的公路直线预应力混凝土连续梁桥, 跨径组成 30m+50m+30m,在设计中先用Dr.Bridge建立桥梁模型,然后按照实际情况 和规范要求输入设计参数,按照过往工程经 验进行预应力钢束布置;最后, 调整至验算通过,经分析比较证明该桥设计计算正确,内力分布合理,达到预 期的要求,符合设计任务
3、要求。关键词:预应力混凝土连续梁桥、有限元模型、配筋设计、内力 Abstract: The design is under the engineering background of some bridge,using the Dr.Bridge software to do the structure design.The Design is about a total length of 110m highway linear prestressed concrete continuous beam bridge composed of 30m+50m+30m. Firstly, usin
4、g the Dr.Briage software to establish structural model, then according to the actual situation and specification requirements to define some related parameters,,after that , proceeded with the layouts of prestressed reinforcement.Finally, tinker up the reinforcement until the checking meets to the r
5、equirement. After calculation and checking of the stress,distortion of model under dead load and living load ,the result show that the design is up to the demands。Keywords:prestressed concrete continuous beam bridge;finite element model; reinforcements design; internal force1 引言设计的主要目的是培养学生综合运用所学知识和
6、技能,分析解决实际问题的能力。通过毕业设计使学生形成经济、环境、市场、管理等大工程意识,培养学生实事求是、谦虚谨慎的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的精神。毕业设计过程中复习以前所学习的专业知识,同时也锻炼了学生将理论运用于实践的能力。桥梁的设计需要综合考虑各个方面的因素,其中包括桥址处地形、地貌、气象、水文条件、工程地质、以及周围所处的环境等等,除此之外,任何一个设计都必须要考虑的问题就是怎样将经济、实用、美观三者都融于设计之中。设计主要包括上部结构计算和下部结构计算。桥梁的结构设计,主要是主梁、桩柱的内力计算、截面配筋、强度验算等。通过方案比选后确定本桥为连续箱梁桥,桥长140米。计算过程中主
7、要参考了公路桥涵设计手册梁桥(下册)、连续梁桥、桥梁工程、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)、公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)、桥梁设计常用数据手册等书籍,其中桥梁结构上的车道荷载布置、超静定连续梁内力分析涉及的所有计算全部由桥梁博士DrBridge和Excel辅助计算功能求出和输出原始数据,为下一步的分析和准确计算打下了坚实基础。接下来的上部主梁和下部墩柱的结构设计计算当中,再以程序精算结果的基础上,充分利用了AutoCAD计算机辅助设计功能和Excel辅助计算功能计算;此次毕业设计除了有详细的计算书外,还按照设计要求绘制了一定量的施工图纸。总之
8、,通过毕业设计,达到基本知识、基础理论、基本技能和运用知识能力、网络获取知识的能力、计算机应用的能力、外语能力以及文化素质、思想品德素质、业务素质的训练,培养学生运用所学的专业知识和技术,研究、解决本专业实际问题的初步能力。第一章、设计资料及方案比选1.1设计概况1.1.1 桥梁概况昆山市前进路樾河大桥桥址位于昆山市前进西路。随着昆山市不断开放发展,前进西路成为昆山市商业发展的增长点。前进西路规划为一条东西走向的干道,樾河大桥除满足交通需求外,还应该具有优美的造型,满足城市景观要求。所以樾河大桥是一座集交通与景观功能于一身的城市标志性桥梁。1.1.2 技术标准1道路等级:城市干道;2设计荷载:
9、车行道 城-A级,人行道及非机动车道3.5kN/m2;3设计车道:双向6车道,两侧设置分隔带和非机动车道,主桥两侧加设人行道及步梯;4全桥长:330m;5引桥宽度:34.5m,其中机动车道21m;6主桥宽度:主桥34.5m,其中机动车道21m,非机动车道两边各3.5m,;7设计车速:50km/h;8桥面纵坡:3,竖曲线半径2500m,按照主桥跨中对称布置;9桥面横坡:机动车道部分1.5双向坡,人行道及非机动车道部分1.5反向坡,在大桥引道上,将横坡由1.5逐渐变到2.0,与道路一致;10通航要求:航道等级为5级,净高不小于5米,净宽不小于38米,最高通航水位3.75米(吴淞高程,以下同),最低
10、通航水位2.38米。1.1.3 工程地形地质1地形地貌拟建场地位于昆山市玉山开发区水果批发市场东北侧,昆山市石油仓库西北侧,属长江三角洲冲积平原,地貌单一,地面标高3.2333.833m,地形较平坦。2地基土的构成与特征勘察场地自然地面以下100m深度范围内均为第四系松散沉积物,一般具水平成层分布特征,根据钻探编录资料及土工试验成果,可分9个工程地质层,11个工程地质亚层,自上而下分述如下:素填土:分布稳定,灰褐灰黄色,松软,以粘性土为主,含植物根茎。层厚0.90l.20m,层底标高1.8233.033m,该层工程地质性能较差。亚粘土:灰灰黄色,软塑,含铁锰质氧化斑,夹灰黄色条纹。厚度1.10
11、2.00m,层底标高0.2531.933m,该层工程地质性能一般。粘土:褐黄色,硬塑,含铁锰质结核,灰色条带。层厚4.407.50m,层底标高-7.247-3.027m。该层工程地质性能良好。亚粘土:灰黄色,软流塑,含铁锰氧化斑,粉质含量较高,下部夹薄层亚砂土。层厚l.003.20m,层底标高-8.247-6.067m。该层工程地质性能中等。亚砂土:灰黄色,稍中密,饱和,见云母片,以长石、石英为主要矿物,偶夹薄层亚粘土。层厚4.1012.00m,层底标高-18.067-12.347m。该层工程地质性能中等。1 亚粘土:灰色,软流塑,夹薄层亚砂土。层厚3.107.80m,层底标高-22.277-
12、18.927m。该层工程地质性能较差。2 亚粘土:灰色,软塑为主,夹较多的薄层亚砂土。下部标高-32.367m以下夹碎石,呈棱角状,成分以石英砂岩为主,含量小于3,一般砾径310cm。层厚10.8016.00m,层底标高-38.277-32.567m。该层工程地质性能一般。 亚砂土:灰色,中密实,饱和,少夹薄层亚粘土。层厚3.507.50m,层底标高-40.747-38.067m。该层工程地质性能较好。 亚粘土:灰色,软塑,薄层理发育,局部夹亚砂土,夹少量碎石,成分以石英砂岩为主,含量2左右,砾径58cm,呈次棱角状。层厚5.209.70m,层底标高-49.767-43.267m。该层工程地质
13、性能中等。1粉砂:青灰色,密实,饱和,以长石、石英、云母为主要矿物,偶夹薄层状亚粘土,夹少量碎石,成分以石英砂岩为主,含量 3左右,最大砾径大于12cm(取出岩心长12cm)。层厚5.1010.50m,层底标高-56.367-50.157m。该层工程性能较好。2细砂:青灰色,密实,饱和,以长石、石英、云母为主要矿物,颗粒分选性差,级配较好,夹少量碎石,含量小于1,砾径一般小于lcm,成分复杂。该层勘察未揭穿,控制最大层厚45.95m,工程性能较好。3场地水文地质条件场地地下水分潜水和微承压水及第I承压水。潜水含水层主要贮存于表层饱和状态的粘性土中,由于其颗粒细小,渗透性较差,富水性较弱,潜水埋
14、藏水位较浅,与地表水联系密切,主要补给来源为大气降水;微承压水赋存于第亚砂土层,富水性一般。勘察期间钻孔中测得的地下水静止水位标高2.833 2.933m。第I承压水贮存于亚砂土、1粉砂、2细砂中,水位较低。各钻孔地下水经现场观测,清澈、透明、无色、无味,据区域水质资料,本地区地表水和地下水对混凝土无腐蚀性。1.2方案比选本设计共做了三个方案以供必选,第一方案为预应力混凝土简支梁桥,第二方案为预应力混凝土连续钢构桥,第三方案为预应力混凝土连续梁桥。以下对各方案在总体布置、孔径布置、桥型及施工方案方面作简要叙述。(1)预应力混凝土连续梁桥全桥长110米,采用三跨为30米+50米+30米,桥梁截面
15、采用箱型截面,下部结构采用柱式墩、肋板式台,钻孔灌注桩基础。图1-1全桥采用施工方法为全桥采用悬臂浇筑施工法,先浇筑两桥墩,两边采用满堂支架施工,然后从桥墩对称悬臂施工先将两边跨合拢,最后中间合拢。(2)单塔斜拉桥该桥是一座城市桥梁,为了减小建筑高度,提高跨越能力,并与周围的景观相协调,也可以采用双索面双预应力独塔混凝土肋板式斜拉桥。跨径组成为55m+55m。桥型布置见总体布置图。全桥长110米,分为两跨对称,塔高46米。图1-2本桥采用塔墩固结(主塔固结于承台顶)、塔梁分离的结构体系。在主梁与索塔之间设有竖向及横向橡胶支座,其中横向支座具有抗震性能。边墩顶部只设竖向支座。该斜拉桥属于半漂浮体
16、系。 该桥为公路桥,为了满足净空高度的要求和降低整个工程的造价,宜选用密索体系和建筑高度较矮的主梁结构。斜拉索在主梁上的标准索距取6m。主梁在板式断面、槽行断面、双肋式断面中比较选。为方便施工、降低造价、满足斜拉索的锚固要求,主粮采用双肋式实心截面、预应力混凝土结构。 主梁结构采用挂篮悬臂浇筑施工。为防止雨水等透过桥面铺装浸入桥面及主梁,引起钢筋和预应力钢筋的锈蚀、降低结构的强度。桥面铺装采用防水混凝土,同时设排水系统,采用集中排水方式将桥面集水分别从塔墩及边墩处排到地面。(3)下承式拱桥单跨下承式拱桥,主跨为等截面抛物线系杆拱,方案不仅能满足设计的基本要求,还以优美的外形为其周围的环境增添了
17、美感,满足长远交通功能,且采用了先进的缆索无支架施工方法,结构合理,工艺成熟。其不足之处在于拱桥为有推力拱,但对地基的土质要求仍然较高,但本桥位的地质条件十分理想,并且可以在桥墩之间设置系杆来平衡拱桥产生的水平推力。因此为配合先进的施工方法,还需要有经验丰富且技术合格的施工队伍,在施工组织时应特别注意。图1-3拱桥的施工可以根据不同的施工条件采用不同的施工方法,主要有支架施工法、缆索吊装法、平转法、竖转法以及顶推法,以及几种方法综合应用的施工方法。1.3推荐方案本次设计为110米预应力混凝土连续梁,桥宽34.5米,其中机动车道21m,非机动车道两边各3.5m。所以我选择推荐的是连续梁桥的形式。
18、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,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桥梁博士进行,这样不仅提高了效率,而且准确度也得以提高。施工采用悬臂施工法和满堂支架法结合,具体分为悬臂浇筑和悬臂拼装。悬臂施工具有很大的优越性。设计的具体步骤为:模拟施工步骤,计算出恒载和活载内力;然后根据实际情况确定温度、沉降等荷载,计算内力,然后与恒载活载内力进行正常使用与承载能力组合。再根据这个内力估算截面的钢束按照一定的
19、要求布置好,模拟施工并考虑预应力的作用,计算出结果之后再进行强度验算和变形验算,这是设计过程的第二次组合,如果合理,则设计可以采用;不合理,则进行调整,继续验算。预应力混凝土连续梁采用悬臂施工法需在施工中进行体系转换,经过一系列的施工阶段而逐步形成最终的连续梁体系。在各个施工阶段,可能具有不同的静力体系,其中包括安装单元、拆除单元、张拉预应力、移动挂蓝等工况。1.4设计规范1公路工程技术标准(JTJ001-97)2公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89)3公路桥涵砖石及混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85)4公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ023-85)5公路桥涵地基与基础
20、设计规范(JTJ024-85)6公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)7公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)8公路工程质量检验评定标准(JTJ071-94)9城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)10城市道路设计规范(CJJ37-90)11城市桥梁设计准测(CJJ11-93)12市政桥梁工程质量检验评定标准(CJJ2-90)13工程建设标准强制性条文 城市建设部分(建设部2000)参考书1)桥梁工程教材2)结构设计原理教材3)路基路面工程教材4)公路勘测设计教材5)公路桥涵设计手册拱桥(上、下),梁桥(上、下),墩台与基础,人民交通出版社1994。6)斜拉桥设计第二章
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