316m预应力混凝土空心板说明书-学位论文.doc
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1、华东交通大学理工学院毕业设计(论文)目录第一章 概述1第二章 方案比较12.1方案一:预应力混凝土空心板桥12.2方案二:预应力混凝土连续箱型梁桥2第一部分 上部结构2第三章 桥梁设计33.1桥梁设计资料33.1.1设计基本资料33.2桥面总体布置43.3构造型式及尺寸选定43.3.1构造形式及尺寸43.3.2截面抗弯惯性矩计算6第四章 作用效应计算74.1永久作用效应计算74.1.1空心板自重:(边板重15.343KN/m)。74.1.2桥面铺装、栏杆及铰接缝重力计算74.1.3恒载内力计算84.2基本可变作用效应计算94.2.1基本可变作用横向分布系数94.2.2杠杆法计算梁端横向分布系数
2、124.2.3活载内力计算134.3.1按承载能力极限状态组合()174.3.2正常使用状态长期效应组合()174.3.3正常使用状态短期效应组合 ()174.3.4弹性阶段截面应力计算标准值效应组合()18第五章 预应力钢筋设计185.1预应力钢筋数量的估算185.2预应力钢筋的布置205.3普通钢筋数量的估算及布置205.4换算截面几何特性计算235.4.1换算截面面积A0235.4.2换算截面重心位置245.4.3换算截面惯性矩245.4.4换算截面弹性抵抗矩245.5承载能力极限状态计算255.5.1跨中截面正截面抗弯承载力计算255.6斜截面抗剪承载力计算265.6.1截面抗剪强度上
3、、下限复核265.6.2斜截面抗剪承载力计算28第六章 预应力损失计算306.1锚具变形、回缩引起的应力损失306.2加热养护引起的温度损失306.3混凝土弹性压缩引起的预应力损失306.4钢筋松弛引起的应力损失316.5混凝土收缩、徐变引起的预应力损失326.6预应力损失组合35第七章 验算357.1正常使用极限状态计算357.1.1正截面抗裂性验算357.1.2斜截面抗裂性验算377.2变形计算407.2.1正常使用阶段的挠度计算407.2.2预加力引起的反拱度计算及预拱度的设置417.3持久状态应力验算437.4短暂状态应力验算45第八章 最小配筋率复核51第九章 铰缝的抗剪强度验算52
4、9.1铰缝剪力影响线529.2作用在铰缝上的荷载计算549.2.1铰缝剪力计算549.2.2铰缝抗剪强度计算55第十章、支座计算5510.1选定支座的平面尺寸5610.2确定支座的厚度5610.3 验算支座的偏转5710.4 验算支座的稳定性5810.5支座的选配59第二部分 下部结构59第十一章 设计资料59第十二章 盖梁计算6012.1构造型式6012.2荷载计算6012.2.1上部结构永久荷载见表4-16012.2.2盖梁自重及作用效应计算(计算结果见表2-2)6112.2.3可变荷载计算6212.2.4双柱反力G计算6812.3内力计算6912.3.1弯矩计算6912.3.2相应与最大
5、弯矩时的剪力计算6912.3.3盖梁内力汇总70第十三章 桥梁墩柱计算7013.1荷载计算7113.1.1恒载计算7113.1.2汽车荷载计算7113.1.3双柱反力横向分布计算7113.1.4荷载组合72第十四章 钻孔桩计算7314.1荷载计算7314.2桩长计算:743-16m装配式预应力混凝土简支空心板桥第一章 概述50年来,新中国桥梁建设取得了突飞猛进的发展,公路铁路两用桥向着大跨度、重荷载、高时速方向发展。从大桥主跨度上看,武汉长江大桥主跨为128米,而正在建设中的武汉天兴洲长江大桥主跨则达到504米,比2000年修建的世界最大公铁两用桥丹麦厄勒海峡大桥主跨还长14米。从荷载和时速上
6、看,武汉天兴洲长江大桥荷载达到了万吨,而南京大胜关长江大桥设计时速达到了300公里,成为世界上设计运行速度最高的铁路桥梁。与此同时,公路桥梁也在朝着美观、大跨、轻型的方向发展。发展交通事业,实现四通八达的现代化交通,对发展国民经济,巩固国防具有非常重要的作用。在公路、铁路、城市和农村道路交通以及水利等建设中,为了跨越各种障碍(如河流、沟谷或其他线路)必建各种类型的桥梁与涵洞,因此,桥涵又成为陆路交通中的重要组成部分。第二章 方案比较 为了获得适用、经济和美观的桥梁设计,有关部门进行了深入细致的调查和研究,并结合有关方面的要求综合考虑,满足使用、经济、结构尺寸、构造、施工、美观上的要求,做出几种
7、方案,最后通过技术、经济等方面的综合比较获得最优设计。2.1方案一:预应力混凝土空心板桥本桥上部构造为316m的预应力混凝土空心板,结构简单,施工容易。 本桥采用预制安装(先张法)的施工方法:先张法预制构件的制作工艺是在浇筑混凝土之前先进行预应力筋的张拉,并将其临时固定在张拉台座上,然后按照支立模板钢筋骨架成型浇筑及振捣混凝土养护及拆除模板的基本施工工艺,待混凝土达到规定强度,逐渐将预应力筋松弛,利用力筋回缩和与混凝土之间的黏结作用,使构件获得预应力。 优点: 预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压,不仅充分发挥了高强材料的特性,而且提高了混凝土的抗裂性,促使结构轻型化,因而预应力混凝土结构具有比
8、钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。 采用空心板截面,减轻了自重,而且能充分利用材料,构件外形简单,制作方便,方便施工,施工工期短,而且桥型流畅美观。缺点:行车不顺,同时桥梁的运营养护成本在后期较高。2.2方案二:预应力混凝土连续箱型梁桥跨径分布:224m 。 箱形截面整体性好,结构刚度大,变形小,抗震性能好,主梁变形挠曲线平缓,桥面伸缩缝少,行车舒适。 施工采用预制安装的施工方法,设计施工较成熟,施工质量和工期能得到有效控制,该种桥型传力明确,计算简洁。 箱形截面有较大的抗扭刚度,整体性好。同时主桥线条明确,结构稳定,梁的等截面外形和谐,各比例协调,造型朴实。表2-1 方案比较表序号 方案类比
9、别较项目第一方案第二方案预应力混凝土连续箱型梁桥(224m)预应力混凝土简支板桥(316m)1工艺技术要求技术先进,工艺要求严格,所需设备较少,占用施工场地少。技术较先进,工艺要求严格,施工方便,制造工艺简单。2使用效果属于超静定结构,受力较好,主桥桥面连续,无伸缩缝,行车条件好,养护也容易。主桥线条简明,结构稳定,梁的等截面布置外形和谐,个比例协调,造型朴实。属于静定结构,受力不如超静定结构好,但其结构质量安全可靠,耐劳性好,计算简便。桥型流畅美观,与周围环境和谐。3造价及用材箱型截面充分利用材料,节约材料。钢材用量大,造价也大。空心板截面可以充分利用材料,经济合理。钢材用量小,造价低。通过
10、以上三种方案比较,从使用效果、造价、材料等诸多方面看,第二方案优点最多。第一方案由于“利民桥”属于城市桥梁且桥跨较小,造价较高不宜采用;第三方案由于在城市施工,施工场地不宜占大且土方来源困难,不宜采用。所以第二方案最为合理。第一部分 上部结构第三章 桥梁设计3.1桥梁设计资料3.1.1设计基本资料(1)跨径:标准跨径16m,计算跨径:15.6m;桥梁全长163=48m;分为3跨;主梁全长:15.96m;双幅路,每幅路两车道。(2)荷载:公路级,安全等级为一级。(3)桥面布置形式:0.5+10.75+1+1+10.75+0.5=24.5m。(4)主要材料:钢筋:主钢筋用级钢筋,其他钢筋用级钢筋,
11、其技术指标见表3-1。表3-1种类弹性模量Es抗拉强度标准值sk抗拉强度设计值sdR235钢筋2.1105MPa235 MPa195MPaHRB335钢筋2.0105MPa335 MPa280MPa混凝土:C50,其技术指标见表3-2表3-2强度等级弹性模量Ec轴心抗压强度设计值cd轴心抗拉强度设计值td轴心抗拉强度标准值tk轴心抗拉强度标准值ckC503.45104MPa 22.4 MPa1.83MPa2.65MPa32.4MPa(5)设计计算内容 拟定桥梁纵横断面结构尺寸;主梁内力、配筋计算;主梁配筋图;桥梁下部结构墩台计算;793-16m预应力混凝土空心板_毕业设计说明书第五章 下部结构
12、的计算出图。(6)设计依据:叶见曙.结构设计原理(第二版)M.北京:人民交通出版社,2005.JTG D60-2004.公路桥涵设计通用规范S.北京:人民交通出版社,2004.JTG D61-2005.公路圬工桥涵设计规范S.北京:人民交通出版社,2005JTG D62-2004.公路钢筋混凝土及预应力桥梁设计规范S.北京:人民交通出版社,2004.JTG D60-1985.公路桥涵地基与基础设计规范S. 北京:人民交通出版社,1985.张健仁、朱剑桥编M.钢筋混凝土与砖石结构。邵旭东.桥梁工程(上、下册)M.北京:人民交通出版社,2004.颜东煌,李学文.桥梁电算M.长沙:湖南大学出版社,1
13、999.李传习,夏桂云.大跨度桥梁结构计算理论M.北京:人民交通出版社,2002.周念先.桥梁方案比选M.上海:同济大学出版社,1997.3.2桥面总体布置预制板标准跨径:;计算跨径:;板长:15.96;桥宽:0.5+10.75+1=12.25;公路-级,双幅路,每幅路两车道。图3-1 桥梁立面示意图3.3构造型式及尺寸选定3.3.1构造形式及尺寸桥宽为:0.5+10.75+1=12.25;全桥宽采用18块预制预应力空心板,每块空心板宽124,空心板全长15.96。图3-2 空心板截面边板构造及尺寸(尺寸单位)图3-3 空心板截面中板构造及尺寸(尺寸单位)图3-4 空心板标准横断面图(尺寸单位
14、)3.3.2截面抗弯惯性矩计算以空心板中板截面为例。构造尺寸如图3-3:(1)毛截面面积Ah=1240800-250500.52+5050+58050+0.558030-(400760+2801500.5+2801200.5)=992000-85400-325600=581000mm2=58102(边板为6137cm2)。(2)毛截面重心位置全截面对1/2板高处(即离板上缘400mm处)的静矩为:S1/2板高=20.55050(400-50/3)+60050(400-600/2)-0.530550(400-200-1/3550)-0.58050(400-2/380)=2888.3333;铰缝的
15、面积为:A铰=9342;毛截面重心离1/2板高的距离为:d= S1/2板高/Ah=2888.333/5810=0.5cm(即毛截面重心离板上缘距离为40.5cm);铰缝重心对1/2板高处的距离为:d铰= S1/2板高/A铰=2888.333/934=3.092cm;(3)毛截面惯性矩计算饺缝对自身重心轴的惯性矩为I1=3514194;空心板毛截面对其重心轴的惯性矩为:I=124803+124800.52-351419-2934(3.092+0.5)2-(76563/12+76560.52)+21283/36+21280.5(28.5-8/3)2+21583/36+21580.5(27.5-8/
16、3)2=4.0821064(边板为4.7561064)。第四章 作用效应计算4.1永久作用效应计算4.1.1空心板自重:(边板重15.343KN/m)。4.1.2桥面铺装、栏杆及铰接缝重力计算桥面铺装采用4cm厚度沥青混凝土抗滑层+6cm厚中粒式沥青混凝土+10cm厚C50桥面现浇混凝土。(1)则全桥宽铺装每延米总重: g2=0.12310.75=24.725;(2)10cm厚的C40防水混凝土重:g3=0.110.7525=26.875;图4-1栏杆图(尺寸单位)(3)栏杆重:g4=25 (0.209+0.238)0.2890.5+(0.238+0.45)0.5(0.983-0.289-0.
17、366)+0.480.366+0.790.39-0.50.1580.124+0.840.069=0.709367525=17.734;图4-2空心板间铰接缝图(尺寸单位)(4)铰接缝:g5=258(0.11+21)0.050.5+(0.11+0.17)0.50.55+(0.01+0.17)0.080.5+0.080.12=2.5458=20.36;。由此得空心板的每延米的恒载:;4.1.3恒载内力计算表4-1 恒载内力计算组合(括号内为边板数据) 项目荷载种类g(kN/m)l(m)M(kNm)Q(kN)跨中一期恒载14.525(15.343)15.60441.85(466.734)331.39
18、(350.053)113.3(119.681)56.65(59.84)二期恒载9.96615.60303.17227.3777.7438.87恒载合计24.491(25.309)15.60745.02(769.904)558.76(577.423)191.03(197.421)95.52(98.71)4.2基本可变作用效应计算4.2.1基本可变作用横向分布系数空心板的可变作用横向分布系数跨中和处按铰接板法计算,支点处按杠杆原理法计算,支点到之间按直线内插求得。(1)计算截面抗扭惯性矩空心板的截面具体尺寸如下图4-3中所示的形式。图4-3空心板简化形式图(尺寸单位)其中t1=120mm, t2=
19、120mm, t3=240mm, b=1040mm,h=550mm,空心板截面图4-3中所示的薄壁矩形闭合截面截面来计算,则有:(2)计算刚度参数(3)计算跨中荷载横向分布影响线根据值,查闫志刚钢筋混凝土及预应力混凝土简支梁桥结构设计丛书附表A,在之间插值求得时各块板轴线处的影响线坐标值如下表(表4-2)表4-2 影响线纵坐标值(10-3)板号R单位荷载作用位置(第i号板中心)12345678910.02234 192 146 111 85 66 52 43 37 0.04306 232 155 103 69 47 32 23 18 0.0251250 202 148 109 81 62 48
20、 39 33 20.02192 188 157 120 92 71 56 46 40 0.04232 229 181 121 81 55 18 18 18 0.0251202 198 163 120 89 67 46 39 34 30.02146 157 162 138 106 82 65 54 46 0.04155 181 195 158 106 72 49 35 27 0.0251148 163 170 143 106 79 61 49 41 40.02111 120 138 148 129 100 80 65 56 0.04103 121 158 180 149 101 69 49 38
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