预应力混凝土连续梁桥施工设计毕业论文.pdf
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1、预应力混凝土连续梁桥施工设计毕业论文 目 录 第一章 概述 4 1.1 地质条件4 1.2 主要技术指标 4 1.3 设计规范及标准 4 第二章 方案比选5 2.1 概述5 2.2 比选原则5 2.3 比选方案5 2.3.1 预应力混凝土连续梁桥 5 2.3.2 预应力混凝土连续刚桥桥 7 2.3.3 普通上承式拱桥 8 2.4 方案比较9 第三章 预应力混凝土连续梁桥总体布置 12 3.1 桥型布置12 3.2 桥孔布置12 3.3 桥梁上部结构尺寸拟定12 3.4 桥梁下部结构尺寸拟定13 3.5 本桥使用材料14 3.6 毛界面几何特性计算14 第四章 荷载内力计算 16 4.1 模型简
2、介16 4.2 全桥结构单元的划分16 4.2.1 划分单元原则 16 4.2.2 桥梁具体单元划分 17 4.3 全桥施工节段的划分17 4.3.1 桥梁划分施工分段原则 17 4.3.2 施工分段划分 17 4.4 恒载、活载内力计算17 4.4.1 恒载内力计算 17 4.4.2 悬臂浇筑阶段内力 18 4.4.3 边跨合龙阶段内力 19 4.4.4 中跨合龙阶段内力 20 4.4.5 活载内力计算 21 4.5 其他因素引起的内力计算23 4.5.1 温度引起的内力计算 23 4.5.2 支座沉降引起的内力计算 25 4.5.3 收缩、徐变引起的内力计算 26 4.6 内力组合28 4
3、.6.1 正常使用极限状态的内力组合 28 4.6.2 承载能力极限状态的内力组合 29 第五章 预应力钢束的估算与布置 32 5.1 钢束估算32 5.1.1 按承载能力极限计算时满足正截面强度要求 32 5.1.2 按正常使用极限状态的应力要求计算 33 5.2 预应力钢束布置39 5.3 预应力损失计算40 5.3.1 预应力与管道壁间摩擦引起的应力损失 40 5.3.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失41 5.3.3 混凝土的弹性压缩引起的应力损失 41 5.3.4 钢筋松弛引起的应力损失 42 5.3.5 混凝土收缩徐变引起的应力损失 42 5.3.6 有效预应力计算 4
4、4 5.4 预应力计算45 第六章 强度验算 48 6.1 正截面承载能力验算48 6.2 斜截面承载能力验算51 第七章 应力验算 55 7.1 短暂状况预应力混凝土受弯构件应力验算55 7.1.1 压应力验算 55 7.1.2 拉应力验算 55 7.2 持久状况正常使用极限状态应力验算 60 7.2.1 持久状况(使用阶段)预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算 60 7.2.2 持久状况(使用阶段)混凝土的主压应力验算 62 7.2.3 持久状况(使用阶段)预应力钢筋拉应力验算 65 第八章 抗裂验算 68 8.1 正截面抗裂验算68 8.2 斜截面抗裂验算72 致谢 7 7 参考文献
5、78 附录:外文翻译 79 第一章 概述 1.1 地质条件 桥位地质地形图 图 1-1 地质图 1.2 主要技术指标 桥面净宽:1120.5m (分离式、无人行道)设计荷载:公路级 行车速度:100km/h 桥面横坡:2%通航要求:无 温度:最高年平均温度 43,最低年平均温度-5。1.3 设计规范及标准 1、公路工程技术标准(JTG B01-2003)。2、公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)。3、公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)。4、公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000)。5、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)。
6、第二章 方案比选 2.1 概述 桥式方案比选是初步设计阶段的工作重点,一般要进行多个方案比较。各方案均要求提供桥式布置图,图上必须标明桥跨位置,高程布置,上、下部结构形式及工程数量。对推荐方案,还要提供上、下部结构的结构布置图,以及一些主要的及特殊部位的细节处理图。设计方案的评价和比较,要全面考虑各项指标,综合分析每一方案的优缺点,最后选定一个符合当前条件的最佳推荐方案。有时,占优势的方案还应吸取其他方案的优点进一步加以改善。2.2 比选原则 设计从安全性、技术适用性、施工难度、设计施工周期、经济性、实用性和观赏性等几方面对各比选方案进行评比,其中安全性为主要因素。2.3 比选方案 根据设计任
7、务要求,依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位地质地形条件,拟定了三个比选方案:方案一:预应力混凝土连续梁桥 方案二:预应力混凝土连续刚构桥 方案三:普通上承式拱桥 2.3.1 预应力混凝土连续梁桥 1.桥梁总体设计 该桥为预应力混凝土连续梁桥,共三跨,为 58m+100m+58m=216m。边跨与中跨比为 58/100=0.58在 0.50.8 之内,主跨跨中处桥面高程为 835.25m,桥面横坡为 2%。图 2-1 连续梁桥布置图 2.主梁 a.截面形式:本桥箱梁为单箱单室截面,箱底宽 6.5m,两侧翼缘宽 2.75m,箱梁顶面全宽为 12m。b.截面尺寸:箱梁在各墩支点处的截面高度为 1
8、/15L1/20L,取 1/16.7L 即 6m,在跨中及桥端支点处的截面高度为1/30L 1/50L,取 1/36.4L 即 2.75m;箱梁顶板厚30cm(跨中)48cm(支点),腹板厚 50cm(跨中)75cm(支点),底板厚 30cm(跨中)70cm(支点)。c.横隔板的设置:上部结构箱梁在各墩支点及桥端支点处设横隔板。墩支点处横隔板厚 250cm,端支点处横隔板厚 150cm,横隔板与箱梁连接处均设有承托。图 2-2 跨中与墩顶截面图 3.基础 桥墩基础连成整体,基础采用嵌岩型钻孔灌注桩群桩基础,桥墩为 6m6.5m 的空心墩,材料为 C40 钢筋混凝土。4.施工方式 主梁采用悬臂节
9、段浇筑施工,桥墩采用爬模法施工,两端桥台采用整体现浇。2.3.2 预应力混凝土连续刚构桥 1.桥梁总体设计 该桥为预应力混凝土连续刚构桥,共三跨,为 58m+100m+58m=216m。边跨与中跨比为 58/100=0.58 在 0.50.8 之内,主跨跨中处桥面高程为 835.25m,桥面横坡为2%。图 2-3 连续刚构桥布置图 2.主梁 a.截面形式:本桥箱梁为单箱单室截面,箱底宽 6.5m,两侧翼缘宽 2.75m,箱梁顶面全宽为 12m。b.截面尺寸:箱梁在各墩支点处的截面高度为 1/15L1/20L,取 1/16.7L 即 6m,在跨中及桥端支点处的截面高度为1/30L 1/50L,取
10、 1/36.4L 即 2.75m;箱梁顶板厚30cm(跨中)48cm(支点),腹板厚 50cm(跨中)75cm(支点),底板厚 30cm(跨中)70cm(支点)。c.横隔板的设置:上部结构箱梁在各墩支点及桥端支点处设横隔板。墩支点处设两个厚 300cm 横隔板,端支点处横隔板厚 150cm,横隔板与箱梁连接处均设有承托。图 2-4 跨中与墩顶截面图 3.基础 桥墩基础连成整体,基础采用嵌岩型钻孔灌注桩群桩基础,桥墩为 3m6.5m 的双薄壁空心墩,材料为 C40 钢筋混凝土。4.施工方式 主梁采用悬臂节段浇筑施工,桥墩采用爬模法施工,两端桥台采用整体现浇。2.3.3 普通上承式拱桥 1.桥梁总
11、体设计 该桥为普通上承式拱桥,主跨跨径为 150m,拱高为 25m,矢跨比为 25/150=1/6,在 1/51/10 之内,主跨跨中处桥面高程为 835.25m,桥面横坡为 2%。图 2-5 普通上承式拱桥布置图 2.主梁 a.截面形式:本桥主梁为空心板截面,板高 80cm,板宽 120cm。b.截面尺寸:空心板截面高度为 80cm,空心板顶、底板厚 15cm,肋宽 30cm。图 2-6 空心板截面图 3.主拱圈 a.截面形式:本桥主拱圈采用等截面悬链线,由 6*1.6m 的小箱梁组成,箱梁顶面全宽为 9.6m。b.截面尺寸:主拱圈的截面高度为 2.3m;箱梁顶、底板厚 25cm,肋板厚 1
12、5。c.横隔板的设置:主拱圈内部在拱脚以上 10m 段内加厚顶、底、侧板,以达最佳受力效果。图 2-7 主拱圈截面图 4.拱上立柱 拱上立柱为直径 1m 的空心墩。5.基础 桥墩基础连成整体,基础采用嵌岩型钻孔灌注桩群桩基础,桥墩均为直径1m 的空心墩,材料为 C40 钢筋混凝土。6.施工方式 主梁采用预制节段拼装施工,桥墩采用爬模法施工。2.4 方案比较 方案比选从该桥桥址的实际地理位置地形环境,结合实用耐久、安全可靠、经济合理、美观和有利于环保的设计原则综合考虑。从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方面比选,最终确定桥梁形式。a.实用性 桥上应保证车辆安全畅通,并应满足将来交通量增
13、长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限,并便于检查和维修。只有满足了这一基本条件后,才能谈得上对桥梁结构的其他要求,既做到总造价经济,又保证工程质量和使用安全可靠。b.舒适与安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度,故应控制桥梁的振幅,避免车辆受到过大振动与冲击。整个桥跨结构及各部件,在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。c.经济性 设计的经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。d.美观 一座桥梁,尤其是作为一个城市或地区的标志性建筑的大跨径桥梁更应具有优美的外形,同时应与周围的景致相协调一致。合理优美的结构布局和轮廓是美观的
14、主要因素,而非豪华的装饰。e.有利于环保 桥梁设计应考虑环境保护和可持续发展的要求。从桥位选择、桥跨布置、基础方案、墩身外形、上部结构施工方法、施工组织设计等全面考虑环境要求,采取必要的工程控制措施,并建立环境监测保护体系,将不利影响减至最小。方案比选时应根据上述原则,对拟定的桥梁比选方案作出综合评估,选出最优的桥梁方案。以下为各比选方案的性能对比表:表 2.1 比选方案对照表 比 选 方案 比较项目 预应力混凝土 连续梁桥 预应力混凝土 连续刚构桥 普通上承式 混凝土拱桥 跨 径 布 置58+100+58 58+100+58 2*11+2+150+2+4*11(m)桥面高程(m)835.25
15、 835.25 835.25 受力特点 主要受弯拉以及与预应力产生的截面主压应力 主要受弯拉以及与预应力产生的截面主压应力 主要受压 技术及施工适用性 设计可靠成熟,技术先进、难度不大。施工机械化程度高,方法简便,无需大型设备,但施工线性与合拢技术要求较高。设计可靠成熟,技术先进、难度不大。施工机械化程度高,方法简便,无需大型设备,但施工线性与合拢技术要求较高。桥梁跨越能力大,抗风稳定性好,技术先进、无需大型设备,只需少量钢材,节省造价。安全性 技术成熟,计算简单,施工方法简单,质量好,整体性好,刚度大,可保证工程本身安全,同时行车性能良好,可保证司机正常行车,满足交通运输安全要求。一般做成薄
16、壁墩,墩的刚度小,难以承受船舶撞击,但此处不通航,对桥墩有利,因墩梁固结墩处可承受较大弯矩,梁身可做薄,基础沉降对结构影响大。承受的水平推力对基础要求较高,由变形引起的次内力对全桥受力非常不利。拱桥施工阶段是全桥刚度最弱的时候,施工时有一定风险。经济性 施工技术成熟,方法简单,易掌握,需要的机具少,无需大型设备,可充分降低施工成本,需要大型支座,需较多预应力钢筋,基础施工复杂。无需支座,节省大型支座费用,其他与连续梁基本相同,养护费用小。施工技术成熟,方法简单,易掌握,需要的机具少,无需大型设备,可充分降低施工成本,所用材料普通,用钢量小,节省材料。实用性 伸缩缝少,结构刚度大,变性小,动力性
17、能好,主梁性能好,主梁变形挠曲线平缓,行车平顺,通畅,安全,可满足交通运输要求,且施工简单,但工期长。行车平顺,通畅,安全,可满足交通运输要求,施工技术成熟,易保证工程质量,桥下净空大,可满足通航要求,属有推力体系,对地基要求比连续梁高。行车性能好,视野开阔,结构刚度较大,抗风性能好,用钢量小,可以就地取材。美观性 结构简洁,比例匀称,高墩大跨,线性优美,座落在该山谷再适合不过了。结构简洁,比例匀称,高墩细梁,如蜻蜓点水落在河上。但现代感不强,与悬索桥、斜拉桥相比,略逊风骚。主拱曲线本身孕育着强烈的美感,柔美的拱轴线与直线型的梁柱结合,具有刚强坚毅的态势。设计、施工周期 设计施工难度低,进度较
18、快、周期较短,大约 10 个月 设计施工难度低,进度快、周期短,大约 9 个月 设计施工较复杂,周期较长,工期大约需要 12 个月。通过对各设计方案在技术及施工适用性,安全性,经济性,实用性,美观性,设计、施工周期等几方面的综合对比分析,结合玉溪大桥总体布置的需要,预应力混凝土连续梁桥优势明显,被确定为最终设计方案。第三章 预应力混凝土的连续梁桥总体布置 3.1 桥型布置 本设计采用三跨预应力混凝土变截面连续梁结构,桥梁总长 216m,桥梁起始里程桩号为 K145+370.00m,终止里程桩号为 K145+586.00m,桥面标高为 835.25m。3.2 桥孔布置 连续梁跨径的布置可采用等跨
19、和不等跨两种。采用等跨布置结构简单,模式统一,适于采用顶推法、移动模架法或简支转连续法施工的桥梁,但等跨布置将使边跨内力控制全桥设计,不是很经济。所以,连续梁跨径布置一般以采用不等跨形式。为减少等跨布置时边跨及中跨跨中正弯矩,可将连续梁设置成不等跨形式。从桥梁美学的角度看,连续梁桥跨数不多时,一般采用奇数孔,三跨及五跨较为常见。对三跨连续梁,边跨与中跨跨径之比一般为 0.50.8。本设计推荐方案根据任务书要求及桥址地形、地质条件等确定为 58m+100m+58m 的形式,边跨与中跨之比为 0.58。图 3-1 连续梁总体布置图 3.3 桥梁上部结构尺寸拟定 1.顺桥向梁的尺寸拟定 a.墩顶处梁
20、高:根据规范,梁高为 1/161/20L,取 L/16.7 即 6m。b.跨中梁高:根据规范,梁高为 1/301/50L,取 L/36.4 即 2.75 m。c.梁底曲线:根据规范,选用 1.8 次曲线。2.横桥向的尺寸拟定 箱梁跨中底板厚度一般按构造选定,若不配预应力筋,厚度可适当取值,当跨度较大,跨中正弯矩较大,需要配置一定数量的钢束或钢筋时,厚度应加厚。腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中,因为弯束对外剪力的抵消作用,所以剪应力和主拉应力的值比较小,腹板不必设得太大;同时,腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求,其设计经验为:腹板内无预应力筋时,采用三十公分,腹板
21、内有预应力筋管道时,应适当加厚;腹板内有锚头时,厚度应更大。根据任务书设计要求本推荐桥型方案横截面采用的是单箱单室的箱型截面。根据上述规范:顶板厚度取 30cm;跨中处底板厚 30cm,支点处底板厚为 125cm,中间底板板厚成 1.8次抛物线性变化;跨中处腹板厚度采用 50cm,支点处腹板采用 75cm 图 3-2 连续梁跨中截面与墩顶截面 3.桥面铺装和线型的选定 桥面铺装:根据桥梁工程选用 8cm 防水混凝土铺装层和 2cm 厚的沥青混凝土磨耗层,共计 10cm 厚。桥面横坡:根据规范规定为 1.5%3.0%,取 2%,该坡度由梁底支座控制。3.4 桥梁下部结构尺寸拟定 主墩采用薄壁空心
22、墩,桥墩宽度为 6m,顺桥向壁厚为 0.9m,横桥向壁厚为 1.2m,横桥向宽度取与梁底同宽 6.5m,墩高分别为 50m。根据给出的地质条件,认为地质条件较好,基础采用钻孔灌注桩基础。承台纵、横桥向宽均为 9m,厚 3.0m。4 根桩的桩径 2m,净间距 3m。3.5 本桥使用材料 1.混凝土 箱梁采用 C55 号,墩身和基础采用 C40 号,其他结构全部采用 C25 号砼。2.钢材 预应力钢材:纵、横向钢筋采用15.24 钢绞线,公称抗拉强度为 fpk=1860MPa,张拉控制强度用 0.75fpk=1375MPa,Ep=1.95105MPa,设计中有 19 股、17 股和 12 股,采用
23、 OVM15-15 型锚具,单个锚具的回缩为 6mm。竖向预应力筋采用精扎螺纹钢筋,采用扁锚。所有钢绞线均符合 ASTM416-87A 的技术标准。非预应力钢筋:直径12mm 的用级螺纹钢筋,直径12mm 的用级光圆钢筋。带肋钢筋应符合钢筋混凝土用热轧带肋钢筋GB1499.22007 的规定、光圆钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB1499.12007 的规定。3.预应力管道 采用钢波纹圆、扁管成型;4.伸缩缝 伸缩缝采用 HXC-80A 定型产品,全桥共 2 道。5.桥梁支座 单向活动和双向活动盆式支座。6.梁设计荷载 根据设计任务书规定:公路级 3.6 毛界面几何特性计算 毛界面几何特性
24、计算通过 madis 有限元程序进行计算,其计算结果如下表:表 3.1 毛界面几何特性 单 元 位 置 面积(mm2)Iyy(mm4)Izz(mm4)Czp(mm)Czm(mm)WArea(mm2)中和轴移动距离 局部-y(mm)局部-z(mm)1 I 1.78E+07 1.43E+13 1.14E+14 1208.9 1541.1 1.76E+07 0.0 -0.4 2 I 1.78E+07 1.43E+13 1.14E+14 1209.0 1541.0 1.76E+07 0.0 -0.5 3 I 1.78E+07 1.43E+13 1.14E+14 1209.3 1540.7 1.76E+
25、07 0.0 -0.8 4 I 1.30E+07 1.23E+13 1.04E+14 1119.6 1630.4 1.27E+07 0.0 -3.1 5 I 1.14E+07 1.13E+13 9.83E+13 1079.8 1670.2 1.11E+07 0.0 -5.3 6 I 9.67E+06 9.92E+12 9.22E+13 1019.8 1730.2 9.33E+06 0.0 -7.2 7 I 9.67E+06 9.92E+12 9.22E+13 1019.8 1730.2 9.33E+06 0.0 -7.2 8 I 9.79E+06 1.01E+13 9.27E+13 1022.
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