805m-140m-805m公路预应力混凝土连续刚构梁桥设计.docx
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1、发题日期:2007 年 4 月 6 日 完成日期:2006年 6 月 6 日题 目 (80.5m+140m+80.5m)公路预应力混凝土连续刚构梁桥设计 1 设计原始资料2 80.5m+140m+80.5m)公路预应力混凝土连续刚构桥设计设计各部分内容及时间分配:(共 9 周)第一部分 方案设计,结构几何尺寸的拟定; (第6周)第二部分 结构内力的计算; (第78周)第三部分 预应力钢束估算; (第910周)第四部分 钢束配置; (第11周)第五部分 调束; (第12周)第六部分 绘制设计图,编制设计说明书及资料翻译; (第13周) 第七部分 教师审核毕业说明书。 (第14周)第八部分 审阅及
2、答辩。 (第14周)3 计算说明书内容 设计基本资料、纵、横断面布置及尺寸、单元划分和施工方法、恒载内力计算、活载内力算、预应力钢束的估算与布置、预应力损失及有效预应力计算、徐变次内力、内力组合、承载能力极限状态验算、正常使用极限状态验算、毕业设计小结、专业英语资料翻译、参考资料等;4 绘制设计图 指导教师: 年 月 日审 批 人: 年 月 日摘 要随着桥梁跨径的不断扩大,最近,连续刚构桥得到了进一步的发展。连续刚构桥既保持了连续梁桥的优点,同时其跨度得到了进一步的扩大,相应的支撑数量减少,工程造价降低,而结构的刚度可以得到保证,同时桥面伸缩缝减少,有利于高速行车。并改善了结构的水平荷载作用下
3、的受力性能,即各柔性墩按刚度比分配水平力。在该设计中,主要经历了施工方法的选择、结构内力的计算、承载力、刚束估算、截面应力计算等。本设计采用JTG D60-2004和JTG D62-2004为设计依据,同时参考了大量的经验公式和工程实例,对结构方面进行了较为详细的分析和研究,由此而决定桥型布置。本设计为总长为301m的公路直线预应力混凝土连续刚构桥,跨径组成为80.5m+140m+80.5m(老师给出),截面形式为单箱单室箱型,墩身为双薄壁柔性墩。横截面采用单箱单室截面,梁高按二次抛物线变化,从支座处最大8米到跨中3米,顶板厚度为25cm。为了减小施工难度,并结合连续刚构桥的受力特点,底板厚度
4、呈直线线性变化,由支座向跨中减,支座处为0.9m,跨中为0.3m。 设计荷载标准为,主梁悬臂段采用挂篮悬臂对称施工。在设计好截面的基础上,通过midas对结构进行内力分析,然后对预应力钢束数量进行估计并配置钢束,再检算主要控制截面的承载能力。在做完所有的计算后,绘制结构施工图,包括桥跨布置图、施工程序图等,进行外文翻译,最后编制设计计算说明书及文档整理。【关键词】: 连续刚构桥;预应力混凝土;悬臂施工;内力分析;次内力AbstractWith the expansion of Span,the prestressed concrete continuous rigid frame bridge
5、 has been development rapidly. he prestressed concrete continuous rigid frame maintenances the advantages of Continuous Beam Bridge,while its span has been further expanded. Than the ost of project reduced, and the rigidity of the structure can be guaranteed, while reducing bridge joints and conduci
6、ve to high-speed traffic.It improves structural performance under the horizontal load, that is to say every flexible pier gains corresponding horizontal force according to its rigidity.In the design, the main work include : chosen the method of construction、Section stress、the carrying capability 、 e
7、stimate the steel bar and so on . JTG D60-2004 and JTG D62-2004 as the basis of this design. This graduation design has consulted a large number of empirical formulas and roject instances. It has carried on comparatively detailed analysis and study to the structure,than to decide the type of this br
8、idge. The design is a prestressed concrete continuous rigid frame bridge for highway with the total length of 301m, composed by the span of 80.5m+140m+80.5m (gived by teacher). the traverse section is the box section of single case with single room, while the double-thin walled flexible pier is adop
9、ted in the design. The designed load standard is: highway-. Cantilevers of the main girder applies cantilever hung-basket bearing, symmetric equilibrium construction.At the basis of the designing section, internal force analysis is done by midas,The amount of the steel bar is estimated and the collo
10、cation is done. Then, check whether the carrying capability and deflection of main controlling section can passes its limits. At last, the major amount of the project is estimated. After all the calculation, draw the construction drawing (including bridge span arrangement, construction procedure and
11、 so on), do the translation of foreign language. At last make the introduction of my design and sort my text file.【Keywords】: continuous rigid frame bridge ,Prestressed concrete,cantilever construction,internal force analysis,Secondary force 目 录第1章 绪 论11.1 设计特点11.2 受力特点21.3 构造特点21.3.1 零号块21.3.2 横隔板3
12、1.3.3 合拢段3第2章 概 述42.1 设计依据及基本资料42.1.1 主要技术指标设计资料42.1.2 材料规格42.1.3 设计依据52.2 桥梁结构总体布置及尺寸52.2.1 跨度的选择52.2.2 截面形式52.2.3 主梁分段离散图82.3 单元划分及施工方法82.3.1 midas简介82.3.2 分段原则和分段82.3.3 施工方法9第3章 主梁内力计算103.1桥梁结构计算体系103.1.1 全桥单元划分103.1.2 施工顺序设计103.2 midas中用到的数据113.2.1 混凝土材料113.2.2 二期恒载集度113.3 恒载内力计算113.3.1 毛截面几何特性1
13、13.3.2 恒载内力计算123.4 活载内力计算143.4.1 活载因子的计算143.4.2 计算结果153.5 温度内力计算173.6 内力组合结果21第4章 预应力钢束的估算与布置294.1 预应力筋的估算294.1.1 预应力筋的估算方法294.1.2 预应力筋的估算334.2 预应力钢束的布置34第5章 单元特性计算365.1净截面几何特性计算365.2换算截面特性计算375.3计算结果37第6章 预应力损失及有效应力计算386.1 预应力钢束与管道之间的摩擦损失386.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失386.3 弹性压缩损失396.4 钢束松弛引起的应力损失406.5 混凝土收
14、缩和徐变引起的预应力损失406.6 有效预应力值41第7章 次内力计算及内力组合477.1 徐变次内力477.2 温度次内力计算537.3 内力组合59第8章 截面验算748.1 承载能力极限状态验算748.1.1 承载力验算基本原理748.1.2 正截面强度计算748.1.3 截面验算758.2 正常使用极限状态验算798.3变形计算与验算90第9章 主要工程数量估算989.1 主梁混凝土用量估算989.1 钢束用量估算989.1 锚具用量估算101总 结102致 谢104参考文献105附录1 MIDAS中自动生成的图形106附录2 实习报告114附录3 主梁分段离散图117第1章 绪 论毕
15、业设计是高校本科培养计划中最后一个,也是最重要的教学环节,目的是使学生在学完培养计划所规定的基础课、技术基础课及各类必修和选修专业课程之后,通过毕业设计环节,较为集中和专一地培养学生综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能,分析和解决实际问题的能力。和以往的理论教学不一样,毕业设计是学生在老师的指导下,独立的、系统的完成一个工程设计,以期能掌握一个工程设计的全过程,在巩固已学课程的基础上,学会考虑问题、分析问题和解决问题,并可以继续学习到一些新的专业知识,有所创新,为将来走向工作岗位打下良好的基础。1.1 设计特点预应力混凝土连续刚构梁桥设计的一般步骤:参照已有的设计和相关的经验公式拟定结构
16、几何尺寸和材料类型,模拟实际的施工步骤,计算恒载和活载内力;然后再根据实际情况确定温度等荷载,计算其产生的内力,并与恒、活载内力进行正常使用极限状态与承载能力极限状态组合。这是设计过程中的第一次组合(midas完成),两种组合的结果分别作为按正常使用和按承载能力估算钢束的计算内力。估算出各截面的钢束后,按照一定要求将钢束布置好,重新模拟施工过程并考虑预应力的作用,计算恒载内力。由于钢束对截面几何特性的影响,温度、沉降等内力也需重新计算,但其与钢束估算时计算得到的结果差别非常小。各种荷载作用下的内力计算出来后,需进行承载能力组合和正常使用组合,以进行截面强度验算、应力验算,这是设计过程中的第二次
17、组合。如各项验算均满足要求且认为合理,则设计通过。如有些截面的有些验算通不过,则需调整钢束甚至修改截面尺寸后重新计算,直到各项验算均通过为止。如上所述,设计过程一般包括两次组合。第一次组合是为了估算钢束。此时钢束还未确定,也就无法考虑预加力的作用。由于预加力对徐变有很大影响,故估算钢束时一般也不考虑收缩徐变的影响。况且,此时用的几何特性都是毛截面几何特性,所以第一次组合的内力不是桥梁的实际受力状态,仅供估束参考。根据估束结果确定钢束数量和几何形状后,考虑预加力和收缩徐变的影响重新计算的内力是当前配束下的受力。如各项验算均通过,那么可作为最终结果。如个别截面不满足,但两次组合结果相差不大,可适当
18、调整钢束后重新计算。总之,设计的过程就是一个逐次迭代逐次逼近的过程。有经验的设计人员可能一次就能通过,但对初次设计人员,可能需“迭代”多次,甚至需要修改截面尺寸。预应力混凝土连续梁桥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、移动挂篮等工况。因此计算其恒载内力时必须精确模拟各个施工阶段,反映在结构约束、荷载列向量等随施工阶段而发生变化。桥梁的恒载内力由各施工阶段引起的内力迭加而成,显然对不同的施工方法,桥梁的恒载内力是有很大差别的。而活载和温度、沉降等内力在成桥后才发生,作
19、用在最终连续梁体系上,故与施工方法无关。为了保证施工安全和长期正常使用,进行桥梁设计时必须对每一个受力阶段计算各种荷载作用下的应力和变形,并进行组合。悬臂施工涉及到非常多的施工工况,且由于体系发生转换而使预加力和徐变产生的次内力的计算变得复杂,故设计时一般必须借助电算完成。1.2 受力特点采用悬臂施工的连续梁桥,在施工过程中经历T型刚构受力状态,合拢后形成连续梁桥,其恒载产生的内力由各施工阶段产生的内力迭加而成。由于合拢段较短,其产生的内力一般较小,故T型刚构受力状态为主要部分。对悬臂施工连续梁桥,合拢后根部负弯矩很大,而中跨跨中恒载弯矩很小。二期恒载加上以后,根部负弯矩增大,中跨跨中承受相对
20、较小的正弯矩。因此,截面几何尺寸拟定时,应根据以上弯矩分布特点,增大主梁根部附近断面的抗弯刚度,提高截面下缘的承压能力。悬臂施工时,浇筑一节段梁体,达到一定强度后张拉此段钢束。梁体自重产生负弯矩,预应力钢束产生正弯矩,二者结合使得梁体基本处于偏心受压受力状态,其轴向力非常大,界面尺寸和钢束配置方式适当,抗剪强度一般不成问题,而最小正应力又较大,故主拉应力也易满足。1.3 构造特点1.3.1 零号块零号块是悬臂浇筑施工的中心块体,又是体系转换的控制块体。梁体的受力经零号块通过支座向墩身传递,零号块受力非常复杂,且一般作为施工机具和材料堆放的临时场地,故其顶板、底板、腹板尺寸都取得较大。零号块已不
21、能处理为一般的杆系,对重要桥梁都要进行零号块空间应力分析。从国内施工来看,零号块时有开裂,故其施工工艺及结构构造是很值得研究的问题。1.3.2 横隔板悬臂施工的连续梁大多采用箱形截面,抗扭刚度较大,故除支点部位零号块内设置横隔板外,主桥沿纵向一般不设横隔板。零号块内横隔板传递荷载较大,通常采用一片实体或两片式刚性横隔板,中部开设过人洞。1.3.3 合拢段合拢段的施工是桥梁施工的重要环节。在合拢段施工过程中,由于温度变化、混凝土早期收缩、已完成结构的收缩徐变、新浇混凝土的水化热,以及结构体系变化和施工荷载等因素,对尚未达到强度的合拢段混凝土有直接影响,故必须重视合拢段的构造措施,使合拢段与两侧梁
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