公路预应力混凝土连续刚构桥设计.doc
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公路预应力混凝土连续刚构桥设计.doc
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西南交通大学
本科毕业设计
80m+140m+80m公路预应力混凝土
连续刚构桥设计
年级:
2010级
学号:
20100095
姓名:
汪小朋
专业:
土木工程
指导老师:
祝兵
2014年6月
西南交通大学本科毕业设计(论文)
院系土木工程专业桥梁工程
年级2010级姓名汪小朋
题目 (80m+140m+80m)公路预应力混凝土连续刚构桥
指导教师 祝兵
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)
年月日
I
毕业设计任务书
班级10级土木9班学生姓名汪小朋学号20100095
发题日期:
2014年3月7日完成日期:
2014年6月5日
题目80+140+80m公路预应力混凝土连续刚构桥设计
一、本论文的目的、意义中国建基础建设的蓬勃发展,大量的桥梁结构在国内不断涌现出来。
从而也促使着桥梁工程技术不断进步,桥结构的形式也趋向于不断的合理化与多样性。
近年来大量的公路桥梁也在不断的修建起来。
其中连续刚够是最为广泛应用的形式。
在指导老师的辅导下,完成一座桥施工、成桥、预应力束配置以及各阶段的检算工作。
熟悉和掌握桥梁专业软件Midas,学会如何利用软件建立各阶段模型,以及荷载的加载,预应力束的配置,并对各个阶段进行检算。
同时也学会如何解决结构检算不通过的难题。
了解不同验算项目所使用的荷载效应组合。
通过本次设计,使同学们将四年学习的各种基本知识真正的综合起来,并用于实践。
对桥梁的具体施工,使用有了一个全新层次的了解,熟悉桥梁设计的步骤。
为以后踏上工作岗位并尽快适应打下了坚实的基础。
二、学生应完成的任务
1、桥式方案拟定
2、结构内力分析,主要包括以下计算工作:
(1)自重恒载内力计算(含一期及二期恒载);
(2)活载内力计算;(3)主梁纵向预应力估算;(4)纵向预应力布置;(5)预应力损失计算;(6)预应力次内力计算;(7)温度内力计算(顶板升温);(8)横向预应力估算;(9)支座沉降内力计算;(10)收缩徐变次内力计算(选作);(11)荷载组合;主要截面检算
3、对主梁验算(按预应力混凝土构件验算):
1)持久状况承载能力极限状态下:
(1)主梁正截面强度检算;
(2)主梁斜截面强度检算(考虑竖向预应力布置);
2)持久状况正常使用极限状态下:
I
(1)预应力损失计算;
(2)截面抗裂验算;
(3)挠度验算;
3)持久状况和短暂状况构件应力计算:
(1)主梁截面正应力验算;
(2)主梁截面主应力验算(考虑竖向预应力布置);
(3)主梁刚度验算
(4)施工阶段正应力计算;
4、编制设计计算说明书
5、绘制结构主要施工图
3、论文各部分内容及时间分配:
(共16周)
第一部分桥式方案拟定(2周)
第二部分结构内力计算(3周)
第三部分预应力钢束设计(3周)
第四部分截面验算(4周)
第五部分编制计算设计说明书及绘制施工图(1周)
备注
指导教师:
年月日
审批人:
年月日
I
摘要
连续刚构桥又称墩梁固结的连续梁桥,它综合了T型刚构桥在悬臂法施工中保持体系平衡的特点,又吸取了连续梁桥在整体受力上能承受正负弯矩的优点,所以在工程实践中能得到广泛的应用。
本设计为80m+140m+80m三跨公路预应力混凝土连续刚构桥,全长300m。
公路等级为高速公路,设计时速120km/h,设计荷载标准按公路-I级。
主要设计内容为预应力混凝土连续刚构桥上部结构的设计,未涉及桥墩和基础的设计。
本桥主梁由上、下行分离的两个单箱单室箱形截面梁组成,单幅桥宽13.25m。
桥面组成为:
0.5m栏杆+1.25m左侧路肩+2×3.75m车行道+3.5m右侧路肩+0.5m栏杆=13.25m。
梁高由墩处向跨中从8m至3m按2次抛物线变化;底板厚度由墩处向跨中从1m至0.3m按二次抛物线变化;腹板厚度由墩处向跨中从0.8m至0.5m阶梯变化。
桥墩为双薄壁柔性墩,墩高40m。
桥轴线为直线,不设纵坡,设置2%的横坡以利于排水。
主梁主要采用挂篮对称悬臂现浇法施工,边跨部分梁段采用支架现浇施工。
本设计主要使用MIDAS/CIVIL分析软件完成计算内容,采用AutoCAD和Excel进行辅助设计。
全桥上部结构共分为100个梁单元和32个墩单元,定义了24个施工阶段。
设计主要过程为:
使用midas软件建立计算模型并对结构进行内力计算,获取主要截面的内力,根据内力分析结果进行预应力估束,进一步进行预应力束布置,在此基础上计算预应力损失以及各项次内力,并按规范要求对主梁部分截面的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行了相关验算。
在做完所有计算后,绘制结构图纸,编制设计计算说明书和整理文档。
关键词:
预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工迈达斯预应力束布置
I
Abstract
Continuous rigid frame bridge, also known as continuous girder bridge with pier-beam consolidated,absorbs the characteristics of maintaining the system balance under cntilever construction of T-shaped rigid frame bridge,while assimilates the advantages of continuous beam bridge which can bear both positive and negative bending moments under the integral forced status,therefore it's widely used in construction practices.
Thebridgespanarrangementsisthe80m+140m+80mpre-stressedconcretecontinuousrigidframebridgeinthedesign.Thelengthofwhichis300m.Thedesignspeedis120km/handthedesignloadstandardishighwayI-Class.Thedeckcrosssectionisaclosedboxconcretegirder13.25mwideand8mhighat0#segmentand3mhighatthecentreofthebridgewithparabolachanginginthe2thpowerofspanlength.Associatedwiththebearingcharactersofcontinuousrigidframebridge,thedepthofboxgirderforbottomplateislinearchangefrom0.3matmiddlespanto0.8matthebearingcrosssection.Thewidthofthewebispartlychangefrom0.5mto0.8m.Inaddition,substructureis40mhightwinthin-wallpiers.Besides,thebridge-axisisastraightline.Thelongitudinalgradeofthebridgeis0‰,andthecross-sectionalslopeis2%.ThemaingirderiscompletedbytheSuspendedBasketMethodofSymmetricalCantileverConstruction,whilesomebeamsonsidespansarecompletedbytheBracketMethod.
ThisdesignmostlyusesMIDASCIVILtocalculatetheinternalforce,alsousedAutocadandExcelfor-aidedduringthedesign.Theentirebridgeisdiscretizedin128beamelements,theconstructionprocessissimulatedwith24constructionstages.
Designmainprocessis:
Afterthecompletionofthecalculationmodelbymidas,analysistheinternalforceofthestructure,theamountofthesteelbarisestimatedandthecollocationisdone.Aftertheseprocesses,pre-stresslossandtheredundantinternalforcecanbecalculated,andthenloadcombination.Accordingtothespecifications,thebearingcapacitylimitstateandserviceabilitylimitstateofthegirderarechecked.Afterallthecalculation,drawtheconstructiondrawing,maketheintroductionofmydesignandsortthetextfile.
KeyWords:
pre-stressedconcretecontinuousrigidframebridge;SymmetricalCantileverConstruction;midas;Collocationthepre-stressedsteel
I
西南交通大学本科毕业设计
目录
第1章绪论 1
1.1预应力混凝土连续刚构桥概述 1
1.2本桥式结构的特点 1
1.2.1设计特点 1
1.2.2受力特点 2
1.2.3构造特点 2
1.2.4施工工艺方法 3
1.3毕业设计的目的和意义 3
1.4毕业设计主要内容 3
第2章结构初步设计 5
2.1设计概述 5
2.1.1主要技术指标 5
2.1.2材料规格 5
2.1.3设计规范 6
2.2桥梁总体布置及结构主要尺寸 7
2.2.1立面布置 7
2.2.2横截面尺寸拟定 8
2.3主梁和桥墩的施工分段 10
2.4施工注意事项 11
第3章主梁内力计算 13
3.1MIDAS模型建立 13
3.1.1计算单元的划分 13
3.1.2荷载信息 14
3.1.3施工顺序设计 15
3.2恒载内力计算 16
3.2.1毛截面几何特性 16
3.2.2恒载内力计算 17
3.3活载内力计算 20
3.3.1计算方法 20
3.3.2设计荷载 21
3.4恒活载内力短期效应组合 25
第4章预应力钢束的估算与布置 28
4.1预应力筋的估算原理 28
4.2预应力筋的估算方法 28
4.2.1按承载能力极限计算时满足正截面强度要求 28
4.2.2按正常使用极限状态的应力要求估算 29
4.2.3按正常使用状态抗裂性要求进行配束 31
4.3预应力筋的估算 32
4.4纵向预应力钢束的布置 34
4.5竖向预应力钢束布置 35
第5章预应力损失及有效预应力计算 36
5.1预应力损失计算原理 37
5.1.1管道摩阻损失的计算 37
5.1.2锚头变形损失计算 37
5.1.3弹性压缩损失的计算 38
5.1.4钢筋松弛损失 38
5.1.5混凝土收缩徐变损失 38
5.2有效预应力值计算 39
第6章次内力计算 46
6.1收缩、徐变次内力 46
6.2预加力引起的次内力 50
6.2.1预加力次内力计算原理——等效荷载 50
6.2.2先期预应力束产生的徐变次内力 51
6.2.3后期预应力束产生的弹性次内力 52
6.3温度次内力 55
6.3.1温度场对于预应力混凝土连续梁的影响 55
6.3.2温度场 55
6.3.3温差作用效应计算原理 56
6.3.4整体温度变化 57
6.3.5温度梯度 59
6.4支座不均匀沉降引起的次内力 62
第7章截面验算 65
7.1内力组合与截面验算 65
7.2承载能力极限状态计算 66
7.2.1正截面抗弯承载能力计算 66
7.2.3斜截面抗剪验算 72
7.3正常使用极限状态计算 78
7.3.1使用阶段正截面抗裂验算 78
7.3.2使用阶段斜截面抗裂验算 82
7.3.3挠度验算 85
7.4持久状况和短暂状况构件的应力计算 86
7.4.1使用阶段正截面压应力验算 86
7.4.2使用阶段斜截面主压应力验算 89
7.4.3施工阶段正截面法向应力验算 91
7.4.4受拉区钢筋的拉应力验算 95
第8章主要工程数量估算 99
8.1混凝土用量估算 99
8.2预应力钢绞线用量 100
8.3锚具用量估算 102
第9章总结和讨论 103
致谢 104
参考文献 105
附录实习报告 106
XII
第1章绪论
1.1预应力混凝土连续刚构桥概述
连续刚构桥是预应力混凝土大跨梁式桥的主要桥型之一,它综合了连续梁和T形刚构桥的受力特点,连续钢构桥将主梁做成连续梁体系,并且与薄壁桥墩固结而成。
连续刚构桥一般用于较大跨度桥梁。
由于连续刚构桥的整个结构连接成一个整体,属于多次超静定结构,因而由钢束预应力、混凝土收缩徐变,温度变化和支座沉降所引起的结构纵向位移将在结构中产生较大的次内力。
大跨度连续刚构桥一般采用柔性双薄壁墩,设计者将柔性墩作为一种摆动的支撑体系,从而降低桥墩的刚度,减小次内力效应。
我国从20世纪50年代中期尝试修建预应力混凝土梁式桥,如今,我国在预应力混凝土梁桥的设计与
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- 公路 预应力 混凝土 连续 刚构桥 设计
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