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預應力混凝土連續梁橋上部結構的設計

添加時間:2020/08/11 來源:未知 作者:admin
本畢業設計主要是關于預應力混凝土連續梁橋上部結構的設計。預應力混凝土連續梁橋以結構受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、養護工程量小、抗震能力強等優點而成為最富有競爭力的主要橋型之一。
以下為本篇論文正文:

摘  要

  本畢業設計主要是關于預應力混凝土連續梁橋上部結構的設計。預應力混凝土連續梁橋以結構受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、養護工程量小、抗震能力強等優點而成為最富有競爭力的主要橋型之一。

  設計過程如下:

  首先,進行方案比選,擬訂主梁主要構造及細部尺寸,本設計采用箱形梁。主梁的高度呈二次拋物線變化,因為二次拋物線近似于連續梁橋彎矩的變化曲線。

  其次,利用橋梁博士軟件分析結構的內力(包括永久作用和可變作用的內力計算)。用于計算的內力組合結果也由橋梁博士計算而得,通過內力組合結果估算出縱向預應力筋的數目,然后再布置預應力鋼束。

  再次,計算預應力損失及二次力,二次內力包括收縮徐變次內力、溫度變化次內力。

  最后,進行截面強度的驗算,包括承載能力極限狀態和正常使用極限狀態的驗算。在正常使用極限狀態驗算中包括計算截面的混凝土法向應力驗算、預應力筋的拉應力驗算、截面的主應力計算等等。

  關鍵詞:預應力混凝土連續梁橋;二次內力;驗算


 

ABSTRACT

  The graduate design is mainly about the design of superstructure of pre-stressed concrete continuous box Girder Bridge . Pre-stressed concrete continuous Girder Bridge become one of main bridge types of the most full of competition ability because of subjecting to the dint function with the structure good, having the small deformation, few of control joint, going smoothly comfort, protected the amount of engineering small and having the powerfully ability of earthquake proof and so on.

  The procedure of the design is listed below:

  The first step as to dimension the structural elements and details of which it is composed, box birder goes as second-parabolic curve, for second-parabolic curve is generally similar to the change of continuous bridge's bending moments along.

  The second step is to use DoctorBridge to analyze internal gross force of the structures (including dead load and lived load), the internal force composition can be done by using the compute results. According to the internal force composite, the evaluated amount of longitudinal tendons can be worked out, then we can distribute the tendons to the bridge.

  The third step is to calculate the loss of pre-stressing and secondary force due to pre-stressing, first dead loads and temperature, bearing displacement, and so on.

  The last step is checking the main cross section. the work includes the load-caring capacity ultimate state and the normal service ability ultimate state as well as the main section's being out of shape.

  Key Words: Pre-stressed concrete continuous girder bridge; Secondary force ; check.

目 錄

  1  緒論

  1.1 工程背景

  近年來,隨著株洲市經濟建設的迅猛發展,城市中心區域交通日益吃緊。株洲市的交通就成為市民的一塊"心病".?交通負荷過重,制約了城市間區域的聯系和城市用地開發。增加跨江的通道項目,提高道路設施的通行能力,已成為城市建設的當務之急,新建跨江橋梁迫在眉睫。株洲快速環道某大橋(也稱某橋),是該市重點工程,其建成通車,對解決城市中心區域交通擁擠狀況作用顯著,將為促進株洲和長株潭"金三角"經濟發展發揮重要作用。

  1.2 預應力混凝土連續梁橋概述

  預應力混凝土橋梁是在二戰前后發展起來的,當時西歐很多國家在戰后缺鋼的情況下,為節省鋼材,各國開始競相采用預應力結構代替部分的鋼結構以盡快修復戰爭帶來的創傷,預應力混凝土從設計理論、結構形式、結構跨度到施工方法、施工機械都有了飛躍的發展,我國的預應力混凝土結構起步晚,但近年來得到了飛速發展,F在,我國已經有了簡支梁、帶鉸或帶掛梁的T構、連續梁、桁架拱、桁架梁和斜拉橋等預應力混凝土結構體系。

  預應力混凝土連續梁橋以構造受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、養護工程量小、抗震能力強等而成為最富有竟爭力的主要橋型之一。隨著預應力技術的發展和不斷完善,尤其是懸臂、頂推等先進施工方法的出現,更使預應力混凝土連續梁橋活躍在整個橋梁工程領域,無論是城市橋梁、高架道路、山區高架棧橋,還是跨越江河的大橋,預應力混凝土連續梁橋都以它獨特的魅力,而取代其他橋型成為優勝方案。此外,預應力混凝土連續梁橋具有以下特點:1)混凝土材料以砂、石為主,可就地取材,成本較低;2)結構造型靈活,可根據使用要求澆筑成各種形狀的結構;3)結構的耐久性和耐火性較好,建成后維修費用較少;4)結構的整體性好,剛度較大,變性較;5)可采用預制方式建造,將橋梁的構件標準化,進而實現工業化生產; 6)預應力混凝土梁式橋所采用的預應力技術為橋梁裝配式結構提供了最有效的拼裝手段,通過施加縱向、橫向預應力,使裝配式結構集成整體,進一步擴大了裝配式結構的應用范圍;7)連續梁內力的分布較合理,其剛度大,對活載產生的動力影響較小;炷潦湛s徐變引起的變形也是較小的。

  在我國,預應力混凝土連續梁雖然也在不斷地發展,然而,要趕超國際先進水平,就必須解決好下面幾個課題:

  1.發展大噸位的錨固張拉體系,避免配束過多而增大箱梁構造尺寸,否則混凝土保護層難以保證,密集的預應力管道與普通鋼筋層迭置又使混凝土質量難以提高。

  2.在一切適宜的橋址,設計與修建墩梁固結的連續-剛構體系,盡可能不采用養護調換不易的大噸位支座。

  3.充分發揮三向預應力的優點,采用長懸臂頂板的單箱截面,既可節約材料減輕結構自重,又可充分利用懸臂施工方法的特點加快施工進度。

  另外,在設計預應力連續梁橋時,技術經濟指標也是一個很關鍵的因素,它是設計方案合理性與經濟性的標志。目前,各國都以每平方米橋面的三材(混凝土、預應力鋼筋、普通鋼筋)用量與每平方米橋面造價來表示預應力混凝土橋梁的技術經濟指針。但是,橋梁的技術經濟指針的研究與分析是一項非常復雜的工作,三材指標和造價指標與很多因素有關,例如:橋址、水文地質、能源供給、材料供應、運輸、通航、規劃、建筑等地點條件;施工現代化、制品工業化、勞動力和材料價格、機械工業基礎等全國基建條件。同時,一座橋的設計方案完成后,造價指針不能僅僅反應了投資額的大小,而是還應該包括整個使用期限內的養護、維修等運營費用在內?偠灾,一座橋的設計包含許多考慮因素,在具體設計中,要求設計人員綜合各種因素,作分析、判斷,得出可行的最佳方案。

  1.3 方案比選

  簡支梁橋適合于中小跨徑,尤其是適合于建筑高度受到限制和平原區高速公路上的橋梁,某橋位于株洲市,主橋跨徑460m,通航要求三級,所以簡支梁不適合,而懸索橋適合于特大跨徑橋梁,造價高,460m跨徑不適合建懸索橋,所以采用預應力混凝土連續梁橋、鋼管混凝土拱橋和斜拉橋三個方案,這三種橋型造型美觀,適合城市橋梁建設。

  1.3.1 預應力混凝土連續梁橋

 。1) 成橋經驗資料

  連續梁的邊主跨的比值在0.6~0.8之間,較其它兩種橋式比值要大,支點梁高與跨中梁高比值要小,在2.0左右。

 。2) 尺寸擬定

  在預應力混凝土連續梁橋的設計中分跨、主梁高度、橫截面形式和主要尺寸的擬定是方案設計中的關鍵所在。通過以上資料對比,當主橋采用多跨連續梁時,中間部分采用等跨布置,邊跨跨徑約為中跨跨徑的0.6~0.8倍。當邊跨采用主跨徑的0.5倍或更小時,則在橋臺上要設置拉力支座。當跨徑超過60m時,易采用變高梁高度梁,

  主梁高度根據統計資料:變高度梁跨中截面h1=(1/30~1/50)L,變高度支點截面h2=

 。1/16~1/25)L, h1/h2=2.0~3.0,箱型截面的頂板和底板是結構承受正負彎矩的主要工作部位,箱梁底板厚度隨箱梁負彎矩的增大而逐漸加厚直至墩頂,以適應受壓要求。底板厚度約為梁高1/10~1/12.跨中底板內需要配置一定數量的鋼索和鋼筋,跨中底板厚度一般在25~30cm.腹板應考慮最小厚度,若腹板內有預應力管道布置時,可采用25~30cm.腹板在支點處的最大厚度約為30~60cm[7].

  上部結構

  孔徑布置:

  此橋是一座預應力混凝土連續梁橋,跨徑組合為80m+3×100m+80m,邊中跨比值為0.8,橋下為三級通航,橋總長460m,如圖1.1.

  順橋尺寸:

  跨中梁高為3.0m,支點梁高6.8m,梁底按二次拋物線變化。

  橫橋向的尺寸:

  截面縱向為變截面,橋面寬18m,采用單箱雙室。頂板厚30cm ,取全橋一致,支點處底板厚60cm,跨中厚為30cm,以方便布置預應力鋼筋?v向上,梁底按二次拋物線變化,腹板在距支點四分之一跨度處以4m階段直線變化。頂部承托采用1:2的比例,高度分別為30cm×60cm;底部采用1:1的比例,高度分別為30cm×30cm.

  下部結構

  橋墩采用柱式墩,柱式橋墩是目前公路橋梁、橋寬較大的城市橋梁中廣泛采用的橋墩形式。這種橋墩既可以減輕墩身重量、節省圬工材料,又比較美觀、結構輕巧,橋下通視情況良好,本設計基礎采用樁基礎。

 。3)施工方案

  連續梁最成熟的施工方法是掛藍懸臂澆注的施工方法,為保證施工過程中結構的穩定可靠,采用0號塊梁段與橋墩臨時固結。

  第一步:首先從中間三個墩臨時固結開始對稱懸臂施工。

  第二步:兩邊跨合攏,釋放墩臨時固結措施,形成單懸臂梁。

  第三步:合攏中跨。

  1.3.2 斜拉橋

  近年來,隨著結構分析的進步、高強材料的施工方法以及防腐技術的發展極大地促進了大跨斜拉橋的發展,此外由于高強鋼材、正交異性板、焊接技術的發展及結構分析的進步,斜拉橋體系更是得到了廣泛的應用。斜拉橋具有以下特點:1)鑒于主梁增加了中間的斜索支承,彎矩顯著減小,與其他體系的大跨度橋梁比較,混凝土斜拉橋的鋼材和混凝土用量均較節;2)借斜索的預壓力可以調整主梁的內力,使之分布均勻合理,獲得經濟效果,并且能將主梁做成等截面,便于制造和安裝;3)斜索的水平分力相當于對混凝土梁施加的預壓力,借以提高梁的抗裂性能,并充分發揮了高強材料的特性;4)結構輕巧,適用性強。利用梁、索、塔三者的組合變化成不同體系,可適用不同的地形和地質條件;5)便于懸臂法施工和架設,施工安全可靠。它的缺點是:斜拉橋是高次超靜定的組合體系,與其他體系梁橋相比較,包含有較多的設計變量,全橋總的技術經濟合理性,不宜簡單的由結構體積小,重量輕等概念準確表示出來,是選橋型方案和尋求合理設計帶來一定困難。索力調整是斜拉橋主梁受力均勻,以達到經濟安全的重要措施。

 。1) 斜拉橋經驗數據

 。2) 尺寸擬訂

  斜拉橋主梁通常為等高度梁,F代斜拉橋都為密索體系,主梁高度越來越小,在選擇梁高時,要考慮以下因素:索間距、主梁承受的壓力、橫梁跨度、索與梁的錨固要求等。主梁為彈性支承多跨連續梁,梁內彎矩決定于彈性支承位移、索間距及梁的剛度,梁的剛度越大,彎矩越大。主梁承受的拉索水平分壓力與橋的跨度有關,一般靠墩塔處壓力最大,必要時局部加大截面。密索體系有以下優點:有利于降低梁高;便于懸臂法施工、索力小,使錨固構造簡單,且便于換索;炷林髁核鏖g距取為6~10m, 多數取8m.拉索布置為扇形,為此要擬訂拉索錨于塔上的間距。根據主梁的受力要求或為了減小索面積,拉索的豎直分力越大越好,因此應盡量減小拉索在上的間距,一般取為1.6~2.2m,它決定于拉索錨頭布置及張拉空間的要求。

  上部結構

  橋孔徑布置:

  主跨為單塔對稱雙跨,可以節省一個塔和基礎,縮短斜拉索總長,可取的較好的經濟效益?缍葹230m+230m.

  順橋向尺寸:

  梁高為3m,為等高粱。

  橫橋向尺寸:

  截面縱向為等截面,橋面寬18m,采用單箱三室截面形式。本橋為塔梁固結體系。

  下部結構

  橋墩為柱式墩,基礎采用樁基礎。

 。3) 施工方案

  本橋施工采用懸臂拼裝法。

  1.3.3 鋼管混凝土拱橋

  隨著鋼管混凝土拱橋的應用推廣,我國對鋼管混凝土拱橋的研究已取得了相當的成果,鋼管混凝土拱橋結構形式豐富多樣,橋型美觀,它屬于剛-混凝土組合結構中的一種,主要用于以受壓為主的結構,它一方面借助內填混凝土增強鋼管壁的穩定性,同時又利用鋼管對核心混凝土的套箍作用,使混凝土處于三向受壓狀態,從而具有更高的抗壓強度和抗變形性能,此外,鋼管混凝土拱橋還有以下幾方面優點:1)由于鋼管混凝土承載能力大,正常使用狀態是以應力控制設計,外表不存在混凝土裂縫問題,因而可使主拱圈截面及寬度相對的減;2)鋼管本身相當與混凝土的外摸板,它具有強度高,重量輕,易于吊裝或轉體的特點,可以先將空管拱肋合龍,再壓注管內混凝土,從而大大降低了大跨徑拱橋施工難度,省去了支模、拆模等工序,并可適應先進的泵送混凝土工藝。鋼管混凝土拱橋的缺點是:鋼管和混凝土之間受力不明確,且存在鋼管和混凝土之間的脫空現象[8].

 。1) 鋼管混凝土拱橋經驗數據

 。2) 尺寸擬訂

  上部結構

  橋孔徑布置:

  主橋全長460m,80m+300m+80m三跨連續自錨式鋼管混凝土拱橋。

  順橋向尺寸:

  鋼橫梁長22m,梁高2m.橋面板由預制∏形鋼筋混凝土橋面板和現澆橋面鋪裝層構成,預制板全高36cm預制板縱向接縫60cm.橫向接縫寬50cm.

  橫橋向尺寸:

  橋面寬18m,橫向接縫寬50cm.

  拱圈布置:

  采用中承式雙肋懸鏈線無鉸拱,矢跨比1/5,拱軸系數m=2采用四管式拱肋截面,其中外側、內側鋼管為ф750ⅹ18mm,鋼管間的橫向平聯板總厚600mm,鋼管中心距離橫向2.4m,縱向4.5m,橫撐采用"K"字型。

  下部結構

  采用高樁承臺結構及鉆孔樁基礎。為了實現主拱拱肋豎轉施工,在主拱拱肋與臺座間設置了豎轉鉸。

 。3) 施工方案

  拱肋采用轉體施工。

  1.4 小結

  根據上節介紹的三種方案繪制表1-4.


  通過仔細比較,斜拉橋雖然造型美觀,跨越能力強,但養護維修量和工程量大,施工難度大,工期長;鋼管混凝土拱橋雖然橋型美觀,拱的抗壓和抗變形性能好,但主拱混凝土和鋼管存在脫空現象,拱圈混凝土和鋼管受力不夠明確,造價較高;預應力混凝土連續梁橋與鋼管混凝土拱橋和斜拉橋相比,其施工方便,養護工程量小,工程量小,造價相對而言較低。所以本設計最終確定選擇預應力混凝土連續梁橋方案。

  2 細部尺寸擬定
  2.1 上部結構尺寸擬定
  2.1.1 順橋向尺寸的擬定
  2.1.2 橫橋向尺寸的擬定
  2.2 基本材料的選用
  2.2.1 鋼筋
  2.2.2 混凝土
  2.2.3 錨具

  3 上部結構內力計算
  3.1 結構計算圖
  3.2 截面幾何特性計算
  3.3 永久作用內力計算
  3.4 可變作用內力計算
  3.5 次內力計算
  3.5.1 溫度次內力計算
  3.5.2 支座沉降次內力計算
  3.5.3 收縮徐變次內力
  3.6 作用效應組合
  3.6.1 正常使用極限狀態
  3.6.2 承載能力極限狀態設計

  4 配筋計算
  4.1 預應力鋼筋估算
  4.1.1 材料性能參數
  4.1.2 計算原理
  4.1.3 預應力鋼筋數量的確定
  4.2 預應力鋼束的布置

  5 預應力損失及有效應力的計算
  5.1 預應力損失的計算
  5.1.1 摩阻損失
  5.1.2 錨具變形損失
  5.1.3 混凝土的彈性壓縮
  5.1.4 鋼束松弛損失
  5.1.5 收縮徐變損失
  5.2 預應力損失計算結果
  5.2.1 7號鋼束計算結果
  5.2.2 103號鋼束計算結果

  6 強度、應力與變形驗算
  6.1強度驗算
  6.1.1 截面抗彎承載力
  6.1.2 計算結果
  6.2 持久狀況應力驗算
  6.2.1 正截面抗裂驗算(法向拉應力)
  6.2.2 斜截面抗裂驗算(主拉應力)
  6.2.3 使用階段預應力混凝土受壓區混凝土最大壓應力驗算
  6.2.4 預應力鋼筋中的拉應力驗算
  6.2.5 混凝土的主壓應力驗算
  6 .3 應力驗算結果

  7 下部結構計算
  7.1 單樁構件參數信息
  7.2 單樁承載力設計值計算
  7.3 單樁承載力驗算
  7.4 單樁的豎向承載力驗算
  7.4.1 樁的極限承載力計算
  7.4.2 樁的承載力設計值

  8 施工方法
  8.1 施工方法的選定
  8.2 施工流程
  8.3 注意事項
  9 施工圖設計
  9.1 概述
  9.2 總體布置圖
  9.3 主梁一般構造圖
  9.4 主梁預應力鋼束構造圖

畢業設計總結

  在指導老師的悉心指導下,我順利的完成了畢業設計任務書所要求的各項任務,同時也受益非淺。

  通過本次設計,我感覺收獲很大,不僅有助于自己設計思維的培養,把以前所學的理論知識與實際結合在一起,對過去所學的知識進一步熟悉,而且為以后的工作、學習打下了結實的基礎;四年來,我們所學的土木工程方面的知識面比較寬,對很多設計細節也不甚了解,所以在做橋梁畢業設計時遇到了相當大的困難,要做好畢業設計對我們來說無疑是一次巨大的挑戰。

  在設計過程中,我學會了如何使用規范,并能熟練的使用橋梁博士進行結構計算,對word、AuToCAD和excel等軟件也有了深刻的了解。但由于是第一次做一個相對完整的設計,沒有設計經驗,沒有施工經驗,在進行前面的設計環節時出現了一些不當的問題,我會在將來的學習、工作中不斷提高,積累經驗,增強自己的理論知識,并有效的和實際結合起來。

  這次設計也有很多不足的地方,由于對施工過程不是十分了解,有很多地方進行了簡化,還有很多地方沒有進行設計,比如說橋墩的設計及驗算。在做設計的過程中也讓我養成了一個查資料的好習慣,對于自己不懂的首先要去找相關的資料來看,不但能夠懂得自己要了解的知識,而且也對相關的知識有所了解,擴大了自己的知識面。

  通過這次設計,提高了我的綜合能力,也為我的大學的學習生活劃上了圓滿的句號。再次感謝各位老師對我的指導。

致 謝

  緊張的三個月已經過去了,此次畢業設計也已經接近尾聲了,在這三個多月里我學到了很多東西,讓我受益非淺。

  在做畢業設計的同時,讓我對從前學過的知識又重新溫習了一遍,使我對基礎知識的掌握有了更感性的認識。同時也讓我學到了很多知識,特別是一些橋梁專業的知識,通過畢業設計,將我四年學的東西串起來了,有了一個整體的認識,當然,對于橋梁工程的認識也增加了,尤其是到施工現場看過后,有了更深刻的印象,把原來自己通過讀書而想象的東西賦予了實際,感到那樣自己會有更深刻的了解。同時,畢業設計也引導我們用新的思維方法去學習,獨立的思考,給了我一次鍛煉自己的機會,這在以后的學習和工作中都是非常有好處的。另外,此次設計還培養了我的文檔編輯能力,圖紙繪制能力,文獻翻譯能力等等

  在本次畢業設計中得到了XXX、XXX、XXX等各位老師的大力幫助和指導,以及各位同學的幫助,才使我的畢業設計得以順利完成,也為我的大學生涯劃上了圓滿的句號。在此我要向幫助過我的各位老師以及曾給過我幫助的同學道聲忠心的感謝,感謝他們不厭其煩的啟發、引導,才使我學到了更多的東西。我將一定不辜負老師、學校的期待,在工作崗位上努力表現自己。

  參考文獻
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