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望高坡高架桥施工图设计2.rar

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    编号:20180915223406834    类型:共享资源    大小:7.96MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    高坡 高架桥 施工图 设计
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    望高坡高架桥施工图设计第 1页共 69页1 概况与方案比选1.1 设计概述本次毕业设计的题目为望高坡高架桥施工图设计(主桥部分),该桥位于湖南省境内,主桥为60m+100m+100m+60m预应力混凝土变截面连续梁桥,两边各设0.24m伸缩缝,则主桥全长为320.24m。桥面纵坡为双向1%,横坡为1.5%。桥面宽度共20.5m:1.5m(人行道)+0.5m(防撞栏)+0.25m(护栏)+7m(行车道)+2.0m(中央分隔带)+7m(行车道)+0.25m(护栏)+0.5m(防撞栏)+1.5m(人行道)。1.1.1 设计依据设计任务书、指导书及河床地质断面图。图1.1 地质断面图1.1.2 技术标准⑴设计标准:设计荷载:公路-Ⅱ级,人群荷载:2.65kN/m^2 ,设计车速 60km/h⑵桥面宽度:1.5m(人行道)+0.5m(防撞栏)+0.25m(护栏)7m(行车道)+2.0m(中央分隔带)+7m(行车道)+0.25m(护栏)+0.5m(防撞栏)+1.5m(人行道)。⑶航道等级:Ⅵ-(2)级⑷设计洪水频率:1/100⑸设计抗震基本烈度:不考虑。1.1.3 地质条件桥址处的河床断面比较平坦,工程地质情况为(从上到下):亚黏土、细砂、砂卵石、弱风化粉砂岩、微风化粉砂岩。1.1.4 采用规范JTG B01-2003 《公路工程技术规范》;JTG D60-2004 《公路桥涵设计通用规范》;JTJ D63-2005《公路砖石及砼桥涵设计规范》;望高坡高架桥施工图设计第 2页共 69页JTG D62-2004《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》;JTG D63-2007《公路桥涵地基与基础设计规范》。1.2 桥型方案1.2.1 构思宗旨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有缺点,最后选定一个最佳的推荐方案。按桥梁的设计原则,造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的设计应是优秀方案。但当技术因素或是使用性质有特殊要求时,就要特殊考虑,注重考虑设计的侧重点。技术高,造价必然会高,各个因素是相互制约的。所以在比较时必须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件,找出所面临的问题的关键所在,分清主次。1.2.2 桥型方案比选在对本桥的方案设计中,所选的桥型分别是:I . 预应力混凝土变截面连续梁桥II. 预应力混凝土等截面连续梁桥III. 系杆拱桥方案一:60m+2x100m+60m四跨预应力混凝土变截面连续梁桥图1.2方案一桥型布置图⑴结构特点①在40~200m的跨径范围内,与其它结构体系比较,常成为最佳的桥型方案。②预应力砼充分发挥了高强材料的特性,具有可靠强度、刚度以及抗裂性能。③结构在车辆运营中噪音小,维修工作量小。④其施工方法已达到相当先进的水平,工期短且效益明显。⑤伸缩缝少,行车舒适,满足高速行车的要求。再用滑动支座时,连续长度可增大。温度、砼收缩徐变产生的附加内力较小,且全桥有较好的抗震性能。⑥连续梁内力的分布较合理,混凝土收缩徐变引起的变形也是最小的。连续梁超载时有可能发生内力重分布,提高梁部结构的承载力。望高坡高架桥施工图设计第 3页共 69页⑵尺寸拟定在预应力混凝土连续梁桥的设计中,分跨、主梁高度、横截面形式和主要尺寸的拟定是方案设计中的关键所在。通过以上资料对比,当主桥采用多跨连续梁时,中间部分采用等跨布置,边跨跨径约为中跨跨径的0.6~0.8倍。当边跨采用主跨径的0.5倍或更小时,则在桥台上要设置拉力支座。当跨径超过60m时,易采用变高度截面梁,主梁高度参考统计资料: 变高度梁跨中截面梁高H中=(1/30~1/50)L变高度梁支点截面梁高H支=(1/16~1/18)LH支/H中=1.5~2.5箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位,箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶,以适应受压要求。底板厚度约为梁高1/10~1/12。跨中底板内需要配置一定数量的钢索和钢筋,跨中底板厚度一般在20~25cm。腹板应考虑最小厚度,若腹板内有预应力管道布置时,可采用25~30cm。腹板在支点处的最大厚度约为30~60cm 。①孔径布置此桥是一座60m+100m+100m+60m的预应力混凝土变截面连续梁桥,边中跨比值为0.6,两边各设0.24m伸缩缝,主桥总长320.24m。②顺桥尺寸跨中梁高为2m,支点梁高6m,梁底按二次抛物线变化。③横桥向的尺寸截面纵向为变截面,桥面宽20.5m,采用单箱单室。顶板厚30cm ,取全桥一致,支点处底板厚65cm,跨中厚为25cm,以方便布置预应力钢筋。纵向上,梁底按二次抛物线变化,腹板在距支点四分之一跨度处以4m阶段直线变化。顶部承托采用1:3的比例,高度分别为60cm×180cm;底部采用1:3的比例,高度分别为40cm×120cm。桥面设2%的双向横坡。④下部结构主桥桥面标高较高,采用矩形截面空心墩,墩较高,为柔性墩,柔性墩有足够的柔度,在减小水平力的作用时很有效。基础工程采用桩基型式,桩基施工虽采用比较复杂的机具,但可节约不少材料和开挖基坑的土方量,施工过程中也不会遇到像深基坑那样望高坡高架桥施工图设计第 4页共 69页的防水、防漏和防土等复杂问题;此外,它还具有承载力高,沉降量小,且均匀,能承受较大的垂直和水平荷载等特点。在桥梁基础中,桩基是一种常用的型式。本基础采用柱桩。⑶施工方案连续梁最成熟的施工方法是挂篮悬臂浇注的施工方法,为保证施工过程中结构的稳定可靠,采用0号块梁段与桥墩临时固结。其具体措施是将0号块梁段临时支撑在扇形或门式托架的二侧。第一步:首先从B、C墩开始对称悬臂施工。第二步:两边跨合拢,释放B、C墩临时固结措施,形成单悬臂梁。第三步:合拢中跨。图1.3 悬臂浇筑施工示意图方案二:5x64m五跨预应力混凝土等截面连续梁桥图1.4方案二桥型布置图⑴结构特点①等跨布置的跨径大小主要取决于经济分孔和施工的设备条件。②除了按简支-连续法施工的连续梁桥,超静定结构的连续梁在恒载和活载作用下,支点截面负弯矩一般比跨中截面正弯矩大,但跨径不大时这个差值不是很大,可以考虑采用等截面形式。③当标准跨径不能满足通航或桥下交通要求而需要加大个别桥跨的跨径时,常常不需改变高度,而是采用增加钢筋束和调整截面尺寸的方式予以解决,使桥梁外观仍保持等截面布置。⑵尺寸拟定高跨比一般为1/15~1/25;当标准跨径较大时,有时为减少边跨正弯矩,将边跨跨望高坡高架桥施工图设计第 5页共 69页径取小于中跨的结构布置,一般边跨与中跨跨长之比在0.6~0.8左右。各截面梁高均为3.2m(与跨径比值为1/20)。桥面宽为20.5m(2个防撞栏2x0.5m,1个中间带2m,2个护栏2x0.25m),单箱单室截面。顶板宽18m,厚0.3m;底板宽10m。底板厚度(0.22-0.28)m,取0.25m;腹板厚度0.50m。腹板和底板厚度呈线性变化。⑶施工方案顶推施工法:梁体在桥头逐段浇筑或拼装,用千斤顶纵向顶推,使梁体通过各墩顶的临时滑动支座面就位的施工方法。顶推施工是在桥台的后方设置施工场地,分节段浇筑梁体,并用纵向预应力筋将浇筑节段与已完成的梁体连成整体,在梁体前安装长度为顶推跨径0.7倍左右的钢导梁,然后通过水平千斤顶施力,将梁体向前方顶推出施工场地。重复这些工序即可完成全部梁体施工。方案三:系杆拱桥 图1.5方案三桥型布置图⑴结构特点①外部静定结构,兼有拱桥的较大跨越能力和梁桥对地基适应能力强的特点。②当桥面高程受到严格限制而桥下又有要求保证较大的净空,或当墩台基础地质条件下不良易发生沉降,但又要保证较大跨径时,系杆拱桥是较优越的桥型。⑵尺寸拟定跨径布置:3x106m拱肋:主拱拱肋采用箱型结构,净跨径跨径106m,纵梁采用箱形截面,吊杆处设横隔板。主拱圈截面:为等截面钢筋混凝土箱型结构,下部宽1.45米,上部宽1.6米,高1.25m。吊杆:梁拱间布设吊杆,间距10.6m,全桥共设20对吊杆。下部结构:设置双排墩,桥墩直径1.4米,深基础直径1.5米。两端设置重力式桥台。⑶施工方案拱肋采用支架施工法,主梁采用悬臂施工法。望高坡高架桥施工图设计第 6页共 69页综合以上三个方案比选中的各种桥型的特点,以下列表对各种方案的不同情况进行对比分析: 变截面连续梁桥 等截面连续梁桥 系杆拱桥适用性 主跨为100米的变截面连续梁桥,整体性好,伸缩缝少,结构刚度大,变形小,动力性能好,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。 五跨64米的等截面连续梁桥,各梁受力相对独立,避免超静定梁的复杂问题。行车较舒适。三跨106米的拱桥,箱型主拱圈,承载能力大,质量较轻,跨越能力大,桥下净空大,其推力由系杆承担。经济性 技术成熟,方法简单,需要机具少,无需大型设备,可充分降低施工成本,所用材料普通,价格低,成桥后养护费用少,需大型支座,需较多预应力钢筋。 等截面形式,能大量节约模板,加快建桥进度,简易经济,但不能充分利用截面作用,基础设置量大。 技术难度较大,方法较复杂,需机具、大型设备多,但耗费材料较少,一定程度上降低造价,维修费用较高。施工方法 采用悬臂浇筑法施工 采用顶推施工法施工 拱肋采用支架施工法,主梁采用悬臂施工法,施工难度较大。养护维修工作量 支座需要更换 后期养护少,需要维护费用少 吊杆需经常养护,费用较高美观性 形式简单,造型单一 构造简单,线形简洁 曲线型能给人力量感与跨越感,气势宏伟,与环境易协调。通过仔细比较,预应力混凝土等截面连续梁不能充分利用截面作用,基础设置量大;系杆拱桥虽然桥型美观,但适用于较大跨度,小跨度采用系杆拱桥不经济;预应力混凝土望高坡高架桥施工图设计第 7页共 69页连续梁桥结构受力性能较好,且施工方便,养护工程量小,造价相对较低。所以本设计最终确定预应力混凝土变截面连续梁桥的方案。望高坡高架桥施工图设计第 8页共 69页2.结构尺寸拟定和材料选用2.1 上部结构尺寸拟定2.1.1 顺桥向尺寸的拟定预应力混凝土连续梁以受力体系来分,有等截面、变截面连续梁桥、桁架连续梁桥,连续-刚构梁桥及V形墩连续梁桥等。其中等截面及变截面是目前我国预应力混凝土连续梁桥采用最多的截面形式。等截面连续梁一般适应以下情况:跨径一般为40~60m ,构造简单,施工快捷的连续梁;桥的立面布置以等跨径为宜,也可以不等跨布置,边跨与中跨之比不应小于0.6,高跨比一般为1/15~1/25;适应于支架施工、逐跨架设施工、移动模架施工及顶推施工等。而变截面梁主要适用于大跨径预应力混凝土连续梁桥,本设计选用变截面预应力混凝土连续梁。梁底立面曲线可采用圆弧线、二次抛物线及折线等,除外形高度变化外,为满足梁内各截面受力要求,还可将截面的底板、顶板和腹板改变厚度。在本设计中梁底立面曲线选用抛物线形,底板采用变厚度。在孔径布置方面,边跨与总跨之比一般为0.5~0.8,当边跨与中跨之比小于0.3时,边孔桥墩支座要做成拉压式,以承受负反力。其跨径布置为60m+100m+100m+60m,两边各设0.24m的伸缩缝。边孔与中孔跨径之比为0.6。变高度梁的梁高与最大跨径之比,在跨中截面一般为1/30~1/50,支点截面可选用1/15~1/20,在本设计,跨中截面处梁高为2m,支座处梁高为6m。2.1.2 横桥向尺寸的拟定预应力混凝土连续梁桥的截面形式很多,一般应根据桥梁的跨径、宽度、梁高、支撑形式、总体布置和施工方法等方面综合确定。合理地选择主梁的截面形式对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工和改善截面的受力性能是十分重要的。目前预应力连续梁桥横截面形式主要有板式、肋梁式和箱形截面而箱形截面具有良好的抗弯和抗扭性能,是预应力混凝土连续梁桥的主要截面形式。本设计选用单箱单室的箱形截面。⑴梁高、顶板厚与底板厚在连续梁桥中,箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部,根部底板厚度一般为根部梁高的1/10~1/12,以符合施工和运营阶段的要求,并在破坏阶段使中性轴尽望高坡高架桥施工图设计第 9页共 69页量保持在底板以内;跨中底板厚度一般为200~250㎜,以满足跨中正负弯矩变化及板内配置预应力钢筋与普通钢筋的要求。⑵悬臂板长度与腹板厚箱梁截面顶板两侧挑出的悬臂板(翼板)长度也是调节顶板内弯矩的重要因素,一般可取悬臂板长度为腹板间距之半。当配置横向预应力筋时,悬臂板应尽量外伸。本设计中悬臂板长度取为4m。箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉应力。在预应力连续梁桥中,弯束对荷载剪力的抵消使梁内剪应力和主拉应力较小;因此,除上述受力因素外,考虑预应力钢筋布置及混凝土浇注后的箱梁腹板最小值一般为:腹板内无预应力束管道布置时可采用200㎜;腹板内有预应力管道布置时可采用250~300㎜;腹板内有预应力束锚固时采用350㎜。在大跨径预应力混凝土连续箱梁中,腹板宽度宜从跨中向支点逐渐加宽,以承受支点处较大剪力,一般采用300~800㎜,也有达到1m左右者。本设计中顶板厚度取300㎜,腹板厚度在跨中处各处宽均为300㎜,在支座处两侧宽度为600㎜,中间腹板宽度为由300mm到600mm渐变。箱梁截面尺寸如下图2-1所示:图2.1连续梁支点-跨中截面图2.2 基本材料的选用2.2.1 钢筋预应力混凝土桥梁用的钢材就其使用状况可分为非预应力钢材和预应力钢材两大类。前者与钢筋混凝土桥梁的钢材完全一样;目前使用的预应力钢材主要有高强钢丝、钢绞线和高强粗钢筋三大类。按照《桥规》第2.2.1条规定,预应力混凝土构件中的预应力钢筋宜采用冷拉II级、冷拉III级、冷拉IV级钢筋、冷拉5号钢筋、热处理钢筋(V级钢筋)、冷拔低炭钢丝、碳素钢丝、刻痕钢丝和钢绞线。在本设计中,预应力钢筋均望高坡高架桥施工图设计第10 页共 69页采用19φs15.2的低松弛钢绞线,两端“双控”张拉,张拉时混凝土强度要达到80%的设计强度,普通钢筋采用Ⅱ级钢筋。设计采用了R235及HRB335两种钢筋,其中R235钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》(GB13013-1991)、HRB335 应符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》(GB1499-1998)标准中的各项规定。钢筋的强度标准为:HRB335钢筋:弹性模量Es=2.0×105MPa、抗拉强度标准值 skf =335MPa、抗拉强度设计值 sdf =280MPa、抗压强度设计值 'sdf =280MPa。R235钢筋:弹性模量Es=2.1×105MPa、抗拉强度标准值 skf =235MPa、抗拉强度设计值sdf =195MPa、抗压强度设计值 'sdf =195MPa。表2-1 普通钢筋表格普通钢筋 弹性模量(MPa) 容重(kN/m3) fsk(MPa) fsd(MPa) f'sd(MPa)R235 210000 76.98 235 195 195HRB335 200000 76.98 335 280 280HRB400 200000 76.98 400 330 330KL400 200000 76.98 400 330 330预应力钢绞线采用270级公称直径为15.2mm的低松驰预应力钢绞线,技术标准必须符合“ASTM416-90”和“GB5224-95”有关规定。强度标准为:弹性模量 PE =1.95×105MPa、标准抗拉强度 pkf =1860MPa、张拉控制应力 con =0.75 pkf 、抗拉强度设计值 pdf =1260 MPa。2.2.2 混凝土混凝土的等级是混凝土强度的主要标志,它决定混凝土的其它物理力学性能。选用合适的混凝土等级除根据结构构造特征外,还需与钢材的级别相适应,由于预应力钢材的强度均较高,所以一般均选用较高等级的混凝土。这不仅会减小结构混凝土的用量、减轻自重,且因高等级混凝土比较密致,徐变较小,也有利于减小应力损失。《公路钢筋混凝土桥涵设计规范》规定:公路桥梁预应力混凝土构件的混凝土等级不宜低于C40,主要承重构件用碳素钢丝、钢绞线的构件不宜低于C40。本设计上部结构采用的混凝土等级为C60,下部结构采用C40混凝土。
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