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港珠澳大桥第8联施工图设计.rar

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    编号:20180915223404559    类型:共享资源    大小:5.34MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    港珠澳 大桥 施工图 设计
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    港珠澳大桥第8联施工图设计港珠澳大桥第8联施工图设计摘要本设计为港珠澳大桥第8联施工图设计。设计的具体过程如下:首先,根据设计任务书提供的设计资料和要求,依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地形条件,经初选后提出了预应力混凝土变截面连续刚构桥和斜拉桥两个比选桥型。经比选后,本桥选定方案为85+3×135+85m的五跨预应力混凝土变截面连续刚构桥。其次,确定主梁主要构造细部尺寸,设计采用单箱单室梁,桥面宽21m,双向六车道。主梁采用挂篮悬臂浇筑施工,且对称平衡浇筑混凝土。接着,利用MIDAS计算软件分析桥梁主梁的内力和内力组合结果,然后布置预应力钢筋。最后,进行截面验算,其中验算的内容包括在承载能力极限状态和正常使用极限状态下对截面的混凝土法向应力验算、预应力钢筋中的拉应力验算、截面的主应力验算。经分析比较及验算表明该设计计算方法正确,内力分布合理,符合设计任务的要求。关键词:方案比选;预应力混凝土;刚构桥;验算:MIDAS港珠澳大桥第8联施工图设计THECONSTRUCTION DESIGN OFTHE EIGHTH JOINOFTHE HONG KONG-ZHUHAI-MACAO BRIDGEABSTRACTThis design is about the construction design of the eighth joint of HongKong-Zhuhai-Macao Bridge,the procedure of the design is listed below:At the first,According to the design assignment and the present Highway BridgeSpecifications, After preliminary selection, two bridge type schemes are presented,theyare PC continuous rigid frame bridge and Cable-stayed bridge.Comparing theircharacters comprehensively,This two-accrossed grade separated Cable-stayed bridge’sacross path is 85+3×135+85 (m).The second step is to dimension the structural elements and details of which it iscomposed. The design use the single box beam and the bridge floor wide is the 21 meter.The road of the bridge serves as double-direction six lanes. The girder applies cantileverhung-basket bearing and symmetric equilibrium construction.The next is to use MIDASsoftware to analyze internal gross force of the structures (including dead load and livedload), the internal force composition can be done by using the compute results. Then wecan distribute the tendons to the bridge.The last step is checking the main cross section. The work includes the load-caringcapacity ultimate state and the normal service ability ultimate state as wells the mainsection’s being out of shape. The conclusion can be drawn that the design is up to theassignment.Key words: scheme comparison; prestressed concrete ; rigid frame bridge;checking computation ; MIDAS港珠澳大桥第8联施工图设计目 录1 概况及方案比选.........................................................................................................11.1设计资料............................................................................................................11.1.1设计标准.................................................................................................11.1.2材料规格.................................................................................................11.1.3设计计算依据.........................................................................................21.2各桥型方案综述................................................................................................21.3方案比选............................................................................................................61.4本章小结............................................................................................................92 上部结构尺寸拟定及模型的建立...........................................................................102.1主跨跨径的拟定..............................................................................................102.2主梁尺寸的拟定..............................................................................................102.3主要材料..........................................................................................................132.4梁段的划分......................................................................................................132.5本章小结..........................................................................................................143 内力计算及组合.......................................................................................................143.1恒载内力计算..................................................................................................143.1.1毛截面几何特性...................................................................................143.1.2恒载计算...............................................................................................163.2活载内力计算..................................................................................................193.2.1冲击系数的计算...................................................................................193.2.2车道的布置...........................................................................................203.3温度内力计算..................................................................................................243.3.1系统升温和系统降温...........................................................................243.3.2梯度升温和梯度降温...........................................................................253.4支座沉降内力计算..........................................................................................303.5混凝土收缩、徐变的内力计算......................................................................313.6荷载组合..........................................................................................................31港珠澳大桥第8联施工图设计3.6.1承载能力极限状态计算时作用效应组合...........................................323.6.2正常使用极限状态计算时作用效应组合...........................................373.7本章小结..........................................................................................................454 预应力钢束的估算及布置.......................................................................................464.1预应力钢筋数量估算......................................................................................464.2预应力钢束的布置..........................................................................................524.3本章小结..........................................................................................................535 持久状况截面承载能力极限状态计算...................................................................545.1计算主梁截面的材料特性值..........................................................................545.1.1箱梁有效宽度计算...............................................................................545.1.2工字形式的截面转换...........................................................................545.1.3主梁预制并张拉预应力钢筋...............................................................545.1.4灌浆封锚及主梁吊装就位....................................................................545.2正截面承载力计算..........................................................................................555.2.1求受压区高度x....................................................................................555.2.2正截面承载力计算...............................................................................555.3斜截面承载力计算..........................................................................................565.3.1斜截面抗剪承载力计算.......................................................................565.3.2斜截面抗弯承载力计算.......................................................................575.4本章小结...........................................................................................................576 钢束预应力损失估算...............................................................................................586.1预应力钢筋张拉(锚下)控制应力..............................................................586.2钢束应力损失..................................................................................................586.2.1预应力钢筋与管道间摩擦引起的预应力损失...................................586.2.2锚具变形、钢丝回缩引起的应力损失...............................................586.2.3预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失...............596.2.4钢筋松弛引起的预应力损失...............................................................606.2.5混凝土收缩、徐变引起的损失...........................................................606.3本章小结..........................................................................................................627应力与抗裂性验算.....................................................................................................63港珠澳大桥第8联施工图设计7.1短暂情况的正应力验算..................................................................................637.2持久状况正应力验算......................................................................................637.2.1截面混凝土的正应力验算...................................................................637.2.2持久状况下预应力钢筋的应力验算...................................................647.3持久状况下的混凝土主应力验算..................................................................647.3.1截面面积计算.......................................................................................647.3.2主应力计算...........................................................................................657.4抗裂性验算......................................................................................................667.4.1作用短期效应组合作用下的正截面抗裂验算...................................667.4.2作用短期效应组合作用下的斜截面抗裂验算....................................677.5本章小结..........................................................................................................678 主梁变形(挠度)计算...........................................................................................688.1荷载短期效应作用下主梁挠度验算..............................................................688.1.1可变荷载作用引起的挠度...................................................................688.1.2考虑长期效应的一期恒载、二期恒载引起的挠度...........................688.2预加力引起的上拱度计算..............................................................................688.3预拱度的设置..................................................................................................698.4本章小结..........................................................................................................69参考文献.........................................................................................................................70设计总结.........................................................................................................................71致 谢...........................................................................................................................72附件1:开题报告附件2:外文翻译及原文港珠澳大桥第8联施工图设计第 1 页 共 115 页1 概况及方案比选1.1设计资料1.1.1设计标准(1)荷载标准:公路-Ⅰ级。(2)设计车速:120 公里/小时。(3)行车道车道净宽:19m。(4)桥面组成:0.5m(防撞护栏)+9.5m(机动车道)+1m(中央分隔带)+9.5m(机动车道)+0.5m(防撞护栏)=21m。(5)桥面形式:单幅,每幅单箱单室。(6)通航等级:无1.1.2材料规格(1)混凝土:主梁采用 C50 混凝土,墩柱采用C40 混凝土,承台采用C30 混凝土,基桩采用C30 水下混凝土。(2)预应力钢绞线:采用《公预规》(JTG D62-2004)中d=15.2mm的钢绞线,公称面积为139mm,标准强度fpk=1860MPa,弹性模量Ep=1.95×105。(3) 普通钢筋:R235、HRB335 钢筋标准应符合GB13013—2004 和GB 1499—2004 的规定。凡钢筋直径大于或等于10mm 者,均采用HRB335 热轧带肋钢。(4)支座和伸缩缝:必须采用符合《公路桥梁盆式橡胶支座》(JT 391-1999)、公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4-2004)、《桥梁球形支座》(GB/T17955-2009)和《公路桥梁伸缩装置》(JT/T327-2004)中有关支座、伸缩缝的质量和技术标准的产品。(5)预应力管道:采用符合《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》(JT/T529-2004)标准的塑料波纹管,并采用真空辅助压浆工艺。(6)锚具:应符合国家标准GB/T14370-2007《预应力筋用锚具、夹具和连接器》的技术要求,配套锚固件须符合本工程的锚固构造及锚下局部承压强度要港珠澳大桥第8联施工图设计第 2 页 共 115 页求。预应力锚具包括锚圈、夹片、连接器、螺栓、垫板、喇叭管、螺旋筋等整套部件,配套部件应采用厂家定型产品。(7)千斤顶采用符合国家标准的并与相应的锚具配套的千斤顶型号(8) 排水管:采用的PVC-U 管材及管件应符合《建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管材》(GB/T5836.1-2006)及《建筑排水用硬聚氯乙烯(PVC-U)管件》(GB/T5836.2-2006)要求。1.1.3设计计算依据(1)《公路工程技术规范》(JTG B01—2003)(2)《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ063-2007)(3)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004);(4)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)(5) 《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》JTG D61-2005(6) 《公路桥涵施工技术规范》JTG041-891.2各桥型方案综述(1)连续梁桥:传统的桥梁施工多用费时、费工的满堂支架法,这种方法对于中、小跨径的桥梁施工尚能适应,但对于大跨径及特大高度、水深较深的桥梁施工显然已经不适应。1953年原联邦德国建成的沃伦姆斯桥(Worms),主跨114.2m,施工时引进了标志着钢桥传统施工方法的悬臂施工法,这种创造性的引进,基本解决了施工中的难题。更重要的是发展了预应力混凝土结构的一种新体系——T形刚构,并对其他体系桥梁产生了深远影响。而T形刚构因其独有的优点一经问世便得到了长足的应用和发展。1964年联邦德国又建成了主跨为208m的本道夫(Bendorf)桥,再一次成功地显示出悬臂施工法的优越性,而且在结构上又有新创新,薄型的主墩与上部连续梁固结,形成了带铰的连续刚构体系。上世纪70年代后,日本连续修建了类似的滨名、浦户大桥,目前T形刚构最大跨径已大于270m。80年代后,世界各国建造了多座不带铰的连续刚构体系,并发展了刚构体系另一种形式的连续刚构体系,其中以1985年澳大利亚建成的主跨为260m的门道桥和挪威1998年底成的主跨为298m的拉夫特通道桥(Raft Sundet)最为著名。我国预应力混凝土连续刚构桥的建造在近 20 余年得到了广泛的发展,主要表现在:桥梁的跨越能力不断提高,构造体系增多;所使用的建筑材料、锚具、港珠澳大桥第8联施工图设计第 3 页 共 115 页支座及伸缩缝等都有新的发展:施工的技术和机具设备不断改进、更新等等。为此,连续梁桥已成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。如虎门大桥辅航道桥(150m +270m+150m),云南元江大桥(58m+182m+265m+194m+70m)连续刚构桥。福建宁德下白石大桥(145m+260m+260m+145m)四跨连续刚构桥。图 1.1 福建宁德下白石大桥箱形截面能适应各种使用条件,特别适合于预应力混凝土连续梁桥、刚构桥桥。因为嵌固在箱梁上的悬臂板,其长度可以较大幅度变化,并且腹板间距也能放大;箱梁有较大的抗扭刚度,因此,箱梁能在独柱支墩上建成弯斜桥;箱梁容许有最大细长度;应力值σg+p较低,重心轴不偏一边,同T形梁相比徐变变形较小。宁德下白石大桥大桥梁高根部14m,跨中4.2m,高跨比分别为1/18.6和1/61.9;腹板厚40-60cm,最大底板厚140cm,厚跨比1/186。箱梁截面有单箱单室、单箱双室(或多室),早期为矩形箱,逐渐发展成斜腰板的梯形箱。箱梁桥可以是变高度,也可以是等高度。从美观上看,有较大主孔和边孔的三跨箱梁桥,用变高度箱梁是较美观的;多跨桥(三跨以上)用等高箱梁具有较好的外观效果。本次设计采用单箱室箱型截面。目前我国无论是公路、铁路还是城市立交桥粱,多采用“后张预应力箱梁结构”,在设计,施工及验收质量标准方面,都积累了匆当宝贵的经验。箱梁主体工程的施工流程为:测量、放线→基坑土方开挖→箱涵基础处理→基础垫层砼→箱涵底板→立柱,钢筋架立、绑扎、校正→箱涵底板砼浇筑→箱涵立模→箱涵顶板钢筋架立、校正→箱涵立柱、顶板砼浇筑→拆模结构验收→沟槽土方回填。由于浇筑混凝土箱梁结构是环节最多、最不易控制的一道工序,所以在施工中必须解决好施工组织、浇筑顺序、强度、坍落度控制、振捣及孔道保护等一系列问题才能保证浇筑质量以及下上工序的顺利完成。港珠澳大桥第8联施工图设计第 4 页 共 115 页当跨径进一步增大时,结构自重产生的弯矩迅速增大,混凝土开裂难易避免,于是预应力混凝土得到广泛采用。预应力结构通过高强钢筋对混凝土预压,不仅充分发挥了高强材料的特性,而且提高了混凝土的抗裂性,促使结构轻型化,因而预应力混凝土结构具有比钢筋混凝土结构大得多的跨越能力。而预应力施加是后张预应力箱粱结构质量的最终体现。预应力的施加效果是由孔道位觉线型、预应力筋的力学性能、张拉控制程序、锚具质量精度等多方面因素构成。但其将归结为预应力施加量与预应力损失两部分。这两者之差也就是预应力的施加效果。故预应力施加过程中经常遇到的只有3个问题:断丝、滑丝、预应力损失,解决好这3 个问题也就保证了预应力的施加效果。由于后张预应力箱粱结构具有跨度大、施工方法灵活、结构刚度大、抗震能力强,行车舒适、外形美观等—系列优点而被广泛采用。近年来不断的采用新技术、新工艺、新材料,从而使上述优点更为突出,采用本工法不仅可以杜绝箱梁结构的一般质量通病,而且可以在短期内修建大面积箱梁结构。连续箱梁桥的施工方法多种多样,必须因时因地,根据安全经济、保证质量、降低造价、缩短工期等方面因素综合考虑选择。一般常用的方法有:立支架就地现浇、预制拼装(可以整孔、分段串联)、悬臂浇筑、顶推、用滑模逐跨现浇施工等。其中, 现浇预应力箱梁常用的施工方法又有满堂支架法、移动模架法和悬臂浇筑法等。而采用移动模架施工是近几年兴起的一种适用于预应力混凝土连续梁桥的新工艺。相对于桥梁上部结构施工的悬臂浇筑、悬臂拼装施工以及逐跨施工、顶推施工、导梁拼装施工和转体施工等方法,具有结构合理、材料用量省、不需预制场地、工序程序化、质量可靠和整体性好等特点。(2)拱桥: 在竖向荷载作用下,两端支承处产生竖向反力和水平推力,正是水平推力大大减小了跨中弯矩,使跨越能力增大.理论推算,混凝土拱极限跨度在500m左右,钢拱可达1200m.亦正是这个推力,修建拱桥时需要良好的地质条件。20世纪上半叶,钢筋混凝土拱桥的施工方法从费用昂贵的落地支架现浇拱肋改成较为经济的木制或钢制的拱形支架现浇拱肋,既节省了施工费用,又为跨越宽阔的深河峡谷开拓了应用范围,使跨度纪录达264米。50~70年代由于成功地采用了悬臂拼装和悬臂灌筑的施工方法,大跨度钢筋混凝土拱桥得到进一步发展。如1964年建成拱跨304.8米的澳大利亚悉尼港的格莱兹维尔桥,4个箱形拱肋和拱上结构(立柱、横梁、桥道纵梁)全部用预制构件拼装;1966年南斯拉夫用悬臂灌港珠澳大桥第8联施工图设计第 5 页 共 115 页筑法建成拱跨246.3米的希贝尼克桥。目前,世界上最大跨度的钢筋混凝土拱桥是1980年建成的拱跨390米的南斯拉夫克尔克桥,为上承式无铰拱公路、管道两用桥,拱肋为单箱三室截面,桥面下敷设了17条输油管、输水管和工业管道,采用预制构件,悬臂拼装施工,技术先进。(世界最大跨径钢拱桥是2002年建成的跨度550米的钢结构大桥--卢浦大桥)(2)缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥) 是建造跨度非常大的桥梁最好的设计.道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空,缆索悬挂在桥塔之间,依靠索的拉力将桥重加载在桥塔上。斜拉桥是将梁用若干根斜拉索拉在塔柱上的桥。它由梁、斜拉索和塔柱三部分组成。斜拉桥是一种自锚式体系,斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外,还支承在由塔柱引出的斜拉索上。按梁所用的材料不同可分为钢斜拉桥、结合梁斜拉桥和混凝土梁斜拉桥。斜拉桥发展趋势:跨径会超过1000m;结构类型多样化、轻型化;加强斜拉索防腐保护的研究;注意索力调整、施工观测与控制及斜拉桥动力问题的研究。中国的斜拉桥在世界上处于领先的地位,杭州湾跨海大桥为主跨448m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥。图1.2杭州湾跨海大桥悬索桥是以承受拉力的缆索或链索作为主要承重构件的桥梁,由悬索、索塔、锚碇、吊杆、桥面系等部分组成。悬索桥的主要承重构件是悬索,它主要承受拉力,一般用抗拉强度高的钢材(钢丝、钢缆等)制作。由于悬索桥可以充分利用材料的强度,并具有用料省、自重轻的特点,因此悬索桥在各种体系桥梁中的跨越能力最大,跨径可以达到1000米以上。1998年建成的日本明石海峡桥的跨径为1991米,是目前世界上跨径最大的桥梁。悬索桥的主要缺点是刚度小,在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动,需注意采取相应的措施。斜拉桥已建成的
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