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桥梁全长150米40m 70m 40m预应力混凝土连续梁桥四车道(计算书109页,CAD图7张).rar

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    编号:20180915223405171    类型:共享资源    大小:16.32MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    桥梁 全长 150 40 m70m40m 预应力 混凝土 连续 梁桥四 车道 计算 109 CAD
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    前 言(一)设计的目的和意义 毕业设计是高等工科院校本科培养计划中最后一个重要的教学环节,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,通过毕业设计这一环节,较为集中和专一地培养学生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同,毕业设计是要学生在教师的指导下,独立地、系统地完成一个工程设计,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。该主要目的是在教师的指导下,独立系统地完成一个工程设计,以期掌握工程设计的全过程,在巩固已学课程的基础上,学会考虑分析问题和解决问题,并可以继续学到一些新的专业知识,有所创新。设计内容包括:方案比选;上部结构设计;下部结构设计;施工方法设计;工程施工图的绘制。要求通过本毕业设计,掌握桥梁结构荷载的布置方法、掌握主梁的设计方法、掌握桥梁支座的计算方法、掌握桥梁墩台的设计与计算、掌握桥梁基础的设计与计算等,同时根据桥型选用适当的施工方法和施工工艺,培养学生运用现行规范进行设计的能力,培养学生运用所学知识综合分析问题和解决问题的能力。要求设计达到技术先进、经济合理,安全可靠的目标,设计方法上有一定的创新。(二)设计项目发展情况简介济南阳光新路大桥位于济南市北起经十路,南至规划中的阳光新路,经技术经济比较,上部结构采用整体式满堂支架现浇法,后张拉预应力混凝土箱型连续梁桥,下部结构采用柱式桥墩、重力式桥台、钻孔灌注桩基。该桥设计为连续梁桥,桥面为连续铺装,桥两端设伸缩缝。主要材料:(1)桥面铺装:C40防水混凝土;(2)主梁采用C50混凝土。(3)桥头搭板、桥墩、柱、台身等均用C30混凝土。(4)预应力混凝土连续梁采用预应力Φ15.2钢绞线。普通钢筋:主筋采用HRB400级钢筋,其他均用R235级钢筋。(5)支座采用盆式橡胶支座。本设计共十章,其内容为:方案比选、主梁设计、PSC 验算、桥面板计算、锚固区局部承压计算、支座计算、桥墩设计、钻孔灌注桩设计、桥台设计、施工组织设计。在设计过程中,我的指导老师朱亚光老师以及交通土建教研室的姜福香老师、赵建峰老师给予了大力的支持,提出了许多宝贵的意见和建议,在此表示衷心的感谢。由于毕业设计是设计的初步尝试,涉及专业知识比较多,加上条件和水平所限,不可避免地存在疏漏与错误,敬请专家、教师批评指正。编者:赵燕红2009 年 6 月 20 日第 1 章 方 案 比 选1.1 设计背景1.1.1 工程概况本毕业设计的设计任务是济南阳光新路大桥 1 号预应力钢筋混凝土连续梁桥的设计。该桥位于济南市,北起经十路,南至规划中的阳光新路,设计速度60km/h,桥梁全长 150 米。1.1.2 工程水文地质情况1、地形地貌桥位处地貌类型为剥蚀残丘地貌,区域构造背景稳定,场地稳定性良好。2、各岩土层分布根据勘探资料,场区内的地层自上而下分述如下:(1)素填土:广泛分布于场区内,黄褐色,松散~稍密,稍湿,以粘性土为主,含少量花岗岩风化碎屑,加有碎石块。层厚:1.1~2.50米。该层主要为砖石屯土,属欠固结土,层厚和力学性质变化大,工程特性不稳定,不能用作拟建物的地基持力层。(2)粉质粘土:广泛分布于场区内,黄褐色,可塑~硬塑,湿~饱和,松散~密实,级配较差,层厚1.5~6.40米。地基承载力特征值200kPa,压缩模量11Mpa,极限侧阻力标准值100kPa。(3)粗粒混合土,广泛分布于场区内,红褐色,稍湿,中密,以花岗岩风化碎屑为主,层厚:5.5~10.3米。地基承载力特征值250kPa,变形模量22MPa,极限侧阻力标准值120kPa。(4)风化花岗岩:广泛分布于场区内,层厚未透,肉红色,粗粒花岗岩结构,主要成分为长石、石英、少量云母,块状、柱状,有裂隙。地基承载力特征值2000kPa, 弹性模量6000MPa,极限端阻力标准值12000kPa。3、地下水场区地下水在勘察深度范围内未见,地下水对混凝土无侵蚀性。1.1.3 设计规范(1)《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)(2)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)(3)《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77—98)(4)《混凝土结构设计规范》(GBJ10-89)1.1.4 设计荷载(1)恒载:包括结构自重、桥面二期恒载按、预加力、混凝土收缩和徐变的影响、温度变化的影响;(2)设计荷载:城—A 级,人群荷载:3 ;2kNm(3)特殊荷载:施工荷载等。1.2 桥型方案1.2.1 概述建造在城市中的桥梁特别是大型桥梁,是城市交通中重要的工程构筑物。由于桥位所处位置的特殊性,城市桥梁的设计准则与一般公路桥梁有所不同,除了要考虑桥梁本身结构要求外,还应符合使用要求,交通发展和城市发展要求,按照实用、安全、经济、美观的原则进行设计。桥梁设计原则:(1)实用性 桥梁必须实用,要有足够的承载能力,能保证行车的顺畅、舒适和安全;既满足当前的需要,又要考虑今后的发展;既满足交通运输本身的需要,也要考虑到支援农业,满足农田排灌的需要;通航河流上的桥梁,应满足航运的要求;靠近城市、村镇、铁路及水利设施的桥梁,还应结合各有关方面的要求,考虑综合利用;桥梁还应考虑在战时适应国防的要求;在特定地区,桥梁还应满足特定条件下的特殊要求(如地震等) 。(2)安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度,要控制桥梁的竖向与横向振幅,避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件,在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。(3)经济性 评价一座桥的经济性可从以下几个方面进行:造价、工期、及养护维修。设计的经济性一般应占首位。在满足要求的前提下一定要尽可能降低成本。(4)美观性 在实用、安全和经济的前提下,尽可能使桥梁具有优美的外形,并与周围环境相协调,这就是美观的要求。合理的轮廓是美观的主要因素。在城市和游览地区,要注意环保问题,较多地考虑桥梁的建筑艺术。但是不要把美观片面地理解成豪华的细部装饰,在这方面增加很多费用是不妥当的。1.2.2 结构形式由设计任务知该桥的设计总长度为 150m,属大桥。大跨度城市桥中常采用的桥梁型式有:简支梁桥、连续梁桥、拱桥等。现将各类桥型的优缺点叙述如下:1.简支梁:桥型选用简支梁时截面一般用 T 形截面,T 型梁结构受力明确,设计及施工经验成熟,跨越能力大,施工可采用预制吊装的方法,施工进度较快。(1)孔径布置:5×30m ,全长 150m。3030303030图 1.1 支梁整体构造图(2)结构构造:该桥采用五跨简支梁桥,梁截面采用带马蹄的 T 型截面。图 1.2 简支梁桥横断面图简支梁具有受力明确;受无缝钢轨因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小;易做到设计标准化、制造工厂化,安装架设方便,施工速度快;不怕支点的沉降,各桥墩受力均匀下部结构可得到最大程度的优化;无须加大支座处的梁高等优点。缺点:梁高较大,景观稍差;行车条件不如连续梁。2.连续梁:当选用连续梁时,断面形式大部分采用箱梁截面。箱梁是一种实用而完美的桥梁型式,由于其良好的整体受力性能、舒展挺拔的外型,在国内外现代的市政桥梁、轨道交通高架桥领域占据着主导地位。箱梁抗扭刚度大,整体受力和动力稳定性能好,外观简洁美观,行车平稳,冲击性小,适应性强,在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用,且其施工技术成熟,造价适中。(1)孔径布置:40m+70m+40m,全长 150m,边跨约为中跨的 0.57 倍。40 70 40图 1.3 预应力混凝土连续梁桥(2)结构构造:从预应力混凝土桥梁的受力特点来分析,连续梁的立面宜采用变截面布置。根据已建成桥梁的资料分析,支点梁高:H=(1/16~1/20)l=(1/16~1/20)×70m=(2.8~3.5)m, 取 H=3.5m。中跨跨中梁高:h=(1/30~1/50)l=(1/30~1/50)×70m=(1.4~2.33)m,取 h=1.8m。为方便计算与施工,边跨跨中梁高采用与中跨相同的值。因此,该桥采用三跨连续梁桥,梁截面采用变截面的单箱三室预应力混凝土箱形截面,支点梁高为 3.5m,跨中梁高 1.8m。图 1.4 连续梁桥横断面图与同宽度的简支梁相比可降低梁高,节省工程数量,有利于争取桥下净空,并改善景观;其结构刚度大具有良好的动力特性以及减震降噪作用,使行车平稳、舒适,后期的维修养护工作也较小;从城市美学效果来看,连续梁造型轻巧、平整、线条流畅,将给城市增色不小。不足之处:对基础沉降要求较严,特别是由于联长较大,桥上无缝钢轨因温度变化而产生的水平力较大,使得梁体与墩台之间的受力十分复杂,加大了设计的难度;万一孔被破环时,修复困难。3.组合拱桥: (1)孔径布置:40m+70m+40m。拱肋的失跨比为 1/7(1/5~1/8)。图 1.5 桥梁横断面图(2)结构构造:主桥采用中承式梁拱组合桥(也称为系杆拱桥)。加劲纵梁梁截面采用单箱四室预应力混凝土箱形梁截面;拱肋采用钢管混凝土双片拱肋,其截面采用圆端形截面。图 1.6 拱桥横断面图拱式结构在竖向荷载作用下,支撑处不仅产生竖向反力,而且还会产生水平推力。正式这个水平推力的存在,使得拱的弯矩将比相同跨径的梁的弯矩小很多,整个拱主要承受压力。这样拱不仅可以利用钢、钢筋混凝土等材料来修筑,而且还可以更具拱的这个受力特点,充分利用抗压性能好而抗拉性能较差的圬工材料来修筑。由于拱桥自重较大,相应的水平推力也较大,要求有庞大的墩、台和良好的地基,拱桥施工难度高,造价高,工期长,同时该工程属于城市桥梁,桥料两岸接线的工程量增大,或者使桥面纵坡增大,既增加了造价又行车不利。1.3 拟定方案1.3.1 外形比较从结构外形上看,比较以上几种方案来说拱形的造型更新颖、美观,有利于与周围环境相协调,因而更适合于城市桥梁;连续梁形是城市桥梁中较多采用的方案型式,其结构合理、工艺成熟;简支梁形桥,外形简单,制造方便,肋内配筋可做成刚劲的钢筋骨架,主梁之间借助横隔梁连接,整体性较好,接头也较方便。1.3.2 施工比较从施工难度看,拱桥的施工稍复杂,且工期也较长;连续梁桥的施工使桥的整体性较好,且施工工期较短;简支梁桥由于上部结构采用工厂预制,其上下部及结构的施工可同时进行,但构件的截面形状不稳定,运输和安装较麻烦;横向接头正好位于桥面板的跨中,对板的受力不利。总的来说上述方案都符合了安全、功能的要求,因此应该从经济、美观方面选择造价低、施工期短、使用效果好、结构轻巧美观的方案作为推荐方案。经综合考虑后,本设计选用三跨连续箱型梁桥作为最终的设计方案。与其它结构体系相比,连续箱型梁桥技术成熟,占用施工场地少,施工方便,维修工作量小,养护工程量小,造价相对而言较低,且全桥有较好的抗震性能。1.3.3 拟定桥型方案初步设计(1)孔径布置:40m+70m+40m,全长 150m,边跨约为中跨的 0.6 倍。40 70 40图 1.2 预应力混凝土连续梁桥(2)结构构造:该桥采用三跨连续梁桥,梁截面采用变截面的单箱三室预应力混凝土箱形截面,支点梁高为 3.5m,跨中梁高 1.8m。图 1.3 连续梁桥横断面图(3)桥墩及基础:结合本设计的地质情况,柱式桥墩是最合适的墩型,与济南阳光新路大桥 2 号桥的要求非常吻合。柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁和立交桥及中小跨度铁路旱桥中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料,又比较美观、结构轻巧,桥下通视情况良好。因此桥墩采用双柱墩,柱径为 1.6m。桥墩基础采用钻孔灌注桩,采用的桩径为 1.8 米,桩长度为 20 米,以使其承载在花岗岩微风化带上。(4)施工方案:上部结构施工采用整体式支架现浇施工法,即在支架上在安装模板,绑扎、安装钢筋骨架,预留孔道,后在现场浇注箱梁混凝土,而后施加预应力。第二章 主梁设计2.1 上部结构细部尺寸拟定2.1.1 跨径布置图 2.1 跨径布置(单位:m)根据连续梁桥受力特点,大中桥跨径的连续梁桥一般宜采用不等跨布置。一般边跨与中跨之比为 0.5-0.8,对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值,以增加边跨刚度,减小活载弯矩的变化幅度,减少预应力筋的数量。本桥取边跨与中跨之比约 0.6,分跨为 40m+70m+40m=150m。全桥为整体式满堂支架现浇法施工。考虑桥梁收缩变形,在跨中布置一个固定支座,可以使桥梁在两个方向收缩或伸长。2.1.2 箱梁尺寸拟定由公路桥涵设计通用规范查得,设计时速 60km/h,车道宽度为 3.50m,本桥为四车道,故拟定桥面宽度为 19m,单箱三室截面适用于顶板宽度 25m 左右的桥梁,故采用单箱三室箱型截面,设有中间分隔带,人行道,护栏。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受压要求,并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内,所以取支座处底板厚度为 35㎝。梗腋提高了截面抗扭刚度和抗弯刚度,减少了扭转剪应力和畸变剪应力。桥面板支点刚度加大后,可以吸收负弯矩,从而减少桥面板跨中正弯矩。从构造上考虑,利用梗腋所提供的空间便于布置纵向预应力筋和横向预应力筋,同时也为减薄顶板和底板厚度提供了构造上的保证。顶板和底板梗腋均采用 1:1的形式(20㎝×20㎝) 。因此设计截面形式为单箱三室,全桥采用变截面。桥面横坡为 1.5%,桥面纵坡为 0%,人行道横坡 1.5%,桥面横向布置为:1m (人行道)+0.5×2(路缘带)+1m(中间带)+0.25×2(安全带)+0.25×2(护栏)+14m(双向四车道)+1m(人行道)=19m 。支点梁高为 350cm,翼缘板伸出部分长为 200cm,腹板厚 45cm,底板宽为 1500cm,顶板厚 25cm,底板厚 35cm。跨中梁高为180cm,翼缘板伸出部分长为 200cm,腹板厚 30cm,底板宽为 1500cm,顶板厚 25cm,底板厚 25cm。在腹板与顶板交界处设置 20cm×20cm 的梗腋,腹板与底板交界处设置20cm×20cm 的梗腋。箱梁截面具有很大的抗扭刚度,所以横隔板的布置可以比一般肋形桥梁少一些。支座处设置宽度为 100cm 的横梁,跨中均不设横隔板,并在其与顶板、底板连接处设 50×50cm 倒角。具体尺寸见下图×20×20图 2.2 箱梁构造图 (单位:cm)2.1.3 桥面构造高速公路、一级公路上桥梁的水泥混凝土桥面铺装层厚度不一小于 8cm,取 9cm。桥面横坡 1.5%,为使主梁构造简单,通常横坡不再设在墩台顶部,而直接设在行车道板上。先铺设一层厚度变化的混凝土三角垫层形成双向倾斜,再铺设等厚的铺装层。一级公路上的桥梁必须设置护栏。因此该桥桥面构造,桥面采用 厚的 C40 防水混凝土,上加 厚的沥9cm2cm青混凝土作为铺装层,共计 厚。利用桥面铺装设置桥面 1.5%横坡。1人行道采用预制装配式,并按预制块件分块搁置安装于箱梁悬臂板上。2.2 内力计算2.2.1 有限元模型的建立1.有限元原理用杆系结构模拟实际结构,也是有限元分析中最常用的方法,有建模简单、加载方便、结果直观易懂的特点。进行桥梁结构分析,首先必须根据分析对象和要求,选择恰当的数值分析模拟模型,对结构进行相应的力学抽象、简化和离散,即进行结构建模,然后
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