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桥梁全长150m公路Ⅰ级跨径5×30米预应力连续梁桥(计算书79页,答辩PPT19页).rar

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    编号:20180915223405613    类型:共享资源    大小:5.85MB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    桥梁 全长 150 公路 级跨径 30 预应力 连续 计算 79 答辩 PPT19
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    摘 要 本设计题目为 公路预应力混凝土连续梁桥设计 ,桥梁跨径布置为 5x30m,两车道,上部结构采用先简支后连续的预应力混凝土连续 T 型梁桥。简支转连续是桥梁施工中较为常见的一种方法 , 该施工方法的主要特点是施工方法简单可行,施工质量可靠,实现了桥梁施工的工厂化、标准化和装配化。目前随着高速公路的发展,为改善桥梁行车的舒适性,简支转连续梁桥在中、小跨径的连续梁桥中得到了广泛地应用。 本设计利用 Midas Civil 软件进行结构分析,根据桥梁的尺寸拟定建立桥梁基本模型,然后进行内力分析,计算配筋结果,进行施工各阶段分析及截面验算。同时,必须要考虑混凝土收缩、徐变次内力和温度次内力等因素的影响。 本设计主要是预应力混凝土连续梁桥的上部结构设计,设计中主要进行了桥梁总体布置及结构尺寸拟定、桥梁荷 载内力计算、桥梁预应力钢束的估算与布置、桥梁预应力损失及应力的验算、次内力的验算、主梁截面应力验算。 最后,经过分析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 :简支转连续 T 梁 预应力 Midas Civil 钢束Abstract The design prestressed concrete continuous girder bridge, the bridge span arrangement for the 5x30m,two-lane,the upper structure with simply supported Continuous prestressed concrete continuous T-beam bridge. Simply supported continuous construction of the bridge a more common method of construction,the main features of the construction method is simple and feasible,the construction qualit,the factory realized the bridge construction,and assembly of standardization. With the current high road of development, to improve the driving comfort of the bridge,simply supported continuous beam bridge in the small span continuous bridge has been widely applied. This design using the Midas Civil software analysis the structure,according to the size of the bridge,the basic model establishment bridge worked,then force analysis, calculation results of reinforced, for each phase analysis and construction. At the same time, must consider the concrete shrinkage,Creep force times and temperature resultant times factors. The design of prestressed concrete continuous girder bridge is mainly the upper structure design, in the design of the main bridge layout and structure size, load calculation,bridge prestressing tendons estimation and layout,the loss of prestress and stress of the bridge,the resultant checked, section stress calculation girder. Finally,after analysis shows that the design calculation method of calculating the internal force distribution,reasonable,comply with the design requirements of the task. Key words: simply supported continuous T-beam bridge prestressed Midas Civil the steel beam 目 录 第 1 章 绪论 ......................................................................................................................... 1 1.1 预应力混凝土连续梁桥的特点 .......................................................................... 1 1.2 先简支后连续预应力混凝土连续梁桥的发展 .................................................. 2 第 2 章 Midas 简介 ............................................................................................................. 3 2.1 简介 ...................................................................................................................... 3 2.2 Midas 使用说明 .................................................................................................... 4 2.3 具体参数输入 ...................................................................................................... 4 第 3 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 ............................................................................. 5 3.1 设计基本资料 ...................................................................................................... 5 3.1.1 设计标准 ..................................................................................................... 5 3.1.2 主要材料规格 ............................................................................................. 7 3.1.3 设计计算依据 ............................................................................................. 7 3.1.4 基本计算依据 ............................................................................................. 7 3.2 设计要点及结构尺寸拟定 .................................................................................. 9 3.2.1 设计要点 ..................................................................................................... 9 3.2.2 结构尺寸拟定 ............................................................................................. 9 3.2.3 横截面沿跨长的变化 ............................................................................... 13 3.2.4 横隔梁的设置 ........................................................................................... 13 3.2.5 毛截面几何特性计算 ............................................................................... 13 第 4 章 主梁作用效应计算 ............................................................................................... 17 4.1 结构自重作用效应计算 .................................................................................... 17 4.2 汽车荷载作用效应计算 .................................................................................... 25 4.2.1 冲击系数和车道折减系数 ....................................................................... 26 4.2.2 计算主梁的荷载横向分布系数原理 ....................................................... 27 4.2.3 用 Midas Civil 算汽车荷载内力 .............................................................. 28 4.3 温差应力计算 .................................................................................................... 32 4.4 支座沉降内力计算 ............................................................................................ 34 4.5 内力组合 ............................................................................................................ 35 4.5.1 按承载能力极限状态设计 ....................................................................... 35 4.5.2 按正常使用极限状态设计 ....................................................................... 36 4.5.3 计算结果 ................................................................................................... 37 第 5 章 钢束预应力筋的设计与布置 ............................................................................... 39 5.1 钢束估算 ............................................................................................................ 39 5.1.1 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估束 ............................... 39 5.1.2 按正常使用极限状态截面压应力要求估算 ........................................... 41 5.1.3 按承载能力极限状态的应力要求计算 ................................................... 43 5.1.4 估算结果 ................................................................................................... 44 5.2 钢束布置 ............................................................................................................ 45 第 6 章 预应力损失及有效预应力计算 ........................................................................... 48 6.1 基本理论 ............................................................................................................ 48 6.2 预应力损失计算方法 ........................................................................................ 48 6.2.1 后张法由预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失 ....................... 48 6.2.2 后张法由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值引起的应力损失 ........... 49 6.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的应力损失 ........................................... 50 6.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损失终极值 ....................................... 50 6.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 ................................... 50 6.2.6 截 面预应力损失合计和有效预应力 ....................................................... 52 第 7 章 主梁截面验算 ....................................................................................................... 53 7.1 持久 状况承载能力极限状态验算 .................................................................... 53 7.1.1 正截面抗弯承载力验算 ........................................................................... 53 7.1.2 使用阶段预应力混凝土受 压区混凝土最大压应力验算 ....................... 57 7.1.3 预应力钢筋中的拉应力验算 ................................................................... 58 7.1.4 使用阶段斜截面抗剪验算 ....................................................................... 59 7.2 持久状况正常使用极限状态 应力验算 ............................................................ 62 第 8 章 结论和展望 ........................................................................................................... 65 8.1 结论 .................................................................................................................... 65 8.2 展望 .................................................................................................................... 66 参考文献 ............................................................................................................................. 67 致谢 ..................................................................................................................................... 68 附录 I 外文翻译 ................................................................................................................ 69 附录 A 外文原文 ..................................................................................................... 69 附录 B 译文 ............................................................................................................. 73 附录 II 图纸 ....................................................................................................................... 76石家庄铁道大学毕业设计 1 第 1 章 绪论 1.1 预应力混凝土连续梁桥的特点 连续梁桥结构体系具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强等优点。因而常常成为高速 公路桥梁建设中首选的方案。连续梁桥是具有两跨或两跨以上连续的梁桥,属于超静定体系。 连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下,主梁的跨中截面承受正弯矩,中间支点截面承受负弯矩,通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大 , 而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用,使内力状态比较均匀合理,因而梁高可以减小,节省材料,且刚度大,整体性好,超载能力大,安全度大,桥面伸缩缝少。连续梁桥通常是将 3~ 5 孔做成一联,在一联内没有桥面接缝,行车较为顺适。连续梁桥施工时,可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。近几十年,在设计预应力混凝土连续梁时,成功地采用了先简支后连续的施工方法,即先期预制并简支安装具有半成品意义的 T 梁段,预制 T 梁时完成正弯矩预应力施加,并在 T 梁顶板内预留负弯距预应力束孔道 ;架设安装完成之后,后浇筑钢筋混凝土连续湿接头,达到强度后施加负弯矩预应力,然后解除临时支座,达到整联桥梁连续的目的。连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩及存在体系转换,所以构造比较复杂。此外,连续梁桥的主梁是超静定结构,墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化。因此,连续梁一般用于地基条件较好、跨径较大的桥梁上。 预应力混凝土连续梁桥是其主要结构形式,由于预应力结构可以有效地避免混凝土开裂,能充分发挥高强材料的特性,促使结构轻型化,预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力,它具有接缝少、刚度 好、行车平顺舒适等优点,在 30~ 120m 跨度内常是桥型方案比选的优胜者。而横张预应力混凝土技术在 T型梁、箱型梁、空心板桥三座常规跨径简支梁桥中的应用,取得了明显的技术经济效益。为拓宽横张预应力技术的应用范围,将其应用到更大跨度的连续梁桥中就显得尤为必要了。加上这种桥型的设计施工均较成熟,施工质量和施工工期能 得到控制,成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在 150m 左右 ,上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。 石家庄铁道大学毕业设计 2 1.2 先简支后连续预应力混凝土连续梁桥的发展 简支转连 续是连续梁桥施工中较为常见的一种方法。一般先架设预制主梁,形成简支梁状态;进而再将主梁在墩顶连成整体,最终形成连续梁体系。该施工方法的主要特点是施工方法简单可行,施工质量可靠,实现了桥梁施工的工厂化、标准化和装配化。概括地讲简支转连续施工法是采用简支梁的施工工艺,却可达到建造连续梁桥的目的。目前随着高等级公路的发展,为改善桥梁行车的舒适性,简支转连续梁桥在中、小跨径的连续梁桥中得到了广泛的应用。 在简支转连续连续梁桥中由简支状态转化为连续梁状态的常见方法有以下几种: (1)将主梁内的普通钢筋在墩顶连续; (2)将主梁内纵向预应力钢束在墩顶采用特殊的连接器进行连续; (3)在墩顶两侧一定范围内的主梁上部布设局部预应力短束来实现连续。 第一种方法虽然简单易行,但常在墩顶负弯矩区内发生横向裂缝,影响桥梁的正常使用。方法二的效果最好,但施工很困难,故一般不采用。第三种方法不仅施工可行,并且具有方法二的优点,同时又克服了仅采用普通钢筋连续的开裂问题。所以一般简支转连续梁桥多采用墩顶短束与普通钢筋连续这样的构造处理来实现简支转连续。 由于简支转连续梁桥在施工过程中常存在体系转换,那么必须依据具体的施工过程来分析结构的受 力。施工的第一阶段是形成简支梁,此阶段主梁承受一期横载自重产生的内力及在简支梁上施加的预应力;第二阶段首先浇筑墩顶连续段混凝土,待混凝土达到要求的强度后张拉墩顶负弯矩束(局部短束),最终形成连续梁。连续梁成桥状态主要承受二期横载、活载、温度、支座沉降产生的内力以及负弯矩束的预加力、预加力的二次矩、徐变二次矩等。由上面的分析可知,简支转连续梁桥跨中正弯矩要比现浇一次落架大,而支点负弯矩要比现浇一次落架小。因此,在主梁内要配置足够数量的正弯矩束筋,以满足连续梁状态的承载要求和简支状态下承受结构自重和施工荷载的要 求。 简支转连续梁桥施工程序对结构内力也有一定影响。目前施工有两种做法:一种是先将每片简支梁转换为连续梁后,再进行横向整体化;另外一种做法是先将简支梁横向整体化后,再进行结构的体系转换。前者按平面结构进行计算分析较为合理;而后者体系转换后已属空间结构,要进行较为精确分析,较为复杂 。 石家庄铁道大学毕业设计 3 第 2 章 Midas 简介 2.1 简介 Midas Civil 世界一流的桥梁结构分析软件, Midas Civil 是个通用的空间有限元分析软件,可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。 特别是针对桥梁结构, Midas Civil 结合国内的规范与习惯,在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能,目前已为各大公路、铁路部门的设计院所采用。 Midas Civil 的主要特点如下: (1)提供菜单、表格、文本、导入 CAD 和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能,并尽可能使鼠标在画面上的移动量达到最少,从而使用户的工作效率达到最高。 (2)提供刚构桥、板型桥、箱型暗渠、顶推法桥梁、悬臂法桥梁、移动支架 /满堂支架法桥梁、悬索桥、斜拉桥的建模助手。 (3)提供中国、美国、英国、德国、欧洲、日本 、韩国等国家的材料和截面数据库,以及混凝土收缩和徐变规范和移动何在规范。 (4)提供桁架、一般梁 /边截面梁、平面应力 /平面应变、只受拉 /只受压、间隙、钩、索、加劲板轴对称、板 (厚板 /薄板、面内 /面外厚度、正交各向异向 )、实体单元 (六面体、楔形、四面体 )等工程实际时所需的各种有限元模型。 (5)提供静力分析 (线形静力分析、热应力分析 )、动力分析 (自由振动分析、反应谱分析、时程分析 )、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、动力边界非线形分析、几何非线形分析 (P-delta 分析、大位移分析 )、优化索力、屈曲分析、移动荷 载分析 (影响线 /影响面分析 )、支座沉降分析、热传导分析 (热传导、热对流、热辐射 )、水化热分析 (温度应力、管冷 )、施工阶段分析、联合截面施工阶段分析等功能。 (6)在后处理中,可以根据设计规范自动生成荷载组合,也可以添加和修改荷载组合。 (7)可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本。提供静力和动力分析的动画文件;提供移动荷载追踪器的功能,可找出指定单元发生最大内力 (位移等 )时,移动荷载作用的位置;提供局部方向内力的合力功能,可将板单元或实体单元上任意位置的接点力组合成内力。 石家庄铁道大学毕业设计 4 (8)可在进行结构分 析后对多种形式的梁、柱截面进行设计和验算。 2.2 Midas 使用说明 下面简要介绍一下此次用 Midas Civil 建立连续梁模型的步骤和方法: (1)定义材料和截面 (2)建立结构模型 (3)输入荷载:恒荷载,钢束特性和形状、钢束预应力荷载。 (4) 输入移动荷载数据:选择移动荷载规范,定义车道,定义车辆移动荷载工况。 (5) 定义施工阶段。 (6) 运行结构分析并查看分析结果。 (7) PSC 设计 (预应力混凝土梁 ): PSC 设计参数确定,运行设计,查看设计结果表格和图形。 2.3 具体参数输入 (1)使用的材料 混凝土:主梁采用 JTG04(RC)规范的 C50 混凝土, 钢材: 采用 JTG04(S)规范,在数据库中选 Strand1860。 (2)荷载 恒荷载:自重,在程序中按自重输入,由程序自动计算。 预应力:钢束 1(φ15.2 mm× 9),截面面积: A =1260mm2, 孔道直径 :80mm ;钢束 2(φ15.2 mm× 5),截面面积: A =700mm2, 孔道直径 :50mm,钢筋松弛系数 (开 ),选择 JTG04 和 0.3(低松弛 ), 超张拉 (开 ), 预应力钢筋抗拉强度标准值 (fpk): 1860N/mm2,预应力钢筋与管道壁的摩擦系数 :0.25,管道每米局部偏差对摩擦的影响系数:0.0025(1/mm),锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值:开始点: 6mm、结束点: 6mm,张拉力:抗拉强度标准值的 75%,张拉控制应力 1395MPa。 移动荷载:公路工程技术标准 (JTG B01-2003) ,公路Ⅰ级,车道荷载,即 CH-CD。 (3)徐变和收缩 条件:水泥种类系数 (Bsc): 5 (5 代表普通硅酸盐水泥 ), 28 天龄期混凝土立方体抗压强度标准值 , 即标号强度 (fcu, f): 50N/mm2,长期荷载作用时混凝土的材龄: 0t = 5 天,混凝土与大气接触时的材龄: st 3 天,相对湿度: %70RH 。 (4)构件理论厚度:程序计算 。 石家庄铁道大学毕业设计 5 第 3 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 3.1 设计 基本 资料 3.1.1 设计标准 ( 1)设计荷载:公路 Ⅰ 级 ( 2) 跨径: 5× 30m, 施工方法为简支转连续;桥梁布置图立面图见图 3-1 ( 3)行车道宽度: 桥梁净宽 12.25m 桥梁宽度: 0.5m(防撞护栏) +1.5m(人行道 )+3.75× 2(行车道) +0.75m(分隔带) +1.5m(人行道 )+0.5m(防撞护栏) =12.25m; 桥梁布置横断面见图 3-2 ( 4) 主梁片数:单幅, 5 片 T 梁 ( 5)地震烈度:基本烈度为六级 ( 6)设计最大风速: 11.7m/s ( 7) 结构重要性系数: 1.1 ( 8) 温度:梁截面温度变化如下图 石家庄铁道大学毕业设计 6 图 3-1 桥跨总体布置立面图(尺寸单位: cm) 图 3-2 桥跨总体布置横断面图(尺寸单位: cm)
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