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清江大桥施工图设计2.rar

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    清江 大桥 施工图 设计
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    清江大桥施工图设计I清江大桥施工图设计摘 要本设计为清江大桥施工图设计。根据设计任务书提供的设计资料与要求,依据现行公路桥梁设计规范,结合“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则,确定该桥梁方案为:60.5m+90m+60.5m 的三跨全预应力混凝土连续刚构桥。主梁采用单箱单室截面,根部高6.25m,跨中高2.5m,梁高按二次抛物线变化;主墩采用双肢薄壁墩,宽8.0m,厚度2.2m,墩高为43.5m。主梁施工采用悬臂现浇,边跨采用满堂支架施工。采用Midas软件计算桥梁结构的内力及内力组合,进行预应力钢筋的估算与配置。根据《公预规》的规定,对该桥梁进行了截面强度验算、抗裂验算、持久状况构件的应力验算和挠度验算,验算结果表明该设计是合理的,该桥梁的各项性能在设计年限内均能满足的要求。关键词:连续刚构桥;二次抛物线;双肢薄壁墩;Midas软件清江大桥施工图设计IITHECONSTRUCTION DESIGN OFLIANG HEKOU’S BRIDGEABSTRACTThisdesignisabouttheconstructiondesignofQingjiangBridge.Accordingtothedataof design and request provided by the design assignment and the present Specifications ofHighway Bridge, combining with the principia of bridge design that is “utility, economy,safety, beauty” confirm that the bridge is a three -span prestressed concrete continual rigidframebridge,whichthespanis60.5m+90m+60.5m.Thebeamisdesignedtoasinglecellboxgirder,thedepthofbeamatpieris6.25m,and2.5matmid-span,thedepthischangedbyparabolawithpowerof2.Thepierisdesignedtotwin-limbthinpier,thewidthis8.0mandthethicknessis2.2m,thedepthofthepieris43.5m.Usingthecast-in-cantievertoconstructthebeamandthefullsupporttofoldthesidespan.UsingMidassoftwareistogettheinternalforceofthestructuresandthecompositionofinternalforce.Forthis,wecanevaluatetheamountoflongitudinaltendonsanddistributethe tendons to the bridge. According to Code for Design of Highway Reinforce andPrestressed concrete Bridges and Culverts we deed some checking, that includes theload-caringcapacityultimatestateandthenormalserviceabilityultimatestateaswellasthemainsection’sbeingoutofshape.Theconclusioncanbedrawnthatthedesignisuptotheassignment.Key words: continualrigidframebridge;parabolawithpowerof2; cast-in-cantiever;Midassoftware清江大桥施工图设计目录1概况与方案比选......................................................................................................................11.1工程概况......................................................................................................................11.2技术标准......................................................................................................................11.3技术规范......................................................................................................................11.4方案比选......................................................................................................................21.4.1连续刚构桥的发展现状与趋势......................................................................21.4.2比选方案..........................................................................................................41.4.3推荐方案..........................................................................................................72结构尺寸拟定和材料选用......................................................................................................92.1结构尺寸的拟定..........................................................................................................92.2主要材料....................................................................................................................103结构内力计算........................................................................................................................123.1有限元建模...............................................................................................................123.1.1单元的划分...................................................................................................123.1.2施工过程中各种荷载的计算.......................................................................133.2恒载作用下的内力值................................................................................................133.3汽车荷载内力计算....................................................................................................153.3.1冲击系数的计算............................................................................................153.3.2车道布置........................................................................................................163.3.3汽车荷载效应内力........................................................................................163.4温度内力计算...........................................................................................................183.5基础沉降内力计算...................................................................................................203.6荷载组合...................................................................................................................223.6.1承载能力极限状态计算时作用效应组合...................................................223.6.2正常使用极限状态计算时作用效应组合...................................................254预应力钢束的估算及布置....................................................................................................304.1预应力钢筋数量估算................................................................................................30清江大桥施工图设计4.1.1按正常使用极限状态的正截面抗裂要求估束............................................304.1.2.按承载能力极限状态的应力要求计算.......................................................334.2预应力钢束的布置...................................................................................................355预应力损失计算....................................................................................................................386配束后的内力组合................................................................................................................446.1承载内力极限状态组合............................................................................................446.2短期作用组合............................................................................................................456.3长期作用组合............................................................................................................477截面强度验算........................................................................................................................498抗裂验算................................................................................................................................538.1正截面抗裂验算........................................................................................................538.2斜截面抗裂验算........................................................................................................549持久状况构件的应力验算....................................................................................................569.1正截面混凝土压应力验算........................................................................................569.2预应力钢筋拉应力验算............................................................................................579.3混凝土主压应力验算................................................................................................5810 短暂状态应力验算.............................................................................................................6011挠度验算和预拱度计算......................................................................................................6211.1挠度验算..................................................................................................................6211.2预拱度计算..............................................................................................................63设计总结与致谢.......................................................................................................................65参考文献...................................................................................................................................66清江大桥施工图设计第 页 共78页11概况与方案比选1.1工程概况清江大桥为一座三跨全预应力混凝土连续刚构桥,工程范围K45+343.95~K45+564.95。跨径布置为60.5m+90m+60.5m。上部箱梁采用单箱单室断面,箱梁跨中高度为2.5m,主墩顶高度为6.25m,上部结构共计两个T,施工采用四套挂篮悬臂对称浇筑,由于边跨比为0.627,边跨采用满堂支架施工。1.2技术标准1.设计汽车荷载等级:公路–I级。2.桥面横坡:单面横坡2%。3.桥面宽度:0.5m(防撞栏)+13m(行车道)+0.5m(防撞栏)+2m(中央分隔带)+0.5m(防撞栏)+13m(行车道)+0.5m(防撞栏)4.设计洪水频率:1%,设计洪水位(1%)。5.地震动参数:本桥所处地区地震基本烈度为6度,按7度设防。6.温度荷载:桥面升降温按规范确定。7.支座变位:考虑4个墩台分别沉降2cm的组合叠加效应。1.3技术规范1.中华人民共和国交通部部标准《公路工程技术标准》 (JTGB01-2003)2.中华人民共和国交通部部标准《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)3.中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)4.中华人民共和国交通部部标准《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)5.中华人民共和国交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)6.中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)7.中华人民共和国交通部部标准《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)清江大桥施工图设计第 页 共78页21.4方案比选1.4.1连续刚构桥的发展现状与趋势随着高速交通的迅速发展,要求行车平顺舒适,多伸缩缝的T型刚构也不能很好满足要求,因此连续梁得到了迅速的发展。悬臂施工时,梁墩临时固结,合拢后粱墩处改设支座,转换体系而成连续梁。连续粱除两端外其他无伸缩缝,有利于行车,但需梁墩临时固结和转换体系;同时需设大吨位盆式支座,费用高,养护工作量大于是连续刚构应运而生,近年来得到较快的发展。其结构特点是梁体连续、梁墩固结,既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点,又保持了T型刚构不设支座、不需转换体系的优点,方便施工,且有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度。因此,连续刚构桥在国内外的桥梁建设中被采用的越来越多[8]。在连续刚构桥中,墩的抗推剐度小,温度内力就小。一般连续刚构适用于高墩的场台;如果墩身不够高,也可设计成柔性的桩基,使墩具有较小的抗推刚度。在墩身的布置上,一般采用双壁墩身,其抗推刚度仅为墩身绕自身形心轴抗推刚度之和,而不是绕桥墩中心线的抗推刚度,因而较小。双壁墩也可减小梁的负弯矩峰值,而且又有较大的抗弯刚度,除墩身绕自身形心轴的抗弯刚度之和外,还有更大的双壁形成的抗弯刚度,可以保持桥面的平整。双壁墩身一般为箱形截面,近来有往单室箱方向发展的趋势。随着设计水平的提高,连续刚构长度不断增大,目前国内最长的连续刚构是黄石长江大桥,跨径是162.5m+3×245m+162.5全长1060m。在条件适宜下,总长可以进一步增大到1200m或更长。为了防止温度内力过大,连续刚构总长不宜过大。在某些场合下,可以采用连续刚构与连续梁桥相结合的结构体系。中国东明黄河大桥跨径75m+7×120m+75m,由于墩高仅9.1m。8个主墩中,中间4个墩梁墩固结,为连续刚构。两侧各2个墩上设滑动支座,为连续梁,成为连续刚构和连续梁相结合的结构体系,可以减小温度内力。江河中的连续刚构双壁墩,通常不能承受船撞力的直接撞击,必须采取措施,防止船只碰撞。连续刚构桥的边、主跨跨径比在0.5~0.692之间,但0.5仅在下部为刚性墩的美国Houston桥上应用,超过0.6的也仅是少数几座桥,大部分在0.55~0.58之间。经研究分析表明,边、主跨跨径比在0.54~0.56之间,或再稍大一些时,有可能在边跨悬臂端以导梁支承于边墩上,合拢边跨,而取消落地支架。今后连续刚构边、主跨跨径比,更可能趋向于这个范围。梁的截面形式基本都采用单室箱。如果顶宽更大,则往往分上、下清江大桥施工图设计第 页 共78页3行,修成双幅桥,截面为两个分离单室箱,如虎门大桥辅航道桥。连续刚构桥箱梁根部的高跨比为1/15.7~1/20.6,其中大部分为1/18左右,近年来已有一些桥达到甚至低于1/20。主跨中部箱梁的高跨比为1/46.2~1/85.1,其中大部分为1/54-1/60,并有下降的趋势。中国最小为南澳跨海大桥的1/73.7。梁高跨比的下降,是上部构造趋于轻型化的表现。最值得注意的是才建成的RaftSundet桥,由于跨中采用了轻质混凝土,减轻了自重,并选用了较小的跨中高度,使该桥无论是跨中或根部的高跨比都达到了最低值的1/85.1和1/20.6,值得借鉴。在设计过程中,体会到梁底按一般常用的2次抛物线时,往往在L/4~L/8,从而缓和了这个区域底板应力紧张情况,根部高跨比也已达到l/20,并还有进一步减小根部高度的潜力。珠海大桥的梁底也已用1.8次方的抛物线。采用幂次为1.5~1.8的抛物线,已开始推广采用。顶板的厚度,已由28cm减小为25cm。但进一步减小的可能已不大。底板的最大厚度,随着设计经验的丰富,以及采用高强混凝土,有减薄的趋势。已有几座桥,根部最大底板厚跨比达到或小于1/200,其中以虎门大桥辅航道桥为最小,为1/207.7。值得强调的是挪威的 RaftSundet桥,由于自重轻及采用高强混凝土,其最大底板厚仅120cm,为跨径的1/248.3,远远小于中国,足以说明采用轻质混凝土有良好的经济效益。腹板的最小厚度一般为40cm,个别的更小为35cm,有的采用50cm或更大些,最大厚度为55~80cm,其中虎门大桥辅航道桥采用40~60cm,比门道大桥65~75cm要小不少。值得注意的是挪威的 RaftSunder桥,其腹板厚度仅30~40cm,比中国的桥都小,其经验值得借鉴。箱梁板件尺寸的减小,意味着部构造的轻型化,这是连续刚构桥发展中的又一趋势。因为腹板较薄,其主拉应力的控制应特别重枧。目前,中国修建连续刚构桥的热潮仍在继续中。跨径280m的奉节长江大桥的设计正在进行中。在伶仃洋通道横门东航道桥工程中,已有公司提出了跨径318m的连续刚构方案。可以预计,在不久的将来,跨径300m以上的连续刚构桥必须将在中国出现。结构的轻型化,可以减少上下部构造的自重和材料用量,可以减轻对挂篮的要求,可以经济造价。由于采用大吨位锚具、高强混凝土和轻质混凝土,上部构造不断轻型化,这也是连续刚构桥的发展方向。此外,采用合适的边、主跨比,在导梁上合拢边跨,或与引桥的悬臂相连接来实现合拢。取消落地支架也是连续刚构桥的一大发展趋势。清江大桥施工图设计第 页 共78页41.4.2比选方案方案一 预应力混凝土连续梁桥a. 孔径布置 主桥孔径布置为60.5m+90m+60.5m,桥梁全长211m。图1.1 预应力混凝土连续梁桥立面布置图(单位:cm)图1.2 预应力混凝土连续梁桥主梁支座截面图(单位:cm)图1.3 预应力混凝土连续梁桥主梁跨中截面图(单位:cm)b. 结构构造 主桥采用三跨连续梁桥(见图1.1),边跨与中跨之比为0.672。主梁采用单箱单室截面(图1.2、图1.3),设2%的横坡,跨中梁高2.5m,根部6.25m,梁底采用2次抛物线;箱梁顶宽14m,底宽8.0m;顶板厚0.25m,底板厚度跨中0.25m,根部0.70m;腹板厚跨中0.40m,根部0.60m。c. 主墩基础 左右桥台均为分离式钢筋混凝土重力式桥台。1号和2号桥墩为竖清江大桥施工图设计第 页 共78页5直矩形空心墩,墩身截面采用单箱单室,尺寸为3.5m8.0m,横纵向壁厚及中壁厚均为0.8m. d. 施工方案 主梁施工采用对称挂篮悬臂浇筑法,边跨合拢采用在落地支架上浇筑合拢段,合拢边跨浇筑合拢。图1.4 预应力混凝土连续刚构桥立面布置图(单位:cm)图1.5 预应力混凝土连续刚构桥主梁支座截面图(单位:cm)图1.6 预应力混凝土连续刚构桥主梁跨中截面图(单位:cm)方案二 预应力混凝土连续刚构桥a. 孔径布置 主桥孔径布置为60.5m+90m+60.5m。桥梁全长211m。b. 结构构造 主桥采用三跨连续梁桥(见图1.4),边跨与中跨之比为0.672。主梁采用单箱单室截面(图1.5、图1.6),设2%的横坡,跨中梁高2.5m,根部6.25m,梁底清江大桥施工图设计第 页 共78页6采用2次抛物线;箱梁顶宽14m,底宽8.0m;顶板厚0.25m,底板厚度跨中0.25m,根部0.70m;腹板厚跨中0.40m,根部0.60m。c. 主墩基础 左右桥台均为分离式钢筋混凝土重力式桥台。1号和2号桥墩为竖直双肢薄壁墩,双臂墩身采用矩形截面,尺寸为2.2m8.0m,双臂之间的中心间距为2.6m.d. 施工方案 主梁施工采用对称挂篮悬臂浇筑法,边跨合拢采用挂篮前推浇筑合拢。方案三 钢筋混凝土拱桥a. 孔径布置 孔径布置为220m预应力混凝土空心板+130m钢筋混凝土拱桥+220m预应力混凝土空心板,全长211m。其立面布置和横截面图如图1.7、图1.8。b. 结构构造 主桥采用130m钢筋混凝土拱桥。拱轴系数为1.845,失跨比为1/6.6,拱圈截面高1.9m,拱上建筑采用方形三柱式排架。c. 主墩基础 左右桥台均为分离式混凝土重力式桥台。主拱圈下采用钢筋混凝土拱座。引桥采用圆形双柱式桥墩,直径为1.30m,设置横系梁。d. 施工方案 主拱圈施工采用钢拱架现浇施工,边跨直接预制吊装。CCBBAA200900 167600513.771517.949502.842507.342 950 500199670143760927505395024911410394882055047770 60848 8080801340130 18822001400516.356507.34 513.771 500 500 20001000021100 600400013*10004000800 图1.7 钢筋混凝土拱桥立面布置图(单位:cm)
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