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全长250米(35 3×60 35)m预应力混凝土连续梁设计(计算书 施工方法 工程数量计算109页).rar

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    编号:20180915223406242    类型:共享资源    大小:236.78KB    格式:RAR    上传时间:2018-09-15
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    全长 250 353 6035 预应力 混凝土 连续 设计 计算 施工 方法 工程 数量 109
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    目 录第 1 章 绪论 ...................................................................................................11.1 预应力混凝土连续梁桥概述 .................................................................11.2 毕业设计的目的与意义 .......................................................................3第 2 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 .........................................................42.1 尺寸拟定 ................................................................................................42.1.1 桥孔分跨 .........................................................................................42.1.2 截面形式 .........................................................................................42.1.3 梁高 .................................................................................................52.1.4 细部尺寸 .........................................................................................52.2 主梁分段与施工阶段的划分 ................................................................72.2.1 分段原则 .........................................................................................72.2.2 主梁施工方法及注意事项 .............................................................7第 3 章 荷载内力计算 ...................................................................................93.1 恒载内力计算 ........................................................................................93.2 活载内力计算 ......................................................................................173.2.1 影响线的计算 ...............................................................................173.2.2 汽车加载 .......................................................................................17第 4 章 预应力钢束的估算与布置 .............................................................274.1 力筋估算 ..............................................................................................274.1.1 计算原理 .......................................................................................274.1.2 预应力钢束的估算 .......................................................................324.2 预应力钢束的布置 ..............................................................................40第 5 章 预应力损失及有效应力的计算 .......................................................425.1 预应力损失及有效预应力计算 ...........................................................43第 6 章 次内力的计算 ...................................................................................446.1 初预矩及总预矩计算 ..........................................................................446.2 内力组合(二) ......................................................................................44第 7 章 内力组合 ...........................................................................................507.1 承载能力极限状态下的效应组合 .....................................................507.2 正常使用极限状态下的效应组合 .....................................................52第 8 章 主梁截面验算 .................................................................................548.1 正截面抗弯承载力验算 ......................................................................568.2 持久状况正常使用极限状态应力验算 ..............................................598.2.1 正截面抗裂验算(法向拉应力) ...............................................608.2.2 斜截面抗裂验算(主拉应力) ...................................................628.2.3 使用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算 ...........658.2.4 预应力钢筋中的拉应力验算 .....................................................678.3 挠度的计算与验算预拱度的设计 ......................................................68第 9 章 施工方法要点及注意事项 ...............................................................709.1 材料设备及施工程序 ..........................................................................709.2 支架及模板 ..........................................................................................729.3 预应力束布置 .......................................................................................729.4 混凝土工程 ..........................................................................................729.5 张拉和压浆 ..........................................................................................73第 10 章 主要工程数量计算 .......................................................................7410.1 混凝土总用量计算 .............................................................................7410.1.1 梁体混凝土(40 号)用量 ............................................................7410.1.2 桥面铺装沥青混凝土用量计算 ...............................................74毕业设计总结 .................................................................................................75致 谢 ...............................................................................................................76参考文献 .........................................................................................................77附录 1:MIDAS 数据原文件 ........................................................................78附录 2 外文文献翻译 ..................................................................................93桥梁工程和桥梁美学 .....................................................................................98第 1 章 绪论1.1 预应力混凝土连续梁桥概述预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。本章简介其发展:由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点:如过早地出现裂缝,使其不能有效地采用高强度材料,结构自重必然大,从而使其跨越能力差,并且使得材料利用率低。为了解决这些问题,预应力混凝土结构应运而生,所谓预应力混凝土结构,就是在结构承担荷载之前,预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后,很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的,当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下,为节省钢材,各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤。50 年代,预应力混凝土桥梁跨径开始突破了 100 米,到 80 年代则达到 440 米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好,但是,在实际工程中,跨径小于 400 米时,预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。我国的预应力混凝土结构起步晚,但近年来得到了飞速发展。现在,我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的 T 构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到 80 年。但是,在桥梁结构中,随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展,预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。连续梁和悬臂梁作比较:在恒载作用下,连续梁在支点处有负弯矩,由于负弯矩的卸载作用,跨中正弯矩显著减小,其弯矩与同跨悬臂梁相差不大;但是,在活载作用下,因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用,其弯矩分布优于悬臂梁。虽然连续梁有很多优点,但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼者,因为限于当时施工主要采用满堂支架法,采用连续梁费工费时。到后来,由于悬臂施工方法的应用,连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60 年代初期在中等跨预应力混凝土连续梁中,应用了逐跨架设法与顶推法;在较大跨连续梁中,则应用更完善的悬臂施工方法,这就使连续梁方案重新获得了竞争力,并逐步在40—200 米范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥,还是跨河大桥,预应力混凝土连续梁都发挥了其优势,成为优胜方案。目前,连续梁结构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。然而,当跨度很大时,连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面,还是在养护方面都成为一个难题;而 T 型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两种结构结合起来,形成一种连续—刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的体系是连续梁体系的一个重要发展,也是未来连续梁发展的主要方向。另外,由于连续梁体系的发展,预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很多不同类型,无论在桥跨布置、梁、墩截面形式,或是在体系上都不断改进。在城市预应力混凝土连续梁中,为充分利用空间,改善交通的分道行驶,甚至已建成不少双层桥面形式。在我国,预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展,然而,想要在本世纪末赶超国际先进水平,就必须解决好下面几个课题:1.发展大吨位的锚固张拉体系,避免配束过多而增大箱梁构造尺寸,否则混凝土保护层难以保证,密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。2.在一切适宜的桥址,设计与修建墩梁固结的连续—刚构体系,尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。3.充分发挥三向预应力的优点,采用长悬臂顶板的单箱截面,既可节约材料减轻结构自重,又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。另外,在设计预应力连续梁桥时,技术经济指针也是一个很关键的因素,它是设计方案合理性与经济性的标志。目前,各国都以每平方米桥面的三材(混凝土、预应力钢筋、普通钢筋)用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指针。但是,桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作,三材指标和造价指标与很多因素有关,例如:桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件;施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时,一座桥的设计方案完成后,造价指针不能仅仅反应了投资额的大小,而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。通过连续梁、T 型刚构、连续—刚构等箱形截面上部结构的比较可见:连续—刚构体系的技术经济指针较高。因此,从这个角度来看,连续—刚构也是未来连续体系的发展方向。总而言之,一座桥的设计包含许多考虑因素,在具体设计中,要求设计人员综合各种因素,作分析、判断,得出可行的最佳方案。1.2 毕业设计的目的与意义毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力,灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识,并结合相关设计规范,独立的完成一个专业课题的设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题,解决问题的能力以及实践动手能力,达到具备初步专业工程人员的水平,为将来走向工作岗位打下良好的基础。本次设计为(35+3*60+35)m 预应力砼连续梁,桥宽为 26 米。梁体采用单箱三室箱型截面,全梁共分 130 个单元一般单元长度分为约 1.75m。顶板、底板、腹板厚度均不变。由于多跨连续梁桥的受力特点,靠近中间支点附近承受较大的负弯矩,而跨中则承受正弯矩,则梁高采用变高度梁,按二次抛物线变化。这样不仅使梁体自重得以减轻,还增加了桥梁的美观效果。由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构,手算工作量比较大,且准确性难以保证,所以采用有限元分析软件—MIDAS 进行,这样不仅提高了效率,而且准确度也得以提高。本次设计的预应力混凝土连续梁采用满堂支架法施工。本次设计中得到了****************等几位老师的悉心指导,在此表示衷心的感谢。由于本人水平有限,且又是第一次从事这方面的设计,难免出现错误,恳请各位老师批评指正。第 2 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定2.1 尺寸拟定本设计方案采用五跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构,全长 250m。设计主跨为 60m。2.1.1 桥孔分跨连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的,也有做成多跨一联的,但一般不超过六跨。对于桥孔分跨,往往要受到如下因素的影响:桥址地形、地质与水文条件,通航要求以及墩台、基础及支座构造,力学要求,美学要求等。若采用三跨不等的桥孔布置,一般边跨长度可取为中跨的 0.5—0.8 倍,这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩,此外,边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系,对于采用现场浇筑的桥梁,边跨长度取为中跨长度的 0.8 倍是经济合理的。但是若采用悬臂施工法,则不然。本设计跨度,主要根据设计任务书来确定,其跨度组合为:(35+3*60+35)米。基本符合以上原理要求。2.1.2 截面形式一、 立截面 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析,连续梁的立面应采取变高度布置为宜;在恒、活载作用下,支点截面将出现较大的负弯矩,从绝对值来看,支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩,因此,采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律,另外,变高度梁使梁体外形和谐,节省材料并增大桥下净空。但是,在采用顶推法、移动模架法、整孔架设法施工的桥梁,由于施工的需要,一般采用等高度梁。等高度梁的缺点是:在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋用量来抵抗较大的负弯矩,材料用量多,但是其优点是结构构造简单、线形简洁美观、预制定型、施工方便。一般用于如下情况:1. 桥梁为中等跨径,以 40—60 米为主。采用等截面布置使桥梁构造简单,施工迅速。由于跨径不大,梁的各截面内力差异不大,可采用构造措施予以调节。2. 等截面布置以等跨布置为宜,由于各种原因需要对个别跨径改变跨长时,也以等截面为宜。3. 采用有支架施工,逐跨架设施工、移动模架法和顶推法施工的连续梁桥较多采用等截面布置。双层桥梁在无需做大跨径的情况下,选用等截面布置可使结构构造简化。结合以上的叙述,所以本设计中采用满堂支架施工方法,变截面的梁。二、 横截面 梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式,包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸;它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。当横截面的核心距较大时,轴向压力的偏心可以愈大,也就是预应力钢筋合力的力臂愈大,可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外,箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大,对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利;同时,因其都具有较大的面积,所以能够有效地抵抗正负弯矩,并满足配筋要求;箱形截面具有良好的动力特性;再者它收缩变形数值较小,因而也受到了人们的重视。总之,箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。常见的箱形截面形式有:单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。单箱单室截面的优点是受力明确,施工方便,节省材料用量。本设计是一座公路连续箱形梁,采用的横截面形式为单箱三室。2.1.3 梁高根据经验确定,预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15—1/25 之间,而跨中梁高与主跨之比一般为 1/40—1/50 之间。当建筑高度不受限制时,增大梁高往往是较经济的方案,因为增大梁高只是增加腹板高度,而混凝土用量增加不多,却能显著节省预应力钢束用量。连续梁在支点和跨中的梁估算值:等高度梁: H=( ~ )l,常用 H=( ~ )l15301820变高度(曲线)梁:支点处:H=( ~ )l,跨中 H=( ~ )l63150变高度(直线)梁:支点处:H=( ~ )l,跨中 H=( ~ )l12028而此设计采用变高度的直线梁,支点处梁高为 3.6 米,跨中梁高为 1.8 米。2.1.4 细部尺寸一、 顶板与底板 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。支墩处底版还要承受很大的压应力,一般来讲:变截面的底板厚度也随梁高变化,墩顶处底板为梁高的 1/10-1/12,跨中处底板一般为 200-250。底板厚最小应有 120。箱梁顶板厚度应满足横向弯矩的要求和布置纵向预应力筋的要求。本设计中采用双面配筋,且底板由支点处以抛物线的形式向跨中变化。底板在支点处设计为实心箱型截面,在跨中厚 25cm.顶板厚 25cm。二、 腹板和其它细部结构1. 箱梁腹板厚度 腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中,因为弯束对外剪力的抵消作用,所以剪应力和主拉应力的值比较小,腹板不必设得太大;同时,腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求,其设计经验为:(1) 腹板内无预应力筋时,采用 200mm。(2) 腹板内有预应力筋管道时,采用 250—300mm。(3) 腹板内有锚头时,采用 250—300mm。大跨度预应力混凝土箱梁桥,腹板厚度可从跨中逐步向支点加宽,以承受支点处交大的剪力,一般采用 300—600mm,甚至可达到 1m 左右。本设计中腹板厚取 50cm.,边腹板厚取 60cm。2. 梗腋 在顶板和腹板接头处须设置梗腋。梗腋的形式一般为1:2、1:1、1:3、1:4 等。梗腋的作用是:提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度,减少扭转剪应力和畸变应力。此外,梗腋使力线过渡比较平缓,减弱了应力的集中程度。本设计中,根据箱室的外形设置了宽 250mm,长 600m 的上部梗腋,而下部采用1:1 的梗腋。3. 横隔梁横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布,同时还可以限制畸变;支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大,一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁,甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。因此本设计没有加以考虑,而且由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影响较小,在内力计算中也可不作考虑。跨中截面及中支点截面示意图如下所示:(单位为 cm)2.1.4-1 跨中处 2.1.4-2 支座处2.2 主梁分段与施工阶段的划分2.2.1 分段原则主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时,分段越细,计算结果的内力越接近真实值,并且兼顾施工中的实施。但也要考虑 MIDAS 教学版的不足及限制的地方,所以本设计分为 130 个单元。2.2.2 主梁施工方法及注意事项主梁施工方法 :主梁采用满堂支架法施工,箱梁均采用满堂支架、泵送现浇砼施工。图 2.2.2-1 结构简图
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