预应力钢筋混凝土连续箱梁桥的毕业设计.docx

2023年毕业设计4×35m预应力钢筋混凝土持续箱梁桥山东交通学院毕业设计摘要本次毕业设计的题目是4?35m的持续箱梁桥设计。根据公路桥涵通用设计规范JTGD602023、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD622023，通过综合运用所学过的基础理论及专业知识。独立进行桥梁设计。首先，根据地形图提出三种桥型比较方案，然后从外观、施工难易程度和造价等多方面考虑，最终选出最优方案。另一方面，对桥梁的上部构造进行设计计算，包括桥跨布置及构造尺寸、主梁作用效应计算、预应力钢束日勺估算及布置以及上部构造曰勺验算，通过计算，强度验算、抗裂验算以及持久和短暂状况日勺验算所有通过。最终，对桥梁的下部构造进行设计计算，设计采用单排双柱式桥墩和钻孔灌注桩基础。下部构造日勺设计和计算包括墩柱的设计与计算，桩基日勺设计与计算。关键词：预应力混凝土,等截面持续箱梁桥，整体现浇，构造设计，构造验算1AbstractThetitleofthisgraduationdesignisthedesignofacontinuousbridgewiththespanof4735mmeters.AccordingtoTheCommonSpecificationofHighwayBridgeandCulvertJTGD60-2023andSpecificationsforDesignofReinforcedConcreteandPrestressedConcreteHighwayBridgesandCulvertsJTGD622023，Wehavetodesignthebridgeindependentlywiththeuseoftheknowledgeofbasictheoryandprofessionlesson.Thefirststepistogivethreetypesofthebridgeaccordingtotopographicmap.Thenaccordingtothecomparisonfromtheappearance,thedegreeofconstructiondifficultiesandconstructioncostandsoon,wechoosethebestsuitabletype.Thesecondstepistodesignandcalculatetheupsidestructure,whichincludesthearrangementofbridgespansandstructuredimensions,thecalculationontheeffectofmaingirder,theestimationandlayoutofprestressedsteelandthecheckingofupsidestructure.Thelaststepistodesignandcalculatelowerpartstructure.Thedesignemploydoublecolumnpierandboredpilesfoundation.Thecalculationanddesignoflowerpartstructureincludespierandpilefoundation.Keywords：Continuousbeambridge,uniform-sectioncontinuousboxgirderbridge,thewholecast,structuraldesign,structurechecking2山东交通学院毕业设计目录1前言12方案比选41.1.1 .1原始资料41.1.2 地质条件41.1.3 设计规定41.1.4 设计原则42.2方案比选42.2.1 第一方案：装配式预应力混凝土简支箱梁桥42.2.2 第二方案：持续梁刚构桥52.2.3 第三方案：等截面持续梁桥52.2.4 方案比选63桥跨布置及构造尺寸73.1 桥跨布置73.1.1 设计资料73.1.2 设计荷载73.1.3 材料及工艺73.1.4 设计根据73.2 构造布置73.2.1 主梁尺寸确定73.2.2 横截面沿跨长变化93.2.3 主梁毛截面几何特性计算94主梁作用效应计算104.1 构造自重荷载计算104.2 构造自重作用效应计算104.2.1 一期自重作用效应计算104.2.2 二期自重作用效应计算H4.2.3 自重作用效应汇总114.3 汽车荷载作用效应计算124.3.1 冲击系数和折减系数124.3.2 汽车荷载横向分布影响的增大系数计算134.3.3 汽车活载效应计算154.4 温差应力及基础沉降内力计算1934.4.1 温差应力计算194.4.2 基础沉降计算214.5 内力组合254.5.1 按承载能力极限状态设计264.5.2 按正常使用极限状态设计274.5.3 计算成果285预应力钢束的估算及布置345.1 钢束估算按构件正截面抗裂性规定估算预应力钢筋数量345.1.1 估算跨中截面下缘所需预应力钢筋345.1.2 估算跨中截面上缘所需预应力钢筋355.1.3 估算成果355.2 钢束布置355.2.1 钢束布置构造规定355.2.2 钢束布置原则366预应力损失及有效预应力计算406.1 基本理论406.2 预应力损失计算406.2.1 预应力钢筋与管道之间摩擦引起的）应力损失?11406.2.2 后张法锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失6.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的）应力损失?1240?14416.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损失终极值?15426.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失?16426.2.6 截面预应力损失合计和有效预应力437强度验算447.1 基本理论447.2 计算公式448抗裂验算488.1 规范规定488.1.1 正截面抗裂验算488.1.2 斜截面抗裂验算488.2 正截面抗裂验算498.3 斜截面抗裂验算509持久状况构件的应力验算549.1 正截面混凝土压应力验算544山东交通学院毕业设计9.2 预应力筋拉应力验算559.3 混凝土主压应力验算56W短暂状况构件时应力验算5910.1 混凝土应力验算5911桥梁下部构造设计与计算6310.2 桩、墩尺寸6310.3 荷载状况6310.4 桥墩计算6310.5 桩的计算6410.5.1 荷载计算6410.5.2 桩长计算6510.5.3 桩的内力计算（m法）6610.5.4 桩身截面配筋与承载力验算6810.5.5 墩顶纵向水平位移验算69结论错误！未定义书签。致谢错误！未定义书签。参考文献71附录725山东交通学院毕业设计1前言预应力混凝土持续梁桥以构造受力性能好、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日勺重要桥型之一。本章简介其发展：由于一般钢筋混凝土构造存在不少缺陷：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，构造自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料运用率低。为了处理这些问题，预应力混凝土构造应运而生，所谓预应力混凝土构造，就是在构造承担荷载之前，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。自从预应力构造产生之后，诸多一般钢筋混凝土构造被预应力构造所替代。预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧诸多国家在战后缺钢的状况下，为节省钢材,各国开始竞相采用预应力构造替代部分曰勺钢构造以尽快修复战争带来的仓IJ伤。50年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米，到80年代则到达440米。虽然跨径太大时并不总是用预应力构造比其他构造好，不过,在实际工程中，跨径不大于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构造起步晚，但近年来得到了飞速发展。目前，我国已经有了简支梁、带钱或带挂梁的T构、持续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土构造体系。虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。不过，在桥梁构造中，伴随预应力理论的不停成熟和实践的不停发展，预应力混凝土桥梁构造日勺运用必将越来越广泛。持续梁和悬臂梁作比较：在恒载作用下，持续梁在支点处有负弯矩，由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩明显减小，其弯矩与同跨悬臂梁相差不大；不过，在活载作用下，因主梁持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。虽然持续梁有诸多长处，不过刚开始它并不是预应力构造体系中曰勺佼佼者，由于限于当时施工重要采用满堂支架法，采用持续梁费工费时。到后来，由于悬臂施工措施日勺应用，持续梁在预应力混凝土构造中有了飞速的发展。60年代初期在中等跨预应力混凝土持续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；在较大跨持续梁中，则应用更完善的悬臂施工措施，这就使持续梁方案重新获得了竞争力，并逐渐在40200米范围内占重要地位。无论是都市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨河大桥，预应力混凝土持续梁都发挥了其优势，成为优胜方案。目前，持续梁构造体系已经成为预应力混凝土桥梁日勺重要桥型之一。然而，当跨度很大时，持续梁所需日勺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种难题而T型刚构在这方面具有无支座日勺长处。因此有人将两种构造结合起来，形成一种持续一刚构体系。这种综合了上述两种体系各自长处的体系是持续梁体系的一种重要发展，也是未来持续梁发展的）重要方向。1此外，由于持续梁体系日勺发展，预应力混凝土持续梁在中等跨径范围内形成了诸多不一样类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不停改善。在都市预应力混凝土持续梁中，为充足运用空间，改善交通日勺分道行驶，甚至已建成不少双层桥面形式。在我国，预应力混凝土持续梁虽然也在不停地发展，然而，想要在本世纪末赶超国际先进水平，就必须处理好下面几种课题：1,发展大吨位的锚固张拉体系，防止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一般钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。2,在一切合适的桥址，设计与修建墩梁固结的持续一刚构体系，尽量不采用养护调换不易的I大吨位支座。3,充足发挥三向预应力的长处，采用长悬臂顶板日勺单箱截面，既可节省材料减轻构造自重，又可充足运用悬臂施工措施的特点加紧施工进度。此外，在设计预应力持续梁桥时，技术经济指针也是一种很关键的原因，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、一般钢筋）用量与每平方米桥面造价来表达预应力混凝土桥梁的技术经济指针。不过，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诸多原因有关，例如：桥址、水文地质、能源供应、材料供应、运送、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。同步，一座桥日勺设计方案完毕后，造价指针不能仅仅反应了投资额日勺大小，而是还应当包括整个有效期限内的）养护、维修等运行费用在内。通过持续梁、T型刚构、持续一刚构等箱形截面上部构造的比较可见：持续一刚构体系日勺技术经济指针较高。因此，从这个角度来看，持续一刚构也是未来持续体系的发展方向。综上所述，一座桥日勺设计包括许多考虑原因，在详细设计中，规定设计人员综合多种原因，作分析、判断，得出可行的最佳方案。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，并结合有关设计规范，独立的完毕一种专业课题日勺设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，处理问题的能力以及实践动手能力，到达具有初步专业工程人员日勺水平，为未来走向工作岗位打下良好的基础。本次设计为4?35m预应力位持续梁，桥宽为28,分为两幅，设计时只考虑单幅曰勺设计。梁体采用单箱双室箱型截面，全梁共分70个单元一般单元长度分为2mo由于预应力混凝土持续梁桥为超静定构造，手算工作量比较大，且精确性难以保证，因此采用有限元分析软件一桥梁博士进行，这样不仅提高了效率，并且精确度也得以提高。本次设计的预应力混凝土持续梁采用满堂支架法施工。本次设计中得到了陈爱萍陈老师的悉心指导，在此表达衷心的感谢。2山东交通学院毕业设计由于本人水平有限，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。32方案比选2. 1原始资料2.1.1 地质条件根据钻探成果，可知该地区域地基自上而下各层如下：第一层：粉质粘土，厚2.7m第二层：亚粘土，厚3.7m第三层：亚砂土，厚18.8m第四层：粉细砂，厚16.4m第五层：亚砂±,厚5.1m2.1.2 设计规定根据公路桥涵设计通用规范(JTGD602023)(如下简称桥规)，公路钢筋混凝土及预应混凝土桥涵设计规范(JTGD622023)(如下简称公路桥规)规定，按部分预应混凝土构件设计此梁。2.1.3 设计原则桥梁是铁路、公路或都市道路的重要构成部分，尤其是大、中桥梁的建设对当地政治、经济、国防等都具有重要意义。因此，公路桥梁应根据所在公路的作用、性质和未来发展的需要，除应符合技术先进、安全可靠、合用耐久、经济合理日勺规定外，还应按照美观和有利环境保护的原则进行设计，并考虑因地制宜、就地取材、便于施工和养护等原因。2.2方案比选2.2.1 第一方案：装配式预应力混凝土简支箱梁桥本方案设计为7?20m预应力混凝土等截面简支箱梁桥，桥宽为28mo主梁采用预制小箱梁截面。桥墩为实体式桥墩，基础采用钻孔灌注桩。简支箱梁桥具有如下特点：(1)优良的)力学特性，构造简朴，受力明确。(2)具有较大的刚度和强大的抗扭性能。(3)架设安装以便，节省材料。(4)跨越能力较大，桥下视觉效果好。山东交通学院毕业设计图21装配式预应力混凝土简支箱梁桥2.2.2 第二方案：持续梁刚构桥本方案为(40+60+40)m日勺持续刚构桥，跨越能力大，构造受力性能好，免除了支座，后期维修养护费用少，伸缩缝较少，行车平顺，合用于高桥墩的状况，对桥墩日勺规定较高。梁墩联结处应力复杂。若地基发生过大不均匀沉降，持续梁可通过调整墩顶支座的高程来补救，持续刚构则无法做到。施工技术成熟，无需设支座，防止了持续梁桥施工时存在的临时固结、体系转换等问题。施工稳固性好。不过在施工难度相对持续梁桥较大，规定较高。主桥的布置图如图所示：图2-2持续刚构桥2.2.3 第三方案：等截面持续梁桥本方案设计为(35+35+35+35)m预应力混凝土等截面持续梁桥，桥宽为28m。主梁采用单箱双室箱型截面。主梁采用高强度混凝土以及大吨位预应力体系来实现主梁曰勺轻型化，采用钻孔灌注桩基础。图2-3等截面持续梁桥52.2.4 方案比选桥型方案比选表表21综合经济技术、美观舒适、安全耐久等方面考虑，选择(35+35÷35÷35)m的等截面持续梁桥为设计方案。6山东交通学院毕业设计3桥跨布置及构造尺寸3.1 桥跨布置3.1.1 设计资料原则跨径：35m,共四跨主梁长：伸缩缝采用4cm桥面净空：由于该桥所在的路线宽度较大，确定采用分离式桥。单侧桥横向布置：0.5?2（护栏）+3.75?2（二车道）+3.5（应急车道）+0.5?2（路缘线）=13m中央分隔带施工：采用整体支架浇筑的方式，到达设计强度后，张拉预应力钢束并压注水泥浆，待混凝土到达预定强度后拆除支架并卸模板，最终进行防护栏及桥面铺装施工。3.1.2 设计荷载根据线路的等级,确定荷载等级，由高速公路，设计时速100km/h计算荷载：公路一级荷载。3.1.3 材料及工艺（1）水泥混凝土：主梁、栏杆、桥面铺装采用C50号混凝土。抗压强度原则值fck=32.4MPa1抗压强度设计值fcd=22.4MPa,抗拉强度原则值ftk=2.65MPa1抗拉强度设计值ftd=1.83MPa,Ec=3.45×104MPao(2)预应力钢筋采用(ASTMA41697a原则)低松弛钢绞线1x7原则型。抗拉强度原则值fpk=1860MPa,抗拉强度设计值fpd=1260MPa,公称直径15.2mm,公称面积139mm2,弹性模量EP=I.95105MPa。3.1.4 设计根据(1)公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2023)；(2)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJD62-2023)；3.2 构造布置为使材料得到充足运用，拟采用抗弯刚度和抗扭刚度都较大日勺箱型截面，按单箱双室截面设计，为减