预应力混凝土连续刚构桥毕业设计计算书.docx

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1、预应力混凝土连续刚构桥毕业设计计算书根据设计任务书要求，依据现行公路桥梁设计规范，综合考虑桥位的地质、地形条件，提出了独塔斜拉桥、上承式钢管混凝土拱桥和预应力混凝土连续钢构三个比选方案。按“安全、经济、适用、美观和有利于环保”的桥梁设计原则，分析了三个方案的优缺点。推荐预应力混凝土连续刚构作为设计方案。推荐方案以基本设计理论为基础，参考国内外成功的大跨连续钢构桥，拟定了956+4l70m+95?的跨径，主梁采用1.8次抛物线变梁高的单箱单室箱主梁，桥墩为双薄壁空心墩，桥台为轻型桥台，基础为群桩基础，施工阶段采取挂篮悬臂现浇法。对推荐方案进行了结构细部尺寸拟定，对上部结构和下部结构进行了内力计算

2、、配筋设计及控制截面强度、应力验算，变形验算等。经分析比较及验算结果表明该桥梁设计合理，符合设计任务的要求。关键词：预应力混凝土连续刚构，钢管混凝土拱桥，斜拉桥，悬臂现浇，应力验算ABSTRACTAccordingtothedesignrequirements,theexistingdesignspecificationofhighwaybridge,consideringthegeologyandterrainconditionsofthebridgesite,afterpreliminaryselection,threebridgetypeschemasarepresented,theya

3、recable-stayedbridge,archbridgeandprestressedconcretecontinuousrigidframebridge.Thencomparingtheadvantagesanddisadvantagesofthreeoptionscomprehensivelybythephilosophyofbridgedesignas“Security,Economy,Application,BeautyandEnvironmentalProtection,z.ThePCcontinuousrigidframebridgeisselectedastherecomme

4、ndedschemeaftertheselections.Thisprojectisbasedonthebasictheoryofbridgedesignandtakethedomesticandinternationalsuccessfuldesignsforexample,finallychoseaspancombinationof95m+4170?+95/7?.ThedepthofSinglecellboxgirdervariesasthesecond-degreeparabola,thepierisadoublethin-wallhollowpier,theabutmentisligh

5、tabutment,thefoundationisgroupedpilesfoundation,andthethehangingbasketcantilevercastingconstructionmethod.Throughdrawingupofstructuresdimensionandthendesigntheupperandlowerpartofthestructure,suchascalculatedtheinternalforceofdeadandlivingload,prestressedsteeldesign,checkingthestrengthandstressofcont

6、rolcross-section.Finally,checkforliveloaddeformation.Checkedbythecomparisonandanalysisshowthatthedesignmethodofcalculationiscorrect,andthedistributionofreinforcementisReasonable,sothisdesignmeetthedesignrequirements.Keyword:prestressedconcretecontinuousrigidframebridge,doublethin-wallhollowpier,cant

7、ilevercastingconstruction第一章概述11. 1地质条件11.2 主要技术指标11.3 设计规范及标准1第二章方案比选22.1概述22. 2比选原则22. 3比选方案22. 3.1预应力混凝土连续刚构桥23. 3.2上承式钢管混凝土拱桥32.3.34. 斜拉桥45. 4方案比较5第三章预应力混凝土连续梁桥总体布置83. 1桥型布置83.2 桥孔布置83.3 桥梁上部结构尺寸拟定83.4 桥梁下部结构尺寸拟定103.5 本桥使用材料113.6 毛截面几何特性计算11第四章荷载内力计算124. 1模型简介124.2全桥结构单元的划分124.2.1划分单元原则124.2.2桥梁

8、具体单元划分124.3全桥施工节段的划分124.3.1桥梁划分施工分段原则124. 3.2施工分段划分134.4恒载、活载内力计算144.4.1恒载内力计算144.4.2悬臂浇筑阶段内力154.4.3边跨合龙阶段内力164.4.4次边跨合龙阶段内力174.4.4中跨合龙阶段内力184. 4.5活载内力计算194.5其他因素引起的内力计算214.5.1温度引起的内力计算214.5.2支座沉降引起的内力计算234. 5.3收缩、徐变引起的内力计算244.6内力组合274.6.1正常使用极限状态的内力组合274.6.2承载能力极限状态的内力组合274.6.3主要荷载组合27第五章预应力钢束的估算与布

9、置315.1钢束估算315.1.1 按承载能力极限计算时满足正截面强度要求325.1.2 按正常使用极限状态的应力要求计算325.2预应力钢束布置355. 3预应力损失计算365. 3.1预应力与管道壁间摩擦引起的应力损失366. 3.2锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失377. 3.3混凝土的弹性压缩引起的应力损失378. 3.4钢筋松弛引起的应力损失389. 3.5混凝土收缩徐变引起的应力损失3810. 3.6有效预应力计算405.4预应力计算41第六章强度验算416. 1正截面承载能力验算417. 2斜截面承载能力验算4344第七章应力验算7.1 短暂状况预应力混凝土受弯构件应力

10、验算458. 1.1压应力验算459. 1.2拉应力验算457.2持久状况正常使用极限状态应力验算467.2.1持久状况（使用阶段）预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算467.2.2持久状况（使用阶段）混凝土的主压应力验算467. 2.3持久状况（使用阶段）预应力钢筋拉应力验算46第八章抗裂验算507.1 正截面抗裂验算507.2 斜截面抗裂验算51致谢53参考文献54附录：外文翻译55第一章概述1.1 地质条件图1-1桥址纵断面图1.2 主要技术指标桥面净宽：212m+0.5m(分离式)设计荷载：公路一I级行车速度：80kmh桥面横坡：2%通航要求：无温度：最高年平均温度34,最低年平均温

11、度1.3 设计规范及标准1、公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)o2、公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63-2007)94.33m57,38m.105.lm46.54m。根据给出的地质条件，认为地质条件一般，基础采用钻孔灌注桩基础。承台纵宽为14.5m、横桥向宽为10.5m+2m+10.5m,厚4.OnU24根桩的桩径1.5m,净间距2.5m。3.5 本桥使用材料1 .混凝土箱梁采用C5O号，墩身和基础采用C40号碎。表3.1混凝土材料特性强度等级弹性模量（MPa）容重(kNm3)线膨胀系数fCk(MPa)ftk(MPa)fed(MPa)fU(MPa)C503450025.00O

12、.OOOOlO32.402.6522.401.83C403250025.000.OOOOlO26.802.4018.401.652.钢材表3.2预应力钢绞线材料特性预应力钢绞线弹性模量(MPa)张拉控制应力(MPa)孔道磨阻系数孔道偏差系数钢绞线松弛系数一端锚固回缩值(In)底板束919500013950.3000.006600.30.00600腹板束1219500013950.3000.006600.30.00600顶板束2719500013950.3000.006600.30.00600非预应力钢筋：直径212mm的用H级螺纹钢筋，直径12mm的用I级光圆钢筋。带肋钢筋应符合钢筋混凝土用热

13、轧带肋钢筋GB1499.2-2007的规定、光圆钢筋应符合钢筋混凝土用热轧光圆钢筋GB1499.1-2007的规定。3、锚具顶板束采用OVM27-27型锚具、腹板束采用OVM12-12型锚具、底板束采用OVM9-9型锚具，单个锚具的回缩为6mm。竖向预应力筋采用精扎螺纹钢筋，采用扁锚。横向预应力筋采用05.2mm钢绞线，采用扁锚。所有钢绞线均符合ASTM416-87A的技术标准。4 .预应力管道采用钢波纹圆、扁管成型；5 .伸缩缝伸缩缝采用HXe-80A定型产品，全桥共2道。6 .桥梁支座单向活动和双向活动盆式支座。3. 6毛界面几何特性计算在工程设计中，主梁几何特性多采用分块数值求和法进行，

14、其计算式为全截面面积：A=Za全截面重心至梁顶的距离：=2iA式中Aj分块面积；力分块面积的重心至梁顶边的距离。主梁跨中（11）截面的全截面几何特性如表13-5所示。根据图13-20可知变化点处的截面几何尺寸与跨中截面相同，故几何特性也相同，为A=iAj=876000mm2；Sy=Ajyj=476180IO3mm3；yu=S.A=544mm；/=+/.=301.348109mm4式中Ii分块面积Ai对其自身重心轴的惯性矩；Ix4对X-X（重心）轴的惯性矩。现将几个关键截面的毛截面几何特性列表3.1.表3.3毛界面几何特性截面名称面积IyyIzzCzpCzmQybQzb周长（内）周长（外）墩顶断

15、面28.8725284.1934173.37625.08583.914219.272219.886822.033341.22381/8L断面15.9205102.1566126.45423.19613.409215.765620.260620.722736.38781/4L断面12.248744.78102.38822.21592.709710.16219.8618.11632.98463/8L断面9.76820.776785.96951.55382.20976.929219.535216.401630.6138跨中断面8.35612.782176.20451.23771.96235.9748

16、18.819415.790229.4249第四章内力计算及荷载组合3.1 模型简介上部结构采用MIDAS桥梁软件进行成桥和各施工阶段状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩、徐变、支座强迫位移、温度变化等作用的计算。横向按框架和简支板考虑固端影响的模式进行计算，按其最不利内力控制截面设计。主桥合扰在夜间温度较低时进行，合扰顺序为先边跨再次边跨最后中跨合拢。下部结构按最不利荷载组合进行设计，支座沉降1、3、5号墩按Iern考虑，2、4墩按L5cm考虑。4. 2全桥结构单元的划分4.2.1划分单元原则全桥按平面杆系结构进行分析，考虑梁的跨径、截面变化、施工方法、预应力布置等因素，按照杆系程序分析原理，

17、遵循结构离散化的原则，在适当位置划分节点：1 .杆件的起点和终点及边界支承处；2 .杆件的转折点和截面的变化点；3 .施工分界线处和预应力锚固点；4 .单元长度过大时，应适当细分；5 .需验算的截面处；6 .位移不连续，需进行主从约束时。IFsTHlirIlilI11图47结构离散模拟图4.2.2桥梁具体单元划分桥梁总长870米，共分为386个单元，每一个施工节段自成一个单元，另外,在墩顶、跨中和一些构造变化位置相应增设了几个单元，这样便于模拟施工过程,而且这些截面正是需要验算的截面。4.3全桥施工节段划分4.3.1桥梁划分施工分段原则1.有利于结构的整体性，尽量利用伸缩缝或沉降缝、在平面上有

18、变化处以及留茬而不影响质量处。2 .分段应尽量使各段工程量大致相等，以便于施工组织节奏流畅，使施工均衡。3 .施工段数应与主要施工过程相协调，以主导施工为主形成工艺组合。工艺组合数应等于或小于施工段数。4 .分段的大小要与劳动组织相适当，有足够的工作面。4.3.2施工分段划分全桥整体采用悬臂节段浇筑施工法，两端桥台附近单元使用整体支架现浇法。2735单元、8290单元、137145单元、192200单元和247255单元为0号块，以后每向外悬出一块即为一个施工阶段，分别为122号块，两端的1、2和280、281单元为边跨整体现浇段，单元3、4和278、289为边跨合拢节段，单元58、59和22

19、3、224为次边跨合拢节段，单元113、114和168、169为中跨合拢节段。共29个施工阶段，施工阶段步骤列表如下：表4.1悬臂节段浇筑施工法施工流程施工阶段主要工作持续时间（天）图例ht1施工桥墩330IlIIlIlIlMMBH2施工筌号块30MMthl323施工1号块21号块21X12TJTTTMMatMH施工22号块及现浇2412111iIT段边跨张拉及次边跨LjU25配重3026次边跨张拉及中跨配重30Lij丐，-illj-27中跨张拉2KMM-IMr-Jt-,-IX-T4-28二期恒载10000IIfIIr29收缩节段10000nIifI1HiPostCSMIDAS/CivilPO

20、sTPROCESSORBEAMDIAGRAMMAX:280MIN;28文侔：毕业读子模主单色：kNn主期：06/14/2015我光方窈ZiOgo图4-2成桥阶段弯矩图Zr0.0MAX:28MIN:254工谷：N公设Zlg=:kN日第：06/01/2015MiDASQSlPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM表示方F图4-3成桥阶段剪力图MlDASQWPOSTPROCESSORBEAMDIAGRAM站力n二一HMAX:249MIN:26Kg宰业设计噂克MfiEiICN日窈：06/01/2015-NY-Zt0.0图4-4成桥阶段轴力图4.4.2悬臂浇筑阶段内力浇筑0号块，拼装挂蓝，悬臂

21、浇注各箱梁梁段并张拉相应顶板纵向预应力束,悬臂浇注结束时全桥的恒载内力:K 22号块及现浅段，I曰MIDAS/OvilPOST PROCESSORBEAM DIAGRAMW*ySTAG巳22号洪及友法我 CS:但花歌MAX : 1MlN : 28N停：军业&职Si-Mtt； kN F 己期：06/01/2015 方言曰22号块及观光段I Hst图4-5最大悬臂阶段弯矩图MASCivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM盘 E*中茎 WS20 IlSTAGMAX : 28MIN : 254文件：毕业设计模髭*& kN三期：06/01/2015图4-6最大悬臂阶段剪力图图4-7最

22、大悬臂阶段轴力图4.4.3边跨合龙阶段内力安装排架并按施工要求进行预压，现浇边跨等高粱段，达到强度要求后，浇注边跨合龙段，张拉边跨底板纵向预应力束。此时全桥恒载内力:三三;MAX : 280MIN : 28文件；族业设上镶圣单也1 kNn日期：06/01/2015我承力匈图4-8边跨合拢阶段弯矩图DIAGRAMMIDAS/Ovil POSTPROCESSOR, 0.00( - -7.3 -X.Z2CST GEii55i次次迨历隹CS:值营装 aMAX : 28MIN : 254文件：举业设法集空单位kN日期：06/01/2015我承方包图4-9边跨合拢阶段剪力图图470边跨合拢阶段轴力图4.4

23、.4次边跨合龙阶段内力拼装次边跨合龙吊架，焊接合龙段骨架，绑扎合龙段钢筋，浇注次边跨合龙段,张拉次边跨底板纵向预应力束。此时全桥恒载内力:图4-11次边跨合拢阶段弯矩图次边蹊长拉及中号重，I Hsi003 OOOMlDAS7051 postprocessorBEAM DIAGRAMSTRGE，次之旁张把K中苒R CS:值看效MAX : 28MIN : 254Slf料宰也设计设型Mfci kN日期：06/01/2015Z; 0.000图472次边跨合拢阶段剪力图图473次边跨合拢阶段轴力图4.4.5中跨合龙阶段内力拼装中跨合龙吊架，焊接合龙段骨架，绑扎合龙段钢筋，浇注中跨合龙段，张拉中跨底板纵向

24、预应力束。中跨合龙完成后的全桥恒载内力:K中跨拉 I HiSEAN DIAGRAMMAX : 280MIN 28文件：宰业设计展空单 kN*n S: ODi2O15-录rF0Ooo图4T4中跨合拢阶段弯矩图图475中跨合拢阶段剪力图图476中跨合拢阶段轴力图4. 4.6活载内力计算1 .影响线的计算将单位荷载P=I作用在各桥面的节点上，求得结构的变形及内力，可得位移影响线和内力影响线。2 .活载因子的计算1）冲击系数桥梁结构的基频反映了结构的尺寸、类型、建筑材料等动力特性内容，它直接反映了冲击系数与桥梁结构之间的关系。不管桥梁的建筑材料、结构类型是否有差别，也不管结构尺寸与跨径是否有差别，只要

25、桥梁结构的基频相同，在同样条件的汽车荷载下，就能得到基本相同的冲击系数。桥梁的自振频率（基频）宜采用有限元方法计算，对于连续梁结构，当无更精确方法计算时，也可采用下列公式估算：1一结构的计算跨径（m）；E一结构材料的弹性模量（N2）;卜一结构跨中截面的截面惯矩（id4）;me一结构跨中处的单位长度质量（kgm）,当换算为重力计算时，其单位应为（Ns2i112）;G结构跨中处延米结构重力（N/m）；g一重力加速度,g=9.81（ms-2）计算连续梁的冲击力引起的正弯矩效应和剪力效应时，采用力；计算连续梁的冲击力引起的负弯矩效应时，采用力。U值可按下式计算：当/VL5Hz时，U=0.05当1.5H

26、z14Hz,u=0.17671n-0.0157当14Hz时，U=0.45根据规范，计算的结构基频f=0.OOHz,冲击系数U=0.050o2）车道折减系数桥梁横向布置车道数大于2时，应考虑计算荷载效应的横向折减，但折减后的效应不得小于两设计车道的荷载效应。本桥单幅桥面净宽12m,车辆单向行驶，根据规范，应设置3车道/幅，横向折减系数为0.78.当桥梁计算跨径大于等于15Om时，应考虑计算荷载效应的纵向折减。当为多跨连续结构时，整个结构均应按最大的计算跨径考虑荷载效应的纵向折减。本桥最大计算跨径为17Onb根据规范，纵向折减系数取0.97.3.车道荷载汽车荷载是由车道荷载和车辆荷载组成的。车道荷载由均布荷载和集中荷载组成。公路一I级车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5KNm,集中荷载标准值为Pk=360KNo计算剪力效应时，Pk应乘以L2系数。车道荷载的均布荷载应满布于使结构产生最不利效应的同号影响线上，集中荷载标准值只作用于相应影响线中最大影响线峰值处。MASvilPOST-PROCgSSORBEAW DIAGRAM=lMvalMAX:170MIN:144(Z:kNm日期：06Q22015表示万司图477车道荷载弯矩包络图Hi PostCSMlDASQWPostkocessor1M 3.2.X1 .8.0