(50+70+50)m连续刚构毕业设计计算书.doc

XXXXXXXX毕业设计题 目 湖北省仙桃市淅河大桥设计 院 （系） 建筑工程学院 专业班级 土木工程（普本）2005级02班（路桥） 学生姓名 学号 指导教师 职称 评阅教师_ _ 职称_ xxXXXXXXXXXXXX本科生毕业设计湖北省仙桃市淅河大桥设计院（系） 建筑工程学院 专业班级 土木（普本）052班（路桥） 学生姓名 指导教师 xx学生毕业设计原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她）人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育机构的学位或证书而使用其材料。与我一同工作的同志对本设计（研究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计作者（签字）： xx摘 要本毕业设计主要是对预应力混凝土连续刚构上部结构进行设计。连续刚构这种桥型结构刚度好、抗震性能好、墩梁固结有利于悬臂施工，减少了大型支座的养护维修和更换。在近二十余年来，随着预应力技术的发展和悬臂施工法的应用,连续刚构桥得到了广泛的应用。本设计桥梁为跨度（50+70+50）m的预应力混凝土连续刚构，截面形式为单箱双室箱型。桥面宽度为20m，设计荷载标准为公路I级汽车荷载。主梁采用挂篮对称悬臂施工。设计流程如下：第一步:确定主梁的主要构造和细部尺寸；第二步:根据悬臂施工挂篮的起吊能力对主梁进行施工节段的划分；第三步:在Auto CAD中建立计算模型并导入桥梁博士程序中，完成建模过程；第四步:进行施工阶段内力分析，从而估算出所需纵向预应力筋的数目；第五步:计算预应力损失及各项次内力，并进行主要截面验算；最后：绘制工程图及编制说明书。关键词：预应力混凝土连续刚构桥 悬臂施工 桥梁博士 验算ABSTRACTThe undergraduate design is mainly about the design of superstructure of pre-stressed concrete continuous rigid frame bridge.This type of structure has many advantages, such as excellent stiffness,high capability to withstand earthquake. At the same time, the fixation between the pier and the girder is of benefit to the cantilever construction and prevents change and maintenance of large-size supports. With the development of technology of pre-stressing and application of cantilever construction, continuous rigid frame bridge has got the extensive application in past 20 years.This design is a prestressed concrete continuous rigid frame bridge for highway with the span of 50+70+50m. The cross section is the box section with double cell and the width of the deck is 20m. The designed load standard is: highway-.The main girder is constructed by symmetric cantilever equilibrium. The procedure of the design is listed as follows:Firstly:design the main structural configuration and detail dimensions.Secondly:divide the girder into construction segments according to the raising ability of the basket.Thirdly:the model is established in Auto CAD software and then imported into doctorbridge software. Finish the remaining establishment of the model.Fourthly:According to the internal force of the construction analyzed by the software we can distribute the tendons of the bridge.Fifthly: calculate the loss of pre-stressing and secondary force, and then check the main cross-sectionFinally, draw the engineering design and establish the design manuals.Keywords: pre-stressed concrete continuous rigid frame bridge；cantilever construction；Doctorbridge；checking computations目 录中文摘要I英文摘要II1 工程概况11.1设计资料11.2方案比选11.3桥跨结构图式及尺寸拟定32 荷载内力计算62.1恒载内力计算62.2活载内力计算92.3温度作用荷载计算153 预应力钢束设计183.1估算预应力钢束183.2预应力钢束的布置214 预应力损失及有效预应力计算244.1预应力损失的计算244.2 有效预应力计算325 次内力计算345.1徐变次内力345.2收缩次内力355.3预应力次内力365.4支座不均匀沉降次内力376 内力组合396.1承载能力极限状态下的效应组合396.2正常使用极限状态下的效应组合417 截面验算447.1施工阶段截面应力验算447.2承载能力极限截面强度验算467.3正常使用阶段截面应力验算497.3验算结论508 施工组织设计518.1主梁分段与施工阶段的划分518.2主梁施工方法及注意事项52总结54致 谢55参考文献56附录571 工程概况1.1设计资料1.1.1设计技术标准设计荷载：公路级，人群荷载3.5KN/m2；桥梁宽度：全桥宽20m=2.5m（人行道及栏杆）+15m（净桥宽）+2.5m（人行道及栏杆）；设计洪水频率：1/300；通航标准：通航水位2.44m，设计通航孔底宽40m，高6.5m。1.1.2材料规格混凝土规格见表1.1： 表1.1 混凝土规格表混凝土标号部位C50主桥箱梁C40主墩墩身、横梁C30支座垫石、承台C25桩基沥青混凝土桥面铺装钢材 1）预应力钢绞线：符合美国ASTM41698标准，270K级高强低松弛钢绞线，标准强度，弹性模量=195000MPa，公称直径15.24mm，公称面积140。2）普通钢筋：钢筋直径12mm者为HRB335钢筋，直径10mm者为R235钢筋。技术条件必须符合有关规定。3）其他钢材：钢板、检测管及焊条等，均应符合相应国际规定及满足设计、施工需求。1.1.3设计依据公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)公路桥涵地基与基础设计规范 （JTG D63-2007）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004)1.2方案比选本次桥梁设计从功能、安全、经济与美观的角度通过对拱桥、连续刚构和斜拉桥进行对比，从而得出最佳的桥梁设计方案1：1.2.1从功能方面比较拱桥：行车平顺、通畅、安全，满足通航要求；在城市景点或旅游地区，为配合当地景观而常采用之；连续刚构：梁保持连续，无伸缩缝，行车平顺舒适；桥下净空大，可满足通航要求；斜拉桥：主梁在斜拉索的各点支承作用下，大大增大了其跨越能力，行车性能亦较好，可满足通航要求。1.2.2从安全方面比较拱桥：对地基基础要求较高，多孔连续拱桥相互影响，对整体结构不利；建筑高度较高时，对拱桥稳定不利；连续刚构：采用墩梁固结，提高了结构的刚性；对常年温差、基础变形和日照温度较敏感；斜拉桥：斜拉桥结构轻巧柔细，在车辆运行、地震和风力作用下，必然会引起桥梁震动，轻则影响行车，行人舒适，重则使桥梁毁坏。1.2.3从经济方面比较拱桥：有水平推力的拱桥，对地基基础要求较高，修建时需要有较大的墩、台和良好的地基，从而加大了下部结构的工程量，造价较高；连续刚构：无须设支座；设计技术成熟，施工简便，无须大型施工设备和工具，可充分降低施工成本；斜拉桥：属于高次超静定结构，包含着很多设计变量，不仅设计困难，而且施工也较为复杂，并且建成后养护成本高。1.2.4从美观方面比较拱桥：形式多样，外形美观；连续刚构：采用墩梁固结，使桥看起来更加轻巧、简洁和美观；斜拉桥：外形美观，比例协调，现代感较强。通过以上三种桥型优缺点的对比：连续刚构为本次最佳设计桥型。桥型比选总体布置图见图1.1、1.2、1.3。 图1.1 拱桥桥型总体布置图（比选方案）图1.2 斜拉桥桥型总体布置图（比选方案）图1.3 连续刚构桥型总体布置图（推荐方案）1.3桥跨结构图式及尺寸拟定1.3.1结构图式截面形式为了减小上部结构的自重，达到增加跨度、减少下部结构的工程量、增加截面抗扭刚度的目的，本桥采用单箱双室截面2。从绝对值来看，支座处的负弯距远大于跨中正弯距，为更好的适应结构内力分布规律，上部结构采用变截面箱形梁。刚构墩为双薄壁墩2，利用此墩的柔度形成摆动式支承体系来适应由预加力、荷载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的纵向位移。墩顶和边跨梁端设置横隔板，墩顶横隔板处设置过人洞。立面形式本桥为预应力混凝土连续刚构桥。本桥跨径组成50+70+50170m，梁高按二次抛物线变化。两桥墩取等高，高度为20m。1.3.2主要尺寸拟定跨度桥梁跨度应根据水利部门推荐桥位处主桥主跨径的范围，及主河槽布置桥孔要求，结合桥址处的水文、地质、河道断面、通航要求综合考虑，选出适合于该桥位的跨径。在孔径布置方面，根据国内外已建成的连续刚构桥和P663，边跨跨径与主跨跨径之比为0.50.8.所以主跨跨径定为70m，边跨跨径定为主跨跨径的0.715倍，即50m。连续刚构全长为50+70+50=170m。主梁高度支点截面梁高：根据P67表2-1-63，梁高为1/161/20L，取L/18.9，即3.69m。跨中截面梁高：根据P67表2-1-63，梁高为1/301/50L，取L/44.1即1.59m。梁底曲线：根据P67表2-1-63，选用二次抛物线。以跨中梁底为原点，曲线方程为：=-0.00233564X2箱梁腹板厚度根据经验公式：腹板总厚度：(m),其中，B为桥面总宽度(m)；L为主跨跨度(m)。同时应满足构造要求：单个腹板厚度t00.15m。本桥既注重上部结构的轻型化，也注重主拉应力的控制，对腹板尺寸的选定参照国内外一些类似桥梁资料。本桥腹板厚度保持不变，为100cm；悬臂根部保持不变，为60cm；梁肋厚度亦保持不变，为50cm。箱梁底板厚度4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，当采用悬臂施工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面承受很大的压力。箱形截面的底板应提供足够大的承压面积，发挥良好的受力作用。在发生变号弯矩的截面中。顶板和底板上都应各自发挥承压的作用。1)箱梁支座处：由于0号段底板受力十分复杂，支座处箱梁设置满横隔板，中间预留过人孔道。2)箱梁根部底板厚度箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。底板除需符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜保持在底板以内有适当的富余。本桥选用50cm。3)箱梁跨中底板厚度大跨度连续箱梁因跨中弯矩要求底板内需配置一定数量的钢束和钢筋，此时跨中底板厚度取为25cm。4)其余梁段的底板厚度沿跨径按二次抛物线变化。箱梁顶板厚度确定箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面板横向弯矩的要求，满足布置纵向预应力钢束的要求。箱梁断面顶板厚在全梁范围内取为25cm。2 荷载内力计算桥梁结构是一种复杂的空间结构。要精确分析桥梁结构的真实受力，非常困难，而它最主要的是结构的纵向受力分析，考虑到桥梁的跨宽比一般较大，所以通常将纵向分析模型近似处理为杆件系统。本设计的内力计算采用的是桥梁博士3.0。2.1恒载内力计算2.1.1计算方法恒载内力计算采用桥梁博士提供的有限元方法计算，由于不同的施工方法所计算出来的恒载内力会不一样，所以计算时应该严格考虑施工阶段的划分。计算阶段划分：1） 由中支墩悬臂法施工至最大悬臂；2） 安装边支座，现浇边跨等高梁段；3） 边跨合拢，拆除边跨临时支座； 4） 合拢中跨；5） 拆除吊篮；6） 桥面铺装；7） 运营阶段。混凝土材料特性的取值：箱梁（C50）:混凝土容重：=26kN/m3 ；桥墩（C40）:混凝土容重：=25kN/m3 。二期恒载集度： q=75kN/m。计算简图：图2.1 结构计算简图2.1.2计算结果主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力和二期恒载（如桥面铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力。由桥梁博士程序分析得出恒载内力，由于结构对称，恒载内力计算结果只取结构一半代表单元：表2.1 恒载内力计算结果单元号节点号轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）1100020608-1521414091248055150-3954870117170-6384846818011554756922220-26044230323029714035727270-44582995628048342670632320-6356110473306740646337370-8300-145853808695-2054242420-10291-4710943010694-5445947470-12399-8674148012812-9556052520-14532-13385053014964-14418055550-16204-17528056016829-19179061610-20054-28397062020709-304330676743917100-21151068439-16465-19471070单元号7043915205-163130节点号轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）71439-14590-148260757543912880-10991076439-12457-101060808043910807-6856581439-10398-6115485854398791-3437286439-8392-2837290904396822-712591439-6433-2502959543948361327196439-445316510100100439295726850101439-258628790105105439112933957106439-7673461310810843925035117109439935176由桥梁博士绘出一期二期恒载弯矩和剪力包络图：图2.2 一期恒载弯矩图图2.3 一期恒载剪力图图2.4 二期恒载弯矩图图2.5 二期恒载剪力图2.2活载内力计算活载内力计算为基本可变荷载在桥梁使用阶段所产生的结构内力。2.2.1横向分布系数的计算荷载横向分布指的是作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配，或者说各主梁如何分担车辆荷载。横向分布系数的计算5单箱双室，桥面净宽度W15.0m，根据表4.3.1-36，车辆单向行驶，桥涵的设计车道数为4车道。用刚性横梁法计算横向影响线竖标值：1）抗扭修正系数1.02）计算横向影响线竖标值对于1号边梁的横向影响线竖标值可以通过简化公式计算：单箱双室计算简化为3片梁肋：汽车荷载布置见图2.6： 图2.6 汽车荷载布置图其中：5.752+0+5.75266.13 m2 0.833 -0.167影响线见图2.7：图2.7 影响线图用刚性横梁法的横向分布影响线为直线，设影响线零点离1号梁轴线的距离为x，则：解得：x9.5795m2.2.2计算荷载得横向分布系数根据表4.3.1-36，本设计的桥面净宽度W15.0m，车辆单向行驶时在，桥涵的设计车道数为4车道。计算荷载得横向分布系数：一车道加载时：图2.8 一车道加载0.8635二车道加载时：图2.9 二车道加载1.4573三车道加载时：图2.10 三车道加载 1.7816四车道加载时：图2.11 四车道加载 -0.0235）1.8364五车道加载时：图2.12 五车道加载 -0.0235-0.1366-0.2931）1.62162.2.3计算结果由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结构一半代表单元，见表2.2：表2.2 活载内力计算结果单元号内力轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩1轴力000000剪力000-181000弯矩00000014轴力390039039剪力-1902120-13701870-633弯矩-238024100668029100-7390单元号内力轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩17轴力490049049剪力-1901810-16601340-645弯矩-300025700695031900-942022轴力610061061剪力-1901470-2070-674-633弯矩-379026100668033300-1190027轴力730073073剪力-1901210-2440185-632弯矩-450025400434032700-1420032轴力840084084剪力-190984-2900-1790-632弯矩-52002400088030100-1650037轴力960096096剪力-190803-3290-604-845弯矩-589022300-475026400-1890042轴力107001070107剪力-190658-3700-2000-1650弯矩-657020600-1210023200-2340047轴力119001190119剪力-190546-4190-215-2940弯矩-723018900-2070020400-3080052轴力130001300130剪力-190457-4610-1800-3660弯矩-785017500-3170018200-4200055轴力139001390139剪力-190403-500062-4180弯矩-831016600-4090017000-5230061轴力158001580158剪力-190339-5750287-5310弯矩-926015400-6640015400-80000单元号内力轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN.m）最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最大轴力67轴力4460-39602680-2650-21402630剪力44101235540-772-4284720弯矩-40900-13000-500001600025200-7010070轴力4460-39502700-2590-20102520剪力40101235150-785-2714150弯矩-29600-11700-382001520024700-5780075轴力4460-39402690-2480-11202300剪力36101234660-83812503480弯矩-16600-10400-250001440025800-4430080轴力4460-39302650-1640-7752010剪力31101234230-908-1852890弯矩-6210-9240-148001630027200-3400085轴力4460-39202570-1400-369715剪力27101233800-1070-1842040弯矩2750-8140-62801700028300-2620090轴力4460-39102460-1160131299剪力23101233400-123011601600弯矩10500-73008291700029500-2000095轴力4460-38902310-891701-250剪力18101233010-1470-3871160弯矩16700-650065001700030200-15200100轴力4460-38802130-6291430-1060剪力14101232640-1700895701弯矩21600-5850110001590030600-11900105轴力4460-38701930-3652900-2310剪力9131232300-2010983192弯矩25000-5190142001470031400-10400108轴力4460-38701820-2442920-2320剪力7141232140-2150744187弯矩26200-5000155001350031700-101002.3温度作用荷载计算桥梁结构处于自然环境中，受到大气温度作用的影响。温度作用指因温度的变化而引起的结构变形和附加力。温度的变化可分为均匀温度变化和梯度温度两种情况。前者表示结构整体在一年中的温度变化；后者表示结构上不同点或不同材料之间的温度差异。2.3.1梯度温度作用效应计算原理 根据条例4.3.106相关规定，计算桥梁由于梯度温度引起的效应时不计横向梯度作用，可采用下图2.13竖向梯度温度所示的曲线，桥面铺装按100mm沥青混凝土铺装层计算，其桥面板表面的最高温度为14, 为5.5。对于混凝土结构当大于400mm时，A300mm。竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。日照温差 日照反温差 l =0m, =14 l =0m, = -7l =0.1m, =5.5 l =0.1m, = -2.75 l =0.2m, =3.7 l =0.2m, = -1.85 l =0.3m, =1.83 l =0.3m, = -0.92l =0.4m, =0 l =0.4m, = 0 计算 图2.13 竖向梯度温度由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结构一半代表单元，见表2.3： 表2.3 温度梯度作用效应计算结果单元号温度梯度截面升温温度梯度截面降温轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)1400000017020424500-102-122022020430600-102-153027020438400-102-192032020445500-102-228037020452700-102-264042020459800-102-2990单元号温度梯度截面升温温度梯度截面降温轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)47020467000-102-335052020474100-102-371055020481300-102-407061020486800-102-434067020499100-102-49607031205830-1560-29207531205810-1560-29108031205700-1560-28508531205670-1560-28409031205610-1560-28109531205570-1560-279010031205530-1560-277010531205500-1560-275010831205480-1560-27402.3.2均匀温度作用效应均匀温度的取值，可按桥梁所在地区的气温条件（一般取当地最高和最低月平均气温）确定；均匀温度变化值，应自结构合拢时的温度算起。根据条例4.3.107的相关规定湖北地区属于温热地区，最高和最低月平均气温分别为34和-3，则结构合拢时的温度为16，结构最大温升18，最大温降-19。由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结构一半代表单元，见表2.4：表2.4 系统温度作用效应计算结果单元号系统升温系统降温轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)100000014010212100-107-128017010215200-107-160022010219000-107-201027010222600-107-239032010226200-107-2760单元号系统升温系统降温轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)37 0 102 2970 0 -107 -3140 42 0 102 3330 0 -107 -3510 47 0 102 3680 0 -107 -3890 52 0 102 4040 0 -107 -4260 55 0 102 4310 0 -107 -4550 61 0 102 4920 0 -107 -5190 67 744 0 -1500 -786 0 1580 70 744 0 -1680 -786 0 1780 75 744 0 -1860 -786 0 1970 80 744 0 -2020 -786 0 2130 85 744 0 -2170 -786 0 2290 90 744 0 -2270 -786 0 2390 95 744 0 -2360 -786 0 2490 100 744 0 -2420 -786 0 2560 105 744 0 -2470 -786 0 2610 108 744 0 -2480 -786 0 2620 3 预应力钢束设计3.1估算预应力钢束根据P2314配筋计算要求，预应力梁应满足弹性阶段的应力要求和塑性阶段的强度要求。因此，预应力筋的数量可以从满足这几方面的要求来考虑8：3.1.1计算原理预应力梁在预加应力和使用荷载作用下的应力状态应满足的条件是： 上缘应力： y上Mg/W上 y上+ Mg/W上+ Mp/W上0.5Rba 下缘应力： y下Mg/W下+ Mp/W下y下- Mg/W下0.5Rba一般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上缘和下缘的压应力不是控制因素，为方便计算，可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件。当预拉区配置受力的非预应力钢筋时，容许截面出现少许拉应力，但在估算钢束数量时，依然假设RL等于零。由预应力钢束所产生的截面上缘应力y上和截面下缘应力y下分以下三种情况讨论：截面上、下缘均布置力筋N上和N 下以抵抗正负弯矩，由力筋N上和N下在截面上下缘产生的应力分别为：y上=+-y下=-+可得到上缘和下缘预应力筋的数目:n上=Mmax(e下-K下)-Mmin(K上+e下)/(K上+K下)(e