黄石中茵国际酒店环形桥研究说明书本科毕设论文.doc

武汉工程大学毕业设计说明书摘 要黄石中茵国际酒店环形桥是连接黄石广会路和酒店二楼的通道，也作为酒店场景的景观桥，它由跨线桥、异型桥和跨湖桥构成，且与起点道路及酒店相接标高已定，故梁高受到限制，不宜采用较厚梁。这篇论文主要为黄石中茵国际酒店环形桥异型桥的设计计算过程以及计算依据，包括方案比选、结构尺寸的拟定、配筋估算、结构强度的验算、下部结构的选取及验算等。另外还简要的介绍了连续刚构桥的基本情况以及一些施工方案等。计算结果多用计算图式给出，计算过程运用了桥梁博士以及ANSYS等软件，并对其计算原理进行了简要介绍。关键词： 连续刚构弯桥 受力分析 钢筋估算 强度验算 截面复核 连续刚构桥施工 ABSTRACTThe annular bridge of Yellowstone Zhongyin international Hotel is a channel between the second floor of it and the Yellowstone Guanghui road. It aslo acts as a landscape of hotel. Because of it cross the lake and a road, and the certain standard height connecting the starting of the road and the hotel, girder is restricted and the thicker should not be used.This paper mainly describes the progress of calculations and the basis of the annular bridge of Yellowstone Zhongyin International Hote, including program selection, development of structural dimensions, reinforcement estimates, checking the structural strength, the lower part of the structure of the selection and calculation. Otherwise, this paper also briefly introduces the basic situation of continuous steel bridge and some construction programs. Most of computational results use the caculating tables and picture, and the progress is based on The Bridge and ANSYS software and some introductions about principle of caculation. Keywords: Continuous Steel Bridge, force analysis, estimated strength of steel, checked intension, cantilever construction of a meview of checking cross-section steel bridge construction 目 录摘 要IABSTRACTII目 录III绪 论1第1章 概述21.1 工程概述21.2 工程地质21.3 技术规范及技术标准4第2章 方案比选61.1 桥型方案比选61.2 桥墩方案比选6第3章 连续刚弯板桥的特点103.1 弯桥的特点103.2板式桥特点103.3连续刚构桥的特点11第4章 桥梁上部结构设计124.1 设计特点124.2 截面形式及截面尺寸拟定124.3 内力计算134.4 配筋估算294.5 强度验算29第5章 桥梁下部结构设计395.1 桩基础类型的选择395.2 桩径、桩长的确定395.3承载力验算40第6章 施工方案486.1 主梁施工工序486.2 施工要点48总 结50致 谢51参考文献52 52绪 论 毕业设计是完成教学计划达到工科本科学生培养目标的重要环节。毕业设计是学生学完全部教学计划中规定的课程后，在教师指导下，独立完成一项道路或桥梁的土建设计任务，是培养目标所要求的理论联系实际的重要环节，是教学计划中进行综合训练的重要实践环节，是有助于培养应用性人才的一种教学形式，它将使学生在设计中综合运用所学知识，解决本专业方向的实际问题方面得到系统性的训练。这个设计主要内容为弯坡连续刚构板桥全桥结构的设计和计算。通过这次设计，我对变截面梁主梁、桥台桩基础的设计验算有了全面的体验。在设计过程中，自己独立分析和解决问题的能力有了相应的的提高，同时学会了广泛查阅文献资料、熟练使用规范手册和使用专业软件进行计算。 近来二三十年来,我国连续刚构板桥发展很快,无论在桥型，跨度以及施工方法与技术方面都有突破性发展。为适应我国经济的发展,缓解交通问题给人们生产生活带来的不便,连续刚构板桥的应用范围将更加广阔。为了更好的掌握连续刚构的基础知识，这次设计将是一次让我们用所学的知识解决连续刚构桥工程问题的机会。在截面验算时使用桥梁博士软件，学会了输入截面形式、截面配筋及荷载等，快速的验算截面是否满足承载能力极限和正常使用极限。 在今后的设计和学习中将更多的使用专业软件进行设计计算，这对设计时间的缩短将起到很大的作用。第1章 概述1.1 工程概述本设计为黄石中茵国际酒店环形桥异型桥工程施工图设计。根据黄石中茵国际酒店景观设计概念性方案，环形桥是连接黄石广会路和酒店2楼的重要通道，同时也是进入酒店的一座景观桥。而其中的异型桥则是连接酒店的部分，为进入酒店的直接通道，所以粱高受到酒店高程限制。拟建场地南侧遥望黄荆山脉，北瞰杭州东路，工程位置在原黄石市青少年宫（活动中心）地界，现地面标高在17.8033.99m左右，总体地势西高东低，周边多-133层建（构）筑，交通十分便利。图1-11.2 工程地质根据黄石中茵国际酒店环形桥岩土工程勘察报告提供的资料，桥址场地地层结构及水文地质条件如下：1.地层结构及岩性特征根据提供的资料，桥址地层根据钻探岩性鉴别，可分为三个工程地质岩组，第一组为人工素填土；第二组为第四系冲积、洪积土；第三组为变质岩浆岩类工程地质岩组，根据各组成因类型、工程特性、风化程度等可分为4个岩性层，自上而下，从新到老简述如下：第一层：杂填土，黄灰褐杂色,主要由粘性土混碎石组成,夹砖渣等建筑垃圾与生活垃圾，松散-稍密,湿饱和，不均匀，全场多有分布，底面呈向湖塘倾斜，平均厚度4.40米；第二层：粘土，黄褐红及灰褐色，粘土混粉质粘土为主，下部粉土、砂及角砾渐渐增多，可硬塑状态，底部多呈软流塑态，全场均有分布，平均厚度为14.00米；第三层：强风化闪长岩，灰褐色，强风化闪长岩，原岩结构构造可辨，岩芯呈碎、块石夹角砾、密实砂和粘性土状，湿干燥，岩块锤击声哑，手可掰散，全场均有分布，部分地段未钻穿，平均厚度为7.50米；第四层：中风化闪长岩，灰白色，中风化闪长岩，细斑晶结构，块状构造，岩芯呈碎块石和柱状，较破碎较完整，锤击声脆，振手，节理裂隙较发育，采取率约60%，RQD多60%，属燕山晚期侵入岩，全场均有分布，部分地段未揭露，平均厚度为6.50米。在现勘探点深度范围内，场地下伏岩土体分布不均：第层杂填土分布、厚度、组份及工程性质均极不均匀，未经专门密实处理；第层粘土，厚度不均匀；第层强风化闪长岩与第层中风化闪长岩也存在一些缺陷：如局部地段夹有相对软弱的较破碎层，岩体表面起伏不平。 2.水文地质条件场区内地下水类型主要为第四系孔隙水。第四系孔隙水主要赋存于第层填土中，属上层滞水类型，其透水性极不均匀，可能与湖塘水具有一定联系；在第层强风化闪长岩与第层中风化闪长岩中可能存在裂隙水。从总体上讲，本场地范围内的第层土属隔水层，虽也含有少许孔隙水，但水量极微。勘察期间测得场地范围内的上层滞水水位深度在0.02.3m左右；勘察期间未能测到基岩裂隙水位。场地范围内的上层滞水主要受大气降水补给，大体自南向北径流。据调查，场地地下水位年变幅在2.0m左右。地下水水量一般不大，旱季不构成工程隐患。而降雨时节的水则可能给地下工程施工造成一定麻烦。在施工期应加强场地范围内的地下水、地表漫流与人工排水对桩孔施工的疏、堵、排及予警措施。场地下伏地层的渗透性极不均匀，第层杂填土的渗透系数k 值为10-510-2cm/s左右；第层粘土的渗透系数k 值为10-810-5cm/s左右；第层强风化闪长岩的渗透系数k 值为10-410-2cm/s左右；第层中风化闪长岩的渗透系数k 值为10-610-3cm/s左右。上述水位等几何参数为实测值，渗透系数值等为经验值。调查表明，场地及附近没有污染源，场地地下水的值为5.65.7(弱酸性)，水质类型为HCO3-SO42-Ca2+-Mg2+-Na+K+型水,根据本工程水质分析资料及周边工程水质资料判定，场地范围内的地下水对混凝土中的刚筋和混凝土具微腐蚀性；根据本地区资料及新规范判定，场地土对建筑材料具微腐蚀性。3、场区地震效应场区位于地震基本烈度6度区范围，拟建工程按6度烈度进行抗震设防，场地设计地震加速度为0.05g，设计地震分组为第一组，设计特征周期为0.35s。由于本次剪切波速测试尚未完成,委托方急于设计施工，拟建场地的剪切波速暂按省标采用经验法计算，得到平均等效剪切波速vse为198m/s（在140250m/s范围内）,场地土属中软土,建筑场地类别为类。场地位于可进行建筑、对建筑抗震一般地段。场地下伏岩土层性质比较复杂，杂填土层松软不均且厚度较大，在未来罕遇地震条件下，可能发生局部地段地基失稳现象。在多遇地震条件下,场地范围内不存在液化及一般地震稳定性问题产生的条件，场地及附近没有发震断裂构造及地震诱因，区域地块稳定性较好；在现设防圈定条件及正确进行相应处理的前提下，不可能发生滑坡、崩塌、液化与流滑等地震稳定性灾害。参考地质情况，采用嵌岩桩会比较好。 1.3 技术规范及技术标准1.3.1 技术规范1、公路工程技术标准（JTG B01-2003）2、公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）4、公路圬工桥涵设计规范（JTG D6l-2005）5、公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）6、公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）7、工程建设标准强制性条文（公路工程部分）1.3.2 技术标准1、荷载等级：公路级 人群荷载3.5KN/m2。2、桥面宽度：桥面宽度为变宽度，人行道及行车道结合酒店及周边情况确定。3、地震基本烈度：6度，设计基本地震加速度值为0.05g。4、桥面横坡：单向1.2%（行车道），1.0%（人行道）。5、桥面纵坡： 0%。6、本桥设计基准期为100年。1.3.3 主要材料沥青砼：桥面铺装（上层）采用5cm厚沥青砼。混凝土：主梁采用C40砼；墩身、防震挡块、台帽均采用C30砼；承台、栏杆基座、路缘石采用C25砼；桩基采用C25水下砼；桥面现浇层采用C40防水砼。砂浆砌片石：挡土墙及一字墙采用MU1.5砂浆砌片石。碎石垫层：承台底采用20cm厚碎石垫层。人行道铺砌：彩砖。栏杆：不锈钢栏杆。钢材：采用用HRB335热轧螺纹钢筋（12mm）和R235热轧光圆钢筋（12mm）。伸缩缝: SSFB-60型伸缩缝。支座：GYZF4-225圆板式橡胶支座。桥梁装饰：甲方可根据实际情况对桥梁侧面（含桥墩、桥台及挡墙）选择适当材料进行涂色或贴面处理。第2章 方案比选1.1 桥型方案比选桥型方案构思特点：由于该桥为异型桥，桥宽不断变化，桥面与酒店入口持平，我们选用普通钢筋混凝土连续刚构板桥这一桥型本方案为13.421+13.465+13.366+14.598+8.186m普通钢筋混凝土连续刚构板桥，全长63.04m，桥面中心标高假定为100.00米。主梁采用C40砼，桥面现浇层采用C40砼，采用支架现浇的施工方法。普通钢筋混凝土连续刚构板桥是使用比较普遍的结构形式，其优点是制造简单、整体性好、接头也方便。便于施工，而且经济。采用变截面梁，即可以节省材料，又能保证桥下净空高度。普通钢筋混凝土连续刚构板桥建桥速度快、工期短、模板支架少等优点而应用广泛。1.2 桥墩方案比选桥型方案构思特点：普通钢筋混凝土刚构连续板桥，结合酒店及周边环境，根据桥墩的结构形式，做了3个方案进行比选，分别为纵向Y型桥墩、横向花瓶式桥墩及横向V型桥墩。 方案一：纵向Y型桥墩Y 型刚构是一种受力合理能够很好的满足此处的交通及施工要求,满足轨道交通对桥梁刚度,稳定性及动力特性等各方面的要求的墩型。采用此桥型具有以下优点：1.具有相当的跨越能力,能够满足桥梁下面的行车要求。2.同等跨度的连续刚构相比,采用 Y 型墩能有效缩短桥梁的计算跨径,有效的减小支点及跨中的弯矩峰值, 降低梁高,3.外形美观,线形流畅,视野开阔;Y型墩及纤细的主梁相配合,显得造型挺拔清秀。图2-1方案二：横向花瓶式桥墩图2-2随着我国社会经济水平的不断发展,对桥梁景观的要求越来越高,造型美观的花瓶式桥墩也越来越多地应用于各个城市的轨道交通桥梁中。由于花瓶式桥墩顶部既不属于短悬臂,也不属于长梁,所以按短梁或长梁配筋都是不恰当的。而且花瓶式桥墩顶部受力十分复杂。方案三：横向V型桥墩V型刚构结构整体性好，抗震性能优，顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度大，能满足特大跨径桥梁的受力要求。主梁与桥墩固结，上下部结构协同受力，使得墩顶处箱梁截面的负弯矩减小，有利于减小梁高。桥墩高而柔，顺桥向抗推刚度小，有效地减小温度和混凝土收缩的影响。最大限度地延长桥梁的使用寿命。型刚构桥型新颖美观，减小主跨跨径，断面尺寸减小，更加轻巧，结构整体性好，施工方便，造价较低。图2-3初步选定方案：根据上述各种桥墩样式的比较，参照酒店附近的地势地形，并结合甲方提供的各种要求，我们选用第一种方案，即纵向Y型桥墩为桥墩方案。第3章 连续刚弯板桥的特点3.1 弯桥的特点(1) 弯桥在外荷载的作用下会同时产生弯矩和扭矩，并且互相影响。使梁截面处于弯扭共同作用的状态，其截面主拉应力往往比相应的直梁桥大得多。(2) 弯桥在外荷载的作用下，还会出现横向弯矩。(3) 由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直线桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显。(4) 由于弯扭耦合，弯桥的变形比同样跨径直线桥要大，外边缘的挠度大于内边缘的挠度，而且曲率半径越小、桥越宽，这一趋势越明显。(5) 因内、外侧反力的不同，也会使各墩柱所受竖向力出现较大差异。下部结构除了承受移动荷载制动力、温度变化引起的内力、地震力等外，还承受离心力产生的径向力等。3.2板式桥特点板式桥是公路桥梁中量大、面广的常用桥型，它构造简单、受力明确，可以采用钢筋混凝土和预应力混凝土结构；可做成实心和空心，就地现浇为适应各种形状的弯、坡、斜桥，因此，一般公路、高等级公路和城市道路桥梁中，广泛采用。尤其是建筑高度受到限制和平原区高速公路上的中、小跨径桥梁，特别受到欢迎，从而可以减低路堤填土高度，少占耕地和节省土方工程量。实心板一般用于跨径13m以下的板桥。因为板高较矮，挖空量很小，空心折模不便，可做成钢筋混凝土实心板，立模现浇或预制拼装均可。空心板用于等于或大于13m跨径，一般采用先张或后张预应力混凝土结构。先张法用钢绞线和冷拔钢丝；后张法可用单根钢绞线、多根钢绞线群锚或扁锚，立模现浇或预制拼装。成孔采用胶囊、折装式模板或一次性成孔材料如预制薄壁混凝土管或其他材料。钢筋混凝土和预应力混凝土板桥，其发展趋势为：采用高标号混凝土，为了保证使用性能尽可能采用预应力混凝土结构；预应力方式和锚具多样化；预应力钢材一般采用钢绞线。板桥跨径可做到25m，目前有建成3540m跨径的桥梁。在我看来跨径太大，用材料不省，板高矮、刚度小，预应力度偏大，上拱高，预应力度偏小，可能出现下挠；若采用预制安装，横向连接不强，使用时容易出现桥面纵向开裂等问题。由于吊装能力增大，预制空心板幅宽有加大趋势，1.5m左右板宽是合适的。3.3连续刚构桥的特点连续刚构桥分主跨为连续梁的多跨刚构桥和多跨连续-刚构桥，均采用预应力混凝土结构，有两个以上主墩采用墩梁固结，具有T形刚构桥的优点。但与同类桥（如连续梁桥、T形刚构桥）相比：多跨刚构桥保持了上部构造连续梁的属性，跨越能力大，施工难度小，行车舒顺，养护简便，造价较低。多跨连续-刚构桥则在主跨跨中设铰，两侧跨径为连续体系，可利用边跨连续梁的重量使T构做成不等长悬臂，以加大主跨的跨径。连续刚构桥是一种高次超静定结构，连续梁结构也是超静定结构，但因超静定次数比连续刚构少而使得受力要简单一些。还有，连续刚构的墩高往往各不相同，所抗推刚度也各不相同（抗推刚度与墩高的三次方的倒数成正比），而且可能相差很大，由连续刚构由于墩梁相结合，共同受力，所以刚构桥的计算是比较复杂的；相比之下，连续梁桥的上部结构受力受墩身的影响要少得多。连续刚构桥的特点就是主梁和墩台是刚性连接的,在竖向荷载作用下,主梁端部产生部分负弯矩,减少了跨中的弯矩,跨中截面相应减小.所以桥下净空大,视野开阔,混凝土用量少. 而且,由于墩梁固结,不需要支座.整个桥梁连成一体,抗震性能好. 连续刚构桥适合大跨,高墩,俊秀挺拔.景观效果好.根据以上连续刚构板桥的各种优点，结合甲方的意愿，为了更加符合酒店周边环境，我们选取连续刚构弯板桥来作为桥型设计。第4章 桥梁上部结构设计4.1 设计特点混凝土连续板桥设计的一般步骤为：参照已有的设计拟定结构几何尺寸和材料类型，模拟实际的施工步骤，计算出恒载及活载内力；然后再根据实际情况确定温度、沉降等荷载，计算其产生的内力，并与恒、活载内力进行正常使用与承载能力组合。各种荷载作用下的内力计算出来后，需要进行承载能力组合和正常使用组合，以进行截面强度验算和变形验算。如各项验算均满足要求且认为合理，则设计通过。如有些截面的有些验算通不过，则需要调整配筋甚至修改截面尺寸后重新计算，直到各项验算均通过为止。4.2 截面形式及截面尺寸拟定4.2.1 纵截面形式经过优化计算，采用等高曲线形截面，这样既美观，又符合结构力学要求。如4-1图所示图4-1 主梁部分纵断面图（cm）4.2.2 横截面形式桥面全宽为14.35-23.56 m，截面形式如4-2图所示。采用普通钢筋混凝土。翼缘外悬1.75m，梁高0.61.2m。图4-2 主梁横断面构造（cm）4.3 内力计算4.3.1模型建立将整座桥梁分为桥面板和桥墩两部分，材料属性与第一部分相同。几何建模过程可概述为：通过竖向拉伸，建立桥面板的主体结构通过横向拉伸，生成桥面板沿轴线方向高度变化的特征通过纵向拉伸，生成桥面板两翼网格的划分通过多次剖分几何模型，将模型划分为多个六面体结构，采用映射网格划分单元。建模过程中，桥面板和桥墩通过耦合进行连接。建成后的桥梁模型及划分单元如下：图4-3 整体几何模型图4-4 整体网格模型图4-5 桥面板网格划分图4-6 桥墩网格划分4.3.2 计算分析计算分析可分为三个步骤进行：1. 考虑恒载作用，计算模型中的最大挠度和最大应力，并确定其位置；2. 考虑移动活载作用，计算影响线，确定汽车活载最不利作用位置。3. 同时考虑恒载、活载和温度效应，确定最大位移和最危险截面上的最大内力。根据计算结果，进行截面复核。4.3.3 恒载计算4.3.3.1 恒载下的挠度计算恒载：考虑桥梁自重，将人行道荷载简化为均布荷载施加于桥面两翼，将路面铺装层简化为均布荷载施加于桥面板上。经过计算模型竖直方向位移如图4-6所示：图4-7 竖直方向位移云图最大位移位于跨中外侧，取最有代表性的三个节点(位置见图4-8)，进行分析：图4-8 节点布置表5.恒载引起的竖向位移（单位：mm）节点编号Nod1Nod2Nod3作用位置中跨外四跨外中跨中竖向位移5.84.82.4从计算结果可知，中跨跨中外缘在恒载作用下的最大挠度为5.8mm4.3.3.2 恒载下的内力计算图4-9 桥面板等效应力云图图4-10桥墩等效应力云图由等效应力云图可以发现最大应力发生在桥墩顶端，与桥面板交界处，除去应力集中情况，取桥墩，桥面板具有代表性的几个截面，进行内力分析。桥面板所取截面如图所示：图4-11 桥面板截面布置桥墩所取截面如图所示：图4-12 桥墩截面布置4.3.4 活载计算考虑汽车活载，施加沿轴线方向的移动荷载，得到纵向影响线，由于中跨横向尺寸较大，于中跨处施加垂直于轴线方向的移动荷载，得到中跨的横向影响线。4.3.4.1 汽车活载位移影响线计算图4-13 位移纵向影响线图4-14 位移横向影响线4.3.4.2 确定汽车活载参照图4-8，对于节点nod1和nod3由影响线可以得知汽车荷载处在中跨时产生影响较大，所以将活载简化为中跨两车道上的两个集中力和两段均布载荷，根据规范车道荷载（按公路级）计算，大小分别为170kN、7.9kN和180kN、7.9kN对于节点nod2由影响线可知汽车荷载处在第四跨跨中时产生影响较大所以将活载简化为第四跨两车道上的两个集中力和两段均布载荷，根据规范车道荷载（按公路级）计算，大小分别为170kN、7.9kN和180kN、7.9kN。4.3.4.3 汽车活载内力影响线计算图4-15 截面A内力纵向影响线图4-16 截面A内力横向影响线图4-17 截面B内力纵向影响线图4-18 截面B内力横向影响线图4-19 截面C内力影响线图4-20截面D内力影响线图4-21 截面E内力影响线图4-22 截面F内力影响线图4-23 截面G内力影响线图4-24 截面H内力影响线4.3.4.4 确定活载截面A,B由影响线可以得知汽车荷载处在中跨时产生影响较大，所以将汽车活载简化为中跨两车道上的两个集中力和两段均布载荷，根据规范车道荷载计算，大小分别为170kN、7.9kN/m，180kN、7.9kN/m，将人群荷载是施加于对应区域截面C，D由影响线可以得知汽车荷载处在中跨及四跨时产生影响较大，所以将汽车活载如下表所示简化，人群荷载施加于对应区域表6 活载中跨车道一中跨车道二四跨车道一四跨车道二集中力/kN170179174183均布荷载/kN7.97.97.97.9截面E,F由影响线可以得知汽车荷载处在中跨及四跨时产生影响较大，将汽车活载简化为中跨及四跨处两车道上的均布荷载7.9kN/m及集中力175kN、185kN，人群荷载施加于对应区域。截面G, H由影响线可以得知汽车荷载处在中跨及四跨时产生影响较大，将汽车荷载简化为中跨及四跨两车道上的均布荷载7.9kN/m及集中力175kN、185kN，人群荷载施加于对应区域。4.3.5 恒载加活载下的计算活载确定之后，对于各个位移控制点及不利截面，采用与之相对应的加载方案，将计算所得的结果与恒载结果进行比较。4.3.5.1 恒载加活载下的位移计算表 7 控制节点竖向位移结果对比(单位：mm)Nod1Nod2Nod3恒载5.84.92.4恒载+活载7.36.23.94.3.5.2 恒载加活载下的内力计算恒载 恒载+活载 桥跨中心截面A FX = -25204.70 FX = -26267.36 FY = 247721.3 FY = 357146.2 FZ = 128914.5 FZ = 303678.2 MX = -2458983. MX = -3281136. MY = -356801.3 MY = -157385.2 MZ = 2759.487 MZ = -129592.4 跨中端部截面B FX = -1652.146 FX = -2073.069 FY = 50230.74 FY = 62344.06 FZ = 1015.899 FZ = 1330.580 MX = -123464.0 MX = -163852.7 MY = 721.0330 MY = 682.0881 MZ = -2296.888 MZ = -3127.986 墩顶全截面C FX = 62037.21 FX = 80228.58 FY = 986029.4 FY = 1022148. FZ = 467918.1 FZ = 507025.0