高速公路跨线桥上部结构设计毕业设计.docx
《高速公路跨线桥上部结构设计毕业设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高速公路跨线桥上部结构设计毕业设计.docx（94页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
高速公路跨线桥上部结构设计毕业设计
高速公路跨线桥上部结构设计
1.方案比选
1.1工程IK；兄
1.1.1工程场地情况
X市•P市高速公路跨京广铁路立交桥，位于京广线许昌至石桥
区间，与京广上下行线正交，铁路里程为K769+373,公路里程为
K4+103.9,设计公路北侧紧邻刘王村，铁路两侧地形平坦开阔，大
多为农田，铁路西侧约500米有南北方向县乡公路一条，交通状况
1.1.2主朗料：
梁部C50预应力混凝土，915.2钢绞线,HRB335钢筋。
墩台C25混凝土，HRB335钢筋。
基础（钻孔桩）C25水下j議土，HRB335钢筋。
锥坡M10浆砌片石。
1.1.3桥址地层情况
该场地为冲积平原系属第四纪全新世地质构造，地形平坦，地层较均匀,表层以下均为亚粘土、粘土互层，地基基本容许承载力
leOKPa,极限摩阻力50-80KPa，地下水位埋深于地表以下8m左
右,该区为6度地震区。
1.2技术标准
（1）、公路荷载：
公路I级。
⑵、公路等级:
高速公路，行车速度120km/h，双向4车道。
⑶、轨面以上桥下净空：
不小于7.5米。
（4）、桥面净宽:
每座桥12.0米。
⑸、设计纵坡:
立交桥东侧2.01%,西侧1.37%,桥上竖曲线
R=20000mo
⑹、设计横坡：
2%,每幅桥面为单侧倾斜。
⑺、交角：
正交。
1.2预应力混凝土连续梁桥
⑴桥型布置采用连续梁，跨径150m,
采用五跨5X30m;
（2）选用标准跨径30m,横截面采用箱形截面。
形式如下图:
图1-1连续梁桥结构布置图图一2截面图
（3）连续梁桥桥面铺装采用8cm厚防水混凝土，上铺5cm厚沥青混凝土，路拱横坡为2%。
⑷连续梁桥采用先简支后连续施工方法，分为三个阶段:
第一施工阶段为预制主梁，待混凝土达到设计强度100%后张拉正弯矩区预应力刚束，并压汪水泥浆，再将各跨预制箱梁安装就位,形成由临时支座支承的简支梁状态；第二施工阶段首先浇筑由第一跨及第五跨连续湿接头混凝土，达到设计强度后张拉负弯矩区预应力刚束并压浆;第三施工阶段拆除全桥的临时支座，主梁支承支座上，完成体系转换,再完成主梁横向接缝，最终形成五跨连续梁。
第四施工阶段进行防撞护栏及桥面铺装施工。
⑸连续梁桥跨中弯矩较同跨径简支梁桥小，故挠度也较小”行车舒适，跨越能力大，减少了桥下部结构的造价，但上部结构的施工较复杂,施工期长,这对于加快施工进度是不经济的。
3预应力混凝土连续刚构桥
⑴刚构桥的主梁高度一般可以较梁桥小。
因此，刚构桥通常适用于需要较大的桥下净空和建筑高度受到限制的的情况，如立交桥、高架桥等。
上部构造可采用预应力混凝土变高度箱梁，根部高4.5m,跨中高20m；采用挂篮悬臂浇筑施工。
⑵预应力混凝土连续刚构桥外型美观，是目前公路大跨径桥梁中经常采用的桥型之一，尤其是墩身高度很高时,更能体现出它的优势。
该桥型连续，行车舒适；但上部结构施工工序较T型梁和连续梁要多、周期较长，刚筋的用量较大，基础的造价也较高，且必须要有良好的地质条件。
鉴于桥位处的地形条件。
结合投资规模、和考虑施工的难度，本桥不适合于修建连续刚构桥。
D卩iTD
图1-3刚构桥结构布置图
1.4预应力混凝土简支梁桥
⑴桥型布置图见附图，为五等跨简支T梁，孑Lg布置为5x30m;
（2）选用标准跨径30m,计算跨径29m;
（3）主梁预制长度29.94m,桥梁全长150m;
（4）桥面铺装:
采用8cm厚防水混凝土，其上铺5cm厚沥青混凝土，以便与道路平顺相接；
（5）主梁：
采用预应力混凝土T形梁，横截面见图「5。
uuuuuUIIIIIIIIII
LJLJ000
图1-4简支梁桥结构布置图图1-5截而图
⑹横隔梁的布置:
为加强桥梁横向整体性，在桥跨中设置横隔梁。
本设计采用横隔梁间距为4.83m,共计设7道横隔梁。
⑺墩台：
采用双柱式桥墩，钻孔灌注桩基础,在桩基顶面设
—道横系梁,桥台采用埋置式桥台（桩基础X
简支梁桥是桥梁中应用最早、使用最广泛的一种桥型，其纟吉构简单，最易设计成各种标准跨径的装配式结构；施工工序少，架设方便；在多孔简支梁桥中，由于各跨构造和尺寸划一，可简化施工管理工作，降低施工费用；简支梁桥是静定结构，结构内力不受地基变形等得影响，因而能在地基较差的桥位上建桥。
其受力明确，计算简便。
从施工来看，采用预制装配法施工•桥跨结构与下部结构可同时施工，加快施工进度，缩短工期，有明显的经济效益,从行车舒适度来看，由于简支梁跨中弯矩大，挠度大，伸缩缝多，行车不如连续梁桥舒适。
1.5工程量及造价估算
根据以上桥梁方案，结合造价,该大桥工程各种方案造价估算列表如下:
表仁1工程量及造价估算
大桥方案t做一览表
序号
桥全竞
桥长
桥型
造价曲
（m）
（m）
审兀）
1
13.0
156.18
连续箱梁
3226
2
15618
连续刚构
3904
3
156.18
T型梁
2819
结合本设计综合考虑，最后方案定为预应力混凝土T形简支梁桥。
因为该地区地质条件好，取材方便，便于装配化施工。
T形截面制造简单，肋内配筋做成刚劲的钢筋骨架，在保证抗剪等条件下可尽可能减小腹板的厚度，减小构件自重，受力主筋或预应力筋可集中布置在马蹄形的梁肋底部。
综合上述各方案的优缺点，最终决定采用预应力混凝土简支梁桥。
桥梁横截面采用T型梁，主梁间距2.45m,共用五片T梁，上翼板预制宽度185cm,为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头。
2•预应力混凝土简支T形梁桥上部结构设计
2丄设计资料及构造布置
2.1.1设计资料
（1）桥梁跨径及桥宽
桥长150m,采用5孔30m预应力混凝土简支T梁。
梁长：
29.94m
计算跨径：
29m
桥面净空：
12.25m
（2）设计荷载
公路I级，每侧防撞护栏8.5KN/m.
（3）材料和工艺
混凝土：
主梁C50；桥面铺装C30；预应力钢筋0,15.2钢绞线；普通钢筋HRB335,箍筋HPB235.
（4）设计依据
1）交通部颁《公路工程技术标准》（JTGB01—2003X简称《标准》；
2）交通部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004X简称《桥规》；
3）交通部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004\简称《公预规》；
4）基本计算数据（见表2—1）
表2-1基本汁算数据
名称
项目
符号
单位
AZ方强度
MPa
50
弹性模呈
Ec
MPa
3.45x10*
轴心抗压标准强度
MPa
32.4
轴心抗拉标准强康
MPa
2.65
轴心抗压设计强度
MPa
22.4
轴心抗拉设计强度
/
MPa
1.83
瞬状态
容许馳力
0.7儿
MPa
20.72
容许顷力
0.7几
MPa
1.757
混
标准荷勰
厶
凝
容许馳力
0.5仃
MPa
16.2
土
持
容许力
0.6仃
MPa
19.44
久状态
短期施组合
容许越力
6,,-0.85
MPa
0
容许主越力
0.6J
MPa
1.59
标准强度
■fpk
MPa
1860
弹性模呈
E.
MPa
1.95xl0,
抗拉轴强度
/pd
MPa
1260
CP-15.2
最大控制应力6s
0.755
MPa
1395
持久状态应力
钢绞线
标准荷勰合
0.65g
MPa
1209
材料
钢筋混凝土
Y,
kN/nT*
25.0
沥青混凝土
Y,
kN/n?
23.0
钢绞线
Y•
kN/m，
78.5
钢束与混凝土弹性模呈比
无却
5.65
表中：
木示例考虑混凝土强度达到65时开始张拉预应力钢束・/'M和厂rt分别表示钢束张拉时混凝土的张拉•抗拉标准强度，贝山/■H=29.5MPa/■rt
=2.51Mpa-
2.1.2横截面布置
⑴主梁间距与主梁片数
主梁间距通常应随梁高与跨径的增大而加宽为经济，同时加宽翼板对提高主梁截面效率指标P很有效，故在许可条件下应适当加宽T梁翼板。
本设计主梁翼板宽度为2450mm,由于宽度较大，为保证桥梁的整体受力性能，桥面板采用现浇混凝土刚性接头，因此主
梁的工作截面有两种：
预施应力•运输•吊装阶段的小截面（5=1850mm）和运营阶段的大截面（b,二2450mm）•净一12.25m的桥宽选用五片主梁，如图2-1所zj\O
勺梁半丸西图
2900/2
fLZ
■
1
1
lu
少艸223236
S46483弟8
（2）主梁跨中截面主要尺寸拟定.
1）主梁高度
预应力混凝土简支梁桥的主梁高度与其跨径之比通常在1/15-1/25,标准设计中高跨比约在1/18T/19.当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是经济的方案，因为增大梁高可以节省预应力钢束用量，同时梁高加大一般只是腹板加高，而混凝土用量增加不多。
终上所述，本设计中取用195mm作为主梁高度是比较合适的。
2）主梁截面细部尺寸
T梁翼板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求，还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板受压的强度要求。
本设计预制T
梁的翼板厚度取用160mm”翼板根加大到220mm,本设计腹板厚度取170rnrrio
马蹄尺寸基本由布置预应力钢束的需要确定的，设计实践表明，马蹄面积占截面总面积的10%—20%为合适。
本设计考虑到主梁需要配置较多的钢束，将钢束按两层布置，一层最多排三束，同时还根据《公预规》949条对钢束净距及预留管道的构造要求，初拟马蹄宽度450mm,高度为160mm,马蹄与腹板交接处作三角过渡，高度120mm,以减少局部应力。
按照以上拟定的外形尺寸，就可绘出预制梁的跨中截面（见图
2-2）
口二
17
30
45
图2-2跨中截而尺寸图（尺寸单位：
cm）
3）计算截面几何特征
将主梁跨中截面划分成五个规则图形的小单元,截面几何特性列表计
分块面积A,（cm2）
分块面砸心到上缘距离y/
（cm）
分块面积形心到上缘静距S.二A"y
（cn?
）
分块面积的
自身惯矩
Iv
（cn?
）
dz二y〈y.（c
m）
分块面积对截面形心惯
矩
Ix=A,d~
7
（cn?
）
7+
L（cn?
）
（1）
（2）
（3）=
（1）x
⑵
⑷
（5）
（6）NX）
■
（7）=（4）+
⑹
算见表2-2
分块名称
表2•2跨屮截面几何特性il•算表
大毛截面
翼
板
3920
8
31360
83626.67
52.42
10772324
108559
50
角
承
托
180
18
3240
360
42.42
323929.2
324289.
2
腹板
2771
97.5
270172.
5
6135224.9
2
-37.08
3809558
994478
3
下角
168
175
29400
1344
-114.58
2205533
220687
7
马蹄
720
187
134640
15360
-126.58
11535875
115512
35
I
7759
468812.
5
348831
34
小毛截面
翼
板
2960
8
23680
63146.67
59.82
10593427
105934
27
角
承
托
180
18
3240
360
49.82
446830
447190
腹板
2771
97.5
270172.
5
6135224.9
2
-29.68
2440392
857561
7
下角
168
175
29400
1344
-10718
1929780
193112
4
马蹄
720
187
134640
15360
-11918
10226174
102415
34
I
6799
461132.
5
318520
39
yS.4688125
表中：
大毛截面形心至上缘距离：
y广台丄二二60.42为47759
•••r
=67.82
6799
vSj4611325小毛戡面形心至上缘距离：
y广二
4）检验截面效率指标P（希望P在0.5以上）
上核W巨：
匕=3=竺摯=48.25
'丫从丿L7759x（197.45-60.42）
下核心距：
k,=-£*=51.73
儿
截面效率扌品示：
p=gA"=4&25+51.73=0506356>0.5
h197.45
表明以上初拟的主梁跨中截面是合理的。
2丄3横截面沿跨长的变化
如图2-1所示，本设计主梁采用等高形式，横截面的T梁翼板厚度沿跨长不变。
梁端部区段由于锚头集中力的作用而引起较大的局部应力，也为布置锚具的需要，在距梁端870呗范围内将腹板加厚到与马蹄同宽。
马蹄部分为配合钢束六分点附近（第一道横隔梁处）开始向支点逐渐抬高，在马蹄抬高的同时腹板宽度亦开始变化。
2丄4横隔梁的设置
模型试验结果表明，在荷载作用处的主梁弯矩横向分布，当该处有横隔梁时比较均匀，否则直接在荷载作用下的主梁弯矩很大。
为减少对主梁设计起主要控制作用的跨中弯矩，在跨中设置一道中横隔梁；当跨度较大时，应设置较多的横隔梁。
本设计在桥跨中点和三分点•六分点•支点处设置七道横隔梁,其间距4.83mo端横隔梁的高度与主梁同高，厚度为上部170mm,下部为160mm,详见图2-1.
2.2主梁作用效应计
根据上述梁跨结构纵•横截面的布置，并通过可变作用下的梁桥荷载横
向分布计算,可分别求得各主梁控制截面（一般取跨中•四分点•变化点截面和支点截面）的永久作用和最大可变作用效应，然后再进行主梁作用效应组合。
本设计以边主梁作用效应计算。
2.2.1永久作用效应计算
（1）永久作用集度
1）预制梁自重
1•跨中截面段主梁的自重（六分点截面至跨中截面，长9.67m）
G,二0.6799x25x9.67二164.37（KN）
2•马蹄抬高与腹板变宽段梁的自重（长2.28m）
G,二（0.6799+0.7216）x2.28x25/2二39.94（KN）
3•腹板变宽段梁的自重
G产（1.3865+0.7216）x2.15x25/2=56.655（KN）
4•支点段梁的自重（长0.87m）
G,二1.3865x0.87x25二30.156（KN）
5•边主梁的横隔梁
中横隔梁隔梁体积：
0.165x[（1.79-0.16）X0.84—0.5x0.3x0.06~0.5x0.14x
0.121=0.223
端隔梁体积：
0.165x[（1.79-0.16）xO.625—0.5x0.017x0.085]二0.168
故半跨内横梁重力为：
G,二（2.5x0.223+1x0.168）x25二1&；L375（KN）
6•预制梁永久作用集度
91=（164.37+39.94+56.655+30.156+18.1375）/14.97
二20.66（KN/m）
2）二期永久作用
a•现浇T梁翼板集度
g,二0.16x0.6x25=2.4（KN/m）
边梁现浇部分横隔梁
—片中横隔梁（现浇部分）体积：
0.165x0.3x（1.79-0.16）二0.080685故g,二7x0.080685x25/29.94=0.47（KN/m）c舗装
8cm7昆彳疑土$甫装：
0.08x12.25x25=24.5（KN/m）
5cm沥青乍甫装：
0.05x12.25x23=14.09（KN/m）
若将桥面铺装均摊给五片梁，则
04二（24.5+14.09）/5=7.72（KN/m）
d防撞护栏：
一侧防撞护栏：
8.5KN/m
若将两侧防撞护栏均摊给五片主梁，则
05二（2x8）75二3.4（KN/m）
殳边梁二期永久作用集度：
g,二2.4+0.47+3.4+3.4二9.76（KN/m）
⑵永久作用效应
设X为计算截面离左支座的距离，并令氏=x/L主梁弯矩和剪力的计算公式分别为：
A厂二0・5a（l-a）xpxg
Qs=0.5（l~2a）xlxg
永久作用效应计算见下表：
表2-31号梁永久作用效应
作用
跨中a=0.5
四分点
a=0.25
变截面
a=0.03965
支点a=0..0
一期
弯矩
（KN/m）
2171.88
1628.91
331.01
0
剪力（KN）
0
149.79
275.8141
299.57
二期
弯矩
（KN/m）
1470.70
1102.979
224.14
0
明力（KN）
0
101.43
186.7686
202.86
I
弯矩
3642.58
2731.88
555.1543
0
（KN/m）
剪力（KN）
0
251.22
462.5827
502.43
2.2.2可变作用效应计算（修正刚性横梁法）
⑴冲击系数和车道折减系数
按《桥规》4.3.2条规定，结构的冲击系数与结构的基频有关。
因此要先计算结构的基频。
简支梁桥的基频可采用下列公式估算：
f=JL压弋.\413.45X心。
X0.3488.461（HZ）
〜忝彳可〜2x29-V1977.32•I}
其中：
m,.二£二0.77599X7x2=1977・32（kg/m）
由本桥的基频，则其冲击系数为:
u二0.1767Inf-0.0157
=01767xIn4.61-0.0157二0.2542
⑵计算主梁的荷载横向分布系数
1）跨中的荷载横向分布系数m,•
如前所述，本设计桥跨内设七道横隔梁，具有可靠的横向联系，且承重结构的长宽比为：
-=™=2.36>2
B12.25
1计算主梁抗扭惯矩片
对于T形梁截面，抗扭惯矩可近似按下式计算：
J=1
对于跨中截面，翼缘板的换算平均厚度：
二（245-17）x16+30x6二i6.8（cm）
245-17''
马蹄部分的换算平均厚度：
t产（心7）x16+12x14二22（5）
345-17\）
表2-4I卩计算表
分块名称
bj（cm）
t,
（cm）
bj/tj
c,
J二CfbftJxlOf）
翼缘板①
245
16.8
14.5833
1/3
3.87233
腹板②
158.65
17
9.3324
0.3100
2.41623
马蹄③
-15
22
2.0455
0.2098
1.00528
I
7.2939
2计算抗扭系数P
对于本设计主梁的间距相同，并将主梁近似看成等截面，则得:
B二!
PG/*
1+——
\2E工&注
式中：
G=0.4EJ=29.00m,X’=5x0.0072939=0.0364695m\
a.,二4.9m,a.,=2.45m,
a3=0.0m,a4=-2.45m,a化-4.9m,I,二0.34883]34m〃计算得：
3=0.95
3按修正的刚性横梁法计算横向影响线竖坐标值
式中n二5土〈二2X（49+2452）二60.025
计算所得的帀值列于表2•5中
表2•5横向影响线竖坐标值
Hd
n.5
1
0.584
-o.18
2
0.39
0.01
3
0.2
0.2
图2-3跨屮的横向分布系数
4计算荷载横向分布系数
1号梁的横向影响线和最不利布载图式如图2-3所示:
可变作用（公路・1级）：
两车道：
产1（0.6405+0.5002+0.3988+0.2585）
=0.506
2）支点截面的荷载横向分布系数m,
如图2-4所示,按杠杆原理法绘制荷载横向分布影响线并进行布载,1号梁
可变作用的横向分布系数可计算如下：
可变作用（汽车）：
mo,二-（1.295+0.561+0.031）二1.887*1=0.538
2180,1302
12
3）横向分布系数汇总表厶6:
图2-4支点的横向分布系数表2-6横向分布系数汇总表
可变作用类别
叫
mo
公路-1级
0.506
0.538
（3）车道荷载的取值
根据《桥规》431条，公路・1级的均布荷载标准值和集中荷载标准值
为：
q*二10.5（KN/m）
计算弯矩时：
P严360-180x（295）+180-276（KN）
50——5
计算剪力时:
P,=276x1.2=331.2（KN）
⑷计算可变作用效应
在可变作用效应计算中，本设计对于横向分布系数的取值作如下的考虑:
支点处横向分布系数取，从支点至第一根横梁段，横向分布系数从m。
直线过渡到m…其余段梁均取m小
1）求跨中截面的最大弯矩和最大剪力
计算跨中截面的最大弯矩和最大剪力采用直接加载求可变作用效应，出
式中：
S——所求截面汽车（人群）标准荷载的弯矩或剪力;
q衣车道均布荷飆示准值；P”—_车道集中荷载标准值；
0响线上同号区段的面积；
y响线上最大坐标值。
可变作用（汽车）标准荷载效应：
A/„^=1XO.506X10.5X7.25X29+（0.538-0.506）
2
X22x10.5x1.2+0.506x276x7.25
4
卜1x（0.538-0.506）
二2795.32（KN-m）v_二1x0
升级会员 