混泥土预应力桥设计 桥梁工程专业大学毕业论文设计.docx

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混泥土预应力桥设计桥梁工程专业大学毕业论文设计

第一章方案比选及细部尺寸拟定

第一节方案比选

一、实用性比较

预应力混凝土连续梁桥：

伸缩缝少，结构刚度大，变性小，动力性能好，主梁性能好，主梁变形挠曲线平缓，行车平顺，通畅，安全，可满足交通运输要求，且施工简单，但工期长。

连续刚构：

行车平顺，通畅，安全，可满足交通运输要求，施工技术成熟，易保证工程质量，桥下净空大，属有推力体系，对地基要求比连续梁高，此处为冲沟地形，地质条件不好，跨径大，墩高大，温度，混凝土收缩产生较大位移，对桥墩不利。

先简支后连续梁桥：

简单转连续采用吊装架设，后现浇将分段的箱梁连成整体，提高结构刚度，和结构稳定性施工进度快，占用施工场地少。

施工体系转换较简单，施工线形及合拢技术要求较高。

二、安全性比较

预应力混凝土连续梁桥：

技术成熟，计算简单，施工方法简单，质量好，整体性好，刚度大，可保证工程本身安全，同时行车性能良好，可保证司机正常行车，满足交通运输安全要求。

连续刚构：

一般做成薄壁墩，墩的刚度小，难以承受砂石撞击，且因墩高较大,施工场地不灵活,对施工有较大的限制。

先简支后连续梁桥：

施工方便、桥型美观、主梁高度小、动力性能好。

造型灵活，整体性好，刚度大。

三、经济性比较

预应力混凝土连续梁桥：

施工技术成熟，方法简单，易掌握，需要的机具少，无需大型设备，可充分降低施工成本，所用材料普通，价格低，成桥后养护费用少。

连续刚构：

无须支座，节省大型支座费用，施工较为复杂，需要大型设备，其他于连续梁基本相同。

先简支后连续梁桥：

施工中可节省工具、场地、材料，达到缩短工期，降低造价的效果。

用料省、维护方便经济。

四、外观比较

预应力混凝土连续梁桥：

形势简单，造型单一。

连续刚构：

墩梁固结作用可降低梁高，使梁看来更纤巧。

先简支后连续梁桥：

主桥跨径较小，桥型美观，主梁高度小，造型灵活。

第二节设计资料简介

一、设计技术标准

设计荷载:

汽车超-20级，挂车-120级。

桥梁宽度:

净11.25m+2×0.5m。

桥面设1.5%的双向横坡，桥梁纵向设1.5%的双向坡。

二、设计规范

<<公路桥涵设计通用规范>>JTJ04

<<公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范>>TJ021-85

<<公路砖石及混泥土桥涵设计规范〉〉JTJ022-85

<<公路桥涵地基与基础设计规范>>JTJ024-85

<<公路桥涵施工技术规范>>JTJ041-89

三、桥孔长度的拟定

本设计经方案比选后，桥跨布置为2×30米+3×50米预应力混凝土连续梁桥结构，在桥跨两侧与桥墩接头处，共设有13米长的搭接板,桥全长223米。

其桥位地质剖面图见图1。

图1.1桥位地质剖面图

第三节细部尺寸拟定

一、桥型布置

（一）主跨径的拟定

2×30米+3×50米

（二）顺桥向梁的尺寸拟定

本桥30mT梁采用2.0m梁高，在支座处将肋板加宽至与马蹄同宽。

50mT梁用2.6m梁高，同样，在支座处将肋板加宽至与马蹄同宽。

（三）横桥向的尺寸拟定

根据任务书规定，行车道为净11.25m，另外两边各有宽0.5m的护栏。

截面横向设置5片T梁。

主梁截面细部尺寸的拟定，如图1.2、图1.3所示。

图1.230mT梁细部尺寸及横向布置

图1.350mT梁细部尺寸及横向布置

（四）桥面铺装

桥面铺装：

选用10cm厚的防水混凝土作为铺装层，上加8cm厚的沥青混凝土磨耗层，共计18cm厚（平均厚度）。

桥面横坡：

根据规范规定为1.5%～3.0%,取2.0%,该坡度由铺装层厚度控制。

（五）下部构造

1，2号桥墩采用重力式墩,基础采用矩形挖孔桩。

3,4号墩采用双柱式柔性墩，基础采用钻孔桩。

0号桥为重力式桥台，5号桥台为桩柱式桥台。

（六）主要材料

1.预应力混凝土预制梁采用C50混凝土，封锚段采用C50混凝土，现浇桥面板采用C50混凝土。

2.纵向预应力采用strand1860钢绞线，标准强度为1860MPa，直径为15.24mm，公称面积140mm2,弹性模量为1.9×105MPa，采用OVM锚具。

3.普通钢筋：

钢筋采用R235、HRB335钢筋，其标准应符合GB13013-1991和GB1499-1998的规定、钢板采用A3钢板（GB700-88）。

二、伸缩缝

本桥在0号墩台处设置GQF-C40型伸缩缝,在2号墩台处设GQF-MZL120伸缩逢,在5号墩台处设GQF-E80型伸缩逢。

三、桥梁支座

本桥30mT梁下0，2号墩台设置GPZ（II）1.25DX型盆式橡胶支座，1号墩台处设置GPZ（II）2.5GD型盆式橡胶支座，50mT梁下2，5号墩处设置GPZ（II）2.0X型盆式橡胶支座，3，4号墩处中梁设置GPZ（II）4.0GD型盆式橡胶支座，边梁设置GPZ（II）5.0GD型盆式橡胶支座。

四、截面几何特性

表1.1截面几何特性

编

号

名称

面积（

）

Asx

（

）

Asy

（

）

Ixx

（

）

Iyy

（

）

Izz

（

）

Cyp

（

）

Cym

（

）

1

30mT梁

0.8594

0.455

0.2915

0.0162

0.4016

0.1918

1.15

1.15

2

变截面a

0.8594

0.455

0.2915

0.0162

0.4016

0.1918

1.15

1.15

3

变截面b

1.1987

0.5321

0.633

0.0494

0.4805

0.2021

1.15

1.15

4

50mT梁

1.281

0.5741

0.5192

0.0403

1.3135

0.2403

1.15

1.15

5

变截面1

1.281

0.5741

0.5192

0.0403

1.3135

0.2403

1.15

1.15

6

变截面2

2.0889

0.8515

1.3771

0.1961

1.6157

0.2812

1.15

1.15

本章小结

本章是对设计的基本情况进行大体描述，在本章中，通过对所设计桥梁的基本地质情况的研究，进行了方案比选，最终选定2×30米+3×50米的先简支后连续梁桥，全桥长223米，主梁采用T梁截面。

本桥的基本设计资料有以下几点：

1.设计荷载为汽车-超20级，挂车120。

2.桥长223米，宽度12.25米，净宽11.25米。

3.桥面设1.5%的双向横坡，桥梁纵向设1.5%的双向坡。

本章除了对所选结构的基本情况进行描述外，还选定了结构的细部尺寸，并对结构的横向桥型布置情况进行了选定。

横向采用5片T梁，在桥面处设置伸缩缝，支座采用盆式橡胶支座.

第二章结构模型

第一节全桥结构计算图式的确定

按照midas程序分析的原理，遵循有限元结构分析的方法。

全桥除支座处外，按2米一个单元，共划分为111个单元，共有113个结点。

在以下几个地方设置变截面：

施工分界点、边界处及支座处。

当出现位移不连续的情况时，例如相邻两单元以铰接形式相连（转角不连续），可在铰接处设置两个节点，利用主从约束考虑该连接方式。

本设计的结构划分，每一跨为一个结构组，这样便于定义施工节段时能灵活的划分。

因为软件采用的是有限元分析方法，每一个单元都是验算截面。

另外，在墩顶、跨中和一些构造变化位置相应增设了几个小单元。

这样将整个主桥划分成为111个单元。

本桥的基本单元模型如图2.1（为了视图清晰，将两联模开分别列出）：

a.2×30米有限元单元划分

b.3×50米有限元单元划分

图2.1全桥有限元模型单元划分

注：

因为图片是从顺桥向投影，故只能看到变截面后的T梁模型，其实从跨中看到的T梁横向模型如图2.2所示。

图2.2T梁模型及细部尺寸

第二节施工阶段划分

本设计为简支转连续方法施工，在分析时一共将其分为7个施工阶段，分别为CS1、CS2、CS3、CS4、CS5、CS6、CS7。

其种各个施工阶段所包括的结构组及其工况简要解绍如下：

CS1：

30米梁的简支架设。

包括结构组1和2，形成两跨30长的简支梁，荷载为自重和预应力1（预应力1为30m梁预应力筋产生的预应力荷载）。

CS2:

本阶段为将两跨30米梁的现浇段连接，并安装支座，在本施工阶段临时支座与最终的支座共存。

CS3：

本阶段为将30米梁的临时支座去掉并张拉上部预应力筋，形成一个两跨60米的简支梁。

CS4～CS6阶段为对50米梁进行上述过程，大致情况基本相同，不再一一列出，CS7阶段为最后成桥阶段。

本章小结

本章主要是对桥梁采用MIDAS软件进行建模的过程,共将全桥分成111单元，113个计算截面，并在施工分界点、边界处及支座处设置变截面，将肋板的宽度加至与马蹄等宽。

MIDAS软件是根据结构有限元分析模型进行结构的建模和计算，要求对截面定义准确。

在定义施工阶段时，充分考虑了先简支后连续模型在施工时的阶段性，共定义了7个结构组，每一跨定义为一个结构组，便于激活。

其中CS1为30米T梁的简支架设，激活结构组1、结构组2、结构组3。

CS4为50米T梁的简简支架设，激活结构组4、结构组5、结构组6。

最后阶段成桥模型为结构组7。

其中CS3和CS6为现浇预留段的浇筑过程。

第三章内力计算与荷载组合

主梁的内力计算，可分为设计内力计算和施工内力计算两部分。

设计内力是强度验算及配筋设计的依据。

本设计只计算设计内力。

主梁内力包括恒载内力、活载内力及附加内力。

对于超静定梁，还应包括由于预加力，混凝土收缩、徐变和温度变化等引起的结构次内力。

将它们按规范的规定进行组合，从中挑选最大设计内力，依此进行配筋设计和应力验算。

在这几部分内力中，恒、活载内力是最主要的，一般占整个设计最大内力的80%～90%以上。

第一节恒载内力计算

主梁恒载内力，包括主梁自重（前期恒载）引起的主梁自重内力

和后期恒载（如桥面铺装、人行道、栏杆、灯柱等）引起的主梁后期恒载内力

，总称为主梁恒载内力

。

一、自重内力计算

主梁自重是在结构逐步形成的过程中作用于桥上的，因而它的计算与施工方法有密切关系。

特别在大、中跨预应力混凝土超静定梁桥的施工中不断有体系转换过程，在计算主梁自重内力时必须分阶段进行，有一定的复杂性。

所有静定结构（简支梁、悬臂梁、带挂孔的T形刚构）及整体浇筑一此落架的超静定结构，主梁自重内力

可根据沿跨长变化的自重集度

按下式计算：

式中

——主梁自重内力（弯矩活剪力）；

——主梁自重集度；

——相应的主梁内力影响线坐标。

本设计采用midas软件进行设计，在输入自重时只需在Z方向输入-1，程序会自动考虑自重并作出计算，下在将结构在自重作用下的弯矩图列出：

图3.1第一联结构自重弯矩图

在施工阶段4～6，第一联的自重不再发生变化，弯矩图与CS3相同。

图3.2第二联结构自重弯矩图

二、二期恒载内力计算

二期恒载（如桥面铺装、人行道、栏杆等）是在整个桥梁成为完整的连续体系之后加上去的，与施工方法无关，这部分内力可直接应用结构内力影响线进行计算。

在设计中只考虑桥面铺装和栏杆，其横截面形式如图3.3所示：

图3.3桥面铺装和栏杆断面尺寸

由此计算二期恒载的荷载集度：

桥面铺装层及栏杆采用普通钢筋混凝土，

=24KN/m

。

桥面铺装距桥梁边缘50cm，

桥面铺装厚度为8cm，

桥面铺装层横截面面积：

A

=（17.0-1.0×2）×0.08=1.2

。

在midas程序中只需将二期恒载定义，程序便可将其计算出来。

下面是二期恒载作用下的弯矩图：

图3.4第一联二期恒载弯矩图