混泥土预应力桥设计 桥梁工程专业大学毕业论文设计.docx

1、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

2、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

3、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+20.5m。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 JTJ 04 TJ 021-85公路砖石及混泥土桥涵设计规范JTJ 022

4、-85 JTJ 024-85 JTJ041-89三、桥孔长度的拟定本设计经方案比选后，桥跨布置为230米+350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230米+350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

5、部尺寸的拟定，如图1.2、图1.3所示。图1.2 30mT梁细部尺寸及横向布置图1.3 50mT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strand

6、1860钢绞线，标准强度为1860MPa，直径为15.24mm，公称面积140mm2,弹性模量为1.9105 MPa，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（

7、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()130mT梁0.85940.4550.29150.01620.40160.19181.151.152变截面a0.85940.4550.29150.01620.40160.19181.151.153变截面b1.19870.53210.6330.04940.48050.20211.151.15450mT梁1.2810.57410.51920

8、.04031.31350.24031.151.155变截面11.2810.57410.51920.04031.31350.24031.151.156变截面22.08890.85151.37710.19611.61570.28121.151.15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230米+350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

9、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

10、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. 230米有限元单元划分b. 350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2.2 T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

11、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。CS4CS6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

12、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

13、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

14、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46，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， =24 KN/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=（17.0-1.02）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