预应力混凝土连续梁桥设计(本科毕业设计论文).doc
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1、 西 南 交 通 大 学 本科毕业设计 62+104+104+62m 预应力混凝土 连续梁桥设计 二六年六月 西南交通大学本科毕业设计 第II页 摘 要 本毕业设计主要是关于大跨度预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计。预应力 混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、养护工程 量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。受时间和个人能力的限 制,本次毕业设计没有具体涉及到下部结构、横向预应力及竖向预应力的设计。 设计桥梁跨度为 62m+104m+104m+62m,分为两幅设计,单幅为单箱单室,桥面 总宽 25m,双向 4 车道,上下行。主梁施工采用悬臂挂篮施工,对称
2、平衡浇筑混凝 土。施工分为 21 个阶段:第一阶段:施工临时支座并固结,浇筑墩顶 0#段及边跨 直线段满堂支架施工;第二阶段至第十七阶段:悬臂对称平衡浇筑混凝土至最大悬 臂端;第十八阶段:边跨合拢;第十九阶段:中跨合拢,拆除挂篮设施,加载二期恒 载;第二十施工阶段:预留施工阶段;第二十一阶段:运营阶段。本桥设 5 个支座, 其中第 3 个支座为固定铰接支座,其余均为活动铰接支座。本设计中总共有 9 个临 时支座。 设计过程如下: 首先,确定主梁主要构造及细部尺寸,它必须与桥梁的规定和施工保持一致, 考虑到抗弯刚度及抗扭刚度的影响,设计采用箱形梁。主梁的高度呈二次抛物线变 化,因为二次抛物线近似
3、于连续梁桥弯距的变化曲线。墩顶截面通过腹板、底板的 加厚以及设置横隔梁强度得以加强,底板厚度呈二次抛物线变化,底板厚度为 0.7 变为 0.3。腹板厚度呈直线变化,由 0.75 变为 0.4。顶板厚度沿全桥保持不变,均为 0.28m。 其次,利用 BSAS 电算软件分析内力结构总的内力(包括恒载和活载的内力计算)。 用于计算的内力组合结果也由 BSAS 电算软件计算而得,从而估算出纵向预应力筋 的数目,然后再布置预应力钢丝束。 再次,计算预应力损失及次内力,次内力包括先期恒载徐变次内力、先期预应 力徐变次内力、后期合拢预应力索产生的弹性次内力、局部温度变化次内力。 然后进一步进行截面强度的验算
4、,其中包括承载能力极限状态和正常使用极限 状态。在正常使用极限状态验算中包括计算截面的混凝土法向应力验算、预应力钢 筋中的拉应力验算、截面的主应力计算。 西南交通大学本科毕业设计 第III页 关键词: 预应力混凝土连续梁桥、次内力、悬臂施工 西南交通大学本科毕业设计 第IV页 Abstract The graduate design is mainly about the design of superstructure of long- span pre-stressed concrete continuous box Girder Bridge . Pre-stressed concret
5、e continuous Girder Bridge become one of main bridge types of the most full of competion ability because of subjecting to the dint function with the structure good, having the small defomation,few of control joint,going smoothly comfort,protected the amout of engineering small and having the powerfu
6、lly ability of earthquake proof and so on. For time and ability limited, the design of the substructure, transverse pre-stressing and vertical pre- stressing is not considered. The spans of the bridge are 62m+104m+104m+66m,main beam is respective designed, each suit has one box one room and four tra
7、ffic ways of all, the width of the bridge surface is 25m. The major girder applies cantilever hung-basket bearing, symmetric equilibrium construction .There are twenty-one steps in the working. The 0# member is worked in the first step , then form the second step to the seventeenth the other members
8、 is worked before they are jointed except the ones are siuated in the beside or middle of span and the substructure is worked in the steps; and then its jointed in the site of beside spans in the eighteenth step; and then mid-span is jointed in ninteenth step; and remove the hung-basket bearing then
9、 the second dead loads is in effect in the step; the tweentith stage: vacant construction stage; in the last step, the structure is running. There are five bearings, the third is fixed bearing, the left four are expansion bearings. In the design there are nine casual bearing. The procedure of the de
10、sign is listed below: The first step as to dimension the structural elements and details of which it is composed, it cant and certainly should without being fully coordinated with the planning and working phrases of the project. 西南交通大学本科毕业设计 第V页 Considering the distorting stiffness and the bending s
11、tiffness, box birder goes as second-parabolic curve, for second-parabolic curve is generally similar to the change of continuous bridges bending moments along. The sectionat the support is strengthened by the provision of thickened webs , bottom slabs and a cross beam , the thickness of the bottom s
12、lab is changed in second-parabolic curve and the thickness of the web is changed in linearity, the former varies from 0.7m to 0.3m, the latter varies from 0.75m to 0.4m, the top slabs thickness is 0.28m. The second step is to use BSAS software to analyze internal gross force of the structures(includ
13、ing dead load and lived load), the internal force composition can be done by using the compute results. According to the internal force composited, the evaluated amount of longitudinal tendons can be worked out, then we can distribute the tendons to the bridge. The third steps is to calculate the lo
14、ss of pre-stressing and secondary force due to pre-stressing, first dead loads and temperature, bearing displacement, and so on. The last steps is checking the main cross section. the work includes the load-caring capacity ultimate state and the normal service ability ultimate state as well as the m
15、ain sections being out of shape. Key Words: Pre-stressed concrete continuous girder bridge, Secondary force,Cantilever constructed 西南交通大学本科毕业设计 第VI页 目 录 第 1 章 绪论1 1.1 预应力混凝土连续梁桥概述1 1.2 毕业设计的目的与意义3 第 2 章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定4 2.1 尺寸拟定4 2.1.1 桥孔分跨.4 2.1.2 截面形式.4 2.1.3 梁高.5 2.1.4 细部尺寸.6 2.2 主梁分段与施工阶段的划分7 2.2.
16、1 分段原则.7 2.2.2 具体分段.7 2.2.3 主梁施工方法及注意事项.7 第 3 章 荷载内力计算9 3.1 恒载内力计算9 3.2 活载内力计算11 3.2.1 横向分布系数的考虑.11 3.2.2 活载因子的计算.11 3.2.3 计算结果.13 第 4 章 预应力钢束的估算与布置15 4.1 力筋估算15 4.1.1 计算原理.15 4.1.2 预应力钢束的估算.18 4.2 预应力钢束的布置24 第 5 章 预应力损失及有效应力的计算26 5.1 预应力损失的计算26 西南交通大学本科毕业设计 第VII页 5.2 有效预应力的计算33 第 6 章 次内力的计算35 6.1 徐
17、变次内力的计算35 6.1.1 结构重力徐变次内力.35 6.1.2 预加力徐变次内力38 6.2 预加力引起的二次力矩40 6.3 温度次内力的计算43 第 7 章 内力组合48 7.1 承载能力极限状态下的效应组合48 7.2 正常使用极限状态下的效应组合49 第 8 章 主梁截面验算51 8.1 截面强度验算51 8.2 截面抗裂验算54 8.2.1 正截面和斜截面抗裂验算.54 8.2.2 法向拉应力.55 8.2.3 主拉应力和主压应力.56 第 9 章 主要工程数量计算61 9.1 混凝土总用量计算61 9.1.1 梁体混凝土(C60 级混凝土)用量计算.61 9.1.2 桥面铺装
18、(C40 级混凝土)混凝土用量计算.61 9.2 钢绞线及锚具总用量计算62 毕业设计总结63 致 谢64 参考文献65 附录 1:实习报告.66 附录 2:BSAS 数据原文件68 西南交通大学本科毕业设计 第VIII页 附录 3 包络图及结构简图.106 附录 4 外文文献翻译.111 西南交通大学本科毕业设计 第1页 第 1 章 绪论 1.1 预应力混凝土连续梁桥概述 预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、 造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。 本章简介其发展: 由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点:如过早地出现裂缝,使
19、其不能有效地 采用高强度材料,结构自重必然大,从而使其跨越能力差,并且使得材料利用率低。 为了解决这些问题,预应力混凝土结构应运而生,所谓预应力混凝土结构,就 是在结构承担荷载之前,预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混 凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后,很多普通钢筋混凝土结构被预应力 结构所代替。 预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的,当时西欧很多国家在战后缺钢的 情况下,为节省钢材,各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复 战争带来的创伤。50 年代,预应力混凝土桥梁跨径开始突破了 100 米,到 80 年代 则达到 440 米。虽然跨径太大时并不总是用预
20、应力结构比其它结构好,但是,在实 际工程中,跨径小于 400 米时,预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。 我国的预应力混凝土结构起步晚,但近年来得到了飞速发展。现在,我国已经 有了简支梁、带铰或带挂梁的 T 构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混 凝土结构体系。 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到 80 年。但是,在桥梁结构中,随着预应力 理论的不断成熟和实践的不断发展,预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。 连续梁和悬臂梁作比较:在恒载作用下,连续梁在支点处有负弯矩,由于负弯 矩的卸载作用,跨中正弯矩显著减小,其弯矩与同跨悬臂梁相差不大;但是,在活 载作用下,因主梁连续产生支点负弯矩对跨
21、中正弯矩仍有卸载作用,其弯矩分布优 于悬臂梁。虽然连续梁有很多优点,但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼 者,因为限于当时施工主要采用满堂支架法,采用连续梁费工费时。到后来,由于 西南交通大学本科毕业设计 第2页 悬臂施工方法的应用,连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60 年代初期 在中等跨预应力混凝土连续梁中,应用了逐跨架设法与顶推法;在较大跨连续梁中, 则应用更完善的悬臂施工方法,这就使连续梁方案重新获得了竞争力,并逐步在 40200 米范围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥,还是 跨河大桥,预应力混凝土连续梁都发挥了其优势,成为优胜方案。目前,连续梁结 构体
22、系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。 然而,当跨度很大时,连续梁所须的巨型支座无论是在设计制造方面,还是在 养护方面都成为一个难题;而 T 型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两 种结构结合起来,形成一种连续刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的 体系是连续梁体系的一个重要发展,也是未来连续梁发展的主要方向。 另外,由于连续梁体系的发展,预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了 很多不同类型,无论在桥跨布置、梁、墩截面形式,或是在体系上都不断改进。在 城市预应力混凝土连续梁中,为充分利用空间,改善交通的分道行驶,甚至已建成 不少双层桥面形式。 在我国,预应力混凝土连续梁虽然也在
23、不断地发展,然而,想要在本世纪末赶 超国际先进水平,就必须解决好下面几个课题: 1发展大吨位的锚固张拉体系,避免配束过多而增大箱梁构造尺寸,否则混凝 土保护层难以保证,密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量 难以提高。 2在一切适宜的桥址,设计与修建墩梁固结的连续刚构体系,尽可能不采用 养护调换不易的大吨位支座。 3充分发挥三向预应力的优点,采用长悬臂顶板的单箱截面,既可节约材料减 轻结构自重,又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。 另外,在设计预应力连续梁桥时,技术经济指针也是一个很关键的因素,它是 设计方案合理性与经济性的标志。目前,各国都以每平方米桥面的三材(混凝土、 预
24、应力钢筋、普通钢筋)用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术 经济指针。但是,桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作,三材 指针和造价指针与很多因素有关,例如:桥址、水文地质、能源供给、材料供应、 运输、通航、规划、建筑等地点条件;施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价 格、机械工业基础等全国基建条件。同时,一座桥的设计方案完成后,造价指针不 西南交通大学本科毕业设计 第3页 能仅仅反应了投资额的大小,而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营 费用在内。通过连续梁、T 型刚构、连续刚构等箱形截面上部结构的比较可见: 连续刚构体系的技术经济指针较高。因此,从这个角度来
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