4602公路预应力板梁桥设计 毕业设计.doc
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1、专专 业业 道路与道路与桥桥梁工程技梁工程技术术 学学 号号 学生姓名学生姓名 指指导导教教师师 完成日期完成日期 2010 年年 11 月月 01 日日 工程工程职业职业技技术术学院学院毕业设计毕业设计 公路预应力板梁桥设计公路预应力板梁桥设计 毕业设计成绩单毕业设计成绩单 学生姓名学号班级道桥 3086专业 道路与桥梁工 程技术 毕业设计题目公路预应力板梁梁桥设计 指导教师姓名 评 定 成 绩 指导教 师 得分 评阅人得分 答辩小 组组长 得分 成绩: 院长(主任) 签字: 年 月 日 毕业设计任务书毕业设计任务书 题题 目目公路预应力板梁桥设计 专专 业业 道路与桥梁工程技 术 班班 级
2、级道桥3086学生姓名学生姓名 指导教师指导教师 一、设计内容 按照教师提供的有关资料,设计一座预应力钢筋混凝土板梁桥,包括结构的内力计算分析 和配筋设计,并按规定绘制部分施工图纸。 二、基本要求 (1) 掌握预应力钢筋混凝土梁桥设计的一般过程; (2) 能应用程序进行本桥的设计计算; (3) 绘制本桥的部分施工图; (4) 完成毕业设计书的编写; (5) 完成桥梁工程相关内容的英文翻译。 三、主要技术指标 (1) 设计车辆荷载:公路-级,人群荷载为3.5KN/m2;桥面宽度:净7.5+20.75m ,桥面 中心线与所跨铁路线夹角为90;顺桥向为平坡,桥面双向横坡1.5%; (2) 设计跨度:
3、325m。 四、应收集的资料及参考文献 (1) 姚玲森主编:桥梁工程 北京:人民交通出版社; (2) 廖元裳主编:钢筋混凝土桥 北京:中国铁道出版社; (3) 李廉锟主编:结构力学 北京:人民交通出版社; (4)公路桥涵设计通用规范 ; (5)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 ; (6)公路桥涵地基及基础设计规范 。 五、进度计划 第1-第2周: 收集资料,熟悉题目,完成开题报告; 第3-第4周: 拟定部分结构尺寸; 第5-第10周: 进行结构内力计算并配筋,绘制所有图纸; 第11-第12周: 论文整理;毕业答辩。 指导教师签字指导教师签字时时 间间 2010 年年 月月 日日 毕业设
4、计开题报告毕业设计开题报告 题 目预应力钢筋混凝土梁桥设计 学生姓名学号班级道桥 3086 专业道路与桥梁工程技术 一、项目及研究背景 桥梁是公路(铁路)跨越江河山谷及其他线路等障碍物的 重要结构物,我国的桥 梁的 建设水平已经迈进了世界先进行列。在桥梁建设中,先进设备,先进技术以及新工艺、 新材料、新标准得到了广泛应用。特别是近年来随着高等级公路建设的迅速发展,预应力 钢筋混凝土桥梁已经在全国范围内得到普及,预应力钢筋混凝土桥梁技术不断被广大技术 人员所掌握。本设计的是一座预应力钢筋混凝土梁桥,包括上、下部结构的内力计算分析 和配筋设计,并按规定绘制部分施工图。 预应力混凝土结构与普通钢筋混
5、凝土结构比较有以下特点: 1、提高了结构的抗裂性和耐久性。 2、增大了构件的刚度。 3、节省材料 4、减轻结构自重和增加跨越能力。 5、预应力结构还可以作为一种构件拼装的施工手段,使大型建筑物的施工难度大 大减小,又保持良好的整体性。 二、设计思路及设计方法 1、上部结构的设计: 1)、尺寸的拟定:主梁的尺寸选择及防护护栏的拟定。 2) 、各荷载下的内力计算。 3) 、画内力分布图及材料分布图。 4) 、截面的选配筋(预应力筋、普通钢筋、箍筋、架立筋、弯起筋等) ,包含钢筋 内力计算、截面及数目的选取、布置。 5) 、 截面的验算:应力、强度、挠度、裂缝宽度等验算。 6) 、绘制图纸 2、下部
6、结构的设计计算: 1)分析桥址地质及荷载情况。 2)桥梁墩台的位置确定。 3)桥梁墩柱的计算及类型选择: a)拟定尺寸 b)内力计算(主力、附加力、特殊荷载) c)内力组合 d)墩身的检算(强度、受压稳定、刚度) e)墩底截面验算 f)绘制图纸 指导教师签字时 间 年 月 日 题 目预应力钢筋混凝土梁桥设计 学生姓名学号班级道桥 3086专业 道路与桥梁工程技术 三、设计难点重点及达到的效果 通过本次设计要达到以下效果:对桥梁设计有一个整体的初步印象,并学会相关设计 步骤与内容,以后能单独完成相应的设计内容;学会相应的教学应用软件,融会贯通,能 自己单独建模、计算;贯彻团队精神。 四、设计进度
7、安排 第1第2周: 收集资料,熟悉题目,完成开题报告; 第3第3周: 毕业实习 第5第6周: 熟悉计算软件和绘图软件,拟定部分结构尺寸; 第7第9周: 进行上部结构内力计算并配筋,绘制所有图纸; 第10第12周: 进行下部结构内力计算并配筋,绘制所有图纸; 第13第14周: 论文整理 第15周: 毕业答辩 指导教师签字时 间 年 月 日 摘摘 要 本次毕业设计为一座预应力钢筋混凝土空心板梁桥,包括上部结构和下部结 构的内力计算分析和配筋设计。该桥采用设计车辆荷载为“公路-级” ,人群荷 载为 3.0kN/m;桥面宽度为净 7.5m+2 0.75m,设计跨度为 3 25m,属于简支梁 体系。 梁
8、体设计工作包括:根据给定资料选定空心板梁截面尺寸,确定梁体及各个 组成部分的材料、计算截面几何特性并进行内力计算、根据强度估算钢筋面积并 布置钢筋,对梁体设计结果进行安全检验。空心板梁梁长 25.0m,支座间距取为 24.4m,梁体材料采用 C50 混凝土,桥面两边设有护栏,桥面铺装为沥青混凝土, 均采用 C40 混凝土。预应力钢绞线标准强度为 1860MPa,公称面积为 139.0mm2,施工采用先张法。桥梁下部结构设计,其中包括预应力钢筋混凝土 空心板梁桥的盖梁、桥墩、桩基的设计。 目目 录录 第 1 章 绪论1 1 1.1 选题背景1 1.2 研究现状1 1.3 桥梁工程的发展方向2 1
9、.4 成果及意义3 第 2 章 空心板设计概述4 4 2.1 设计资料4 2.2 截面构造4 2.2.1尺寸选定.4 2.2.2空心板毛截面几何特性计算.4 2.3 作用效应计算6 2.3.1 永久作用效应计算.6 2.3.2 可变作用效应计算.7 2.4 汽车荷载横向分布系数计算7 2.4.1跨中和 L/4 处的荷载横向分布系数计算.8 2.4.2支点处的荷载横向分布系数计算.10 2.4.3 支点至 L/4 处的荷载横向分布系数.10 2.5 汽车荷载冲击系数计算10 2.6 可变作用效应计算11 2.6.1车道荷载效应.11 2.6.2人群荷载效应.13 2.6.3 作用效应组合.13
10、第 3 章 空心板截面计算15 15 3.1 预应力钢筋数量估算及布置15 3.2 普通钢筋数量的估算及布置17 3.3 换算截面几何特性计算18 3.3.1 换算截面面积 A019 3.3.2 换算截面重心位置.19 3.3.3 换算截面惯性矩.19 3.3.4 换算截面弹性模量抵抗矩.20 3.4 承载能力极限状态计算20 3.4.1 跨中截面正截面抗弯承载力计算.20 3.4.2 斜截面抗剪承载力计算.21 3.5 预应力损失计算23 3.5.1 锚具变形、回缩引起的应力损失.23 3.5.2 加热养护引起的温差损失.24 3.5.3 预应力钢绞线由于应力松弛引起的预应力损失 24 3.
11、5.4 混凝土弹性模量压缩引起的预应力损失.24 3.5.5 混凝土收缩、徐变引起的预应力损失.25 3.5.6 预应力损失组合.27 第 4 章 上部结构验算2828 4.1 正常使用极限状态28 4.1.1 正截面抗裂性验算.28 4.1.2 斜截面抗裂性验算.31 4.2 变形要求36 4.2.1 正常使用阶段的挠度计算.36 4.2.2 反拱度计算及预拱度的设置.36 4.3 持久状态应力验算38 4.3.1 跨中截面混凝土法向压应力验算.38 4.3.2 斜截面主应力验算.39 4.4 短暂状态应力验算41 4.4.1 跨中截面.42 4.4.2 L/4 截面43 4.4.3 支点截
12、面.44 4.5 最小配筋率复核46 4.6 铰缝计算47 4.6.1 铰缝剪力计算.47 4.6.2 铰缝剪力.48 4.6.3 铰缝抗剪强度验算.49 4.7 预制空心板吊环计算49 4.8 栏杆计算50 4.8.1 栏杆的构造及布置.50 4.8.2 栏杆的作用效应计算.50 4.8.3 栏杆柱承载能力复核.51 4.8.4 扶手计算.53 第 7 章 结论8686 参考文献8787 致 谢8888 附录 设计图纸.94 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计 0 第 1 章绪论 1.1 选题背景 交通要畅通无阻,天堑要变通途,桥梁起着很重要的作用。桥梁型势发展呈现 多样性,桥梁设计理论也趋于
13、完善,桥梁设计理论更是取得长足进步:从极限设计 法到矩阵力法、有限元法,从分析单一结构到处理复合结构;材料和工具也不断更 新:从混凝土、钢材到环氧树脂,抗拉压强度得到提高;就我国而言,混凝土结构 仍是首选材料,且基于造价低的优点得到广泛应用,我国是使用混凝土结构最多的 国家,并以预应力混凝土为主施工。特别是预应力混凝土空心板梁桥在现代城市的 各种桥型中有着广泛的应用。本设计具有其广泛性。在桥梁工程中,中小跨度的桥 梁占的比例非常大,而且在技术方面比较容易实现标准化设计。 预应力混凝土空心板梁桥具有建筑结构低、结构安全型和耐久性高,构造简单、 构件轻巧,适于工厂化、标准化施工,可缩短工期,节省投
14、资等优点,在高速公路 桥梁工程设计中得到了广泛应用。实践证明预应力混凝土空心板梁做成的板式桥, 具有构造简单、受力明确、梁高低、构件轻和制作、运输、安装方便等优点。随着 公路建设和市政工程的发展,促进了桥梁建设的发展。随着钢绞线作为预应力筋在 桥梁工程上的推广、应用,一些新的张拉锚固体系研制成功。为用钢绞线作预应力 筋预制空心板梁提供了有利的条件。 1.2 研究现状 改革开放以来,桥梁建设得到迅速发展,一般公路和高等级公路上的中、小桥 形式多样,工程质量不断提高,为公路运输提供了安全、舒适的服务。特别是基于 我国公路桥发展落后的现状,预应力混凝土的发展有良好的势头。就我国而言,预 应力混凝土梁
15、桥仍是公路桥梁中量大、面广的常用桥型。现在的桥型很多采用了预 制空心板梁。随着高强混凝土在我国的逐步推广应用,公路桥梁中广泛使用的预应 力混凝土空心板也迫切需要提高混凝土强度等级,采用高强混凝土以提高经济效益, 现有的空心板截面形式和配筋设计也需修改并优化。所以对于空心板梁桥的设计和 应用有着广泛的前景。 预应力改变了钢筋混凝土桥的技术和形式,改变了混凝土桥的施工方法。混凝 土结构施加预应力后形成预应力混凝土。预应力混凝土技术不断发展,20 世纪 80 年代已趋于成熟,然而,近二十几年来由于材料预应力体系施工技术等的发展,预 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计 1 应力混凝土结构仍然在发生很大的
16、变化,新的设计方法不断出现。 目前,在实验室已经能够制造出强度超过 200MPa 的混凝土,目前世界各国正 致力于把高强混凝土的研究成果编入设计规范。采用高强度混凝土的优越性是显著 的,如减小梁等结构的材料用量,减小自重,减少墩台基底反力。 实践证明,使用期限较长的混凝土结构在不利环境中毁坏的原因,并不是混凝 土强度的缺陷,而使混凝土耐久性问题,因此高强并不是混凝土的唯一指标,高性 能混凝土(High Performance Concrete)才是混凝土技术发展的主要方向,从施工受力 及耐久性等方面来看,易浇筑、易密实、不离析、低水化热、高早强、韧性好低徐 变、耐疲劳、高密水、耐磨损、抗化腐等
17、性能,已成为高性能混凝土的重要特征。 此外,追求更高的强度容重比也是混凝土材料发展的目标之一。 1.3 桥梁工程的发展方向 随着公路建设的高潮,我国桥梁的技术也得到了飞速发展,很多发达国家桥梁 技术的发展比我们早几十年,了解那些发达国家桥梁发展的动向和趋势,对于指导 我国目前桥梁的发展有很重要的意义。 (1) 桥型不断丰富本世纪 5060 年代,桥梁技术经历了一次飞跃:混凝土梁桥 悬臂平衡施工法、顶推法和拱桥无支架方法的出现,极大地提高了混凝土桥梁的竞 争能力;斜拉桥的涌现和崛起,展示了丰富多彩的内容和极大的生命力;悬索桥采 用钢箱加劲梁,技术上出现新的突破。所有这一切,使桥梁技术得到空前的发
18、展。 大吨位预应力应用增加。现在不少桥梁中已采用每束 500t 的预应力索。预应力 索一般平弯,锚固于箱梁腋上,可以减小板件的厚度,局部应力也易于解决。 (2) 结构不断轻型化悬索桥采用钢箱加劲梁,斜拉桥在密索体系的基础上采用 开口截面甚至是板,使梁的高跨比大大减少,轻颖;拱桥采用少箱甚至拱肋或桁架 体系;梁桥采用长悬臂、板件减薄等,这些都使桥梁上部结构越来越轻型化。 (3) 预应力应用更加丰富和灵活了部分预应力在公路桥梁中得到较广泛的采用。 不仅允许出现拉应力,而且允许在极端荷载时出现开裂。其优点是,可以避免全预 应力时易出现的沿钢束纵向开裂及拱度过大;刚度较全预应力为小,有利于抗震; 并可
19、充分利用钢筋骨架,减少钢束,节省用钢量。 无粘结预应力得到了应用与发展。无粘结预应力结构施工方便,无需孔道压浆, 修复容易,可以减小截面高度;荷载作用下应力幅度比有粘结的预应力小,有利于 抗疲劳和耐久性能。 1.4 成果及意义 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计 2 空心板截面梁桥因桥型轻型化得到广泛应用,是桥梁发展的基本形式,为我国 修建公路桥提供了广阔的前景。同时,我国幅员辽阔,经济发展水平参差不起,经 济水平不高,公路桥发展还是要着眼于量大、面广的一般中、小桥,这类桥仍以预 应力混凝土结构为主。对于预应力混凝土空心板梁桥的研究和应用对以后我国公路 桥梁的建设和发展有着重要的意义。 这次设计
20、过程,我在指导教师的指导下,查阅相关资料后,完成了空心板梁设 计过程中的全部计算和绘图工作。本设计中前半部分与预应力相关的计算,对我们 而言是一次再学习的过程。以前学习混凝土结构设计原理时,仅限于理解预应 力计算的基本原理和完成一些简单的计算,空心板的设计计算量大,而且计算繁杂。 不仅要熟悉很多规范;除了计算过程中遇到的很多问题需要自己综合所学知识解决 外;还有些问题还需要通过自学来实现123。 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计 3 第 2 章空心板设计概述 2.1 设计资料 跨径:标准跨径;计算跨径。 k=25m l24.4ml 桥面净空:0.75m+23.75m+0.75m。 设计荷载:汽
21、车荷载:公路级荷载;人群荷载:。3.0kN/m 材料:预应力钢筋 17 钢绞线,直径 15.2mm。 (其截面面积:139.0mm2;公称 质量 1.101kg/m) ; 非预应力钢筋采用 HRB335,R235; 空心板块混凝土采用 C50; 铰缝为 C40 细集料混凝土; 栏杆及人行道板为 C40 沥青混凝土; 桥面铺装采用 C40 沥青混凝土。 2.2 截面构造 2.2.1 尺寸选定 桥面净空为净 0.75m+23.75m+0.75m,全桥宽采用 9 块 C50 的预置预应力混凝 土空心板,每块宽 99cm,高 120cm,空心板全长 24.4m,采用先张法施工。预应力 钢筋采用 17
22、股钢绞线,直径 15.2mm,截面面积 139.0m2。 全桥空心板横截面布置如图 2-1。 图 2-1 桥梁横截面(单位:cm) 2.2.2 空心板毛截面几何特性计算 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计 4 每块空心板截面及改造尺寸见图 2-2。 图 2-2 空心板截面构造尺寸(单位:cm) 毛截面面积 A: 2 99 120(5 7/22.5 7/22.5 7/2) 261 7061 10/27261.25cmA 毛截面重心位置: 铰缝面积 2 A2 (5 7/2+2.5 7+2.5 7/2)87.5cm 铰 =99cmb 全截面对板底的静矩为: 3 =99 120 60-2.5 7 (12
23、0-3.5)-2.5 7/2 (120-7-7/3) 2-61 10/2(100-2 10/3)-70 61 55 =443478.75cm S 因此,即重心上移 1.07cm。S /A=61.07cm 底板 S /A2.5 7 (203.5)2.5 7 0.5 (1202 7/3)5 7/2 (12077/3) 2/87.5112.54cm 底板铰 毛截面对其重心轴的惯性矩 I(忽略铰缝对自身中心轴的惯矩) 123 IIII 59 23 5974 161 61 1 991.427 10 cm 3 Iy dAy 陕西铁路工程职业技术学院毕业设计 5 39 23 3974 241 41 1 61
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