道路桥梁毕业设计预应力混凝土连续梁桥设计（含外文翻译）.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 二一零年六月院 系 土木工程学院 专 业 土木工程 年 级 2006级 姓 名 戴兵 题 目 62+104+104+62m预应力混凝土连续梁桥设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日 毕 业 设 计 任 务 书班 级 土木201013 学生姓名 戴 兵 学 号 20101245 发题日期：2010年 4 月 14日 完成日期：2010年 6 月 18 日题 目：62+104+104+62m预应力混凝土连续梁桥设计一、 设计原始

2、资料1、设计规范 新规范： (1) 公路桥涵设计通用规范，JTG D60-2004； (2) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，JTG D62-2004。 2、主要技术指标 (1) 孔跨布置：见“分组题目”； (2) 计算行车速度：80公里/小时； (3) 荷载标准：公路-I级； (4) 桥面宽度：由指导老师提供建议值，学生自己决定； (5) 桥面纵坡：0% (平坡)； (6) 桥面横坡：2%。 (7) 桥轴平面线型：直线。 3、材料规格 (1) 梁体混凝土：C60级混凝土； (2) 桥墩混凝土：C40级混凝土； (3) 桥面铺装混凝土：C40级混凝土； (4) 栏杆混凝土：C30级混

3、凝土； (5) 预应力钢筋及锚具： 主梁纵向预应力钢筋可选用12-j15.24、17-j15.24、27-j15.24等高强度低松弛钢绞线(1-j15.24公称断面面积为140.00mm2)，fpk =1860MPa，fpd =1488MPa；对应锚具分别为OVM15-12、OVM15-17、OVM15-27；对应波纹管直径分别为(内径)90、90、120mm(外径比内径大7mm)。 主梁竖向预应力钢筋采用32冷拉IV级高强精扎螺纹粗钢筋，fpk =1000MPa(冷拉应力)，每根张拉力673kN；对应锚具为YGM-32；对应孔道直径43mm，锚垫板边长a = 140mm，相邻锚板中心距离不小

4、于15cm。 (6) 普通钢筋： 受力主钢筋用HRB335钢筋(1228)，fsk =340MPa，fsd =340320MPa；非受力钢筋用R235钢筋(810)，fsk =240MPa，fsd =240MPa。 4、施工顺序及要点 (1) 墩台施工：桥台采用明挖基础，桥墩采用钻孔群桩基础、实体墩身。 (2) 在支架上施工中间墩顶0#段，0段与桥墩临时固接； (3) 在中间墩顶0#段上安置悬臂挂篮设施(挂篮设施集中荷载一般按最重块 件重量的一半确定)； (4) 从中间墩顶0#段两侧利用悬臂挂篮设施逐段对称施工主梁； (5) 在满堂支架上施工边跨靠近边支座梁段； (6) 施工中跨合拢段主梁；

5、(7) 拆除中跨合拢段挂篮设施； (8) 施工边跨合拢段主梁； (9) 拆除边跨合拢段挂篮设施和边跨支架； (10) 解除0段与桥墩的临时固接，安装永久性支座； (11) 桥面铺装及栏杆施工。 二、设计各部分内容及时间分配（共12周）第一部分： 收集资料及基本构造设计 （第78周） 第二部分： 恒载、活载内力计算及组合 （第910周） 第三部分： 预应力钢束设计及预应力损失计算 （第1011周） 第四部分： 次内力计算 （第12周） 第五部分： 荷载组合、截面验算及刚度验算 （第1314周） 第六部分： 工程量计算、计算机绘制设计图 （第15周） 第七部分： 外文翻译、毕业设计说明书整理出版

6、（第16周） 第八部分： 导师评阅毕业设计 （第17周） 第九部分： 答辩 （第18周） 三、毕业设计说明书正文主要内容设计依据、设计流程图、桥跨结构总体布置、截面尺寸拟定、主梁分段、建立平面杆系计算模型、恒载及活载内力计算组合、预应力钢束设计及预应力损失计算、次内力计算、荷载组合、截面验算及刚度验算、工程量计算。 四、毕业设计应绘制的主要设计图桥梁总体布置图（平面、立面和横截面）、主梁分块图、主梁一般构造图（各种纵剖面图、横截面尺寸参数示意图及参数表、各种横截面尺寸图）、主梁纵向预应力钢束布置图、典型横截面的预应力钢束位置图、施工流程图等，要求达到A3幅面图纸不少于16张或A2幅面图纸不少于

7、8张(相当于0#图2张)。 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 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

8、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

9、.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，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。关键词： 预应力混

10、凝土连续梁桥、次内力、悬臂施工AbstractThe graduate design is mainly about the design of superstructure of long-span pre-stressed concrete continuous box Girder Bridge . Pre-stressed concrete continuous Girder Bridge become one of main bridge types of the most full of competion ability because of subjecting to the

11、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 powerfully ability of earthquake proof and so on. For time and ability limited, the design of the substructure, transverse pre-stress

12、ing 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 traffic ways of all, the width of the bridge surface is 25m. The major girder applies cantilever hung-basket bearing, symmetric equ

13、ilibrium 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 is worked before they are jointed except the ones are siuated in the beside or middle of span and the substructure is worked in

14、 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 the second dead loads is in effect in the step; the tweentith stage: vacant construction stage; in the last step, the structure

15、 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 design is listed below:The first step as to dimension the structural elements and details of which it is composed, it cant and cert

16、ainly should without being fully coordinated with the planning and working phrases of the project. Considering the distorting stiffness and the bending stiffness, box birder goes as second-parabolic curve, for second-parabolic curve is generally similar to the change of continuous bridges bending mo

17、ments along. The sectionat the support is strengthened by the provision of thickened webs , bottom slabs and a cross beam , the thickness of the bottom slab 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 vari

18、es 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(including dead load and lived load), the internal force composition can be done by using the compute results. According to the internal force composited,

19、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 loss of pre-stressing and secondary force due to pre-stressing, first dead loads and temperature, bearing displacement, and so on.The last steps is che

20、cking the main cross section. the work includes the load-caring capacity ultimate state and the normal service ability ultimate state as well as the main sections being out of shape.Key Words: Pre-stressed concrete continuous girder bridge, Secondary force，Cantilever constructed目 录第1章 绪论11.1预应力混凝土连续

21、梁桥概述11.2 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42.1 尺寸拟定42.1.1 桥孔分跨42.1.2 截面形式42.1.3 梁高52.1.4 细部尺寸62.2 主梁分段与施工阶段的划分72.2.1 分段原则72.2.2 具体分段72.2.3 主梁施工方法及注意事项7第3章 荷载内力计算93.1 恒载内力计算93.2 活载内力计算113.2.1 横向分布系数的考虑113.2.2 活载因子的计算113.2.3 计算结果13第4章 预应力钢束的估算与布置154.1 力筋估算154.1.1 计算原理154.1.2 预应力钢束的估算184.2 预应力钢束的布置24第5章 预应力

22、损失及有效应力的计算265.1 预应力损失的计算265.2 有效预应力的计算33第6章 次内力的计算356.1 徐变次内力的计算356.1.1 结构重力徐变次内力356.1.2预加力徐变次内力386.2 预加力引起的二次力矩406.3 温度次内力的计算43第7章 内力组合487.1 承载能力极限状态下的效应组合487.2 正常使用极限状态下的效应组合49第8章 主梁截面验算518.1 截面强度验算518.2 截面抗裂验算548.2.1 正截面和斜截面抗裂验算548.2.2 法向拉应力558.2.3 主拉应力和主压应力56第9章 主要工程数量计算619.1 混凝土总用量计算619.1.1 梁体混

23、凝土（C60级混凝土）用量计算619.1.2 桥面铺装（C40级混凝土）混凝土用量计算619.2 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附录3 包络图及结构简图106附录4 外文文献翻译111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

24、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

25、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

26、要采用满堂支架法，采用连续梁费工费时。到后来，由于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

27、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

28、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

29、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，从这个角度来看，连续刚构也是未来连续体系的发展方向。总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。1.2 毕业设计的目的与意义毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结

30、合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实践动手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。本次设计为(62+104+104+62)m公路预应力混凝土连续梁桥，桥宽为25m，分为两幅，设计时只考虑单幅的设计。梁体采用单箱单室箱型截面，全梁共分132个单元，中支点0号块长度8m，一般单元长度分为2m、2.5m、3m，边跨合拢段长2m，中跨合拢段长2m（BSAS中做了处理分为两段1m的单元），边跨直线段长9m。顶板厚度不进行变化，底板、腹板厚度均发生变化。由于多跨连续梁桥的受力特点，靠近中间支点附近承受较大的

31、负弯矩，而跨中则承受正弯矩，则梁高采用变高度梁，按二次抛物线变化。这样不仅使梁体自重得以减轻，还增加了桥梁的美观效果。由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且准确性难以保证，所以采用有限元分析软件BSAS进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。本次设计的预应力混凝土连续梁桥采用目前比较流行的悬臂灌注法施工。悬臂灌注施工具有很多优越性：它不需要大型的机械设备；不影响桥下通航、通车；且施工受河道水位和季节的影响较小。本次设计中得到了唐继舜、郑史雄、成文佳、向天宇、林清阳等几位老师的悉心指导，在此表示衷心的感谢。由于本人水平有限，且又是第一次从事这方面的设计，难免出现错误，

32、恳请各位老师批评指正。第2章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定2.1 尺寸拟定本设计方案采用四跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长332m。设计主跨为104m。2.1.1 桥孔分跨连续梁桥有做成三跨或者四跨一联的，也有做成多跨一联的，但一般不超过六跨。对于桥孔分跨，往往要受到如下因素的影响：桥址地形、地质与水文条件，通航要求以及墩台、基础及支座构造，力学要求，美学要求等。若采用三跨或四跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中跨的0.50.8倍，这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩，此外，边跨跨长与中跨跨长之比还与施工方法有着密切的联系，对于采用现场浇筑的桥梁，边跨长度取为中跨长度的0.8倍是经济合理的

33、。但是若采用悬臂施工法，则不然。本设计跨度，主要根据设计任务书来确定，其跨度组合为：62米+104米+104米+62米。基本符合以上原理要求。2.1.2 截面形式2.1.2.1 立截面 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度布置为宜；在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。但是，在采用顶推法、移动模架法、整孔架设法施工的桥梁，由于施工的需要，一般采用等高度梁。等高度梁的缺点是：在支点上不能利用增加梁高而只能增

34、加预应力束筋用量来抵抗较大的负弯矩，材料用量多，但是其优点是结构构造简单、线形简洁美观、预制定型、施工方便。一般用于如下情况：1. 桥梁为中等跨径，以4060米为主。采用等截面布置使桥梁构造简单，施工迅速。由于跨径不大，梁的各截面内力差异不大，可采用构造措施予以调节。2. 等截面布置以等跨布置为宜，由于各种原因需要对个别跨径改变跨长时，也以等截面为宜。3. 采用有支架施工，逐跨架设施工、移动模架法和顶推法施工的连续梁桥较多采用等截面布置。双层桥梁在无需做大跨径的情况下，选用等截面布置可使结构构造简化。结合以上的叙述，所以本设计中采用悬臂现浇施工方法，变截面的梁。2.1.2.2 横截面 梁式桥横

35、截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系 在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外，箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。总之，箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改