(50+70+50)m连续刚构毕业设计计算书(DOC 76页).docx

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1、xxxxxxxx毕业设计题 目 湖北省仙桃市淅河大桥设计院（系）建筑工程学院专业班级土木工程（普本）2005级02班（路桥）学生姓名学号指导教师职称评阅教师 _职称XXXXXXXXXX本斜生毕业设计湖北省仙桃市淅河大桥设计院（系）建筑工程学院专业班级土木（普本）052班（路桥）学生姓名指导教师学生毕业设计原创性声明本人以信誉声明：所呈交的毕业设计（论文）是在导师的指导下 进行的设计（研究）工作及取得的成果，设计（论文）中引用他（她） 人的文献、数据、图件、资料均已明确标注出，论文中的结论和结果 为本人独立完成，不包含他人成果及为获得重庆科技学院或其它教育 机构的学位或证书而使用其材料。与我一同

2、工作的同志对本设计（研 究）所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。毕业设计作者（签字）：本毕业设计主要是对预应力混凝土连续刚构上部结构进行设计。连续刚构这 种桥型结构刚度好、抗震性能好、墩梁固结有利于悬臂施工，减少了大型支座的 养护维修和更换。在近二十余年来，随着预应力技术的发展和悬臂施工法的应用 连续刚构桥得到了广泛的应用。本设计桥梁为跨度（50+70+50） m的预应力混凝土连续刚构，截面形式为单箱 双室箱型。桥面宽度为20m设计荷载标准为公路I级汽车荷载。主梁采用挂篮对 称悬臂施工。设计流程如下：第一步：确定主梁的主要构造和细部尺寸；第二步:根据悬臂施工挂篮的起吊能力对主

3、梁进行施工节段的划分；第三步:在Auto CAD中建立计算模型并导入桥梁博士程序中，完成建模过程；第四步:进行施工阶段内力分析，从而估算出所需纵向预应力筋的数目；第五步:计算预应力损失及各项次内力，并进行主要截面验算； 最后：绘制工程图及编制说明书。关键词：预应力混凝土连续刚构桥悬臂施工桥梁博士验算ABSTRACTThe undergraduate design is mainly about the design of superstructure of pre-stressedconcrete continuous rigid frame bridge.This type of struc

4、ture has many advantages, such asexcellent stiffness,high capability to withstand earthquake. At the same time, the fixati on betwee n the pier and the girder is of ben efit to the can tilever construction and prevents change and maintenance of large-size supports. With the developme nt of tech no l

5、ogy of pre-stress ing and applicati on of can tilever con struct ion, continuous rigid frame bridge has got the extensive application in past 20 years.This design is a prestressedconcrete continuous rigid frame bridge for highway with the spa n of 50+70+50m. The cross sect ion is the box secti on wi

6、th double cell and the width of the deck is 20m. The designed load standard is: highway- I .The main girder is con structed by symmetric can tilever equilibrium. The procedure of the desig n is listed as follows:Firstly:design the main structural configuration and detail dimensions.Secondly:divide t

7、he girder into construction segments according to the raising ability of the basket.Thirdly:the model is established in Auto CAD software and then imported into doctorbridge software. Finish the rema ining establishme nt of the model.Fourthly:According to the internal force of the construction analy

8、zed by the software we can distribute the tendons of the bridge.Fifthly: calculate the loss of pre-stressi ng and sec on dary force, and the n check the mai n cross-secti onFin ally, draw the engin eeri ng desig n and establish the desig n manu als.Keywords: pre-stressed con crete con ti nu ous rigi

9、d frame bridge ； can tilever construction； Doctorbridge； checking computations中文摘要 I英文摘要 II1工程概况 11.1设计资料 11.2方案比选 11.3桥跨结构图式及尺寸拟定 32荷载内力计算 62.1恒载内力计算 62.2活载内力计算 92.3温度作用荷载计算 153预应力钢束设计 183.1估算预应力钢束 183.2预应力钢束的布置 214预应力损失及有效预应力计算 254.1预应力损失的计算 254.2有效预应力计算 335次内力计算 355.1徐变次内力 355.2收缩次内力 365.3预应力次内力

10、375.4支座不均匀沉降次内力 386内力组合 406.1承载能力极限状态下的效应组合 406.2正常使用极限状态下的效应组合 427截面验算 457.1施工阶段截面应力验算 457.2承载能力极限截面强度验算 477.3正常使用阶段截面应力验算 507.3验算结论 518施工组织设计 528.1主梁分段与施工阶段的划分 528.2主梁施工方法及注意事项 53总结 55致谢 56参考文献 57附录 581工程概况1.1设计资料1.1.1设计技术标准 设 计 荷载：公路一I级，人群荷载 3.5KN/m ； 桥 梁 宽度：全桥宽20m=2.5m（人行道及栏杆）+15m（净桥宽）+2.5m （人行道

11、及栏杆）； 设计洪水频率：1/300 ; 通航标准：通航水位2.44m,设计通航孔底宽40m高6.5m。1.1.2材料规格混凝土规格见表1.1 :表1.1混凝土规格表混凝土标号部位C50主桥箱梁C40主墩墩身、横梁C30支座垫石、承台C25桩基沥青混凝土桥面铺装钢材1）预应力钢绞线：符合美国 ASTM41&98标准，270K级高强低松弛钢绞线，标准强度Rby 1860MPa，弹性模量Ey=195000MPa公称直径15.24mm公称面积 140mm2。2） 普通钢筋：钢筋直径12mm者为HRB335I冈筋，直径w 10mm者为R235钢 筋。技术条件必须符合有关规定。3）其他钢材：钢板、检测管

12、及焊条等，均应符合相应国际规定及满足设计、 施工需求。1.1.3设计依据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）1.2方案比选本次桥梁设计从功能、安全、经济与美观的角度通过对拱桥、连续刚构和斜 拉桥进行对比，从而得出最佳的桥梁设计方案 ：1.2.1从功能方面比较拱桥：行车平顺、通畅、安全，满足通航要求；在城市景点或旅游地区，为 配合当地景观而常采用之；连续刚构：梁保持连续，无伸缩缝，行车平顺舒适；桥下净空大，可满足通 航要求；斜拉桥：主梁在斜拉索的各点支承作用下，大

13、大增大了其跨越能力，行车性 能亦较好，可满足通航要求。122从安全方面比较拱桥：对地基基础要求较高，多孔连续拱桥相互影响，对整体结构不利；建 筑高度较高时，对拱桥稳定不利；连续刚构：采用墩梁固结，提高了结构的刚性；对常年温差、基础变形和日 照温度较敏感；斜拉桥：斜拉桥结构轻巧柔细，在车辆运行、地震和风力作用下，必然会引 起桥梁震动，轻则影响行车，行人舒适，重则使桥梁毁坏。1.2.3从经济方面比较拱桥：有水平推力的拱桥，对地基基础要求较高，修建时需要有较大的墩、 台和良好的地基，从而加大了下部结构的工程量，造价较高；连续刚构：无须设支座；设计技术成熟，施工简便，无须大型施工设备和工 具，可充分降

14、低施工成本；斜拉桥：属于高次超静定结构，包含着很多设计变量，不仅设计困难，而且 施工也较为复杂，并且建成后养护成本高。1.2.4从美观方面比较拱桥：形式多样，外形美观；连续刚构：采用墩梁固结，使桥看起来更加轻巧、简洁和美观；斜拉桥：外形美观，比例协调，现代感较强。通过以上三种桥型优缺点的对比：连续刚构为本次最佳设计桥型。桥型比选总体布置图见图1.1、1.2、1.3。图1.1拱桥桥型总体布置图（比选方案）图1.2斜拉桥桥型总体布置图（比选方案）图1.3连续刚构桥型总体布置图（推荐方案）1.3桥跨结构图式及尺寸拟定1.3.1结构图式 截面形式为了减小上部结构的自重，达到增加跨度、减少下部结构的工程

15、量、增加截面抗扭刚度的目的，本桥采用单箱双室截面2。从绝对值来看，支座处的负弯距远 大于跨中正弯距，为更好的适应结构内力分布规律，上部结构采用变截面箱形梁。 刚构墩为双薄壁墩2，利用此墩的柔度形成摆动式支承体系来适应由预加力、荷载、 混凝土收缩徐变和温度变化所产生的纵向位移。墩顶和边跨梁端设置横隔板，墩顶横隔板处设置过人洞。 立面形式本桥为预应力混凝土连续刚构桥。本桥跨径组成50+70+50= 170m梁高按二次抛物线变化。两桥墩取等高，高度为20m1.3.2主要尺寸拟定跨度桥梁跨度应根据水利部门推荐桥位处主桥主跨径的范围，及主河槽布置桥孔 要求，结合桥址处的水文、地质、河道断面、通航要求综合

16、考虑，选出适合于该 桥位的跨径。在孔径布置方面，根据国内外已建成的连续刚构桥和P663，边跨跨径与主跨跨径之比为0.50.8.所以主跨跨径定为70m边跨跨径定为主跨跨径的 0.715 倍，即 50m连续刚构全长为50+70+50=170m主梁高度支点截面梁高：根据P67表2-1-6，梁高为1/161/20L，取L/18.9，即3.69m。 跨中截面梁高：根据P67表2-1-6 3，梁高为1/301/50L，取L/44.1即1.59m。梁底曲线：根据P67表2-1-6，选用二次抛物线。以跨中梁底为原点，曲线方程为：丫 =-0.00233564X2箱梁腹板厚度根据经验公式：腹板总厚度：t B/50

17、 (1+L/50) (m),其中，B为桥面总宽度(m);L为主跨跨度(m)。同时应满足构造要求：单个腹板厚度 to 0.15m。本桥既注重上部结构的轻型化，也注重主拉应力的控制，对腹板尺寸的选定参照国内外一些类似桥梁资料。本桥腹板厚度保持不变，为100cm悬臂根部保持不变，为60cm；梁肋厚度亦保持不变，为50cm箱梁底板厚度4箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，当采用悬臂施 工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面承受很大的压力。箱形截面的底板应 提供足够大的承压面积，发挥良好的受力作用。在发生变号弯矩的截面中。顶板 和底板上都应各自发挥承压的作用。1) 箱梁支座处：由于0号

18、段底板受力十分复杂，支座处箱梁设置满横隔板，中间预留过人孔道。2）箱梁根部底板厚度箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。 底板除需符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜保持在底板以内有适当的 富余。本桥选用50cm3）箱梁跨中底板厚度大跨度连续箱梁因跨中弯矩要求底板内需配置一定数量的钢束和钢筋，此时 跨中底板厚度取为25cm4）其余梁段的底板厚度沿跨径按二次抛物线变化。 箱梁顶板厚度确定箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面板横向弯矩的要求，满 足布置纵向预应力钢束的要求。箱梁断面顶板厚在全梁范围内取为 25cm2荷载内力计算桥梁结构是一种复杂的空间结构。要精

19、确分析桥梁结构的真实受力，非常困 难，而它最主要的是结构的纵向受力分析，考虑到桥梁的跨宽比一般较大，所以 通常将纵向分析模型近似处理为杆件系统。本设计的内力计算采用的是桥梁博士 3.0。2.1恒载内力计算2.1.1计算方法恒载内力计算采用桥梁博士提供的有限元方法计算，由于不同的施工方法所 计算出来的恒载内力会不一样，所以计算时应该严格考虑施工阶段的划分。 计算阶段划分：1）由中支墩悬臂法施工至最大悬臂；2）安装边支座，现浇边跨等高梁段；3）边跨合拢，拆除边跨临时支座；4）合拢中跨；5）拆除吊篮；6）桥面铺装；7）运营阶段。 混凝土材料特性的取值：箱梁（C50）:混凝土容重：丫 =26kN/m3

20、 ； 桥墩（C40）:混凝土容重：丫 =25kN/m 3。 二期恒载集度：q=75kN/m。 计算简图：图2. 1结构计算简图2.1.2计算结果主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力和二期恒载（如桥面铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力。由桥梁博士程序分析得出恒载内 力，由于结构对称，恒载内力计算结果只取结构一半代表单元：表2.1恒载内力计算结果M 1 1=1. 单元号节点号轴力（KN剪力（KN弯矩（KN.m）1100020608-1521414091248055150-3954870117170-6384846818011554756922220-260442303230297

21、14035727270-44582995628048342670632320-6356110473306740646337370-8300-145853808695-2054242420-10291-4710943010694-5445947470-12399-8674148012812-9556052520-14532-13385053014964-14418055550-16204-17528056016829-19179061610-20054-28397062020709-304330676743917100-21151068439-16465-194710707043915205-1

22、63130M 1 1=1. 单元号节点号轴力（KN剪力（KN弯矩（KN.m）71439-14590-148260757543912880-10991076439-12457-101060808043910807-6856581439-10398-6115485854398791-3437286439-8392-2837290904396822-712591439-6433-2502959543948361327196439-445316510100100439295726850101439-258628790105105439112933957106439-767346131081084392

23、5035117109439935176由桥梁博士绘出一期二期恒载弯矩和剪力包络图:图2.2 一期恒载弯矩图图2.3 一期恒载剪力图图2.4二期恒载弯矩图图2.5二期恒载剪力图2.2活载内力计算活载内力计算为基本可变荷载在桥梁使用阶段所产生的结构内力。2.2.1横向分布系数的计算荷载横向分布指的是作用在桥上的车辆荷载如何在各主梁之间进行分配，或 者说各主梁如何分担车辆荷载。横向分布系数的计算5单箱双室，桥面净宽度W= 15.0m，根据表431-3，车辆单向行驶,14.0 W 17.5，桥涵的设计车道数为4车道。用刚性横梁法计算横向影响线竖标值：1）抗扭修正系数 =1.02）计算横向影响线竖标值对

24、于1号边梁的横向影响线竖标值可以通过简化公式计算：单箱双室计算简化为3片梁肋：111 n113_na a12aia1 832a汽车荷载布置见图2.6:图2.6汽车荷载布置图其中： Q 2 = 5.752+0+5.752= 66.13 m2aa128i1.05.75 5.7566.13=0.833a1 a328i1.05.75 5.7566.13=-0.167影响线见图2.7:图2.7影响线图1号梁轴线的距离用刚性横梁法的横向分布影响线为直线，设影响线零点离 为x，则:x 5.75 2 x0.8330.167解得：x = 9.5795m2.2.2计算荷载得横向分布系数车辆单向行驶时在根据表431

25、-3，本设计的桥面净宽度W = 15.0m ,14.0 W 17.5，桥涵的设计车道数为4车道。计算荷载得横向分布系数:一车道加载时：图2.8 一车道加载mcq2q 2(qiq2)舟(0.9417 0.7852) = 0.8635二车道加载时:图2.9二车道加载mq2q 1( q1q2) 1(0.9417 0.7852 0.6721 0.5156) = 1.4573 三车道加载时:图2.10三车道加载mcq 1 q |( q1q2) 1 (0.9417 0.7852 0.6721 0.5156 0.4026 0.2460)=1.7816（四车道加载时:mq21(q 2 q1图2.11四车道加载

26、1q2) (0.9417 0.7852 0.6721 0.5156 0.4026 0.2460 q 20.1330-0.0235)= 1.8364 五车道加载时:图2.12五车道加载mq2q 1( q11q2) -(0.9417 0.7852 0.67210.5156 0.4026 0.24600.1330-0.0235-0.1366-0.2931) =1.62162.2.3计算结果由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结 构一半代表单元，见表2.2：表2.2活载内力计算结果单元号内力轴力（KN剪力（KN）弯矩（KN.m）最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯

27、矩1轴力000000剪力000-181000弯矩00000014轴力390039039剪力-1902120-13701870-633弯矩-238024100668029100-7390单元号内力轴力（KN剪力（KN）弯矩（KN.m）最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩17轴力490049049剪力-1901810-16601340-645弯矩-300025700695031900-942022轴力610061061剪力-1901470-2070-674-633弯矩-379026100668033300-1190027轴力730073073剪力-1901210-2440185-632

28、弯矩-450025400434032700-1420032轴力840084084剪力-190984-2900-1790-632弯矩-52002400088030100-1650037轴力960096096剪力-190803-3290-604-845弯矩-589022300-475026400-1890042轴力107001070107剪力-190658-3700-2000-1650弯矩-657020600-1210023200-2340047轴力119001190119剪力-190546-4190-215-2940弯矩-723018900-2070020400-3080052轴力1300013

29、00130剪力-190457-4610-1800-3660弯矩-785017500-3170018200-4200055轴力139001390139剪力-190403-500062-4180弯矩-831016600-4090017000-5230061轴力158001580158剪力-190339-5750287-5310弯矩-926015400-6640015400-80000单元号内力轴力（KN剪力（KN）弯矩（KN.m）最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最大轴力67轴力4460-39602680-2650-21402630剪力44101235540-772-4284720弯矩-40

30、900-13000-500001600025200-7010070轴力4460-39502700-2590-20102520剪力40101235150-785-2714150弯矩-29600-11700-382001520024700-5780075轴力4460-39402690-2480-11202300剪力36101234660-83812503480弯矩-16600-10400-250001440025800-4430080轴力4460-39302650-1640-7752010剪力31101234230-908-1852890弯矩-6210-9240-148001630027200-3

31、400085轴力4460-39202570-1400-369715剪力27101233800-1070-1842040弯矩2750-8140-62801700028300-2620090轴力4460-39102460-1160131299剪力23101233400-123011601600弯矩10500-73008291700029500-2000095轴力4460-38902310-891701-250剪力18101233010-1470-3871160弯矩16700-650065001700030200-15200100轴力4460-38802130-6291430-1060剪力14101

32、232640-1700895701弯矩21600-5850110001590030600-11900105轴力4460-38701930-3652900-2310剪力9131232300-2010983192弯矩25000-5190142001470031400-10400108轴力4460-38701820-2442920-2320剪力7141232140-2150744187弯矩26200-5000155001350031700-101002.3温度作用荷载计算桥梁结构处于自然环境中，受到大气温度作用的影响。温度作用指因温度的 变化而引起的结构变形和附加力。温度的变化可分为均匀温度变化和梯

33、度温度两 种情况。前者表示结构整体在一年中的温度变化；后者表示结构上不同点或不同 材料之间的温度差异。2.3.1梯度温度作用效应计算原理根据条例4.3.106相关规定，计算桥梁由于梯度温度引起的效应时不计横向梯 度作用，可采用下图2.13竖向梯度温度所示的曲线，桥面铺装按100mm沥青混凝 土铺装层计算，其桥面板表面的最高温度Ti为14C, T2为5.5C。对于混凝土结构 当大于400mm寸，A= 300mm竖向日照反温差为正温差乘以-0.5 。日照温差日照反温差l =0m,T1=14El =0m,T1 = -7 Cl =0.1m, T2=55Cl =0.1m, T2= -2.75Cl =0.

34、2m, T3 =3.7Cl =0.2m, T3= -1.85Cl =0.3m, T4=1.83Cl =0.3m, T4= -0.92Cl =0.4m, T5 =0Cl =0.4m, T5 = 0C计算图2.13竖向梯度温度由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结 构一半代表单元，见表2.3 :表2.3温度梯度作用效应计算结果单元号温度梯度截面升温温度梯度截面降温轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)1400000017020424500-102-122022020430600-102-153027020438400-102-1

35、92032020445500-102-228037020452700-102-264042020459800-102-2990单元号温度梯度截面升温温度梯度截面降温轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN) 弯距(kN.m)47020467000-102-335052020474100-102-371055020481300-102-407061020486800-102-434067020499100-102-49607031205830-1560-29207531205810-1560-29108031205700-1560-28508531205670-1560-2

36、8409031205610-1560-28109531205570-1560-279010031205530-1560-277010531205500-1560-275010831205480-1560-27402.3.2均匀温度作用效应均匀温度的取值，可按桥梁所在地区的气温条件(一般取当地最高和最低月 平均气温)确定；均匀温度变化值，应自结构合拢时的温度算起。根据条例4310 的相关规定湖北地区属于温热地区，最高和最低月平均气温分别为34C和-3 C,则结构合拢时的温度为16C，结构最大温升18C，最大温降-19 C。由桥梁博士程序分析得出结构活载内力，由于结构对称性，计算结果只取结 构一半

37、代表单元，见表2.4 :表2.4系统温度作用效应计算结果单元号系统升温系统降温轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)100000014010212100-107-128017010215200-107-160022010219000-107-201027010222600-107-239032010226200-107-2760单元号系统升温系统降温轴力(kN)剪力弯距轴力(kN)剪力(kN)弯距(kN.m)(kN)(kN.m)37010229700-107-314042010233300-107-351047010236800-107-3890520

38、10240400-107-426055010243100-107-455061010249200-107-5190677440-1500-78601580707440-1680-78601780757440-1860-78601970807440-2020-78602130857440-2170-78602290907440-2270-78602390957440-2360-786024901007440-2420-786025601057440-2470-786026101087440-2480-786026203预应力钢束设计3.1估算预应力钢束根据P231配筋计算要求，预应力梁应满足弹性

39、阶段的应力要求和塑性阶段 的强度要求。因此，预应力筋的数量可以从满足这几方面的要求来考虑：3.1.1计算原理预应力梁在预加应力和使用荷载作用下的应力状态应满足的条件是：上缘应力：（T y上W Mg/W上（T y 上+ M g/W 上 + M p/W 上 W 0.5Ra下缘应力：ty下Mg/W下+ Mp/W下ty 下-Mg/W 下W0.5Ra般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上缘和下缘的压应力不是控制因素，为方便计算，可只考虑上缘和下缘的拉应力的这个限制条件。当预拉 区配置受力的非预应力钢筋时，容许截面出现少许拉应力，但在估算钢束数量时,y上和截面下缘应力由力筋N上和N下在截依然假设RL等于零。由预应力钢束所产生的截面上缘应力t ty下分以下三种情况讨论：N上N上e上N下N下e下CT y 下=A -.W + A + W下（T y 上=N下e下W上A + W上+ A截面上、下缘均布置力筋N上和N下以抵抗正负弯矩, 面上下缘产生的应力分别为：N上 N上e上 n下可得到上缘和下缘预应力筋的数目：n 上=Mma（e 下-K 下）-Mmin（K 上+e 下）/（K 上+K下）（e 上+e 下）x 1/f a t an