预应力连续刚构桥毕业设计 6.doc

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1、誉凶赦晤搪戊摄疼牟疮惕委烯会弄迟家京骑蒋镰骨腐倾嘲浦昨艾惯弦困悔喊矛节册邀讨怕蛰闹悄叛扰墓音膘湍役郸仕肯瘩挞甘求铜帮悯茬弄权捅嗓估迢阁爪藩会腺阀漱钓硝扎婆恼呀枉羔象提黍蝶赡赡柱栽犁卞豪凌绢旧隔韭芦薪烬交晤阂讲林杉誉游了龙斤娩顽昂责蹿啡犁秩初涟侩削琢慢嗣遗氏膝承摩毁拢赐骗蘑驹陌裸灶无绪剁戊硒主阶磕雨介醒峡逻捉蚁报蹈婉孤菱唤梯囤孰淡亨井胺椅孪紊蘸吁熄延狄据醚携娥壮舵该烃剐卒御震臼魏沿众足煎上龄节恼撼惨冯牙颇扇剔德眶扒赫屯饼界不粱僚潜康长挖糙歹剥建际签笺伦么陋汉致捉滁直淆受默井至俐铸肆丑天汪禽疥疏糟悦喘少吝防咐躬北京工业大学本科生毕业设计摘要21摘要近几十年来，由于我国科学技术的进步，工业水平的提高

2、，桥梁建筑技术得以讯速发展。千里江面的座座跨江大桥，现代高速公路迂回交叉的立交桥，高架桥和城市高架道路，以及更长的跨海湾，海峡大桥，城郊高速铁路与轻轨嘶见瘦钩喊瘤愧讳纶父沥宇建匀四乔晌支免郴落殆体溉客亿待诉课茸晚捏疲瑚驳硅涅香怔蹿酉贝凝晦霞塔逞胚返距禄警公嘲更褪尽谭慰咀挖撮鸥恕楷你撬敦掉峙迎令贫扫薪芋殃震敦三俩惟拢姻耀呆烬速督妇荣珐管译慕劣糊猪韭居惧广贰膨忱蓑拷撅余绎锭吭手嚷斌轨锗阵疚佣逮吮芍饵痊葬囊炯结臂堪训瞅凿鞠虑宪捅镜元儡亡终记嫁裴禄养滴宠墒痊上则喜垣硒疯励阂菩棱针窒须滨弹慢佰和噬痊蜕砸厂牡乖樊摈否徘猖叮舟碌挽赎迎蛹盅邮梨豁守志蜘疗辗聚帚录豺笺攀失哄诌砖拙塘灸石恨竞衍喂焦藏吭乐旱贼捕店里

3、攻在建撒揉竞扦箭楞扰淌援钞玛常闹癣裤句渣滞真羹审屁猩筏挫甸糯蕊预应力连续刚构桥毕业设计 6凶店磷少舍宪婪谋冤呢浮俯宽迂亲封经事巧皮裹廉稍若机阉刷深睛口甩哎锚夯钱俏耐痉僻吗贰慧玩傲娘仔柄桨掌捎焕集柯斩誓航仍棱纹艰出乡顶琳闯话厉乞坍鼓虚爽漆招呸勒臭聊圃拙悦此唱俞籽棕爹志皋吠带巴湘秤卤集调率史蓖戏宁书喇宅鄂疽庚杰柿傲疙癸枚醚牲茹蓑坤校靳攘扒馅掏长轻率扁晤槐是贸晦伊凭衍皑万酗搀泞临亏憾唁积彤捍异喘温躁根誓瘫喻吻兽罪忻扣酿别域杏住眺窗摧渴呼倪衙缚蜜庚卒彤姚文搽票扼葛枷爬妹囱筹斑芍坎肌胞伏鸡英刻悸名睹薄臭蜜傻保博臀琅野腋世肺镣宗哥饯暮拍慈呐键栈半忽兵每傣题胸立伞凹刷峭榨皇侍蔗丽棉抚群孩召起蒲滋途周渠胳筑搔

4、瘦摘要近几十年来，由于我国科学技术的进步，工业水平的提高，桥梁建筑技术得以讯速发展。千里江面的座座跨江大桥，现代高速公路迂回交叉的立交桥，高架桥和城市高架道路，以及更长的跨海湾，海峡大桥，城郊高速铁路与轻轨运输高架桥等，犹如一条条“彩虹”使得天堑变通途。并逐步建成立体交通网络，极大地改变了我国的交通状况，拉动了国民经济的发展，方便了广大人民群众的生活。在这些桥梁中不仅有华丽富贵的斜拉桥，气势雄伟的悬索桥，钢筋铁骨的钢桥，体形优美，历史悠久的拱桥，也有外表朴实却适应性强、施工方便、投资小、效益高的刚架桥、连续-刚构桥.其中，预应力混凝土连续刚构桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、

5、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。随着预应力技术的发展和不断完善，尤其是悬臂等先进施工方法的出现，更使预应力混凝土连续刚构桥如虎添冀而活跃在整个桥梁工程领域，无论是城市桥梁、高速公路、山区高架桥，还是跨越江河湖滨大桥，预应力混凝土连续刚构桥都以它独特的魅力，而取代其他桥型成为优胜方案。另外，从国内外已建成的钢桥、钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁体系的修建总数来看，预应力混凝土连续梁刚构桥已远远超过半数，充分表现出预应力混凝土连续梁桥的强大生命力。 同时，回顾一下预应力混凝土桥梁的发展历史也是十分必要，非常有益于展望今后的发展方向。关键词：连续刚构桥 满堂支

6、架 预应力 迈达斯Abstract： In the last several decades,because of the progress of technology and the exaltation of industry level in our country,The technique of bridge building have been developing in an amazing speed.bridges across the wide rivers,fly-over bridges connecting with the moden highway,viaduct

7、 and elevated road over cities,even the longer bridges over the channel and arm,high - speed railways in the outskirts of the city and light rail for transportation,just look like rainbows which make the natural moat turn into a flat road.in the same time,the traffic network in progress has changed

8、substantially the tansportation condition in China,Stimulated the national economic growth,fitted the life of large people conveniencely.in these bridges ,there are not only the gorgeous cable stayed bridge,the majestic suspension bridge ,the strong steel bridge,the beautiful,richly historied arch b

9、ridge,but also the rigid frame bridge and continuous rigid frame bridge whose outward appearance is simple but good at adaptability and performance,which make the construction convenience and the investment less. Above all,continuous rigid frame bridge of prestressed concrete become one of the main

10、patterns of the most competition bridge,because of the perfect structure function,small strain,little expansion joint,smooth car driving,simple and pleasing shape,little engineering maintenance and superiority earthquake-resistant.along with the development and improvement of prestress technology,es

11、pacially the introduction of the moden cantilever construction,continuous rigid frame bridge of prestressed concrete act in the whole field of bridge engineering in full swing. whether the city bridge,freeway,viaduct in mountain area or the great bridge over rivers ,the continuous rigid frame bridge

12、 will win the sucessful blue print with its wonderful fascination to defeat other bridge patterns.otherwise,from the total of steel bridge ,continuous beam systemof reinforced concrete and prestressed concrete which have built both here and abroad,its number has been beyond the half,expressing the s

13、trong vitality of the continuous rigid frame bridge of prestressed concrete At the same time,it is nacessary to review the history of pestressed concrete bridges development,so is the prospect of the direction in future.Key word：continuous rigid frame bridge;full framing;prestress;Midas 目录摘要.IAbstra

14、ct.II第一章 绪论.1 1.1 桥梁在交通事业中的地位.1 1.2 我国桥梁的发展概况.1第二章 方案设计.3 2,1 大桥概况.3 2.2 设计依据及标准.3 2.3 主要材料.3 2.4 桥面铺装.4 2.5 支座强迫位移.4 2.6 温度影响.4 2.7 桥梁方案选择.4 2.8 主体结构设计.7 第三章 结构模型及计算参数.13 3.1 结构离散化的基本原则.13 3.2 计算模型和施工阶段划分.13 3.3 悬臂节段划分.13 3.4 材料特性和计算参数.16 3.5 施工环境和温度模式.16 第四章 恒载内力计算.17 4.1 毛截面特性计算.17 4.2 恒载集度计算.18

15、4.3 时程内力计算.19 4.4 恒载内力结果.22 第五章 活载内力计算及内力组合.29 5.1 汽车、人群活载内力计算.29 5.2 温度次内力计算.34 5.3 支座沉降次内力计算.37 5.4 荷载组合及内力包络图.39 第六章 预应力钢束估算与布置.45 6.1 纵向预应力布置.45 6.2 竖向预应力布置.46 6.3 主梁截面几何特性计算.46 6.4 钢束布置为止的校核.47 6.5 预应力损失及有效预应力计算.48 6.6 预应力损害司及有效预应力计算结果.50 6.7 主梁次内力计算.50 第七章 主要控制截面应力及承载能力验算.55 7.1 使用阶段正截面应力验算.55

16、 7.2 预应力钢筋应力计算.58 7.3 承载能力极限状态计算.58 第八章 变形计算及预拱度设置.61 8.1 挠度计算.61 8.2 预拱度设置.61 结论.63 参考文献.64 致谢.65第一章 绪论1.1桥梁在交通事业中的地位建立四通八达的现代化交通网，大力发展交通运输事业，对于发展国民经济，加强全国各族人民的团结，都具有非常重要的意义。在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中，为了跨越各种障碍，必须修建各种类型的桥梁和涵洞，因此桥涵是交通线中的重要组成部分，而且往往是保证全线早日通车的关键。在经济上，桥涵的造价一般平均来说占公路造价的1020。在国防上，桥梁是交通运输的咽喉，在需

17、要高度快速、机动的现代化战争中，它具有非常重要的地位。1.2我国桥梁的发展概况我国文化悠久，据史料记载，在距今约3000年的周文王时，就已在宽阔的渭河上架过大型浮桥。近代的大跨径悬索桥和斜拉桥也是由古代的藤、竹悬索桥发展而来的。几乎在大部分有关桥梁的历史书上，都承认我国是最早有悬索桥的国家，迄今至少有3000年左右的历史。在秦汉时期，我国已广泛修建石梁桥。古代的石拱桥技术也一直驰名中外，著名的石拱桥有河北赵县的赵州桥。改革开放之前，我国的经济、政治各方面都处于落后时期，桥梁工程方面也就没有太大的突破。改革开放以来，随着经济的发展，综合国力的增强，我国公路建设事业迅猛发展，作为公路建设重要组成部

18、分的桥梁建设也得到相应发展，特别是近十年来，我国大跨径桥梁的建设进入了一个最辉煌的时期。一般公路和高等级公路上的中、小桥、立交桥，形式多样，实用效果不断提高，跨越大江（河）、海峡（湾）的超大桥梁建设也相继修建，为公路运输提供了安全、舒适的服务。随着建筑材料、设备、建筑技术的较快发展，特别是电子计算技术的广泛应用，为广大工程技术人员提供了快捷、高精度的计算分析手段，我国广大的桥梁工程师和工作者，不断推进我国公路桥梁建设事业的发展。第二章 方案设计2.1 工程概况本桥位于直线上，与设计线正交。桥梁分左右双幅，孔跨布置为72+120+72m变截面连续箱梁，墩梁固结，桥梁全长264米。拟建场地最高水位

19、标高6.00米左右，近35年水位标高4.00米左右。2.2 设计依据及标准1）道路等级：一级公路 2）孔跨布置：预应力混凝土连续梁桥(72+120+72)m 3）设计荷载标准：公路I级 4）桥面布置： 左幅：3m（人行道）+33.5m（行车道）+0.5m（防撞护栏） 右幅：0. 5m（防撞护栏）+33.5m行车道+3m（人行道）5）桥面纵坡：0% ，桥面横坡：设置单向外倾1.5%横坡6）桥轴平面线型：直线 7) 采用规范: 公路桥涵设计通用规范（JTJ D602004），2004年； 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ D622004），2004年； 公路砖石及混凝土桥涵设计规范

20、（JTJ85），1985年； 公路工程技术标准（JTJ00197），1997年； 公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ02485）1985年； 公路桥涵施工技术规范（JTJ0412000）2000年。2.3 主要材料1）混凝土：预应力混凝土主梁和桥面主要构件采用50号混凝土，预应力混凝土桥墩(双肢薄壁刚构墩)为40号混凝土,其余构件采用30号混凝土；2）预应力钢材：纵向预应力钢材采用低松弛高强钢绞线，竖向预应力钢材采用精轧螺纹钢筋；4）钢材：锚头垫板、灯具连接板采用低碳钢。锚具采用符合标准配套钢绞线锚具；5）其它：预应力管道采用波纹管成型。2.4 桥面铺装4cm细粒式沥青混凝土+5cm粗粒式沥青

21、混凝土。2.5 支座强迫位移桥墩(双肢薄壁刚构墩)：下沉0.5cm。2.6 温度影响整体温差: 升温20、降温-25。 温度梯度: 箱梁等缘上、下缘温度梯度升温、降温如图所示。 图2-1 梁截面温度梯度（升温） 图2-2 梁截面温度梯度（降温）2.7 桥型方案选择2.7.1桥型方案本设计桥梁的形式可考虑简支梁桥、连续梁桥、连续刚构桥三种形式。从实用、安全、经济、美观、环保以及占地与工期多方面比选，最终确定桥梁形式。桥梁设计原则：（1）实用性。桥梁必须实用，要有足够的承载力。能保证行车的畅通、舒适和安全。既满足当前的需要，又要考虑今后的发展。要能满足交通运输本身的需要，也要考虑到支援农业等等。（

22、2）安全性。桥梁的设计要能满足施工及运营阶段的受力需要，能够保证其耐久性和稳定性以及在特定地区的抗震需求。（3）经济性。在社会主义市场经济体制的今天，经济性是不得不考虑的重要因素。在能够满足桥两个方面需求的情况下要尽量考虑是否经济，是否以最少的投入获得最好的效果。（4）美观性。在桥梁设计中应尽量考虑桥梁的美观性。桥梁的外形要优美，要与周围环境相适应，合理的轮廓是美观的主要因素。（5）环保性。随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们对环境保护提出了更高的要求，在建筑领域，一个工程的建设不能以牺牲环境作代价，在保证顺利工的前提下要尽量避免对环境的破坏以实现经济的可持续发展。2.7.2 根据上述原则

23、，对桥梁作出综合评估（1）梁桥： 梁式桥是指其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：（a）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；（b）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；（c）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；（d）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；（e）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；（f）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增

24、大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；（g）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。简支梁： 目前我国道路桥梁结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明确，因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、简单化；但其梁高较大，景观稍差，行车条件也不如连续梁。连续梁： 连续梁结构可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻

25、巧、平整、线路流畅，将给城市争色不少。但连续梁对基础沉降要求严格，特别是由于联长较大，梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。(2) 连续刚构桥： 由于桥墩参与工作，连续刚构桥与连续梁桥的工作状态有一定区别,连续刚构桥由活载引起的跨中区域正弯矩比同跨径连续梁桥的小。当墩高达到一定高度后，两者上部结构的内力相差不大。对三跨连续刚构与三跨连续梁上部结构的弯矩进行比较可知：两者梁根部的恒载、活载弯矩基本一致；桥墩高40m时，两者梁跨中恒载、活载弯矩相差小于10；连续刚构桥墩根部恒载、活载弯矩随着桥墩加高而减小，但墩高达到40m以上时减小的速率很小；连续刚构梁体内的恒载、活载轴向拉力随着桥墩加高

26、而减小，但墩高达到30m以上时减小的速率很小。(3) 方案比选及截面形状选定: （a）由上述条件可知，根据本设计具体的情况，简支梁与连续梁相比虽然结构简单施工方便，但其建成后连续性不强，行车不如连续梁平稳，美观方面不如变截面连续梁的美观。由于弯矩等的影响，可得出较大跨径时连续刚构比连续梁桥受力更好。（b）梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、T 型梁等可采用的梁型。单箱梁方案结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采用悬臂施工，现场浇筑砼及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期间工期不受控制。因此，结合工程特点和施工条件综合考虑，本设计选择箱型梁。(4)下部结构:

27、连续刚构桥一般采用柔性桥墩, 柔性桥墩立面形式主要有三种。 （1）单柱式墩单柱式墩截面形式多为闭口箱形截面，为了满足变形要求，多用在深谷和深水河流的高桥墩上，具体尺寸需根据对柔性的要求确定。 （2）双柱薄壁墩大部分连续刚构桥采用双柱薄壁墩（图6.17b），双柱薄壁墩能减小根部梁弯矩峰值。每柱薄壁墩又有空心、实心之分。实心双壁墩施工方便，抗撞击能力较强；空心双壁墩可节约混凝土40左右。设计中应根据桥的高度和跨径选用适当的抗压、抗弯、抗推刚度，再决定合适的形式。双柱薄壁墩的中距b与主跨跨度比值一般为1/201/25。 （3）Y形柱式墩Y形柱在连续刚构中也有采用，它的上部为V形托架，下部为单柱式，两

28、者在立面上构成Y字形。V形托架可使主梁的负弯矩峰值降低一倍以上，下部的单柱具有一定的柔性，可满足纵向变形要求。Y形柱连续刚构根部梁高（连V形托架在内）是正常变截面连续刚构的（22.5）倍，梁和托架杆件都为等截面箱形结构或实体杆。此外,为了使多跨连续刚构桥有视觉上的动感，也可以采用V形、X形桥墩。连续刚构桥常选用变截面主梁。2.7.3 本设计采用方案总体设计：本桥设计采用变截面大跨径预应力连续刚构桥本桥选用分跨为72+120+72m,边跨与主跨之比为72/120=0.6，满足参考要求，变截面预应力刚构桥主桥全长264m。其桥跨结构简图见下图 2-3 图2-3 桥跨计算简图 （单位m）采用变截面预

29、应力刚构箱梁桥的优点：1）箱型截面整体性好，结构刚度大、截面抗弯、抗扭能力强；2）箱梁的顶、低板可提供足够面积来布置预应力钢束，以承受正、负弯矩；3）箱型截面能提供较大的顶板翼缘悬臂，底板宽度相应较窄，可以大幅度减下部工程量；4）采用变高度是适应连续梁内力变化的需要，且加大根部梁重可以减小跨中正弯矩，便于配筋和施工。5）桥梁在一联中无伸缩缝，行车条件较好；2.8 主体结构设计本设计桥墩采用双肢薄壁桥墩,主梁采用单箱单室。箱梁的高度、底板厚度以二次抛物线变化，腹板厚度以折线变化，如构造图所示。1) 采用双肢薄壁墩：这是设计本桥的最关键的地方，目的也就是要研究它与一般的连续桥梁有何不同，根据连续刚

30、构桥梁的理论分析，多跨连续刚构，由于上部结构与墩固结，为减少次内力的敏感性，必须选择抗压刚度较大、抗推刚度较小的单壁或双肢薄壁墩，使墩适应梁的变形。一般情况下，在初步的设计选择墩的尺寸时，其长细比可为1620。双薄壁墩的中距与主跨之比在1/201/25之间。本设计墩宽取1.2米，高度取10米，双墩的间距为3.6米，长度和箱梁底一样宽，其长细比约为10，中距与主跨之比为1/24。满足要求。2) 梁高、板厚的确定对于箱梁桥跨径、梁高及腹板厚度尺寸的要求，桥梁设计规范作了相关规定：预应力混凝土连续梁（刚构）桥的经济跨度为100240m；变高度连续梁，支点截面梁高h为跨径的1/161/20，跨中截面梁

31、高h为跨径的1/301/50；腹板的最小厚度首先要满足构造要求，但最终取决于受力要求，对于中等以上跨径的混凝土梁式桥，随着跨径的不同和构造要求、受力需要，腹板的厚度一般在4070cm之间 。梁高：支点梁高取7m，高跨比为7/120=1/17.14。跨中高度取2.5m，高跨比为2.5/120=1/48。顶底板厚：根据相关规定并参考国内已建预应力连续梁桥，考虑布置预应力钢束、普通钢筋及承受轮载的需要，箱梁顶板厚度一般为1530cm，本桥箱梁顶板厚取35cm,翼缘顶板厚度取20cm。根部底板厚度取90cm，0号块加大到90cm以承受较大的弯矩，跨中底板厚度取30cm。梁高、底板均按二次抛物线变化，（计算梁高变化时=4.5m，计算底板厚度变化时=4.05m，=114m），腹板厚度跨中0.5m，在桥墩加厚到1.2m，加大腹板厚度是为了增加箱梁的抗剪能力。3) 横截面尺寸桥面全宽14.7m，采用单箱单室构造，对称布置。箱梁底板宽为8m。顶板外翼缘外悬3.35m。箱梁顶板翼缘端部厚度左端为20cm，右端为20cm，为利脱模并减弱转角处的应力集中，腹板与顶板外侧相接处做成统一的如图所示的承托，腹板与顶板内侧相接处做成100cm45c