某公路互通立交330m预应力混凝土连续箱梁桥设计.docx
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某公路互通立交330m预应力混凝土连续箱梁桥设计.docx
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某公路互通立交330m预应力混凝土连续箱梁桥设计
广肪工修忆鹿山曇忆
毕业设计(论文)
题目:
某公路互通立交
3X30m预应力混凝土连续箱梁桥设计
系另U:
土木工程系
专业班级:
土建L093
姓名:
学号:
20091994
指导教师:
职称:
助工(硕士)
二O—三年五月十一日
Abstract
Abstract
Thedesignisbasedongraduationdesigntaskbookrequirementsandrelevantindustrystandards,designof3O+3O+3Omprestressedconcretecontinuousboxgirderbridgeoverpassbridge,ahighway・
Inthedesign,designreferencebridgeshavebeenbuilttodeterminebridgetypeandstructure.Calculationofbridgeupperstructurefocusesontheanalysisofthebridgeduringtheuseofdeadloadandliveloadinternalforce,theloaddensitymethod,theuseofMechanicsSolverforcomputingthepermanentload,liveloadusingtheleverprinciplemethod,modifiedeccentric-pressedmethod(car,thecrowd)transversedistributioncoefficientofliveload、andloadingusingthemaximumloadme什lod,theuseofmechanicssolvertocalculatetheliveloadinternalforce,theotherfactors(temperature,unevensettlementoffoundation,theinternalforcescausedbycreep),calculatedbyhandortheelectroniccalculator;thecombinationofinternalforcecalculationofbearingcapacitylimitstateincludingbasiccombination,short-termeffectcombination,effectsoflong-termeffectcombination;handcountwereprestressedreinforcementcalculation,lossofprestresssteelstrandestimated,permanentstatusofbearingcapacitylimitstatechecking,permanentconditionnormaluselimitstatechecking,designcalculationandcheckingshouldbelastingpreforcecalculationanddeflectionofthearchdegreeofcomponents・Doublecolumnsubstructureswithdrillingendbearingpilefoundation,thepotrubberbearing,andwereonthepierandpilefoundationwerecalculatedandchecked・Constructionofthescaffoldofthefullsupportanddesignandcalculation・
Thisdesignmostlytakehand,partoftheauxiliarysolverstructuralmechanicscomputation,allthedrawingsofAutoCADdrawing,computerfiling,typesetting,printingoutthemapandthe.Also,translatedanEnglishessay"BridgeEngineeringandAesthetics".
Keywords:
prestressedconcrete,continuousbeams,theleverprinciplemethod,modifiedeccentric-pressedmethod・
II
摘要错误!
未定义书签。
ABSTRACT错谋!
未定义书签。
目录III
1初步设计错误!
未定义书签。
1」设计基本资料错误!
未定义书签。
1.1.1设计标准错误!
未定义书签。
1.1.2主要资料错谋!
未定义书签。
1.1.3相关参数2
1.1.4预应力布置2
1.1.5施工方式2
1.1.6设计规范2
1.2桥梁方案设计2
1.2.1总则2
1.2.2连续梁施工方案的选择(比选)2
1.2.3结构构造尺寸3
2上部结构设计与计算5
2.1桥梁原横截而特性计算5
2.1.1截而特性的计算5
2.1.2检验截而效率指标p(希望p在0.50以上)7
2.2桥而板的计算和梁有效宽度的计算7
2.2.1桥面板的计算7
2.2.2梁有效宽度的计算7
2.3主梁内力计算10
2.4活载内力计算12
2.4.1冲击系数计算12
2.4.2求主梁抗弯惯性矩It(扭转虎克宦律)13
2.4.3汽车荷载内力计算(结构力学求解器计算)14
2.4.4人群荷载内力计算21
2.5内力组合(取截面最大值组合)29
2.5.1承载力极限状态的基本组合29
2.5.2作用短期效应组合30
2.5.3作用长期效应组合30
2.6预应力钢筋配筋计算31
2.6.1构件承载能力极限状态要求估算非预应力钢筋的数量33
2.6.2小配筋率的要求37
2.6.3预应力钢筋的选用37
2.6.4有效截而的截而特性37
2.6.5具体的预应力钢筋布置39
III
2.6.6纵向预应力筋弯起设计39
2.7预应力损失及有效预应力的计算41
2.7.1摩擦预应力损失41
2.7.2锚具变形和钢筋回缩损失42
2.7.3钢筋与台座之间的温差引起的预应力损失43
2.7.4混凝土的弹性压缩引起的应力损失43
2.7.5钢束松弛损失44
2.7.6收缩徐变损失45
2.7.7有效预应力的计算46
2.8持久状况承载力极限状态验算47
2.8.1正截而抗弯承载力验算47
2.8.2斜截而抗剪承载力验算49
2.9持久状况正常使用极限状态验算50
2.9.1抗裂验算50
2.9.2裂缝宽度验算55
2.10挠度的计算与验算预拱度的设计56
2.10.1挠度计算56
2.10.2允许挠度的验算58
2.11持久状况构件的应力验算58
2.11」持久状况构件的应力验算58
2.11.2短暂状况构件的应力脸算61
2.12构造配筋62
2.13主梁桥面板悬臂板的计算63
2.13.1恒载内力以纵向梁宽lm的板梁计算63
2.13.2活载产生的内力63
2.14锚下局部应力计算66
2.14.1截面尺寸验算67
2.14.2局部承压承载力验算67
3下部结构设计与计算69
3.1桩设计与计算69
3.1.1设计资料69
3.1.2荷载计算69
4下部结构施工设计方案81
设计总结83
致谢84
参考文献85
广西工学院鹿山学院木科生毕业设计
1.初步设计
1.1设计基本资料
1.1.1设计标准
1)设计荷载:
公路-1级
2)桥面宽:
全宽24m,分离式两桥.每桥宽12m,横向布置为1.5m人行道+3m非机动车道+2x3.75m机动车道
3)设计车道:
4车道
4)设计车速:
100km/h
5)地震烈度:
基本烈度6度,按7度设防
6)桥面横坡:
1.5%
7)桥面纵坡:
2.0%
8)竖曲线半径:
桥梁范围内无竖曲线
9)平曲线半径:
桥梁范圉内无平曲线
10)温度:
季节温差的讣算值为-20°C和+20°C
1.1.2主要材料
1、混凝土C50(Ec二3.45xl0"4)
1)桥面铺装:
选用10cm厚C50防水混凝土作为铺装层,上加6cmAC-20I中粒式沥青混凝土,其上再加4cmAK-13A型沥青混凝土抗滑表层。
2)连续梁:
C50
3)桩基、承台、桥墩、桥台、搭板:
C25
2、钢筋
1)主筋:
II级钢筋
2)辅助钢筋:
II级钢筋
3)预应力筋:
箱梁纵向预应力束釆用“jl5.24高强度低松弛预应力钢绞线,ASTMA416-90a270级标准,标准强度几=1860MPa(=1260MPa,f=390MPa),
Ey=l.95X10^5MPa。
3、预应力管道
预应力管道均采用镀锌金属波纹管。
4伸缩缝
广西工学院鹿山学院木科生毕业设计
采用SSF80A大变位伸缩缝。
5、支座
釆用盘式橡胶支座。
1.1.3相关参数
1.相对温度75%
2.管道摩擦系数u二0.25
3.管道偏差系数X二0.00251/米
4.钢筋回缩和锚具变形为4mm
1.1.4预应力布置
箱梁采用YM型锚具及配套的设备。
管道成孔采用波纹圆管,且要求钢波纹管的钢带厚度不小于0.35mm。
预应力张拉釆用引伸量和张拉应力双控。
并以引伸量为主。
引伸量误差不得超过-5%-10%o
1.1.5施工方式
整体现浇满堂支架
1.1.6设计规范
1.公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)
2.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62—2004)
3.公路桥涵地基与基础设计规范(JTGD63—2007)
4.公路桥涵施工技术规范(JTJ041—2000)
5.公路工程水文勘测设计规范(JTGC30-2002)
6.城市桥梁设计通用规范(CJJ11-2011)
7.公路钢筋混凝土及预压力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004)
1.2桥型方案设计
1.2.1总则
混凝土连续梁从主筋配置上分为钢筋混凝土连续梁和预应力混凝土连续梁。
一般来说钢筋混凝土连续梁适用于25m以下的小跨径连续结构,预应力混凝土连续梁适用于25m以上的跨径大中等跨径连续梁。
等高度连续梁,具有跨越能力小、构造简单、施工方便快捷的特点。
是实际公路桥梁中应用最多的结构类型。
本桥跨径为70m,故釆用预应力混凝土等高度连续梁。
1.2.2连续梁施工方案的选择(比选)
在连续梁的设计中,设计方案与施工方法是相互制约的,具体项H设计时应结合
广西工学院鹿山学院木科生毕业设计
桥址地形、工程规模、工期、造价等因素合理确定施工方案。
由于桥址地形平坦、地面土质较好、且桥梁净空较低,釆用支架整体现浇,施工中无体系转换,施工方便、快捷,经济效益较好。
1.2.3结构构造尺寸
1.2.3.1结构跨径布置
桥梁跨孔布置受地质、地形、桥下通车通航等因素制约。
在条件允许的情况下,应力求受力合理、施工方便、跨孔配置协调一致。
一般情况下,等高度小跨径连续梁可采用相同跨径。
本桥跨径采用30m+30m+30m。
1.2.3.2梁高
对变高度连续梁一般取1/14-1/18(100m以内),跨中截面梁高的高跨比1/30-1/50;本桥跨径30m,支点截面梁高比二2.20m。
跨中截面梁高Hc=l.00m因考虑纵坡故取K=l.30m
1.2.3.3横截面形式
箱形截面具有较大的刚度和强大的抗扭性能和结构简单,受力明确、节省材料、架设安装方便,跨越能力较大、桥下视觉效果好等优点。
而被广泛地应用于城市桥梁和高等级公路立交桥的上部结构中。
故本城市桥梁釆用单箱双室箱形截面。
1.2.3.4箱梁横断面细部构造
箱梁横断面由顶板、底板、腹板、悬臂板、承托构成;各部分构造须满足受力、构造、施工方便的要求。
1、顶板
箱梁顶板需要满足横向抗弯以及布置预应力钢筋的需求。
一般在腹板间距为
3.5-7.0m时,顶板厚度可采用0.18-0.3m。
拟取0.28m。
2、底板
箱梁底板需要满足纵向抗弯以及布置预应力钢筋的需求。
一般变高度连续梁底板厚度宜釆用0.25-0.30m,靠近横梁处加厚过渡处理。
拟取0.30m。
3、腹板厚度
腹板厚度除满足受力需求外,还需要满足通过、连接、锚固预应力钢筋的构造需求。
1)、腹板厚度一般釆用0.40-0.80m。
通常,对于变高度连续梁,靠近横梁处加厚过渡处理。
拟取0.6m。
2)、箱梁一般采用直腹板。
拟釆用釆用直腹板。
-3-
广西工学院鹿山学院木科生毕业设讣
4、悬臂板
悬臂板长度及腹板间距是调节桥面板弯矩的主要手段。
悬壁板长度拟取2.Om;悬臂端部尽度一般取0.16-0.20m,拟取0.20m;悬臂根部厚度一般为0.4-0.6m,拟取0.5m。
5、承托(梗腋)
承托布置在顶底板与腹板连接的部位,承托的形式有两种:
竖承托和横承托。
前者对腹板受力有力;后者对顶底板受力有利。
一般地,受抗剪、主拉应力控制的宜设置竖承托;受纵横抗弯控制
行车道
行年道
非机动牟道人行道
3.7500
3.0000
3.75(10
1SOOO-
r-0.3000
偸0Q-
0.9000
2.0000
)00
2.0000
•8.0
12.0000
、0.5000
VFP
0.40
HJO
2.2000
图1-1主桥标准横断面(m)
广西工学院鹿山学院木科生毕业设讣
2.上部结构设计与计算
2.1桥梁原横截面特性计算
2.1.1截面特性的计算
图2-1支座跨中横截面(m)
图2-2支座跨中转化横截面(m)
广西工学院鹿山学院木科生毕业设计
面积:
支座A二(0.2+0.5)X2宁2X2+0.6X2.2X2+6.8X(0.3+0.3)+0.3X0.9=2X2+0.2X0.44-2X2=8.47nV
跨中A二(0.2+0.5)X2F2X2+0.6X1.3X2+6.8X(0.3+0.3)+0.3X0.94-2X2+0.2X0.44-2X2=7.39m1
求其形心和抗弯惯性矩
12.0000
5.4000
5.4000
1.2000
—1.2000
8.0000
12.0000
5.4000
1.2000
8.0000
O.3DOD」
2.2000
0.4000
5.4000
1.2000
0.300
0.4000
L.3OO0
图2-3支座跨中横截面(m)支座截面特性参数
Ai
Zi
Yi
Ai*Zi
1200*30二36000
205
15
7380000
120*150=18000
115
105
2070000
800*40=32000
20
200
640000
EAi=86000
LAiYi=8830000
EAiZi=10090000
Zi——分块而积的形心至下缘的距离Yi——分块而积的形心至上缘的距离
形心距下边缘的距离:
ZF=LAiZi/LAi=U7.3cm
形心距上边缘的距离:
Z=220-117.3=102.7cm
抗弯惯性矩I:
支座抗弯惯性矩
Ii
Ai
Zi-Z0
A(z,-z0)2
I
2700000
36000
87.7
276886440
279586440
33750000
18000
-2.3
95220
33845220
4266667
32000
-97.3
302953280
307219947
620651607
・6・
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抗弯惯性矩1=6.2065m4
跨中截面特性参数
Ai
Zi
Yi
Ai*Zi
1200*30=36000
115
15
4140000
120*60=7200
70
60
504000
800*40=32000
20
110
640000
EAi二75200
LAiYi=4492000
EAiZi=5284000
形心距下边缘的距离:
ZF=Z(1=LAiZi/LAi=70.27cm
形心距上边缘的距离:
Z=130-70.27=59.73cm
抗弯惯性矩I:
跨中抗弯惯性矩
Ii
Ai
Zi-ZO
A(乙厶)2
I
2700000
36000
44.73
72027824
74727824
2160000
7200
-0.27
525
2160525
4266666
32000
-50.27
80866333
85132999
162021348
跨中截面抗弯惯性矩1=1.6202/m4
2.1.2检验截面效率指标p(希望P在0.50以上)
跨中截面
ys=EAi*yi/EAi=0.5973yx二1-0.593=0.407
截面重心至上核心的距离:
ks=EI/LAi*yx=1.6202/(7.520*0.407)=0.5294
截面重心至下核心的距离:
kx=LI/EAi*ys=1.6202/(7.520*0.597)=0.3609
截面效率指标:
P=(ks+kx)/h=(0.529+0.361)/l.3=0.685>0.50,合适
2.2桥面板的计算和梁有效宽度的计算
2.2.1桥面板的计算
桥面板的讣算采用标准车加局部荷载,对板进行局部验算和配筋。
该桥是双向行驶的,桥总宽为24米,按4个车道设计。
其内力的计算在后边的恒载内力讣算中有说明。
故此处略过。
2.2.2梁有效宽度的计算:
2.2.2.1桥的剪力理论
箱型梁和T型梁山于剪力滞效应,在梁承受弯矩时,顶底板所受的拉压应力,
-7-
广西工学院鹿山学院木科生毕业设讣
随着离腹板的距离越远,受力越小,所以不是全梁在受力,如果按照全梁截面进
行受力分析,必然导致不安全。
LI前,桥梁剪力滞计算的方法很多,有线条法,比拟杆法,差分法等,但口前应用较为方便应用也较广泛的是等效宽度法,规范上给出了计算方法。
本设计采用次种方法。
宽度法考虑梁剪力滞效应:
1、简支梁和连续梁各跨中部梁段,悬臂梁中间跨的中部梁段
bnu=Pfbi
2、简支梁支点,连续梁边支点及中间支点,悬臂梁悬臂段
2.2.2.2桥的剪力滞计算
如图所示,将梁根据腹板的数LI分成如图的各种小梁,分别进行计算。
图2-4梁截面分隔
(1)边跨计算:
边跨边梁
=0.8/,-J-=i=—=0.05<0.1=0.083,查图得口二0.802,bm}=ps^,=1.6;
11b8
乞二一——=0.142,查图得ps=0.600,bm2-psb}=2.0:
l{0.8x30
将整个箱梁等效成工字型截面,如下:
3.6000
8.4000
12000
aaoao
5.200CI
图2-5支座有效截面
0.3000
300
0.4000
T
面积:
A=6.400m
•8・
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8.4000
3.6000
1.2000
5.2000
3.6000
1.2000
0.3000
1.3000
0.4000
图2-6跨中有效截面
面积:
A=5.320m2
Zi——分块面积的形心至下缘的距离距离
求其形心和抗弯惯性矩:
Ai
Zi
Yi
Ai*Zi
8.4*0.3=2.52
2.05
0.15
5.166
1.2*1.5=1.80
1.15
1.05
2.070
5.2*0.4=2.08
0.2
2.0
0.416
EAi二6.40
EAiZi=7.652
支座有效截面特性参数
Yi—一分块面积的形心至上缘的
形心距下边缘的距离:
Zr=Z0=LAiZi/lAi=l.20
形心距上边缘的距离:
Z,=2.2-1.20=1.0m
抗弯惯性矩I:
支座抗弯惯性矩(m)
Ii
Ai
Zi-ZO
A(z,—zj
I
0.0189
2.52
0.85
1.8207
1.840
0.3375
1.80
-0.05
0.0045
0.342
0.0277
2.08
-1.00
2.0800
2.10
4.282
支座截面抗弯惯性矩1=4.282/m4
跨中截面特性参数
Ai
Zi
Yi
Ai*Zi
8.4*0.3=2.52
1.15
0.15
2.898
1.2*0.6=0.72
0.7
0.6
0.504
5.2*0.4=2.08
0.2
1.1
0.416
EAi=5.32
EAiZi=3.818
广西工学院鹿山学院木科生毕业设讣
形心距下边缘的距离:
ZF=Zo=LAiZi/lAi=O.71m
形心距上边缘的距离:
Z,=1.3-0.7=0.6m
抗弯惯性矩I:
跨中抗弯惯性矩(ID)
Ii
Ai
Zi-Z0
A0%)2
I
0.0189
2.52
0.45
0.510
0.5289
0.0216
0.72
-0.1
0.007
0.0286
0.0277
2.08
-0.51
0.541
0.5687
1.1262
跨中截面抗弯惯性矩1=1.126,7/
对于原来的箱梁截面的形心轴Z:
二59.73m来说,抗弯惯性矩I二1.620
2.3主梁内力计算
(1)恒载内力以纵向取lm的板条计算
一期恒载内力即梁的恒载内力计算:
主梁支座截面的恒载集度:
?
=Ay=8.47x25=211.75kN/m
主梁跨中截面的恒载集度:
=Ay=7.39x25=184.75kN/m
二期恒载桥
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