长安大学某高度公路桥梁毕业设计设计报告.docx
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长安大学某高度公路桥梁毕业设计设计报告
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摘要
本毕业设计的题目是“某高速公路K17+530大桥设计”,专题设计的题目是“40m桥面连续简支T梁设计”。
根据任务书和现行公路桥梁设计规范及有关参考文献,通过综合运用所学过的基础理论和专业知识,独立进行桥梁设计。
首先根据桥位的地质、地形条件,提出了主跨40米桥面连续简支T梁桥、主跨净125米的箱型拱桥和主桥65+110+65m预应力砼连续刚构桥三种比较方案。
按“安全可靠、适用耐久、经济合理、美观环保”的桥梁设计原则,从外观、施工难易程度和造价等多方面综合考虑考虑,经比选后,把简支T梁桥做为推设计方案。
在“40m桥面连续的简支T梁设计”的专题设计中,进行了主梁细部结构尺寸的拟定、恒载和活载的内力组合、预应力钢束的估算及钢绞线的各种预应力损失,并进行预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度和变形验算、锚固区局部强度验算和挠度的计算等。
关键词:
方案;T梁桥;拱桥;钢构桥;结构分析;验算。
第一章概述
该桥是某高速公路上K17+530处跨越一“V”形沟架设的一座桥梁,桥位区位于丘陵和丘陵间低洼地带,拟建桥梁中部跨越丘陵间低凹地,其间为梯级耕作地、河流、村庄和公路等,地形总体呈“V”字型,小桩号岸坡地形较陡,对岸坡地形稍平缓。
沿线路轴线地面高程为535m~577m,相对高差约为42m。
地形起伏变化较大,属侵蚀丘陵和丘陵间洼地地貌类型。
本桥平面位于直线段上,桥上纵坡为-1.3%。
1.1设计标准
(1)公路等级:
高速公路;
(2)设计荷载:
公路—Ⅰ级;
(3)环境类别:
Ⅱ类环境;
(4)桥面宽度及组成:
2×〔0.5m(外侧护栏)+净11m(行车道)+0.5m(内侧护栏)+0.25m〕=24.5m;
(5)地震动加速度峰值:
水平向地震动加速度峰值为0.15g,地震烈度7度;
(6)设计洪水频率:
1/100。
1.2材料规格
(1)混凝土:
主梁、桥面铺装采用C50混凝土,盖梁、台帽、墩柱、护栏等采用C30混凝土,桩基采用C25混凝土。
(2)钢绞线:
采用Φs15.2高强低松弛钢绞线,其性能应符合《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T)标准。
(3)钢筋:
采用符合新规范的HPB235,HRB335钢筋。
凡钢筋直径≥12mm者,采用HRB335热轧螺纹钢;凡钢筋直径<12mm者,采用HPB235钢筋。
1.3水文条件
水位随季节变化较大,在雨季或暴雨时,山水汇集、河水暴涨,水流冲刷极强。
桥址区地下水主要类型为孔隙潜水、基岩裂隙水。
根据水质分析成果,地表水、地下水对钢筋混凝土无腐蚀性。
桥址水文参数如下:
设计流量:
,设计水位:
,测时水位:
1.4气侯条件
该地区月平均最高气温Tmax=30℃,月平均最底气温Tmin=-15℃,风速为40.5m/s;全年平均湿度为50%。
1.5地质条件
根据钻探、工程地质调绘,查明桥址区地层为第四系冲、洪积层及残、坡积层、震旦系板岩。
各工程地质层的容许承载力[σ0]、桩周土极限摩阻力[ι]等设计参数按下表采用。
层号
地层名称
容许承载力[]KPa
极限摩阻力[]Kpa
①
填筑土、种植土
120
15
②
亚粘土
160
40
③
粗砂
200
80
④
圆砾土
240
100
⑤
卵石土
350
140
⑥
亚粘土
180
45
⑦
碎石土
200
65
⑧1
全风化含砂质板岩
350
100
⑧2
强风化含砂质板岩
700
150
1.7参考文献
(1)《公路工程技术标准》(JTGB);
(2)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD),简称《通规》;
(3)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD),简称《公预规》;
(5)《公路桥涵设计手册》梁桥上册(人民交通出版社)1996;
(6)《混凝土简支板(梁)桥》(第三版)易建国(人民交通出版社)2006;
(6)《桥梁设计与计算》邵旭东李立峰(人民交通出版社)2006。
第二章桥型方案比选
2.1概述
为了设计出安全、适用、经济和美观的桥梁,要求设计者必需根据自然条件和技术条件,因地制宜,在综合应用专业知识及了解国内外新技术、新材料、新工艺的基础上,进行深入细致的研究和分析比较,才能科学得比较出最优设计方案。
在方案比较中主要有以下三项任务:
一是拟定桥梁图式,二是编制方案,三是技术经济比较和最优方案的选定。
编制设计方案,通常是从桥梁分孔和拟定桥粱图式开始。
对一般的大跨度桥梁,依据以往的设计经验,主跨与边跨的比值有一个范围,再由此选定可能实现的桥型图式,鼓励新式桥式的大胆采用。
一般选几个(通常2~4个)构思好、各具优点、但一时还难以断定孰优孰差的图式,作为进一步详细研究而进行比较的方案。
对每一图式可在跨度、高度、矢度等方面大致按比例画在同样大小的桥址断面图上。
编制方案中,主要指标包括:
主要材料(普通钢筋、预应力钢筋、混凝土)用量、劳动力数量、全桥总造价(分上、下部结构列出)、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。
其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标,以便相互比较,科学的从中选定最佳方案。
在编制方案中要拟定结构主要尺寸,并计算主要工程量。
有了工程量,采取相应的材料和劳动力定额以扩大单价,就可以确定全桥造价。
并且在每个方案中绘制出河床断面及地质分层的立面图和横断面图。
设计方案的评价和比较要全面考虑上述各项指标,综合分析每一方案的有缺点,最后选定一个最佳的推荐方案。
按桥梁的设计原则、造价低、材料省、劳动力少和桥型美观的应是优秀方案。
但当技术因素或是使用性质候特殊要求时就另当别论,注重考虑设计的侧重点。
技术高,造价必然会高,个个因素是相互制约的。
所以在比较时必须从任务书提出的要求以及地形资料和施工条件,找出所面临的问题的关键所在,分清主次。
在方案比较中,除了绘制方案比较图外,还应编写方案比较说明书。
其中应阐明编制方案的主要原则,拟定方案的理由,方案比较的综合评述,对于推荐方案的详细说明等。
有关拟定结构主要尺寸所作的各种计算资料,以及为估算三材指标和造价等所依据的文件名称,均以附件的形式载入。
在对本桥的设计中,选定三种桥式名分别是:
★预应力混凝土桥面连续简支T梁桥
★主跨125米钢筋混凝土箱型拱桥
★预应力混凝土双肢薄壁刚构桥
方案一:
预应力混凝土桥面连续简支T梁桥
方案简介:
本方案设计为2×(3×40)m预应力混凝土桥面连续简支T梁桥,单幅桥宽为12m,主梁采用T形截面梁,桥墩为薄壁空心墩、柱式敦,桩基础;桥台采用柱式台。
考虑到此工程项目桥位处河流无通航要求,且简支梁构造、设计计算简单,受力明确,对地基没有特殊要求。
采用桥面连续,具有施工简易、行车条件好且经济合理的特点,且桥面连续相对于传统意义上的连续梁桥而言,降低了施工难度,同时一定程度上达到了结构连续的目的。
而相对于简支梁来说,减少了梁部的伸缩缝,并控制桥面横向裂缝额的产生。
方案一立面图图2-1
方案二:
主跨125米钢筋混凝土箱型拱桥
本方案为净跨125米钢筋砼箱形悬链线拱,净矢高26米,净矢跨比1/5,拱轴系数2.814;拱上桥面板和引桥均为跨径20米先张法预应力砼空心板;桥墩采用柱式墩,桩基础;桥台采用重力式台和勒式台。
采用无支架缆索吊装施工方法,拱箱分段预制。
采用装配—整体式结方案二立面图图2-2
构型式,分阶段施工,最后组拼成一个整体。
方案三:
主跨125米钢筋混凝土箱型拱桥
主桥为65+110+65m预应力砼连续刚构桥,桥墩为双肢薄壁桥墩,桩基础;桥台采用重力式台和勒式台。
沿用桥位旧址处双肢薄壁铁路桥,桥型新颖简洁轻巧,外形美观,桥净空大,桥下视野开阔。
柔性双薄墩减小了主梁支墩净距,能有效消减墩顶弯矩峰值。
梁高小,跨度大,带有横梁的双肢薄壁墩具有一定的联合刚度,要承受较大弯矩,而各壁板内弯矩并不大。
因墩与上部结构固结,在大跨度连续结构中减少了安装大型支座和养护上的麻烦,减少了桥墩及基础工程的材料用量,适用于较高桥墩。
施工体系转换方便,伸缩缝少,行车舒服。
方案三立面图图2-3
2.2方案评选
比较项目
第一方案
第二方案
第三方案
主桥跨桥型
预应力混凝土简支梁
钢筋混凝土箱型拱桥
预应力双肢薄壁钢构桥
主桥跨结构特点
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。
结构造型灵活,整体性好,刚度较大,梁体高较大。
箱型拱截面挖空率大,与板拱相比,可以节约大量圬工材料,减轻桥梁自重。
由于是闭合截面,抗弯和抗扭刚度大,拱圈的整体性好,应力分布均匀。
施工要求高,吊装设备较多。
连续刚构桥具有较大的跨越能力,且无需设置大吨位支座。
伸缩缝较少,行车平顺,通畅,安全。
对地基要求比连续梁高,此处跨径大,墩高相对较小,温度,混凝土收缩产生较
大位移,对桥墩不利。
建筑造型
线条简洁,外形一般,但与当地的地形配合,显得美观大方
线条非常美,与环境和谐,增加了公路的景观
侧面上看线条明晰,与当地的地形配合,显得美观大方
养护维修量
小
较大
较小
设计技术水平
经验丰富,国内先进水平
经验丰富,国内先进水平
经验丰富,国内先进水平
施工技术
预制T型构件,运至施工地点,采用混凝土现浇,将T型梁连接,其特点外型简单、制造方便,整体性好。
转体施工法:
对周围的影响较大,将结构分开建造,再最后合拢,可加快工期,是近十年来新兴的施工方法,施工难度较大
转体施工法:
挂蓝施工,施工难度较大,对施工队伍要求很高。
工 期
最短
次之
最长
2.3比选结论
由上表可知,根据该项目情况,结合桥梁设计原则,选择第一方案经济上比第三方案好;跨径上满足要求,景观与环境协调,比第二方案好;工期上较短,对整个工程进度来说不会受其影响;施工难度较小,针对当地地质情况,采用桩基,加强基础强度。
所以选择第一方案作为首选。
第三章40米预应力混凝土桥面连续简支T梁
设计计算
1设计资料
1.1设计标准
(1)公路等级:
一级公路;
(2)桥梁跨径:
标准跨径:
40m,计算跨径:
38.80m;
(3)设计荷载:
公路—Ⅰ级;
(4)桥面宽度:
2×(0.5m护栏+净11m行车道+0.5m护栏+0.25m)=24.5m;
(5)主梁片数:
两幅,每幅各5片;
(6)结构重要性系数:
1.1;
(7)工程环境:
Ⅱ类类环境。
1.2材料规格
(1)混凝土:
主梁、横梁、现浇接头、湿接缝、调平层混凝土均为C50。
混凝土主要指标见表1-1。
混凝土主要指标表1-1
强度
弹性模量(MPa)
容重(KN/m3)
强度设计值(MPa)
强度标准值(MPa)
轴心抗压(fcd)
轴心抗拉(ftd)
轴心抗压(fck)
轴心抗拉(ftk)
C50
3.45×104
25
22.4
1.83
32.4
2.65
预应力混凝土:
γ=26kN/m3,沥青混凝土:
γ=24kN/m3。
(2)钢绞线:
采用Φs15.2高强低松弛钢绞线,其性能应符合《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T)标准,钢绞线主要指标见表1-2。
钢绞线主要指标表1-2
公称直径(mm)
截面面积(mm2)
单位重量(Kg/m)
标准强度fpk(MPa)
弹性模量EP(MPa)
松驰率ρ
松驰系数ζ
Φs15.2
139
1.102
1860
1.95×105
0.035
0.3
(3)非预应力钢筋:
采用符合新规范的HPB235,HRB335钢筋。
凡钢筋直径≥12mm者,采用HRB335热轧螺纹钢;凡钢筋直径<12mm者,采用HPB235钢筋。
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