路桥毕业设计.docx
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路桥毕业设计
第一章桥型方案比选
1.1概述
本次的毕业设计的题目为雉山桥重建方案上部结构初步设计,全桥为(80+140+80)m
预应力混凝土连续刚构桥,桥宽为23m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86个单元,单元长度分别有1m1.2m、2m2.9m、3m3.5m、4m4.5m。
由丁连续刚构梁桥的受力特点,支点附近承受较大的负弯矩,而跨中则承受正弯矩,因此梁高采用变高度梁,梁底按二次抛物线变化。
这样不仅使梁体自重得以减轻,还增加了桥梁的美观效果。
由丁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,
故本设计采用桥梁博士软件进行计算,这样不仅提高了效率,而且准确度也得以提高。
1.1.1设计依据
设计任务书
1.1.2技术标准
⑴设计标准:
设计荷载:
公路-I级,设计车速80km/h;
⑵桥面宽度:
0.5m(安全带)+11m(行车道)+1.0m(防撞护栏)+11m(行车道)
+0.5m(安全带);
⑶通航要求:
无;
⑷设计洪水频率:
1/100;
⑸设计抗震基本烈度:
1/100。
1.1.3地质条件
桥位处地层以水平为主,上层为卵砾石层,且有漂石,火中粗砂层,厚度3米,极限摩阻力60kpa,基本容许承载力400Kpa;其下为石灰石,弱风化,岩石单轴极限抗压
强度尺1500KPao
1.1.4采用材料
混凝土:
C60混凝土
墩混凝土:
C40混凝土
桥面铺装材料:
沥宵混凝土
预应力钢筋:
4j15钢绞线
非预应力钢筋:
直径》12mM勺用皿级螺纹钢筋,直径<12mm的用I级光圆钢筋;
锚具:
OLM®具
1.1.5采用规
JTGB01-2003《公路工程技术规》;
JTGD60-2004《公路桥涵设计通用规》;
JTJD63-2005《公路砖石与碌桥涵设计规》;
JTGD62-2004《公路钢筋碌与预应力碌桥涵设计规》;
JTJD63-2007《公路桥涵地基与基础设计规》
1.2桥型方案
1.2.1构思宗旨
设计方案的评价和比较要全面考虑各项指标,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与地形资料和施工条件,找出所面临的问题的关键所在,分活主次。
1.2.2桥型方案设计
在对本桥的方案设计中,所选的桥型分别是:
■双肢薄壁连续刚构桥
■中承式钢管混凝土拱桥
■独塔双索面斜拉桥
第一方案:
双支薄壁连续刚构桥
连续刚构是墩梁固结的连续结构,它利用高墩的柔度来适应结构由预应力、碌收缩、徐变和温度变化引起的位移,是一种很有竞争潜力的桥型。
⑴结构特点:
1选用双肢薄壁刚构桥,桥型新颖简洁轻巧,外形美观,桥净空大,桥下视野开阔。
2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,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,而各壁板弯矩并不大。
3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,减少了桥墩与基础工程的材料用量,适用丁较高桥墩。
4施工体系转换方便,伸缩缝少,行车舒服。
5顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度大,受力性能好。
6顺桥向抗推刚度小,对温度、碌收缩徐变与地震影响均有利。
7由丁无支座,省掉了施工中体系转换和墩上的临时固结措施。
8此桥型可进一步增大跨径,上部结构不断轻型化且连续长度可增长,此可进一步简化预应力索类型。
第二方案:
双塔单索面斜拉桥
斜拉桥依靠固定丁索塔的斜拉索或主缆支承梁跨,梁似多跨弹性支承梁弯矩与桥梁的跨度基本无关,而与拉索或吊索的间距有关,适用丁大跨度桥梁,是一种跨越能力极强的桥型。
⑴结构特点
1鉴丁主梁增加了中间的斜索支承,弯矩显著减小,与其他体系的大跨度桥梁比较,混凝土斜拉桥的钢材和混凝土用量均较节省;
2借斜索的预压力可以调整主梁的力,使之分布均匀合理,获得经济效果,并
且能将主梁做成等截面,便丁制造和安装;
3斜索的水平分力相当丁对混凝土梁施加的预压力,借以提高梁的抗裂性能,并充分发挥了高强材料的特性;
4结构轻巧,适用性强。
利用梁、索、塔三者的组合变化成不同体系,可适用不同的地形和地质条件;
5建筑高度小,主梁高度一般为跨度的1/40〜1/100,能充分满足桥下净空和美观要求,并能降低引道填土高度;
6竖向刚度与抗扭刚度均较强,抗风稳定性要好的多,用钢量较小以与钢索的锚固装置较简单;
7便丁悬臂法施工和架设,施工安全可靠。
缺点:
斜拉桥是高次超静定的组合体系,与其他体系梁桥相比较,包含有较多的设计变量,全桥总的技术经济合理性,不宜简单的由结构体积小,重量轻或满应力等概念准确表示出来,是选桥型方案和寻求合理设计
带来一定困难。
索力调整是斜拉桥主梁受力均匀,以达到经济安全的重要措施。
第三方案:
中承式钢管混凝土拱桥
⑴结构特点
拱桥与梁桥的区别,不仅在丁外形不同,更重要的是两者受力性能有较大差别,拱式结构在竖向荷载作用下,两端将产生水平推力使拱产生了轴向压力,从而大大减小了拱圈的截面弯矩,使之成为偏心受压构件,界面上的应力分布与受弯梁的应力相比,较为均匀。
一次,可以充分利用主拱截面材料的强度,使跨越能力增大。
拱桥的主要优点有:
①跨越能力较大;②能充分就地取材,与混凝土梁式桥相比,可以节省大量的刚才和水泥;③耐久性能好,维修、养护费用少;④外形美观;⑤构造简单。
拱桥也有缺点:
①自重较大,相应的水平推力也较大,增加了下部结构的工程量,当采用无皎拱时,对地基条件要求高;②由丁拱桥的水平推力较大,在连续多孔的大、中桥梁中,为防止一孔破坏二影响全桥的安全,需要采用较复杂的措施,例如设置单向推力敦,也会增加造价。
方案比选
综合以上三个方案比选中的各种桥型的特点,以下列表对各种方案的不同情况进行对比分析,下面是我对上述三个方案所总结的方案比选表,将三个方案在图表中直观的进行比较。
表一:
方案比选表
万案
一
二
二
桥型名称
预应力混凝土
H'J
独塔斜拉桥
中承式拱桥
跨径布置
(mj)
80m+140m+80
m130m+280m
109.50m+217.5m+
109.50m
通航净空
(nj)
—
—
—
纵向坡度
2%
2%
2%
截面垠式
P分离式单箱单
单箱四室截面
分离式单箱单室二
跨中梁高
(nj)
3.50
3.25
3.00
支点梁高
8.50
3.25
3.00
(nj)
工艺技术要求
主墩无支座,m工体系转换方",施工技术易,,旦工艺复杂,所需n备较少
施工工艺复杂,由于两侧不等跨,给悬臂施工市来一正难度
施工工艺复杂,两座吊塔的安装和拆除比较复杂,需要设备较多
上部结构施
T
悬臂浇注法
悬臂浇注法
双塔悬吊施工
方法
使用效果
抗扭刚度大,w力性能好,双肢"壁墩有一正的联"强度
造型新颖美观,为提高抗风稳定性,要米取复杂的措施
造型新颖美观,但是拱桥对地址要求较高,在该地质条件卜不适宜
通过仔细比较,中承式钢管混凝土拱桥虽然造型美观,但是施工难度较大,对地
质要求高,造价也较高;斜拉桥虽然桥型美观,但适用丁较大跨度,小跨度采用斜拉桥不经济;预应力混凝土刚构桥结构受力性能较好,且施工方便,养护工程量小,造
价相对而言较低。
所以本设计最终确定选择双薄壁敦连续刚构桥方案
第二章结构的尺寸拟定
2.1顺桥向尺寸的拟定
预应力混凝土连续梁以受力体系来分,有等截面、变截面连续梁桥、桁架连续梁
桥,连续-刚构梁桥与V形墩连续梁桥等。
其中等截面与变截面是目前我国预应力混凝土连续梁桥采用最多的截面形式。
等截面连续梁一般适应以下情况:
跨径一般为40〜60m,构造简单,施工快捷的连续梁;桥的立面布置以等跨径为宜,也可以不等
跨布置,边跨与中跨之比不应小丁0.6,高跨比一般为1/15〜1/25;适应丁支架施工、逐跨架设施工、移动模架施工与顶推施工等。
而变截面梁主要适用丁大跨径预应力混凝土连续梁桥,本设计选用变截面预应力混凝土连续梁。
梁底立面曲线可采用圆弧线、二次抛物线与折线等,除外形高度变化外,为满足梁各截面受力要求,还可将截面的底板、顶板和腹板改变厚度。
在本设计中梁底
立面曲线选用抛物线形,底板采用变厚度。
在孔径布置方面,边跨与总跨之比一般为0.5〜0.8,当边跨与中跨之比小丁0.3时,边孔桥台支座要做成拉压式,以承受负反力c其跨径布置为80m+140m+8,0边孔与中孔跨径之比为0.57。
变高度梁的梁高与最大跨径之比,在跨中截面一般为1/30〜1/60,支点截面可选用1/15〜1/20,在本设计,跨中截面处梁高为2.5m,支座处梁高为8m桥梁总体布置图如图2.1示。
桥梁总体布置图图2.1
2.2横桥向尺寸的拟定
本设计选用分离式单箱单室的箱形截面。
⑴梁高、顶板厚与底板厚
在连续梁桥中,箱梁底板厚度随负弯矩的增大而逐渐加厚至根部,根部底板厚度一股为根部梁高的1/10〜1/12,以符合施工和运营阶段的要求,并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以;跨中底板厚度一般为200〜300mm以满足跨中正负弯矩变化与板配置预应力钢筋与普通钢筋的要求。
在本设计中支座处的底板厚为30cm,跨中处底板厚为100cm在支座与跨中间按抛物线形变化。
⑵悬:
臂板长度与腹板厚。
箱梁截面顶板两侧挑出的悬臂板(翼板)长度也是调节顶板弯矩的重要因素,一般
可取悬臂板长度为腹板间距之半。
当配置横向预应力筋时,悬臂板应尽量外伸。
本设计中悬臂板长度取为2.750m=箱梁腹板主要承受截面剪力和主拉应力。
在预应力连续梁桥中,弯束对荷载剪力的抵消使梁剪应力和主拉应力较小;因此,除上述受力因素外,考虑预应力钢筋布置与混凝土浇注后的箱梁腹板最小值一般为:
腹板无预应力束管道布
置时可采用200mm;腹板有预应力管道布置时可采用250〜300mm;腹板有预应力束锚固时采用350mm0在大跨径预应力混凝土连续箱梁中,腹板宽度宜从跨中向支点逐渐加宽,以承受支点处较大剪力,一般采用300〜800mm,也有达到1m左右者。
本设计中顶板厚度取250mm,腹板厚度在跨中处各处宽均为400mm,在支座处两侧宽度为700mm,中间腹板宽度为由400到700渐变。
箱梁截面尺寸如下图2.2所示:
2.3基本材料的选用
(1)使用混凝土
箱梁采用C60号混凝土,墩身采用C40号混凝土。
(2)使用钢材
纵、横向预应力采用ASTMA416-92-27敢钢绞线,标准强度为1860Mpa直径为15.24mm面积139mm弹性模量为1.9x105Mpa,采用OLMS具。
带肋钢筋应符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》GB1499-91的规定、光圆钢筋应符
合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》GB1499-91的规定。
非预应力钢筋:
直径》12mm勺用皿级螺纹钢筋,直径<12mmB勺用I级光圆钢筋。
(3)伸缩缝
伸缩缝采用HXC-80宛型产品。
第三章上部结构力计算
3.1全桥结构单元的划分
上部结构采用挂篮分段浇筑悬臂对称施工,本次设计的单元划分以每一个施工节段
自然划分为一个单元,便丁模拟施工过程,而且便丁验算。
这样全桥从左到右共划分86个单元,87个截面,计算网格图如图3.1。
由丁桥梁结构的对称,仅给出了部分单元的详细划分信息:
HLiIl_lj_;Tnzi
桥梁单元划分示意图图2.3(此图只取半幅)
3.2全桥施工节段划分
3.2.1桥梁划分施工分段原则
1有利丁结构的整体性,尽量利用伸缩缝或沉降缝、在平面上有变化处以与留茬而不影响质量处。
2分段应尽量使各段工程量大致相等,以便丁施工组织节奏流畅,使施工均衡。
3施工段数应与主要施工过程相协调,以主导施工为主形成工艺组合。
工艺组合数应等丁或小丁施工段数。
4分段的大小要与劳动组织相适当,有足够的工作面。
3.2.2施工分段划分
全桥分段为86个单元。
87个节点。
全桥整体采用悬:
臂节段浇筑施工法,两端桥台附近单元处使用整体现浇法。
单元23-26与单元61-64为0号块,接着每个单元为一个施工节段,共划分16个节段,两端1-5号单元与82-86号单元采用整体现浇,6号、81号单元为边跨合拢节段,43、44号单元为中跨合拢节段。
3.3主梁力计算
根据梁跨结构纵断面的布置,并通过对移动荷载作用最不利位置,确定控制截面的力,然后进行力组合,画出力包络图。
3.3.1恒载力计算
(1)第一期包载(结构自重)
包载集度
G1(A80J10A10)
(2第二期包载
包括结构自重、桥面二期荷载
3.3.2悬臂浇筑阶段力
浇筑13号梁单元,拼装挂蓝,悬臂浇注各箱梁梁段并拉相应顶板纵向预应力
束,悬臂浇注结束时全桥的包载力如图4所示
最大悬臂阶段力图图2.4
3.3.3边跨合拢阶段力
安装排架并按施工要求进行预压,现浇边跨等高粱段,达到强度要求后,浇注边跨
合龙段,拉边跨底板纵向预应力束。
此时全桥包载力如图5所示
边跨合拢阶段力图图2。
5
3.3.4中跨合拢阶段力
拼装中跨合龙吊架,焊接合龙段骨架,绑扎合龙段钢筋,浇注中跨合龙段,拉中跨底板纵向预应力束和剩余次中跨底板纵向预应力束。
中跨合龙完成后的全桥包载力如图
中跨合拢阶段力图图2.6
3.3.5桥面铺装阶段力
桥面铺装、等桥面系安装完毕大桥建成后的全桥包载力如图7所示
茗垣图t单如4虻
茹力图[单也5J
全桥横载阶段力图图7
3.3.6地基不均匀沉降引起的力计算方法与结果
由丁各个支座处的竖向支座反力和地质条件的不同引起支座的不均匀沉降,连续体
系是一种对支座不均匀沉降特别敏感的结构,所以由它引起的力是构成力的重要组成部分.
按矩阵位移法求解支座沉降次力。
在桥梁设计中,支座沉降工况的选取是应慎重考虑的问题。
一般应综合考虑桥址处的地质、水文等情况,根据已建桥梁的设计经验来定。
有时需选取几种沉降工况计算,这样就存在一个工况组合的问题。
程序一般对每一个截面挑最不利的工况力值作为沉降次力。
具体计算方法是:
三跨连续梁的四个支点中的每个支点分别下沉1cm其余的支点不
动,所得到的力进行叠加,取最不利的力围。
3.3.7温度力计算
由丁温度均匀变化,取t1=t2=-14C,容重26kN/m3,弹性模量3.45x107kPa,线膨胀系数=1.0E-05。
由丁温度变化在桥面上是非线性的,在桥梁博士中的一输入使用信息H的一非线性温度1TII中,距上缘距离0mm处,温度为14C,距上缘距离100mm处,温度为5.5C,距上缘400mm处温度值为0C。
在一非线性温度2TII中,距上缘距离0mm处,温度值为-7C,距上缘距离100mm处,温度值为2.75C,距上缘距离400mm处,温度值为0C。
3.3.8横向分布系数的考虑
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。
因为截面米用单箱单室时,可直接按平■面杆系结构进行活载力计算,无须计算横向分布系数,所以全桥采用同一个横向分配系数,其为:
偏载系数(一股取1.15)X车道数X横向折减系数X纵向折减系数。
第四章预应力筋的估算与布置
4.1预应力钢筋估算
4.1.1材料性能参数
1混凝土等级为C60,主要强度指标为:
强度标准值fck=32.4MPa,ftk=2.65MPa
强度设计值fcd=22.4MPa,ftd=1.83MPa
弹性模量Ec=3.45x104MPa
2预应力钢筋采用154j15.2的钢绞线,其强度指标为:
抗拉强度标准值fpk=1860MPa
弹性模量Ep=1.95105MPa
3箍筋与构造钢筋采用HRB33酗筋,其强度指标为
抗拉强度标准值fsk=335MPa
抗拉强度设计值fsd=280MPa
弹性模量Es=2.0105MPa
4.1.2预应力钢筋数量的确定
4.1.2.1按承载能力极限计算时满足正截面强度要求:
预应力梁到达受弯的极限状态时,受压区混凝土应力达到混凝土抗压设计强度,受拉区钢筋达到抗拉设计强度。
截面的安全性是通过截面抗弯安全系数来保证的。
(1)对丁仅承受一个方向的弯矩的单筋截面梁,所需预应力筋数量按下式计算,如下图4.1:
图4.1
N0,NfcdbxnApfpd(4-1)
MMP,MPfcdbx(h0x/2)(4-2)
解上两式得:
受压区高度xh0jh:
平:
(4-3)
预应力筋数。
入f"x/2)(4-4)
或n噩hoh:
:
M:
(4-5)
Apfpd.fcdb
式中MP—截面上组合力矩。
fcd一混凝土抗压设计强度;
fpd—预应力筋抗拉设计强度;
Ap一单根预应力筋束截面积;
b一截面宽度
(2)若截面承受双向弯矩时,需配双筋的,可据截面上正、负弯矩按上述方法分别计算上、下缘所需预应力筋数量。
这忽略实际上存在的双筋影响时(受拉区和受压区都有预应力筋)会使计算结果偏大,作为力筋数量的估算是允许的。
下图为计算得各单元配筋面积如图4.2所示
图4.2(m2
表4.1
承㈱它力极限状态组合估算配筋面积(m2)
单
元
节点号
上缘
下缘
单
元
节点号
上缘
下缘
配筋面积
配筋面积
配筋面积
配筋面积
号
号
1
1)
0
0
44
44二
1.03E-02
1.58E-02「
2
9.56E-04
0
45
1.06E-02
1.56E-02
2
2
9.56E-04
0
45
45
1.06E-02
1.56E-02
3I
6.16E-04
1.73E-03
46:
1.25E-02
1.32E-02「
3
3
6.16E-04
1.73E-03
46
46
1.25E-02
1.32E-02
4
7.48E-04
4.87E-03
47
9.42E-03
3.09E-03
4
4:
7.48E-04
4.87E-03
47
47]
9.42E-03
3.09E-03「
5
1.61E-03
8.31E-03
48
9.29E-03
2.08E-03
5
5
1.61E-03
8.31E-03
48
48
9.29E-03
2.08E-03
61
3.27E-03
1.06E-02
491
1.21E-02
2.23E-03「
6
6
3.27E-03
1.06E-02
49
49
1.21E-02
2.23E-03
7
5.01E-03
1.16E-02
50
1.82E-02
2.35E-03
7
7
5.01E-03
1.16E-02
50
50
1.82E-02
2.35E-03
8「
1.03E-02
1.17E-02
51n
2.39E-02
2.44E-03二
8
8
1.03E-02
1.17E-02
51
51
2.39E-02
2.44E-03
9
1.08E-02
1.45E-02
52
2.98E-02
0
9
9「
1.08E-02
1.45E-02
52
52H
2.98E-02
0~
10
1.30E-02
1.45E-02
53
3.62E-02
0
10
10
1.30E-02
1.45E-02
53
53
3.62E-02
0
11「
1.70E-02
1.20E-02
54
4.28E-02
0
11
11
1.70E-02
1.20E-02
54
54
4.28E-02
0
12
2.21E-02
7.82E-03
55
4.95E-02
0
12
12
2.21E-02
7.82E-03
55
55
4.95E-02
0
13
2.79E-02
2.54E-03
56
5.62E-02
0
13
13
2.79E-02
2.54E-03
56
56
5.62E-02
0
141
3.37E-02
0
57[
6.20E-02
0:
14
14
3.37E-02
0
57
57一
6.20E-02
0
15
4.02E-02
0
58
6.77E-02
0
15
15
4.02E-02
0
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6.77E-02
0
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4.70E-02
0
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7.33E-02
0
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16
4.70E-02
0
59
59
7.33E-02
0
17
5.38E-02
0
60
7.88E-02
0
17
17「
5.38E-02
0
60
60n
7.88E-02
0
18
6.06E-02
0
61
8.19E-02
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