簡支箱型橋梁設(shè)計(jì)

1、.題目：五跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁設(shè)計(jì)（5*30m）指導(dǎo)教師： 吉俊 職稱： 講師 學(xué)生姓名： 倪傳志 專業(yè)： 土木工程 院（系）： 建筑工程學(xué)院 完成時間： 年 月 日.目錄目錄.1摘要.3緒論.41設(shè)計(jì)基本資料.71.1工程概況.71.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn).71.3橋梁設(shè)計(jì).72設(shè)計(jì)要點(diǎn)及結(jié)構(gòu)尺寸定.92.1設(shè)計(jì)要點(diǎn).92.2結(jié)構(gòu)尺寸的擬定.103主梁作用效應(yīng)的計(jì)算.133.1自重作用效應(yīng)的計(jì)算.133.2汽車荷載的效應(yīng)和人群荷載效應(yīng).193.3溫度應(yīng)力及支座沉降內(nèi)力計(jì)算.283.4內(nèi)力組合.304預(yù)應(yīng)力鋼束的估算及布置.394.1采用部分預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)，以邊梁計(jì)算為例.394.2鋼束的布置.404.3主

2、梁凈、換算截面幾何特性計(jì)算.445預(yù)應(yīng)力損失及有效預(yù)應(yīng)力計(jì)算.465.1基本理論.465.2預(yù)應(yīng)力損失計(jì)算.466配束后主梁內(nèi)力計(jì)算及內(nèi)力組合.587截面強(qiáng)度驗(yàn)算.667.1基本理論.667.2計(jì)算公式.668抗裂驗(yàn)算.708.1公預(yù)規(guī)要求.708.2抗裂計(jì)算.709持久狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算.819.1正截面混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算.819.2預(yù)應(yīng)力筋拉應(yīng)力驗(yàn)算.849.3混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算.8510短暫狀況構(gòu)件的應(yīng)力驗(yàn)算.9310.1預(yù)加應(yīng)力階段的應(yīng)力驗(yàn)算.9310.2吊裝應(yīng)力驗(yàn)算.94致謝.96參考文獻(xiàn).97附錄英語翻譯.98摘要 連續(xù)梁橋是工程上廣泛使用的一種橋型，它不但具有可靠的強(qiáng)度、剛度及抗裂性

3、，而且具有行車舒適平穩(wěn)，養(yǎng)護(hù)工作量小，設(shè)計(jì)及施工經(jīng)驗(yàn)成熟的特點(diǎn)。設(shè)計(jì)一座橋梁必須從橋跨布設(shè)，尺寸擬定，鋼束布置以及施工方法等方面綜合考慮，還要充分考慮設(shè)計(jì)參數(shù)和環(huán)境影響。本設(shè)計(jì)是五跨連續(xù)梁橋，截面形式為四片單箱單室預(yù)制箱型梁，縱向橫截面；施工方式是先簡支后連續(xù)施工的連續(xù)梁橋。該設(shè)計(jì)首先進(jìn)行恒載、活載及次內(nèi)力的計(jì)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行荷載組合，繪制彎矩和剪力包絡(luò)圖；其次，根據(jù)短期效應(yīng)組合配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力損失的計(jì)算；最后，對連續(xù)梁橋進(jìn)行驗(yàn)算，是否滿足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：設(shè)計(jì)；連續(xù)梁橋；先簡支后連續(xù)；預(yù)應(yīng)力Abstract The continuous beam bridge is a kin

4、d of bridge type used widely on the project.It not only has a reliable strength,stiffness and cracking,but also has a smooth journeycomfortable,conservation work on the design and construction experience of the characteristics of maturity.Design a bridge must be laid across from the bridge-laying,th

5、e size of the development,steel beam layout and construction methods,but also give full consideration to the design parameters and environmental impact.This is a design for a five-span continuous bridge,whose cross-section is one-compartment and no changing on the road direction,constructed by after

6、 a first simply-supported.The first design includes constant load,the live load and the calculation of the internal forces.On the basis of a load combination,we can draw moment and shear envelope map.Next,according to the short-term effect combination disposition prestressed reinforcement,and carrie

7、s on the loss of prestress the computation.Finally,carries on the checking calculation to this continuous bridge,whether to satisfy the design requirements. Key Words: design; continuous bridge; after a first simply-supported; prestress 緒論0.1預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋概述預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋以結(jié)構(gòu)受力性能好、變形小、伸縮縫少、行車平順舒適、造型簡潔美觀、養(yǎng)護(hù)工程

8、量小、抗震能力強(qiáng)等而成為最富有競爭力的主要橋型之一。本章簡介其發(fā)展：由于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)存在不少缺點(diǎn)：如過早地出現(xiàn)裂縫，使其不能有效地采用高強(qiáng)度材料，結(jié)構(gòu)自重必然大，從而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。為了解決這些問題，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生，所謂預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，就是在結(jié)構(gòu)承擔(dān)荷載之前，預(yù)先對混凝土施加壓力。這樣就可以抵消外荷載作用下混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力。自從預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)產(chǎn)生之后，很多普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)被預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)所代替。預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是在二戰(zhàn)前后發(fā)展起來的，當(dāng)時西歐很多國家在戰(zhàn)后缺鋼的情況下，為節(jié)省鋼材，各國開始競相采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)代替部分的鋼結(jié)構(gòu)以盡快修復(fù)戰(zhàn)爭帶來的創(chuàng)傷。50年代，

9、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁跨徑開始突破了100米，到80年代則達(dá)到440米。雖然跨徑太大時并不總是用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)比其它結(jié)構(gòu)好，但是，在實(shí)際工程中，跨徑小于400米時，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁常常為優(yōu)勝方案。我國的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)起步晚，但近年來得到了飛速發(fā)展?，F(xiàn)在，我國已經(jīng)有了簡支梁、帶鉸或帶掛梁的T構(gòu)、連續(xù)梁、桁架拱、桁架梁和斜拉橋等預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系。雖然預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的發(fā)展還不到80年。但是，在橋梁結(jié)構(gòu)中，隨著預(yù)應(yīng)力理論的不斷成熟和實(shí)踐的不斷發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)用必將越來越廣泛。連續(xù)梁和懸臂梁作比較：在恒載作用下，連續(xù)梁在支點(diǎn)處有負(fù)彎矩，由于負(fù)彎矩的卸載作用，跨中正彎矩顯著減小，其彎矩與同跨懸

10、臂梁相差不大；但是，在活載作用下，因主梁連續(xù)產(chǎn)生支點(diǎn)負(fù)彎矩對跨中正彎矩仍有卸載作用，其彎矩分布優(yōu)于懸臂梁。雖然連續(xù)梁有很多優(yōu)點(diǎn)，但是剛開始它并不是預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系中的佼佼者，因?yàn)橄抻诋?dāng)時施工主要采用滿堂支架法，采用連續(xù)梁費(fèi)工費(fèi)時。到后來，由于懸臂施工方法的應(yīng)用，連續(xù)梁在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中有了飛速的發(fā)展。60年代初期在中等跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁中，應(yīng)用了逐跨架設(shè)法與頂推法；在較大跨連續(xù)梁中，則應(yīng)用更完善的懸臂施工方法，這就使連續(xù)梁方案重新獲得了競爭力，并逐步在40200米范圍內(nèi)占主要地位。無論是城市橋梁、高架道路、山谷高架棧橋，還是跨河大橋，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁都發(fā)揮了其優(yōu)勢，成為優(yōu)勝方案。目前，連續(xù)

11、梁結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)成為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要橋型之一。然而，當(dāng)跨度很大時，連續(xù)梁所需的巨型支座無論是在設(shè)計(jì)制造方面，還是在養(yǎng)護(hù)方面都成為一個難題；而T型剛構(gòu)在這方面具有無支座的優(yōu)點(diǎn)。因此有人將兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，形成一種連續(xù)剛構(gòu)體系。這種綜合了上述兩種體系各自優(yōu)點(diǎn)的體系是連續(xù)梁體系的一個重要發(fā)展，也是未來連續(xù)梁發(fā)展的主要方向。另外，由于連續(xù)梁體系的發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁在中等跨徑范圍內(nèi)形成了很多不同類型，無論在橋跨布置、梁、墩截面形式，或是在體系上都不斷改進(jìn)。在城市預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁中，為充分利用空間，改善交通的分道行駛，甚至已建成不少雙層橋面形式。在我國，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁雖然也在不斷地發(fā)展，然

12、而，想要在本世紀(jì)末趕超國際先進(jìn)水平，就必須解決好下面幾個課題：1)發(fā)展大噸位的錨固張拉體系，避免配束過多而增大箱梁構(gòu)造尺寸，否則混凝土保護(hù)層難以保證，密集的預(yù)應(yīng)力管道與普通鋼筋層層迭置又使混凝土質(zhì)量難以提高。2)在一切適宜的橋址，設(shè)計(jì)與修建墩梁固結(jié)的連續(xù)剛構(gòu)體系，盡可能不采用養(yǎng)護(hù)調(diào)換不易的大噸位支座。3)充分利用時間的時間價值，采用先簡支后連續(xù)的施工方法，可以大大的加快工程的施工進(jìn)度。另外，在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋時，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指針也是一個很關(guān)鍵的因素，它是設(shè)計(jì)方案合理性與經(jīng)濟(jì)性的標(biāo)志。目前，各國都以每平方米橋面的三材（混凝土、預(yù)應(yīng)力鋼筋、普通鋼筋）用量與每平方米橋面造價來表示預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的技術(shù)

13、經(jīng)濟(jì)指針。但是，橋梁的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指針的研究與分析是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工作，三材指標(biāo)和造價指標(biāo)與很多因素有關(guān)，例如：橋址、水文地質(zhì)、能源供給、材料供應(yīng)、運(yùn)輸、通航、規(guī)劃、建筑等地點(diǎn)條件；施工現(xiàn)代化、制品工業(yè)化、勞動力和材料價格、機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)等全國基建條件。同時，一座橋的設(shè)計(jì)方案完成后，造價指針不能僅僅反應(yīng)了投資額的大小，而是還應(yīng)該包括整個使用期限內(nèi)的養(yǎng)護(hù)、維修等運(yùn)營費(fèi)用在內(nèi)。通過連續(xù)梁、T型剛構(gòu)、連續(xù)剛構(gòu)等箱形截面上部結(jié)構(gòu)的比較可見：連續(xù)剛構(gòu)體系的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指針較高。因此，從這個角度來看，連續(xù)剛構(gòu)也是未來連續(xù)體系的發(fā)展方向?？偠灾?，一座橋的設(shè)計(jì)包含許多考慮因素，在具體設(shè)計(jì)中，要求設(shè)計(jì)人員綜合各種因素，

14、作分析、判斷，得出可行的最佳方案。0.2畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的與意義畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的在于培養(yǎng)畢業(yè)生綜合能力，靈活運(yùn)用大學(xué)所學(xué)的各門基礎(chǔ)課和專業(yè)課知識，并結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，獨(dú)立的完成一個專業(yè)課題的設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)過程中提高學(xué)生獨(dú)立的分析問題，解決問題的能力以及實(shí)踐動手能力，達(dá)到具備初步專業(yè)工程人員的水平，為將來走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)為(530)m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁，橋面凈寬10.5m，分為兩幅，設(shè)計(jì)時只考慮單幅的設(shè)計(jì)。梁體采用由四片梁組成的單箱單室箱型截面，由于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)槌o定結(jié)構(gòu)，手算工作量比較大，且準(zhǔn)確性難以保證，所以結(jié)合有限元分析軟件MIDAS進(jìn)行，這樣不僅提高了效率，而且準(zhǔn)確度

15、也得以提高。本次設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁采用先簡支后連續(xù)法施工。1設(shè)計(jì)基本資料1.1工程概況本設(shè)計(jì)為河南省洛陽市國道3利新區(qū)新建公路工程K2+825處實(shí)際大橋，本工程全線采用路基寬26米雙向四車道一級公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)時速為80公里/小時。為了便于施工，上部結(jié)構(gòu)為采用通用跨徑30m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。1.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載：公路級；設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100；橋面凈寬：210.5米；人群荷載3.0kN/m2。1.3橋梁設(shè)計(jì)1.3.1橋梁方案的確定1)橋孔設(shè)計(jì)：大橋設(shè)計(jì)以適用、安全、經(jīng)濟(jì)、協(xié)調(diào)和美觀為原則，在選擇孔徑時還根據(jù)本地區(qū)在自然條件、材料供應(yīng)和地質(zhì)情況以及施工要求的使用效果、與自然景觀

16、是否協(xié)調(diào)等綜合考慮，做到技術(shù)可行經(jīng)濟(jì)合理，并盡量做到標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和施工機(jī)械化。本項(xiàng)目山區(qū)段橋梁密度很大橋孔布置時，通盤考慮橋孔附近的其他建筑物，防止個建筑物之間的距離太近，避免造成路基壓實(shí)時作業(yè)面過小、近距離多處橋頭跳車現(xiàn)象。2)橋梁結(jié)構(gòu)形式：本段內(nèi)橋梁上部結(jié)構(gòu)形式裝配式部分預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，先簡支后連續(xù)；下部結(jié)構(gòu)根據(jù)不同情況采用柱式墩，橋臺采用樁柱式或肋板式臺，鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。根據(jù)墩高橋梁的樁徑尺寸類型盡量一致，以方便施工。1.3.2主要材料1)混凝土：預(yù)制箱梁、現(xiàn)澆接頭、濕接縫、調(diào)平層均采用C50號混凝土橋墩橋臺中除承臺、肋身、樁基礎(chǔ)采用C25混凝土外，其余均采用C30混凝土。2)鋼

17、材：低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用符合GB/T5224-2003規(guī)定，單根鋼絞線直徑15.2mm，公稱面積1402mm，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度pkf=1860MPa，彈性模量MPa1095.15=PE；一般鋼筋直徑d12mm者為HRB335熱軋螺紋鋼，直徑d12mm者采用R235鋼筋，R235,HRB335鋼筋其規(guī)格和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分別符合GB1310-91和GB1499-89之規(guī)定；鋼板采用符合GB700-98規(guī)定的Q235鋼板。3)錨具及管道成孔：預(yù)制箱梁及頂板負(fù)彎矩鋼束錨具采用OVM型或其他型號錨具及其配套張拉設(shè)備、管道成型采用鋼波紋管。4)支座：箱梁采用符合交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T4-2004公路橋梁板式橡膠

18、支座之規(guī)定的GYZ和4GYZF系列產(chǎn)品。5)伸縮縫：采用D80型鋼縫及D160型模數(shù)式伸縮縫裝置。6)防水層：橋面防水層采用路橋用水性瀝青防水涂料。7)橋梁兩側(cè)均采用鋼筋混凝土墻式護(hù)欄。1.3.3設(shè)計(jì)要點(diǎn)1)平面布置：橋墩采用徑向布置（設(shè)計(jì)線長為標(biāo)準(zhǔn)跨徑），橋臺背墻線平行梁端布置，對于同一跨橋盡量采用同一預(yù)制梁長，通過梁染之間的現(xiàn)澆接縫在長度變化解決徑向布置內(nèi)弧外弧不等長的問題，設(shè)計(jì)保證梁梁之間地現(xiàn)澆接頭最小長度20mm左右。2)弦弧差在調(diào)整：同一跨內(nèi)預(yù)制梁為平行布置，梁邊緣與曲線之間存在著差值（弦弧弓形高），調(diào)整外緣的距離形成平面線形。3)墩頂濕接著的處理：由于徑向布設(shè)橋墩及同一孔內(nèi)預(yù)制梁長

19、相同，形成橋墩處相鄰孔預(yù)制梁端梯形開口，造成墩頂濕接著的長度不等，設(shè)計(jì)時逐墩逐梁詳細(xì)提供現(xiàn)澆接頭在長度，并給出由此引起變化的圖紙，如：臨時支座布置圖、墩頂現(xiàn)澆接頭配筋圖等。由于同樣的原因，各片梁下臨時支座距蓋梁邊緣的距離不等，設(shè)計(jì)時已根據(jù)不同情況對個別墩蓋梁的寬度予以調(diào)整。4)橋面橫坡的形成：由于橋梁處于不同的平曲線上，各墩臺蓋梁頂?shù)臋M坡不同，有的還可能相差很大，但同一跨內(nèi)梁的橫坡必須為一定值，設(shè)計(jì)時取該孔梁相鄰墩臺橫坡的平均值。30跨徑箱梁通用圖在設(shè)計(jì)時按底板平坡、頂板橫坡為2%設(shè)計(jì)，為了形成橋面橫坡，通過梁底預(yù)埋鋼板、支座墊石現(xiàn)澆調(diào)平層（控制原則：最薄10cm高）共同調(diào)整來形成橋面橫坡，設(shè)計(jì)時保證支座頂面底面水平。各橋在設(shè)計(jì)時均考慮了路線縱坡橫坡的影響給出了梁底板的具體尺寸及厚度、墊石頂面標(biāo)高及臨時支座位置。5)墩頂水平推力的計(jì)算：墩頂水平推力計(jì)算采用柔性墩理論中的集成剛度法，采用串聯(lián)和并聯(lián)的彈簧來模擬橋墩入支座，考慮上下部結(jié)