橋梁工程畢業(yè)設(shè)計連續(xù)鋼構(gòu)設(shè)計實例

1、橋梁工程畢業(yè)設(shè)計縮寫本（1） 蓮花河二橋設(shè)計土木工程專業(yè)（城市道路與橋梁）土木045班   林文濤指導老師：趙新生摘要  本設(shè)計根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書要求及蓮花河橋的地形資料，依據(jù)現(xiàn)行公路橋梁設(shè)計規(guī)范在比較了預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋各自的力學特點之 后，選擇預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋作為設(shè)計方案，對蓮花河二橋的主橋和引橋進行了初步設(shè)計。該橋主橋跨徑組合為67m+122m+67m，兩邊引橋采用 30m標準跨徑的預應(yīng)力混凝土簡支T梁橋。本設(shè)計對主橋進行汽車活載作用下的內(nèi)力計算與控制截面的抗彎配筋計算；對引橋即簡支梁橋進行內(nèi)力、配筋計算，強 度驗算、使用階段

2、裂縫寬度驗算和變形驗算；最后對主橋和引橋的基礎(chǔ)進行單樁承載力計算與樁身強度驗算。關(guān)鍵詞  預應(yīng)力，連續(xù)剛構(gòu)，簡支T梁，樁基礎(chǔ)Abstract:       In this design, based on the design task paper ,the topographic data and the present highway bridge design specifications,after has compared the pre-tress concrete continuous bridge and t

3、he pre-tress concrete continuous rigid - frame bridge mechanical properties，choose the pre-tress concrete continuous rigid - frame bridge as design proposal,carried on a preliminary design of the main bridge and the approach bridge of Lianhuahe Bridge. The main bridge of Lianhuahe Bridge adopted the

4、 pre-tress concrete continuous rigid-frame bridge with three spans of 67+122+67m, while the approach bridge adopt pre-tress concrete simple span T-beam bridge with a span of 30m. In regard to the main bridge, the internal force and the disposition of pre-tress steel are studied in brief. In the mean

5、time, as to the approach bridge, the pre-tress concrete simple span T-beam bridge, strength intensity, stress and deflection of the service stage are calculated. Futhermore, the capacity and the strength of the sill are analyzed.Keywords:  Prestress；Continuous PC rigid-frame bridge；Simple span

6、PC T-beam bridge；Pile basement1. 前 言本論文針對蓮花河二橋進行初步設(shè)計，其中主橋采用預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，引橋采用預應(yīng)力混凝土簡支T梁。本設(shè)計的目的就是通過對預應(yīng)力混凝土 簡支T梁和預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的設(shè)計，全面系統(tǒng)將橋梁分析理論、力學計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等課程的知識綜合起來運用。本畢業(yè)設(shè)計的意義在于，培養(yǎng)樹立正確的 設(shè)計思想和方法，增強獨立運用理論知識，以及技術(shù)標準、設(shè)計規(guī)范，參考資料，分析問題和解決問題的能力，能用通順的文字和準確的圖表系統(tǒng)完整地表達設(shè)計成 果。根據(jù)蓮花河二橋橋址位置處地質(zhì)剖面圖、畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書的要求，該橋車道數(shù)為雙向四車道，無人行道；設(shè)計

7、荷載為公路級；III級通航凈空； 最大縱坡為2.5；橋面橫坡為±1.5。設(shè)計參考的規(guī)范如下：JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范； JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范；JTGD63-2007公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范。2. 主橋設(shè)計2.1 橋型方案設(shè)計與比選 設(shè)計構(gòu)思根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書、蓮花河橋橋址位置處地質(zhì)剖面圖，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工等特點，兼顧考慮結(jié)構(gòu)安全、適用、經(jīng)濟、美觀等要求，參照工程實例和經(jīng)驗，對主橋提出了兩個橋式方案連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋，引橋為30m跨徑的預制裝配式預應(yīng)力混凝土簡支T梁橋。    第一

8、方案為預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。連續(xù)梁橋主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)剛度大，變形小，動力性能好，主梁變形撓曲線平緩，有利于高速行車。施加預應(yīng)力后，能夠提高橋梁 的跨越能力，節(jié)省鋼材，不出現(xiàn)裂縫，剛度增大，減少建筑高度，提高結(jié)構(gòu)的耐久性，并且為現(xiàn)代預制裝配式結(jié)構(gòu)提供了最有效的結(jié)合與拼裝手段。但是施工復雜， 施工過程中需要梁墩臨時固結(jié)和體系轉(zhuǎn)換。需要消耗一些價錢昂貴的大噸位永久性支座。設(shè)計方案如圖2-1所示。第二方案為預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋。連續(xù)剛構(gòu)橋由于主梁和墩臺整體剛性連接，在豎向荷載作用下，將在主梁端部產(chǎn)生負彎矩，因而將減少跨中正彎矩，跨 中截面尺寸也相應(yīng)減小。剛構(gòu)橋在豎向荷載作用下，支柱將承受壓力外，還承受

9、彎矩，其在豎向荷載作用下，一般都產(chǎn)生水平推力。該橋型整體性好，行車舒適，養(yǎng) 護工作量少。該橋型主要優(yōu)點是由于墩梁固結(jié)，不設(shè)支座，避免了施工過程中的支座更換、臨時錨固等復雜工藝過程，縮短了施工工期，節(jié)省了永久性大噸位支座。 并且在墩梁固結(jié)情況下，上下部結(jié)構(gòu)形成高次超靜定體系，即使局部結(jié)構(gòu)屈服，仍能夠因應(yīng)力重分布而減少整體破壞的可能性。利用高墩的柔度來適應(yīng)結(jié)構(gòu)有預應(yīng) 力、混凝土收縮、徐變和溫度變化所引起的縱向位移，因此可具有較大的跨越能力。外形尺寸小，橋下凈空大，橋下視野開闊。設(shè)計方案見圖2-2所示。方案比較兩種方案的技術(shù)指標列于表2-1所示：表2-1  方案指標第一方案（預應(yīng)

10、力混凝土連續(xù)梁橋）第二方案（預應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋）橋跨布置4×30m+(67m+122m+67m)+3×30m=456m5×30m+(67m+122m+67m)+3×30m=496m  橋面布置0.75m（護欄）+7.0m（車道）+1.5m（分隔帶）+7.0m（車道）+0.75m（護欄）=17m與第一方案相同主橋截面尺寸采用單箱雙室箱形截面，主跨墩頂處梁高6.5m，跨中和端部梁高為3m。梁高采用二次拋物線過渡。箱梁底寬為11m，頂寬為17m，兩側(cè)懸臂長3m。主梁采用50號混凝土。采用單箱雙室箱形截面，主跨墩頂處梁高7m，跨中和端部梁

11、高2.8m。梁高采用二次拋物線過渡。箱梁底寬為12m，頂寬為17m，兩側(cè)懸臂長2.5m。主梁采用50號混凝土。橋臺橋墩一種橋臺：U型橋臺，臺寬17m，采用30號混凝土。橋墩有三種：1）D=120cm，柱間中距為10m的雙柱式橋墩；2）D=150cm，柱間中距為5 m的三柱式橋墩；3）平面尺寸為300x900的實心橋墩。橋墩采用30號砼。橋臺與方案一相同。橋墩有三種：1）D=120cm，柱間中距為10m的雙柱式橋墩； 2）D=150cm，柱間中距為5m的三柱式橋墩；3）平面尺寸為150×1200 cm，壁中距5m的實心矩形截面雙壁墩。橋墩采用30號砼基礎(chǔ)主橋180cm柱樁，引橋150c

12、m鉆孔灌注樁。25號砼與第一方案相同施工方法懸臂澆注施工。橋墩與0號塊臨時固結(jié)。先在兩主墩上澆筑0號塊，0號塊與橋墩固結(jié)，兩側(cè)同時移動掛籃懸臂澆注施工。 因此，從設(shè)計、施工和養(yǎng)護的可行性，以及工程經(jīng)濟性和施工周期等方面考慮，最終確定了主橋采用連續(xù)剛構(gòu)方案。 2.2 推薦方案內(nèi)力分析與配筋估算運用MIDAS/Civil專業(yè)程序建立空間梁單元計算分析模型，進行內(nèi)力計算分析，根據(jù)程序?qū)?jié)段的劃分要求、計算精度以及對施工時吊重的要求，主橋上部結(jié)構(gòu)分為80個單元，共81個節(jié)點，見圖2-3所示，承載能力組合下的彎矩、剪力包絡(luò)圖如圖2-4、圖2-5。按強度要求對第二方案主橋箱型連續(xù)剛構(gòu)各

13、控制截面進行配筋估算。材料計算參數(shù)如下： 混凝土用C50號混凝土， ；預應(yīng)力筋采用 19 15.24鋼絞線，極限強度 ，設(shè)計強度 。采用 金屬波紋管成孔，預留管道直徑為107mm。估算結(jié)果如表2-2所示：                                &

14、#160;                                       表2-23.1 設(shè)計資料設(shè)計荷載：公路級汽車荷載，車道荷載標準值 ，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù) 主梁標準跨徑 , 梁全長29.96m, 計算跨徑

15、 主梁高度 ，主梁間距 ，上翼緣預制部分寬為1600mm,現(xiàn)澆段寬為600mm，全橋由8片主梁組成，引橋主梁立面、平面尺寸如圖3-1所示：勝利大橋設(shè)計土木工程學院城市道路與橋梁專業(yè)02級（1）班 車穎琪指導教師：孫卓 摘要 本設(shè)計根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書及相關(guān)資料，對勝利大橋的主橋和引橋進行了初步設(shè)計。通過方案比選，確定主橋采用預應(yīng)力混凝土三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)型式，跨徑組合為 60m+100m+60m，兩邊引橋采用30m標準跨徑的預應(yīng)力混凝土簡支T梁橋。本設(shè)計簡略地對主橋即預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋進行內(nèi)力計算與控制截面的抗 彎配筋計算；對引橋即簡支梁橋進行內(nèi)力、配筋計算，強度驗算、使用階段裂縫寬度驗

16、算和變形驗算；最后對主橋的基礎(chǔ)進行單樁承載力計算與樁身強度驗算。經(jīng)內(nèi) 力計算及各項驗算證明該設(shè)計是合理的。關(guān)鍵詞  連續(xù)梁橋；簡支T梁橋；橋梁設(shè)計；結(jié)構(gòu)計算ABSTRACT In this design, based on the design task paper and the related data, a preliminary design of the main bridge and the approach bridge of Shengli Bridge has been completed. After the selection of possible bridg

17、e projects, the main bridge of Shengli Bridge adopted the pre-tress concrete continuous beam bridge with three spans of 60+100+60m, while the approach bridge adopt pre-tress concrete simple span T-beam bridge with a span of 30m. In regard to the main bridge, the prestress concrete continuous beam br

18、idge, the internal force and the disposition of pre-tress steel are studied in brief. In the meantime, as to the approach bridge, the prestress concrete simple span T-beam bridge, strength intensity, stress and deflection of the service stage are calculated.KEY WORDS Continuous PC beam bridge; simpl

19、e span PC T-beam bridge; bridge design; structure calculation1. 前 言本文針對勝利大橋進行初步設(shè)計，其中主橋采用預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，引橋采用預應(yīng)力混凝土簡支T梁。本設(shè)計的目的就是通過對預應(yīng)力混凝土簡支T 梁和預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計，全面系統(tǒng)將橋梁分析理論、力學計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計等課程的知識綜合起來運用。本畢業(yè)設(shè)計的意義在于，培養(yǎng)樹立正確的設(shè)計思想 和方法，增強獨立運用理論知識，以及技術(shù)標準、設(shè)計規(guī)范，參考資料，分析問題和解決問題的能力，能用通順的文字和準確的圖表系統(tǒng)完整地表達設(shè)計成果。根據(jù)勝利大橋橋址位置處地質(zhì)剖面圖、畢業(yè)設(shè)計任

20、務(wù)書的要求，勝利大橋車道數(shù)為單向三車道，無人行道；設(shè)計荷載為公路級；III級通航凈空；最 大縱坡為2.5；橋面橫坡為2。設(shè)計參考的規(guī)范如下：JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范；JTJ022-85公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范；JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范；JTJ024-85公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范。2. 主橋設(shè)計2.1 橋型方案選定根據(jù)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書、勝利大橋橋址位置處地質(zhì)剖面圖，結(jié)合橋梁各種結(jié)構(gòu)的設(shè)計、施工等特點，充分考慮結(jié)構(gòu)安 全、適用、經(jīng)濟、美觀等要求，參照國內(nèi)外諸多工程實例和經(jīng)驗，對主橋提出了兩個橋式方案連續(xù)梁橋、連續(xù)剛構(gòu)橋。對于連續(xù)剛構(gòu)，

21、因為墩的受力與其剛度有 關(guān)，一般要求采用高柔性橋墩，本橋在滿足兩側(cè)路堤標高和最大縱坡要求的前提下，墩高較小，同時部分墩柱位于水中，受彎開裂極易引起結(jié)構(gòu)耐久性和安全性問 題。 2.2 主橋材料選定和尺寸擬定 材料選定鉆孔灌注樁、系梁、橋臺前墻及擋板、防撞欄采用25號混凝土，承臺、橋臺搭板、橋面鋪裝、橋墩結(jié)構(gòu)采用30號混凝土，主橋上部箱梁采用50號混 凝土。 普通鋼筋，采用、級鋼筋，其抗拉設(shè)計強度分別為330MPa和280MPa，技術(shù)條件必須符合國家有關(guān)規(guī)范規(guī)定。預應(yīng)力鋼束采用ASTM270級 7s15.24高強度低松弛鋼絞線，預應(yīng)力錨具采用OVM系列157錨具，預應(yīng)力管道采用直徑100

22、mm（外徑107mm）預埋波紋管成孔。 尺寸擬定1. 上部結(jié)構(gòu)主橋采用三跨變截面預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨徑組合為60+100+60m；主梁截面采用單箱單室箱型截面，中支點處梁高為6m，在跨中處和邊支點處梁高為3m，梁高變化為二次拋物線2。主梁支點及跨中截面具體尺寸見圖2-1。2. 下部結(jié)構(gòu)主墩為矩形空心墩；采用高樁承臺，承臺高為3.0m；主墩基礎(chǔ)為180cm鉆孔灌注樁，持力層為中風化花崗巖。2.3 主橋控制截面內(nèi)力計算內(nèi)力計算運用通用程序MIDAS Civil專用設(shè)計程序進行，根據(jù)程序?qū)?jié)段的劃分要求、計算精度以及對施工時吊重的要求，全橋分為72個單元，共73個節(jié)點，見圖2-2。根據(jù)設(shè)計要求，各

23、控制截面不同內(nèi)力組合結(jié)果見圖2-3和2-4。由此得各控制截面預應(yīng)力鋼束數(shù)量，結(jié)果見表2-1。表2-1 各控制截面預應(yīng)力鋼束估算結(jié)果截面位置ep (m)Npe(kN)鋼絞絲根數(shù)預應(yīng)力束主跨跨中1.84.1×10334218L/41.44.1×103382L/82.04.1×10334218支點2.64.1×10360832邊跨L/81.84.1×1031146L/42.14.1×1031528L/22.04.1×1037643L/41.94.1×103342187L/82.34.1×103494262.5

24、控制截面驗算       預應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件按極限狀態(tài)進行驗算，當預應(yīng)力鋼筋的含筋量配置適當時，受拉區(qū)混凝土開裂退出工作，預應(yīng)力鋼筋和非預應(yīng)力鋼筋分別達到各自的抗拉設(shè)計 強度；受壓區(qū)混凝土應(yīng)力達到抗壓設(shè)計強度，非預應(yīng)力鋼筋達到其抗壓設(shè)計強度，并假定受壓區(qū)的混凝土應(yīng)力按矩形分布。3當分布區(qū)有預應(yīng)力鋼筋時，其應(yīng)力 根據(jù)JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范公式計算：3. 引橋設(shè)計3.1 設(shè)計資料兩邊引橋采用7×30m和5×30m預應(yīng)力混凝土簡支T梁橋，設(shè)計荷載為公路-級，結(jié)構(gòu)重要性指數(shù)o=1

25、.0?；炷翉姸鹊燃墳镃50。預 應(yīng)力鋼筋采用1×7標準型15.21860GB/T 52241995鋼絞線，縱向抗拉普通鋼筋采用HRB400鋼筋，箍筋及構(gòu)造鋼筋采用HRB335鋼筋。3.2 主梁結(jié)構(gòu)尺寸主梁標準跨徑 Lk=30m，梁全長29.96m，計算跨徑Lf=29.16m，高度h=2000mm，主梁間距S=1920mm，主梁立面與平面尺寸如圖3-1所示，跨中及支點橫斷面圖如3-2所示。 3.3 主梁內(nèi)力計算     引橋內(nèi)力計算包括恒載內(nèi)力計算和活載內(nèi)力計算恒載內(nèi)力包括一期恒載和二期恒載，占全部設(shè)計荷載很大的比重2；活載計算的內(nèi)容

26、包括跨中和支點處的荷載橫 向分布系數(shù)，均布荷載和內(nèi)力影響線面積計算，沖擊系數(shù)，各控制截面由活載引起的彎矩和剪力計算。其中，跨中的荷載橫向分布系數(shù)按剛性橫梁法計算，而支點處 的橫向分布系數(shù)采用杠桿法計算。     內(nèi)力組合主要針對承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)，當結(jié)構(gòu)處于使用階段，由于持續(xù)的時間很長，結(jié)構(gòu)要承受可能同時出現(xiàn)的多種作用，對結(jié)構(gòu)需要進行承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設(shè)計。          基本組合（用于承載能力極限狀態(tài)計算） 3.4 引橋預應(yīng)力鋼束的估算與布置 預應(yīng)力鋼筋數(shù)量的確定及布置&#