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1、.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋計算書課程名稱:大跨度橋梁學(xué)院:土木與建筑學(xué)院任課教師: / 教授學(xué)生姓名學(xué)生學(xué)號:專業(yè)方向:建筑與土木工程(橋梁與隧道工程)日期:2017年 1月 10日.目錄一、基本信息 .31.1工程概況 .31.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) .31.3主要規(guī)范 .41.4結(jié)構(gòu)概述 .41.5主要材料及材料性能.61.6計算原則、內(nèi)容及控制標(biāo)準(zhǔn).6二、模型建立與分析.72.1計算模型 .72.2主要鋼筋布置圖及材料用表.102.3截面特性及有效寬度.122.4荷載工況及荷載組合.12三、內(nèi)力圖133.1內(nèi)力圖 .13四、持久狀況承載能力極限狀態(tài)驗算結(jié)果.504.1截面受壓區(qū)高度.504.2正截面抗
2、彎承載能力驗算.504.3斜截面抗剪承載能力驗算.504.4抗扭承載能力驗算.514.5支反力計算 .51五、持久狀況正常使用極限狀態(tài)驗算結(jié)果.535.1結(jié)構(gòu)正截面抗裂驗算.535.2結(jié)構(gòu)斜截面抗裂驗算.53六、持久狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果.546.1正截面混凝土法向壓應(yīng)力驗算.546.2正截面受拉區(qū)鋼筋拉應(yīng)力驗算.546.3斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗算.55七、短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算結(jié)果.557.1短暫狀況構(gòu)件應(yīng)力驗算.55八、詳細(xì)計算表格.55.一、基本信息本人學(xué)號,根據(jù)教學(xué)要求, 設(shè)計的橋型主跨為 128m(120+學(xué)號倒數(shù)第二位),橋?qū)挒?12.3m( 12+學(xué)號倒數(shù)第一位 /10 ), 施工
3、方法采用懸臂澆筑。計算要求包括:考慮施工過程,計算恒載、活載、溫度、溫度梯度、支座沉降等作用下內(nèi)力和組合內(nèi)力,出計算書。圖紙要求包括 : 方案布置圖和上部結(jié)構(gòu)一般構(gòu)造圖。1.1工程概況本設(shè)計采用 85+128+85m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋結(jié)構(gòu)體系。兩端懸臂長度均為 85m,相應(yīng)的懸臂根部梁高為 7m,梁端梁高為 2.7m。中跨跨中梁高 2.7m。形成一個通航孔,橋面最大縱坡 2.43 。主梁截面全部使用單箱單室截面。下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分別采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)及灌注混凝土,墩身為實腹長方形截面。本方案技術(shù)較先進(jìn),工藝要求較嚴(yán)格,主梁上部結(jié)構(gòu)施工方法采用懸臂澆筑。采用移動式掛籃作為主要施工設(shè)備, 以橋墩
4、為中心, 對稱地向兩岸利用掛籃澆筑節(jié)段的混凝土,待混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度后,便張拉預(yù)應(yīng)力束,然后移動掛籃,進(jìn)行下一節(jié)段施工。本方案屬于超靜定結(jié)構(gòu), 該連續(xù)剛構(gòu)橋既保持了連續(xù)梁無伸縮縫、 行車平順的優(yōu)點,又保持了 T 構(gòu)不須設(shè)大噸位支座的優(yōu)點, 同時避免了連續(xù)梁 (存在臨時固結(jié)和體系轉(zhuǎn)換)和 T 構(gòu)(存在伸縮縫問題) 兩者的缺點,養(yǎng)護(hù)工作量小。此外,連續(xù)鋼構(gòu)施工穩(wěn)固性好,減少或避免邊跨梁端搭架合龍的難度。但此橋型對地基承載力的要求更高, 若地基發(fā)生過大的不均勻沉降, 連續(xù)梁可通過調(diào)整墩頂支座的高程, 抵消下沉來補(bǔ)救, 而連續(xù)剛構(gòu)則做不到。 當(dāng)其主墩剛度過大時, 中跨梁體因會產(chǎn)生過大的溫差拉力而對結(jié)構(gòu)
5、受力不利。 此外,梁墩聯(lián)結(jié)處應(yīng)力復(fù)雜也是連續(xù)剛構(gòu)的一個缺點。1.2技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(1)主跨徑: 128m(此為橋墩中距 ) 。( 2)橋?qū)挘?2.3m( 2凈 5.5m(車行道) +0.9m(中央分隔帶) +2 0.2m(及護(hù)欄) =12.3m)。(3)設(shè)計荷載:公路 - 級(汽車 - 超 20 級,掛車 -120 級)。(4)防撞欄桿:單側(cè)按每延米9.0KN。(5)截面:主梁采用變截面單箱單室的箱形截面,橋墩采用實腹長方形截面。(6)橋面縱坡:左2.43 ,中 0,右 2.40 。(7)橋面橫坡: 1.5 ,并適當(dāng)設(shè)置路拱。(8)地質(zhì)情況:河中為大范圍紫紅色砂巖。(9)墩高: 40m。.(10)橋
6、墩形式:豎直雙肢薄壁墩。(11)基礎(chǔ)形式:剛性基礎(chǔ)。1.3主要規(guī)范1) 公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范 (JTG D62-2004)2) 公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 (JTG D60-2004)3) 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)( JTG B01-2003)4) 公路橋梁抗震設(shè)計細(xì)則 (JTG/T B02-01-2008 )5) 公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范 (JTG D63-2007)6) 城市橋梁設(shè)計規(guī)范( CJJ11-2011)1.4結(jié)構(gòu)概述橋梁結(jié)構(gòu)圖示 (如圖 1)圖 1橋梁主跨和邊跨的擬定主跨根據(jù)教學(xué)要求徑定位 128m。對國內(nèi)外已建成的連續(xù)剛構(gòu)橋,邊跨和主跨的跨徑比值在 0.5 0.692
7、之間,大部分在 0.55 0.58 之間。采用 0.664 倍的中跨徑,即 85m,則全聯(lián)跨徑為: 85+128+85=298m。順橋向梁的尺寸擬定大跨連續(xù)剛構(gòu)橋主梁一般采用箱形截面,箱梁根部截面的高跨比一般為1/16 1/20 ,其中大部分為1/18 左右,也有少數(shù)橋梁達(dá)到或低于1/20. 跨中截面梁高通常為支點截面梁高的1/2.5 1/3.5 ,略小于連續(xù)梁的跨中梁高。(1) 支點處梁高:箱梁根部高跨比取1/18.29 倍,即 7m.(2) 跨中梁高:跨中截面梁高取支點梁高的1/2,59 倍,即 2.7m.(3) 梁底曲線:選用二次拋物線,以跨中梁底為原點,曲線方程為: Y=-0.0010
8、49805X2 以支點梁底為原點,曲線方程為 ;Y=-0.000595156X 2橋墩尺寸擬定考慮連續(xù)剛構(gòu)橋的橋墩與懸臂箱梁固結(jié), 需承受懸臂箱梁傳來的軸向力及不平衡力矩,采用豎直雙肢薄壁墩,墩寬 B=8.1m,墩高 H=1.8m。箱梁尺寸擬定當(dāng)跨徑超過 60m時,橫截面多為箱形。而 B=12.3m,采取單箱單室截面。如圖2所示。.圖 2截面構(gòu)造圖(1)頂板、底板厚度 ;1) 箱梁根部底板厚度:一般約為墩頂梁高的1/10 1/12 ,取 85cm。2) 箱梁跨中底板厚度:取 26cm。3) 箱梁頂板厚度:箱梁斷面頂板厚在全梁范圍內(nèi)一致取25cm。( 2)箱梁腹板:1)腹板內(nèi)無預(yù)應(yīng)力束管道布置時
9、可采用200mm;2)腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力束管道布置時可采用250300mm;3)腹板內(nèi)有預(yù)應(yīng)力束筋錨頭時采用350mm。故本設(shè)計中采用腹板厚度為35cm。在大跨徑橋中,為減少梁的自重彎矩,將腹板盡量減小為好,在支點處腹板厚度為滿足剪應(yīng)力與主拉應(yīng)力要求時,可參照下式選用: t=0.02B (1+0.02L )。本設(shè)計中, B=12.3m,L=128m,故 t=0.876m ,而選用 25cm腹板時, t=0.25 3 2=1.50m0.876m,故可以。/B=1.5/12.3=1/8.2, 不符合 1/13 1/19. 。 /B=0.25/4.8=1/19.2, 滿足 1/15 1/20.(3) 其
10、余各處具體尺寸:在墩上、中跨跨中、邊跨跨中和橋的端部設(shè)橫梁。故在邊跨離根部 42.5m 處,中跨跨中、墩上、端部各設(shè)一道 6.9m 寬的橫梁,并把單室擴(kuò)為雙室。截面構(gòu)造如圖 3 所示。橋面鋪裝由公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 (JTGD60-2004)第條,橋面路緣內(nèi)設(shè)置8cm厚瀝青混凝土鋪裝層。施工方法(1)主梁采用墩梁固結(jié)的掛籃懸臂澆筑施工。(2)橋墩采用液壓爬模施工。(3)基礎(chǔ)采用鋼圍囹澆筑混凝土。.1.5主要材料及材料性能(1)箱梁混凝土: C50(2)橋墩鋼筋混凝土: C30(3)基礎(chǔ)混凝土: C20(4)預(yù)應(yīng)力鋼筋:采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為 1860MPa,公稱直徑 d=15.2mm的低松弛高強(qiáng)
11、度鋼絞線。(5)非預(yù)應(yīng)力鋼筋:受力筋采用級 HRB400級鋼筋,非受力筋采用級HPB300級鋼筋。1) 混凝土表格 1 混凝土表格強(qiáng)度彈性模量容重線膨脹系f ck (MPa) f tk (MPa) f cd (MPa) f td (MPa)等級(MPa)(kN/m3 )數(shù)C503450025.000.00001032.402.6522.401.83C303000025.000.00001020.102.0113.801.392) 普通鋼筋表格 2 普通鋼筋表格普通鋼筋彈性模量 (MPa)容重 (kN/m3 )f sk (MPa)f sd (MPa)f sd (MPa)R23521000076.
12、98235195195HRB33520000076.98335280280HRB40020000076.98400330330KL40020000076.984003303303) 預(yù)應(yīng)力材料表格 3 預(yù)應(yīng)力材料表格預(yù)應(yīng)力彈性模量張拉控制應(yīng)孔道磨阻孔道偏差鋼絞線松 一端錨固回縮鋼絞線(MPa)力 (MPa)系數(shù)系數(shù)弛系數(shù)值(m)Bot19500000.3000.006601.00.00600Top19500000.2000.001001.00.006001.6計算原則、內(nèi)容及控制標(biāo)準(zhǔn)計算原則(1)汽車超 20 級作用下各截面的最大彎矩汽車荷載偏載時的增大系數(shù)?;钶d偏載時的增大系數(shù),習(xí)慣上有兩種
13、取值方法:一是將箱梁視未開口截面,按偏心壓力法(剛性橫梁法)求出邊肋的橫向分布系數(shù),作為增大系數(shù)取值的依據(jù); 另一則是將活載產(chǎn)生的內(nèi)力直接增大15%。本設(shè)計對汽車荷載偏安全地取前一種方法計算。.(2)掛車 -120 級作用下各截面的最大彎矩及最大剪力驗算時,平板掛車不考慮沖擊力;由公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范 (JTG D60-2004)第條之二可知, 平板掛車在 1 橋梁全長內(nèi)用一輛布載。 掛車荷載偏載時的增大系數(shù)取 15%考慮。(3)掛車荷載不與人群荷載及其他荷載同時出現(xiàn)。計算內(nèi)容考慮施工過程,計算恒載、活載、溫度、溫度梯度、支座沉降等作用下內(nèi)力和組合內(nèi)力,出計算書??刂茦?biāo)準(zhǔn)(1)求汽車荷載沖擊系
14、數(shù)。 根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范( JTGD60-2004)第條表的規(guī)定,當(dāng)荷載長度 L 在 5m與 45m之間時,沖擊系數(shù) 可按下式計算: =( 45-L ) 0.3/ ( 45-5 ) =0.3375-0.0075L(2)各截面荷載內(nèi)力組合由通用規(guī)范第條,在按極限狀態(tài)設(shè)計箱梁各截面時,應(yīng)按組合(恒載 +汽車荷載 +人群荷載)及組合(恒載 +掛車荷載)分別組合荷載,并選取相應(yīng)的荷載安全系數(shù), 注意到荷載效應(yīng)占總荷載效應(yīng)不同比例時需考慮不同的提高系數(shù)。二、模型建立與分析2.1計算模型圖 3 計算模型圖1)節(jié)點數(shù)量: 80 ;圖 4節(jié)點劃分圖示2)單元數(shù)量: 75 ;.圖 5單元劃分圖示3)邊界條
15、件數(shù)量: 6支承分別為每個橋墩兩個,邊跨支點各一處;彈性連接每個橋墩與主梁固結(jié)處各兩個。圖 6 邊界條件4) 施工階段數(shù)量: 16 ,施工階段步驟如下:施工階段 1:CS1 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 9:CS9 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 2:CS2 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 10:CS10 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 3:CS3 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 11:CS11 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 4:CS4 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 12:CS12 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 5:CS5 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 13:CS13 ,持續(xù)時間 3
16、0 天;施工階段 6:CS6 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 14:CS14 ,持續(xù)時間 15 天;施工階段 7:CS7 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 15:CS15 ,持續(xù)時間 30 天;施工階段 8:CS8 ,持續(xù)時間 12 天;施工階段 16:CS16 ,持續(xù)時間 10000 天;.圖 7施工階段控制分析表格 4施工階段劃分說明施工階段施工天數(shù) /施工內(nèi)容說明天CS112現(xiàn)澆墩頂主梁19、20、21、22、23、49、50、51、52、53 單元CS212掛籃懸臂澆筑18,24,48,54 單元CS312掛籃懸臂澆筑17,25,47,55單元CS412掛籃懸臂澆筑16,26,46,56
17、單元CS512掛籃懸臂澆筑15,27,45,57單元CS612掛籃懸臂澆筑14,28,33,58單元CS712掛籃懸臂澆筑13,29,43,59單元CS812掛籃懸臂澆筑12,30,42,60單元CS912掛籃懸臂澆筑11,31,41,61單元CS1012掛籃懸臂澆筑10,32,40,62單元CS1112掛籃懸臂澆筑9,33,39,63 單元CS1212掛籃懸臂澆筑8,34,38,64 單元.CS1330掛籃懸臂澆筑7,35,37,65 單元CS1415左邊跨合龍CS1530右邊跨合龍CS161000中跨合龍,現(xiàn)澆防撞欄桿和橋面鋪裝,考慮收縮徐變影響2.2主要鋼筋布置圖及材料用表( 1) 預(yù)應(yīng)
18、力鋼束特征值圖 8 .1鋼束特征值.圖8.2鋼束特征值表格 5預(yù)應(yīng)力鋼彈性模量張拉控制應(yīng) 孔道磨阻孔道偏差 鋼絞線松一端錨固回絞線(MPa)力(MPa)系數(shù)系數(shù)弛系數(shù)縮值 (m)15-1919500013950.2500.001500.30.0060015-1519500013950.2500.001500.30.00600( 1)預(yù)應(yīng)力鋼束布置圖.2.3截面特性及有效寬度1) 截面特性表格 6: 橋墩zyA(m2 )Asy(m2 )Asz(m2 )z(+)(m)z(-)(m)14.58012.15012.1500.9000.900Ixx(m 4 )Iyy(m 4 )Izz(m 4 )y(+)
19、(m)y(-)(m)13.5423.93779.7164.0504.0502 4 荷載工況及荷載組合1) 自重自重系數(shù): -1.002)二期恒載二期恒載由兩側(cè)防撞護(hù)欄及橋面鋪裝組成,計算后取值:75KN/m。3) 整體升降溫溫度降溫: -20.00 (C )溫度升溫: 20.00 ( C )4)梁截面溫度表 7梯度升溫(單元11)序號寬度 (m)到箱梁頂距離 (m)溫度 (C)112.300.00-12.50212.300.18-3.40.表 8梯度降溫(單元 11)序號寬度 (m)到箱梁頂距離 (m)溫度 (C)112.300.0025.00212.300.186.705) 徐變收縮收縮齡期
20、: 3 天;構(gòu)件理論厚度: 1m;理論厚度自動計算:由程序自動計算各構(gòu)件的理論厚度。公式為:h a Ac u;u L a L ;0i收縮齡期: 3 天;構(gòu)件理論厚度: 1m;理論厚度自動計算:由程序自動計算各構(gòu)件的理論厚度。公式為:h a Ac u;u L 0 a Li ;6) 支座沉降按照每個地基及基礎(chǔ)的最大沉降量的最不利的荷載組合進(jìn)行計算。第 1 組不均勻沉降 -0.005m;第 2 組不均勻沉降 -0.005m;7) 可變荷載活載:汽車荷載,橋梁等級為公路級;對于汽車荷載縱向整體沖擊系數(shù) ,按照公路橋涵通用設(shè)計規(guī)范 第條,沖擊系數(shù) 可按下式計算:當(dāng) f 1.5Hz 時, 0.05 ;當(dāng)
21、1.5Hz f 14Hz時, 0.1767ln(f)0.0157 ;當(dāng) f 14Hz 時, 0.45 ;根據(jù)規(guī)范,計算的結(jié)構(gòu)基頻 f=0.48Hz ,沖擊系數(shù) = 0.050 。三、內(nèi)力圖3.1內(nèi)力圖( 1)恒載內(nèi)力計算1)一期恒載內(nèi)力值如表9.1 所示,彎矩和剪力圖如圖9.1 ,圖 9.2 所示。表格 9.1一期恒載內(nèi)力值單荷載位置軸向剪力剪力扭矩彎矩彎矩元(kN)-y(kN)-z(kN)(kN*m)-y(kN*m)-z(kN*m)1一期恒載I115.470-5677.860001一期恒載J215.470-5079.4010757.302一期恒載I200-5079.42010757.302一
22、期恒載J300-3807.7029642.450.3一期恒載I300-3807.7029642.4503一期恒載J400-2535.99043122.7904一期恒載I400-2535.99043122.7904一期恒載J500-1264.27051198.3405一期恒載I500-1264.27051198.3405一期恒載J6007.45053869.0806一期恒載I6007.45053869.0806一期恒載J700605.9053255.7307一期恒載I700605.9053255.7307一期恒載J8002027.24047002.0208一期恒載I8-19.0202027.15
23、047002.0208一期恒載J9-31.8603464.02033967.3409一期恒載I9-53.403463.76033967.3409一期恒載J10-75.4804925.49014052.86010一期恒載I10-107.704924.9014052.86010一期恒載J11-14006423.90-12889.6011一期恒載I11-183.906422.790-12889.6011一期恒載J12-227.807971.450-47067.7012一期恒載I12-285.107969.610-47067.7012一期恒載J13-342.209580.290-88748.2013一
24、期恒載I13-414.209577.440-88748.2013一期恒載J14-486.7011262.480-138257014一期恒載I14-575.5011258.290-138257014一期恒載J15-665.6013029.980-195980015一期恒載I15-767.4013024.370-195980015一期恒載J16-877.6014894.970-262361016一期恒載I16-1001014887.210-262361016一期恒載J17-1134016868.940-337905017一期恒載I17-1276016858.770-337905017一期恒載J18
25、-1435018963.780-423175018一期恒載I18-1596018950.910-423175018一期恒載J19-1785021191.330-518794019一期恒載I19-1948021176.920-518794019一期恒載J20-2132023177.210-607840020一期恒載I200023275.090-607840020一期恒載J210023739.440-628997021一期恒載I21114.290-142350-624723021一期恒載J22114.290-120680-569487022一期恒載I23148.83022202.090-54691
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37、載I77-19463028.6101120.35074一期恒載J78-38417028.610-24.01075一期恒載I79-301920120.2203640.56075一期恒載J80-491460120.220-1168.4076一期恒載I36148.830242.67049384.33076一期恒載J37148.830625.89048732.910圖 9.1一期恒載彎矩圖圖 9.2一期恒載剪力圖2)二期恒載內(nèi)力值如表9.2 所示,彎矩和剪力圖如圖9.3 ,圖 9.4 所示。表格 9.2二期恒載內(nèi)力值單位置軸向剪力剪力扭矩彎矩彎矩荷載(kN)-y(kN)-z(kN)(kN*m)-y(kN*m)-z(kN*m)元.1二期恒載I115.470-5677.860001二期恒載J215.470-5079.4010757.302二期恒載I200-5079.42010757.302二期恒載J300-3807.7029642.4503二期恒載I300-3807.7029642.4503二期恒載J400-2535.99043122.7904二期恒載I400-25
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