橋梁工程課程設計(分離式)立交橋結構設計計算

word文檔可自由復制編輯<<橋梁工程>>結構計算課程設計任務書題目:（分離式）立交橋結構設計計算1橋梁概況K45+024.627縣道011分離式立交橋上跨011縣道，與被交路成28°38′55″夾角。全橋由雙向六車道分離的兩座橋構成，全長86.12m，左幅橋中心樁號為K45+039.627，右幅橋中心樁號為K45+015.373。2設計標準及橋型結構設計荷載:公路I級。地震作用：按8度設防。橋面布置：雙幅26m=0.5m墻式護欄+11.5m行車道+2m中央分隔帶+11.5m行車道+0.5m墻式護欄；橋孔布置：（1）預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁建議橋孔布置20+24+20m三孔一聯(lián)預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁。橋平面位于直線內，橋面橫坡為雙向1.50％，由墩臺身高度不同來調整。箱梁為等截面，高度為1.60m。（2）拱橋或其它橋型自定3預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁上構預應力體系箱梁采用縱向預應力體系。預應力鋼束采用平彎、豎彎相結合的方式布置，兩端張拉，Rby=1860MPa；預應力鋼絞線用OVM型錨具，張拉控制應力為1395MPa。預應力體系的建立應嚴格按《公路橋涵施工技術規(guī)范》的要求，同時應嚴格執(zhí)行張拉過程。4預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁下部構造本橋采用獨柱墩，橋臺采用肋板式橋臺，基礎均采用鉆孔灌注樁。獨柱墩基礎為2根150cm鉆孔灌注樁，樁長為34～35.5米，承臺邊長750280cm，厚200cm。橋臺基礎為4根120cm鉆word文檔可自由復制編輯孔灌注樁，樁長為32.5～33米。獨柱墩墩身采用φ180cm的圓截面墩柱，墩身高為6m～6.8m，1號墩支座采用GPZ15000GD盆式支座，2號墩支座采用GPZ15000GX盆式支座。5設計計算基本資料5.1主要技術標準（1）橋面凈寬：行車道凈寬11.5m×2；（2）荷載標準：公路I級；（3）溫度：年平均氣溫6.2℃，一月平均氣溫-13.1℃，七月平均氣溫22℃，冬季最低氣溫-32.8℃，夏季最高氣溫38.4℃。（4）地震基本烈度：按8度設防5.2主要材料的物理力學指標和設計參數(shù)（1）箱梁采用50號混凝土，按預應力結構設計。A．混凝土軸心抗壓設計強度：28.5MPa；B．混凝土抗拉設計強度：2.45MPa；C．混凝土軸心抗壓標準強度：35MPa；D．混凝土抗拉標準強度：3.0MPa；E．混凝土容重：26kN/m3；F．混凝土的彈性模量：MPa；G．混凝土線膨脹系數(shù)：0.00001；H．混凝土徐變收縮參數(shù)依周圍環(huán)境而定的徐變系數(shù)：2.0；收縮速度系數(shù)：0.00625；收縮終極值：0.00015；word文檔可自由復制編輯（2）預應力鋼材采用高強度低松弛鋼絞線，具體要求如下：規(guī)格：采用規(guī)格鋼絞線；破斷強度：1860MPa（ASTMA416－90a標準）；松馳率：＜2.5%（1000小時持荷，70％張拉強度時）＜3.5%（1000小時持荷，80％張拉強度時）預應力鋼束錨下控制應力MPa計算彈性模量：MPa；（3）預應力錨具設計按兩端張拉計算預應力損失；預應力管道采用波紋管，管道摩阻系數(shù)為：0.55；預應力管道偏差系數(shù)：0.0015；錨具變形與鋼束回縮值（一端）：0.006；鋼束松弛終極值與控制應力比值：0.045。6要求完成的主要任務:（1）建模（2）恒載內力（3）活載內力（4）內力組合（5）配筋（束）設計、校核7說明書發(fā)送郵箱：hxjwhut@163.com8時間安排：學年學期第周～第周指導教師簽名：年月日系主任簽名：年月日word文檔可自由復制編輯計算說明書1.橋梁結構主要尺寸擬定1.1橋孔布置采用預應力鋼筋混凝土連續(xù)箱梁，19.4m+23.4m+19.4m三孔一聯(lián)。1.2橫截面布置橋平面位于直線內，橋面橫坡為雙向1.50％，由墩臺身高度不同來調整。箱梁為等截面，高度為1.60m。已知全橋由雙向六車道分離的兩座橋構成，橋面布置為：雙幅26m=0.5m墻式護欄+11.5m行車道+2m中央分隔帶+11.5m行車道+0.5m墻式護欄。設計橫斷面為雙幅單箱雙室截面，橫截面布置如圖1-1所示。箱梁頂板寬取13m，底板寬9m，頂板厚0.3m，腹板厚0.6m，底板厚0.3m；箱梁懸臂部分長2m，箱梁頂板翼緣端部厚度為0.4m，翼緣根部厚度為0.7m。腹板與頂板相接處及腹板與底板相接處均做成20cm20cm承托，以利脫模并減弱轉角處的應力集中。圖1.1半幅橫斷面布置圖（單位：m）1.3材料規(guī)格主梁：采用50號混凝土，容重為26KN/m3,彈性模量取3.5×104MPa；橋面鋪裝：采用9cm瀝青混凝土（重度為23KN/m3）和10cm厚的C50混凝土墊層（重度為26KN/m3）；防撞護欄：采用20號混凝土，容重為25KN/m3，斷面形狀為0.5m×0.6m；2.模型建立2.1結構單元劃分2.1.1劃分原則由于選用的箱梁為等截面，理論上只有各支撐點位置劃分節(jié)點，但考慮對上部箱梁進行施工分段，且保證計算軟件的精準性，宜將其細分，由于本模型中三跨的跨度均不長（最長的為24.45m），因此可以將每跨的1/4和1/2處再劃分節(jié)點，由此形成單元劃分。2.1.2劃分結果根據(jù)以上原則采用有限元分析軟件Midas建模，計算模型中上部結構劃分為17個節(jié)點，共16個單元，節(jié)點坐標如表2-1，模型如圖2-2。表2.1節(jié)點坐標圖2.2模型圖2.2毛截面幾何特性計算由Midas自動生成梁截面特性表2.2毛截面幾何特性值單元位置面積()Izz()Czp(m)Czm(m) 1-16I9.86126.8600.6840.916注：上表中Czp:表示單元截面中和軸到截面上邊緣的距離；Czm:表示單元截面中和軸到截面下邊緣的距離；Izz：表示對Z軸的抗彎慣性矩。3.內力計算3.1計算參數(shù)3.1.1主要材料技術指標主梁采用C50混凝土：抗壓強度標準值fck=35MPa,抗拉強度標準值ftk=3MPa；抗壓強度設計值=28.5MPa，抗拉強度設計值=2.45MPa；線膨脹系=1.0，彈性模量EC=3.5×MPa，容重=26kN/。3.1.2可變荷載信息可變作用主要考慮汽車荷載。汽車荷載為公路-I級，3車道布置,不考慮橫向折減。3.2恒載內力3.2.1自重作用下的內力計算表3.1自重作用下梁的內力圖3.1自重作用下的彎矩圖(單位:)圖3.2自重作用下的剪力圖(單位:kN)3.2.2二期恒載作用下的內力計算9cm瀝青路面g1=0.09*11.5*23=23.8kN/m10cmC50混凝土g2=0.09*11.5*26=26.9kN/m欄桿和人行道g3=5.0*2=10.0kN/m合計g=g1+g2+g3=23.8+29.9+10.0=60.7kN/m將橋面系荷載作為二期恒載以均布荷載的形式加在主梁上,結果見表3-2,表3.2二期恒載作用下梁產(chǎn)生的內力

圖3.3二期恒載作下的彎矩圖(單位:)圖3.4二期恒載作下的剪力圖(單位:kN)3.2.3橋臺不均勻沉降引起的次內力計算支座的均勻沉降不會產(chǎn)生次內力，但是不均勻沉降卻會產(chǎn)生對結構不利的次內力。在考慮墩臺和支座不均勻沉降時，采用Midas軟件提供的功能來進行計算，本設計根據(jù)《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》第3.3.3條規(guī)定：相鄰墩臺沉降差（不包括施工中的沉降）小于（mm）(L為相鄰墩臺間的最小跨徑長度，以m計)。本設計假定邊跨支座或中間墩支座下沉5mm，來考慮這部分的影響。由于墩臺的不均勻沉降產(chǎn)生的梁單元彎矩如表3-3。表3.3：橋臺不均勻沉降產(chǎn)生的彎矩 圖3.6橋臺不均勻沉降產(chǎn)生的彎矩圖(單位:)圖3.7橋臺不均勻沉降產(chǎn)生的剪力圖(單位:kN)4.活載內力計算圖4.1汽車荷載作用下的彎矩包絡圖(單位:)圖4.2汽車荷載作用下的剪力包絡圖(單位:kN)表4.1汽車荷載作用下的彎矩、剪力值5作用效應組合5.1作用作用的種類、形式和大小與橋梁結構的安全及建設費用密切相關。我國現(xiàn)行公路橋梁設計規(guī)范將作用分為永久作用、可變作用和偶然作用。對于預應力混凝土連續(xù)剛構橋的上部結構設計，各類作用又有各自的具體內容。永久作用是指在結構使用期內，其值隨時間變化，或其變化與平均值相比可忽略不計的作用，具體包括結構重力、預加應力、土的重力、土側壓力、混凝土收縮及徐變作用、水的浮力和基礎變位作用七種?？勺冏饔檬侵冈诮Y構使用期間，其量值隨時間變化，或其變化值與平均值相比不可忽略的作用。這些作用包括有汽車荷載的沖擊力、離心力、制動力及其引起的土側壓力，人群荷載，風荷載，流水壓力，冰壓力，溫度作用和支座摩阻力十一種。偶然作用是指在結構使用期內不一定出現(xiàn)，一旦出現(xiàn)，其值很大，且持續(xù)時間很短的荷載，具體可包括地震作用、船舶或漂流物的撞擊作用、汽車撞擊作用。5.2組合原理及規(guī)律公路橋涵結構采用以可靠度理論為基礎的概率極限狀態(tài)設計法設計。該設計體系規(guī)定了橋涵結構的兩種極限狀態(tài)：承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。承載能力極限狀態(tài)設計體現(xiàn)著重體現(xiàn)橋涵結構的安全性，正常使用極限狀態(tài)設計則體現(xiàn)實用性和耐久性。對于這兩種極限狀態(tài)，應按相應的作用效應組合規(guī)律進行組合：1)只有在結構上可能同時出現(xiàn)的作用，才進行其效應組合，當結構或結構構件需做不同受力方向的驗算時，則應以不同方向的最不利的作用效應進行組合；2)當可變作用的出現(xiàn)對結構或結構構件產(chǎn)生有利影響時，該作用不應參與組合；3)施工階段作用效應的組合，應按計算需要及結構所處條件而定，結構上的施工人員和施工機具設備均應作為臨時荷載加以考慮；4)多個偶然作用不同時參與組合。根據(jù)《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD62——2004）第4.1.6、4.1.7條規(guī)定組合如下：5.3基本組合5.3.1承載能力極限狀設計時作用效應的基本組合基本組合是承載能力極限狀態(tài)設計時，永久作用標準值效應與可變作用標準值效應的組合，其基本表達式為：（4-10）式中：——橋梁結構重要性系數(shù)，取1.1；——作用效應（其中汽車計入沖擊系數(shù)）基本組合設計值；——第i個永久作用效應的分項系數(shù)，取1.2；——第i個永久作用效應的標準值；——汽車荷載效應（含沖擊系數(shù)、離心力）的分項系數(shù)，取1.4；——汽車荷載效應（含沖擊系數(shù)、離心力）的標準值；——在作用組合中，除汽車荷載效應（含沖擊系數(shù)、離心力）、風荷載外的其他第j個可變作用效應的分項系數(shù)，取1.4；——在作用組合中，除汽車荷載效應（含沖擊系數(shù)、離心力）外的其他可變作用效應的組合項系數(shù)，取0.5；基本組合結果如下：組合1：Sud=1.2恒載+0.5支座沉降+1.4車道荷載表5.1承載能力極限狀態(tài)下的剪力、彎矩包絡數(shù)據(jù)將以上組合進行包絡可得承載能力極限狀態(tài)下的內力包絡，部分彎矩包絡數(shù)據(jù)如表5.1所示。圖5.1承載能力極限狀態(tài)下的彎矩包絡圖（單位：）圖5.2承載能力極限狀態(tài)下的剪力包絡圖（單位：kN）5.3.2正常使用極限狀態(tài)設計時作用短期效應組合作用短期效應組合是永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應的組合,其基本表達式為:（4-11）式中：——作用短期效應組合設計值；——第j個可變作用效應的頻遇值，汽車荷載取0.7，其他作用取1.0；——第j個可變作用效應的頻遇值；短期效應組合結果如下：組合2：Sud=1.0恒載+1.0支座沉降+0.7車道荷載表5.2作用短期效應組合剪力、彎矩包絡數(shù)據(jù)圖5.3作用短期效應組合彎矩包絡圖（單位：）圖5.4作用短期效應組合剪力包絡圖（單位：kN）5.3.3正常使用極限狀態(tài)設計時作用長期效應組合作用長期效應組合是永久作用標