《毕业设计（论文）-咸旬高速泾河大桥结构设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）-咸旬高速泾河大桥结构设计.doc（69页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、学号： 2011012336 2011 届本科生毕业论文（设计）题 目： 咸旬高速泾河大桥结构设计 学院(系)： 水利与建筑工程学院专业年级： 土木111 学生姓名： 指导教师： 合作指导教师：完成日期： 2015.5.31 中国 陕西 杨凌咸旬高速泾河大桥结构设计学生: 专业班级: 土木111 指导教师：摘 要：预应力混凝土连续箱梁桥结构刚度大，动力性能好，而且主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车，连续梁在活载作用下时，因主梁连续会产生支点负弯矩，对跨中正弯矩也会有卸载作用，其弯矩分布较合理。现阶段在公路桥梁工程中应用非常广泛。通过得到的数据，本设计首先根据桥址处原始资料以及道路等级进行桥型方
2、案设计，我决定采用了连续小箱梁桥、 梁拱桥、变截面连续梁桥等三个方案进行桥型方案的比选，继而本着结构受力合力、安全舒适、经济美观 的原则，最终选择连续小箱梁桥作为推荐方案。我推荐方案采用简支转连续的施工方法，首先预制主梁后吊装施工成连续梁，在主梁上采用等高度变截面的箱形梁，我打算跨径设计为30米。主桥分六等跨，引桥分四等跨，全长260米。在此次设计计算中，我首先拟定主要构件的截面尺寸；继而计算主梁截面的几何特征值和控制截面的设计内力及其在承载能力极限状态下相应的内力组合值；接下来进行配筋计算，我的方案是采用后张法预应力钢束施工的施工工艺，接着估算预应力钢束的数量并对其进行布置。然后根据规范要求
3、，进而进行预应力损失的计算得到有效预应力值。在最后，将按照正常使用极限状态进行截面强度验算和应力验算；经过验算结果表明，该桥强度、应力等均满足规范限值要求，全桥结构和安全可靠。关键词：预应力；连续箱梁；方案比选XIAN XUN HIGHSPEED JING HE RIVER BRIDGE STRUCTURE DESIGNStudent:Ma Liang Professional Grade: Civil 111 Instructor:Zhang PengAbstract: prestressed concrete continuous box girder bridge structure s
4、tiffness, dynamic performance good and deformation of main beam deflection curve is gentle, is conducive to high speed driving, continuous beam under live load, because of the continuous girder will produce the fulcrum in the negative moment, on the cross in the positive moment will also uninstall,
5、the moment distribution more reasonable. At present, the application of highway bridge engineering is very extensive.Through the data obtained, the first according to the bridge site at the raw materials and the grade of the road bridge design, I decided to bridge scheme selection, then the purpose
6、of structure stress force, safety and comfort, aesthetic, economic principles, the final choice of continuous box girder bridge is recommended by the continuous box girder bridge, Liang Gongqiao, variable cross-section continuous girder bridge with the three schemes. I recommend scheme by simply sup
7、ported continuous construction method, first precast girder hoisting construction as continuous beam, on the main beam with highly variable cross-section box beam, I intend to design span of 30 meters. The six cross, four span bridge, a total length of 260 meters. In the design and calculation of th
8、e I first proposed the section size of the main components; then calculate the geometric characteristics of the main girder cross-section values and the control section of the internal design and in the state of ultimate bearing capacity value of the combination of internal force of the correspondin
9、g; the next reinforcement calculation, my plan is collected in the construction process of post tensioned prestressed steel beam construction, then estimates the number of prestressed steel beam and the layout. And then, according to the specification, the prestress loss is calculated. In the last,
10、according to the normal use limit state were section strength calculation and stress check; after the checking results indicate that, the strength of the bridge, stress could meet the standard limit requirements, the full bridge structure and safe and reliable Keywords: prestressed concrete, continu
11、ous box girder, scheme comparison and selection目录第一章 绪论1第二章 设计原始资料42.1 设计依据42.2 设计内容42.3 主要材料4第三章 桥梁方案比选73.1 桥梁设计原则73.2桥梁设计方案图73.3 桥型综合评估及推荐方案确定9第四章 上部结构内力计算114.1 主要构件尺寸拟定114.1.1 横截面114.1.2 梁高和细部尺寸114.2 主梁内力计算134.2.1 恒载内力计算144.2.2 活载内力计算214.2.3 内力组合及包络图31第五章 配筋计算405.1 钢束的估算405.2 正弯矩配筋估算405.5 确定跨中及锚固
12、截面的钢束位置43第六章 截面验算456.1 主梁截面几何特性计算456.2 预应力损失计算476.3 截面强度计算536.5 梁斜截面主拉应力和主压应力59第七章 总结62第3页 咸旬高速泾河大桥结构设计第一章 绪论咸旬高速公路，这条高速路是陕西省规划建设的“2367”高速公路网中六条辐射线之一，也是关中天水经济区重大基础设施项目之一，不仅是咸阳市第一次建设高速公路，而且是咸阳有史以来投资规模最大、建设里程最长、建设规格最高的大型基础设施项目中文名咸旬高速公路外文名Xianyang-Xunyi Expressway别名咸旬高速所属地区陕西关中目录1. 咸旬高速公路概况咸旬高速创造了两个第一：
13、第一个第一是把旬邑融入西安2小时生活圈，第二个第一：咸旬高速公路是陕西省规划建设的“2637”高速公路网中六条辐射线之一，它起于咸阳市秦都区马庄镇福银高速互通式立交，经泾阳县桥底镇、兴隆镇、口镇，淳化县石桥乡、大店乡至淳化县城，沿县城西北升坡上塬，经润镇、十里塬乡、胡家庙乡，旬邑县土桥镇、排厦乡，止于该县赤道乡，与306省道相接，全长94.615公里。它在马庄镇至口镇段采用设计速度100公里/小时，六车道高速公路标准，路基宽度26米；口镇至赤道段设计速度80公里/小时，路基宽度24.5米。沿途要建设44座桥梁、16条隧洞、8处互通式立交，设1处服务区、2处停车区、6处匝道收费站。 咸旬高速公路
14、项目估算总投资57.91亿元。此工程连接了秦都、泾阳、淳化、旬邑4县区，穿越了咸阳南、中、北三大产业带，在对于完善咸阳市公路网结构、加快沿线城镇化进程、促进旅游业发展和矿产资源开发，带动山区群众脱贫致富都具有深远的影响和重大的战略意义。2. 咸旬高速公路规划全国政协委员、省政协副主席、民革陕西省委会主委李晓东，他在全国政协十一届三次会议上，建议国家交通运输部将咸旬高速公路工程列入国家高速公路网规划 。李晓东说，咸旬高速公路是陕西省规划建设的“2637”高速公路网中六条辐射线之一的西旬线的重要路段。咸旬高速公路向西在陕西彬县与福银高速公路相连，可成为福银高速彬县至西安、咸阳的第二通道；向北在陕甘
15、界与国道211相接，经甘肃省庆阳市至银川，可成为福银高速西安、咸阳至银川的第二通道。咸旬高速公路的建设，对于完善陕西省高速公路网、缓解区域交通压力、加速商品流通、加快煤炭、旅游等资源开发，促进区域经济快速发展意义重大。咸旬高速公路起于陕西咸阳秦都区马庄镇福银高速互通式立交，经咸阳渭城区、礼泉县、泾阳县、淳化县，止于旬邑县赤道乡，与西省道306相接，全长94.615公里。按双向四车道高速公路标准设计，马庄至口镇段采用设计速度100km/h，路基宽度26米；口镇至赤道段采用设计速度80km/h，路基宽度24.5米。工程采取政府投资和银行贷款建设，计划投资62.69亿元，其中资本金15.67亿元，银
16、行贷款47.02亿元。通过多方努力，目前陕西省咸阳市已落实资本金近6亿元，尚有近10亿元缺口。将咸旬高速公路工程列入国家高速公路网规划，对于咸旬高速公路向甘肃方向延伸，连接了福银高速、G312、G211、咸北路、关中环线、S306等6条主要公路，与规划中的西咸北环线、大凤高速、合凤高速及对接甘肃的4条高速公路相连，咸旬高速对旬邑进一步融入大西安经济圈，促进区域经济全面、迅速协调发展，完善陕西省高速公路网，缓解区域交通压力具有重要意义3. 咸旬高速公路预计建成2013年3月咸旬高速建设项目移交陕西省交通厅，为该项目在更大范围内融资、更高层面推动、更快速度建设创造了非常重要的条件。预计于2014年
17、底通车。咸旬高速创造了两个第一咸旬高速全长94.615公里，桥隧总长17.377公里，其中的三水河（旬邑境内）特大桥墩高183m，是中国连续钢构桥第一高墩，比2009年底完工的四川省雅（安西昌）高速公路腊八斤沟特大桥182.5m的桥墩高0.5m，该桥全长1688 m，全桥共计混凝土239500m，钢材38786吨。咸旬高速优化了渭北交通运输结构，有利于加快建设全国统一市场，对适应区域经济社会发展，加快“关中天水经济区”的形成、扩大关中城市群的辐射带动范围、带动相关产业发展和缓解交通运输的“瓶颈”制约都具有十分重要的作用旬邑将融入西安2小时生活圈通车后，咸阳到旬邑约需一个小时，西安到旬邑需要一个
18、多小时。至此，旬邑融入西安2小时生活圈。高速通车不但让旬邑告别了无高速通达的历史，而且实现了旬邑至西安高速全连接，进一步密切了旬邑与大西安、咸阳的联系，有助于渭北经济实现突破发展。咸旬高速与规划中的西咸北环线、大凤高速、合凤高速及对接甘肃的4条高速公路相连，到2015年，西咸北环线、大凤高速、合凤高速和对接甘肃的4条高速公路也将完全通车，届时，旬邑也将实际融入关中天水经济圈。4. 毕业设计的目的与意义这次毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力，灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，独立的完成一个专业课题的设计工作。设计过程中提高学生独立的分析问题，解决问题的能力以及实践动
19、手能力，达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。本次设计为(330)m装配式预应力混凝土连续梁（三跨一联），呈双幅布置，单幅桥面宽度12m，设计时只考虑单幅的设计。梁体采用由四片梁组成的单箱单室箱型截面。5. 设计时注意的事项（1）在运用锚固张拉体系，尽量避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保护层就难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。（2）在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。（3）充分利用时间的时间价值，尽量采用先简支后连续的施工方法，这样可以大大的加快工程的施工进度。第63页
20、 咸旬高速泾河大桥结构设计第二章 设计原始资料2.1 设计依据1.公路工程技术标准（JTG B01-2014）；2.公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）；3.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）；4.公路桥涵地基与基础设计（JTJ024-85）；2.2 设计内容、根据设计资料，选择至少3种可行的桥型方案，拟定桥梁结构主要尺寸，根据技术经济比较，推荐最优方案进行上部结构设计，拟定上部结构的细部尺寸。、根据推荐方案桥型确定桥梁施工方案。对推荐桥梁方案进行施工及运营阶段的内力计算，并进行内力组合、配筋计算，最后进行结构的强度、刚度、稳定性等验算。、绘制上部结构
21、的总体布置图、一般构造图、钢筋构造图及施工示意图。 、编写设计计算书。2.3 主要材料1.混凝土：预应力混凝土主梁采用50号混凝土；1 2.预应力钢绞线：采用符合ASTM A416-92a的低松弛高强钢绞线，直径为15.24mm，截面积为139mm,标准强度R=1860MPa,弹性模量E=1.9510MPa。23.普通钢筋：、级钢筋采用符合GB13013-91和GB1499-98的规定，直径12mm者均采用级20MnSi热轧螺纹钢，直径12mm者均采用级A3热轧圆钢筋。4.钢板：采用符合GB700-79规定的A3钢板；5.锚具：预制箱梁采用OVM15型系列锚具及其配套设备；墩顶负弯矩钢束采用O
22、VM体系的BM15型扁锚及其配套设备；6.预应力管道：采用钢波纹圆、扁管成型；7.支座：采用圆板坡型橡胶支座YPQ和YPQF4系列产品，其性能应符合交通部行业标准JT/T4-93的规定。8.伸缩缝：采用毛勒伸缩缝；9.焊缝：对于A3钢采用T420型焊条，20MnSi钢采用T500型焊条。表2-1 基本数据名称项目符号单位数值主梁混凝土立方体强度标准值50弹性模量轴心抗压强度标准值32.4轴心抗拉强度标准值2.65轴心抗压强度设计值22.4轴心抗拉强度设计值1.83短暂状态极限压应力20.72极限拉应力1.757持久状态压应力极限值：极限压应力16.2极限主压应力19.44拉应力极限值1.855
23、短期效应组合极限主拉应力1.855长期效应组合极限拉应力0钢绞线标准强度1860弹性模量抗拉设计强度1260最大张拉控制应力1395持久状态应力标准荷载组合1209材料重度钢筋混凝土25.0沥青混凝土23.0钢绞线78.5钢弹性模量与混凝土弹性模量之比5.56第三章 桥梁方案比选3.1 桥梁设计原则1适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修.2舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用
24、过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。3经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。4先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。5美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。3.2桥梁设计方案图根据桥址处的地质水文情况，结合桥梁所在的道路等级等情况，我提出以下三个桥梁方案进行方案比选。31. 等截面
25、连续小箱梁跨径布置为主桥：30*6，引桥：20*4，全长260m。采用先简支后连续的施工方法。基础采用桩柱式墩台基础。图3-1 等截面连续小箱梁2. 梁拱桥跨径布置为主桥：主桥：40+100*2+40，引桥：20*2，全长280m。施工中已有成熟的工艺技术经验，需要大量的吊装设备。基础采用桩柱式墩台基础。图3-2梁拱桥3. 变截面连续梁桥跨径布置为主桥：主桥：主桥：100+60*2，引桥：20*2，全长260m。施工技术先进，工艺要求严格，所需设备较少，占用场地少。基础采用桩柱式墩台基础。图3-3变截面连续梁桥3.3 桥型综合评估及推荐方案确定表3-1 方案比较表容指标内型桥等截面连续小箱梁桥
26、梁拱桥变截面连续梁桥桥长260280260桥跨布置主桥：30*6引桥：20*4主桥：20+100*2+20引桥：20*2主桥：100+60*2引桥：20*2截面形式单箱单室单箱双室单箱双室桥长（m）260280260工艺技术要求技术先进，工艺要求严格，所需设备较少，占用场地少，施工起来比变截面简单已有成熟的工艺技术经验，需要大量的吊装设备，占用施工场地大，需要劳力多技术先进，工艺要求严格，所需设备较少，占用场地少使用效果属于超静定结构，受力较好。计算起来比变截面更容易主桥桥面连续，无伸缩缝，行车道条件好，养护容易拱的承载潜力大。线形美观，能充分发挥材料的性能，跨越能力大。伸缩缝多，养护较麻烦。
27、属于超静定结构，受力较好。主桥桥面连续，无伸缩缝，行车道条件好，养护容易结论推荐方案比选方案比选方案经过比较，我们选择先简支后连续的小箱梁桥作为此桥的设计方案。第四章 上部结构内力计算4.1 主要构件尺寸拟定本设计经方案比选后采用三跨一联预应力混凝土等截面连续梁结构，全长260m,跨径定为30m。4.1.1 横截面梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经 济用料等等因素都有关系。 当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力的臂 愈大，可以充分发挥预应力的作用。箱
28、形截面就是这样的一种截面。此外，箱形截面这 种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其 都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良 好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。总之，箱形截面 是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。 常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。 单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比 较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改变对方案的取舍；但是 双室式存在一些缺点：施工比较困难，腹板自重弯
29、矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设 计是一座公路连续箱形梁，采用的横截面形式为单箱单室。 4.1.2 梁高和细部尺寸根据经验确定，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在 1/151/20之间，而跨中梁高与主跨之比一般为1/301/50之间。当建筑高度不受限 制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量 增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。支墩处底板还要承受很大的压应力，一般来讲：支座的底板厚度比跨中的大。确定梁高1.6m，梁宽2.40m；跨中截面细部尺
30、寸：顶板厚度18cm，底板厚度，腹板厚度；支座截面细部尺寸：顶板厚度18m，底板厚度25cm，腹板厚度25cm。具体尺寸见图横隔梁横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以 比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。因此本设计只在支点处设置实心横隔梁。由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影响较小， 在内力计算中也可不作考虑。 跨中截面支座截面4.1梁横截面详图表4-0截面几何特性计算结果截面位置截面积A()截面惯矩I()中性轴高度()预制梁跨中1.07150.3
31、840761.28549支点1.17470.4513941.21326成桥梁跨中1.18130.5279931.35421支点1.28450.63494521.285494.2 主梁内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，确定控制截面的内力，然后进行内力组合，画出内力包络图。4.2.1 恒载内力计算(1) 各个细部面积计算：(a) 中跨梁面积；（其中支座处底板厚度为25，距中支座263处到跨中底板厚度为18）。底板厚度为18的面积：4(2) 底板厚度为25的面积：1284.5 (b) 横隔梁的厚度为20；跨中横隔梁1/2面积: (3) 内力计算(a). 第一期恒载(结
32、构自重)中主梁： 边主梁：=29.61 边主梁： 中主梁：则： 中主梁 边主梁(b). 第二期恒载(栏杆等附属结构自重)桥面铺装层：桥面板间接头：边主梁：中主梁：栏杆按8.5 kN/m计算：则：边主梁 中主梁取(c). 恒载内力1) 第一期恒载作用计算，计算简图如图4-2第一期恒载作用下的弯矩图如图4-3：表4-1 第一期恒载作用下截面内力内力计算杆端内力值 ( 乘子 = 1)- 杆端 1 杆端 2 - - 单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩- 1 0.00000000 451.050000 0.00000000 0.00000000 375.875000 1033.65625 2 0
33、.00000000 375.875000 1033.65625 0.00000000 300.700000 1879.37500 3 0.00000000 300.700000 1879.37500 0.00000000 225.525000 2537.15625 4 0.00000000 225.525000 2537.15625 0.00000000 150.350000 3007.00000 5 0.00000000 150.350000 3007.00000 0.00000000 75.1750000 3288.90625 6 0.00000000 75.1750000 3288.90
34、625 0.00000000 0.00000000 3382.87500 7 0.00000000 0.00000000 3382.87500 0.00000000 -75.1750000 3288.90625 8 0.00000000 -75.1750000 3288.90625 0.00000000 -150.350000 3007.00000 9 0.00000000 -150.350000 3007.00000 0.00000000 -225.525000 2537.15625 10 0.00000000 -225.525000 2537.15625 0.00000000 -300.7
35、00000 1879.37500 11 0.00000000 -300.700000 1879.37500 0.00000000 -375.875000 1033.65625 12 0.00000000 -375.875000 1033.65625 0.00000000 -451.050000 0.00000000 13 0.00000000 451.050000 0.00000000 0.00000000 375.875000 1033.65625 14 0.00000000 375.875000 1033.65625 0.00000000 300.700000 1879.37500 15
36、0.00000000 300.700000 1879.37500 0.00000000 225.525000 2537.15625 16 0.00000000 225.525000 2537.15625 0.00000000 150.350000 3007.00000 17 0.00000000 150.350000 3007.00000 0.00000000 75.1750000 3288.90625 18 0.00000000 75.1750000 3288.90625 0.00000000 0.00000000 3382.87500 19 0.00000000 0.00000000 33
37、82.87500 0.00000000 -75.1750000 3288.90625 20 0.00000000 -75.1750000 3288.90625 0.00000000 -150.350000 3007.00000 21 0.00000000 -150.350000 3007.00000 0.00000000 -225.525000 2537.15625 22 0.00000000 -225.525000 2537.15625 0.00000000 -300.700000 1879.37500 23 0.00000000 -300.700000 1879.37500 0.00000
38、000 -375.875000 1033.65625 24 0.00000000 -375.875000 1033.65625 0.00000000 -451.050000 0.00000000 25 0.00000000 451.050000 0.00000000 0.00000000 375.875000 1033.65625 26 0.00000000 375.875000 1033.65625 0.00000000 300.700000 1879.37500 27 0.00000000 300.700000 1879.37500 0.00000000 225.525000 2537.1
39、5625 28 0.00000000 225.525000 2537.15625 0.00000000 150.350000 3007.00000 29 0.00000000 150.350000 3007.00000 0.00000000 75.1750000 3288.90625 30 0.00000000 75.1750000 3288.90625 0.00000000 0.00000000 3382.87500 31 0.00000000 0.00000000 3382.87500 0.00000000 -75.1750000 3288.90625 32 0.00000000 -75.
40、1750000 3288.90625 0.00000000 -150.350000 3007.00000 33 0.00000000 -150.350000 3007.00000 0.00000000 -225.525000 2537.15625 34 0.00000000 -225.525000 2537.15625 0.00000000 -300.700000 1879.37500 35 0.00000000 -300.700000 1879.37500 0.00000000 -375.875000 1033.65625 36 0.00000000 -375.875000 1033.65625 0.00000000 -451.050000 0.00000000反力计算约束反力值 ( 乘子 = 1)- 结点约束反力 合力 支 座 - - 结 点 水平 竖直 力矩 大小 角度 力矩- 37 0.00000000 451.050000 0.00000000 451.050000 90.0000000 0.00000000 25 0.00000000 902.100000 0.00000000