主跨53 85 53米预应力混凝土连续梁桥设计安溪东门大桥(84页).docx
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1、-主跨53 85 53米预应力混凝土连续梁桥设计安溪东门大桥-第 81 页 本科生毕业设计(一)题 目: 主跨53+85+53米预应力混凝土连续梁桥设计 (安溪东门大桥) 姓 名: 王 达 荣 学 号: S050800618 学 院: 土木工程学院 专 业: 土木工程 年 级: 2008 指导教师: (签名)系主任(或教研室主任): (签章)2012年 5月 29日中文摘要 本设计是根据本专业毕业设计任务书的要求和公路桥涵设计规范的相关规定,对安溪东门大桥进行方案比选和结构设计。通过认真分析桥址的水文情况,调查地质勘测资料,绘制河床断面图,初步拟定了两种方案,即主跨为53m+85m+53m预应
2、力混凝土连续梁桥设计方案和主跨为95m的钢管混凝土拱桥的设计方案。本着“安全,经济,美观,实用”的基本设计原则,并通过对设计,施工等多方面的综合考虑,最终确定以上两个方案中的连续梁桥为设计方案。根据第一个方案,结合工程概况资料,水文计算结果,技术标准要求,设计规范规定,并参考已有的桥梁设计实例进行该桥的总体布置设计,采用如下的设计方法:首先,确定桥址具体位置,桥梁总体结构,桥梁上部结构,下部结构及桥面系,并应用CAD软件绘制桥梁总体布置图和细部尺寸图;其次,利用“桥梁博士3.0”软件分析内力结构总的内力(包括恒载和活载的内力计算)。用于计算的内力组合结果也由“桥梁博士3.0”软件计算而得,从而
3、估算出纵向预应力筋的数目,然后再布置预应力钢丝束。再次,计算预应力损失及次内力,次内力包括先期恒载徐变次内力、先期预应力徐变次内力、后期合拢预应力索产生的弹性次内力、局部温度变化次内力。然后进一步进行截面强度的验算,其中包括承载能力极限状态和正常使用极限状态。在正常使用极限状态验算中包括计算截面的混凝土法向应力验算、预应力钢筋中的拉应力验算、截面的主应力计算。最终设计的安溪东门大桥能够满足规范要求。关键词:预应力混凝土,连续梁桥,安溪东门大桥Design of 53+85+53m pre-stressed concrete continuous beam bridge AbstractThis
4、 is a comparing of design and structural design of the East Gate Bridge,according to designing assignment and the standard of road and bridge designs.With a scriously study of hydrologic and geology data in the bridge site ,I make the first two plans of the bridge:53m+85m+53m pre-stressed concrete c
5、ontinuous beam bridge and a Through CFST Rigid-Framed Tied Arch Bridge with Main Span 95m.For the purpose of making the type of the bridge corresponding with the ambience and cost saving,with the consideration of the design and construction,I choose the former to be my final design.According to the
6、first plan, the union of the project survey material, the hydrology computed result, the technical standard request, the design standard stipulated that, and refers to the bridge design example which has carried on to make this bridge the general arrangement design. The procedure of the design is li
7、sted below :The first step as to dimension the site position, bridge overall structure, bridge superstructure, substructure and floor system, and using CAD software plan bridge general layout and detail dimensional drawing.The second step is to use Doctor Bridge software to analyze internal gross fo
8、rce of the structures(including dead load and lived load), the internal force composition can be done by using the compute results. According to the internal force composited, the evaluated amount of longitudinal tendons can be worked out, then we can distribute the tendons to the bridge.The third s
9、teps is to calculate the loss of pre-stressing and secondary force due to pre-stressing, first dead loads and temperature, bearing displacement, and so on.The last steps is checking the main cross section. the work includes the load-caring capacity ultimate state and the normal service ability ultim
10、ate state as well as the main sections being out of shape.With the results, the final design of the East Gate Bridge meets the requirements of specification.Keyword : prestressed concrete, continuous beam bridge , East Gate Bridge 目 录中文摘要IAbstractII第一章 设计说明11.1 工程概况11.2 设计标准与规范11.3 技术标准及技术条件11.4主要材料
11、21.4.1 混凝土21.4.2 预应力钢束及锚具21.4.3 非预应力钢筋21.4.4 其他材料21.5 主要地质条件31.6 设计要点51.6.1 设计特点51.6.2 上部结构51.6.3 下部结构61.6.4 施工要点6第二章 水文计算82.1 设计洪峰流量计算82.1.1 绘制经验频率曲线92.1.2 按无偏估计值公式计算统计参数92.1.3 适线法选配皮尔-型理论频率曲线102.2设计洪水位计算112.3确定桥孔长度132.3.1用经验公式计算132.3.2用冲刷系数法计算132.4桥面标高确定142.4.1雍水高度142.4.2波浪高度142.4.3桥面标高152.5冲刷计算15
12、2.5.1一般冲刷计算152.5.2局部冲刷计算17第三章 结构方案设计213.1桥型方案比选213.2 结构总体设计233.2.1桥孔分跨233.2.2截面形式233.2.3 梁高243.2.4顶板与底板253.2.5 腹板及其它细部结构253.3 施工方法及施工顺序的确定26第四章 结构计算274.1材料特性及关键输入数据说明274.1.1材料特性274.1.2 关键输入数据说明274.2 结构有限元计算模型294.3 主要施工阶段内力计算304.3.1 最大悬臂阶段内力图304.3.2 边跨合拢阶段内力图304.3.3 中跨合拢阶段内力图314.3.4 桥面铺装阶段内力图314.4 活载
13、内力计算324.4.1汽车荷载结果324.4.2满人荷载结果334.4.3温度荷载结果334.5预应力钢束估算及其布置334.5.1 钢束估算方法334.5.2 预应力钢束的估算384.5.3 钢束布置384.6 内力组合394.6.1 承载能力极限状态组合I (基本组合)394.6.2 正常使用极限状态组合I(长期效应组合)394.6.3 正常使用极限状态组合II(短期效应组合)404.6.4 正常使用极限状态组合III(标准效应组合)404.7 持久状况承载能力极限状态验算404.8 持久状况正常使用极限状态验算494.8.1预应力损失494.8.2 混凝土拉应力验算544.8.3 混凝土
14、压应力验算594.8.4 钢筋应力验算664.9 变形计算684.10 伸缩缝计算69第五章 桥墩计算685.1 墩身纵桥向地震力计算685.1.1 单位水平力作用于墩顶时,墩顶及承台顶位移685.1.2 结构基本周期T715.1.3 加速度反应谱值与基本振型参与系数的确定725.1.4 纵桥向设计地震力735.2 墩身横桥向地震力计算735.2.1 单位水平力作用于墩顶时,墩顶及地面处位移735.2.2 结构基本周期T765.2.3 加速度反应谱值与基本振型参与系数的确定775.2.4 纵桥向设计地震力775.3 截面强度验算775.3.1 承载能力极限状态基本组合775.3.1.1截面配筋
15、775.3.1.2截面复核785.3.2 承载能力极限状态偶然组合(顺桥向)815.3.3 承载能力极限状态偶然组合(横桥向)83第六章 桩基验算876.1 承台底面作用力876.2 承台变位计算886.3 桩身各截面内力计算886.4桩身截面配筋计算906.4.1构造配筋906.4.2截面复核916.5 单桩容许承载力验算93谢辞94主要参考文献95第一章 设计说明1.1 工程概况安溪县为闽南沿海经济开发区之一,其城关镇紧靠晋江西溪西北岸,随着改革开发的进展,工农业经济迅速发展,外商在本县的投资日益增长,三资企业不断增多,城区范围逐渐扩大并发展至西溪东南岸,使两岸交通运输频繁,原有两座大桥已
16、不相适应,根据城市发展规划,确定近期内在东门外建设大桥。本县为闽南侨乡,旅居海外的华侨和外籍华人众多,他们具有爱国爱乡,建设家乡,发展家乡的优良传统与美好愿望,本桥将由华侨集资兴建,因此要求大桥在造型上较为美观。1.2 设计标准与规范1、公路桥梁抗震设计细则(JTG/T B20-01-2008)2、公路桥涵设计通用规范(JTJ D60-2004)3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTJ D62-2004)4、公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)5、公路工程技术标准(JTG B01-2003)6、公路桥涵施工技术规范(JTJ 041-2000)1.3 技术标准及技术
17、条件1、设计荷载:公路II级;人群荷载为2.825kN/m22、桥面净宽:净14+人行道21.50米3、桥面横坡:1.5%;桥面纵坡:1%4、设计洪水频率:100年一遇,桥下不通航5、支座沉降:主桥边支点0.5cm6、跨径组成:53+85+53m。1.4主要材料1.4.1 混凝土主桥、引桥现浇箱梁 C50 混凝土墩台身 C40混凝土人行道、护栏等 C30 混凝土,不锈钢管承台 C30 混凝土桩基础、桥头搭板 C25 混凝土桥面铺装层 沥青混凝土锥坡 预制空心六棱块1.4.2 预应力钢束及锚具主梁纵向预应力钢筋选用19-s15.24、17-s15.24高强度低松弛钢绞线,单根钢绞线直径15.24
18、mm,公称面积A140mm2,抗拉强度标准值fpk =1860MPa,抗拉强度设计值fpd =1330MPa;对应锚具分别为OVM15-19、OVM15-17;对应波纹管直径分别为(内径)100mm、90mm(外径比内径大7mm)。 主梁竖向预应力钢筋采用32冷拉IV级高强精扎螺纹粗钢筋,fpk =930MPa(冷拉应力),每根张拉力673kN;对应锚具为YGM-32;对应孔道直径43mm,锚垫板边长a = 140mm,相邻锚板中心距离不小于15cm。 1.4.3 非预应力钢筋受力主钢筋用HRB335钢筋(1228), =335MPa, =280MPa;非受力钢筋用R235钢筋(810), =
19、235MPa, =195MPa。 1.4.4 其他材料支座采用GPZ()盆式橡胶支座系列产品,其性能应符合有关规定。桥梁伸缩装置采用D160与D240 型伸缩装置。本桥结构用材(包括砂、石、水等)质量要求应符合公路桥涵施工技术规范(JTJ0412000)有关要求。1.5 主要地质条件根据区域地质构造资料,该场地没有大的地质构造影响,工程地质测绘工作未发现大的地质构造。基底岩层为燕山晚期花岗岩闪长石岩(r53x),上部为全风化下部逐渐过渡为强风化,场地横跨河床,该河段河床280m左右,枯水河槽左侧宽约8090m,河槽右侧有约190200m宽的沙滩依附。左岸为较的岸受水流冲刷而坍塌:阶地呈条带状沿
20、河展布、上部第四系全新统洪积层(BIQ4)为现代堆积,堆积物为壤土,厚度1.5m左右,且上游向下游倾斜,下部延至山坡为第四弛坡积层(dlQ),厚度48m,由山坡向河床倾斜,并在岸边被切割而消失。右岸为凸岸,较平缓,阶地沿河分布范围较大,为第四系全新统洪积岩(PLQ4),属近代堆积,堆积物为砂壤土壤土,厚度48m,河槽及滩地均为第四系全新统冲积层(alQ4),为现代堆积,堆积物为含砾粗砂,厚度0.53.7m,且有上游和右岸厚、下游和左岸薄的特点,该层沿河广泛分布,但极松散、工程性能差、极易冲刷而不稳定,其下部为近代堆积的第四系全新统的冲、洪积层(al+PlQ4),堆积物为卵石,厚度2.510.5
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