延华 中期报告.doc
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1、河北工业大学城市学院本科毕业设计(论文)中期报告毕业设计(论文)题目:石太高速公路香渣沟大桥设计专业:土木工程(桥梁方向) 学生信息:学号:、姓名:延华、班级:桥梁C064指导教师信息:教师号:84029、姓名:宋娃丽、职称:教授报告提交日期:2010年5月9日中期报告内容要求:(毕业设计中期报告要求提交阶段设计成果或实验结果;毕业论文中期报告要求提交实地(现场)调查研究报告。)篇幅要求:根据专业要求由系主任规定,但不可低于2000字编辑和打印格式:WORD文本,正文页眉 “河北工业大学本科毕业设计(论文)中期报告”,正文五号宋体。A4纸单面打印。一、方案比选方案一:钢筋混凝土箱形拱桥(1)方
2、案简介此方案为钢筋混凝土等截面悬链线空腹式无铰拱桥。全桥长120m,两侧引桥采用混凝土简支梁。主拱采用密排闭合箱形截面,跨径60米,矢高10米,矢跨比1/6,拱轴系数2.514,拱圈高度1.3米,桥台为天然岩石基础上的箱型结构。图1.1总体布置图图2.2平面布置图图2.3横断面布置图(2)材料选择预制箱型拱采用C40混凝土,拱上立柱采用C35混凝土,栏杆及桥面铺装用才C20混凝土,桥台选用C20小石子混凝土砌片石,基础采用C25混凝土灌注桩。(3)设计荷载公路级,栏杆重量为1.25 kN/m。(4)尺寸拟定本桥拟用拱轴系数m=2.514,净跨径为60.0m,矢跨比为1/6。桥面行车道宽9.5m
3、,两边各设0.5m的护栏。分为上下行桥,上、下行桥间净距为0.5m。拱圈采用单箱多室闭合箱,全宽20.5m,由11个拱箱组成,高为1.3m。1)拱箱宽度:由构件强度、刚度和起吊能力等因素决定,一般为130160cm。取160cm。2)拱壁厚度:预制箱壁厚度主要受震捣条件限制,按箱壁钢筋保护层和插入式震动棒的要求,两外箱肋外腹板厚取15cm,内箱肋腹板厚取5cm。3)填缝宽度:这部分空间拱箱架设后用现浇混凝土填筑,构成拱圈的受力部分,一般用2035cm,这里取20cm。4)底板厚度:1522cm。太厚则吊装重量大,太薄则局部稳定性差且中性轴上移。这里取18cm。5)盖板:有钢筋混凝土板和微弯板两
4、种型式,最小厚度68cm,这里取6cm。6)现浇顶部混凝土厚度:一般不小于10cm,这里取10cm。7)横隔板:多采用挖空的钢筋混凝土预制板,厚68cm,间距3.05.0m。横隔板应预留人行孔,以便于维修养护。这里取厚6cm。(5)桥面铺装桥面采用沥青混凝土桥面铺装,厚0.10m。(6)施工方法 采用支架施工方法,拱箱分段预制。采用装配整体式结构型式,分阶段施工,最后组拼成一个整体。方案二:预应力钢筋混凝土简支梁1.2.1 基本构造布置(一)设计资料 1、桥梁跨径及桥宽标准跨径:40m(墩中心距),全桥共:120米,分3跨,主梁全长:39.96m,桥面净空:净9.5米,20.5护栏计算跨径:3
5、8.88m。(二)设计荷载公路-1级荷载qk=10.5kn/m,集中荷载标准值为360kn.1.2.2材料及工艺本桥为预应力钢筋混凝土T型梁桥,锥形锚具;混凝土:主梁采用C40混凝土,栏杆及桥面铺装用C20混凝土;预应力钢筋:冶金部TB64标准的5碳素钢丝,每束32根。横断面图如下:图4主梁截面沿纵向的变化示例:图5简支梁的优点是构造、设计计算简单,受力明确,缺点是中部受弯矩较大,并且没有平衡的方法,而支点处受剪力最大,如果处理不好主梁的连接,就会出现行车不稳的情况。拱桥的优点是跨越能力大;能充分的就地取材,与梁桥相比,可以节省大量的钢筋和水泥;耐久性能好,维修、养护费用少;外形美观;构造较简
6、单。缺点是自重较大,相应的水平推力也较大,增加了下部结构的工程量;当采用无铰拱时,对地基条件要求较高。结合工程实际,太原侧桥台处地表出露为变质安山岩的弱风化层。厚23 m,其下为微风化变质安山岩,石家庄侧桥台处地表出露为变质安山岩的强风化层;厚23 m其下为弱风化层,厚24 m,再下为微风化岩石。整体情况来看地质条件较好,承载力较高。河道较窄,如果采用梁桥,坐落在河道内的墩柱将会减小过水面积,对河流的影响较大。综合上所述石太高速公路香渣沟大桥适宜做拱桥结构。二、遇到的问题 桥型的选择及确定 材料的选择 风荷载、地震作用等如何考虑 结构力学求解器计算时单元之间的连接,活载的布置形式。三、解决问题
7、的方法(1)通过查询资料和规范,确定了建筑材料和结构外形,并且满足了使用功能。选型要求既要满足使用功能,又要满足抗震的的要求,既要美观,又要与周围环境相协调,综合各种要求,结合地质情况,选用了空腹式等截面悬链线拱桥。(2)荷载的统计通过查询规范确定,当拱圈宽超过跨径的1/20时,不验算风荷载。四、内力计算4.1拱圈的结构力学性质拱圈结构为C40混凝土与C40预制混凝土构件的组合截面。拱的结构计算采用弹性材料力学方法。C40混凝土的弹性模量为3.25104GPa。截面面积 A = 10.61,截面重心距底边 yb = 0.65m截面重心距顶边 yl = 0.65m截面对重心轴的惯性矩 I = 2
8、.490m4截面回转半径 i = (I/A)1/2 = (1.2013/4.9110)1/2 = 0.484m计算跨径 l0 = ln+2ybsina = 60+20.65 0.6241 = 60.81m计算矢高 f0 = fn+(1-cosa)yb =10.14m计算矢跨比 f0/ l0=0.1667拱轴线长度 Ln=1.0747360.81 = 65.3543m拱圈的几何性质见下表:拱圈几何性质表 (表1) 截面号y1/f0y1cosyb/cosyt/cosy1+yb/cosy1-yt/cos拱脚01.10.250000.781330.831910.8319111.081919.41809
9、10.8.343680.822620.790160.790169.133847.5535320.6.697430.859190.756530.756537.453965.9409130.5.282900.890810.729670.729676.012574.5532340.4.075760.917520.708430.708434.784193.3673350.3.055230.939620.691770.691773.747002.3634660.2.203750.957480.678870.678872.882621.5248870.1.506670.971600.669000.6690
10、02.175670.8376780.0.951990.982430.661620.661621.613610.2903690.0.530170.990380.656310.656311.18648-0.12614100.0.233960.995810.652730.652730.88669-0.41878110.0.058240.998970.650670.650670.70891-0.59243120.0.000001.000000.650000.650000.65000-0.65000注:(1)第七栏为截面重心至截面下缘竖直距离。 (2)本表半跨截面分为12段。4.2确定拱轴系数拱轴线系数
11、按假定尺寸验证,先假定拱的自重压力线在拱跨1/4的纵坐标与矢高的比值。如该值与假定值0.215(m = 0.514)符合,则可确定作为拱轴系数,否则,另行假定拱轴系数,直至验算与假定符合。y1/4/f0 = M1/4/Ms式中:M1/4拱的自重作用下,半拱自重对拱跨1/4点的弯矩; Ms 拱的自重作用下,半拱自重对拱脚的弯矩。计算见以下说明。4.2.1立柱及以上结构自重4.2.1.1立柱位置按下表查取表2立柱号距拱脚位置 (截面号之间)相应y1相应距拱脚相应yt/cos15.00000 1#2#8.34368-6.697433.75-7.250.79016-0.75653210.00000 3
12、#4#5.28290-4.075768.75-11.250.72967-0.70843315.00000 5#6#3.05523-2.2037513.75-16.250.69177-0.67887420.00000 7#8#1.50667-0.9519918.75-21.250.66900-0.66162525.00000 9#10#0.53017-0.2339623.75-26.250.65631-0.65273630.00000 11#12#0.05824-028.75-300.65607-0.650004.2.1.2立柱处y1计算1 y1=7755.73718 mm2 y1=4851.7
13、7893 mm3 y1=2751.12855 mm4 y1=1308.56845 mm5 y1=424.38002 mm6 y1=0.00000 mm4.2.1.3yt/cos中间插入值计算1 yt/cos=778.mm2 yt/cos=746.mm3 yt/cos=722.mm4 yt/cos=702.mm5 yt/cos=687.mm6 yt/cos=668.mm4.2.1.4立柱高度计算以下计算中650为跨中拱圈中线至拱圈上缘距离,500为盖梁高度。1 h=8127.59025 mm2 h=5254.84297 mm3 h=3179.04183 mm4 h=1756.08788 mm5
14、h=887.21945 mm6 h=481.00041 mm4.2.1.5.1盖梁以上恒载统计。 立柱以上恒载统计(表3)部位单行桥上部集度结果(KN/m)备注板10.50.4250.773.50.4m板C30混凝土梁,容重25 kN/m3。空心折减0.7铺装9.50.12422.810cm厚桥面铺装,容重24kN/m3防水层9.50.21.810mm防水层,容重0.2 kN/m2护栏、缘石2(1.44+1.25)7.38护栏1.25kN/m,缘石1.44kN/m合计105.480 4.2.1.5.2盖梁以下部位恒载计算(表5)部位重力结果(kN)盖梁10.4125260.000 柱托(3.6
15、5-1)20.512566.250 柱自重1585.585.186 2378.378.349 3228.228.891 4126.126.438 563.63.880 634.34.632 4.2.1.6拱上建筑自重合计柱底由恒荷载产生的集中力(单位:kN)图4.1左半跨立面布置(单位:cm)(表6)立柱号盖梁以上恒载的重力盖梁自重柱托自重立柱自重柱底集中力P1527.426066.25585.186 1438.836 P2527.426066.25378.349 1231.999 P3527.426066.25228.891 1082.541 P4527.426066.25126.438 9
16、80.088 P5527.426066.2563.880 917.530 P6527.426066.2534.632 888.282 结构力学求解器输入内容:结点,1,0,0结点,2,2.5,1.90632结点,3,5.00000,3.55257结点,4,7.50000,4.96710结点,5,10.00000,6.17424结点,6,12.50000,7.19477结点,7,15.00000,8.04625结点,8,17.50000,8.74333结点,9,20.00000,9.29801结点,10,22.50000,9.71983结点,11,25.00000,10.01604结点,12,2
17、7.50000,10.19176结点,13,30.00000,10.25000单元,1,2,1,1,1,1,1,1单元,2,3,1,1,1,1,1,1单元,3,4,1,1,1,1,1,1单元,4,5,1,1,1,1,1,1单元,5,6,1,1,1,1,1,1单元,6,7,1,1,1,1,1,1单元,7,8,1,1,1,1,1,1单元,8,9,1,1,1,1,1,1单元,9,10,1,1,1,1,1,1单元,10,11,1,1,1,1,1,1单元,11,12,1,1,1,1,1,1单元,12,13,1,1,1,1,1,1结点支承,1,6,-51.38,0,0,0单元荷载,1,3,117.864,
18、0,1,51.38251单元荷载,2,3,117.864,0,1,55.34793单元荷载,3,3,117.864,0,1,59.22576单元荷载,4,3,1,0,1,62.97521单元荷载,5,3,117.864,0,1,66.56617单元荷载,6,3,117.864,0,1,69.98784单元荷载,7,3,117.864,0,1,73.23185单元荷载,8,3,117.864,0,1,76.31231单元荷载,9,3,117.864,0,1,79.24374单元荷载,10,3,117.864,0,1,82.04621单元荷载,11,3,117.864,0,1,84.79318单元
19、荷载,12,3,117.864,0,1,87.39928结点荷载,3,1,1438.836,-90结点荷载,5,1,1231.999,-90结点荷载,7,1,1082.541,-90结点荷载,9,1,980.088,-90结点荷载,11,1,917.530,-90结点荷载,13,1,888.282,-90单元材料性质,1,12,.5,51055.25,0,0,-1 用结构力学求解器计算得:M1/4/Ms = 0.2148m = 2.514时,y1/4/f0 = 0.215,计算值接近该值。4.3不计弹性压缩的拱自重水平推力HHg=Ms/f0=.606/10.14=15429.646kN4.4弹
20、性中心位置、弹性压缩系数、拱自重弹性压缩水平推力弹性中心离拱顶距离ys,可自1994年手册附表()-3求得。ys/f0 = 0., ys = 0. f0 = 3.336m按1994年手册,弹性压缩系数1和可自附表()-9和附表()-11求得。1 = 11.2581 (1.2013/4.911) /10.142 = 0. = 9.795(1.2013/4.911) /10.142 = 0.1 /(1+) = 0.按1994年手册弹性压缩引起的弹性中心赘余力为Hg=-1 /(1+) Hg= - 0.15429.646=-403.856kN(压为正,拉为负)4.5自重效应4.5.1拱顶截面y = y
21、1-ys = 0-3.336 = -3.336mcos = 1.0计入弹性压缩水平推力Hg = Hg1-1 /(1+)= 15429.646(1- 0.)=15025.790kN轴向力Ng = Hg/cos = 15025.790/1=15025.790 kN弹性压缩弯矩Mg = (y1-ys)Hg=(0-3.336)(-403.856)=1347.264kNm4.5.2拱脚截面y = y1-ys = 10.14-3.336=6.804mcos = 0.78133计入弹性压缩水平推力Hg =15025.790kN(同拱顶截面)轴向力Ng = Hg/cos = 19231.042kN弹性压缩弯矩
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