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5×25m全预应力混凝土连续梁桥设计开题报告

 2020-04-14 09:04  

1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

这次设计的是全预应力混凝土连续梁桥,其一般步骤为:参照已有的设计拟定的结构几何尺寸和材料类型,模拟实际的施工步骤,计算出恒载及活载内力;然后再根据实际情况确定温度、沉降等荷载,计算其产生的内力,并与恒载、活载内力进行正常使用与承载能力组合。估算出各截面的钢束后,按照一定要求将钢束布置好,重新模拟施工并考虑预应力的作用,计算恒载内力。由于钢束对几何截面的影响,温度、沉降等内力也需要重新计算,但其与钢束估算时得到的结果差别非常小。各种荷载作用下的内力计算出来后,需要进行承载能力组合和正常使用组合,以进行截面强度验算、应力验算和变形验算,这是设计的二次组合。如各项验算均满足要求且认为合理,则设计通过。如有些截面的有些验算通不过,则需要调整钢束甚至修改截面尺寸后从新计算,直到各项验算均通过为止。此次设计我的任务,就是根据要求和提供的地质资料完成该桥的设计与计算,并进行验算。
桥梁结构是一种复杂的空间结构。要精确分析桥梁结构的真实受力,最好把它模拟成梁、板、壳和三维实体单元组成的空间受力模型。但这种处理方式建模非常的复杂,同时考虑到桥梁荷载的空间三维分布,按此方式计算的工作量是极其浩大的。对于实际应用的桥梁结构分析软件,必须对计算模型进行合理的简化。
桥梁设计要求,在使用上满足荷载要求、泄洪能力、当前要求、今后发展、交通运输本身要求,同时兼顾其他方面;在经济上体现合理性;在设计上要尽可能使用新结构、新设备、新材料、新工艺和新的设计思想,采用可靠的技术;在结构尺寸和构造上要保证整个桥梁结构及其各部分构件在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性;在施工上应便于制造和架设,满足快速施工;在美观上要求满足上述要求前提下,尽可能使桥梁具有优美的外形,同时应与周围的景观相协调,所以需要满足的要求也比较多。

首先在设计之前,必须要选择合理的桥位,对所选定的桥位进一步调查研究,详细分析建桥的具体情况,做出合理的设计方案。在本次毕业设计中,基本资料已给出,地质资料借用桥梁墩台基础课程设计中采用的相关资料。前期工作阶段已假定完成,我们要做的是设计工作,包括初步设计、技术设计和施工图设计三个阶段。
一、桥梁纵断面设计
桥梁纵断面设计包括确定桥梁的总跨径、桥梁的分孔、桥道的高程、桥上和桥头引道的纵坡以及基础的埋置深度。
1、桥梁总跨径的确定
对于一般跨河桥梁,总跨径可参照水文计算来确定。桥梁的总跨径必须保证桥下有足够的排洪面积,使河床不致遭受过大的冲刷。另一方面,根据河床土壤的性质和基础的埋置情况,设计者应视河床的允许冲刷深度,适当缩短桥梁的总长度,以节约总投资。也就是说,桥梁的总跨径应根据具体情况经过全面分析后加以确定。本课题中,本人负责的是某一连续梁桥中的一联,该联联长为125m,跨径初步拟定为5#215;25m。施工方法为满堂支架整体现浇施工。
2、桥梁的分孔
桥梁的分孔不仅影响到使用效果、施工难易等,并且在很大程度上关系到桥梁的总造价。跨径愈大、孔数愈少,上部结构的造价就愈高,墩台的造价就减少;反之,则上部结构的造价降低,而墩台造价将提高。最经济的分孔方式就是是上、下部结构的总造价趋于最低。
⑴跨径在125m以下,用标准跨径,最好各孔径一样;
⑵尽可能避开不利的地质段;
⑶各孔跨径采用合理的比例;
⑷对通航河流首先考虑桥下通航要求;
⑸对平原地区宽阔河流通常在主槽部分按需要布置跨径较大的通航孔而在两旁浅滩部分按经济跨径进行分孔,如果经济跨径较同行跨径大则通航孔取用较大跨径;
⑹在山区的深谷上、在水深流急的江河或需在水库上修桥时,为了减少中间桥墩,应加大跨径,条件允许的话,甚至可采用特大跨径单孔跨越;
⑺从战备方面考虑应尽量使全桥的跨径做得一样,并且跨径不宜太大,以便于战时抢通和修复;
⑻与施工能力有关;
⑼重视美观上的要求;
⑽分孔布局适应河床、地质等长期稳定的自然条件,人为改变自然条件不可取。
对于大、中桥梁的分孔是一个相当复杂的问题,必须根据使用任务,桥位处的地形和环境,河床地质、水文等具体情况,通过技术经济等方面的分析比较,才能做出比较完美的设计方案。
该设计初步拟定为等截面形式的预应力混凝土梁桥,立面采用等跨布置。连续梁桥连续孔数一般不超过5跨,本设计跨径为25m。由于本课题跨数较多,所以在计算上进行了一定程度的简化。故最终定为5#215;25m的等跨径布置,总跨径125m,采用箱型截面,又由于桥面宽度较窄,桥面宽度包含护栏宽度为8m,故最终定为单箱单室,且为等高度连续梁桥。
3、桥道高程的确定
桥道高程必须根据设计洪水位、设计通航水位、桥道标高与桥下净空、桥上及桥头引道纵坡等合理确定。
二、桥梁横断面设计
桥梁横断面设计主要是决定桥面的宽度和桥跨结构横截面的布置。根据《公路桥涵设计通用规范》3.3.1条规定、姚玲森主编《桥梁工程》、邵旭东主编《桥梁工程》相关章节以及《桥通规》等,拟定为单箱单室有翼梁,拟定为单箱单室有翼梁,梁宽8m,室宽取3.32m;梁高H=(1/15~1/30)l,常用H=(1/18~1/20)l,这里取梁高为1.4m;两翼一般取室宽的一半左右,本设计里取2m;底板厚度与主跨之比宜为1/140-1/170,这里设定为0.2m,顶板厚度参考一定箱梁实例取0.22m;具体尺寸详见后续计算书。本设计加腋上部取常用比例1:3,下部参照已有图纸采用1:1;桥梁的具体尺寸详见CAD附图。
三、平面布置(桥面构造与布置)
桥梁的线形及桥头引道要保持平顺,使车辆能平稳通过。二、三、四级公路上的大、中桥线形一般为直线,如必须设成曲线时,其各项指标应符合路线布设规定。从桥梁本身的经济性和施工方便来说,应尽可能避免桥梁与河流或桥下路线斜交,但对于一般小桥,为了改善路线线形,或城市桥梁受原有街道的制约时,也允许修建斜交桥,斜度通常不宜大于45#176;;在通航河流上斜交不能避免时,交角不宜大于5#176;;当交角大于5#176;时,宜增加通航孔净宽。本桥为公路-Ⅰ级标准,设计车速60公里/小时,桥面宽8m,两侧各设0.5m护栏,根据已知条件定出本路段为单向三车道。

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一、研究对象:
是某一连续梁桥中的一联,该联联长为125m,跨径初步拟定为5#215;25m,施工方法为满堂支架整体现浇施工。
1、设计重点
本次设计主要工作包括:桥梁的初步设计和尺寸拟定;桥跨结构内力计算;截面特性计算和复核;配筋设计和预应力损失计算;下部结构验算;相关图纸绘制。
2、设计难点
本次设计是我们第一次对某座桥梁进行完整的设计,最大的困难就是经验不足。因此,在初步设计和尺寸的拟定方面会很难把握;电算部分由于对软件的操作不够熟练可能出现错误导致设计无法进行;对规范不够熟悉,设计上可能有误。

二、研究途径
1、专业英文文献翻译阶段
2、方案拟定阶段
根据已有的水文地质资料,确定河床断面图、确定总跨径、确定桥型、进行桥梁的分孔、基础以及墩台的形式确定、桥梁横断面设计、上下部构造主要尺寸的拟订、桥面基础以及墩台标高的确定,得出初步方案和图纸。
3、进行桥梁设计方案的比选
⑴根据设计任务要求,依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地形条件,经初选后提出了2~3个比选桥型。
⑵对各方案基本尺寸的选择进行探讨(包括上部结构、下部结构的结构形式以及基本尺寸梁)
⑶对已确定的桥梁方案进行结构设计及施工方案的确定。
4、计算阶段
⑴确定计算图式
⑵自重作用内力计算
⑶墩台沉降内力计算
⑷温度影响内力计算
⑸车辆荷载和人群荷载内力计算
⑹作用效应的组合计算
⑺配筋计算。
5、验算阶段
运用常规的超静定混凝土桥梁分析程序计算结构内力及变形,布置预应力钢筋,进行正常使用极限状态的截面设计与检核。进行应力验算、抗裂验算、变形验算、稳定性验算等。如果有一项验算不合格,就必须返回到尺寸拟定阶段,重新拟定尺寸。
6、施工图绘制
梁的一般构造图及配筋图
7、设计计算书的编写阶段

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