南京江北国家经济新区青奥公园跨河桥-钢箱梁桥设计毕业论文
2020-04-18 08:04
摘 要
连续钢箱梁桥作为一种构造、安装及制造都极其方便的钢结构桥梁，在世界桥梁建造中具有广泛的应用性，但是当简支箱梁桥的跨径超过四十米时，主跨与边跨所承受的恒载与活载所产生的弯矩会增大，因此，我们在钢箱梁设计中必须将钢箱梁梁截面的尺寸加大，但是这样会耗费大量的额外材料，极大地增加了设计工程的施工难度，使人工成本提高，导致建设成本增大，造成设计的不经济性。。本设计拟采用连续钢箱梁桥，该桥种具有施工灵活，整体结构抗刚强度大，抗地震效应强以及结构轻盈等特点。
关键词：连续钢箱梁桥 钢结构 梁截面
Abstract
Continuous steel box girder bridge, as a kind of steel structure bridge with extremely convenient structure, installation and manufacture, is widely used in bridge construction in the world. But when the span of simply supported box girder bridge exceeds 40 meters, the bending moment of main span and side span under dead load and live load will increase. Therefore, we set up steel box girder. The section size of steel box girder must be enlarged in the design, but this will consume a lot of additional materials, greatly increase the construction difficulty of the design project, increase the labor cost, increase the construction cost, and cause the design uneconomical. This design plans to adopt continuous steel box girder bridge, which has the characteristics of flexible construction, high rigid strength of the whole structure, strong seismic effect and lightweight structure..
Key words: steel structure beam section of continuous steel box girder bridge
目录
一、设计背景及相关资料 1
1.1.工程概况与背景 1
1.1.1主要技术标准 1
1.1.2主要设计规范与标准 2
1.2.设计要求 2
1.2.1 内容 2
1.2.2 要求 3
二、上部结构设计 4
2.1桥孔布置 4
2.2截面尺寸及梁高的拟定 4
2.2.1截面形式与梁高 4
2.2.2 箱梁面板厚度设置 5
2.2.3箱梁腹板宽度设置 6
2.3.主梁截面几何特性计算 6
三、主梁内力计算 7
3.1恒载内力计算 7
3.1.1 一期恒载计算 8
3.1.2 二期恒载计算 9
3.1.3 总恒载内力 10
3.2 活载内力计算 11
3.2.1 车道荷载 13
3.2.2 人群荷载 14
3.2.3 主梁内力影响线及其加载 15
3.3 温度次内力计算 16
3.4 支座沉降次内力计算 18
3.5 内力组合 18
3.5.1 基本组合：永久作用设计值与可变作用相结合 18
3.5.2 频遇组合 21
3.5.3准永久组合 23
四、细部构件验算 25
4.1 加劲肋验算 25
4.1.1 顶底板加劲肋验算 25
4.1.2 主梁腹板加劲肋 27
4.2主梁验算 28
4.2.1 主梁刚度验算 28
4.2.2主梁强度验算 30
4.3中间横隔板验算 31
4.3.1横隔板的构造 31
4.3.2 横隔板的开口率 31
4.3.3 横隔板最小刚度 31
4.4 横梁验算 35
4.4.1 横梁强度验算 35
4.4.2 横梁刚度验算 36
4.5稳定性验算 37
4.5.1局部稳定验算 37
4.5.2整体稳定验算 37
4.6 焊缝验算 39
4.7疲劳荷载验算 41
五、基础设计 42
5.1支座选择 42
5.2 墩身设计与验算 43
5.2.1 横桥及顺桥向尺寸 43
5.2.2 墩身验算 43
5.3 承台设计 44
5.4 桩基础尺寸确定 44
5.5 桩基础配筋计算 47
六、施工组织设计 48
6.1 概述 48
6.2 工程项目简介 48
6.3 上部结构施工 48
6.4下部结构施工 48
6.4.1 基础施工 48
6.4.2 桥墩、桥台施工 49
6.5相关注意事项 49
第七章 桥梁工程预算 50
7.1 工程量估算 50
7.2 工程造价预算 50
参考文献 52
致 谢 53
一、设计背景及相关资料
1.1.工程概况与背景
南京青奥体育公园位于南京江北国际新区。体育公园被城南河划分为南北两功能区：A地块位于东南侧，B地块位于西北侧。；本设计的预设桥梁要连接河岸两块地块，桥型定为钢箱梁桥。该跨河桥额功能主要用于解决河两岸场馆间交通，也是青奥公园城南河风上的一座景观桥，是行人欣赏公园河景的场所。
桥梁所处的地理位置特殊，应选择新颖独特的桥梁造型，要区别于一般的公路桥梁，造型应具有原创性、新颖性的特点，还要协调周边建筑风格与环境，力求达到人与自然的和谐意境，与此同时，桥梁的体量不宜过大，要体现青奥公园的整体建筑特色。
本设计桥跨总长150 m，桥宽20m，中间为行车道，彩色沥青铺装，两侧设人行道，采用花岗岩铺装，局部为双层夹胶钢化玻璃。
1.1.1主要技术标准
1、
2、通航净空：通航净空55×5m；
3、道路横向布置：桥宽14.4m~20.5m，中间设行车道，两侧设人行道；
4、
5、
6、
7、
8、环境类别：II类；
9、高程系统：吴淞高程。
1.1.2主要设计规范与标准
1、《公路工程技术标准》（JTG B01－2014）;
2、《城市桥梁设计规范》（CJJ 11－2011）；
3、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60－2015）;
4、《城市人行天桥与人行地道技术规范》（CJJ69－95）；
5、《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61－2005）；
6、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）；
7、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63－2007）；
8、《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01—2008）；
9、《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166－2011）；
10、《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/T D60-01-2004）；
11、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）；
12、《钢结构设计规范》（GB 50017-2014）;
13、《铁路钢桥制造规范》（TB10212-2009）;
14、《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）；
15、《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》（JT/T 722-2008）；
- 其他有关的国家及地方强制性规范和标准。
1.2.设计要求
1.2.1 内容
1、出推荐方案(包括施工方法)；
2、根据初步设计方案，进行上、下部结构设计。包括：钢箱梁、主墩、桥台等，进一步确定上、下部结构各细部尺寸及构造细节；
3、进行桥梁上部结构内力分析与计算，、活
4、上下部结构对墩身、承台、桩基进行分析计算。
5、对已确定的桥式方案进行施工方案的设计。
6、
7、
1.2.2 要求
1、学培养。
2、设计说明书应包括所设计的工程概况的中、英文摘要(300字以上)、设计计算过程及结束语等内容。算方法正确，计算结果准确(至少有一项内容上机计算)。设计用纸规范，图面布置合理、图纸完整，一律采用CAD出图。
- 选择桥梁某构件，完成一幅A2或A3结构手绘图。
- 毕设结束后，学生按时把所有图纸和计算书交指导教师审阅。
二、上部结构设计
连续钢箱梁桥作为一种构造、安装及制造都极其方便的钢结构桥梁，在世界桥梁建造中具有广泛的应用性，但是当简支箱梁桥的跨径超过四十米时，主跨与边跨所承受的恒载与活载所产生的弯矩会增大，因此，我们在钢箱梁设计中必须将钢箱梁梁截面的尺寸加大，但是这样会耗费大量的额外材料，极大地增加了设计工程的施工难度，使人工成本提高，导致建设成本增大，造成设计的不经济性。。本设计拟采用连续钢箱梁桥，该桥种具有施工灵活，整体结构抗刚强度大，抗地震效应强以及结构轻盈等特点。
2.1桥孔布置
根据要求的设计任务书，本桥的桥梁跨径总长应为150m，通航净空要求为55m*5m，为了方便施工，采用等截面连续钢箱梁截面。综上，桥孔跨径设置为45m 60m 45m，桥梁结构图示见下图。
图2-1 桥梁桥孔跨径图示
2.2截面尺寸及梁高的拟定
2.2.1截面形式与梁高
主梁高度一般通过技术经济比较确定，通过充分考虑经济性、主梁重量、建筑高度要求以及桥梁通航净空要求等。
桥梁有以下几点原因：首先，箱形截面整体性优秀，受力较均匀，结构刚度大；其次，箱梁的顶板和底板可以抵抗足够活载变形；另外，箱梁本身具有极强的抗扭转能力，因为顶板有着较大型的翼缘悬臂，此时，桥主梁的底板宽度较上部顶板宽度较窄，可大大减小主梁下部结构制造过程中的工程量，并可以节约大量材料，降低工程的造价。
钢桥面板若采用薄板，薄板的刚度过小，在活载作用下自身变形过大，因此设计时刚桥面板不小于10mm。此桥设计顶板取15mm，底板取10mm。在计算时，采用第一体系计算，将桥面板视作主梁的顶板计算。
此桥为4车道，设计荷载：城－B级，桥面为20m宽，荷载较大，应设计成双箱梁桥合适，此桥采用双箱单室箱梁截面，梁截面及相应肋板使用Q345钢。
此桥设计成闭口截面，内部截面纵肋受到保护。加劲肋厚度取10mm。
纵肋在主梁的受力中主要起加劲作用，纵肋与纵肋之间的间距与桥面板的厚度直接相关，本设计中顶板的纵肋之间的间距取300mm，横肋之间的间距取3m。底板在设计中也要设置纵横肋，纵肋之间的间距与顶板相同设置，取300mm；横肋之间的间距也和顶板相同，顶底板的横纵肋共同组成横向联接系，来增加横向刚度，增强主梁的抗弯抗剪刚度。翼缘处同时设置纵肋与横肋，纵肋的间距略小于顶板纵肋间距，取150mm，横肋与顶板相同3m。
桥梁主梁中也应设置横隔板来增加主梁的抗弯与抗剪能力。主梁横隔板所设置的位置与尺寸应由计算确定，在跨中和支承处必须设置横隔板，此桥边跨的横隔板间距为3m。横隔板厚度取16mm。
钢箱梁桥主梁高度要求符合跨度的1/30-1/20。因此，定主梁高度为3m。主梁横截面示意图如图2-2所示。
图2-2 主梁横截面示意图（单位：cm）
2.2.2 箱梁面板厚度设置
本桥梁拟采用整体支架施工，因此，桥梁的中撑处产生的负弯矩数值较大，箱梁此处的底板厚度需要适当的加厚，来提供足够的受压面积使结构稳定；同时，跨中结构产生的正弯矩数值也大，应避免该区底板过厚而增加恒载弯矩，因此，考虑到多种情况，桥梁主梁支点处板面厚度设置为δ＝20mm，主梁其余部分底板厚度均按15mm设置。
2.2.3箱梁腹板宽度设置
箱梁采用直腹板结构，应提高腹板厚度，提高抵抗弯矩和扭矩的能力，本设计将腹板厚度定为15mm厚。
2.3.主梁截面几何特性计算
截本设计采用等截面桥梁，采用等截面法计算主梁截面的几何特性，截面特性相同且截面十分规则，截面几何特性计算结果如下表所示。
表3-1
截面几何特性计算 | ||||||||
名称 | 数量 | b(cm) | h(cm) | A(cm^2) | Ixc(cm^4) | y(cm) | Ix(cm^4) | I（cm^4） |
顶板 | 1.00 | 1000.00 | 1.50 | 1500.00 | 281.25 | 43.96 | 2899310.45 | 2899310.45 |
顶板肋 | 16.00 | 20.00 | 20.00 | 400.00 | 13333.33 | 36.77 | 554218.08 | 8867489.30 |
翼缘肋 | 32.00 | 1.00 | 20.00 | 20.00 | 666.67 | 36.77 | 27710.91 | 886749.04 |
腹板 | 2.00 | 1.50 | 297.50 | 446.25 | 3291326.17 | -105.32 | 8241098.34 | 16482196.68 |
底板 | 1.00 | 500.00 | 1.00 | 500.00 | 41.67 | -254.21 | 32311954.79 | 32311954.79 |
底板肋 | 16.00 | 1.00 | 20.00 | 20.00 | 666.67 | -253.98 | 1290738.31 | 20651813.04 |
sum |
|
|
| 10252.50 | 3306315.76 |
|
| 82099513.29 |
sum*2 |
|
|
|
| 6612631.51 |
|
| 164199026.58 |
三、主梁内力计算
本降次内力。我们应用迈达斯模性来计算连续等截面钢箱型梁上述荷载作用下的产生的内力。
3.1恒载内力计算
3.1.1 一期恒载计算
一
一期恒载内力由迈达斯模型计算得出，其结果为下图所示
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