30 51 30m预应力混凝土变截面连续箱梁桥施工图设计毕业论文
2020-02-17 12:02
摘 要
本次毕业设计内容是完成（30 51 30）m预应力混凝土连续箱梁桥的上部结构与下部结构设计。设计桥梁为广州北站至白云国际机场快速通道工程中的一部分工程。
上部结构为变截面连续箱型梁，箱梁截面为单箱单室，底板从支点到跨中呈二次抛物线变化，底板厚度也相应变化，腹板在腹板变宽段呈阶梯状突变，顶板厚度在桥长方向保持不变。
下部结构的桥墩采用微弯双柱墩，采用墩顶带扩大头的变截面，两墩柱墩之间以横系梁连接以提高桥墩的整体抗侧移刚度，桩基采用摩擦型的钻孔灌注桩。
利用Midas软件建立基本模型，加入施工阶段进行运行分析得出结构内力等结果，并且进行PSC验算，保证结构在正截面抗弯、斜截面抗剪等方面的通过，以此保证桥梁的可靠性。模型设计要综合考虑梁截面尺寸拟定，预应力钢束布置以及施工方法等方面，并且充分考虑设计参数和环境影响。本次设计采用满堂支架一次现浇的施工方法。
总结：通过对Midas模型结构分析验算，本设计的上、下部结构承载力达到安全，内力分布符合理论，符合毕业设计任务书的要求。
关键词：Midas建模；预应力连续梁；满堂支架；桥梁结构分析
Abstract
The content of this graduation project is to complete the superstructure and substructure design of (30 51 30) m prestressed concrete continuous box girder bridge. The design of the bridge is part of the fast track project from guangzhou north railway station to baiyun international airport.
The upper structure is a continuous box girder with variable cross section, the cross section of the box girder is a single box and a single chamber, the bottom plate changes in a quadratic parabola from the fulcrum to the midspan, and the thickness of the bottom plate also changes accordingly.
The bridge piers of the lower structure adopt double piers with slight bending and variable section with enlarged head at the top of the piers. The bridge piers are connected with transverse beams to improve the overall anti-lateral stiffness of the piers. The bored cast-in-place pile of friction type is adopted for the pile foundation.
Midas software was used to establish the basic model, and the results of internal force of the structure were obtained by adding operation analysis in the construction stage, and the PSC calculation was carried out to ensure the passing of the structure in normal section bending resistance, oblique section shear resistance and other aspects, so as to ensure the reliability of the bridge. The model design should take into account the dimensions of beam section, the layout of prestressed steel beam and the construction method, and fully consider the design parameters and environmental impact. This design adopts the construction method of full hall support and one-time cast-in-place.
Summary: through the Midas model structure analysis checking calculation, the design of the upper and lower structure bearing capacity to achieve safety, internal force distribution in line with the theory, in line with the requirements of the graduation project.
Keywords: Midas modeling；prestressed continuous beam；full support；bridge structure analysis
目录
第1章 绪论 1
1.1 连续梁桥概述 1
1.2 设计基础资料 2
1.2.1 场区工程地质 2
1.2.2 场地水文条件 2
1.2.3 场地稳定性评价 2
第2章 桥梁方案设计 4
2.1 方案比选 4
2.1.1比选原则 4
2.1.2具体方案比较 4
2.2 工程概况 8
2.3 主要技术指标 8
2.4 主要材料 8
2.5 设计依据与基本资料 9
2.6 结构主要尺寸 10
2.6.1梁高的拟定 10
2.6.2 底板、顶板的拟定 11
2.6.3腹板的拟定 11
2.7 施工方法 13
第3章 Midas建模过程 14
3.1 Midas建模步骤 14
3.1.1设定操作环境 14
3.1.2定义材料 14
3.1.3定义时间依存材料特性 15
3.1.4建立节点和单元 15
3.1.5定义一般截面 15
3.1.6定义变截面和变截面组 16
3.1.7定义结构组 17
3.1.8定义边界条件以及边界组 17
3.1.9 静力荷载工况的定义 18
3.1.10移动荷载工况的定义 19
3.1.11定义预应力钢束特性及张拉预应力钢筋 20
3.1.12施工阶段定义与分析 21
3.2 Midas分析过程 22
3.2.1 生成荷载组合 22
3.2.2 模型结果内力图 23
3.3.3 PSC设计 25
第4章 主梁内力计算结果 26
4.1一期恒载内力计算 26
4.2二期恒载内力计算 27
4.3 移动荷载下内力 27
第5章 预应力钢束的估算及布置 30
5.1钢束估算 30
5.2钢束布置 32
5.2.1钢束布置构造要求 32
5.2.2钢束布置原则 32
5.2.3钢束具体布置 33
第6章 预应力损失计算结果及梁端锚固区局部承压验算 35
6.1基本理论 35
6.2预应力损失计算方法 35
6.2.6截面预应力损失合计和有效预应力 39
6.3钢束的预应力损失 39
6.4锚下局部承压验算 44
6.4.1局部承压区尺寸要求 44
6.4.2局部抗压承载力计算 45
第7章 次内力计算及内力组合 47
7.1温度次内力 47
7.1.1 梁截面温度引起的温度次内力计算结果 47
7.1.2 整体升温、降温引起的温度次内力计算结果 48
7.2 基础沉降计算 50
7.3 预应力次内力 52
7.4 收缩、徐变次内力 54
7.5 内力组合 56
7.5.1按承载能力极限状态设计 56
7.5.2按正常使用极限状态设计 57
第8章 Midas验算结果 61
8.1承载能力极限状态截面验算 61
8.1.1使用阶段正截面抗弯验算 61
8.1.2使用阶段斜截面抗剪验算 63
8.2正常使用极限状态截面验算 65
8.2.1使用阶段正截面抗裂验算 65
8.2.2使用阶段斜截面抗裂验算 66
8.3持久状况和短暂状况构件的应力验算 67
8.3.1施工阶段正截面法向应力验算 67
8.3.2使用阶段正截面压应力验算 69
8.3.3使用阶段斜截面主压应力验算 70
8.3.4受拉区钢筋的拉应力验算 71
第9章 桥墩的设计与验算 73
9.1荷载计算 73
9.1.1墩底竖向反力计算 73
9.1.2墩底处弯矩计算 74
9.2截面配筋计算 74
9.2.1截面配筋设计 74
9.2.2截面复核 75
第10章 桩基的设计与验算 78
10.1单桩受力计算 78
10.2单桩承载力特征值计算 78
10.3 桩数计算 79
10.4桩长计算 80
10.4 桩内力及位移计算 81
10.4.1桩的计算宽度 81
10.4.3桩墩柱顶上外力及最大冲刷线处（地面处）桩上外力 82
10.4.4最大冲刷线以下深度z处桩截面上的弯矩及水平压应力 82
10.4.5桩顶纵向水平位移验算 84
10.5桩基配筋计算及桩身材料截面强度验算 86
参考文献 88
致谢 90
- 绪论
1.1 连续梁桥概述
连续梁是一种具有较长历史的结构体系，它具有诸多优点：连续梁桥刚度大，各跨共同受力，整体性好，超载能力大，安全度大，桥面伸缩缝少，变形连续，恒载内力大大降低，并且因为卸载作用，可以加长桥跨，加强跨越能力。连续梁结构与静定体系的其他梁桥相比，具有较为突出的经济性。仅从连续梁和简直梁的强度与变形的简单对比即可看出这一特点。
连续梁是超静定结构，与静定结构有所不同的是，静定结构在荷载作用下的内力与荷载的大小有关，但是，超静定结构的内力大小还与结构各构件的抗弯刚度相关。所以，如果采用变截面变高度的梁，将连续梁中间即负弯矩区的截面高度加大，提高该部分刚度，从而适当调低跨中的正弯矩，预应力钢筋在负弯矩区从梁的上部经过，这样同时便于张拉。在支座处的配筋率是保证结构在承载能力极限状态下充分形成塑性铰的关键，因此要合理配筋，在保证足够安全的情况下，无需增加钢筋用量。
连续梁桥在恒活载作用下时，在支点处会产生一定的负弯矩，相对于简支梁桥来说，支点的负弯矩可以在一定程度上抵消跨中正弯矩，也就是存在卸载作用，使内力状态趋于良性，通过这个理论，可以适当减小梁高，同时加大了桥下净空，不仅可以节省材料，还能提升通航能力，当负荷超载时，超静定的连续梁有可能发生塑性内力重分布，形成塑性铰从而提高整个主梁的极限承载能力。对于基础不均匀沉降的影响，只要不使结构物产生损坏性的裂缝，由于混凝土的徐变特性，可以适当调整它所引发的附加内力，。
连续梁一般采用不等跨布置方案，若采用多跨连续，一般边跨跨径小于中跨，中跨设为等跨径，边中跨之比一般来说取0.5-0.8左右，通常取0.65-0.7。
1.2 设计基础资料
1.2.1 场区工程地质
土层名称为 1. 淤泥质亚黏土
- 亚黏土
- 亚黏土
- 亚黏土
- 亚砂土
- 亚砂土夹粉砂
- 亚黏土
- 亚黏土
具体土层厚度及分层见下图
图1.1 土层分层
1.2.2 场地水文条件
场地地下水类型：上层滞水，其主要在人工填土层，孔隙承压水，赋存于第四系全新统和上更新统冲积砂层中，基岩裂隙承压水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水。
1.2.3 场地稳定性评价
1、查阅区域地质资料分析发现，该项工程所在场区距断裂带较远，场地范围内没有发现断裂，地质情况平稳简单，适合进行工程建设。
2、该项工程位于东南沿海地震带，史上最大震级4.75—5.00级，无大于6级强震。
3、场区的抗震设防烈度考虑为 7 度。
4、该项工程场地岩溶发育，一旦发生地震，容易诱发塌陷，因此需要采取一定的地基处理措施。
5、场地浅部土层主要为软弱土～中硬土，场地类别属于为II类。
第2章 桥梁方案设计
2.1 方案比选
2.1.1比选原则
目前桥梁的形式多种多样，桥梁形式的多样性也给了设计者更多的选择，桥梁需要综合考虑各种桥梁的受力性能、适用性能及工程的地质情况，同时，在保证其安全、耐久的前提下，也需要考虑其经济性。除此之外，也要考虑其桥梁美学的方面，让为城市面貌增添色彩。
2.1.2具体方案比较
方案一：预应力混凝土连续梁桥方案，跨径组成（30 51 30）m，全桥长111m。上部结构采用单箱单室变截面箱梁，顶板厚度保持不变，腹板和底板为变厚度。下部结构为微弯双柱式墩，墩身采用墩顶附近设置墩柱系梁的矩形截面柱。墩底双柱截面尺寸2×1.4m(横）×1.5m(纵)，其上为微弯扩大头结构；柱顶以下50cm设置柱间系梁，梁高1.2m，宽1.2m，系梁长度根据柱间距不同有所区别。
图 2.1 连续梁桥方案图示(单位：cm）
方案二：中承式拱桥方案，全桥长111m，跨径组成为(20 71 20)m，边中跨不等，钢管混凝土拱，采用中承式。拱肋截面为等截面，拱助中轴线选用悬链线型，设为自锚结构形式。拱桥是以桥拱实现桥梁竖直平面内承重这一要求的，钢管混凝土结构外侧的钢管限制了内侧混凝土的侧向变形，使得混凝土处于三项受压状态，从而使得混凝土的抗压强度得到提高。同时桥孔设计灵活多样，可根据桥跨长度选择多孔或者单孔，在多孔设计方面，奇数孔设计多于偶数孔，当桥孔主拱受荷时，能通过桥墩的变形或拱上结构的作用将荷载由近及远的传递到其它孔主拱继而实现均匀受荷。若能设计合理的拱轴线，可使得拱肋主要承受压力，弯矩和剪力大大减小，因而拱桥相比于梁桥，跨越能力要大得多。
图2.2 拱桥方案图示（单位：cm）
方案三：装配式预应力混凝土简支T型梁桥，全桥长111m，跨径组成为（3×37）m。桥梁的横截面采用T型截面，因为该桥的跨度较大，预应力钢筋采用曲线布置，这样有利于抗剪。而且在装配式桥制造简单，T梁提前在预制场内制作好，采用预应力可以减少构件的截面，同时可利用高强度材料，如高强度混凝土，在使用荷载下不出现裂缝。在拼装结束后，在桥面上进行张拉，可防止梁的上边缘开裂。现场施工时采用大型机械吊装预制梁，施工方便。
图2.3 装配式预应力混凝土剪支T型梁桥方案图示（单位：cm）
表2.1桥梁方案比选表
桥型方案 | 第一方案：预应力混凝土连续箱梁桥 | 第二方案：中承式拱桥 | 第三方案：装配式预应力混凝土剪支T型梁桥 |
使用性能 | 建筑高度较低，易保养和维护，抗震能力强，受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适，桥下视觉效果好。 | 建筑高度不可控，保养较容易。 | 建筑高度较低，易保养和维护，桥下视觉效果好。 |
受力性能 | 连续梁桥，受力明确，支座负弯矩减少跨中正弯矩。 | 受力复杂，充分利用了钢管混凝土的受压性能 | 受力合理明确 |
经济性 | 采用变截面梁高，可一定程度减少混凝土用量，但施工难度大，维修费用低 | 施工工艺复杂，适用于城市桥梁，费用较高，维修费用低 | 形式为等截面，能大量节约模板，简易经济。 |
美观性 | 结构形式简洁，外形美观 | 外形美观 以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。 相关图片展示：
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