预应力混凝土连续梁桥设计毕业设计.docx

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1、预应力混凝土连续梁桥设计毕业设计目录第1章绪论11.1 毕业设计的目的与意义11.2 国内外研究现状11.3 本设计研究内容1第2章设计主体22.1 主要技术指标22.2 材料规格22.3 截面尺寸22.3.1 主梁截面高度22.3.2 顶板和底板厚度32.3.3 腹板厚度32.4 荷载内力计算3241恒载内力计算42.4.1 一期恒载内力计算42.4.2 二期恒载内力计算7244活载内力计算92.4.5 效应组合12第3章钢束的估算与布置133.1 截面特性133.2 估算方法143.2.1 按承载能力极限状态计算14322钢束计算153.2.3 预应力钢筋性质173.3 预应力钢束的布置1

2、73.3.1 预应力钢束的布置数18第4章预应力损失及有效预应力值计算184.1 预应力损失值的计算184.1.2钢筋预应力损失的估算194.2 钢筋的有效预应力计算19第5章截面应力验算215.1 强度验算原理215.1.1 施工阶段正截面法向应力215.1.2 受拉区钢筋的拉应力验算235.1.3 使用阶段的抗裂验算245.1.5 使用阶段压应力验算275.1.6 预应力钢筋量估算295.1.7 使用阶段正截面的抗弯验算305.1.8 使用阶段斜截面的抗剪验算33第6章结论与展望376.1 结论376.2 展望37参考文献38致谢39附录40第1章绪论1.1 毕业设计的目的与意义毕业设计的

3、目的在于培养毕业生的综合能力，它是土木工程专业本科培养计划中最后的一个主要教学环节，也是最重要的综合性实践教学环节，和其它教学环节不同,毕业设计要求学生关注学术动态，充分的了解国内外桥梁设计的发展现状及趋势，并灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识，结合相关设计规范，在指导老师的指导下，独立的完成一个专业课题的设计工作，解决与之有关的所有问题，熟悉相关设计规范、手册、标准图以及工程实践中常用的方法。具有实践性、综合性强的显著特点。毕业设计学生独立系统的完成一项工程设计，因而对培养学生的综合素质、增强工程意识和创新能力具有其他教学环节无法取代的重要作用。通过毕业设计这一时间较长的教学环节，学生

4、独立分析问题、解决问题的能力以及实践动手能力都会有很大的提高，还可以培养土木工程专业本科毕业生综合应用所学基础课、技术基础课及专业课知识和相关技能，解决具体问题的能力。以达到具备初步专业工程人员的水平，为将来走向工作岗位打下良好的基础。1.2 国内外研究现状预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。由于悬臂施工方法的应用，连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60年代初期在中等跨径预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；60年代中期在德国莱茵河建成的本多夫（Bendorf）桥，

5、采用了悬臂浇筑法。随着悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法的不断改进、完善和推广应用，在跨度为40200m范围内的桥梁中，连续梁桥逐步占据了主要地位。目前，无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了其独特的优势，成为优胜方案。我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有40多年的历史，比欧洲起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。近20年来，我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有跨径90m的哈尔滨松花江大桥、跨径120m

6、的湖南常德沅水大桥、主跨125m的宜昌乐天溪桥、跨径154m的云南六库怒江大桥等。虽然我国的预应力混凝土连续梁在不断地发展，然而与国际先进水平仍存在一定差距。想要赶超国际先进水平，必须要解决好下面几个问题：(1)发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。(2)在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。(3)充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。1.3 本设计研究内容

7、桥梁设计必须遵照适用、经济、安全和美观的基本原则。预应力混凝土连续梁桥以其结果受力性能好，变形小，伸缩缝少，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车及造型简洁美观，抗震性能强等成为国内外桥梁中最主要的桥型之一。预应力混凝土连续梁桥的设计与施工是分不开的，不同的施工方法导致成桥后结果的内力状态、应力状态及变形都不相同。常用的施工方法有：支架整体现浇施工、悬臂施工、逐孔施工和顶推施工。而本设计是设计一座连续梁桥的上部结构，采用的整体现浇法。在连续梁桥的设计中，横截面多采用箱型截面，它具有良好的动力性能，再者它收缩变形数值小，这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，能够适应悬臂施工中诸如偏载等不利施工工

8、况，增加了施工过程中的可靠性，所以结合桥面设计宽度，本设计采用了单箱单室直腹板截面形式。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。为增强梁体的抗剪强度，一般设置竖向预应力钢束，横桥向则根据腹板间距和外挑臂的长度，可设置横向预应力，使整个梁体成为三向预应力结构。25第2章设计主体2.1 主要技术指标跨径：两跨30m+30m；荷载标准：公路一级；车道荷载qk=10.5kN,人群荷载Pk=360kN。桥面宽度：12m；车道数：3车道。2.2 材料规格混凝土： C50混凝土预应力筋：吠15.24的钢绞线普通钢筋：HRB335钢筋和R235钢筋桥面铺装：8cm厚沥青混凝土和10cmC40防水

9、混凝土。2.3 截面尺寸2.3.1 主梁截面高度为适应连续梁内力变化的需要，以及施工方便和美观。本设计为跨径L=30m的连续梁桥。采用等高度布置。根据经验，公路桥主梁梁高可按下列数据考虑：支点截面主梁高度与跨径之比通常在1/15-1/25,而跨中截面的主梁高度与跨径之比通常在1/30-1/50。另外，为了施工上的方便,一般箱梁高度不要小于1.8m。所以，在本设计中主梁跨中截面和支点处截面高度取值均为2.3m（取1/24）o2.3.2 顶板和底板厚度箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。箱形截面的底板应提供足够大的承压面积，发挥良好的受力

10、作用。本设计为等截面设计，确定顶板为20cm,底板35cm。2.3.3 腹板厚度箱梁腹板的主要功用是承受结构的弯曲剪应力。腹板的最小厚度还应考虑钢束管道的布置与混凝土浇筑的要求，确定为70cm。按以上拟定的尺寸，就可绘出箱梁截面图。如图2所示：图21箱梁截面图（单位：mm）2.4 荷载内力计算对结构进行受力分析时应对主梁进行分单元，本设计桥全长60m,每个梁段单元为2.0m,故全梁共分为30个单元。2.4.1 恒载内力计算设计内力是强度验算和配筋设计的依据。施工内力是指施工过程中，各施工阶段的临时施工荷载，如施工机具设备（支架，张拉设备等），模板，施工人员等引起的内力。主要供施工阶段验算使用，

11、本设计主要考虑了一般恒载内力和活载内力。主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）Sgi和二期恒载（如铺装，栏杆等）引起的主梁后期恒载内力Sg2o本设计采用的满堂支架法，在施工过程中结构不发生体系转换，且主梁为等截面设计，所以主梁的自重内力可按均布荷载图乘主梁内力影响线的总面积来计算。箱梁横截面如下图2.2,其面积为7.7m?。图2-2箱梁横截面图一期恒载集度：yxAp=25x7.7=192.5kN/m二期恒载集度：32.7kN/m2.4.2 一期恒载内力计算2.4.2.1 弯矩计算由结构力学知识计算一期恒载（自重）引起的主梁弯矩如下：ql=192.5kN/m由结构力学知识计算一期恒载（

12、自重）引起的主梁弯矩如2-3图:叫图(1 2x 40xlx X I2 3)803E/_ r M、Ms* _ 2J EI EI2x -X13带入方程得：券X+竽=。，解得XL”?将 qi=192.5kN/m, L=30m 带入上式得：X1 =- -q2 =-21656.25 kN - m8由midas计算在一期恒载（自重）作用下产生的弯据图如2-4所示:相差不图2-4自重作用下的弯矩图midas计算所得值-21112.7kN.m ，与上面计算值21656.25k/Vm比较。大。2.4.2.2剪力计算由结构力学知识计算一期恒载（自重）引起的主梁剪力如2-5图所示:(b)Mp 图图2.5自重作用下的

13、剪力计算由%X1+Ap=O可以解出X1人 rjwMpds lOq,L3 s rM?2ds 2 | 2L3AIP= -!-= !- = x LxLx-xLx- =J EI ElJ EI El 23) 3 EI将4p，西带入方程X1+4p=o,得卷x粤卢=03 EIEl将 q】=192.5kN - m 带入得 Xi=2175.25kNB支座处的剪力计算：由上边所求的C端剪力为Fc=2175.25kN,设A、B两支座处剪力分别为Fa,Fb对A取距得：FbL + 2FCL = 2q,L2 求得 FB = 2(q/- Fc)B 支座左侧剪力为 Fb =q1-Fc=192.5x30-2175.25=359

14、9.25kNB 支座右侧剪力为 FB+=-(qiL-Fc)=-( 192.5x30-2175.25) =-3599.25kN由midas计算在二期恒载作用下产生的剪力图如图2-6所示：mmnrmTnTnunnnilWnlJITTrnill3.59126e-K)032.93830e-H)032.28534e-K)031.63239e-K)039.79434e-H)020.00000e-K)00-9.79434e-K)021.63239e-K)032.28534e-H)03-293830aM 03-3.59126e-K)03图2-6自重作用下的剪力图Midas计算所得值3591.26kN,与上面计算值3599.75kN比较，相差不大。2.4.3二期恒载内力计算2.4.3.1弯矩计算二期恒载集度：q2=32.7 kTV . m1 9X1=-q2L2=-3678.75 kN m8由midas计算在二期恒载作用下产生的弯矩图如2-7所示:图2-7二期荷载作用下弯矩图Midas计算所得值3586.41kNm,与上面计算值3678.75kNm比较，相差不大。2.4.3.2剪力计算由结构力学知识计算二期恒载引起