客运专线岩寨水库大桥初步设计毕业设计计算书.doc

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1、CENTRAL SOUTH UNIVERSITY本科生毕业论文(设计)设计题目 客运专线岩寨水库大桥初步设计 跨径组合（58+92+58）m 学生姓名 指导老师 学 院 土 木 工 程 学 院 专业班级 2013年6月中南大学毕业论文(设计)任务书及成绩评定表题 目 客运专线岩寨水库大桥初步设计 跨径组合（58+92+58）m 学生姓名 指导教师 学 院 专业班级 教务处制中 南 大 学毕业论文（设计）任务书毕业论文（设计）题目 客运专线岩寨水客大桥初步设计 跨径组合（58+92+58）m 题目类型 工程设计 题目来源 生产实际题 毕业论文（设计）时间从 2013-3-1 至 2013-6-7

2、(合计16周) 1. 毕业论文（设计）内容要求：1.1 桥址概况岩寨水库大桥位于台江县革一乡排生村境内，桥址处位于岩寨水库库区，水库原名为巴拉河，2009年下旬开始下闸蓄水，水库正常蓄水位为613m，河面宽度约为240m，水流较平缓，径向自南向北，线路与其夹角为80，下游约5km处为岩寨水电站大坝。1.2 主要技术标准（1）设计荷载：恒载：自重按26.5KN/m3； 双线二期恒载按184KN/m； 不均匀沉降取2cm或按计算值。列车荷载：列车竖向活载采用ZK荷载，列车竖向活载图式如下：标准活载：特种活载车竖向动力：桥跨结构考虑列车活载动力作用时，应将静活载所产生的竖向效应（弯矩和剪力）乘以动力

3、系数，动力系数应按下列公式计算：列车活载作用下：剪力动力系数： 弯矩动力系数： 式中 L结构计算跨度。横向摇摆力取100 kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢轨顶面。多线桥梁只计算任一线上的横向摇摆力。空车时不考虑横向摇摆力。风力：按铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)办理。温度变化影响力：日照温差按顶板升温10度考虑。（2）桥面布置： 桥梁结构部分全宽13.4m/12.5m。（3）坡度：结构不设横坡。（4）截面形式：箱形梁（5）材料：砼： 上部结构采用C50 下部结构采用C30C25 钢筋：预应力钢筋j15.20钢绞线（极限抗拉强度1860Mpa

4、） 普通钢筋：R235、HRB335钢筋1.3 基本要求（1）编写设计说明书，内容包括中英文摘要桥式方案比选、工程量估算、基本尺寸探讨、施工方案确定选定桥式的内力及变形分析结果编制预应力估索程序并校核估算预应力钢筋，进行截面预应力钢筋的布置根据配筋结果，对结构进行全面成桥、施工应力检算根据配筋结果，进行正常使用极限状态的截面校核。设计分析并检算一个主跨的下部结构（要求采用推荐方案）中英文文献翻译（）设计图纸各桥式方案桥型布置图选定方案构造图上部结构预应力钢筋布置图普通钢筋布置图下部结构构造图施工方案图2. 主要参考资料（1）王承礼、徐名枢，铁路桥梁，中国铁道出版社，1990年（2）裘伯永、盛兴

5、旺、乔建东、文雨松等，桥梁工程，中国铁道出版社，2001年（3）张士铎，桥梁设计理论，人民交通出版社，1984年（4）范立础，预应力钢筋混凝土连续梁，人民交通出版社，1985年（5）范立础，桥梁工程，人民交通出版社，1997年（6）姚铃森，桥梁工程，人民交通出版社，1984年（7）万国朝译，现代混凝土公路桥设计，人民交通出版社，1983年（8）雷俊卿，桥梁悬臂施工与设计，人民交通出版社，1999年（9）石洞，桥梁结构电算，同济大学出版社，1987年 (10)铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005） (11)铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）

6、 (12)铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 (13)铁路桥涵施工规范（TB10203-2002） (14)高速铁路设计规范（试行）（TB10621-2009） (15)铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005）（16）丁皓江，弹性和塑性力学中的有限单元法3. 毕业论文（设计）进度安排阶段阶 段 内 容时间（周）1桥式方案比选及工程量计算1.52箱梁桥结构尺寸优化1.03 施工方案拟定 0.54 施工及成桥阶段结构内力计算1.55 预应力钢筋配置及施工及成桥阶段应力、位移检算 1.56普通钢筋配置 1.07绘制设计图并编写设计说明书4.08毕业设计答辩1.0指导教师（签名） 时间

7、：_系(所)主任(签名) 时间： 主管院长（签名） 时间：_中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（一）指导教师评语 建议成绩 指导教师 _年_月_日中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（二）论文（设计）评阅人评语 论文（设计） 建议成绩 评阅人 _年_月_日中 南 大 学毕业论文（设计）成绩评定表（三）答辩记录及意见 答辩成绩：_ 答辩委员会（小组）负责人_ _年_月_日学院领导小组审查意见： 成绩评定 负责人 _年_月_日目 录摘 要IIIABSTRACTIV第1章 基本资料11.1 基本资料11.1.1飞云江河床断面图及地质剖面图11.1.2 水文资料及通航要求11.1.3 线路资

8、料和车道11.1.4 设计荷载11.2 设计依据和要求21.2.1 设计依据21.2.2 设计要求2第2章 桥式方案比选42.1 方案提出2.1.1 方案比选的意义及任务42.1.2 桥梁设计及方案比选的原则42.2 桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥52.2.1 体系特点52.2.2 桥型布置52.2.3 上部结构尺寸拟定62.2.4 下部结构设计82.2.5 材料选用92.2.6 施工方案拟定102.3 桥式方案二：下承式钢管混凝土拱桥122.3.1 体系特点122.3.2 上部结构132.3.3 下部结构142.4 桥式方案三：双塔斜拉桥2.4 施工方案拟定142.5 方案比选14第3章

9、主梁内力计算153.1 计算内容及使用程序简介153.2 结构计算模型153.3 施工阶段模拟163.4 荷载信息及工况组合173.4.1 荷载信息173.4.2 材料信息183.4.3 工况组合183.5 施工阶段内力计算193.6 施工成桥内力计算203.6.1 一期恒载内力203.6.2 二期恒载内力203.6.3 温度次内力213.6.4 支座沉降次内力213.6.5 收缩、徐变内力223.6.6 活载内力233.6.7 施工成桥组合内力（内力组合包络图）23第4章 纵向预应力估索计算264.1 配筋估算信息264.2 估索原理264.2.1 估索的概念264.2.2 按弹性阶段的极限

10、状态（正常使用极限状态）的应力要求估索264.2.3 按破坏阶段的极限状态（承载能力极限状态）的应力要求估索294.3 估索结果294.4 预应力筋的布置314.4.1 布索原则314.4.2 钢束布置324.5 预应力锚具的选择与布置33第5章 主梁结构验算345.1 概述345.2 验算标准345.3 配束后主力内力图355.3.1 收缩、徐变内力355.3.2 恒载和预应力内力355.4 强度验算365.4.1 基本理论365.4.2 验算结果365.5 应力验算375.5.1 施工阶段应力验算375.5.2 使用阶段应力验算395.5.3 钢筋应力验算415.6 刚度验算与预拱度设置4

11、25.6.1 活载作用下的挠度与转角425.6.2 恒载挠度及预拱度设置435.7 支座反力汇总44第6章 工程量统计45结束语46参考文献47附录1：设计图纸（目录）48附录2：英文原文及翻译49摘 要 本文根据岩寨水库大桥的桥址情况和设计要求，拟定出预应力混凝土连续梁桥（58m+92m+58m）、中承式钢管混凝土拱桥（56m+160m+56m)、双塔斜拉桥(60m+160m+60m)三个方案进行比选。本着安全、经济、实用、美观的原则，确定预应力混凝土连续梁桥为最优方案，该桥总长208m，为58m+92m+58m三跨桥梁。本连续梁桥的设计主要包括结构尺寸拟定；预应力钢筋的估算与配置；主梁强度

12、、应力和刚度的检算三个部分。尺寸拟定参考以往成桥经验进行，并要满足规范规定的结构构造等要求；施工方案设计，预应力钢筋按照施工成桥工况进行估算，并根据实际施工工况进行调整；主梁结构的验算包括破坏阶段的强度验算和弹性阶段的应力、抗裂性、变形验算，均应满足规范要求。本设计不对桥墩、桩基础进行配筋和验算。在整个设计过程中，主梁部分的计算采用有限元分析软件Dr.Bridge3.0完成。关键词：方案比选；预应力混凝土连续梁桥；中承式钢管混凝土拱桥；斜拉桥；悬臂施工；验算AbstractIn this paper, according to the Rock Village Reservoir Bridge

13、 to the bridge site and the design requirements, prestressed concrete continuous beam bridge(58m+ 92m+58m), half-through CFST arch bridge(56m+160m+56m), double Towers cable- stayed bridge(60m+160m+60m) three plans were compared. In a safe, economic, practical, aesthetic principles, prestressed concr

14、ete continuous beam bridge to determine the optimal scheme, the bridge length of 208m,58m+92m+58m for the three-span bridge.The design of continuous beam bridge include dimensions decision of the whole structure, estimation and layout of the prestressed reinforcement, checking computations of streng

15、th, stress and rigidity of the main beam, and checking computation of the infrastructure. Referred to former experience, dimensions decision should meet the structural standard demand. The prestressed reinforcement system is estimated according to the building construction status, and adjusted accor

16、ding to the building-by-steps construction status. The checking computations of main beam include strength at failure stage, stress, crack resistance and deformation at elastic stage. In this paper, prestressed reinforcement design and checking computation of piers and piles are not considered. In t

17、he whole process of design, the calculation of main beam is carried out by the finite element analysis software Dr.Bridge3.0.Key Words: schemes comparison; prestressed concrete continuous beam bridge; half-through CFST arch bridge; cable- stayed bridge; cantilever construction; checking calculation第

18、1章 基本资料1.1 基本资料1.1.1巴拉河河床断面图及地质剖面图岩寨水库大桥位于台江县革一乡排生村境内，桥址处位于岩寨水库库区，水库原名为巴拉河，2009年下旬开始下闸蓄水，水库正常蓄水位为613m，河面宽度约为240m，水流较平缓，径向自南向北，线路与其夹角为80，下游约5km处为岩寨水电站大坝。如图1-1所示：图1-1 巴拉河河床断面和地质剖面图1.1.2 水文资料及通航要求巴拉河河道总长216km，流域面积1376km2。本流域径流由降水形成，径流与降水的时空基本相应，平均流量11.35m3/s，平均径流总量3.566亿m3。年内分配不均，510月径流量占全年径流量的75%；最小流量

19、一般发生在12月 次年1月。本桥位于深山区，沟谷纵横，本桥通航标准为级航道。本桥处于巴拉河中下游，岩寨水电站上游，距离水库大坝5km，施工受到冬季蓄水、春季发电放水、雨季洪水的三重影响：即冬季为了保持库容，岩寨水电站从10月下旬开始下闸蓄水，一直到次年3月份，在此期间，水位标高保持在正常蓄水位613m（水位标准是浙江省丽水市水利水电勘测设计研究院制定）；每年春季3月份开闸放水发电，一直到10月；雨季（从5月到10月）受巴拉河上游的降水、泄洪和发电放水的相互影响，最高洪水位达到:H1%=613.92m，Q1%=3190m3/s,V1%=0.51m/s；泄洪后死水位达到：590.0m,水位高差达2

20、3m多，水位高度及变化成了桩基、承台、垫块和墩身施工的严重制约因素。水库水位变化情况如表1-1所示： 表1-1 水位变化情况 项目冬季蓄水10月次年3月最高洪水位5月10月泄洪死水位最新水位（2012.3.20）施工水位 水位（m） 613.0 613.9 590.0606.0613.01.1.3 线路资料和车道本设计线路为客专线，平面线型为直线，在纵坡的设置上采用直线坡，不设横坡，为双线铁路。1.1.4 设计荷载（1）恒载：粱体自重26.5kN/m3计； 双线二期恒载按184kN/m计； 不均匀沉降取5cm。（2） 活载：ZK活载。（3） 列车竖向动力：桥跨结构考虑列车活载动力作用时，应将静

21、活载所产 生的竖向效应（弯矩和剪力）乘以动力系数。 （4) 横向摇摆力取100 kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平方向垂直线路中线作用于钢轨顶面。（5) 风力：按铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)办理。（6）温度变化影响力：日照温差按顶板升温10度考虑。 （7）荷载组合：按可能的最不利组合情况进行计算。 组合（主）：自重二期恒载预加力+收缩徐变+支座沉降+列车活载 组合（主+附）：自重二期恒载预加力+收缩徐变+支座沉降+列车活载+温度变化 1.2 设计依据和要求1.2.1 设计依据1）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）2） 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力

22、混凝土结构设计规范（TB10002.3-2005）3）铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定4）铁路桥涵施工规范（TB10203-2002）5）高速铁路设计规范（试行）（TB10621-2009）6）铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005）1.2.2 设计要求 （1）编写设计说明书，内容包括 1）中英文摘要 2）桥式方案比选、工程量估算、基本尺寸探讨、施工方案确定 3）选定桥式的内力及变形分析结果 4）编制预应力估索程序并校核估算预应力钢筋，进行截面预应力钢筋的布置 5）根据配筋结果，对结构进行全面成桥、施工应力检算 6）根据配筋结果，进行正常使用极限状态的截面校核。 7）设计分析

23、并检算一个主跨的下部结构（要求采用推荐方案） 8）中英文文献翻译 （2）设计图纸 1）各桥式方案桥型布置图 2）选定方案构造图 3）上部结构预应力钢筋布置图 4）普通钢筋布置图 5）下部结构构造图 6）施工方案图第2章 桥式方案比选2.1 方案提出2.1.1 方案比选的意义及任务随着桥梁理论的不断成熟，对桥梁设计的要求不断提高。在桥梁设计中，要求桥梁经济适用、安全舒适、外形美观、技术合理。对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会做出基于基本要求的多种不同设计方案，只有通过使用、技术、经济等方面的综合比较才能得到最优的设计方案。桥型方案比选是初步设计的工作重点，它对以后的设计工作起着至关重要的

24、作用。一个好的桥梁设计方案可以节约造价、缩短工期。在桥型方案比选中，首先要把握的是四项主要标准：安全、经济、功能与美观。其中以安全与经济最为重要；以往的设计往往对桥梁功能重视度不够；现在由于各种交通量的发展，需要重视桥下净空与行车舒适性；至于桥梁美观，要视经济性而定。因此根据地形地质、水文和河段特征等条件，本着技术先进、安全可靠、适用耐久、经济合理的原则，选择合理的设计方案有重大的意义。桥式方案比选主要有三项任务：拟定桥梁图式；编制桥式方案；桥梁技术经济比较和最优方案的选定。2.1.2 方案比选的原则（1）适用性修建桥梁的目的在于交通运输，因此适用性极为重要。桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并

25、应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁要保证使用年限，并便于检查和维修。（2）安全性桥梁的安全至关重要，它要求整个桥跨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。设计应考虑各种可能的不利因素，特别是施工的条件等，保证足够的安全系数，确保安全。（3）舒适性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的属相与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。（4）经济性桥梁方案设计中，设计的经济性是首要考虑的因素。设计必须经过技术经济比较，使桥梁在建造时消耗的材料、工期和劳动力尽量少，在使用期间的养护、维修费用尽量少。（5）美观性在

26、使用、安全和经济的前提下，尽可能使桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调。2.1.3 待选桥式方案在对本桥的设计中，通过对基本资料的分析，初步确定下面三种桥式方案进行比选： 桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥 桥式方案二：中承式钢管混凝土拱桥 桥式方案三：双塔斜拉桥2.2 桥式方案一：预应力混凝土连续梁桥2.2.1 体系特点预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、刚度大、强度高、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强、抗裂性能好等而成为最富竞争力的桥型之一。由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩很大幅度减小，跨越能力强，但该超静定结构受温度变化、混凝土收缩徐变、地基不均匀沉降影响显著

27、，对地基要求高，适应于中等以上跨径桥梁。2.2.2 桥型布置连续梁桥跨径的布置一般采用变截面不等跨的形式，边跨跨径取中跨的0.5 0.8，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若边跨过长，会削弱边跨的刚度，将增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值，增加预应力束筋数量；若边跨过短，边跨桥台支座将会产生负反力，支座与桥台必须采用相应抗拔措施或边梁压重来解决。另外，对悬臂法施工的连续梁，为减小支架及现浇段长度，边跨长度以取不超过中跨长度的0.65倍为宜。本方案中主桥全长208m，设计成58m+92m+58m三跨预应力混凝土连续梁桥（如图2-1所示），边跨与主跨的跨径之比为0.63。图2-1 预应力混凝土连续梁桥方案全桥布置图2.2.3 上部结构尺寸拟定（1）梁高从预应力混凝土连续梁桥的受力特点来分析，连续梁的立面宜采用变高度的方式进行布置。连续梁桥在恒载、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律。同时，采用悬臂法施工的连续梁，变高度梁又与施工的内力状态相吻合。另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。特别是跨度超越60m的大、中跨度连续梁桥，采用变高度布置是十分经济的。 本方