4×30m简支转连续箱梁毕业设计.doc

《4×30m简支转连续箱梁毕业设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4×30m简支转连续箱梁毕业设计.doc（65页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、摘要 预应力混凝土连续箱梁桥结构刚度大，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车，连续梁在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩，对跨中正弯矩有卸载作用，其弯矩分布较合理。目前在公路桥梁工程中应用非常广泛。 本设计主梁就选用了预应力混凝土连续箱梁，完成了营双高速公路马跑沟河大桥430 m连续箱梁桥的设计。大桥正跨马跑沟河，为“U”字形河谷，工程地质分区属于冲洪积平原地址区，桥址位于管子沟河道及两岸，河道两岸地势较为开阔。在本次设计中，首先进行了桥址资料和设计标准的阐述，然后确定了预应力混凝土连续箱梁桥为本设计采用的方案，就其进行了结构设计，设计的主要内容有：拟定截面尺寸；计算控制截面的设计

2、内力及其相应的组合值；估算预应力钢筋的数量并对其进行布置，边跨采用42根15.2的预应力钢绞线，N1每束6根，N2、N3、N4每束5根。在中跨跨中采用38根钢绞线，N1、N2、N3每束5根，N4每束4根；计算主梁截面的几何特征值；承载能力极限状态验算和正常使用极限状态验算；正常使用极限状态下构件抗裂性及变形验算；持久状态下和短暂状态下构件截面应力验算。经检算，设计的桥梁结构安全，合理，并满足现行规范的要求。关键词：预应力、连续箱梁、方案比选Abstract Prestressed concrete continuous box girder bridge structure stiffness

3、, good dynamic performance, deformation of main girder deflection curve is gentle, high speed driving, continuous beam bridge under live load, because the girder continuous generation of negative bending moment of the supporting point, the span is bending moment unloading effect, and the bending mom

4、ent distribution more reasonable. At present, in the road and Bridge Engineering in a wide range of applications. The design of main girder with prestressed concrete continuous box girder, completed the design of 430m continuous box beam bridge over the Mapaogou river from the YingShuang freeway.The

5、 bridge is to mount the Mapaogou river, U shaped Valley, engineering geological zoning belongs to the alluvial plain of address area, bridge is located at River and cross pipe ditch, river more open terrain. In this design, the first such material and design standard paper, and then determined the p

6、restressed concrete continuous box girder bridge for this design USES the scheme, the structure design, the design of the main content: formulation of section size calculation control section; the force and its combination value; estimation of prestressed reinforcement quantity and its layout, side

7、span with 42root diameter 15.2prestressed steel strand, N1 each bundle of 6 root, N2, N3, N4each bundle of5root. In the span of 38steel strand, N1, N2, N3each beam5, N4 each bundle of 4 root; calculation of girder section geometric characteristic value; normal section and inclined section bearing ca

8、pacity checking; normal limit condition of crack resistance and deformation calculation; persistent state and transient state under the section stress calculation. By calculating, design of bridge structure safety, reasonable, and meet the current specification.Keywords: prestressed concrete, contin

9、uous box girder, scheme comparison and selection 目录一、 桥址资料6（一） 水文地质资料6（二） 主要设计标准6（三） 主要材料7（四） 桥面铺装7（五） 施工方式7二、 主梁结构细部尺寸拟定7（一） 梁高7（二） 底板厚度7（三） 顶板厚度8（四） 腹板厚度8（五） 翼板厚度8（六） 横隔板8三、 主梁内力计算8（一） 有限元模型的建立81. 采用迈达斯软件建立的有限元模型82. 控制截面几何特性9（二） 主梁恒载内力计算91. 一期荷载计算92. 二期荷载计算103. 结构组定义及约束条件104. 各施工阶段梁的内力图及各控制截面内力11（

10、三） 主梁活载内力计算141. 冲击系数计算142. 折减系数取值153. 荷载横向分布系数计算154. 活载内力计算19（四） 支座沉降及温度引起的内力计算291. 支座沉降292. 温度变化引起的内力计算30（五） 作用效应组合311. 基本组合312. 偶然组合323. 正常使用极限状态短期效应内力组合334. 正常使用极限状态长期效应内力组合34四、 预应力钢筋估算及布置35（一） 预应力筋估算方法351. 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数352. 按正常使用极限状态界面压应力要求估算36（二）预应力筋估算371. 截面特性值372. 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算

11、要求估算钢束数383. 按正常使用极限状态界面压应力要求估算钢束数384. 估算结果39（三） 主梁截面特性值计算401. 边跨支点截面几何特性计算402. 边跨1/4截面几何特性计算413. 边跨跨中截面几何特性计算414. 中跨支点截面几何特性值计算425. 中跨1/4截面几何特性计算426. 中跨跨中截面几何特性计算43五、 主梁验算44（一） 承载能力极限状态验算441.正截面抗弯承载能力检算44 2. 斜截面抗剪承载能力检算45（二）正常使用极限状态验算461. 正截面抗裂验算462. 斜截面抗裂验算48（三） 应力验算481. 正截面混凝土压应力验算482. 预应力钢筋的拉应力验算

12、503. 混凝土主压应力验算51（四） 可变荷载作用下主梁挠度验算54 小结1 致谢2 参考文献3 英文文献4一、 桥址资料（一） 水文地质资料 拟建大桥正跨马跑沟河，为“U”字形河谷，工程地质分区属于冲洪积平原地址区，桥址位于管子沟河道及两岸，河道两岸地势较为开阔。地形较为平坦，河道沟道较深，海拔高程17281751m左右，相对高差23m。沟宽约180m。设计流量978,河床平时干涸无水，只有在暴雨季节有短暂性洪水。桥梁跨径设置依地形控制，不受流量制约。桥址区地层岩性较为简单，主要有第四系冲洪积粉细砂、黄土、角砾。沟底出露角砾层（稍湿，青灰色，中密多呈棱角、片状，骨料成分以变质砂岩、板岩碎屑

13、为主）。冲沟两岸出露冲洪积粉细砂（浅黄色，稍湿，中密，具有层理，多与黄土以互层形式出现），冲洪积黄土（浅黄色，硬塑-坚硬，土质不均匀，多与粉细砂以互层形式出现）。（二） 主要设计标准1. 设计荷载：公路级；2. 设计洪水频率：1/100。3. 桥面宽：50+1075+75+50+75+1075+50=1200+50+1200=2450cm。4. 设计车道：单幅4车道。5. 地震烈度：地震动峰值加速度0.20g，对应地震烈度为7度。6. 桥面横坡：双向 2%横坡。7. 桥面纵坡：0%。（三） 主要材料1. 混凝土：预制主梁、端横梁、跨中横隔板、中横梁、桥面现浇层混凝土均采用C50；桥面铺装采用沥

14、青混凝土。2. 普通钢筋：普通钢筋采用R235和HRB335钢筋，凡钢筋直径者，采用HRB335热轧带肋钢；凡钢筋直径者，采用R235钢。3. 预应力钢筋：预应力钢绞线采用抗拉强度标准值、公称直径的低松弛高强度钢绞线。（四） 桥面铺装 采用8厚C50混凝土桥面现浇层和10厚沥青混凝土防水层。（五） 施工方式 简支转连续施工法。二、 主梁结构细部尺寸拟定（一） 梁高 预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/151/25之间，而跨中梁高与主跨之比一般为1/401/50之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显

15、著节省预应力钢束用量。连续梁在支点和跨中的梁估算值：等高度梁： H=（）L，常用H=（）L。变高度（曲线）梁：支点处：H=（）L，跨中H=（）L。变高度（直线）梁：支点处：H=（）L，跨中H=（）L。 而此设计采用等高度的箱梁，取梁高为160cm，高跨比,满足要求。（二） 底板厚度 简支转连续施工的连续梁桥跨中正弯矩较大，因此底板不宜过厚；同时支点处也存在负弯矩，需要底板有一定的厚度来提供受压面积。从而底板厚度在在跨内大部分区域设为18cm，在支点附近处设为25cm。即底板从距支点220cm处至距支点50cm处逐渐加厚至25cm，在距支点50cm处至支点厚度25cm。（三） 顶板厚度 确定箱形

16、截面顶板厚度通常主要考虑两个因素：桥面板横向弯矩的受力要求和布置纵向预应力束和横向受力钢筋的构造要求。根据以上要求确定箱梁顶板厚度18cm。（四） 腹板厚度 箱形截面梁一般由两块以上腹板组成，每一块腹板的最小厚度必须满足结构构造及施工中浇筑混凝土的要求，再兼顾考虑连续梁变化规律，腹板宽度除在支点附近区域加宽为25cm外，其余均为18cm。即腹板从距支点220cm处至距支点50cm处逐渐加厚至25cm，在距支点50cm处至支点厚度25cm。（五） 翼板厚度 根据翼板悬臂长度大小，确定翼板根部厚度为25cm，端部厚度为18cm。（六） 横隔板横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限

17、制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，因此横隔板厚设为20cm。边梁在支点处、距支点3.5m处、跨中处设置横隔板，一共五道；中梁在支点处、距跨中3.5m处、跨中处设置横隔板。三、 主梁内力计算（一） 有限元模型的建立1. 采用迈达斯软件建立的有限元模型 采用迈达斯软件建立的有限元模型，如图3-1所示。为了简化计算和便于分析，所以按一片中梁建立模型，其中以桥梁轴线为x方向，沿x轴在平面内逆时针旋转90为y轴，z轴与x轴和y轴所成平面垂直，方向向上。一共建立97个节点，96个单元，每一跨24个单元。图3-1迈达斯有限

18、元模型2. 控制截面几何特性 支点至距支点0.7m处： 截面面积： 抗扭惯矩： 抗弯惯矩： 截面中心： z=0.916m距支点0.7m处至距支点2.2m处截面呈一次线性变化，其中距支点0.7m处截面几何特性值： 截面面积： 抗扭惯矩： 抗弯惯矩： 截面中心： z=0.916m距支点2.2m处： 截面面积： 抗扭惯矩： 抗弯惯矩： 截面中心： z=0.942m 距支点2.2m处至跨中： 截面面积： 抗扭惯矩： 抗弯惯矩： 截面中心： z=0.942m（二） 主梁恒载内力计算1. 一期荷载计算 一期荷载（自重）包括梁的自重，横隔梁及堵头板的自重。（1） 每延米梁重 g=1.2892633.52（2

19、） 横隔梁重 本设计每片梁均有3片横隔梁，在端部也有堵头板，也按横隔梁处理，故每片梁有5片横隔梁，均按集中荷载考虑。 横隔梁面积： A=（0.358+0.358+0.342）1.42-0.0770.2-（0.5+0.5+0.4）0.2 =1.207 横隔梁重: F=1.2070.226=6.282. 二期荷载计算 二期荷载包括10cm厚沥青混凝土防水层（容重24 kN/m3），8cm后C50混凝土现浇层，18cm厚横向湿接缝（容重26 kN/m3），以及防撞护栏与波形梁护栏。桥面铺装：2.40.0826=4.992 2.40.124=5.76湿接缝： 0.50.1826=2.34 栏杆： 14

20、24=1.75 二期荷载集度g=4.992+5.76+2.34+1.75=14.842，为了保证安全，取g为15.3. 结构组定义及约束条件本设计建立了两个结构组，一个结构组为简支阶段，包含1至23单元，26至47单元，50至71单元，74至96单元；另一个结构组为连续阶段，包含24，25，48，49，72，73单元。由于本桥是先简支阶段，后连续阶段施工的，所以在简支阶段，相应的节点处设置临时支座，在连续阶段，相应节点处设置永久支座。节点与支座对应关系如表3-2所示。表3-1节点与支座对应表节点DxDyDzRxRyRz支座类型1011101永久支座2111101临时支座24011101临时支座

21、25111101永久支座26111101临时支座48011101临时支座49011101永久支座50111101临时支座72011101临时支座73011101永久支座74111101临时支座96011101临时支座97011101永久支座其中Dx，Dy,Dz表示支座的位移约束，Rx，Ry，Rz表示支座的转角约束，1表示约束，0表示自由。4. 各施工阶段梁的内力图及各控制截面内力（1） 简支阶段 第一施工阶段为预制主梁，待混凝上达到设计强度100%后张拉正弯矩区预应力钢束，并压注水泥浆，再将各跨预制箱梁安装就位，形成由临时支座支承的简支梁状态。弯矩和剪力图详见图3-2。各控制截面内力详见表3-

22、3。 图3-2 简支阶段弯矩、剪力图剪力弯矩剪力弯矩边跨左端部00中跨左端部-497.090边跨1/4处-261.082644.21中跨1/4处-254.612623.06边跨1/2处2.923633.98中跨1/2处3.123589.70边跨3/4处260.652647.44中跨3/4处254.572623.37边跨右端部489.8398.67中跨右端部497.050 表3-2 简支阶段各控制截面内力（2） 合龙阶段在此阶段浇筑各梁之间的连续段接头形成四跨连续梁。弯矩和剪力图详见图3-3，各控制截面内力详见表3-4。 图3-3合龙阶段弯矩、剪力图表3-3合龙阶段各控制截面内力剪力弯矩剪力弯矩

23、边跨左端部00中跨左端部0.014.27边跨1/4处-261.082644.16中跨1/4处-254.612622.97边跨1/2处2.933633.90中跨1/2处3.123589.61边跨3/4处260.662647.34中跨3/4处254.572623.28边跨右端部-0.014.27中跨右端部04.30（3） 体系转换阶段 拆除全桥的临时支座，主梁支承在永久支座上，完成体系转换，最终形成四跨连续梁。弯矩和剪力图详见图3-4，各控制截面内力详见表3-5。图3-4 体系转换阶段弯矩、剪力图表3-4 体系转换阶段各控制截面内力剪力弯矩剪力弯矩边跨左端部-510.140中跨左端部-518.27

24、-321.62边跨1/4处-250.112822.43中跨1/4处-258.232581.56边跨1/2处13.903729.85中跨1/2处-0.513575.39边跨3/4处271.632660.98中跨3/4处250.942636.24边跨右端部518.27-321.62中跨右端部-511.02-212.85（4）成桥阶段 进行防护栏及桥面铺装施工。弯矩和剪力图详见图3-5，各控制截面内力详见表3-6。 图3-5成桥阶段弯矩、剪力图表3-5成桥阶段各控制截面内力剪力弯矩剪力弯矩边跨左端部-686.780中跨左端部-759.25-1772.29边跨1/4处-314.253725.39中跨1

25、/4处-386.722516.39边跨1/2处62.264692.02中跨1/2处-16.494051.96边跨3/4处432.492838.6中跨3/4处347.462810.81边跨右端部759.25-1772.29中跨右端部-720.04-1184.04（三） 主梁活载内力计算1. 冲击系数计算 根据公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004中4.3.2的规定，适用于连续梁的结构基频计算公式如下： 对于本设计： 冲击系数（适用于）则： 用于正弯矩效应和剪力效应： 用于负弯矩效应：2. 折减系数取值 车道折减系数按桥规三车道的车道折减系数为:0.783. 荷载横向分布系数计算 考虑到本设

26、计相邻两片主梁的结合处可以承受弯矩，可以用刚接梁法计算荷载横向分布系数；另外本桥主梁之间具有可靠横向连接，且宽跨比，故本桥也可采用修正刚性横梁法计算荷载横向分布系数；在支点处采用杠杆法。（1） 刚接梁法 箱梁截面形式如图3-6（a）所示，为了计算方便，将截面简化为图3-7-（a）所示， 简化后上翼板平均厚度： cm 为保证安全取19cm 截面形心与主梁上缘距离： 截面惯性矩： （a） （b） （c）图3-6截面简图 主梁的截面抗扭惯矩按公式： 计算。 在本设计中，如图3-6（c）所示： 148.6cm，=82cm，=146cm，=19cm，=t=18cm 故=0.372 主梁的抗弯刚度与抗扭刚

27、度比例参数 主梁与桥面板的抗弯刚度比例参数在，和0.04之间，查表，根据内插法求，结果见表3-6表3-6 刚接箱梁桥荷载横向分布影响线梁号P1位置123410.0000.0340.3150.2720.2280.18520.0000.0340.2720.2570.2430.228 影响线最不利加载 由于本设计设计荷载为公路一级，只有汽车荷载，没有人群荷载和挂车荷载，按规定横向布置三辆车，加载图式如图3-9。 一号梁影响线 二号梁影响线 图3-7 刚接梁法加载图示及影响线 对于一号梁：对于二号梁：（2） 修正刚性横梁法 本桥单幅梁数n=4，梁间距2.9m，则 抗扭修正系数1号梁横向影响线竖标值：

28、2号梁横向影响线竖标值： 影响线最不利加载按跟刚接梁法一样的方式，按照规范进行最不利加载，加载图式及梁的影响线如图3-8所示。 一号梁影响线 一号梁影响线 图3-8 刚性横梁法加载图示及影响线 对于一号梁： 对于二号梁：（3） 杠杆法 在支点处，忽略主梁之间横向结构的联系作用，用杠杆法计算荷载横向分布系数。其加载图示及影响线如图3-9所示。 一号梁影响线 三号梁影响线 图3-9 杠杆法加载图示及影响线 对于一号梁：对于三号梁：（4）荷载横向分布系数的最终取值为了安全考虑，最终在跨中取计算结果较大的修正刚性横梁法的计算数据，在支点取杠杆法的计算数据。结果如表3-7所示。表3-7 荷载横向分布系数

29、取值表梁号1234跨中0.8290.7760.7760.829支点0.822110.8224. 活载内力计算（1） 主梁最大活载内力计算公式 计算公式主梁活载横向分布系数确定之后，将活载乘以相应横向分布系数后，在主梁内力影响线上最不利布载，可求得主梁最大活载内力，计算公式如式3-1: （3-1） 式（3-1）中：主梁最大活载内力(弯矩或剪力)； （1+）汽车荷载冲击系数； 车道折减系数，本桥为0.78； 荷载横向分布系数； 汽车轴重； 主梁内力影响线的竖标值。（2） 车道荷载选取 计算图式见下图。其中, 图3-10 车道荷载计算图式（3） 各控制截面的弯矩、剪力影响线及最不利加载 图3-11

30、边跨左端点的剪力影响线及最大最小布载 图3-12 边跨左变化点截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-13 边跨左变化点截面的剪力影响线最大最小布载 图3-14 边跨1/4截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-15 边跨1/4截面的剪力影响线及最大最小布载 图3-16 边跨跨中截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-17 边跨跨中截面的剪力影响线及最大最小布载 图3-18 边跨3/4截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-19 边跨3/4截面的剪力影响线最大最小布载 图3-20 边跨右变化点截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-21 边跨右变化点截面的剪力影响线及最大最小布载 图3-22 中跨左端点

31、的弯矩影响线及最大最小布载 图3-23 中跨左端点的剪力影响线及最大最小布载 图3-24 中跨左变化点截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-25 中跨左变化点截面的剪力影响线及最大最小布载 图3-26 中跨1/4截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-27 中跨1/4截面的剪力影响线及最大最小布载 图3-28 中跨跨中截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-29 中跨跨中截面的剪力影响线及最大最小布载 图3-30 中跨3/4截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-31 中跨3/4截面的剪力影响线及最大最小布载 图3-32 中跨右变化点截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-33 中跨右变化点截面的剪力

32、影响线及最大最小布载 图3-34 中跨右端点截面的弯矩影响线及最大最小布载 图3-35 中跨右端点截面的剪力影响线及最大最小布载（4） 控制截面内力值 表3-8控制截面内力值截面位置剪力 弯矩 最大值最小值最大值最小值左端部48.64-532.1100变化点48.70-518.38230.02-21.841/4边跨截面150.12-340.652458.54-327.63边跨跨中截面298.50-185.222908.37-655.263/4边跨截面451.25-71.951703.73-982.88变化点584.62-12.73336.86-2030.95中跨左端点63.87-587.063

33、41.22-2242.52变化点63.91-576.86314.40-2119.381/4中跨截面116.09-424.811623.21-1182.06中跨跨中跨截面254.55-262.092465.56-829.033/4中跨截面417.10-125.921686.10-981.24变化点566.24-86.64608.42-1825.75中跨右端点86.63-576.12631.02-1940.02（四） 支座沉降及温度引起的内力计算1. 支座沉降 本桥支座不均匀沉降5mm。支座不均匀沉降引起的内力变化如图3-36，3-37所示，各控制截面内力如表3-8所示。 图3-36 支座沉降引起

34、的最大弯矩、剪力图 图3-37 支座沉降引起的最小弯矩、内力剪力图 表3-9支座沉降引起的各控制截面内力截面位置剪力弯矩最大值最小值最大值最小值左端部 10.41-10.4100变化点 10.41 -10.41 5.20 -5.201/4边跨截面 10.41 -10.41 78.06 -78.06边跨跨中截面10.41 -10.41 156.13 -156.133/4边跨截面10.41-10.41 234.09 -234.49 变化点10.41-10.41307.05-307.05中跨左端点22.89 -22.89312.25-312.25变化点22.89-22.89300.81-300.81

35、1/4中跨截面22.89-22.89154.49-154.49中跨跨中截面22.89-22.89 113.48-113.483/4中跨截面22.89-22.89208.76-208.76变化点22.89-22.89362.94-362.94中跨右端点22.89-22.89374.38-374.382. 温度变化引起的内力计算 在本设计中，温度变化引起的内力由软件计算得出，其中梁截面初始温度5.2C，竖向日照正温差计算的温度基数，。图3-38 温度此内力引起的弯矩、剪力图表3-10 温度次内力引起的各控制截面内力图截面位置剪力 弯矩 截面位置剪力 弯矩 左端部-8.800中跨左端点2.91263

36、.85变化点-8.804.40变化点2.91262.401/4边跨截面-8.8065.961/4中跨截面2.91242.05边跨跨中截面-8.80131.93中跨跨跨中截面2.91220.253/4边跨截面-8.80197.893/4中跨截面2.91198.44变化点-8.80259.45变化点2.91178.10边跨右端点2.91263.85中跨右端点-2.91176.64（五） 作用效应组合公路桥涵结构按承载能力极限状态设定时，应采用以下两种作用效应组合：1. 基本组合永久作用的设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其效应组合表达式为： （3-2）公式内参数含义详见公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.1.6。 对于本设计进行基本组合计算时，相应的荷载组合为： 基本组合=1.2一期恒载+1.2二期恒载+1.4移动荷载+0.5沉降组合+1.12温度荷载 表3-11 基本组合各控制截面内力值截面位置剪力 弯矩 最大值最小值最大值最小值左端部-760.69-1584.1500变化点-723.00-1527.32732.61374.791/4边跨截面-171.58-869.068025.334046.64边跨跨中截面487.96-199.659927.974782.763/4边跨截面1146.09403.206130.