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西南交通大学本科毕业设计公路115m+2×185m+115m矮塔斜拉桥设计年级2007级学号20070192姓名温作洋专业土木工程指导老师谢尚英二零一一年六月院系土木工程专业土木工程年级2007姓名赵鹏题目公路115m+2×185m+115m矮塔斜拉桥设计指导教师评语指导教师签章评阅人评语评阅人签章成绩答辩委员会主任签章年月日毕业设计(论文)任务书班级07土木6班学生姓名温作洋学号20060192专业土木工程发题日期2010年4月5日完成日期2010年6月10日题目公路115m+2×185m+115m矮塔斜拉桥设计题目类型工程设计
1、本论文的目的、意义最近几年里,随着我国基础建设的快速发展,对我国交通领域的要求也越来越高,这也促使了我国最近几年交通枢纽的不断发展现在大跨度桥梁的发展更是如火如荼,方兴未艾!尤其是斜拉桥,在经济、技术、使用要求等各方面越来越符合时代要求本毕业设计为公路矮塔斜拉桥在设计任务和老师的指导下应完成一座桥梁结构从最开始的桥跨布置到最后的各种检算等一系列工作本论文的目的是为了了解矮塔斜拉桥的特点、设计总体步骤、认识到矮塔斜拉桥的主要构件梁、索、塔的受力特点构造特点熟悉Midas里面的矮塔斜拉桥所有构造、步骤、建模、计算认识到部分斜拉索初始张拉力的确定方法合理分施工阶段以及合理成桥状态的概念了解恒载、活载、组合计算以及初步设计中的主要检算,同时还要完成主梁的预应力配束,以及对主梁和斜拉索的计算和检算本论文意义:通过毕业设计与毕业论文的写作对矮塔斜拉桥有一个全面的认识并对桥梁的设计过程有很大的了解本设计是对同学们大学四年所学知识的回顾和总结,以及为同学们将来踏上工作岗位奠定基础
2、学生应完成的任务1桥跨布置,结构尺寸拟定1根据所选题目要求的主跨跨度和边跨跨度完成桥跨布置工作;2结合____资料,在教师指导下初步拟定结构主要构件(塔、梁、索)的结构形式和主要尺寸2主要设计及计算工作1根据拟定的桥跨布置和主要结构尺寸对斜拉桥结构进行有限元建模分析;2对矮塔斜拉桥的主梁进行纵向预应力配束估算和布置(配束设计);3根据斜拉桥的合理成桥恒载状态和合施工状态需求初步确定出斜拉索的成桥索力;4由软件计算得到最终的结构内力和变形成果3主要设计验算工作1根据整体受力计算中主梁内力组合结果和配束情况对预应力混凝土梁进行正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计检算(包括构件的强度检算和抗裂性检算);2根据斜拉索的内力组合结果进行斜拉索的应力检算;3根据主梁变形计算结果进行主梁的刚度检算4图纸工作要求完成不少于16张A3幅面设计图包括桥跨布置、主梁一般构造、主梁纵向预应力构造、索塔构造、桥墩构造、斜拉索构造等5毕业实习报告6外文文献翻译
3、论文各部分内容及时间分配(共12周)第一部分进行文献资料收集、阅读;开始桥跨布置,外文文献翻译1周第二部分完成桥跨布置和主要构件尺寸拟定工作,斜拉桥整体建模分析1周第三部分矮塔斜拉桥分阶段施工计算模型的建立1周第四部分部分斜拉索的设计和索力的确定,纵向预应力钢筋的配束设计2周第五部分进行矮塔斜拉桥初步内力计算和内力组合,进行初步检算1周第六部分整理设计及计算成果,汇总最终检算成果,开始图纸绘制工作1周第七部分论文整理、图纸绘制工作1周第八部分完善论文写作和图纸绘制工作1周评阅及答辩2周备注指导教师年月日审批人年月日摘要斜拉桥是将桥面用许多拉索直接拉在桥塔上的一种桥梁,是由承压的塔,受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系斜拉桥是现在使用较多和较广的一种桥梁体系,其基本特点是结构轻,跨越能力大,形式美观,受力合理本设计为公路115m+2×185m+115m三塔四跨预应力混凝土单索面矮塔斜拉桥,在结构性能上,斜拉索仅仅分担部分荷载,还有相当部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受“部分斜拉”即源于斜拉索的斜拉程度矮塔斜拉桥的受力是以梁为主,索为辅,所以梁体高度介于梁式桥与斜拉桥之间,大约是同跨径梁式桥的1/2倍或斜拉桥的2倍本设计中主梁采用单箱三室的变截面形式,使用C50混凝土,桥面设计宽为
25.5m,桥面设2%的双向横坡,以便于横向排水设计荷载标准为公路-I级荷载桥塔采用独柱型桥塔,C40混凝土,总高
83.5,塔底尺寸为
2.2m×8m主墩采用薄壁墩,尺寸为8m×
14.19m斜拉索对称设置在桥面__分隔带处,每个索塔上对称连有24根斜拉索,共72根在设计之初,首先是进行各构件截面尺寸的拟定,在本设计中个截面尺寸的拟定是通过参考观音岩大桥设计的并且在Midas软件中建立斜拉桥的计算模型通过计算对斜拉桥的各个截面尺寸进行优化同时调整斜拉索的索力进行成桥下的内力组合计算接下来是斜拉桥分阶段施工计算模型的建立,通过这个过程去了解斜拉桥的施工方法和流程然后是矮塔斜拉桥预应力的设计,通过预应力的估数和调整是桥梁达到合理的工作状态最后是进行设计检算,根据整体受力计算中主梁内力组合结果和配束情况对预应力混凝土梁进行正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计检算根据斜拉索的内力组合结果进行斜拉索的应力检算根据主梁变形计算结果进行主梁的刚度检算关键词斜拉桥;矮塔斜拉桥;悬臂施工;设计检算AbstractCable-stayedbridgeisakindofbridgewhichattachesthebridgedeckwith__nycablestothebridgetowerdirectly.Itbelongstoastructuresystemconsistingofpress-bearingtowerspull-bearingcablesandbend-bearingbeams.Withbasicfeaturesoflightstructureconsiderablecross-abilitydignifiedformandproperload-carryingcapabilitycable-stayedbridgeisawidely-usedbridgesystem.Thisdesignisasingle-cable-planecable-stayedbridgeinahighwayformof115m+2×185m+115mtwintowersandfourspansprestress.Intermsofstructureandpropertiesthecablesonlyburdensomepartloadsomeconsiderablepartofre__inedloadisbornebythebeam’sbeingbentandsheared.Theso-called“partialcable-stayed”stemsfromthedegreeofcables.Theload-carryingcapabilityofpartiallycable-stayedbridge__inlyliesinbeamsthenoncables.Consequentlythebeamheightofpartiallycable-stayedbridgecomesbetweenBeanBridgeandCable-stayedBridgeitbeinghalfhigherthanBeamBridgeofthesamespanandtwi__higherthancable-stayedbridge.__ingirderinthisdesigntakestheformofvariablecross-sectioninthisthirdsingle-box-typewithapplicationofconcreteC
50.Thedeckdesignis
25.5mwide.A2%dualcross-slopeinthedeck__kesitconvenienttodrainagecrosswisely.Meanwhileforthesupportingloadofthisdesignitshouldbeinaccordan__with–Igradeloadstandardofahighway.Thebridgetowerissingle-cylindricalandis
81.5mhighconstructedbyconcreteC
40.Thesizeofthebottominbridgetoweris
2.2m×8m.The__inpierisinformofthin-wallpierwiththesizeof8m×
14.18m.Cablesaresetsymmetricallyineach__ntrallaneseparatorofthebridgedeck;meanwhile24symmetricalcablesaretiedtoeachbridgetowerwithatotalnumberof
72.Thesizeofcross-sectionineachcomponentpartshouldbefixedbywayofreferringtoGuanyinyanBridgebeforestartingthisdesign.Thenacalculationmodelofcable-stayedbridgecouldbeestablishedinMidasasoftware.Moreoveranoptimizationtoeachsizeofcross-sectioncouldalsobereachedbycalculationalongwiththeadjustmentsoffor__sincables.Thefinalstepwastoconductacombinedcalculationofin__ntrebeneaththebridge.Whenallthereverentcalculationshadbeendoneitwastimethatacalculationmodelinthepro__ssofstagedconstructionbebuiltwhichwouldactasatoolfordesignertoknowtheconstructionmethodsandpro__dure.Followingtheabovestepswasthedesignofprestressinthispartiallycable-stayedbridgebywhoseexpectancyandadjustmentsthebridgecouldreachanidealworkingcondition.Herecamethelaststeptoconcludethisworkthatisthechecksonthewholedesign.Firstlythecheckshouldfocusonprestressconcretegirder’sperfor__n__whenitwasnor__llyusedunderextremeconditionandwhenitssupportingcapacitywentthroughextremeone.Itmustbaseonthecoordinatingresultsof__inbeam’sinternalfor__sinthecourseofcalculatingglobalstress.Secondlythecheckonstressshoulddependonthecoordinatingresultsofinternalfor__sincables.Lastlythestiffnesscalculationinthisdesigncouldbereachedonthebasisofdefor__tionchecksinthe__inbeam.KeyWords:Cable-stayedBridge;Extra-dosedPrestressingConcreteBridge;CantileverConstruction;Designcalculation目录TOC\o1-3\h\z\u毕业设计(论文)任务书II摘要VAbstractVI第1章绪论
11.1斜拉桥结构概述
11.2连续梁和连续刚构的概述
21.3矮塔斜拉桥的定义和特点
41.4矮塔斜拉桥的发展概况
71.5矮塔斜拉桥的设计分析9矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径9矮塔斜拉桥的结构体系9设计分析方法
91.6本论文的主要工作
101.7设计任务书及基本质料11设计题目及分组11设计主要技术指标11主要设计参考规范11设计参考书目11主要设计内容要求11出图内容13论文工作14第2章桥型方案总体设计
152.1桥跨布置15主要设计技术指标15本桥设计参考规范、标准15桥跨布置过程16索塔控制尺寸的确定17主梁控制尺寸的确定18斜拉索的总体设计
202.2主要结构设计施工要点23主梁施工方法及注意事项23桥塔和桥墩施工25斜拉索施工26桥面铺装设计27第三章矮塔斜拉桥的整体受力计算
293.1Midas整体计算模型的建立
293.2模型的主要计算参数
313.3Midas分阶段计算模型的建立
343.4恒载状态计算结果36分阶段模型的施工阶段计算结果36分阶段模型的成桥恒载状态计算结果
383.5活载状态计算40汽车活载在Midas中的输入41主梁活载内力结果42斜拉索的活载内力
443.6内力组合46主梁的内力包络图47主梁的内力组合47斜拉索的内力和应力组合48第4章矮塔斜拉桥的主梁预应力筋设计
514.1矮塔斜拉桥的索力确定方法
514.2压弯构件预应力估算的原理和方法54按照正常使用极限状态的应力要求计算
544.3设计中的预应力估算结果
594.4体内预应力钢筋的布束结果59第五章矮塔斜拉桥的设计检算
625.1主梁检算62主梁正截面强度检算63主梁正截面抗裂性检算64主梁刚度检算
655.2斜拉索检算66斜拉索的组合应力检算66疲劳检算
675.3检算结论69第六章主要材料数量汇总70结论72致谢73主要____74附录一Midas命令流文件75附录二实习报告84第1章绪论
1.1斜拉桥结构概述斜拉桥又称为斜张桥,是一种通过主塔上的钢拉索拉起主梁的桥梁,是由承受压力的塔,受拉力的索和承受弯矩的梁体组合起来的一种结构类型它能看作是拉索代替支墩的多跨弹性支承连续梁桥其可使梁体内弯矩减小,降低建筑物的高度,减轻了结构的重量,节省了建筑材料 斜拉桥作为一种拉索体系,比梁式桥梁具有更大的跨越能力,是大跨度桥梁的最主要的选择之一斜拉桥是一种自锚式结构,斜拉索的水平力由梁承受、梁除支承在墩台上外,还支承在由塔柱引出的斜拉索之上索塔型式主要有有A型、倒Y型、H型、独柱型,材料有钢和混凝土的1955年,瑞典建成第一座现代斜拉桥,跨径为182米40多年来,斜拉桥的发展,具有强劲势头我国70年代中期开始修建混凝土斜拉桥,__开放后,我国修建斜拉桥的势头一直呈上升趋势目前为止建成或正在施工的斜拉桥共有3O余座,仅次于德国、__,而居世界第三位,而大跨径混凝土斜拉桥的数量已居世界第一目前世界上建成的最大跨径的斜拉桥为我国的苏通长江大桥,主跨径为1088米于2008年4月2日试通车表1-1世界十大斜拉桥排名名称主跨/m国家1苏通大桥1088中国2昂船洲大桥1018中国3多多罗大桥__0__4诺曼底大桥856法国5__长江大桥730中国6闵浦大桥708中国7南京长江三桥648中国8南京长江二桥628中国9金塘大桥620中国10白沙洲长江大桥618中国
1.2连续梁和连续刚构的概述连续梁桥是中等跨径桥梁中常用的一种桥梁结构,预应力混凝土连续梁桥是其主要结构形式,它具有接缝少、刚度好、行车平顺舒适等优点,在30m~120m跨度内常是桥型方案比选的优胜者刚构桥是指桥跨结构与桥墩式桥台连为一体的桥与同类桥如连续梁桥、T形刚构桥相比多跨刚构桥保持了上部构造连续梁的属性,跨越能力大,施工难度小,行车舒顺,养护简便,造价较低连续刚构桥的受力特点
(1)综合连续梁和T型刚构桥的受力特点,主梁做成连续梁体与薄壁桥墩固结而成;
(2)连续刚构体系的梁部结构的受力性能如同连续梁一样;
(3)薄壁墩底部所承受的弯矩,梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减小连续刚构桥的体系优点
(1)保持了连续梁的各个优点;
(2)墩梁固接节省了大型支座的昂贵费用,减少了墩及基础的工程量;
(3)改善了结构在水平荷载(例如地震荷载)作用下的受力性能正因为这样,连续梁桥相对连续刚构桥来说的话那就有相对的缺点了,连续梁桥是超静定结构,连续刚构桥也是超静定结构,但后者因为梁要固结在墩上,所以稳定性更好
1.3矮塔斜拉桥的定义和特点矮塔斜拉桥为近20年来出现的一种新桥型矮塔斜拉桥结构体系主要有塔梁固结、梁底设支座;塔墩固结、塔梁分离;塔梁墩固结三种形式主梁和塔具有较大的刚度,容易设计成多塔桥梁斜拉索可锚固于塔上,也可以索鞍形式通过桥塔矮塔斜拉桥是介于连续梁刚构桥与斜拉桥之间的一种新型桥梁图1-1三跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图图1-2七跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图图1-3部分斜拉桥结构示意图及其弯矩示意图图1-4多跨连续梁结构示意图及其弯矩示意图图1-5斜拉桥结构示意图及其弯矩示意图综上所述部分斜拉桥具有以下明显的特点【1】1美学景观特征部分斜拉桥的桥塔不高,较一般斜拉桥而言,要矮一般,所以看起来桥塔、拉索、桥面更加的和谐一致,更加凸显出壮观之美的感觉2跨径布置灵活部分斜拉桥不像一般斜拉桥一样对跨径的要求较为严格,部分斜拉桥可根据实际情况对桥跨进行不同的设计,一般可分为一塔两跨、两塔三跨和多塔多跨等不同的桥跨布置形式而且矮塔斜拉桥在桥梁的布置设计空间中有很大的选择性3施工简便部分斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同,可采用悬浇法施工施工中不必进行斜拉索二次索力调整由于部分斜拉桥较矮对于施工工艺的要求较低,而且施工工艺的复杂性也没有一把斜拉桥难4经济性好通过分析国内外的部分斜拉桥、一般斜拉桥还有__梁桥的工程造价情况,发现矮塔斜拉桥型该桥型的没延米的造价与连续梁桥相差不多,主要是低于一般斜拉桥造价,性价比高,经济性好
1.4矮塔斜拉桥的发展概况矮塔斜拉桥是介于梁桥与传统斜拉桥之间的一种新型桥梁结构普遍认为,由ChristianMenn设计的建于1981年的甘特Ganter大桥,是矮塔斜拉桥的雏形图1-6瑞士的甘特桥图1-7Sunnibergbridge图1-8韩国Kack-HwaFirst桥我国矮塔斜拉桥建造起步稍晚,2001年建成我国第一座公路与城市道路上的矮塔斜拉桥此后,许多具有代表性的矮塔斜拉桥相继建成,随着国内这类桥梁的修建,这种桥式己引起了桥梁工__的重视,这几座矮塔斜拉桥在建造过程中所进行的科研,积累的设计、施工与管理经验,都为这种桥型在我国的进一步发展奠定了良好的基础目前,我国已建和在建的矮塔斜拉桥己近20座
1.5矮塔斜拉桥的设计分析矮塔斜拉桥的总体布置及适用跨径矮塔斜拉桥的结构体系结构体系可选3种形式桥梁桥塔与主梁固结、桥梁主梁底架设支座的形式适用于跨度不太大的桥梁,支座吨位不至于过大,它的特点是塔根弯矩较小,塔两侧索力差较小,结构的整体刚度较小矮塔斜拉桥的特点接近于刚度大,索差大进行桥梁设计时,应对结构体系的选择作慎重考虑,选择最合适的形式设计分析方法
1.6本论文的主要工作毕业设计的目的在于培养毕业生综合能力,灵活运用大学所学的各门基础课和专业课知识,并结合相关设计规范,__的完成一个专业课题的设计工作设计过程中提高学生__的分析问题,解决问题的能力以及实践动手能力,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根据毕业设计任务书要求是公路115+2×185m+115m双塔矮塔斜拉桥设计,从桥的受力性能、使用功能、施工难易程度、工程造价与工期等多方面进行斜拉桥方案的设计,这里面包括主梁,主墩,索塔截面形式的设计在桥型方案确定以后,参照已建同类型桥梁的设计,进行各部分构件截面尺寸的初步拟定通过建立合理的计算模型,利用Midas软件对该桥进行计算模型的建立通过初步计算,在满足安全、适用、经济的前提条件下,进行截面尺寸优化设计;同时根据规范要求,对最终选取的截面进行检算工作,检算内容包括抗压,抗弯,抗裂等此外,为了尽可能地了解桥梁建设方面的一些新的发展动向,以便为本毕业设计服务在本次毕业设计过程中,翻阅了若干与此相关的外文及中文文献资料,并将相关的知识应用到此次毕业设计中去同时,去桥梁施工现场进行现场的参观,近距离的__桥梁的建设施工过程让我得到了更多的有关施工方面的知识,并把它们整理成了毕业实习报告
1.7设计任务书及基本质料设计题目及分组设计题目公路115+2×185m+115m矮塔斜拉桥设计设计主要技术指标1公路等级高速公路1桥梁结构形式预应力混凝土梁矮塔斜拉桥1设计荷载公路-Ⅰ级荷载1桥面坡度桥面纵向按平坡设计;车行道设双向
2.0%横坡1桥面布置主桥宽度
25.50米[
0.5米(防撞护栏)+
10.75米(行车道)+
3.00米(中间带)+
10.75米(行车道)+主桥
0.5米(防撞护栏)]2桥面铺装及防水1cm沥青混凝土磨耗层+防水粘结层+10cm厚的钢纤维水泥砼钢纤维含量为80kg/m3+无机渗透结晶型防水层3施工方法主梁除0#段采用托架施工外,其余梁段采用挂篮悬臂浇筑施工主要设计参考规范1《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-20041《公路斜拉桥设计细则》JTG/TD65-01-20072《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004设计参考书目1《斜拉桥》(人民交通出版社,林元培编著)1《现代斜拉桥》(西南交通大学出版社,严国敏编)1《斜拉桥》(人民交通出版社,刘士林,孟凡超等主编)1《大跨度桥梁和城市桥梁设计》(西南交通出版社,沈锐利编)1《桥梁工程概论》(西南交通出版社,李亚东编)1《混凝土桥》(西南交通大学出版社,李乔编)1《结构设计原理》(西南交通大学出版社,李乔编)主要设计内容要求.1桥跨布置、构件尺寸拟定1桥跨布置根据所选题目要求的分跨和跨度完成桥跨布置工作2结构纵向布置时应根据参考地形线确定墩、塔的桩位;结构横向布置按设计技术指标要求确定3桥跨布置中应根据斜拉桥结构特点和参考地面线、桥面线确定合理的索塔高度桥跨布置中应调研矮塔梁斜拉桥的实例资料,确定主梁的标准节段长度(标准索距),根据矮塔斜拉桥受力特点拟定主梁密索段索距、无索段索距,桥塔索距等基本设计参数4结构尺寸拟定结合____资料,在教师指导下初步拟定结构主要构件(塔、梁、索)的结构形式和主要尺寸.2主要设计及计算工作1计算建模根据拟定的桥跨布置和主要结构尺寸对矮塔斜拉桥结构进行有限元建模分析设计中的计算建模建议采用“MIDAS软件”或“桥梁__软件”计算模型应能包括一次成桥模型(用于校核结构分析模型)、分阶段施工模型(用于进行施工阶段模拟分析及合理施工状态确定)根据计算模型得到初步的内力组合结果1主梁预应力配束设计根据初步计算模型结果,参照连续梁桥及连续刚构桥的预应力配束,对矮塔斜拉桥的主梁进行纵向预应力配束估算和布置(配束设计)初步的配束结果输入到计算模型中,以便能考虑修正次内力对配束设计的影响2矮塔斜拉索张拉索力设计依据参考资料,根据矮塔斜拉桥中索、梁间荷载分配关系,拟定一组斜拉索的初设张拉力3索塔和主墩的配筋设计根据索塔和主墩的初步内力组合结果,对索塔进行初步配筋设计本条设计工作可作为毕业设计中的推荐选作内容4结构尺寸的调整前述步骤中,会得到相关的初步匡算、初步检算结果,根据这些结果对原拟定的主要结构尺寸进行相应的调整(如必要的加强或优化)调整后的结构参数应反映到计算模型中,得到相应的计算成果调整过程需按设计流程要求进行,直到主要构件能满足相应规范检算要求5最终的计算结果考虑配束调整、索力调整、截面调整等设计过程后,相关设计参数应正确反映到最终的计算模型中,并由软件计算得到最终的结构内力和变形成果最终内力计算结果需按规范要求完成相应的内力组合,并绘制出主要的内力包络图.3主要设计验算工作1根据整体受力计算中主梁内力组合结果和配束情况对预应力混凝土梁进行正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计检算(包括构件的强度检算和抗裂性检算)1根据斜拉索的内力组合结果进行斜拉索的应力检算1根据主梁变形计算结果进行主梁的刚度检算1根据索塔的内力组合结果对其进行正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计检算(包括构件的强度检算和抗裂性检算)(选作内容)1根据主墩的内力组合结果进其行正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计检算(包括构件的强度检算和抗裂性检算)(选作内容).4其它设计工作1施工方法及施工流程1主要工程数量汇总论文中应补充论述的内容根据____对以下技术问题加以调研和论述
(1)矮塔斜拉桥的特点及应用概况
(2)矮塔斜拉桥预应力配束原则和方法
(3)矮塔斜拉桥结构主要计算工作内容和设计检算方法出图内容要求完成不少于16张A3幅面设计图具体内容可参考下面说明1桥跨布置图
(一)(反映立面和平面的总体布置)1桥跨布置图
(二)反映横向布置)1主梁一般构造图
(一)1主梁一般构造图
(二)1主梁纵向预应力构造图
(一)1主梁纵向预应力构造图
(二)1主梁竖向预应力构造图*1主梁横向预应力构造图*1索塔一般构造图1主墩一般构造图1斜拉索构造图1斜拉索设计参数表1桥面铺装构造图1伸缩缝布置及构造图1索塔施工流程示意图1主梁施工流程示意图
(一)1主梁施工流程示意图
(二)1主要材料数量汇总表论文工作除设计图纸外,毕业论文应包括以下主要内容1设计任务、基本资料1毕业设计中、英文摘要1毕业设计说明书不少于一万五千字1与设计题目相关的设计理论和技术的简况1详细的计算、设计过程说明,包括计算公式、数据及必要的图表以及自编程序清单等1施工方案和步骤1简单的工程概算(工程数量估算)1对本次设计的总结,包括自己的收获、感想及毕业设计中存在的问题等内容1毕业实习报告1英文专业文献的中文翻译稿,要求英文文献不少于1万外文字符具体翻译文献由指导教师给定第2章桥型方案总体设计
2.1桥跨布置本设计为公路120m+×185m+120m双塔矮塔斜拉桥设计,方案采用预应力混凝土墩、梁、塔固结结构,总体布置图见下图2-1图2-1桥跨总体布置图(单位.cm)主要设计技术指标
(1)公路等级高速公路
(2)桥梁结构形式双塔三跨预应力混凝土单索面矮塔斜拉桥
(3)设计荷载公路-I级荷载
(4)桥面坡度桥面纵向按平坡设计;车行道设双向
2.0%横坡
(5)桥面布置主桥宽度
25.50米[
0.5米(防撞护栏)+
10.75米(行车道)+
3.00米(中间带)+
10.75米(行车道)+主桥
0.5米(防撞护栏)]
(6)桥面铺装及防水1cm沥青混凝土磨耗层+防水粘结层+10cm厚的钢纤维水泥砼钢纤维含量为80kg/m3+无机渗透结晶型防水层
(7)施工方法主梁除0#段采用托架施工外,其余梁段采用挂篮悬臂浇筑施工本桥设计参考规范、标准
(1)《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004
(2)《公路斜拉桥设计细则》JTG/TD65-01-2007
(3)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004
(4)《公路桥涵地基与基础设计规范》JTGD63-2007桥跨布置过程根据所选题目要求的主跨跨度和边跨跨度完成桥跨布置工作主要是要完成对立面、横断面、平面的布置工作,总的布跨原则有如下几点结构纵向布置时应根据参考地形线确定墩、塔的桩位;结构横向布置按设计技术指标要求确定桥跨布置中应根据斜拉桥结构特点和参考地面线、桥面线确定合理的索塔高度桥跨布置中应调研部分梁斜拉桥的实例资料,确定主梁的标准节段长度(标准索距),根据矮塔斜拉桥受力特点拟定主梁无索段索距,桥塔索距等基本设计参数在满足以上原则的前提下,根据自己的实际情况本设计对桥跨进行了如下布置在此设计中边中跨都比较大,因此结合受力,经济,实用,美观等要就所以本设计中采用悬臂现浇施工方法,变截面的梁由于双室式腹板总厚度增加,主拉应力和剪应力数值不大,且布束容易,这是单箱双室的优点;但是双室式也存在一些缺点施工比较困难,腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等本设计是一座一级公路矮塔斜拉桥,综上所述在本次桥梁设计中采用的横截面形式为单箱三室的截面形式桥面公路桥面构造包括行车道铺装、排水防水系统、人行道(或安全带)、缘石、栏杆、护栏、照明灯具和伸缩缝等;桥面构造对桥梁的主要结构起保护作用,使桥梁能正常使用整个桥面设计尺寸为主桥宽度
25.50米[
0.5米(防撞护栏)+
10.75米(行车道)+
3.00米(中间带)+
10.75米(行车道)+主桥
0.5米(防撞护栏)],同时,为了利于桥面排水在本桥中设置了车行道设双向
2.0%横坡(本桥未考虑纵向坡度)横坡设置的形式有铺装时设三角垫层;行车道板做成斜面;再墩台顶部设置横坡这三种形式各有优劣,工程实际中应根据具体情况选择在本设计中本设计采用的是将行车道板做成斜面的这种方法索塔控制尺寸的确定索塔的结构形式用钢结构或钢筋混凝土制作,根据需要也可采用预应力混凝土结构索塔的结构形式应根据斜拉索的布置、桥面宽度以及跨度等因素决定根据以上原则,在本次设计中采用的是单柱形双索面桥塔,其结构如图2-2所示图2-2索塔结构图示从桥面算起的塔高,矮塔斜拉桥要比斜拉桥低得多据以上的依据及查阅资料规范,在本设计中主跨的长度为185m,按照上面的布置原则本设计选取塔高为22m,这个高度约为主跨的1/
8.4,满足布置要求主梁控制尺寸的确定.1无索区段长度的确定矮塔斜拉桥梁上无索区较之一般斜拉桥要长另外,矮塔斜拉桥主梁是跨内由多点弹性支承的连续梁和连续刚构体系,索塔处主梁梁高大,且有支座或桥墩支承,不需设置拉索跨中和塔跟无索区长度,当主梁刚度不变时,跨中无索区对主跨结构的影响比较明显,无索区越长,跨中弯矩和位移越大塔旁无索区长度的增大造成中跨主梁跨中竖向位移和弯矩都同步增加矮塔斜拉桥的无索区段与跨径之间不存在合适比例的问题在通常的设计当中,矮塔斜拉桥主梁上无索区的长度,索塔附近宜取
0.15-
0.20倍主跨跨径;中跨跨中宜
0.2-
0.35倍中跨跨径;边跨部宜取
0.2-
0.35倍边跨跨径根据这些原则,本设计为公路120m+2×185m+120m的矮塔斜拉桥,无索区长度为塔跟部分为
29.5m跨中部分为38m边跨部分是
46.5m,有索区长度都是48m对称布置,__可参考图2-
1.2主梁的立面布置矮塔斜拉桥由梁、塔、索、墩4种构件的不同组合构成不同的结构体系形,从而将形成了不同的立面布置形式梁按支承式分为连续梁和连续刚构形式主梁结构体系和布置方式应根据桥位处的各种地理环境,施工方法,结构受力方面等因素综合分析后确定在相同的条件下,由于主梁结构体系和支承条件不同使主梁、内力和变形也随之改变.3主梁端部构造设置由于部分斜拉桥主梁有诸多的无索,主梁部处理方式与连续梁相同当边跨和中跨的比值较小是,为了克服反力,将设置牛腿上作为平衡重(在桥墩处).4主梁高度沿纵桥向的变化矮塔斜拉桥的主梁主要采用等截面和变截面这两种形式形式,当主跨小100m时可采用等截面形式而当矮塔斜拉桥主跨跨径大于100m时,应该采用变截面形式,本次矮塔斜拉桥设计中边跨120m,中跨185m,于是采取变截面形式,主要是支座截面到跨中截面的二次抛物线式的变截面,而中跨,边跨的一部分为了便于施工,不予采取变截面,直接取的边跨.5横截面布置矮塔斜拉桥主梁受力性能与连续梁刚构桥相似,而它还要承受弯矩,不同方向的剪力,压力,因此对桥梁的横截面的选取英去刚度大,抗弯抗压抗扭性能好的截面而又需求截面满足桥梁的施工工艺等,所以该选取箱梁截面而在在本设计中,由于跨度较大,边跨较大,桥墩较高,为了满足桥梁受力的需求,采用了如下图2-3所示的单箱三室大悬臂横断面图2-3主梁截面图例(单位.m)通过以上的叙述本设计最终将主梁设计如下主墩点处梁高
6.5m,跨中断面梁高4m,梁体下缘按二次抛物线变化,箱梁顶宽
25.5m,箱底宽
17.38m;;斜拉索布置在中室主梁除支点处设横隔板外,每根拉索锚固点处均设有横隔板,间距
4.0m左右具体数据见毕业设计图纸中的主梁分块图中的表格斜拉索的总体设计拉索是矮塔斜拉桥的主要承重构件之一,对结构整体刚度和经济合理性要作用一方面,斜拉索起体外预应力索、平衡支点负弯矩、降低刚构桥梁桥梁高的作用,即加固主梁的作用,另一方面,一些拉索也对主梁起弹斜拉技术是在混凝土预应力技术的基础上发展起来的,拉索相当于预应的体外索不论矮塔斜拉桥还是传统斜拉桥,斜拉索都必须具备抗疲劳性能、高度的承载能力、稳定的高弹性模量、耐久性、拆换方便、锚固可靠和良好的抗腐蚀性,它不仅影响桥梁的结构性能,而且影响到施工方法和经济性.1斜拉索的构造部分斜拉桥拉索一般都由直径为
15.4mm的环氧钢绞线密制组合而成,起强度可以达到1860MPa我国矮塔斜拉桥多数采用群锚体系,同时对锚具采取了相应的防腐、减振措施如兰州小西湖黄河大桥、柳州三门江大桥等都是采用这种形式的拉索斜拉桥的拉索构造形式较多,可分为以下八种.2斜拉索布索形式.斜拉索布索形式与普通斜拉桥的斜拉索布索形式相比矮塔斜拉桥的布索形式有许多新的特点1为充分利用部分的高度,矮塔斜拉桥的拉索多布置成扇形2部分斜拉桥的巧上部结构的刚度较大,因此部分斜拉桥特征构件-----端锚索3部分斜拉桥的受力与连续梁桥相似,主梁其主要作用,而斜拉索只是起辅助性作用的,所以,部分斜拉桥的拉索要相对少很多图2-4扇形索图2-5竖琴形根据体外索支承面分为单索面和双索面两种型式单索面又分为单排索、双排索,对于大部分的矮塔斜拉桥而言均采用双排索从桥面宽度的利用率来置成单索面由于拉索下端锚固在主梁中心线上综上所述,根据此次桥梁的具体要求,满足抗拉及各项强度性能,在本次毕业设计中采用扇型单索面双排索,并且为了使其更加保持耐久性,选用
15.4mm的环氧钢绞线.3斜拉索间距的确定部分斜拉桥的受力与连续梁桥相似,主梁作为主体结构承受主要作用力及玩具,,拉索为辅,所以,为了方便施工在本设计里采用的主梁上索距为4m而在桥塔上,斜拉索在塔上的索距设为
0.8m,而在离塔顶2m处选取第一个拉索点
2.2主要结构设计施工要点
2.
2.1主梁施工方法及注意事项.1主梁施工方法矮塔斜拉桥主梁的施工方法可采用适合于梁桥施工的任一合适方法,如支架上现浇,悬臂浇筑,顶推法和平转法由于矮塔斜拉桥梁体尺寸较小,各节段间有拉索,,因此对各种无支架施工法更为有利斜拉桥中主梁的各方法的适用跨度如下支架上现浇法100m左右顶推法不超过200m悬臂浇筑法可达1000m左右斜拉桥的悬臂施工法对于混凝土梁斜拉桥一般采用悬臂现浇施工法,也有采用悬臂拼装施工方法的对于钢主梁斜拉桥,则一般采用悬臂拼接的施工方法与梁式桥类似,采用悬臂现浇施工时的主要施工机具为混凝土节段挂篮;对于悬臂拼接的施工,其主要施工机具为桥面吊机斜拉桥的悬臂施工法主要工序为修建索塔;吊装或现浇主梁节段;__斜拉索并张拉;两者交替进行直至合龙由于在斜拉桥的悬臂施工中,影响施工质量和成桥状态的因素较多(如斜拉索索力大小、节段重量大小等),斜拉桥施工中通常需要开展施工控制工作,对施工中的斜拉索索力、主梁线形等内容,根据实际情况随时进行控制和调整主梁采用悬臂灌注法施工,墩顶梁段分别在各墩顶灌注,其余梁段用活动挂篮悬臂灌注墩顶0#梁段开始灌注之前,正式支座及临时支座即钢筋混凝土支墩均先就位,主跨墩支座全部临时刚接形成固定钢支座,活动支座应给予临时锁定施工程序可以三大步骤
①先建立主墩,主墩上现浇施工0号段,接着在0号段上建立主塔,接着利用挂篮悬臂施工(变张拉挂索变锚固施工的梁块)
②拆除挂篮,进行边跨中跨合龙
③拆除全板,解除约束,建立永久支座,张拉全部剩余钢索.2主梁施工主意事项
①对于合拢段混凝土的灌注,应选择好夜间合适的温度施工,对于预应力的张拉要注意
②悬灌施工时,两端施工设备的重量要保持平衡
③支座形式采用盆式橡胶支座
④每项施工工序应严格遵守有关施工规范,确保工程质量和人身安全
⑤千斤顶要隔一小段时间就检查校对
⑥施工钢束张拉时,须严格控制张拉应力
⑦边跨支架施工时,基础应夯实,确保牢固可靠,防止下沉变形图2-6斜拉桥悬臂施工流程示例图2-7斜拉桥悬臂施工机具桥塔和桥墩施工
(1)索塔的支承形式斜拉桥索塔的支承形式大致有以下三种形式:塔墩固结:塔柱下端固结于墩顶,塔柱中产生的弯矩较大,但这种形式的塔柱应具有相当的柔性,使荷载和温度影响对结构不会产生过大的应力塔梁固结:采用这种形式的主梁大都是箱形截面,此时不仅要在固结点对箱形截面作必要的补强,并且还要在其底提供大型承载支座
(2)铰接塔柱:塔柱底部在桥的纵向采用铰接的形式,可减少塔柱的弯矩和降低桥跨结构的超静定次数当地基支承条件较差时,采用此种形式可使基础免受较大的弯矩但这种形式结构整体刚度有所降低;铰的结构复杂;索塔在装好索之前需要作临时固结,增加施工难度除此之外,还有其他形式,如塔、墩、梁三者固结,但这种形式对抗震特别不利,所以采用的不多在这次毕业设计中,由于主梁是采用了单箱三室的大悬臂箱型截面,所以索塔支撑采用梁塔固结形式桥墩尺寸设计具体结构尺寸下图2-8表述2-8桥墩构造图本次设计中的墩高设计为64m,属于高桥墩范畴高桥墩可分为实体墩、空心墩和刚架墩高桥墩的施工设备与一般桥墩所用设备大体相同,但其模板却另有特色一般有滑升模板、提升模板、滑升翻板、爬升模板、翻板钢模等几种滑升模板由一节模板约
1.2m、配套钢结构平台吊架、支承圆钢、多台液压串心式千斤顶和提升混凝土等设备组成施工时充分利用混凝土初期4~8h强度,脱模后在混凝土保持自立而不发生塑性变形的情况下使滑模得以连续滑升滑模的连续滑升能加快施工进度、缩短工期、节省劳力,从而可以取得较好的效果但由于滑模是在混凝土强度还较低的情况下脱模的,故有可能使混凝土表面出现变形或环向沟缝,有时会因水平力的作用使得滑模产生旋转滑模在动态下灌注混凝土,提升操作频繁,因而对中线的水平控制要求严格,施工中稍有不当就会发生中线水平偏差由于滑模脱模快,对混凝土防冻十分不利,故一般不适宜于冬季施工滑模施工不需要另设垂直提升设备或满堂脚手架,但需要大量圆钢作为支承顶杆圆钢一般都埋人混凝土内,难于回收滑升模板适用于较高的墩、台和吊桥、斜拉桥的索塔施工混凝土桥塔常采用滑模法、爬模法、翻转模板法和提升支架法等与高桥墩相同的施工方法进行施工对高度较小的桥塔,也可采用搭支架法施工桥塔施工属于高空作业,起重设备的选择和布置,是桥塔施工的关键,目前大多数桥塔施工均是采用塔吊辅以人货两用电梯的起重设备,一般采用附着式自升塔吊斜拉索施工半平行钢丝斜拉索是在工厂完成制作,运输到桥位后进行现场整体__若索很长时,斜拉索自重较大,其吊装施工较为困难这种斜拉索的张拉采用整体张拉锚头的方法实现索力的主动施加钢绞线索斜拉索是在工厂制作半成品(单根钢绞线及其防腐构造),运输到现场后,按长度下料,逐根__单根钢绞线形成一根完整斜拉索这对斜拉索的__重量要求较低,但__时间较整体__的半平行钢丝斜拉索长钢绞线斜拉索的张拉可以采用逐根钢绞线张拉来实现整体索力,这种方法的索力控制相对繁琐费时更多的是先进行逐根钢绞线的__及张拉,在整体张拉斜拉索图2-9斜拉索的__方法图2-10钢绞线斜拉索的单根张拉与整体张拉
2.
2.4桥面铺装设计桥面防水层,设置在桥梁行车道板的顶面防水层要求不透水,有一定的强度、弹性和韧性,耐腐蚀性和耐老化性也要求高防水层在桥面伸缩缝处应连续铺设,不可切断;沿纵向应铺过桥台背,横向则应伸过缘石底面从人行道与缘石砌缝里向上叠起10cm
(1)防水层的类型
①洒布薄层沥青或改性沥青,其上撒布一层砂,经碾压形成沥青涂胶下封层;
②涂刷聚氨脂胶泥、环氧树脂、阳离子乳化沥青、氯丁胶乳等高分子聚合物涂胶;铺
③装沥青或改性沥青防水卷材,以及浸渍沥青的无纺土工布等做法本桥梁设计中采用的桥面铺装及防水为1cm沥青混凝土磨耗层+防水粘结层+10cm厚的钢钎维水泥混凝土(钢钎维含量为80Kg/m3)+无机渗透结晶型防水层
(2)防撞护栏的布置高速公路、汽车专用一级公路上设置得人桥梁安全护栏,可以有效地保护高速行驶的车辆在意外事故中不致严重损坏桥梁设施,减少车辆损毁和人员伤亡桥梁护栏按防撞等级划分有PL1PL2PL3三级,每一防撞等级的安全护栏应可以避免在相应条件下的失控车辆越出栏杆的情况出现防撞等级按车辆碰撞速度、车辆质量、碰撞角度等设计确定,级别越高,防撞保护要求越严格等级选用应由公路等级、需要保护对象的重要性程度而定该桥梁采用钢筋砼防撞护栏图2-11钢筋砼防撞护栏示意图第三章矮塔斜拉桥的整体受力计算
3.1Midas整体计算模型的建立在初步拟定完各种构造的截面后,需要根据设计要求和施工要求进行梁段尺寸的划分划分结果见下表3-1(该桥梁是完全对称结构,所以只给出了半结构的数据),接下来的工作就是如何在Midas软件中建立计算模型通过建立节点,单元由于在本次设计中主梁截面采用的是变截面形式,所以在进行截面输入的时候需要先通过CAD软件,将各个截面精确画出,才能把它们导入Midas软件中,最后成为我们所需要的截面主梁截面特性反映在表3-2中表3-1半边主梁单元划分梁段编号梁段长度(cm)施工方法梁段编号梁段长度cm施工方法0(支座)700D1818400X11300X1919400X22310X2020400X33310X2121400X44310X2222300X55310X2323300X66310X24200D77400X25400Z88400X26400Z99400X27400Z1010400X28400Z1111400X29(边跨)300Z1212400X30300Z1313400X31150Z1414400X32150Z1515400X3375Z1616400X3475Z1717400X说明表格中“Z”为支架现浇;“X”为挂篮悬臂浇筑;“D”为吊架现浇表3-2主梁毛截面几何特性编号类型梁高(m)__m2Ixxm4CzpmCzmm1设计截面
4.00m
20.
102574.
92861.
22191.77812设计截面
4.03m
20.
570990.
12951.
33461.94093设计截面
4.07m
21.
0045105.
2511.
44002.09064设计截面
4.13m
21.
4035120.
151.
53772.22765设计截面
4.21m
21.
7678134.
431.
62762.3526设计截面
4.3m
22.
0974147.
941.
70942.46417设计截面
4.41m
22.
3923160.
4391.
78302.5648设计截面
4.53m
22.
6525171.
8261.
84822.65189设计截面
4.67m
24.
438199.
9542.
05472.578010设计截面
4.83m
26.
1888221.
8342.
23432.510611设计截面5m
27.
9049239.
2982.38__
2.447912设计截面
5.2m
29.___
4252.
6932.
51982.388413设计截面
5.35m
31.
2331262.
3952.
62792.331314设计截面
5.52m
32.
8625270.
0242.
71982.280215设计截面
5.7m
35.
6225275.
7522.
72152.278516设计截面
5.
8839.
5128280.
1542.
74152.264417设计截面
6.
0941.
5483285.
1472.
77182.241518设计截面
6.
2943.
1549290.
9142.
79452.235819设计截面
6.5m
15.
8514295.
4752.
81452.2287由节点的坐标值并通过单元的链接可以建立如下结构的中心线平面图,如图3-1其中梁上节点和桥墩节点的连接使用梁单元,为简化斜拉索的计算,使用桁架单元连接斜拉索节点图3-1桥梁有限元模型示例图在完成了psc截面设计后,我就要将截面分配给不同的单元,形成桥梁整体模型,在完成对主梁、主塔、主墩和斜拉索的输入之后就得到下面的结构模型图3-2图3-2一次成桥模型(消隐展示图)通过Midas软件建立模型后,在成桥状态下,我们可以分析和计算荷载内力,包括恒载内力和活载内力的计算
3.2模型的主要计算参数在本次桥梁毕业设计中我们用到的材料主要有主梁使用C60的混凝土,主墩为C40混凝土桥塔为C50混凝土同时在本次桥梁设计当中斜拉索采用了的是31束直径
15.24mm和37束直径
15.24mm的环氧钢绞线而预应力钢束采用的是不同束的直径
15.24mm的环氧钢绞线在Midas中表示如下图3-3图3-3midas材料参数图对于边界条件,此次设计中我所采用的边界条件具体情况见表3-3,图中说明的是在边跨部分的支撑情况,另外在在主墩与主梁的结合处,采用的支撑是弹性连接的刚性连接其中需要说明的是,设计中发现边跨在主梁悬臂施工结束后还多了将近16米的距离,为了桥梁施工的安全顺利,于是决定将此16段划分到边跨现浇施工(通过满堂支架)表3-3情况表注表中0表示无约束,1表示有约束Dx整体坐标系X轴方向或节点局部坐标x轴方向的平移自由;Dy整体坐标系Y轴方向或节点局部坐标y轴方向的平移自由度;Dz整体坐标系Z轴方向或节点局部坐标z轴方向的平移自由度;Rx绕整体坐标系X轴方向或节点局部坐标x轴方向的旋转自由度;Ry绕整体坐标系Y轴方向或节点局部坐标y轴方向的旋转自由度;Rz绕整体坐标系Z轴方向或节点局部坐标z轴方向的旋转自由度主梁的内力计算可分为设计和施工内力计算两部分本设计采用悬臂施工法__恒载又称后期恒载集度约为:__恒载集度Q2=95kN/m横隔板重量的的计算是不同变截面下空心部分的__乘以横隔板的厚度再乘以混凝土的容重所得的重量值横隔板的重量计算见表3-4表3-4横隔板重量1号靠近支座)序号123456789101112厚度(cm)303030303030303030303030重量(kN)
4944834724604484384264154033933813703.3Midas分阶段计算模型的建立Midas软件中模型模拟计算矮塔斜拉桥的过程,其实就是计算了了现实桥梁的真正施工过程在施工阶段首先进行施工的是主墩,在施工完主墩之后,再在其上通过满堂支架施工方法来实现主梁0号块的施工在0号块施工完成后,可以继续施工桥梁,也可以进行索塔的施工在这里我选择在0号块完成后直接施工索塔见图3-4图3-4第一阶段施工图在完成了对索塔的施工之后,进行的是对称挂篮悬臂施工主梁,在本设计中挂篮的重量取为1580KN一直悬臂施工到第一个斜拉索设置的梁段,在施工完此梁段后进行第一根斜拉索的初次张拉(见图3-5)然后继续后续梁段的施工,进行施工梁段,张拉斜拉索的过程的重复图3-5第一根斜拉索的施工示意图按照上述步骤施工完有索区段后,可以继续往前施工无索区段,也可以在某一个过程施工边跨现浇段,在本设计中我是在倒数第二根斜拉索施工的同时完成了对边跨现浇段的施工,采用的施工方法是吊架现浇法施工示意图见图3-6图3-6边跨现浇段施工示意图接下来的施工任务是进行剩下无索区梁段的施工,依然采用挂篮悬臂施工法进行一直施工到边中跨的合拢段处具体施工步骤见图3-7图3-7边中跨合拢段前的施工示意图最后阶段是实现中边跨的合拢,至此就完成了整个桥梁的整体成桥施工见图3-8,在此后就要根据实际情况来调整索力大小,完成桥面铺装,__伸缩缝等等一系列的工作并通过各种检验之后,整座桥梁的施工就结束,桥梁可以投入使用图3-8三塔四跨桥的成桥模型
3.4恒载状态计算结果分阶段模型的施工阶段计算结果在里面只给出了两个典型施工阶段下的计算结果图分别是最大无索区悬臂状态下的弯矩图图3-9和位移图图3-10;最大悬臂状态即边跨,中跨合拢状态下的弯矩图图3-11和位移图(图3-12)图3-9最大无索区悬臂状态下弯矩图(单位kN.m)图3-10最大无索区悬臂状态下位移图(单位cm)图3-11最大悬臂状态下弯矩图(单位kN.m)图3-12最大悬臂状态下位移图(单位m)分阶段模型的成桥恒载状态计算结果图3-13成桥状态下恒载位移图单位cm图3-14成桥状态下恒载弯矩图单位kN*m图3-15成桥状态下恒载索力图单位MPa表3-4主梁恒载内力计算(半结构)单元荷载轴向kN弯矩-ykN*m单元荷载轴向kN弯矩-ykN*m1恒载0-
169.5730恒载-
19177.04-
293231.292恒载0-
678.3033恒载-
20805.78-
416570.723恒载
032594.6336恒载-
20880.53-
524083.474恒载
064510.9638恒载-
20956.88-
640253.465恒载
0124273.8441恒载-
21034.66-
765254.136恒载
0242617.9044恒载-
21113.87-__
9258.947恒载
0262793.9945恒载-
21194.53-
1042441.358恒载
0296978.5646恒载-
21273.94-11__
906.679恒载
0341692.3147恒载-
21354.73-
1346286.7310恒载
0376759.1348恒载-
19880.17-
1373499.7011恒载
0390674.9549恒载-
19880.17-
1571044.7012恒载
0407026.6877恒载-
42846.93-
1775368.7913恒载
0417952.0278恒载-
42846.93-
1745596.4814恒载
0424078.0879恒载-
44452.93-
1745596.2715恒载
0420557.2280恒载-
44372.25-
1575745.1416恒载04073__.4581恒载-
44292.96-
1414810.3917恒载-
1751.
36387315.6682恒载-
44212.42-
1257711.3918恒载-
3456.
2359428.7685恒载-
44133.34-
1109791.9619恒载-
5236.
6323495.0588恒载-
44055.69-
970878.7520恒载-
7066.
6279271.0590恒载-
43979.49-
840798.4221恒载-__
50.
6226504.9993恒载-
43904.93-
719377.6722恒载-
10873.
3164938.2496恒载-
42039.13-
578540.9723恒载-
12521.
493491.699恒载-
40125.75-
448245.1124恒载-
14185.
112237.73101恒载-
38177.62-
328190.6325恒载-
15855.4-
79109.95102恒载-
36205.41-
218074.7627恒载-
17522.8-
180838.05103恒载-
34218.56-
117592.40104恒载-
1751.
36387315.66110恒载-
44212.42-
1257711.39105恒载-
3456.
2359428.76111恒载-
44133.34-
1109791.96106恒载-
5236.
6323495.05112恒载-
44055.69-
970878.75107恒载-
7066.
6279271.05113恒载-
43979.49-
840798.42108恒载-__
50.
6226504.99___恒载-
43904.93-
719377.67109恒载-
10873.
3164938.24115恒载-
42039.13-
578540.97其中49,77号两个单元为支座单元,1号为边跨单元115号为中跨跨中单元
3.5活载状态计算本次桥梁设计汽车荷载等级为公路—I级,双向6车道,根据桥梁规范,此次设计跨径组合为120m+2×185m+120m当中横向折减系数取
0.67,而纵向折减系数为
0.97汽车活载在Midas中的输入在本桥梁设计中设置了六个车道见图3-16,该桥梁为公路桥梁所以其横向折减系数按标准取为
0.67在Midas中的输入见图3-
17、3-
18、3-19图3-16车道数的输入图3-17横向折减系数的输入图3-18满载的输入图3-19偏载的输入主梁活载内力结果表3-5活载内力计算结果表(半结构)单元荷载轴向kN弯矩-ykN*m单元荷载轴向kN弯矩-ykN*m1满载-偏载
3230.46-
4579.4027满载-偏载-
3574.22-
68632.902满载-偏载
3284.
417627.9028满载-偏载-35__.82-
79844.063满载-偏载
3284.
0215376.4929满载-偏载-
3451.43-
79844.944满载-偏载
3284.
0222059.7230满载-偏载-
6751.42-
104634.095满载-偏载
3284.
0227673.3731满载-偏载-
6883.34-
92134.666满载-偏载
3284.
0235709.0832满载-偏载-
6869.02-
81397.997满载-偏载
3284.
0238159.5233满载-偏载-
6857.02-
71387.608满载-偏载
3284.
0639597.4434满载-偏载-
6841.18-
62155.389满载-偏载
3284.
0240057.2435满载-偏载-
6828.77-
53661.4610满载-偏载
3284.
0439580.2636满载-偏载-
6816.15-
45946.1211满载-偏载
3211.
0138469.6737满载-偏载-
6649.93-
39272.5812满载-偏载
3139.
1436674.4238满载-偏载-
6474.12-
33102.1813满载-偏载
3070.
5534252.6639满载-偏载-
6291.00-
27448.2014满载-偏载
3006.
2131269.0640满载-偏载-
6100.12-
22346.7515满载-偏载
2948.
9027833.6641满载-偏载-
5903.46-
17825.4916满载-偏载2__
7.
3824013.8142满载-偏载-
5701.
4718461.8417满载-偏载
2853.
5320097.9043满载-偏载-
5459.
8420825.1018满载-偏载
2821.
4316765.5444满载-偏载-
5215.
7723343.7119满载-偏载-
2844.
4413935.7345满载-偏载-
4976.
7325979.9020满载-偏载-
3014.96-
14283.0246满载-偏载-
4743.41___
67.9521满载-偏载-
3187.06-
19580.9347满载-偏载-
4514.
8533858.5522满载-偏载-
3355.67-
25537.9648满载-偏载
4433.
3736018.3923满载-偏载-
3519.92-
32075.1349满载-偏载
4468.
6037988.9024满载-偏载-
3532.07-
39802.8650满载-偏载
4468.
6139526.0025满载-偏载-
3544.88-
48531.9451满载-偏载
4468.
6540276.9626满载-偏载-
3561.69-
58163.9752满载-偏载
4468.
6140277.44以上数据是通过Midas软件计算分析得到,由于本桥梁是完全对称结构,所以只提取了半结构的数据图3-20活载作用下梁单元弯矩图(kN*m)图3-21活载作用下梁单元轴力图kN斜拉索的活载内力表3-6活载作用下斜拉索内力单元荷载内力-IkN单元荷载内力-IkN136满载-偏载全部
179.99164满载-偏载全部
288.84137满载-偏载全部
195.62165满载-偏载全部
240.68138满载-偏载全部
195.31166满载-偏载全部
236.56139满载-偏载全部
179.94167满载-偏载全部
291.65140满载-偏载全部
187.68168满载-偏载全部
291.54141满载-偏载全部
206.38169满载-偏载全部
236.50142满载-偏载全部
206.10170满载-偏载全部
229.64143满载-偏载全部
187.63171满载-偏载全部
292.02144满载-偏载全部
194.06172满载-偏载全部
291.93145满载-偏载全部
216.18173满载-偏载全部
229.59146满载-偏载全部
215.93174满载-偏载全部
220.18147满载-偏载全部
194.01175满载-偏载全部
290.11148满载-偏载全部
198.91176满载-偏载全部
290.05149满载-偏载全部
224.86177满载-偏载全部
220.12150满载-偏载全部
224.64178满载-偏载全部
208.31151满载-偏载全部
198.86179满载-偏载全部
285.95152满载-偏载全部
201.94180满载-偏载全部
285.91153满载-偏载全部
232.20181满载-偏载全部
208.25154满载-偏载全部
232.02182满载-偏载全部
194.40155满载-偏载全部
201.__184满载-偏载全部
279.65156满载-偏载全部
202.93185满载-偏载全部
279.63158满载-偏载全部
238.05187满载-偏载全部
194.34159满载-偏载全部
237.__188满载-偏载全部
178.67161满载-偏载全部
202.__1__满载-偏载全部
271.30162满载-偏载全部
240.74190满载-偏载全部
271.30163满载-偏载全部
288.99191满载-偏载全部
178.60表3-7活载作用下斜拉索应力单元荷载应力-IMPa单元荷载应力-IMPa136满载-偏载全部
20.__164满载-偏载全部
28.08137满载-偏载全部
22.70165满载-偏载全部
23.40138满载-偏载全部
22.66166满载-偏载全部
23.00139满载-偏载全部
20.88167满载-偏载全部
28.35140满载-偏载全部
21.78168满载-偏载全部
28.34141满载-偏载全部
23.95169满载-偏载全部
22.99142满载-偏载全部
23.91170满载-偏载全部
22.33143满载-偏载全部
21.77171满载-偏载全部
28.39144满载-偏载全部
22.52172满载-偏载全部
28.38145满载-偏载全部
25.09173满载-偏载全部
22.32146满载-偏载全部
25.06174满载-偏载全部
21.41147满载-偏载全部
22.51175满载-偏载全部
28.20148满载-偏载全部
23.08176满载-偏载全部
28.20149满载-偏载全部
26.09177满载-偏载全部
21.40150满载-偏载全部
26.07178满载-偏载全部
20.25151满载-偏载全部
23.07179满载-偏载全部
27.80152满载-偏载全部
23.43180满载-偏载全部
27.80153满载-偏载全部
26.94181满载-偏载全部
20.25154满载-偏载全部
26.92182满载-偏载全部
18.90155满载-偏载全部
23.43184满载-偏载全部
27.19156满载-偏载全部
23.55185满载-偏载全部
27.19158满载-偏载全部
27.62187满载-偏载全部
18.__159满载-偏载全部
27.60188满载-偏载全部
17.37161满载-偏载全部
23.541__满载-偏载全部
26.38162满载-偏载全部
23.40190满载-偏载全部
26.38163满载-偏载全部
28.10191满载-偏载全部
17.
363.6内力组合在成桥阶段考虑的内力组合是
1.2×恒载+
1.4×活载在这个阶段主要要计算主梁、拉索等在各种荷载内力组合工作情况并且此时的内力组合可以为后面的钢束估束和算索力的初拉力打下基础主梁的内力包络图图3-22主梁弯矩包络图kN.m图3-23主梁轴力包络图kN主梁的内力组合表3-7主梁内力组合(半结构)单元荷载轴向kN弯矩-ykN*m单元荷载轴向kN弯矩-ykN*m1组合1-
90377.
82125036.6827clCB1-
187047.51-
1056644.432组合1-__
683.
16167001.2128clCB1-
187426.15-
1226617.683组合1-__
667.
49230710.0529clCB1-
184953.63-
1226967.574组合1-__
667.
49281207.0930clCB1-
187120.28-
1397246.905组合1-__
667.
49318637.5131clCB1-1__
528.35-
1174973.836组合1-__
667.
49354322.5432clCB1-1__
161.63-
1009512.697组合1-__
667.
49352616.8733clCB1-
188856.61-
860608.168组合1-__
664.
19338111.4134clCB1-
188525.48-
728465.339组合1-__
667.
41310849.1735clCB1-
188264.77-
609835.9510组合1-__
667.
06270163.0136clCB1-
188038.24-
505152.0111组合1-
97709.
30234087.5437clCB1-
181887.91-
424129.3212组合1-
105816.
59193033.8138clCB1-
175583.42-
348531.4513组合1-
113916.
55146938.7939clCB1-
169158.31-
277842.4914组合1-
122026.
0296928.0640clCB1-
162618.81-
211739.1315组合1-
130181.
5743327.3341clCB1-155__
9.78-
150604.5216组合1-138___.18-
51810.5042clCB1-
149168.42-
93544.4617组合1-
146446.81-
103734.3343clCB1-
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42146.5718组合1-
153234.82-
162800.1444clCB1-
132887.
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160038.19-
227241.0945clCB1-
124628.
9097582.0220组合1-
166680.26-
296955.6346clCB1-
116357.
43191729.5021组合1-
173218.26-
371232.3747clCB1-
108072.
58227690.6122组合1-
179640.31-
450454.3848clCB1-1000__.
39259404.6023组合1-
185903.95-
535038.0849clCB1-
91833.
56286632.0324组合1-
186138.71-
643703.8250clCB1-
91834.
92311084.4825组合1-
186401.87-
766613.4051clCB1-
91833.
98322373.1526组合1-
186739.30-
903216.5152clCB1-
91835.
26322409.20斜拉索的内力和应力组合表3-8斜拉索内力组合单元荷载内力-IkN内力-JkN单元荷载内力-IkN内力-JkN136组合
16502.
956511.74164clCB
18481.
268464.48137组合
16403.
776412.56165clCB
18508.
548491.76138组合
16304.
836313.62166clCB
18559.
568577.40139组合
16488.
726497.51167clCB
18535.
148552.97140组合
16662.
946672.61168clCB
18561.
968579.80141组合
16558.
476568.14169clCB
18560.
828578.66142组合
16461.
436471.10170clCB
18626.
068644.94143组合
16649.
516659.18171clCB
18639.
238658.12144组合
16797.
666787.12172clCB
18667.
048685.92145组合
16692.
206681.65173clCB
18627.
618646.49146组合
16628.
246617.69174clCB
18627.
888647.81147组合
16790.
436779.__175clCB
18678.
348698.28148组合
16908.
666920.09176clCB
18707.
178727.11149组合
16809.
186820.60177clCB
18629.
728649.66150组合
16825.
906837.33178clCB
18616.
818595.82151组合
16908.
786920.21179clCB
18713.
928692.94152组合
17069.
647081.95180clCB
18743.
678722.69153组合
16984.
766997.06181clCB
18618.
928597.93154组合
17002.
197014.50182clCB
18594.
368616.39155组合
17069.
887082.19184clCB
18374.
018396.04156组合
17078.
267065.08185clCB
18404.
488426.51158组合
17010.
016996.82187clCB
18596.
678618.70159组合
17029.
827016.64188clCB
18518.
148541.22161组合
17078.
787065.601__clCB
18653.
408676.49162组合
18507.
578490.78190clCB
18324.
678347.75163组合
18455.
588438.80191clCB
18520.
658543.73表3-9斜拉索应力组单元荷载应力-IMPa应力-JMPa单元荷载应力-IMPa应力-JMPa136组合1全部
754.
60755.60164clCB1全部
824.
50822.90137组合1全部
743.
10744.10165clCB1全部
827.
20825.60138组合1全部
731.
60732.60166clCB1全部
832.
20833.90139组合1全部
752.
90753.90167clCB1全部
829.
80831.50140组合1全部
773.
10774.30168clCB1全部
832.
40834.10141组合1全部
761.
00762.10169clCB1全部
832.
30834.00142组合1全部
749.
80750.90170clCB1全部
838.
60840.50143组合1全部
771.
60772.70171clCB1全部
839.
90841.70144组合1全部
788.
80787.60172clCB1全部
842.
60844.40145组合1全部
776.
50775.30173clCB1全部
838.
80840.60146组合1全部
769.
10767.90174clCB1全部
838.
80840.70147组合1全部
787.
90786.70175clCB1全部
843.
70845.60148组合1全部
801.
70803.00176clCB1全部
846.
50848.40149组合1全部
790.
10791.40177clCB1全部
839.
00840.90150组合1全部
792.
10793.40178clCB1全部
837.
70835.70151组合1全部
801.
70803.00179clCB1全部
847.
20845.10152组合1全部
820.
30821.80180clCB1全部
850.
10848.00153组合1全部
810.
50811.90181clCB1全部
837.
90835.90154组合1c全部
812.
50813.90182clCB1全部
835.
50837.70155组合1全部
820.
40821.80184clCB1全部
814.
10816.30156组合1全部
821.
30819.80185clCB1全部
817.
10819.20158组合1全部
813.
40811.90187clCB1全部
835.
80837.90159组合1全部
815.
70814.20188clCB1全部
828.
10830.40161组合1全部
821.
40819.901__clCB1全部
841.
30843.50162组合1全部
827.
10825.50190clCB1全部
809.
30811.60163组合1全部
822.
00820.40191clCB1全部
828.
40830.60第4章矮塔斜拉桥的主梁预应力筋设计
4.1矮塔斜拉桥的索力确定方法矮塔斜拉桥索力的确定,我们可以把它按照梁的体外索进行设计,其容许应力一般采用
0.55~
0.6fpk,其中fpk=1860MPa,本设计中取用
0.6×1860=1116MPa另外由于我们设计的是矮塔斜拉桥,根据矮塔斜拉桥拉索承担结构受力的特点斜拉索仅仅分担部分荷载,还有相当部分的荷载由梁的受弯、受剪来承受因此在本次设计中我们只进行了一次索力设计,在施工过程并不进行索力的调整我们确定矮塔斜拉桥的索力时,一般我们先假定拉索__,或者是假定拉索应力,在修改斜拉索弹性模量后(由于拉索具有垂度效应,使得斜拉索变成非线性单元,通过弹性修正后可以使它变成线性状态但是由于在本设计中,斜拉索的长度不是很大,另外加上设计者本身的设计能力,因此在本设计未考虑拉索弹性模量的修正),进行桥梁整体模型的试算典型矮塔斜拉桥的特征之一是应力幅小于50MPa如果在活荷载的作用下,拉索的应力幅在50Mpa以下时,说明我们假定的索的__或者是索的应力是合理的,在这里我采用了两种规格的钢绞线,一种是31束直径为
15.24mm的,其__为4309mm2;一种是37束直径为
15.24mm其__为5143mm2另外由于斜拉索是设计为单排双索面,因此在设计中__要计算为上述两个__值的两倍,即在模型设计中将两索合在一起设计通常我们认为活载应力幅在20-50Mpa之间是比较合理的根据所计算的__,根据充分利用拉索应力的原则,初步确定拉索的索力,假定FⅠ=xAσDx暂定为
0.8,将FⅠ带入整体试算,比较活载作用下应力幅及x与假定的差别,如果差别不大,说明x取值合理,如果差别较大,适当地修改x值,直到合适为止设计流程图见图4-1图4-1斜拉索索力设计流程图(上图)最终设计索力结果见上表(由于索面是对称的,所以只取一对索面)表4-1斜拉索初张力单元荷载工况张拉力kN组单元荷载工况张拉力kN组88施工阶段索力7573拉索1196施工阶段索力7573拉索1__施工阶段索力7573拉索2197施工阶段索力7573拉索290施工阶段索力7573拉索3198施工阶段索力7573拉索391施工阶段索力7573拉索4199施工阶段索力7573拉索492施工阶段索力7573拉索5200施工阶段索力7573拉索593施工阶段索力7573拉索6201施工阶段索力7573拉索694施工阶段索力9093拉索7202施工阶段索力9093拉索795施工阶段索力9093拉索8203施工阶段索力9093拉索896施工阶段索力9093拉索9204施工阶段索力9093拉索997施工阶段索力9093拉索10205施工阶段索力9093拉索1098施工阶段索力9093拉索11206施工阶段索力9093拉索1199施工阶段索力9093拉索12207施工阶段索力9093拉索
124.2压弯构件预应力估算的原理和方法根据公路桥涵设计规范》,在应力荷载作用下,梁应满足正截面强度要求因此,预应力钢塑的根数可以从以下两个方面进行估束按照正常使用极限状态的应力要求计算预应力混凝土梁应满足的条件是截面上下缘均不产生拉应力,且上下缘的混凝土均不被压碎,本设计中的主梁内力包括M、N、Q三种,在M、N的共同作用下主梁为压弯构件,在其截面的上、下缘会产生如下式(4-2-1)和(4-2-2)所示的应力4-2-14-2-2当不考虑预应力效应的时候,由荷载组合截面上下缘会产生的应力如下式4-2-3和4-2-4所示4-2-34-2-4上式中的M和N取在恒载斜拉索索力、自重等和活载汽车按照正常使用极限状态下的最不利组合下得到的最大弯矩最小弯矩对应的数值,主梁截面的内力可以用包络图反映出来,在包络图中我们主要关心最大弯矩正弯矩和最小弯矩工况负弯矩,也需要关心最大轴力和最小轴力工况同时,在预应力的作用下,预应力也会对截面的上、下缘产生应力在预应力作用对截面产生了两个效果1在作用下,将使得截面受压2在作用下,将使得截面受弯因此,预应力对截面产生的应力为4-2-54-2-6规范要求在预应力与其它作用组合下,截面混凝土不出现拉应力,截面混凝土压应力不超过上截面应力范围4-2-7下截面应力范围4-2-8于是得到上截面预应力容许范围4-2-9下截面预应力容许范围4-2-10上缘由荷载产生的弯矩包括最大值,和最小值,效应,前面的上缘应力条件不等式表示为两组当,时当,时由以上两式得到其中和当其为正弯矩的时候取为正值,负弯矩的时候取为负值下缘由荷载产生的弯矩包括最大值,和最小值,效应,前面的下缘应力条件不等式表示为两组当,时当,时由以上两式得到其中和当其为正弯矩的时候取为正值,负弯矩的时候取为负值于本次设计中,进行估束时,事先要进行一系列的假定如下1忽略预应力损失的变化,采用经验值代表预应力的有效值如取用于估算;2采用φ
15.24预应力钢绞线,单根钢绞线__,一个断面上预应力的总作用;3估束的过程是确定某一断面需要多少根n根ΦS
15.24预应力钢绞线;4估束时需要区分上缘配筋、下缘配筋、上下缘都配筋的情况分别给出某一断面能配预应力钢筋的最大值与最小值Ⅰ、一般对于内力处于正弯矩占优的截面如跨中截面,截面下缘配置预应力钢筋根的情况由预应力钢束产生的轴向力为4-2-11由预应力钢束在上缘产生的应力为4-2-12由预应力钢束在下缘产生的应力为4-2-13由于配束在下缘,因此上缘预应力容许范围4-2-14上缘预应力容许范围4-2-15联立4-2-
11、4-2-
12、4-2-14得4-2-16联立4-2-
11、4-2-
13、4-2-15得4-2-17由式4-2-16和4-2-17联立得Ⅱ、一般对于内力处于负弯矩占优的截面如支点截面,截面上缘配置预应力钢筋根的情况由预应力钢束产生的轴向力为4-2-18由预应力钢束在上缘产生的应力为4-2-19由预应力钢束在下缘产生的应力为4-2-20由于配束在上缘,因此上缘预应力容许范围4-2-21下缘预应力容许范围4-2-22联立4-2-
18、4-2-
19、4-2-21得4-2-23联立4-2-
18、4-2-
20、4-2-22得4-2-24由式4-2-
23、4-2-24联立得Ⅲ、一般对于内力包络图中同时出现正负弯矩的截面已经由于截面的特性的限制使得必须得在上下缘都配预应力钢筋的截面,截面上缘配置预应力钢筋根、截面下缘配置预应力钢筋根的情况由上缘预应力钢束提供的轴向力为4-2-25由上缘预应力产生的上缘应力为4-2-26其中由下缘预应力钢束提供的轴向力为4-2-27由上缘预应力产生的下缘应力为4-2-28其中上缘预应力容许范围4-2-29下缘预应力容许范围4-2-30联立4-2-
25、4-2-
27、4-2-
26、4-2-29得4-2-31联立4-2-
25、4-2-
27、4-2-
28、4-2-30)得4-2-32其中,,,由式子4-2-31和4-2-32联立得截面上缘允许配束范围截面上缘允许配束范围
4.3设计中的预应力估算结果
1.主墩根部断面的估数查截面特性,有I=
262.23m4,A=
40.3m2,y1=
3.5m,y2=3m,M__x=-
1764146.66kN•m;=-
146485.14kN;Mmin=-
1987269.75kN•m;=-
150214.16kN其中I—截面惯性矩;A—毛截面__;y1—毛截面中性轴距上缘的距离;y2—毛截面中性轴距下缘的距离取钢束合力作用点距上缘的距离e=
0.3m,则e上=y1-e=
3.5-
0.3=
3.2m;W上==
74.823m3W下==
87.41m3把上述数据带入(4-7)和(4-8)有式中综上有这个结果离散性比较大,结果不可靠,最终配束以实际配束为准
2.跨中截面的估数计算查截面特性,有I=
55.92m4,A=
24.117m2,=
1.57m=
2.43mM__x=
170408.15kN•mMmin=
169902.16kN•m,=-17__
9.6kN=-17__
9.6kN取钢束合力作用点距下缘的距离e=
0.20m,则-e=
2.43-
0.20=
1.23m-e=
1.57-
0.20=
1.37m=
35.637m3=
23.025m3根据式(4-14)有所以取=400根主梁控制断面预应力估束结果如下表表4-1主梁控制断面预应力束估束结果表估束截面节点号顶/底估束结果根数边跨1/412顶0底667边跨1/224顶163底38边跨3/440顶595底0塔梁固结处50顶3000底0中跨1/497顶384底0中跨1/2117顶0底270表中估束结果为ΦS
15.24环氧钢绞线的根数
4.4体内预应力钢筋的布束结果根据估束结果,考虑实际布束的可行性,设计中预应力钢束的布束结果如下表表4-2主梁预应力实际布束结果表截面号模型节点号顶/底布束结果根数截面号模型节点号顶/底布束结果根数0#30顶18000’#30顶1800底0底01#29顶17641’#31顶1764底0底02#28顶17282’#32顶1728底0底03#27顶16563’#33顶1656底0底04#26顶16204’#34顶1620底0底05#25顶15845’#35顶1584底0底06#24顶15126’#36顶1512底0底07#23顶14407’#37顶1440底0底08#22顶13688’#38顶1368底0底09#21顶12969’#39顶1296底72底7210#20顶122410’#40顶1224底144底14411#19顶115211’#41顶1152底216底21612#18顶108012’#42顶1080底288底28813#17顶93613’#43顶936底360底36014#16顶86414’#44顶864底432底43215#15顶79215’#45顶792底504底50416#14顶64816’#46顶648底576底57617#13顶50417’#47顶504底648底64818#12顶43218’#48顶432底720底72019#11顶39619’#49顶396底720底72020#10顶36020’#50顶360底720底72021#9顶32421’#51顶324底720底72022#8顶28822’#52顶288底720底72023#7顶288底72024#6顶288底72025#5顶288底72026#4顶288底72027#3顶288底72028#2顶288底72029#顶288底72030#1顶288底720第五章矮塔斜拉桥的设计检算
5.1主梁检算矮塔斜拉桥的预应力混凝土主梁为压弯构件,在设计中《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004规定,主梁按照承载能力极限状态和正常使用极限状态分别对其进行检算,在斜拉桥的运营阶段按照一下几种荷载组合进行检算表5-1检算荷载组合表名称激活类型制动力体系正温差体系负温差满载-偏载恒荷载钢束一次钢束二次徐变二次收缩二次承组1承载能力相加
1.4----
1.
41.2--
1.
21.
21.2承组2承载能力相加--
1.2--
1.
41.2--
1.
21.
21.2承组3承载能力相加----
1.
21.
41.2--
1.
21.
21.2使用持久1使用性能相加
0.4----
0.411111使用持久2使用性能相加
0.41--
0.411111使用持久3使用性能相加
0.4--
10.411111使用短暂1使用性能相加
0.7----
0.711111使用短暂2使用性能相加
0.71--
0.711111使用短暂3使用性能相加
0.7--
10.711111标准组合1使用性能相加1----111111标准组合2使用性能相加11--111111标准组合3使用性能相加1--1111111主梁正截面强度检算根据04的公路桥涵设计规范规定,桥梁的承载力,应采用下列表达式γ0S≤R
5.1-1R=Rfd,ad
5.1-2式中γ0——结构的重要系数S——作用的组合设计值R——结构承受能力初步设计值;fd——材料强度设计值;ad——几何参数设计值主梁控制截面交界墩处、边跨四分点、边跨跨中、塔梁固结处、中跨四分点、中跨跨中在承载能力极限状态下的正截面强度检算见下表表5-2使用阶段主梁承载能力检算单元位置最大/最小组合名称类型验算rMukN*mMnkN*m1I
[1]最大承组2MY-__XOK
378754.
92381771.021I
[1]最小承组3MY-MINOK-
93996.
16252615.737I
[8]最大承组2MY-__XOK
547668.
64568199.457I
[8]最小承组3MY-MINOK
207640.
46568199.458I
[9]最大承组2MY-__XOK5102__.
76554699.978I
[9]最小承组3MY-MINOK
201031.
9554699.9714I
[15]最大承组2MY-__XOK
96010.
297385994.9114I
[15]最小承组3MY-MINOK
26201.
011385994.9121I
[22]最大承组3MY-__XOK-
360310.
4705920.0121I
[22]最小承组2MY-MINOK-
540134.
8705920.0122I
[23]最大承组3MY-__XOK-
447067829237.4222I
[23]最小承组2MY-MINOK-
632747.
1829237.4229I
[29]最大承组3MY-__XOK-
13093031812916.429I
[29]最小承组2MY-MINOK-
14494601812916.430I
[30]最大承组2MY-__XOK-12285111840___.730I
[30]最小承组3MY-MINOK-16543741840___.736I
[37]最大承组2MY-__XOK-
334173.
5481793.5336I
[37]最小承组3MY-MINOK-
427948.
2481793.5351I
[52]最大承组3MY-__XOK
388349.
69469555.88单元位置最大/最小组合名称类型验算rMukN*mMnkN*m51I
[52]最小承组2MY-MINOK
305166.
09469555.8852I
[53]最大承组3MY-__XOK
382231.
51465738.452I
[53]最小承组2MY-MINOK
299330.
32465738.453I
[53]最大承组3MY-__XOK
382291.
62469555.__53I
[53]最小承组2MY-MINOK
299110.
25469555.__68I
[68]最大承组2MY-__XOK-
461070.
7481793.5368I
[68]最小承组3MY-MINOK-
454979.
1481793.5374I
[75]最大承组2MY-__XOK-13847381840___.774I
[75]最小承组3MY-MINOK-18108471840___.775I
[76]最大承组3MY-__XOK-1218__
61812916.475I
[76]最小承组2MY-MINOK-
13596821812916.490I
[90]最大承组2MY-__XOK
165214.__
385994.9190I
[90]最小承组3MY-MINOK
96024.
117385994.9196I
[96]最大承组2MY-__XOK
528082.
76554699.9796I
[96]最小承组3MY-MINOK
219220.
42554699.97说明单元29,30,74,75为0号块;单元51,52,53为中跨合拢段;单元14,90为边跨1/2处的单元;单元36,68为中跨1/4处的单元;验算位置都为以上单元的i端由上表可知,主梁弯矩值最大出现在单元7处,最大值为
547668.64kN*m,小于该处结构抗力
568199.45kN*m,故主梁正截面强度检算通过主梁正截面抗裂性检算公路桥涵设计规范04第条规定,桥梁承受弯矩时许进行截面的抗裂盐酸,设计中由于没有配抗剪钢筋,故只对正截面进行抗裂检算应符合下列要求1在短期效应作用下预制构件σst-
0.85σpc≤
05.1-3纵向分块构件σst-
0.80σpc≤
05.1-42A类构件,在短期效应组合下σst-σpc≤
0.7ftk
5.1-5在作用或荷载__效应组合下σlt-σpc≤
05.1-6主梁控制截面交界墩处、边跨四分点、边跨跨中、塔梁固结处、中跨四分点、中跨跨中在正常使用极限状态下的正截面抗裂性检算见下表表5-3主梁正截面抗裂性检算表单元位置组合名称短/长类型验算Sig_TLMPaSig_TRMPaSig___XMPaSig_ALWMPa7I
[8]标准组合3短期MY-MINOK
5.
7965.
7965.79608I
[9]标准组合3短期MY-MINOK
4.
6714.
6714.671014I
[15]标准组合3短期MY-MINOK
3.5__
3.5__
3.5__029I
[29]标准组合3短期MY-MINOK
0.
9780.
9780.978030I
[30]标准组合3短期MY-MINOK
4.
0854.
0854.085036I
[37]标准组合3短期MY-MINOK
4.
7464.
7464.746051I
[52]标准组合3短期MY-MINOK
6.
5206.520-
1.321052I
[53]标准组合3短期FX-__XOK
6.
0456.045-
1.135053I
[53]标准组合3短期FX-__XOK
6.
3226.322-
1.060068I
[68]标准组合3短期MY-MINOK
2.
1812.
1812.181074I
[75]标准组合3短期MY-MINOK
5.
9845.
9845.984075I
[76]标准组合3短期MY-MINOK
0.
6470.
6470.647090I
[90]标准组合3短期MY-MINOK
4.
2214.
2214.2210说明单元29,30,74,75为0号块;单元51,52,53为中跨合拢段;单元14,90为边跨1/2处的单元;单元36,68为中跨1/4处的单元;验算位置都为以上单元的i端主梁刚度检算设计主梁刚度检算条件为汽车活载挠度δL/
6005.1-7活载跨中计算挠度δ=|δ__x|+|δmin|
5.1-8在汽车荷载作用下,主梁中跨跨中节点52挠度为δ__x=-
39.00mmδmin=
8.52mmδ=|δ__x|+|δmin|=|-39|+|
8.52|=
47.52mmL/600=180/600=
0.308m=
308.33mmδ=
47.52mm
308.33mm梁刚度满足要求
5.2斜拉索检算斜拉索的检算主要包括拉索的最大组合应力、拉索的最小组合应力活载应力幅(疲劳检算)斜拉索的组合应力检算《公路斜拉桥实施细则》JTGTD65-01-2007第
4.
3.3条要求,计算斜拉索组合应力按容许应力法进行检算,具体检算条件为σ__x≤[σ]=
0.6fpk;本设计中,斜拉索采用钢绞线斜拉索,钢绞线的抗拉标准强度fpk=1860MPa,因此,本设计中的斜拉索容许应力[σ]=
0.6×1860=1116MPaσ__x为斜拉索的最大组合应力(正常使用极限状态的应力计算组合工况)设计中要求对每根斜拉索均进行应力强度检算表格5-4索的容许应力验算单元内力N单根钢铰线__(mm2)钢铰线根数(根)拉索截__(mm2)应力MPa
1365049702.
147139.
5318617.
99585.
901374916148.
278139.
5318617.
99570.
501385066146.
935139.
5318617.
99587.
901395031828.
417139.
5318617.
99583.
901405195299.
859139.
5318617.
99602.
801415034408.
78139.
5318617.
99584.
201425208761.
085139.
5318617.
99604.
401435161634.
047139.
5318617.
99598.
901445288632.9__
139.
5318617.
99613.
701455099505.
334139.
5318617.
99591.
701465299955.
745139.
5318617.
99615.
001475237369.
55139.
5318617.
99607.
701485404084.
912139.
5318617.
99627.
101495186192.
439139.
5318617.
99601.
801505415045.
725139.
5318617.
99628.
301515332811.
448139.
5318617.
99618.
801525465547.
341139.
5318617.
99634.
201535225945.
48139.
5318617.
99606.
401545485552.
123139.
5318617.
99636.
501555371450.
41139.
5318617.
99623.
301565454798.
394139.
5318617.
99633.
001585194606.
519139.
5318617.
99602.
801595487433.
506139.
5318617.
99636.70单元内力N单根钢铰线__(mm2)钢铰线根数(根)拉索截__(mm2)应力MPa
1615335318.
465139.
5318617.
99619.
101626566482.
795139.
53710286638.
401636236991.
462139.
53710286606.
401646627463.
588139.
53710286644.
301656390924.
753139.
53710286621.
301666673365.
174139.
53710286648.
801676317704.
904139.
53710286614.
201686750224.
925139.
53710286656.
301696463214.
769139.
53710286628.
401706777392.
135139.
53710286658.
901716402278.
753139.
53710286622.
401726877552.
286139.
53710286668.
601736531369.
08139.
53710286635.
001746809339.
88139.
53710286662.
001756410438.
409139.
53710286623.
201766928467.
702139.
53710286673.
601776527393.
406139.
53710286634.
601786799824.
734139.
53710286661.1017963848__.
964139.
53710286620.
701806945033.
066139.
53710286675.
201816482221.
628139.
53710286630.
201826885354.
271139.
53710286669.
401846147743.
316139.
53710286597.
701856748880.
737139.
53710286656.1018765331__.
446139.
53710286635.
201886871767.
79139.
53710286668.101__
6370547.
555139.
53710286619.
301906711092.
876139.
53710286652.401916___
557.
975139.
53710286630.60从表5-5可以看出单元180处σ__x=675MPa=
0.6fpk=1116MPa,故斜拉索强度满足要求疲劳检算《公路斜拉桥实施细则》JTGTD65-01-2007未对斜拉索疲劳强度检算提出明确要求本设计中的斜拉索疲劳检算方法为目前国内斜拉桥中通常要求斜拉索的疲劳应力幅度小于50MPa即公式斜拉索的活载应力幅Δσ=σ__x-σmin50MPa5-7斜拉索的疲劳应力幅度=最大汽车活载应力-最小汽车活载应力,即该类型斜拉索允许活载应力幅表5-6斜拉索疲劳强度验算单元应力最大MPa应力最小MPa应力幅MPa[σ]MPa
13620.
640.
0020.
6450.
0013722.47-
0.
1422.
6150.
0013822.47-
0.
1422.
6150.
0013920.
640.
0020.
6450.
0014021.
530.
0021.
5350.
0014123.71-
0.
2023.
9150.
0014223.72-
0.
2023.
9250.
0014321.
530.
0021.
5350.
0014422.
270.
0022.
2750.
0014524.85-
0.
2825.
1350.
0014624.86-
0.
2825.
1450.
0014722.
270.
0022.
2750.
0014822.83-
0.
0122.
8450.
0014925.86-
0.
3626.
2250.
0015025.87-
0.
3726.
2450.
0015122.83-
0.
0122.
8450.
0015223.18-
0.
0323.
2150.
0015326.72-
0.
4727.
1950.
0015426.72-
0.
4727.
1950.
0015523.18-
0.
0323.
2150.
0015623.29-
0.
0523.
3450.
0015827.40-
0.
5827.
9850.
0015927.41-
0.
5827.
9950.
0016123.29-
0.
0523.
3450.
0016223.15-
0.
0723.
2250.
0016327.88-
0.
7028.
5850.
0016427.__-
0.
7028.
5950.
0016523.15-
0.
0723.
2250.
0016622.74-
0.
0922.
8350.
0016728.15-
0.
8328.
9850.
0016828.15-
0.
8328.
9850.
0016922.74-
0.
1022.
8450.
0017022.07-
0.
1222.
1950.
0017128.19-
0.
9529.
1450.
0017228.20-
0.
9529.
1550.
0017322.07-
0.
1222.
1950.
0017421.16-
0.
1421.
3050.
0017528.01-
1.
0729.
0850.
0017628.02-
1.
0729.
0950.
0017721.15-
0.
1421.
2950.
0017820.01-
0.
1520.
1650.
0017927.61-
1.
1828.
7950.
0018027.62-
1.
1828.
8050.
0018120.01-
0.
1520.
1650.00单元应力最大MPa应力最小MPa应力幅MPa[σ]MPa
18218.67-
0.
1618.
8350.
0018427.01-
1.
2828.
2950.
0018527.02-
1.
2828.
3050.
0018718.67-
0.
1718.
8450.
0018817.15-
0.
1917.
3450.001__
26.20-
1.
3827.
5850.
0019026.21-
1.
3827.
5950.
0019117.15-
0.
1917.
3450.00由表5-6,单元172(挂索9),△σ__x=
29.15MPa[△σ]=50MPa,故斜拉索疲劳满足要求
5.3检算结论通过对主梁进行强度检算,抗裂性检算,刚度检算;以及对斜拉索进行强度和疲劳检算的结果可知,本次设计中主梁和斜拉索的各项指标都符合设计要求因此,对于本桥梁的设计满足设计要求第六章主要材料数量汇总本设计所用材料主要有混凝土、钢绞线表6-1主要材料汇总表材料类型部位规格体积m3重量kg混凝土桥墩C
4012764.9—桥塔C
50835.35主梁C
6014375.7钢绞线斜拉索ΦS
15.24—378290预应力钢束ΦS
15.241228__7说明桥墩中不包括承台下桩柱的混凝土数量,只计算承台和墩身的混凝土结论本设计是公路120m+2×185m+120m三塔四跨单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥塔梁墩固结结构体系梁是主要承载结构,斜拉索的主要作用机理为体外预应力作用相同,并能分担一部分竖向荷载主梁梁为单箱三室箱型梁截面形式,在桥墩附件实行主梁变高以更好的承受桥墩处主梁出现的较大的负弯矩;桥塔设计为实心混凝土结构,在塔底部实行沿桥纵向宽以更好的承受沿桥纵向桥塔的弯矩;墩采用空心墩结构主梁桥塔两侧采用悬臂对称施工的方法,边跨边部采用满堂支架施工,结构的整个施工阶段体系不断发生转变为保证结构与施工安全,需根据实际施工划分结构单元,并按施工阶段进行模型计算分析本设计按照桥梁施工过程建立施工阶段模型进行设计计算,并结合国家规范《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-
2004、《公路斜拉桥设计细则》JTG/TD65-01-
2007、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004进行结构尺寸的拟定、荷载作用的确定及荷载作用效应的组合等,并按相应的设计理论进行桥梁的结构设计,确定矮塔斜拉桥斜拉索的索力、预应力钢束数量等再按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-
2004、《公路斜拉桥设计细则》JTG/TD65-01-2007验算标准,进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的设计验算验算内容包括
①主梁正截面抗弯强度检算;
②主梁正截面压应力验算;
③主梁正截面抗裂性检算;
④主梁挠度检算;
⑤斜拉索应力验算;
⑥斜拉索疲劳验算检算结果表明本设计主梁及斜拉索各项指标都符合设计要求本设计模型的设计计算及验算都是通过有限元结构分析软件MIDAS/CIVIL进行的预应力钢筋估算部分,根据其相应估算原理通过EX__L办公软件进行预应力钢束的估算的致谢经过两个多月的不懈努力,在指导老师跟同组同学们的帮助之下,使我的毕业设计得以顺利完成在此我诚挚地向指导毕业设计的谢尚英、何畏、李永乐、杨兴旺、马存明、赵彬、易虹岚、梁艳和祝兵六位老师及占将德、张明明学长对我的悉心指导和深切关怀表示衷心的感谢,感谢他们在我整个毕业设计期间给予的指导和帮助通过本次毕业设计,我不仅对桥梁知识(特别是矮塔斜拉桥)有了更系统和深入的认识;同时我学会如何__完成一座桥梁结构设计,提高了自己的能力;还让我体会老师们分析问题,解决问题的方法,使我茅塞顿开,受益匪浅,对我以后的学习和工作有相当大的作用同时老师们的耐心指导,不厌其烦的工作态度,让我非常感动老师为人处事的态度,治学的严谨,对人的宽容也让我深深感动在这里我也要感谢杨小龙,王建立,陈思远,温作洋同学在我毕业设计中给与的大力帮助在此,我向在本次毕业设计中给与我精心帮助、指导和支持的老师和同学们表达我深深地谢意主要____
[1]郑一峰,黄侨,张宏伟.矮塔斜拉桥的概念计「J〕公路交通科技,2005785一__.
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[15]交通部.JTGD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.北京人民交通出版社.2004
[16]交通部.JTJ025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范.北京人民交通出版社.1986附录一Midas命令流文件附录二英文翻译Globalstability____ysisofanasymmetricallong-spanconcrete-filledsteeltubearchbridgeGlobalstability____ysisofanasymmetricallong-spanconcrete-filledsteeltubearchbridgeShengyongLiCollegeofCivilEngineeringFuzhouUniversityFuzhouChinaChristianKohlmeyerandFrankMüllerTechnischeUniversitätKaiserslauternInstituteofConcreteStructuresandStructuralEngineeringKaiserslauternGermanyBaochunChenCollegeofCivilEngineeringFuzhouUniversityFuzhouChinaABSTRACT:Aproposedasymmetricaldeck-typeconcrete-filledsteeltubeCFSTarchbridgewithaspanof380mwas____yzedforitsglobalstabilityinboththeconstructionandservi__stagesbyusingMidas/Civil
7.
0.Inordertoevaluatetheinfluen__ofthegeneralarrangementofheproposedbridgeonitsstabilitythebucklingmodesandfactorsoftheproposedbridgeandanothertwobridgeswerecompared.Thetwobridgesarethesameastheproposedbridgeex__ptthattheyaresymmetricallyarrangedandh__ethespansof404mand358mrespectively.Theresultsoftheglobalstability____ysisdemonstratethatthebridgehasadequatesafetyagainstcollapsenotonlyintheconstructionstagebutalsointheservi__stage.Howevertheasymmetricalarrangementoftheproposedbridgeredu__sitsstability.Theloadcarryingcapacityislowerthanthatofsymmetricallyarrangedbridgesevenwithalongerspanlengthof404m1INTRODUCTIONInre__ntyears__nyhighspeedrailwaysareconstructedinChina.Intheserailwaysarchbridgesareoftenselectedassolutiontocrossoverdeepgeorgeinmountainareawithgreaterspancapacitythangirderbridgesandmuchlargerstiffness__allertrain-indu__ddefor__tionandvibrationthanthatofcable-stayedbridgeorsuspensionbridge.Inarchbridgesconcreteorsteelarcharethetwopopulartypestobebuiltinmoderntime.Howeveronedrawbackofconcretearchisitsrelativelyhe__yself-weightswhich__yresultintheconstructiondifficultyespeciallyinalongspanbridge.Meanwhilesteelarchbridgeneedhighcostbothforbuildingand__itanan__inservi__afteritscompletment.Moreoverthenoiseemissionsofsteelarchbridgesindu__dbypassinghighspeedtrainareabigproblemforenviroment.InthelasttwodecadeshundredsofConcrete-filledsteeltubeCFSTarchbridgesh__ebeenbuiltinChinafromhighwaybridgetorailwaybridgetakingthemeritsoftwo__terialstoprovidehighductilityandstrength.CFSTarchbridgescanovercomethedisadvantagesofaforementionedRCarchbridgesandsteelarchbridges.AsaresultseveralCFSTbridgesh__ealreadybeenbuiltaspartoftherailwaylinessuchastheBeipanjiangBridgetheShui-baiRailwayExpresstheLashaheBridgetheQing-zhangRailwayExpresstheYichangYangtzeRiverBridgeandtheYi-wanRailwayExpress.AnotherrailwayCFSTarchbridgewillbebuiltaspartoftheexpressrailwayconnectingSuzhouwithZhunger.Thisbridgewillbetakenasacasestudyinthispaper.Thearchriborringisthemostimportantcomponentofanarchbridge.Duetothefactthatthearchribworks__inlyincompressionthestability____ysisisakeyissueindesignofthestructureespeciallyforalongspanbridge.Atpresenttherearetwomethodsfor____yzingthestabilityofanarchbridgewhicharethebifurcationbuckling____ysisandthesnap-throughbuckling____ysis.Althoughthelatermethodisoftenusedininstability____ysisforarchbridgesin__nyliteraturestheformermethodispreferredbyengineersduetoitssimplicityandcost-efficiencyincomputation.Thebucklingfactorcalculatedbythebifurcationbucklingmethodmustbeequaltoorgreaterthan4~5toensurethesafetyofstructureagainstcollapse.Thepurposeofthepresentpaperistousethebifurcationbucklingmethodtoevaluatethestabilityofthebridgenotonlyduringtheconstructionphasebutalsointheservi__stage.Inadditionanothertwobridgeswithsymmetricalarrangementarealso____yzedfortheirstabilityinordertoinvestigatetheinfluen__ofthebridgearrangementonthestability.2THETHEORYOFEQUILIBRIUMBIFURCATIONTheequilibriumbifurcationisbasedonthecon__ptofthecriticalloadofanelasticstructurewhichwasintrodu__dbyEulerwhoalsoprovidedthesolutionsofthecriticalloadsofcolumnswithvariousendrestrainswiththefollowingformula1:wherePcristhecriticalloadEIisthebendingrigidityintheinstabilityplaneLdenotesthecalculationlengthofthecolumnandμrepresentsthefactorrelatedtotheconstrainconditionsofthecolumn.Itisassumedthatthecolumnisinanidealconditionwithnoimperfectionssuchasaninitialcurvatureinitialbendingmomentsorloadec__ntricities.Basedonthistheorythe__trixstiffnessmethodhasbeenproventobemoresuitableforcomputer____ysisofcomplexstructures.Andthismethod__kesthecalculationofcriticalloadsofelasticstructuresaroutineproblem.Thecriticalloadscanbeobtainedbytheformulaasfollows:[K]+λ[S]{ψ}={0}(2where[K]isthestructuralstiffness__trix[S]isthestress__trix{ψ}istheeigenvectorofthedispla__mentandλistheeigenvalue.Thecriticalloadsofthestructurecanbeobtainedbysolvingtheeigenvalueofformula
2.Consequentlythismethodisalsocalledeigenvaluebucklingmethod.Theminimumeigenvaluei.e.thefirstordereigenvalueλisthesafetyfactoragainstthebucklingofthestructure.3BRIDGEDESCRIPTIONTheproposedbridgeisadeck-typeX-shapeCFSTarchbridge.Thearchaxisisaninvertedcatenarycurvewithanaxiscoefficientofm=
2.5whichischoseninordertominimizethebendingmomentsduetoper__nentloads.Inordertodecreasethecoverdepthoftherightsidearchspringingabutmentthebridgeisdesignedasanasymmetricalstructurewithacalculatedspanlengthof380mofwhich202mfromthe__ntroidoftheleftsidearchspringingsectiontothe__ntrallineatthecrownand178mfromthe__ntroidoftherightsidearchspringingsectiontothe__ntralline.Theriseofthearchis
77.0mandtherise-to-spanratioisf/L=1/
5.
25.Thesuperstructureconsistsofthreeparts.FromSuzhoutoZhungerdirectionithas7continuousspansh__ingthelengthL1of
173.55m
24.75m+6*
24.8m7rigidframesegmentsh__ingthePI-shapecrosssectionswithatotallengthL2of
81.7mand6continuousspansh__ingthelengthL3of
148.75m5*
24.8m+
24.75m.Theoveralllengthofthedeckis404m.ThelongitudinallayoutofthebridgeisshowninFig.
1.Thetworibsofthebridgeareinclinedinwardwithanangleof8degrees.The__nter-to-__nterspacingofthetworibsvariesfrom30mattheleftsidearchspringingsection
24.44mattherightsideto
9.35matthecrownsection.Theoverallwidthoftheribisconstantly
4.0mandtheoveralldepthvariesfrom
13.5mattheleftsidearchspringing
12.22mattherightsidearchspringingto
7.5matthecrownsectionFig.
2.ThecrosssectionofthedeckstructureconsistsoffourseparatedT-shapeprecastprestressedgirdersFig.
3.Ateachsidetwogirdersareconnectedbythecast-in-pla__concretestripsforbearingarailwayline.TheprecastT-shapegirdersare
24.0mlongand
2.18mdeep.Theweightofonegirderamountsto
197.3t.Thereisonediaphragmevery
3.0minthelongitudinaldirectionandthethicknessoftheinnerdiaphragmis20cmandthatattheendofthegirderis30cm.Thetendonsinthedeckconstructionareusedtotransformthesimply-supportedbridgestructureintoacontinuousone.Thetworibsareconnectedbyatoplateralbracingoneж-shapesteeltubetrussbracingeverytwosegmentsnearthearchspringingandoneN-shapesteeltubetrussbracingeverysegmentintheotherareastoformaspa__frame.Thearrangementofthebottomlateralbracingisthesameasthatofthetopbracing.TherearethreesizesofsteeltubesusedfortheflyingshoreØ1200x20mmØ1000x20mmandØ900x16mmrespectively.AndthreesizesusedforthediagonalbracingØ900x16mmØ800x14mmandØ700x14mmrespectively.SeeFig.
4.Bridgespandrelcolumnsvaryingintheheightfrom
5.28m-
58.2mconsistoftwoindividualcolumnsconnectedbyaK-shapebracingbetweenthem.Allthecolumnsh__eaboxtypecross-section.Theouterdimensionsofallthepiersare
2.5mby
2.5m.4FEMODELINGOFTHEBRIDGEThe____ysisofthisbridgewasperformedbyusingthecommercialFEprogramMidas/Civil
7.
0.Athree-dimensionalmodelconsistingofbeamandbarelementswasestablishedtocarryoutthestability____ysis.Themodelingwasbasedonthefollowingassumptions:1ThetrusselementsTRUSSwereusedtomodelthebracingconnectingthetopandthebottomchords;2ThebeamelementsBEAMwereusedtomodelthearchribthehorizontalbracingandthesuperstructures;3ThecableelementsTENSTRwhichareuniaxialtension-onlyelementswereusedtomodeltheprestressedstrands;4ThesolidwebsoftheribsnearthearchspringingsareTRUSSelementsformingthetriangulationties.TheareaoftheelementsisinfiniteandthetotalweightisequaltothatofthesolidwebsinordertosimplifytheFEmodelingandenhan__thecomputingefficiency.Thecantilevermethodwasusedtoestablishthearchtube.Thearchtubewasdividedinto17segmentsalongitslongitudinaldirection.Duringthecantileverconstructioneverysteeltubeofthearchribsatthearchspringingwashinged.Afterclosingthearchtubethehingedarchspringingswerechangedintofixedsupports.ThecriticalconstructionphaseFig.5isdefinedasthemomentwhenthecantileverreachesits__ximumlengthandthestructureissu__ectedtoitsself-weighttheprestressedstrandtensionandthelateralwindload.AnothercriticalconstructionphaseFig.6isdefinedasthemomentwhenthearchribsareclosedalltheprestressedstrandsareremovedandthefirstbottomchordtubeseeninFig.7isfilledwithconcretewhichjustactsasaloadbutnotasapartofthelaterstructure.TheFEmodelintheservi__stageisshowninFig.
8.5____YSESRESULTS
5.1StabilityofthebridgeduringconstructionTheresultsofthestability____ysisofthebridgeinconstructionarelistedinTable
1.Therearetwodifferentinstabilitymodes:theout-of-planeandin-planeinstabilitybucklingmodes.Theout-of-planebucklingmodehappensinthe__ximumcantileverconstructionstagewithemptysteeltubesandthein-planebucklingmodeoccursintheconstructionstagewhenthefirstbottomchordsteeltubeisfilledwithconcrete.
5.2Stabilityofthebridgeintheservi__stageInordertostudytheinfluen__oftheasymmetryofthebridgeonthestabilitytwoothersymmetricaldesignschemesi.e.2x202m=404mspanlengthand2x178m=356mwere____yzed.Therealasymmetricalschemeiscalledcase0andtwootherschemesarecalledcase1andcase2forthe404mspanlengthand356mspanlengthrespectively.Theloadsincludethedeadloadtheliveloadonthedeckh__inga__gnitudeaccordingto0andthelateralwindload.Theminimumeigenvalueλandthecorrespondingfailuremodeareveryimportantforthestabilityofthestructuresandλisrequiredtobeequaltoorgreaterthan4~
5.HoweveraccordingtothestabilityresultsgivenbyTable2thefirstandsecondorderbucklingfactorsslightlydiffer.ThereforetheformertwoorderbucklingmodesarepresentedinthepapershowninFig.9-Fig.
11.Theresultsdemonstratethatthebucklingfactoroftheproposedbridgemeetstherequirementsandinallthecasesthebucklingmodesarein-plane.Theformertwobucklingmodesoccurringincase1andcase2arealmostthesamewhicharein-planesymmetricalshape.ThebucklingfactorwouldbesignificantlyincreasedbyreducingthespanlengthoftheCFSTarchbridge.一个非对称大跨度钢管混凝土拱桥管全局稳定性分析李胜勇土木工程学院,福州大学,福州,中国ChristianKohlmeyer和FrankMüller研究所合作大学凯泽斯劳滕的混凝土结构的建筑工程凯泽斯劳滕德国陈宝春土木工程学院,福州大学,福州,中国摘要拟议的非对称甲板式钢管混凝土管(钢管)拱跨度380米的桥是其在在施工和运营阶段的全局稳定分析采用迈达斯/民用
7.0为了评估总体布置对桥梁稳定性的影响,在屈曲模式和建议的因素,并提出大桥与另外两座桥进行了比较两桥和设想的这座桥相同,但它们是对称布置,并分别拥有404米和358米的跨度全局稳定性分析的结果表明,该桥具有足够的抗倒塌的安全性,不仅在施工阶段,而且在服务阶段然而,这座大桥的非对称布置会降低其稳定性它的荷载承载力低于对称布置的桥梁,甚至更长的404米跨度的桥梁
1.简介近年来,许多高速铁路建于中国在这些铁路当中,拱桥往往被选择是为了解决越过山区中的深沟,因为它较梁桥有更大的跨度和更高的刚度,火车引起的变形和振动也小于斜拉桥或悬索桥在拱桥中,混凝土或钢拱,在现代这个时期是建造中两个普遍的类型然而混凝土拱的一个缺陷是其相对较重的自身重量这可能会导致施工难度大特别是在大跨度桥梁与此同时钢拱大桥需要很高的成本,无论是对于其施工阶段还是在其建成后的服务期此外,高速列车的经过所引起的钢拱桥梁噪声的排放对环境是一个大问题在过去的__年里,数以百计的灌注混凝土的钢管(钢管混凝土)拱桥已在中国建成的,从公路,桥梁,铁路桥梁,利用两种材料的优点,提供高延展性和强度钢管混凝土拱桥,可以克服上述钢筋混凝土拱桥,钢拱桥的缺点因此,一些钢管混凝土桥梁已经建成,铁路线的一部分,如北盘江大桥,水柏铁路快线,拉沙河大桥,清张铁路快线,宜昌长江铁大桥和宜万铁路快线另一个铁路钢管混凝土拱桥将建成,作为连接苏州和准格尔铁路快线的一部分这座桥将被视作本文的案例研究拱肋或环是一拱桥最重要的组成部分基于事实,即在主要工程中的压缩拱肋,稳定性分析是一种在结构设计中的关键问题,特别是大跨度桥梁目前,有两种方法分析了这一拱桥的稳定,这就是分岔屈曲分析和snap-through屈曲分析虽然在许多文献中后一种方法常用语拱桥稳定性的分析,但工程师却优先考虑前一种方法,因为其低成本和较小的计算量屈曲的因素采用分支屈曲方法计算的数值必须等于或大于4~5以确保结构能抵抗破坏确保安全本文件的目的是利用不仅在施工阶段,而且在服务阶段的分岔屈曲方法评价桥梁的稳定性此外,另外对称排列两座的桥梁,也分析了它们的稳定性,以调查该桥梁的布置对其稳定性的影响2平衡分岔的理论平衡分岔概念是基于一个有弹性的临界荷载的结构上的这个结构是由欧拉映入的,他也提供了解决方案的临界荷载列的约束与各种各样的结束与下面的公式1其中Pcr是指临界荷载,EI是指不稳定平面上的弯曲刚度,L表示列的计算长度,而u代表有关约束条件列的因素这里假设列在一个没有不完善的理想条件,如初始弯曲,弯曲的初始时刻或荷载在此理论基础上,刚度矩阵方法已被证明是更复杂结构的计算机分析用途这方法使弹性结构的临界荷载计算成为常规问题临界载荷可通过如下公式获得其中[K]是结构刚度矩阵,[S]是应力矩阵,{ψ}特征向量的位移而λ是特征值该结构的临界载荷,可通过求解特征值的计算公式
(2)获得因此,这种方法也被称为特征值屈曲方法最小特征值,ie,第一阶特征值λ是对结构的屈曲安全系数3布里奇描述这条大桥是甲板型X型钢管混凝土拱桥采用的是一个轴系数的m=
2.5的倒置的拱轴线,对于永久荷载这是为了最大限度地减少选择弯矩为了减少右侧拱脚桥台保护层厚度,这座桥设计为不对称结构,有380米的计算跨径长度,其中202米是从左侧拱脚部分的重心到中心线,178米是从右侧拱脚部分的重心到中心线足弓的的顶点是七十七点零米,上升到跨比为f/L为1/
5.25上部结构由三部分组成从苏州准格尔方向他具有有7个连续跨度,长度L1=
173.55m
24.75m+6*
24.8m,7段具有PI-shape刚构桥断面的总长度L2=
81.76米,具有6段连续跨度,长度L3=
148.75L3mm+
24.755*
24.8%米甲板的总长度是404米.大桥的纵向布局如图1所示大桥的两根肋骨都倾向于为8度角向内这两个肋骨中心到中心间距的变化是从拱脚左侧的30米(
24.44在右侧米)到在表冠的
9.35米该肋整体宽度为
4.0米,并不断深入的整体变化,从在左侧拱脚(
12.22在右侧拱脚m)
13.5米到在树冠部分(图2)的
7.5米11这两根肋骨被连接有可能是由高级侧向支撑一个ж型钢管桁架支护每两段附近的街头巷尾和一个N型拱钢管桁架支护的每一个片段在其他地区形成一个空间框架底部的安排侧向支撑是一样的顶尖的支撑有三种规格的管材用于施工分别使用大小为Ø1200x20毫米,Ø1000x20毫米和Ø900x16毫米并用于三种尺寸的斜撑,分别为Ø900x16毫米,Ø800x14毫米和Ø700x14毫米(参见图4)4桥的有限元建模大桥的分析是利用商业的有限元分析程序迈达斯/民用
7.0一个三维模型,梁和杆单元组成,成立的目的是进行稳定性分析该模型是基于以下假设
(1)桁架杆件桁架模型被用来支撑连接的顶部和底部的__;2梁单元用来梁拱肋在水平方向上的支撑和上层建筑;
(3)电缆单元测试,这是单轴张力只有单元,分别用于模拟预应力束;
(4)拱脚肋拱附近的固体网是形成三角关系的桁架单元单元的领域是无限的,总重量等于了坚实的网,为了简化有限元建模,提高了计算效率悬臂法用于建立拱管拱管分为17段沿其纵向方向悬臂施工期间,所有在拱脚拱肋的钢管都用铰链连接关闭后拱管,铰拱脚被改变成固定的支持关键的施工阶段(图5)定义为悬臂的时刻达到其最大长度,结构是受到其自重,预应力钢绞线张力和侧向风荷载另一个关键施工阶段(图6)定义为拱肋关闭那一刻,所有的预应力钢束被删除,并且第一下弦管材(图7所示)填充混凝土,它只是作为一个荷载,但不是作为一个后来的结构部分在服务阶段的有限元模型图8所示5分析结果
5.1桥梁施工期间的稳定性工程中的桥梁稳定性分析的结果在表1中列出有两个不同的失稳模式平面向外和平面内失稳屈曲模式平面外屈曲模式发生在最大悬臂施工阶段的空钢管,而平面内屈曲模式发生在施工阶段中第一个底部弦钢管灌满混凝土时
5.2桥在服务阶段的稳定性为了研究桥梁的不对称结构对其稳定性的影响,对另外两个对称的设计方案(2x202m=404m和2x178m=356m长的跨度进行了分析该真实的不对称计划称为情况0,另外两个404m和356m跨径长分别称为情况1和情况2荷载包括板上的恒载,活荷载,有一个大小根据0,侧向的风荷载最小特征值λ和相应的故障模式是对结构稳定性非常重要的,λ是必须等于或大于4〜5大然而,根据由表2的稳定,第一和第二顺序的因素略有不同屈曲给出结果因此,前两阶屈曲模态,列于文件(图9,图11所示)结果表明,所提出的桥屈曲系数符合要求,并在所有的情况下,屈曲模态的面内前两屈曲模式和成功案例2案例1发生在几乎相同,这是平面对称形状屈曲系数将大大增加降低了钢管混凝土拱桥跨径附录三实习报告2011年5月29日至30日,根据学校的要求,在指导老师的带领下我前往四川绵阳市和北川新县城进行了为期两天的毕业实习在这两天的时间里我们参观了一座正在施工的桥梁和灾后重建的北川新城区这座桥梁都是具有一定的代表意义,而新建的北川县城也很有特色这次的实习经历对我的毕业设计给与了很多实际性的启示,通过这次实习使我们解决了做设计过程中遇到的许多与施工有关的问题,同时也增加了很多桥梁施工的知识,也使我更加顺利的完成了本次矮塔斜拉桥的毕业设计5月29日早晨我们乘校车前往绵阳,在中午时分到达绵阳市在市区内安排食宿后,经过短暂的休息后我们开始本次实习之旅我们用一个下午的时间参观了绵阳市南城新区一桥(将作为该市的标志性市政工程项目)下面我分别对这一座桥梁做出简单的描述绵阳市南城新区一桥地理位置绵阳城南新区一号桥工程位于绵阳城南新区内“主干道之”——城南路上连接经开片区和小枧片区,西端跨越涪滨路后接新建城南路,东端跨越绵盐大道后接规划路大桥概况全长约1400米,主桥桥长400米,采用100m+200m+100m双塔双层单索面斜拉桥,桥塔采用异形倒“Y”型桥塔,主塔全高98m;桥宽28米,双向六车道,车行桥下层,人行桥上层西岸引桥总长约325米,桥宽26米,东岸引桥长450米,桥宽
18.5米,绵盐路节点通过A、B匝道连接形成不完全互通式立交设置人行天桥接顺岸堤岸,全长
681.363米,桥宽6米图一桥梁效果图我们到达桥下后,先由施工单位(成都路桥)的项目经理和设计单位(广州市政)的代表人员给我们简要的讲解了一下该桥梁的基本概况、设计思路及目前的施工情况想着能看到如此美丽的一座桥的施工情况,我的心情为之一振觉得这座桥的最大特点在于桥面上有一个S型的人行桥在上桥前,我们看到交界墩处的支座上下都有突起的设计,老师解释这是防落梁设计,在地震等作用下放在上层桥面板滑移我们在桥下还清楚的看到有的桥梁单元在满堂直接上进行箱梁的现浇至此我们对也对该斜拉桥有初步的认识得到施工单位的允许后,我们在老师及施工单位代表的陪同下上桥进行参观学习,当然要先戴上安全帽该桥正在桥墩主塔上进行斜拉索的张拉布置,而旁边挂篮施工的混凝土正在进行蒸汽养护,对此老师还讲解了一番,这与我们书上学习到的知识是一致的我们在桥梁主线上看到了竖向钢筋张拉的锚具,这个在我们此次的毕业设计当中不涉及,老师就介绍了一些它的作用在近距离看斜拉索,老师详细讲解它的构造,对于其外壳上的细纹也加以说明——为了防止雨水集中落下形成雨震对桥梁造成危害我们还看见施工人员在钢束上进行__加以锚固接着施工代表、老师有据实际情况跟我们说明现在的施工阶段概况图二正在施工的桥由于桥塔附近施工已完毕,看不到内部具体钢筋位置的布置,随后我们又上到另一施工桥面上,看到了箱梁的钢筋布置(如图三)我们看到波纹管装的钢束布置在桥梁底板;看到工人们正在用钢丝固定箍筋和纵向钢筋的连接;看到横隔板钢筋,由于此桥的外缘很长(这是此桥的一大特点),所以需要架设挑梁,而挑梁的钢筋和横隔板设计在一起横向布置在桥面内接着我们走到施工边缘,在此我们看到桥梁预应力钢束锚固的布置(施工代表介绍此钢束是一段固定一段张拉),这个跟我们的桥梁预应力设计是相通的,看到实物后使我们对预应力的布置有了更加清楚的认识老师也特意就锚固预应力钢束对我们进行详细的讲解在桥上又看了一段时间我们就下桥了图三工人们正在布置钢筋、第二天早上9点,我们乘坐校车离开绵阳市区,此行目的地为北川新县城因为从绵阳返回成都正好能路过北川,所以这次实习中“选修”了这趟路线当然,我们此行也有别的目的,就是参观一下北川的新县城布局规划虽然我们做的是桥梁的毕业设计,但多了解一些能提高我们的综合素养北川建县最早可追溯到北周武帝天和元年,已有1445年历史在漫长岁月中,北川县名、治所多次变化,___成立时,县治所位于禹里乡由于匪患严重,且交通不便,1952年,北川县治所从禹里迁往曲山08年5月12日,地震把老北川变为废墟,重建任务中最重的唯一异地重建县城___通过北川新县城选址,确定新县城位于安昌以东约两公里处胡___为北川新县城亲自定名“永昌镇”,永昌镇是新北川版图的第29个乡镇,名字取相邻的永安、安昌两镇首尾一字,寓意着北川新县城还有北川和全国一样,永远繁荣昌盛北川的重建分成了3个阶段进行
1、重新安置认可,重建基础设施注重民族特色风貌培育
2、重点在于集聚人口、完善功能、彰显特色在完善核心区的同时,进行近期拓展区的建设,促进教育__,控制5万人县城人口
3、重点在于提升地位、拓展功能、服务周边完善旅游设施的建设到2020年新县城总人口达到7万人,总用地__7平方公里 该图就是我们到达北川后一下车所见,即新县城的商业街,羌语“巴拿恰”,该商业街的布局很有特色,两旁的建筑富有汉羌特色,我想大多数人来北川这应该是第一站吧,街边都是些销售旅游纪念品的商店和一些当地特产的摊位,北川当地人会把自己做的一些特色食品摆在这兜售让我感兴趣的是建筑旁都有一个高塔,我猜它可能以前是用来当哨塔的,北川解放前匪患严重,也许当地人把家建得根个小堡垒似得,“__”当然得有哨塔了,现在虽然没有土匪了,但这种建筑风格被沿用至今,当然,这是我猜的,到底是不是这样还需要考证,不过应该__不离十吧上图是我们登上了商业街最高的一座塔所见景象,远处即为新县城的__建筑群,看得出来新县城虽小,但五脏俱全,分工很明确,错落有致城市总体布局为一廊、一环、一带、一轴一廊为安昌河河谷生态廊道;一环为沿新北川大道和新川路形成的城市公共服务设施环;一带为永昌河城市景观带;一轴为包含羌族特色商业街、抗震纪念园和文化中心重要设施的城市空间轴线接下来说一下给我留下深刻印象的禹王桥,禹王桥位于北川新县城景观中轴线上,为跨安昌河三孔钢筋混凝土箱型桥楼合一的连拱桥,桥梁总长二百零四点二米,宽十二点六米,高十三米,桥两端为充分体现羌族风情和大禹文化的羌族传统碉楼又是一座典型的建筑与桥梁的混合体,桥上就是一条小型的商业步行街,中间为店面,两侧为人行道,多卖一些手工艺品在我看来,桥梁就应该是富有多重功用的艺术品,而不是简单的通车通人,这桥应该算有一个经典吧最后感谢一下老师们的安排,午饭很好吃,很给力再上一张合照纪念一下此次北川行。