長江公路大橋引橋a6聯單箱雙室截面混凝土梁橋設計畢業論文(已修改)

　

【正文】 南京工業大學本科生畢業設計（論文）長江公路大橋引橋A6聯單箱雙室截面混凝土梁橋設計畢業論文目 錄摘要 IAbstract II第一章 橋梁方案設計 1 工程概況與背景 1 橋梁跨徑選擇與設計 1 橫橋向設計 2 順橋向設計 4第二章 恒載計算 6 階段劃分及截面幾何要素計算 6 二期恒載計算 8 總恒載效應 8第三章 活載計算 11 汽車荷載 11 最大最小彎矩及對應的剪力計算 12 最大、最小剪力及其對應彎矩 13第四章 次內力計算 16 溫度次內力計算 16 支座沉降次內力計算 22第五章 內力組合及內力包絡圖 26 短期荷載組合 26 長期組合 27 基本組合 28 包絡圖 30第六章 預應力筋的計算與布置 31 原理與方法 31 鋼束布置 33第七章 凈截面及換算截面幾何特性計算 44 概述 44 凈截面幾何性質計算 44 換算截面計算 45第八章 預應力損失及有效預應力計算 47 控制應力及有關參數計算 47 47 49 52 54 57 60第九章 承載能力極限狀態驗算 63 63 斜截面抗剪承載力驗算 65第十章 正常使用極限狀態驗算 68 68 斜截面抗裂性驗算 69第十一章 持久狀況和短暫狀況應力驗算 71 71 短暫狀態應力驗算 72第十二章 墩及樁基礎設計與計算 75 75 77 79總結與展望 82參考文獻 83致 謝 84第一章 橋梁方案設計 工程概況與背景長江公路大橋引橋項目是江蘇省高速公路干線網跨越長江的特大橋工程項目的重要組成部分。引橋設計標段范圍為：橋梁起訖點樁號：K15+～K18+，設計包括上下部結構及基礎工程。橋上公路等級為雙向六車道高速公路，設計車速為100km/h；橋梁結構的設計基準期為100年；荷載等級為公路—I級。橋梁上部結構擬采用五聯預應力混凝土連續箱梁結構體系，每聯4～5跨，每聯連續梁跨度由引橋的起始端向引橋與主跨橋的銜接端逐步加大。橋梁上部結構橫斷面擬采用分離式箱形截面。跨長江公路大橋引橋A6聯—2的跨徑為70～90m，根據所做方案進行設計。本次設計在參考上述初步設計的基礎上，對長江公路大橋引橋A6聯進行結構的方案調整設計和施工圖設計，要求進一步考慮優化結構布置和截面尺寸，合理考慮結構配筋。 橋梁跨徑選擇與設計長江公路大橋引橋A6聯的實際橋長為715m，A6聯的起訖樁號為：k18+~k18+。根據設計任務書中的要求，本聯設計要求采用變截面連續箱梁結構形式。布置時，通過與實際情況的比對以及計算調整，最終確定本聯的跨徑布置如下：70m+75m+85m5+75m +70m=715m設計標準跨徑布置圖（相鄰墩身軸線距離）如下圖11所示：圖11 設計標準跨徑布置（單位：m）由上圖可知A6聯為九跨連續梁，其中第三跨到第七跨跨度等同，可以認為該連續梁近似等同五跨連續梁由參考文獻[1]第二章第一節(P69)可知，跨連續梁合理的跨徑布置應該對稱布置。:1。在實際情況中，設計標準跨徑與實際跨徑有些許差異，主要是由于設計標準跨徑還要考慮支座尺寸的折減以及兩邊跨伸縮縫。為了減小伸縮縫的寬度，把固定支座放在6墩上，讓梁體向兩邊伸縮。由設計任務書可知長江公路大橋引橋的設計年平均溫差為177。20℃，105/℃，則可計算得左右兩邊的伸縮縫寬度至少分別為：4cm，4cm；再考慮到支座尺寸的影響，計算跨徑布置如下：++75m+85m5+75m++由此可以得出，在實際情況中，但是這些懸臂段相比于整橋各跨長度較小，可以忽略不計，并且位于支座的頂部，對橋梁設計中的內力計算的影響較小，故在內力計算中仍使用標準設計跨進進行計算。 橫橋向設計 橫橋向橋面設計橋梁單向標準寬度為18m，按照任務書要求以及參考文獻[1]第二章第一節(P69)，采用分離式單箱雙室截面，由于橋梁兩側是對稱結構，本設計取橋梁單側進行設計，單箱梁設計寬度為18m。參照近年來的連續梁橋設計，中間設置1m寬的中央分隔帶，具體橋面設計如圖12：圖12 橋面鋪裝布置圖（單位：cm）橋面鋪裝采用采用三層設計：上層是10cm的瀝青混凝土鋪裝層，中間層為防水層(厚度忽略不計)，下層是6cm的混凝土找平層。根據設計任務書的要求，橋梁的橫坡度為2%，本設計中橫坡是由腹板高度變化形成的。采用這種由頂板傾斜產生橫坡的方法，要比頂板水平而利用橋面鋪裝產生橫坡的方法要好，前者橋面鋪裝等厚，橋面各處力學性質一樣，汽車行駛安全舒適。由上圖可知，橋面板寬度為18m，根據參考文獻[1](P83)，選用單箱雙室截面。為了避免使用橫向預應力筋，根據設計經驗。，具體截面尺寸如下：圖13 箱形支點截面（單位：cm）圖14 箱形跨中截面（單位：cm）支點截面處的腹板和底板為了滿足承壓和構造需要分別加厚，中間厚度線形變化，具體變化形式如下圖。（本橋梁結構主要由70m、75m和85m跨度組成，所以計算時按五跨結構計算，具體計算只要考慮三種跨度）圖15 70m跨底板（腹板）變化（單位：cm）圖16 75m跨底板（腹板）變化（單位：cm）圖17 85m跨底板（腹板）變化（單位：cm）為減小應力集中腹板和底板相接處設置50cm50cm的梗腋，腹板和頂板相接的內部設置50cm100cm的梗腋。懸臂板從內側根部向外側端部漸變，根部為80cm厚，端部30cm厚，這種截面變化形式基本符合內力分布形式，充分有效的利用了材料。 順橋向設計 縱坡設計為了滿足橋梁縱向排水的需要，根據設計任務書要求，本設計橋梁縱坡取為3%。但由于縱坡坡度很小，對橋梁跨徑和梁高基本沒有影響，故在具體計算中，計算模型按平坡設計。 梁高設計由于本橋各跨跨度差異性不大，所以采用統一的支點截面與跨中截面梁高，根據參考文獻[1]第二章第一節(P69)，支點處梁高為1/16～1/20Lm，跨中截面處梁高為1/30～1/50Lm，根據橫橋向設計所得，支點截面高度Hs=，跨中截面高度Hc=。 梁底曲線設計 梁底曲線采用對稱的二次拋物線，本聯共有3種拋物線（以跨中梁底為原點）：L1（70m跨）：y1=L2（75m跨）：y2=L3（85m跨）：y3=上面拋物線的計算考慮了支座處水平段長度（由于安放支座的需要，支座底部梁體結構底面要有一定的水平寬度，這一寬度一般要大于支座頂板順橋向長度）的影響。本聯支座處設置了2m的水平段。 橫隔板設計由參考文獻[1]第二章第一節(P94)，在每跨的L/L/3L/4各設置20cm厚的橫隔板，支座處的橫隔板厚度與水平段長度相等，在隔板中要設置人孔，以方便維修。人孔構造隨梁高而變，最大的200cm100 cm，最小的200cm40 cm。第二章 恒載計算 階段劃分及截面幾何要素計算 節段劃分原則為了計算比較準確，建立的計算模型就要更接近設計實體，本設計采用邁達斯橋梁設計軟件建模。由于本聯連續梁橋是變截面結構，在建模分段時就不能采用等分的方法。本設計依照支點處劃分的比較密集（每隔2m劃分一個單元）、其它地方相對支座處劃分稀疏（每隔5m劃分一個單元）的原則進行節段劃分，同時考慮到求解計算截面內力效應的方便，在計算截面處要分開。 節段劃分原則上節段劃分越細計算準確，但考慮到建模的復雜性和計算軟件的計算能力，本聯三跨共分66個單元，具體分段如圖21。L1L2L3圖21 節段劃分圖 截面單元幾何性質根據上圖，整聯共有37個不同的截面，利用邁達斯自帶的截面計算器可以對這些截面的幾何性質進行計算，下面主要列出了L1的11個不同的截面性質，其他截面性質計算類似。圖22 箱形截面構造圖示表21 截面幾何性質匯總表截面號高（m）頂板寬（m）頂板厚（m）底板寬（m）底板厚（m）腹板厚（m）A(m2)I(m4)118218318418541861818718818918101811318 一期恒載計算 恒載集度及剛度計算實際的橋梁截面是變截面的，應用邁達斯軟件進行電算，手算公式：q=Aγc (21)其中γc=26kNm2；剛度計算公式為EI，104MPa支座處橫隔板在上面求梁體荷載極度時已經考慮在內了，現在只要計算每跨L/L/3L/4處的橫隔板，計算中當作集中力加在梁上，計算結果如下表：表22 橫隔板自重計算截面L/4L/23L/4L1跨面積（m2）厚度（m）自重（kN）L2跨面積（m2）厚度（m）自重（kN）L3跨面積（m2）厚度（m）自重（kN）由于橫隔板形狀復雜，手算較繁，采用CAD畫圖做面域，查得上表中的面積值。將所得的橫隔板自重值作為集中荷載在邁達斯橋梁建模中予以加載。 二期恒載計算 二期恒載集度q的計算二期恒載主要是橋面鋪裝、中央分隔帶和防撞護欄,如圖23。圖23 鋪裝、中央分隔帶以及護欄構造（單位：cm）橋面鋪裝：q1=1825+23=(kN/m)分隔帶及護欄通過CAD計算面積求得：q2=25=(kN/m)q=q1+q2=(kN/m)考慮到防水層及其它附屬設施最后取二期恒載極度q=85kN/m在邁達斯建模中，二期橫載作為均布荷載施加在結構上。 總恒載效應 總恒載效應計算利用邁達斯軟件建模，在模型上布置所有的橫載，可得總的恒載效應，內力圖如下圖圖24 總橫載彎矩圖圖25 總橫載剪力圖表23 總橫載內力匯總表截面0L/4L/23L/4LL1跨彎矩（）0+05+05+03+05剪力（kN）+04+03+03+04+04L2跨彎矩（）+05+04+04+04+05剪力（kN）+04+04+02+03+04L3跨彎矩（）+05+04+05+04+05剪力（kN）+04+04+03+04+04參見參考文獻[2]，考慮到支座對根部負彎矩的影響，對中間支座負彎矩進行折減，折減圖示如圖26。圖26 中間支座負彎矩折減計算公式為：Me=MM39。 (22)M39。=qa2/8 (23)式中 Me—折減后的支點負彎矩；M—按理論方法計算的支點負彎矩；M39。—折減彎矩；q—梁的支點反力R在支點兩側向上按45度分布于梁截面重心軸的荷載強度，q=R/a；a—支點反力在支座兩側向上按45度擴散交于重心軸的長度。按上述折減方法對中間支座處負彎矩進行折減計算，可得到表24。表24 折減后的總恒載效應截面0L/4L/23L/4LL1跨彎矩（）0+05+05+03+05剪力（kN）+04+03+03+04+04L2跨彎矩（）+05+04+04+04+05剪力（kN）+04+04+02+03+04L3跨彎矩（）+05+04+05+04+05剪力（kN）+04+04+03+04+04第三章 活載計算 汽車荷載由任務書可知，本設計采用的計算荷載為公路I級，無人行道，不用考慮人群荷載。公路—I級汽車荷載的均布荷載標準值為qK=，由于本設計中的橋梁跨徑分別為70m、75m和80m，故集中荷載標準值PK=360kN,。 沖擊系數根據參考資料中的規定，沖擊系數μ按下式計算：當f， μ=163。f163。14Hz時， μ= (31)當f14Hz時， μ=式中 f—結構基頻(Hz)。計算連續梁橋的沖擊力引起的正彎矩效應和剪力效應時采用的基頻為f1，算式如下： (32)計算連續梁橋的沖擊力引起的負彎矩效應采用的基頻為f2，算式如下： (33)式中 l—結構的計算跨徑(m)；E—結構材料的彈性模量(N/m2)；Ic—結構跨中截面的截面慣矩(m4)；mc—結構跨中處的單位長度質量(kg/m)；本聯結構采用邁達斯軟件加載，移動荷載的沖擊與折減，軟件自動計算，具體如下圖所示 車道折減系數由于本設計為雙向六車道，單向為三車道，在計算時要對計算荷載進行折減，根據參考文獻[3]，但折減后的荷載效應不得小于兩設計車道的荷載效應。本聯采用邁達斯軟件程序對結構模型進行加載。 最大最小彎矩及對應的剪力計算 彎矩影響線本設計采用邁達斯橋梁設計軟件計算影響線，由于本聯橋跨較多，計算截面較多，下面給出部分典型影響線圖示。如圖31L1 （70m跨）支點處Fz影響線