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温州市三房河桥设计

温州市三房河桥设计

通过毕业设计使我们掌握桥梁设计的基本方法,包括桥型方案的选择,确定结构的主要尺寸,进行恒载及活载作用下的结构内力计算,计算预应力损失及温度、徐变等次内力,进行截面验算等。同时,我们学会运用程序计算结构与手算结果进行比较,学会运用软件配筋、绘

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  • 详细描述

    温州市三房河桥设计
    与本课题有关的国内外研究情况:
    1.简支桥梁的发展 
    简支梁桥是梁式桥中应用最早,使用最广泛的一种桥型。由一根两端分别支撑在一个活动支座和一个铰支座上的梁作为主要承重结构的梁桥。属于静定结构。其构造简单,架设方便,结构内力不受地基变形,温度改变的影响。它的特点是外形简单,制造方便,横向横隔梁联结,整体性也较好。在多孔简支梁桥中,相邻桥孔各自单独受力,便于预制、架设,简化施工管理,施工费用低,因此在城市高架、跨河大桥的引桥上被广泛采用。为减少伸缩缝装置,改善行车平整舒适,国内目前常采用桥面连续的预应力混凝土简支梁桥。
    2.连续梁桥发展
    两跨或两跨以上连续的梁桥,属于超静定体系。连续梁在恒活载作用下,产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载的作用,使内力状态比较均匀合理,因而梁高可以减小,节省材料,且刚度大,整体性好,超载能力大,安全度大,桥面伸缩缝少。 
      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30 -120m跨度内常是桥型方案比选的优胜者。而横张预应力混凝土技术在T型梁、箱型梁、空心板桥三座常规跨径简支梁桥中的应用,取得了明显的技术经济效益。为拓宽横张预应力技术的应用范围,将其应用到更大跨度的连续梁桥中就显得尤为必要
    3.先简支后连续结构形式
    随着我国的高等级公路的快速发展,对连接高速公路的桥梁的质量要求也相应提升,桥梁施工技术也极为关键。目前的现状是:对于小跨径的高等级公路桥梁多采用装配式钢筋混凝土板梁的形式,中等跨径的桥梁则采用装配式预应力混凝土T(箱)梁的形式,对于大跨径预应力混凝土连续梁桥,目前的施工方法主要采用平衡悬臂浇筑法或拼装法。但由于现浇连续梁的施工复杂繁琐、费工费时,人们一直希望将简支梁的批量预制生产和连续梁的优越性能结合起来,实现用梁或板批量预制生产的方式来加快连续梁的建设这是我们常说的“先简支后连续施工”方法。先简支后连续桥梁结构就是两跨及两跨以上的预应力混凝土梁通过现浇混凝土形成连续结构,优点有以下几点:(1)具有刚度大、变形小、伸缩缝少和行车舒适等优点;(2)简支梁的预应力钢束在工厂进行张拉,而负弯矩区的预应力钢束布置及张拉均在主梁上进行,仅需吊装设备起吊主梁,减少了施工设备,又能避免张拉预应力钢束造成地面上的障碍;(3)预制梁能采用标准构件,进行工厂化统一生产和管理,有利于技术操作,节省了施工时间,缩短工期,提高经济效益。
    4.先简支后连续结构桥的类型
    先简支后连续梁桥,按桥墩支座多少分为桥墩双排支座连续梁桥和桥墩单排支座连续梁桥;按预应力度划分为全预应力混凝土连续梁桥和部分预应力混凝土连续梁桥。
    墩上为双排支座的先简支后连续梁桥,采用双排永久支座,施工方便,连续处开裂后修补容易,湿接缝处剪力较小,但结构受力不明确,在二期恒载及活载作用下,结构内力在连续梁与简支梁之间,支座易产生脱空现象,因此要求支座具有一定弹性,结构按弹性支承连续梁计算。
    墩上为单排支座的先简支后连续的梁桥,优点是结构受力明确,支座不脱空;缺点是增加了临时支座和结构体系转换,湿接缝处剪力较大。
    全预应力混凝土先简支后连续梁桥的缺点是:(1)梁体在预应力的作用下,反拱长期不断的发展,给桥面的平整度造成了较大的影响。尤其是中小跨径T型梁桥,由于静载相对较小,在活载最大值很少出现的情况下,预压区混凝土长期处于高压应力状态,会因徐变而使反拱不断增长,特别是二期恒载施工推迟时,上拱增加很快,最终造成桥面铺装层厚薄不匀,影响正常使用,甚至会影响到桥梁的使用寿命。(2)在全预应力混凝土连续梁桥中,预应力度较大,梁体易引起沿管道方向的纵向裂缝,特别是负弯矩区,由于预应力筋顶层混凝土较薄,混凝土质量不宜保证,梁体更易引起沿管道方向的纵向裂缝。(3)全预应力混凝土连续梁桥在设计中常常忽略了预制梁体与后浇部分的收缩徐变差、变形约束及其他局部效应的影响,使某些局部混凝土应力超过其允许抗拉强度值,从而导致结构不同部位出现裂缝。(4)由于全预应力混凝土连续梁桥中的预应力较大,加大了预应力锚下结构尺寸,给结构处理及施工带来一定的困难。
    部分预应力混凝土先简支后连续梁桥,有两种设计方式,其一是跨中为部分预应力、支点为普通混凝土的连续梁桥,此种结构的支点顶面配有大量的普通钢筋,造成钢筋太多太密,且焊接较多,给施工带来了诸多的不便,因此,此处混凝土及焊缝质量不易保证,构造较难处理,顶层混凝土易开裂,产生渗水使钢筋锈蚀。其二是跨中、支点都为部分预应力混凝土A类构件的连续桥梁,此种结构吸收了全预应力砼结构及钢筋混凝土结构的许多优点,一方面在跨中和支点处张拉了预应力钢筋,以减少最不利部位普通钢筋的用量,方便施工;另一方面,由于预应力度的减小,避免了因预应力所造成的反拱过大,同时在结构的不同部位配置了适量的非预应力钢筋,包括作为主筋的纵向非预应力钢筋,以控制裂缝的扩展。因此,部分预应力混凝土先简支后连续梁桥正在被广泛采用,并在逐步完善和发展,根据桥梁所处环境及结构功能,合理地选用预应力度,以求得到性能好、造价低的最优结构设计方案。
    先简支后连续的连续梁桥,主要应用于跨径在20m~35m、吊装重量小于70t的中小跨径的空心板、箱梁、T梁、I型组合梁桥中,有些高速公路上,40m、50m跨径的T梁也采用了先简支后连续结构。
    先简支后连续结构由于跨径不大,预制梁体较小,因此梁下设置的支座以板式橡胶支座为多,同时考虑到下部结构受力的均匀性,分联一般为以100m~200m一联为宜,最长不宜超过300m。
    采用先简支后连续结构体系,最大的特点是在进行下部结构施工的同时,可在预制场上预制梁体,这样既可保证质量又可缩短工期。而简单、方便、迅速地预制梁体的前提是预制梁体的几何尺寸基本相同,因此这种桥型在不需设置超高的顺直路线上采用比较合适。位于顺直路段的桥梁,桥面横坡一般是一个定值,预制梁部分的几何尺寸基本相同,预制方便,施工简单,速度较快。
    当桥梁位于横向坡度需不断变化的曲线路段,即需设置超高的小半径平曲线内时,采用先简支后连续结构,则会给施工带来很多麻烦:
    a)这类桥梁的施工图设计中,桥墩有平行设置和径向设置两种。当桥墩平行设置时,由于
    每一个桥墩与路线交角不同,要保证桥梁的宽度不变,每一个墩的盖梁长度都需不相同,每跨内外边梁的横断面尺寸相差很大;当平曲线半径较小时,次边梁的横断面尺寸也要采用变化值,以减小内外边梁受力的不均匀性。当桥墩径向设置时,一般要求预制梁的梁长、边梁翼板按所处曲线的变化预制;只有当平曲线半径较大,弧弦差较小,内外曲线可用护栏调整时,则边梁翼板可预制成直线形状;
    b)对于T梁、I形梁,为了增加预制梁体的稳定性,横隔板总是设计成与大梁一起预制。由于梁跨
    位于曲线处,相邻两梁的横隔板经常会错位,不在一直线上,而要使预制的横隔板对成一直线,则每片预制梁横隔板的模板均需修改移位;
    c)桥面超高的形式,一般采用两种设计方法:一是每片梁顶横坡按桥面横坡变化预制;二是所有预制梁断面尺寸、梁顶横坡相同,由不同高度的临时支座和梁底承托调整桥面横坡,即连续段的墩盖梁上根据桥面横坡调整临时支座边缘的高度,而非连续端梁底设置具有横坡的承托。
    第一种方法,要求桥梁横坡由墩台盖梁顶面和大梁顶面的横坡一次形成,墩台盖梁上的临时支座顶面是水平的,梁底水平放置。墩台施工并不困难,麻烦的是梁体预制。预制梁体的模板需随着桥面横坡的变化不断地改变形状和几何尺寸,且梁内钢筋骨架中的一些钢筋也需随梁长、横坡的变化而改变长度,给梁体的预制造成了很大麻烦。
    第二种方法,无论是临时支座顶面的横坡,还是梁底承托,若随桥面横坡变化,形成一片梁底两端支点处横坡不相同,而预制梁梁底是水平的,放置到不同横坡的支座上,梁体一定是不稳定的,各梁顶面实际上无法实现设计要求的变横坡,尤其是一端支点处为正向横坡而另一端支点处为负向横坡的跨径,桥面横坡最后只能由铺装层来调整。另外,这种设计方式还会造成相邻两跨纵向湿接缝不能平顺浇接,负弯矩筋成为三维空间曲线形,增大预应力筋的应力损失。
    由此可知,先简支后连续结构体系是不适合用于需设置超高的、横坡不断变化的小半径平曲线路段内的。当路线线形既有平曲线变化,又有竖曲线变化,且梁跨斜交时,即弯、坡、斜3种情况相互组合时,若采用先简支后连续结构,更是无法实现简便、快捷的施工目的,且预制梁体装配组合后,受力不明确,给桥梁的安全留下隐患。
    总之,先简支后连续桥梁需根据桥梁所处路段、地形进行合理的选用
    5. 先简支后连续桥梁结构施工工艺要点
    (1)先简支后连续桥梁的施工的一般流程 
     1.预制主梁,待混凝土强度达到设计强度的100%后,张拉正弯矩区预应力钢束,压浆并及时清理主梁(预应力混凝土简支转连续箱梁)底板通气孔。 
     2.设置临时支座并安装好永久支座,逐孔安装主梁,置于临时支座上为简支状态,及时连接桥面钢筋与横梁钢筋。
     3.连接接头段钢筋,设置接头钢束波纹管并穿束。在日温最低时(不高于+15℃)浇筑连续接头、中横梁及两侧与顶板钢束同长范围内的桥面整体化混凝土。达到设计强度的100%时,张拉顶板钢束并压浆。
    4.接头完成后,由跨中向支点浇筑剩余部分的桥面整体化混凝土,浇筑完成后,拆除一联内的临时支座,完成体系转换。拆除临时支座时应特别注意严防高温影响橡胶支座质量。
     5.喷洒防水层、安装伸缩装置、进行桥面系施工。
    (2)先简支后连续施工工艺特点
    1.预制T梁混凝土强度达到设计强度的100%后,方可张拉预应力钢束。张拉顺序为1号束、4号束、2号束、3号束。1号束的两根钢束应同时张拉,以免造成主梁横向弯曲。
    施工时应实测钢束与孔道摩擦系数μ、孔道偏差系数k和锚具的锚口损失σm,并将实测的σm与设计张拉控制应力σk相加得实际张拉控制应力σkm。
    2.箱梁现浇段处的端头形式。为满足现浇段与箱梁的充分结合和力的传递以及施工的要求,箱梁连续端头一般做成有台阶的马蹄形状,并根据施工操作的要求,预留现浇段的尺寸及其台阶的样式。 
      3.临时支座的设计与选材。临时支座的设计必须满足承重梁板和施工拆卸方便的要求。比较常用的方法可采用硫磺砂浆制成临时支座,在硫磺砂浆内埋入电热丝,在体系转换时采用电热法解除临时支座。也可采用钢管与硬圆木或预制钢筋混凝土圆形块制成砂箱式临时支座,在架设梁板时要通过试验来确定砂箱临时支座的沉降量,并根据梁板安装标高与对应墩台帽垫石标高的差值用箱内填砂和加高盖板的方法进行调节,以便能更好的控制准确梁板架设后的高度。 
            4.连续段现浇混凝土施工。在现浇连续段预埋钢筋的连接可采用绑条焊或搭接焊,现浇段混凝土采用与梁板同标号的混凝土,为了防止现浇连续段混凝土在养生硬化过程中发生收缩性裂缝影响混凝土在二次张拉过程中的承载力和桥梁的整体受力性能,现浇连续段接头混凝土添加微膨胀剂。永久橡胶支座与底模之间的缝隙用经过防锈处理的钢板或采用竹胶板制作的砂盒垫实密封,严防漏浆。        
     5.负弯矩二次张拉。负弯矩二次张拉是对梁板顶面的预应力 钢束进行张拉,这是先简支后连续桥梁同简支梁桥的本质区别。预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线,钢束张拉采用两面同时张拉,张拉顺序从外侧向内侧,每次张拉一根钢绞线,直到张拉结束。压浆工作在张拉结束后及时进行。
    本课题研究的主要内容及方法:
    本课题主要通过查阅相关资料,利用所学的专业知识,相关的桥梁设计通用规范,老师的指导等,完成一座跨河设计。根据所获得的原始资料进行合理的桥梁设计,满足它对于现实跨度,结构受力和变形,强度配筋的要求。本次毕业设计要充分考虑各方面的影响因素,例如:根据桥梁的工程背景资料选择桥型方案,根据施工特点选择施工方法,还要考虑桥梁的安全、适用、美观、经济等因素,以及我们桥梁设计的技术创新等。
    研究的主要内容及方法:
    1)设计荷载:
    公路-I级汽车荷载;人群荷载:3.0kN/m2
    2)设计洪水频率和水位:防洪标准采用 50 年一遇,设计洪水频率 P=1/50,设计洪水水位:4.26-4.57,各个桥梁根据所跨越河流的具体情况取值。
    3)地震设计烈度:地震动峰值加速度系数0.05,基本烈度为VI度。
    4)环境类别:II类环境。
    5)桥梁宽度:
       桥梁全宽50m,其路幅布置为3.0m(人行道)+5.0m(非机动车道)+2.0m(侧分带)+11.5m(行车道)+7.0m(中央分隔带)+11.5m
    (行车道)+2.0m(侧分带)+5.0m(非机动车道)+3.0m(人行道)
    =50.0m,桥梁按双幅设计。
    6)桥面铺装:
       桥梁行车道处采用10cm厚C50钢筋砼+防水层+10cm厚沥青砼;
    人行道采用3cm花岗岩面板铺装。
    7)防撞护栏等级:SB级。
    8)通航要求:乐琯运河桥所跨河道为内河VII级航道通航标准,通航
    9)尺寸:净宽25m、净高3.5m;西岑1#桥所跨河道为内河准VII
    10)级航道通航标准,通航尺寸:净宽12m,净高3.0m。
    其余技术指标均按照交通部部颁《公路工程技术标准》
    (JTG B01-2014)执行。

    (1)根据毕业设计所提供的工程背景资料,查阅相关公路桥涵设计标准、规范以及相关的文献等,了解高架桥最新的研究情况及方法等,完成开题报告。
    (2)根据指导老师提供的外文文献,通过查阅词典、网上资料及老师的指导等,翻译一篇土木类的英文文献。
    (3)根据毕业设计所提供的工程背景资料,在充分收集资料以及老师指导的基础上,对该桥进行方案拟定和方案比选(推荐三种桥型方案比较,通过资料查阅比较三者的受力特点、材料用量、施工方法、经济性等综合比较,选择出最合理的一个桥型方案)。
    (4)根据工程背景资料、选定的桥型、公路桥涵设计通用规范以及资料的收集,拟定合理的桥的尺寸(梁高、梁宽等、边跨与中跨长度及比值等参数)。
    (5)根据工程背景资料、已选桥型方案,公路桥涵设计通用规范,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范以及大学所学的专业知识和课本,对该桥进行结构设计计算和配筋计算等。(主要包括:桥面板计算、主梁内力计算及配筋、预应力筋估算及布置、主梁应力和承载力验算、主梁变形和梁端部承压验算、支座设计、下部结构设计、预应力损失及温度、徐变等次内力等)。并编写手写计算书,整理计算书文档等。
    (6)根据提供的工程资料,相关的桥涵设计规范以及钢筋混凝土桥涵设计规范等,通过运用程序计算结构的配筋结果,并与手算结果进行比较,检查完善计算书。
    (7)根据桥型选择、已经计算的内力及配筋,查阅相关的资料,采用最新的有关桥涵设计的规范,以及用相关绘图软件,绘制桥型总体布置图、桥梁一般构造图(平、纵、横断面图)、配筋布置图、桥墩、基础结构及配筋图、桥台结构布置图以及对相关的内容进行电算等。
     
    (8)根据所提供的资料、查阅最新的公路桥涵设计规范、网上搜索的资料、借阅相关的书籍等,进行相关桥梁设计的电算(如采用相关软件建立计算模型、对结构进行计算得到各截面内力值、恒载活载内力计算以及下部结构的计算等)。
    本课题所需要解决的问题:
    (1)根据选定的桥型,确定合理的构件尺寸,使其能满足规范要求,满足安全适用的要求。
    (2)成桥状态下的结构分析:主梁的内力计算(确定桥梁计算图式、分析结构几何特征、荷载横向分布系数计算、恒载内力计算、活载内力计算、内力组合等)。
    (3)截面的钢筋配置:通过结构的内力分析,计算出所需配置的钢筋,并对钢筋进行合理的配置,使其满足安全、经济的要求。
    (4)运用程序计算结构的配筋并与手算结果对比。
    (5)施工过程结构受力状态的正确模拟。
    (6)计算预应力损失及温度、徐变等次内力,进行截面验算等。
    (7)用绘图软件,绘制主梁的一般构造图及配筋图。
    (8) 编制出合理的施工组织方案,使本桥施工安全可靠、经济可行。
    预期结果及其意义:
    1.预期结果
    一、预期成果
    1、计算说明书部分:
    1) 中英文摘要:摘要要写清设计概况及主要内容。
    2) 设计说明:要写清设计背景、技术指标、采用的规范标准、使用的材料、设计要点、施工方法。
    3) 计算内容:基本原理、公式、参数取值或来源,以及主桥上部结构施工程序示意图。 
    4) 桥梁结构设计,进行上部结构的力学分析,构件的截面设计。
    2、图纸部分:
    1)总体布置图(1:200)
    2)上部结构一般构造图(1:100),构造详图(1:50)
    3)下部结构构造图(1:100)
    4)主体结构钢筋图(1:100)
    5)桥梁类型方案比较图(1:500)
    6)墩、台、基础一般构造图
    7)栏杆、灯柱设计图(1:50)2.意义
    通过毕业设计使我们掌握桥梁设计的基本方法,包括桥型方案的选择,确定结构的主要尺寸,进行恒载及活载作用下的结构内力计算,计算预应力损失及温度、徐变等次内力,进行截面验算等。同时,我们学会运用程序计算结构与手算结果进行比较,学会运用软件配筋、绘图等。此次毕业设计还让我们学到了更多的专业知识,例如之前课本没有详细讲解有关于预应力的知识,此次毕业设计涉及有关预应力的问题,我会更认真地学习这方面的知识。
    完成课题的各阶段工作具体安排
    起止日期 2.20-6.04
    2.20-2.26 文献阅读、资料搜集;完成实习报告和英文翻译
    2.27-3.12 撰写开题报告,学习计算软件,学习优秀毕设模板
    3.13-3.26 水文计算及桥式方案选择,撰写相应内容,学习计算软件
    3.27-4.9 桥式进行纵横断面设计,工程量计算,施工方案设计,完成桥面板计算,撰写中期报告,学习计算软件
    4.10-4.30 桥梁上下部结构、基础设计的电算、手算
    5.1-5.14 绘制施工图,撰写设计说明书
    5.15-5.28 送审,完善毕业设计


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