公路I橋面寬度m單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋計算書、CAD圖.doc_第1頁
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文檔簡介

重慶交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)第1章 緒論1.1 概述斜拉橋是一種橋面體系受壓、支承體系受拉的結(jié)構(gòu),其橋面體系由加勁梁構(gòu)成,其支承體系由鋼索組成。上世紀(jì)70年代后,混凝土斜拉橋的發(fā)展可分成三個階段:第一階段:稀索,主梁基本上為彈性支承連續(xù)梁;第二階段:中密索,主梁既是彈性支承連續(xù)梁,又承受較大的軸向力;第三階段:密索,主梁主要承受強大的軸向力,又是一個受彎構(gòu)件。近年來,結(jié)構(gòu)分析的進步、高強材料的施工方法以及防腐技術(shù)的發(fā)展對大跨斜拉橋的發(fā)展起到了關(guān)鍵性的作用。斜拉橋除了跨徑不斷增加外,主梁梁高不斷減小,索距減少到10m以下,截面從梁式橋截面發(fā)展到板式梁截面?;炷列崩瓨蛞咽强鐝?00m500m范圍內(nèi)最具競爭力的橋梁結(jié)構(gòu)。1.1.1 結(jié)構(gòu)體系斜拉橋的基本承載構(gòu)件由梁(橋面)、塔和索三部分組成,且三者以不同的方式影響總體結(jié)構(gòu)的性能。實際設(shè)計時三者是密不可分的。塔、梁及索的不同變化和相互組合,可以構(gòu)成具有各自結(jié)構(gòu)性能且力學(xué)特點和美學(xué)效果的突出的斜拉橋。正因為如此,斜拉橋基本體系可按力學(xué)性能分為漂浮體系、支承體系、塔梁固結(jié)體系和剛構(gòu)體系:漂浮體系為塔墩固結(jié)、塔梁分離,主梁除兩端有支承外,其余全部用拉索懸吊,是具有多點彈性支承的連續(xù)梁。支承體系即墩梁固結(jié)、塔梁分離,在塔墩上設(shè)置豎向支承,為具有多點彈性支撐的三跨連續(xù)梁。塔梁固結(jié)體系即塔梁固結(jié)并支承在墩上,梁的內(nèi)力和撓度同主梁與塔柱的彎曲剛度比值有關(guān)。其支座至少有一個為縱向固定。剛構(gòu)體系為梁塔墩互為固結(jié),形成跨度內(nèi)具有多點彈性支承的剛構(gòu)。這種體系的優(yōu)點是既免除了大型支座又滿足懸臂施工的穩(wěn)定要求,結(jié)構(gòu)整體剛度較好,主梁撓度??;缺點是主梁固結(jié)處負彎矩較大,較適合于單塔斜拉橋。在塔墩很高的雙塔斜拉橋中,若采用薄壁柔性墩來適應(yīng)溫度和活載等對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平變形,形成連續(xù)剛構(gòu),能保持剛構(gòu)體系的優(yōu)點,并使行車平順。采用這種體系的有美國的Dames Point橋和我國的廣東崖門大橋等。在邊跨加輔助墩,對梁和塔的內(nèi)力和變形都很有利。實踐表明,無論采用以上何種體系,設(shè)一個輔助墩后,塔頂水平位移、主梁跨中撓度、塔根彎矩和邊跨主梁彎矩均急劇降低,一般約為原來的40%65%。1.1.2 主梁斜拉橋主梁直接承受車輛荷載,是斜拉橋主要承重構(gòu)件之一。由于受拉索的支承作用,與其它體系橋梁相比,斜拉橋主梁具有跨越能力大、建筑高度小和能夠借助拉索的預(yù)應(yīng)力對主梁內(nèi)力進行調(diào)整等特點。斜拉橋的跨徑比應(yīng)考慮全橋剛度、拉索疲勞強度、錨固墩承載能力等多種因素確定。雙塔斜拉橋的邊跨與主跨比一般為0.250.50,從經(jīng)濟角度考慮,宜取0.4。斜拉橋主梁自重應(yīng)盡量減小,梁高與主跨比變化范圍一般在1/501/100,對密索體系大跨徑斜拉橋,高跨比可小于1/200;單索面要按抗扭剛度確定。主梁截面形式應(yīng)根據(jù)跨徑、索距、橋?qū)挼炔煌枰?,綜合考慮結(jié)構(gòu)的力學(xué)要求、抗風(fēng)穩(wěn)定、施工方法等選用。如對于單索面斜拉橋,主梁斷面宜采用抗風(fēng)性能優(yōu)越的近似三角形斷面。主梁按材料可分為混凝土梁、鋼梁、結(jié)合梁和混合梁,其中混凝土梁的主要優(yōu)點是:(1) 造價低。但當(dāng)主跨大于500m時,混凝土主梁的低造價難以抵銷由于混凝土自重大而導(dǎo)致拉索和基礎(chǔ)費用的額外增值。(2) 剛度大撓度小。在汽車作用下,產(chǎn)生的主要撓度約為類似鋼結(jié)構(gòu)的60%左右。(3) 抗風(fēng)穩(wěn)定性好。這是由于混凝土結(jié)構(gòu)振動衰減系數(shù)約為鋼結(jié)構(gòu)的兩倍。(4) 后期養(yǎng)護比鋼橋簡單便宜。缺點是跨越能力不如鋼結(jié)構(gòu)大,施工速度不如鋼結(jié)構(gòu)快。1.1.3 索塔 作用于斜拉橋主梁的恒活載通過拉索傳遞給索塔,因而索塔是通過拉索對主梁起彈性支承作用的重要構(gòu)件。索塔上的作用力除本身的自重引起的軸力外,還有拉索索力的垂直分力引起的軸向力、水平分力引起的彎矩和剪力。索塔設(shè)計應(yīng)滿足強度、剛度、穩(wěn)定等使用要求,并充分考慮施工方便、造價低及造型美觀等要求。斜拉橋索塔的型式有柱式、門式、A型、倒Y型、菱型和鉆石型等。塔柱截面型式可分成矩形和非矩形兩種基本型式。柱式塔柱構(gòu)造簡單,但承受橫向水平荷載的能力較差。對于單索面斜拉橋,由于索塔塔柱常設(shè)在橋面中央分隔帶上,增加了橋面寬度,因此多采用單柱型索塔。雙塔斜拉橋索塔高與主跨比宜選用0.180.25,并宜使邊索與水平線的夾角控制在2545左右。1.1.4 拉索斜拉索是斜拉橋的重要組成部分,并顯示了斜拉橋的特點。斜拉橋橋跨結(jié)構(gòu)的重量和橋上荷載,絕大部分或全部通過斜拉索傳遞到塔柱上。拉索布置不僅影響橋梁的結(jié)構(gòu)性能,而且影響到施工方法和經(jīng)濟性。斜拉索橫橋向布置可分為中心掛索(單面索)、側(cè)掛索(雙面索)和三索面三種體系?,F(xiàn)有橋梁大部分采用雙面索,即把斜拉索設(shè)于橋面結(jié)構(gòu)兩側(cè);然而,現(xiàn)已成功修建了數(shù)座單面索斜拉橋,單索面體系避免了拉索交叉的視覺,給人以美觀開闊的視感,結(jié)構(gòu)輕巧,但要求主梁具有必要的橫向抗彎和抗扭剛度;較少采用三面索。在橋梁縱向,拉索布置可選擇扇形、豎琴形(平行)、輻射形和不對稱形。平行索從力學(xué)和經(jīng)濟的觀點考慮不是最佳的形式;輻射形索的索塔錨固區(qū)應(yīng)力集中、構(gòu)造復(fù)雜、造價昂貴且外觀較笨重;不對稱形索適用于單跨斜拉橋;扇形索綜合了平行索和輻射形索的優(yōu)點,是一種理想的索形。目前大部分斜拉橋采用扇形索。目前,斜拉橋已從大索距的稀索發(fā)展到小索距的稀索,絕大多數(shù)斜拉橋采用密索布置。一般密索體系布置時,對于混凝土主梁,索距宜采用4m12m。為使拉索材料經(jīng)濟,邊索傾角宜控制在2545左右。1.1.5 橋型確定本設(shè)計為墩、塔、梁固結(jié)的,雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。1.2 目的與意義1.2.1 立題目的通過本次有關(guān)斜拉橋的畢業(yè)設(shè)計,可使自己初步了解有關(guān)斜拉橋的基本知識和結(jié)構(gòu)設(shè)計計算的基本理論,并具備相當(dāng)程度的大跨度橋梁的設(shè)計計算能力,為今后的學(xué)習(xí)和工作打下良好的基礎(chǔ),同時使自己能夠熟練運用計算機程序或軟件進行橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計計算,并熟悉計算機繪圖。1.2.2 立題意義畢業(yè)設(shè)計是大學(xué)四年來最重要的一項學(xué)習(xí)內(nèi)容,是對四年所學(xué)知識的總結(jié)與運用;運用學(xué)過的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識,結(jié)合工程實際,參考國家有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、工程設(shè)計圖集及其他參考資料,獨立地完成斜拉橋部分構(gòu)件的設(shè)計;同時初步掌握斜拉橋的設(shè)計步驟、方法,培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力,為以后的繼續(xù)學(xué)習(xí)和工作奠定基礎(chǔ)。1.3 主要內(nèi)容由于時間有限,未對斜拉橋進行全面設(shè)計,主要的內(nèi)容有:(1)XXX混凝土斜拉橋的構(gòu)造尺寸、結(jié)構(gòu)形式及其結(jié)構(gòu)靜力計算,包括計算恒載內(nèi)力、活載內(nèi)力、溫度內(nèi)力、支座沉降引起的內(nèi)力,并進行索塔控制截面的作用效應(yīng)組合;(2)確定成橋狀態(tài)的合理索力,即斜拉橋的恒載受力優(yōu)化;(3)拉索設(shè)計,包括拉索應(yīng)力驗算與拉索的構(gòu)造和下料長度;(4)橋塔錨固區(qū)的局部受力分析,對橋塔錨固區(qū)配置水平預(yù)應(yīng)力筋。 第2章 技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計資料2.1 設(shè)計依據(jù)2.1.1 技術(shù)指標(biāo) (1)公路等級:高速公路 (2)設(shè)計速度:120km/h (3)設(shè)計荷載汽車荷載:公路I級 溫度作用:均勻溫度取15,梁、塔與斜拉索的溫差取10,主梁的日照溫差按橋面板升溫5計 (4)橋面寬度:211m+40.45m(防撞欄)+3(分隔帶)=26.8m 橋面橫坡2% (5)通航標(biāo)準(zhǔn):通航水位:2.27m(黃海高程)通航凈高:48m通航凈寬:底寬300m,頂寬220m (6)基礎(chǔ)變位:主墩沉降3.0cm,邊、輔助墩沉降2.0cm (7)主橋豎曲線:凸曲線半徑=16700m;縱坡:2%2.1.2 設(shè)計規(guī)范 (1)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTG D60-2004) (2)公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范(試行)(JTJ027-96) (3)公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTG D62-2004)2.1.3 航運凈空根據(jù)全國內(nèi)河通航標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定及交通部廣州航道局提供的有關(guān)船舶資料,結(jié)合地形、地質(zhì)條件,考慮特種船舶運營的需要,經(jīng)審批后的通航凈空要求為: 通航凈空高48m。航道凈寬300m。2.2 材料參數(shù)2.2.1 混凝土預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的混凝土強度等級為C50,索塔為C60,主墩墩身為C50,承臺、樁基、邊墩和輔助墩墩柱均采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),混凝土強度等級為C40。2.2.2 預(yù)應(yīng)力鋼材橋塔錨索區(qū)的環(huán)向預(yù)應(yīng)力鋼筋為的精軋螺紋粗鋼筋,強度標(biāo)準(zhǔn)值=930MPa,彈性模量為=2.0MPa。預(yù)應(yīng)力管道均采用預(yù)埋金屬波紋管成型。2.2.3 斜拉索該橋采用扭絞型平行鋼絲斜拉索,由7mm高強平行鋼絲組成,規(guī)格為PES7-109PES7-187,抗拉強度標(biāo)準(zhǔn)值=1670MPa,彈性模量為=2.05MPa,為PE、PU雙層防護體系。錨具為冷鑄墩頭錨。2.2.4 橋面鋪裝8cm厚防水混凝土,容重23KN/。2.2.5 支座GPZ抗震型盆式橡膠支座。2.2.6 伸縮縫SSFB240型伸縮裝置。2.3 設(shè)計荷載與組合2.3.1 主要設(shè)計荷載 (1)永久作用:結(jié)構(gòu)重力、基礎(chǔ)變位作用 (2)可變作用:汽車荷載(含汽車沖擊力)、溫度(均勻溫度和梯度溫度)作用2.3.2 索塔的作用效應(yīng)組合根據(jù)公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范第4.1.6條規(guī)定:公路橋涵結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)設(shè)計時,應(yīng)采用以下兩種作用效應(yīng)組合:基本組合永久作用的設(shè)計值效應(yīng)與可變作用設(shè)計值效應(yīng)相組合,其效應(yīng)組合表達式為:式中承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計值;第個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù),按表4.1.6的規(guī)定采用; 根據(jù)公路斜拉橋設(shè)計規(guī)范第4.2.1條規(guī)定:公路斜拉橋設(shè)計荷載的計算,應(yīng)遵照公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTJ 02189)執(zhí)行。當(dāng)結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng)與汽車荷載產(chǎn)生的效應(yīng)同號時:1.2(組合I)=1.1+1.3+1.3(組合III)式中:永久荷載中結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生的效應(yīng); 基本可變荷載中汽車產(chǎn)生的效應(yīng); 其他可變荷載中的溫度影響力和永久荷載中的基礎(chǔ)變位影響力的一種或幾種產(chǎn)生的效應(yīng)。拉索設(shè)計中考慮的主要荷載組合見表2-2:表2-2 荷載組合表第3章 橋型與結(jié)構(gòu)形式3.1 橋型總體布置 該斜拉橋的橋跨組合為(165+338+165)m=668m。主橋為墩、塔、梁固結(jié),雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋,每側(cè)邊跨均設(shè)一個輔助墩,跨徑組合為50m+115m+338m+115m+50m。斜拉橋設(shè)置50m端跨,其目的是:(1)解決邊墩負反力問題;(2)降低邊跨彎矩變化幅度,改善結(jié)構(gòu)受力狀態(tài);(3)布索較合理。索面布置在中央分隔帶上,給人以美觀開闊的視感。本橋箱梁采用抗風(fēng)性能優(yōu)越的近似三角形斷面,并采用下承式牽索掛籃懸澆施工。在支承體系上,本橋采用塔、梁、墩固結(jié),這種體系取消了懸臂體系在施工中必須設(shè)置的臨時固結(jié)結(jié)構(gòu),提高了施工中結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定性,有利于0號塊施工,有利于地震力的分布。為配合這種體系,本橋設(shè)計采取下列措施來減少由于溫度、混凝土收縮徐變及合龍索張拉產(chǎn)生的很大推(拉)力:(1)采用柔性較大的雙壁墩,加之本橋橋墩很高,也為降低橋墩的縱向剛度提供了極為有利的條件; (2)為克服收縮徐變影響,在中跨合龍時,合龍?zhí)幵O(shè)置千斤頂向塔側(cè)施以推力。該斜拉橋方案有如下優(yōu)缺點:優(yōu)點:由于索面布置在中央分隔帶上,整個結(jié)構(gòu)較雙索面斜拉橋美觀且造價較低。缺點:通航凈寬較雙索面斜拉橋小,抗震性能較雙索面斜拉橋差。該橋總體布置如圖3-1:- 13 -3.2 結(jié)構(gòu)形式及尺寸3.2.1 下部結(jié)構(gòu)構(gòu)造主墩采用雙薄壁矩形柔性墩,平面幾何尺寸為12.4m2.4m,兩墩柱內(nèi)側(cè)凈距3.6m,雙壁之間中心距6m,墩高47.6m。主墩基礎(chǔ)采用18根3.0m的大直徑鉆孔灌注樁,為摩擦樁,成梅花型布置。主墩承臺為高樁承臺,長30.60m,寬21.80m,高6.50m(包括1.5m封底),承臺棱角均處理為圓弧倒角。承臺底面標(biāo)高為-2.5m,而通常河床最低潮水位為-0.35m,高潮時水位達+2.30m。承臺采用有底套箱施工。主墩基礎(chǔ)構(gòu)造如圖3-2:輔墩采用柔性薄壁空心墩,墩厚2m,橫向?qū)?0m?;A(chǔ)采用6根1.8m鉆孔灌注樁。邊墩為懸臂式蓋梁配雙柱式墩身,以適應(yīng)引橋的過渡。邊墩基礎(chǔ)為8根1.8m鉆孔灌注樁。樁基均按嵌巖樁設(shè)計。 圖3-2 主墩基礎(chǔ)構(gòu)造3.2.2 主塔索塔為空心直塔,平面幾何尺寸為6.6m3.6m。橋面以上塔柱高77m,高跨比1:4.4,塔柱采用矩形空心截面,斷面360(橫橋向)(660800)cm(縱橋向)。索塔前進方向設(shè)25對斜拉索,塔柱上斜拉索錨固區(qū)段高度約46m,每側(cè)的單根斜拉索錨固于塔壁內(nèi)側(cè)齒塊上,索塔錨固區(qū)采用預(yù)應(yīng)力粗鋼筋加勁。主塔一般構(gòu)造圖見圖紙4。3.2.3 斜拉索該橋的主塔為雙向變截面空腹結(jié)構(gòu),上塔柱為斜拉橋錨固區(qū),在單塔,同一斷面中有4根斜拉索,塔上斜拉索錨固點間距為160cm,梁上斜拉索錨固點間距為6m。主橋斜拉索雙塔共200根,兩端均采用張拉端型錨具。在張拉過程中,斜拉索采用主塔端張拉,主梁端錨固。該橋采用扭絞型平行鋼絲斜拉索,由7mm高強平行鋼絲組成,規(guī)格為PES7-109P

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