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连续梁桥设计毕业设计
连续梁桥设计-毕业设计
第一章绪论
第一节桥梁概述
桥梁是供汽车、火车、行人等跨越障碍(河流、山谷、或者其它线路等)的建筑工程物。
从线路(公路或铁路)的角度讲,桥梁就是线路在跨越上述障碍时的延伸部分或连接部分。
建立四通八达的现代化交通网,大力发展交通运输事业,对于发展国民经济,加强全国各族人民团结和巩固国防等方面,都具有非常重要的作用。
在公路、铁路、城市和农村道路以及水利建设中,为了跨越各种障碍,必须修建各种类型桥梁与涵洞,因此桥涵是交通线中的重要组成部分,而且往往是保证全线早日通车的关键。
在经济上,桥梁和涵洞的造价一般说来平均占总造价的10%—20%。
20世纪50年代以来,由于科学技术的进步,工业水平的提高,社会生产力的高速发展,人们对桥梁的要求已经越来越高了,现代高速公路上迂回交叉的立交桥、高架桥和城市高架道路,几十公里长的海峡大桥,新发展的城郊高速铁路桥与轻轨运输高架桥等,这些新型桥梁不但是规模巨大的工程实体,而且犹如一条地上“彩虹”,将城市妆扮得格外美丽。
纵观世界各国的大城市,常以工程雄伟的大桥作为一种空间艺术结构物存在于社会之中。
我国幅员辽阔,大小山脉和江河湖泊纵横全国,东面临海,海湾、岛屿众多。
20世纪80年代后,我国实行改革开放政策以来,国民经济飞速发展,社会主义工业、农业、商业、国防和科学技术现代化正在逐步实现,全国高速公路、高速铁路、城市交通网络的建设方兴未艾。
作为枢纽工程的桥梁建设的发展则突飞猛进。
至20世纪末,我国已建成的各类现代化桥梁在世界桥梁跨径排名表上都进入了重要名次,甚至是名列前茅。
它从一个侧面反映了我国生产、经济与科学技术的发展高度。
回顾过去展望未来,我国广大桥梁工程技术与科学工作者将不断面临着设计和建造各类桥梁的光荣而艰巨的任务。
我国文化悠久,是世界上文明发达最早的国家之一。
我国有许多科学技术往往远远超过同时代的欧洲,特别是5世纪以前,更是如此。
其中就桥梁来说,我们的祖先也在世界桥梁建筑史上写下了不少光辉灿烂的篇章。
我国山川河流众多,自然条件错综复杂,古代桥梁不但数目惊人,而且类型也丰富多彩,几乎包括了所有近代桥梁中的最主要形式。
在原始人类尚不知如何造桥时,往往会利用自然界的物体,如天然倒塌的树木、因自然地壳变化侵蚀而形成的拱状物、森林里攀缠悬挂的藤萝等,来帮助他们跨越溪流、山涧和峡谷。
等到人类已能够聚族而居的时候,桥梁也势必得到发展。
例如,对距今已有6000余年的陕西西安半坡村新石器时代遗址的考古发现,在居住区四周有宽、深各约5-6个大围沟。
当时的居住已能用木柱、草泥盖成圆形的房屋,因而出入这样的围沟时不可能没有搭设的桥梁。
对桥梁起源的详细考察和论证是考古学家的事。
可以确定的是,桥梁是随着历史的演进和社会的进步而逐渐发展起来的。
综观近代历史,可以认为,每当陆地交通运输工具发生重大变化,对桥梁在载重、跨度方面提出新的要求时,这种要求便推动了桥梁工程技术的发展。
桥梁发展到今天,其基本类型虽仍是梁桥、拱桥、和悬索桥,但建筑材料更加坚固耐用,结构型式更加丰富多彩,使用功能更加完备齐全,建桥技术更加先进合理。
在当今社会中,大力发展交通运输事业,建立四通八达的公路、铁路交通网,对促进交流、发展经济、提高国力,具有非常重要的意义。
在公路、铁路线路中桥梁以及涵洞是其重要组成部分。
从技术上讲,一座重要的大跨度桥梁通常会集中体现一个国家在工程设计、建筑材料和制造工艺等方面的当代水平;从经济上讲,一条线路中桥涵的造价要占10%-20%;从美学上讲,桥梁不仅仅是满足实用要求的工程结构物,还常作为建筑艺术实体长久地存在于社会生活中。
那些工程宏大、结构造型雄伟壮观的大桥,往往成为一座城市的标志和骄傲。
我国幅员辽阔,大小山脉纵横,江河湖泊众多。
随着国家经济建设的发展,需要大力加强基础设施建设,修建大量的公路、铁路和城市桥梁。
桥梁由五个“大部件”与五个“小部件”所组成。
所谓五大部件是指桥梁承受汽车及其它运输车辆的桥梁上部结构与下部结构,它们要通过承受荷载的计算与分析,是桥梁结构安全性的保证。
这五大部件是:
(1)桥跨结构。
是路线遇到障碍中断时,跨越这类障碍的结构物。
(2)支座系统。
它支承上部结构并传递荷载于桥梁墩台上,它应保证上部结构载荷载、温度变化或其他因素作用下所预计的位移功能。
(3)桥墩。
是在河中或岸上支承两侧桥跨上部结构的建筑物。
(4)桥台。
设在桥的两端,一端与路堤连接,并防止路堤滑塌。
为保护桥台河路堤填土,桥台两侧常做一些防护工程。
另一侧则支承桥跨上部结构的端部。
(5)墩台基础。
是保证桥梁墩台安全并将荷载传至地基的结构部分。
基础工程载整个桥梁工程施工中是比较困难的部分,而且常常需要在水中施工,因而遇到的问题也也很复杂。
前两个部件是桥梁上部结构,后三个部件即是桥梁下部结构。
所谓五个小部件都是直接与桥梁服务功能有关的部件,过去总称为桥面构造,在桥梁设计中往往不够重视,因而使桥梁服务质量低下,外观粗糙。
在现代化工业发展水平的基础上,人类的文明水平也极大提高,人们对桥梁行车的舒适性和结构物的观赏水平要求愈来愈高,因而国际上在桥梁设计中很重视五小部件,这不但是“外观包装”,而且是服务功能的大问题。
目前,国内桥梁设计工程师也越来越感受到五小部件的重要性。
这五小部件是:
(1)桥梁铺装。
铺装的平整、耐磨性、不翘曲、不渗水是保证行车舒适的关键。
特别在钢箱梁上铺设沥青路面的技术要求甚严。
(2)排水防水系统。
应迅速排除桥面上积水,并使渗水的可能性降至最小限度。
此外,城市桥梁排水系统应保证桥下无滴水和结构上无漏水现象。
(3)栏杆。
它既是保证安全的构造措施,又是有利于观赏的最佳装饰件。
(4)伸缩缝。
桥跨上部结构之间,或在桥跨上部结构与桥台端墙之间,设有缝隙,保证结构在各种因素作用下的变位。
为使桥面上行车顺适,无任何颠动,桥上要设置伸缩缝构造。
特别是大桥或城市桥的伸缩缝,不但要结构牢固,外观光洁,而且需要经常扫除掉入伸缩缝中的垃圾泥土,以保证它的功能作用。
(5)灯光照明。
现代城市中标志式的大跨桥都装置了多变幻的灯光照明,增添了光彩夺目的晚景。
第二节方案比选
一、比选方案的主要标准:
桥梁方案比选有四项主要标准:
安全,功能,经济与美观,其中以安全与经济为重。
过去对桥下结构的功能重视不够,现在航运事业飞速发展,桥下净空往往成为运输瓶颈,比如南京长江大桥,其桥下净空过小,导致高吨位级轮船无法通行,影响长江上游城市的发展。
至于桥梁美观,要视经济与环境条件而定。
二、方案编制:
(一)、预应力混凝土连续梁桥
图1.2.1预应力混凝土连续梁桥
方案一:
预应力混凝土连续梁桥
施工技术先进,工艺要求较严格,属于超静定结构,受力较好,桥面连续无伸缩缝,养护容易,成本低,耐久性好,维修费用少。
连续梁在恒载作用下,由于支点负弯矩的卸载作用,跨中正弯矩显著减小,其弯矩图形与同跨相差不大,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仍有卸载作用,其弯矩分布比较合理。
桥梁整体性好,施工方法简便易行,施工质量可靠,平面及竖曲线型容易控制,对机具和起重能力要求不高,这要比方案二和方案三优越,而且桥梁线型流畅,完全符合桥梁设计的安全、适用、经济和美观的基本原则。
连续梁突出的优点是结构刚度大,变形小,动力性能好,主梁变形曲线平缓,有利于高速行车。
连续梁在恒载作用下,由于支点负弯矩的卸载作用,跨中正弯矩显著减小,其弯矩图形与同跨悬臂梁相差不大,连续梁在活载作用下,主梁连续产生支点负弯矩,对跨中弯矩有卸载作用,其弯矩分布要比悬臂梁合理。
连续梁是超静定结构,基础不均匀沉降将在结构中产生附加内力,因此对桥梁基础要求较高,通常宜用于地基较好的地方。
(二)、预应力混凝土简支梁桥
图1.2.2预应力混凝土简支梁桥
方案二:
预应力混凝土简支梁桥
施工方便,适合中小跨径,结构尺寸标准化,目前国内大量采用,安全,行车方便,结构美观,造价第二,用钢量大,相同跨径及恒活载下跨中弯矩较续梁桥大,所以承载力较续梁桥小。
简支梁桥是梁式桥中应用最早,使用最广泛的一种桥型。
它受力简单,梁中只有正弯矩,适用于T型截面梁这种构造简单的截面型式,体系温度、混凝土收缩徐变、张拉预应力等均不会在梁中产生附加内力,设计计算简便,最易设计成各种标准跨径的装配式结构。
由于简支梁是静定结构,结构内力不受地基变形的影响,对基础要求不高,能适用于地基较差的桥址建桥。
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,施工费低,因此在城市高架桥,跨河大桥的引桥上被广泛采用。
简支梁桥的设计主要受跨中正弯矩的控制,当跨径较大时,跨中恒载和活载弯矩将急剧增大,当恒载弯矩所占的比例相当大时,结构承受的活载弯矩将变小。
(三)、斜拉桥
图1.2.3斜拉桥
方案三:
斜拉桥
跨越能力大,行车平稳,索力调整工序比较繁复,施工技术要求高具有现代气息,结构轻盈美观,目前国内大量采用,但造价最高
综合以上比较,以预应力混凝土连续梁桥为最终方案。
第二章结构尺寸拟定
第一节结构尺寸拟定
一、桥梁横向布置
桥面净宽:
2净-10.75m;两侧分别为中央分隔带和安全护拦。
全桥采用7块预制的预应力砼空心板,每块板的宽度为1.57m,采用后张法施工,下图2.1.1为一侧桥梁横断面布置:
图2.1.1桥梁横向布置(单位:
cm)
二、细部尺寸
一块空心板的横断面如图2.1.2:
图2.1.2空心板横断面(单位:
cm)
第二节截面几何特性
一、毛截面面积
二、惯性矩及刚度参数
(一)、计算空心板截面抗弯惯性矩I
=9417
(二)、计算抗扭惯性矩:
跨中截面截面形式如下图2.2.1所示:
图2.2.1跨中梁截面
其中:
所以:
(三)、计算刚度参数
第三章主梁内力计
第一节横向分布系数的计算
预制板间采用企口逢连接,所以跨中的荷载横向分布系数按铰接板(梁)法计算,跨中、截面、支点荷载横向分布系数、的计算如下:
一、计算跨中荷载横向分布影响线及分布系数
从文献中的铰接板荷载横向分布影响线(附表)中查表,在=0.02到0.04之间接直线内插法求=0.024的影响线坐标值、、、,计算结果列于下表:
将表中、、、之值按一定比例尺绘于各号板的轴线下方,连成折线,就得到各板的荷载横向分布影响线,如下表3.1.1所示。
在影响线上荷载按最不利布载,就可以通过相应影响线坐标值求出各板的横向分布系数
铰接板荷载横向分布影响线(附表)表3.1.1
板号
单位荷载作用位置(号板中心)
1
2
3
4
5
6
7
1
0.02
244
202
157
125
102
088
082
1000
0.04
309
235
159
109
078
059
051
0.024
257
209
157
122
97
82
76
2
0.02
202
198
170
135
111
096
088
1000
0.04
235
232
185
127
091
069
059
0.024
209
205
173
133
107
091
082
3
0.02
157
170
176
156
128
111
102
1000
0.04
169
185
201
167
119
091
078
0.024
159
173
181
158
126
107
097
4
0.02
125
135
156
169
156
185
125
1000
0.04
109
127
167
193
167
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