深圳东宝河大桥设计方案二：改进型波形钢腹板连续梁桥—主跨156m毕业论文
2021-12-26 13:35:14
论文总字数：37324字
毕业设计(论文)
课题名称 | 深圳东宝河大桥设计方案二： |
改进型波形钢腹板连续梁桥—主跨156m | |
院 （系） | 土木工程学院 |
专 业 | 土木工程 |
姓 名 | 段嘉旭 |
学 号 | 1801160206 |
起讫日期 | 2020.01~2020.06 |
指导教师 | 张建东 教授 |
邓文琴 讲师 |
2020 年 5 月 31 日
波形钢腹板连续梁桥设计
关键词：方案设计 连续梁桥 波形钢腹板 预应力
Design of continuous beam bridge with corrugated steel webs
Keywords: scheme design,continuous beam bridge, corrugated steel webs, prestress
第一章 设计概述
1.1工程概况
1.3地质条件
孔均钻至该层，揭露厚度10.10～12.20m。顶板埋深为32.00～ 59.70m，相应标高为-57.26～-29.53m；断层破碎带强度相当于强风化岩。仅钻孔QL11见及二层，层厚6.70～7.70m。
桥址范围微风化岩顶板埋深在31.80～58.00m间，埋藏较深，起伏较大，采用微风化混合岩作为桩基础的持力层。
第二章 方案设计与比选
2.1桥梁构思宗旨
2.2设计方案介绍
2.2.1方案一——波形钢腹板连续梁桥
本方案为预应力波形钢腹板连续箱梁桥，采用变跨变高度梁，并在距离跨中采用钢底板，来替换混凝土底板。
（2）桥梁跨径布置
根据任务书的要求初步确定桥梁跨径为88 156 88m。
（3）截面尺寸拟定
顶板厚30cm，底板采用厚3cm的q345钢板。横截面如下图所示：
图2-1支点处截面 单位：mm
图2-2跨中截面 单位：mm
（4）施工设计
高强度钢绞线，普通钢筋采用HRB400钢筋，采用HPB300钢筋。
波形钢腹板:选用1600型波形钢腹板。
桥面防水和排水设施：在桥墩处采用直径20cm的铸铁排水管。其他位置布置直径为14cm的铸铁管作为排水管，布置间距为8m ，布置在距离缘石25cm 处，沿行车道两侧对称布置。
伸缩缝：在两端桥台处设置 D320型橡胶伸缩缝装置。
桥梁护栏：外侧护栏采用组合式防撞护栏，内侧护栏采用波型梁柱式护栏。
2.2.2方案二——预应力混凝土连续梁桥
根据任务书的要求初步确定桥梁主跨跨径为88m 156m 88m。
（3）上部结构尺寸拟定
主梁横断面采用双幅单箱单室截面，梁高从根部截面的变化至跨中截面的，梁截面按二次抛物线变化。箱梁顶板宽度约为，底板宽度约为，顶板厚，腹板厚；底板厚度由根部截面的，变化至跨中截面的。箱梁悬臂部分长，箱梁顶板翼缘端部厚度为。翼缘根部厚度为。腹板与顶板相接处做成承托，腹板与底板相接处做成承托，以利脱模并减弱转角处的应力集中。
图2-3预应力混凝土连续梁桥横截面布置图（尺寸单位：）
（4）施工设计
悬臂浇筑法施工
（5）材料选用
波形钢腹板连续刚构桥是一种新型桥梁结构形式，它综合了波形钢腹板预应力组合箱梁和连续刚构桥的优势，具有造型优美，结构合理，跨越能力大，自重轻，抗震能力好等众多，全长。
（3）上部结构
主梁采用单箱单室截面，中墩支点梁高取，边墩支点及跨中梁高。梁截面按2次抛物线变化。顶板宽，翼缘长，顶板厚，腹板厚，箱室宽，设2%单向横坡。箱室底板厚度跨中至中墩处按2次抛物线由变至。箱梁顶板翼缘端部厚度为，翼缘根部厚度为。腹板与顶板相接处做成承托，腹板与底板相接处做成承托，以利脱模并减弱转角处的应力集中。
图2-4 波型钢腹板连续刚构桥横截面布置图（尺寸单位：）
（4）施工设计
悬臂浇筑法施工
（5）材料选用
材料选用与方案一相同。
（6）附属工程
与方案一相同。
2.3方案比选
桥型 | 波型钢腹板连续梁桥 | 预应力混凝土连续梁桥 | 波型钢腹板连续刚构桥 |
支点梁高 | |||
跨中梁高 | |||
优点 | 结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。预应力混凝土连续梁桥在垂直荷载的作用下，其支座仅产生 垂直反力，而无水平推力，受力明确。 | 内力状态比较均匀合理，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；施工机械化，生产工厂化，施工速度快。 | 造型优美，结构合理，跨越能力大，自重轻，抗震能力好。受力明确，线条优美，施工机械化，生产工厂化，施工速度快。 |
缺点 | 采用悬臂浇筑法施工时存在临时固结和拆除，需采用承载能力较大的支座。连续梁高度沿纵向改变会引起弯矩的改 变；温度、混凝土收缩徐变、基础变位及预应力等会产生次内力。 | 施工时需要临时固结，温度、混凝土收缩徐变会产生次内力。 | 整体温度效应、混凝土收缩徐变会产生次内力。 |
施工方法 | 悬臂浇筑法 | 悬臂浇筑法 | 悬臂浇筑法 |
养护与维护 | 养护维修量小，养护维修方便维修不方便 | 养护维修量小，养护 维修方便 | 养护维修量小，养护 维修方便 |
工期 | 较短 | 较短 | 较短 |
造价 | 一般 | 一般 | 一般 |
表2-1方案比选
预应力混凝土连续梁桥的腹板及底板容易出现混凝土开裂的现象，影响桥梁的耐久性，波型钢腹板连续梁桥可以较好的解决该问题，对于刚构桥来说，在跨径200-300m范围内能最好的发挥其桥型的优点和特性。结合任务书的要求选择方案一更为合适。
2.4方案具体设计
2.4.1跨径布置
图2-5桥型布置图
梁高计算公式：h=5.5×
底板厚计算公式：t=0.534×
图2-6波形钢腹板构造图
2.4.9波形钢腹板与顶底板剪力连接键设计
图2-7 Twin－PBL栓钉连接
图2-8 S-PBL栓钉连接
第三章 恒载计算
3.1有限元模型的建立
3.1.1建模原则
本设计采用MIDAS 建模。采用 C50 混凝土，弹性模量、设计抗压（拉）强度等标准均按规范取值，见表3.1。
混凝土强度等级 | C50 | 备注 | |
承载能力里极限状态 | 轴心抗压强度设计值 | 32.4 |
|
轴心抗拉强度设计值 | 1.83 | ||
正常使用极限状态 | 容许压应力 | 16.2 | 全预应力混凝土结构 |
容许拉应力 | 0 | 全预应力混凝土不容许出现拉应力 | |
施工阶段 | 容许压应力 | 22.68 | 全预应力混凝土结构 |
容许拉应力 | 1.86 | 全预应力混凝土结构 | |
表 3-1混凝土的强度与容许应力（MPa）
段号 | 支座 | 18 | 17 | 16b-16a | 15—2 | 1 | 0 | 0’ | 2号墩中心线 |
长度 | —— | 360 | 480 | 160 | 480 | 320 | 300 | 300 | —— |
段号 | 2号墩中心线 | 0’ | 0 | 1 | 2—15 | 16b |
|
|
|
长度 | —— | 300 | 300 | 320 | 480 | 160 |
|
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|
表 3-2结构建模各单元长度（cm)
图 3-1边跨及 1/2 中跨节段划分图
3.2一期恒载计算
图 3-2横隔板荷载位置示意图（mm）
截面 | 面积（㎡） | 厚度（m） | 自重（kN） |
A | 19.65 | 0.5 | 255.45 |
B | 24.87 | 0.5 | 323.31 |
C | 35.47 | 0.5 | 461.11 |
D | 35.47 | 0.5 | 461.11 |
E | 24.87 | 0.5 | 323.31 |
F | 23.57 | 0.03 | 55.51 |
表 3-3横隔板自重计算
计算工具是 MIDAS，计算程序略，计算得一期恒载效应，汇总结果见表3-4。
截面 | 0 | L/4 | L/2 | 3L/4 | L | |
第一跨 | 弯矩（KN.m） | 0 | 47150.1 | -52824.1 | -310989.2 | -777422.7 |
剪力（KN） | -6665.1 | 1228.3 | 7968.5 | 15669.3 | 32833.6 | |
第二跨 | 弯矩（KN.m） | -777422.7 | -43325.6 | 156433.9 | -43325.6 | -777422.7 |
剪力（KN） | -34205.5 | -10982.1 | 0 | 10982.1 | 34205.5 | |
第三跨 | 弯矩（KN.m） | -777422.7 | -310989.2 | -52824.1 | 47150.1 | 0 |
剪力（KN） | -32833.6 | -16135.1 | -7868.5 | -1228.3 | 6665.1 | |
表 3-4一期恒载效应计算结果表
图 3-3铺装、人行道及护栏构造(单位：cm)
桥面铺装：
=16.25×0.05×25 11.75×0.1×23=43.34(kN/m)
分隔带及护栏:
=0.75×25=18.75(kN/m)
= =62.09(kN/m)
考虑到防水层及其它附属设施最后取二期恒载集度 =70kN/m。
3.3.2建模计算
利用上面建好的计算模型，在上面满布均布荷载 =70kN/m，计算可得二期恒载的内 力效应，汇总结果见表 3-5。
截面 | 0 | L/4 | L/2 | 3L/4 | L | |
第一跨 | 弯矩（KN.m） | 0 | 7857.3 | -18158.9 | -78077.5 | -171853.7 |
剪力（KN） | -1127.8 | 413.1 | 1951.5 | 3481.9 | 5033.1 | |
第二跨 | 弯矩（KN.m） | -171853.7 | -12155.6 | 41086.4 | -12155.6 | -171853.7 |
剪力（KN） | -5460 | -2726.9 | 0 | 2727.1 | 5460 | |
第三跨 | 弯矩（KN.m） | -171853.7 | -82319.5 | -18158.9 | 7857.3 | 0 |
剪力（KN） | -5033.1 | -3565.6 | -1951.5 | -413.1 | 1127.9 | |
表 3-5二期恒载内力汇总表
3.4总恒载效应
图 3-4总恒载弯矩图
图3-5总恒载剪力图
截面 | 0 | L/4 | L/2 | 3L/4 | L | |
第一跨 | 弯矩（KN.m） | 0 | 58483.04 | -69548.55 | -398651.5 | -978180.5 |
剪力（KN） | -7950.15 | 1479.59 | 10336.7 | 20026.58 | 38744.86 | |
第二跨 | 弯矩（KN.m） | -978180.5 | -59787.52 | 195218.5 | -59787.52 | -978180.5 |
剪力（KN） | -40449.8 | -14032.07 | 0 | 14032.08 | 40449.88 | |
第三跨 | 弯矩（KN.m） | -978180.5 | -423090.6 | -69548.55 | 58483.04 | 0 |
剪力（KN） | -38744.8 | -20576.07 | -10336.7 | -1479.59 | 7950.15 | |
表 3-6总恒载内力汇总表
3.4.2弯矩折减
。
图3-6
计算公式为：
式中—折减后的支点负弯矩；
—按理论方法计算的支点负弯矩；
—折减弯矩；
；
—支点反力在支座两侧向上按 45 度扩散交于重心轴的长度。
=77532.1KN
=9m
=87223.6KN
按上述折减方法对中间支座处负弯矩进行折减计算，可得到表3-7。
截面 | 0 | L/4 | L/2 | 3L/4 | L | |
第一跨 | 弯矩（KN.m） | 0 | 55007.4 | -70983 | -389066.7 | -889086 |
剪力（KN） | -7792.9 | 1641.4 | 9920 | 19151.2 | 37866.7 | |
第二跨 | 弯矩（KN.m） | -889086 | -55481.2 | 197520.3 | -55481.2 | -889086 |
剪力（KN） | -39665.5 | -13709 | 0 | 13709.2 | 39665.5 | |
第三跨 | 弯矩（KN.m） | -889086 | -393308.7 | -70983 | 55007.4 | 0 |
剪力（KN） | -37866.7 | -19700.7 | -9820 | -1641.4 | 7793 | |
表 3-7折减后的总恒载效应
注：表中用黑体字标示的为折减后弯矩值。
第四章 活载计算
4.1汽车荷载
4.1.2冲击系数
冲击系数 μ 按下式计算：
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