土木工程专业毕业论文--铁路特大桥连续梁桥457045m上部结构设计

土木工程专业毕业论文--铁路特大桥连续梁桥457045m上部结构设计内容摘要：

较高，易开裂，难以维护 受力性能 会发生体系转换，受力复杂 受力复杂，是一种充分发挥圬工及钢筋混凝土材料抗压性能的合理桥型。 受力明确 经济性 变 截面形式 ，可减少混凝土圬工，但施工难度大，维修费用低 施工工艺复杂，适用于城市桥梁，费用较高，维修费用低 钢材用量大，强度高，跨越能力强，重量轻，维护费用高，有些情况不经济 美观性 构造简单，线形简洁美观 外形美观 构造简单，线形简洁 施工方面 本桥采用悬臂浇筑 本桥采用有支架施 上下部结构同时施工，架设方便，工 7 当前，我国桥梁设计必须遵循“实用、经济、安全和美观”的基本原则。 只有满足实用这一基本条件后，才能谈得上 对桥梁结构的其他要求，既做到总造价经济，又保证工程质量和使用安全可靠。 在实用、经济和安全的前提下，尽可能使得桥梁具有优美的外形，并与周围的环境相协调。 方案一和方案二相比： 连续梁结构可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，并改善景观；其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车平稳舒适，后期的维修养护工作也较少。 从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅，将给城市争色不少。 但连续梁对基础沉降要求严格，特别是由于联长较大，梁体与墩台之间的受力十分复杂，加大了设计难度。 拱桥的静力特点 是，在竖直何在作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。 由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。 如在均布荷载 q 的作用下，简直梁的跨中弯矩为 ql2/8，全梁的弯矩图呈抛物线形，而设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。 由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造。 石拱对石料的要求较高，石料加工、开采与砌筑费工，现在已很少采用。 由墩、台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力，因而修建推力拱桥 要求有良好的地基。 对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。 但是其造价较高，不经济，且对地基的要求很高，且施工工艺复杂。 故方案一优于方案二。 法，结构整体性较好，施工变形易控制可利用计算机程序逐段控制底模标高。 悬浇起重能力要求不高，仅 起吊钢筋骨架及混凝土。 工，但这种方法需要耗费大量的建筑材料和劳动力，并且工期较长，因而大大影响了拱桥的推广使用。 期短。 适用性 适用于 对桥下视觉有要求的工程，适用于 各种地质情况 ；跨越能力较大。 可以不受桥下地形条件限制或通航限制 因地基要求高，要求地质情况 好；适用于城市桥梁。 跨越能差。 不耐腐蚀，维护费用高。 抗风，抗震能适力强。 适用于跨度大的桥梁。 8 方案一和方案三相比，钢桥施工便捷快速，结构受力明确，桥梁自重较轻，但是钢材用量很大，造价较高，并且后期维护费用很高，而且经常用于大跨度桥梁较为经济，故方案一优于方案三。 综上所述 ,选定方案一为设计方案。 二、 尺寸拟定 从预应力混凝土连续梁的受力特点来分析，连续梁的立面应采取变高度布置为宜；在恒、活载作用下，支点 截面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩往往大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。 1． 横截面 梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。 当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。 箱形截面就是这样的一种截面。 此外，箱形截面 这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂施工的桥梁尤为有利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。 总之，箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面形式。 常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。 单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。 拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改变对方案的取舍；但是双室式存在一些缺点：施工比较困难，腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。 本设计是一座铁路连续箱形梁，因为是单线铁路，故采用单箱单室变截面箱梁。 9 2． 梁高与细部尺寸 （ 1） 根据经验确定，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在 1/15— 1/20 之间，而跨中梁高与主跨之比一般为 1/30— 1/50 之间。 当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。 本设计采用变高度的直线梁。 根关于截面细部尺寸的规定：支点处： H=（ 1/15 ～ 1/20） L，跨中 H=（ 1/30 ～ 1/50 ） L 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。 其尺寸要受到受力要求和构造两个方面的控制。 支墩处底版还要承受很大的压应力，一般来讲：变截面的底板厚度也随梁高变化，底板一般为 25100cm（变厚），顶板 2530cm（等厚），腹板一般为 3080cm（变厚）。 确定支点处梁高为 5m，跨中梁高为 3m。 取底板厚跨中为 40cm，支点处为；顶板厚为 66cm；腹板取跨中为 40cm，支点处为 110cm。 （ 2） 横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制 畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。 由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。 因此本设计只在支点处设置实心横隔梁。 由于中间横隔梁的尺寸及对内力的影响较小，在内力计算中也可不作考虑。 ① 跨中截面及中支点截面示意图如下所示： 10 图 4 半跨中截面（单位： cm） 图 5 半中支点截面（单位： cm） 11 3． 本桥主要材料 表 2 主要材料 材料及规格 单位 数量 混凝土 M40 水泥浆 m3 C50 补偿收缩 混凝土 m3 65 C50 混凝土 m3 钢绞线 15φj— ㎜ t EP=1860MPa 12φj— ㎜ t 9φj— t 25 预应力混凝土波纹管 PSB830 t 普通钢筋 HPB235/HRB335 t 金属波纹管 φ 外 97 ㎜波纹管 m φ 外 87 ㎜波纹管 m 铁皮管 内径 35 ㎜ m 1328 锚具 M1515/M1512/M159 套 68/200/4 JLM25 套 704 桥面工程及其他 防水层 m2 保护层 C40 号纤维混凝土 m3 泄水管 Φ150PVC 泄水管及管盖 套 80 Φ150PVC 泄水管及管（桥下及纵向收集所用） m 混凝土 C40 m3 普通钢筋 HRB335 t 栏杆及钢料 Q235 t 人行基础 C30 混凝土 m3 钢筋 HPB235/HRB335 t 普通钢筋 HRB335 t 钢材 Q235 t 钢材 Q235 t 普通钢筋 HPB235 t M20 螺栓、螺母、垫片 套 72 M16 螺栓、螺母、垫片 套 30 C30 混凝土 m3 钢筋 HPB235/HRB335 t 钢材 Q235 t 钢筋 HRB335 t 12 M36 螺栓、螺母、垫片 Q 235 套 24 挂篮 挂篮（单个 60 吨） 套 4 支座 支 座 套 2 套 2 套 4 4． 悬臂浇筑施工程序 （ 1） 悬臂浇筑施工程序，采用单悬臂 — 连续施工 (如图 6)。 图 6 悬臂浇筑施工程序 第一步：首先从 B、 C 墩开始进行对称悬臂施工，同时支架现浇边跨。 第二步：边跨段合龙，释放 B、 C 墩临时固结，形成双单悬臂梁。 第三步： B、 C 跨中段合龙，形成三跨连续梁结构。 （ 2） 工程总体施工方案 本桥采用挂篮 悬臂浇筑法施工， 全梁共分 40 个节段，包括 0 号段 、 边跨现浇段，合拢段及悬臂浇筑梁段，其中悬臂节段共 32 段，节段长度分 （ 边、 中跨合拢段）两 种， 0 号段施工采用墩身预埋型钢托架、搭设碗扣支架现浇 ； 其余梁段采用 2 对挂篮悬臂浇筑。 具体施工阶段划分如图 7 所示（部分阶段，不包括张拉预应力阶段）。 本桥施工具体步骤如下： 第一步 1，在 2 号墩 3 号墩旁设置临时墩或拼装托架，进行预压，安装永久支座，及临时支座，在托架上立模灌筑 A0 架段，并将 A0 段与墩身临时固结，采用可靠措施，保证永久支座不受力。 2，待梁端混凝土达到 100%的设计强度且混凝土的龄期不小于 7 天时，张拉本阶段 13 预应力束，张拉并锚固钢束后进行孔道压浆 (以下可阶段同） 3，在 0 号块两侧对称安装挂篮，并进行预压。 第二步 1，以 2 号墩， 3 号墩为中心，对称移动挂篮悬臂灌筑 A1— A8， B1— B8。 2，待梁端混凝土到达 100%的设计强度且混凝土龄期不小于 7 天时，张拉本阶段预应力束。 3，在悬灌之前必须检查梁面标高及中心线，并及时进行动态调整。 第三步 1，在 1 号墩， 4 号墩旁设现浇支架，并进行预压，安装永久支座。 2，浇筑边跨现浇段 A10。 第四步 1，拆除挂篮，安装边跨合拢 段的临时刚性连接构造，张拉 2T9， 2B8 各 240MPa，现浇边跨合拢段 A9。 2，待边跨合拢段混凝土达到 100%设计强度，龄期不小于 7 天后，拆除边跨合拢段的刚性连接构造，补张拉 2T9,2B8 至设计吨位及本阶段其他预应力束。 3，拆除中墩处 的临时固结措施，启动中墩永久支座，并将中墩纵向活动支座向临时锁定。 第五步 1，拆除边跨现浇支架，安装中跨跨中合拢段的临时刚性连接构造，张拉 2T11 钢束240MPa， 2B1 钢束 192MPa。 2，用悬吊支架现浇中跨合拢段 B9，待合拢混凝土达到 100%设计强度，龄期小于 6天 后，释放中墩纵向活动支座，纵向临时锁定，完成体系转换。 3，补张拉 2T11， 2B1 至设计吨位及本阶段其他预应力束。 4，拆除悬吊支架。 5，拆除主墩旁托架。 第六步 1，进行桥面铺装等工作。 2，静，动载试验。 、 3，竣工通车。 14 施工顺序示意图( 一）（二）（三）（四）（五）（六）箱梁施工顺序及结构体系转换图 图 7 施工简图 15 5． 设计计算依据 1，《铁路桥涵设计基本规范》（ — 2020）。 2，《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（ — 2020）。 3，《铁 路桥涵混凝土和砌体结构设计规范》（ — 2020）。 4，《铁路桥涵地基和基础设计规范》（ — 2020）。 5，《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》（ TZ203— 2020）。 6，《铁路工程抗震设计规范》（ GB50111— 2020） (2020 版）。 7，《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》（铁建设函【 2020】 205 号）。 8，《铁路混凝土结构耐久性暂行规定》 (铁建设【 2020】 157 号）。 9，关于发布《铁路混凝土结构耐久性暂行规定》等两项铁路工程建设标准局部修订条文的通知（ 铁建设【 2020】 140 号 )。 10，关于发布《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范等三项标准局部修订条文的通知（铁建设【 2020】 22 号）。 6． 基本设计数据 根据《规范》中各条规定，混凝土、钢绞线和钢筋的各项基本数据以及在个阶段的限值，如表 3 所列。 表 3 基本计算数据 名称 项目 符号 单位 数据 主梁混凝土 立方体强度 弹性模量 轴向抗压标准强度 轴向抗拉标准强度 轴向抗压设计强度 轴向抗拉设计强度 fcu Ec fck fk。