[工学]土木工程桥梁工程毕业设计论文稿405640m

1、兰州交通大学毕业设计（论文）目 录第一章 设计概况1第一节 设计依据1第二节 设计资料1第三节 桥梁选型3第四节 主梁施工方法及施工阶段划分6第二章 主梁细部尺寸拟定及材料选用8第一节 细部尺寸拟定8第二节 材料选用9第三章 结构内力计算12第一节 有限元模型的建立12第二节 恒载内力计算15第三节 活载内力计算17第四节 基础沉降引起的内力计算28第五节 温度荷载引起的内力计算28第六节 内力组合29第四章 主梁配筋33第一节 预应力钢筋数量的估算33第二节 预应力束筋的布置39第五章 主梁验算42第一节 截面几何特性42第二节 正截面抗弯强度验算44第三节 斜截面抗弯强度验算47第四节 斜截面抗剪强度验算51第五节 正截面抗裂验算54第六节 斜截面抗裂验算59第七节 应力验算76第八节 变形验算79结束语81致谢82参考文献83第一章 设计概况第一节 设计依据新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定 铁建设函2005 258号新建时速200250公里客运专线铁路设计暂行规定 铁建设2005140号铁路桥涵设计基本规范 TB1002.1-2005铁路桥梁施工规范 TB10203-2

2、002铁路防雷、电磁兼容机接地工程技术暂行规定 铁建设200790号客运专线铁路桥涵工程施工技术指南TZ213-2005铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定铁建设(2005) 157号及“局部修订条文” 铁建设 200790号电气化铁路接触网型钢柱图 通化20081301号铁路工程抗震设计规范 GB50111-2006客运专线综合接地技术实施办法铁集成2006220号铁建函2008399号文“关于做好客运专线接触网支柱，桥梁通用参考图实施工作的通知”第二节 设计资料一、设计荷载（一）恒载 1.结构自重：按铁路桥涵设计基本规范（TB1002.1）第4.2.1采用。 2.二期恒载：轨下枕底道砟厚度为350mm，荷载包括钢轨、道砟、轨枕 、防水层、保护层、人行道栏杆、遮板或声屏障，防护墙，接触网支柱、 电缆槽盖板机竖墙等附属设施自重。有声屏障直线梁按190kN/m、曲线梁按205.9kN/m计算，无声屏障直线梁按163.3kN/m、曲线梁按179.2kN/m计算。 3.基础不均匀沉降：相邻两支点不均匀沉降0.01m。（二）活载 1.设计列车竖向荷载采用中-活载；并满足开行双层集装箱的要求。客运专

3、线采用ZK荷载。 2.列车活载的动力系数应按下列公式计算中-活载 1+=1+6/(30+L) =4(1-h) 式中h为填土厚度（从轨底算起）；为桥梁跨度，以米计。ZK荷载 计算剪力 1=0.996/（L-0.2）+0.913计算弯矩 2=1.494/（L-0.2）+0.851式中L加载长度（m），取平均跨度乘以1.3的扩大系数，当L大于最大跨度时，取最大跨度。（三）附加力1.温度影响力：铁路桥涵设计基本规范TB10002.1办理。纵向温度荷载按顶板升温5考虑。运梁阶段时，按竖向温度梯度20考虑。 2.桥上列车制动力或牵引力应按列车竖向静活载的10%计算。但当与离心力或列车竖向动力作用同时计算时，制动力或牵引力应按竖向静活载的7%计算。双线桥采用一线桥的制动力或牵引力。二、主要设计指标（一）梁体变形限制 1.梁体竖向挠度：在中-活载静力作用下，体竖向挠度不大于梁体计算跨度的1/1200。ZK活载静力作用下，体竖向挠度不大于梁体计算跨度的1/1500。 2.在中-活载静力作用下，梁端竖向折角不应大于3，在ZK活载静力作用下，梁端竖向折角不应大于2。（二）设计安全系数按照铁路桥涵钢筋混凝土和

4、预应力混凝土结构设计规范(TB1002.1-2005)1规定具体见表1-1。表1-1 设计安全系数项目检算条件控制条件设计安全系数强度安全系数运营荷载下（主力）K2.2运营荷载下（主+附）K1.98安装荷载下K1.8抗裂安全系数运营荷载下Kf1.2安装荷载下Kf1.1第三节 桥梁选型一、概述桥梁是跨越河流，峡谷或其他交通线路时通济利涉的建筑物。它随着交通功能的需要和经济与科学技术的发展，在力学规律和美学法则支配下，通过精心设计和精心施工而成，是人文科学，工程技术和艺术三位一体的产物。优秀的桥梁建筑不仅体现出人类智慧和伟大的创造力，而且往往成为时代的象征，审美的对象和文化的遗产。18世纪铁的生产和铸造，为桥梁提供了新的建造材料。但铸铁抗冲击性能差,抗拉性能也低,易断裂，并非良好的造桥材料。19世纪50年代以后，随着酸性转炉炼钢和平炉炼钢技术的发展，钢材成为重要的造桥材料。钢的抗拉强度大，抗冲击性能好，尤其是19世纪70年代出现钢板和矩形轧制断面钢材，为桥梁的部件在厂内组装创造了条件，使钢材应用日益广泛。18世纪初，发明了用石灰、粘土、赤铁矿混合煅烧而成的水泥。19世纪50年代，开始采用在

5、混凝土中放置钢筋以弥补水泥抗拉性能差的缺点。此后，于19世纪70年代建成了钢筋混凝土桥。近代桥梁建造，促进了桥梁科学理论的兴起和发展。1857年由圣沃南在前人对拱的理论、静力学和材料力学研究的基础上，提出了较完整的梁理论和扭转理论。这个时期连续梁和悬臂梁的理论也建立起来。桥梁桁架分析(如华伦桁架和豪氏桁架的分析方法)也得到解决。19世纪70年代后经德国人K.库尔曼、英国人W.J.M.兰金和J.C.麦克斯韦等人的努力,结构力学获得很大的发展,能够对桥梁各构件在荷载作用下发生的应力进行分析。这些理论的发展，推动了桁架、连续梁和悬臂梁的发展。19世纪末，弹性拱理论已较完善，促进了拱桥发展。20世纪20年代土力学的兴起，推动了桥梁基础的理论研究。二、方案比选由于拱桥对基础的要求比较高，及使用斜拉桥的跨径比较大，在此可考虑的桥型有预应力混凝土简支梁桥，预应力混凝土连续梁桥， T形刚构 。（1）预应力混凝土简支梁桥，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T形截面梁这种构造简单的截面形式，体系温变，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，设计计算方便

6、，最容易设计成各种标准跨径的装配式结构。常用的经济合理跨径在20m以下，目前我国预应力混凝土简支梁的标准跨径在40m以下。20世纪50年代，我国在修建大量小跨径钢筋混凝土梁桥的同时，开始对预应力混凝土桥梁进行了研究和试验，于1956年在公路上建成了第一座跨径20m的预应力混凝土梁桥。随后，预应力混凝土简支梁在公路上获得广泛采用，并提出了装配式预应力混凝土简支梁桥的系列标准设计，最大跨径达40m。1970年，河南省建成了跨径达52m的鱼腹形预应力混凝土简支梁桥。1976年建成的洛阳黄河公路大桥，跨径为50m，全长达3000m，是我国目前最长的公路桥。1985年在浙江省建成了跨径60m的预应力混凝土简支梁桥。（2）连续梁桥 连续梁桥是一种古老的结构体系、它具有变形小、结构刚度好、抗震能力强等优点。 我国预应力混凝土连续梁桥在上世纪70年代首次应用于城市桥梁工程，几十年来，发展极为迅速，己成为我国预应力混凝土大跨径桥梁的主要桥型之一，并己掌握各种先进的施工方法，如采用悬臂浇筑的兰州黄河大桥，沙阳汉江桥等;采用顶推法施工的包头黄河大桥、柳州柳江大桥:采用大型块件浮吊拼装的容奇大桥、沙口大桥以及

7、采用移动模架法，由我国有关单位承担施工任务的伊拉克摩萨尔四号桥、科威特巴比延河桥。我国预应力混凝土连续梁桥常采用的施工方法主要采用平衡悬臂浇筑(拼装)法;在各主墩上按“T”构用挂篮分段对称悬臂浇筑(装)在落地支架上浇筑边跨现浇段。在吊架上浇筑跨中合拢段。全桥按以下顺序进行施工:“T”构对称悬臂浇筑(拼装)一边跨合拢一中跨合拢，在悬臂浇筑节段前还要将主梁与桥墩临时固结，待跨中合拢施加预应力后，再去掉墩顶临时固结，使主梁支撑于支座之上，此时，结构体系己经发生转变。由此可见，预应力混凝土连续梁桥的施工过程比较复杂，不但要经历“T”型刚构悬臂浇筑阶段形成主梁的过程，还要经历体系转换的过程，即由对称的单“T”静定结构转变为超静定结构，当然，可以通过理论计算得到各施工阶段的理论立模标高值和内力值，但是，由于混凝土桥梁除了本身材料是非均匀质材料和材料特性不稳定外，它还要有温度、湿度、时间的因素的影响，而且，悬臂施工过程中各节段混凝土相互影响，而且这种相互影响又存在差异，由此，这些影响因素必然造成各节段的内力和位移随着混凝土浇筑过程的变化而偏离设计值，从而导致全桥合拢的困难，桥梁线形及内力状态与设计要

8、求不符，给桥梁施工安全、外形、可靠性、行车条件和经济性等方面带来不同程度的影响，因此，施工控制就成了施工过程中不可缺少的组成部分。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。如悬臂梁的悬臂长度恰好与连续梁的弯矩零点位置相对应，弯矩图就完全一样。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，其弯矩分布要比悬臂梁合理。预应力混凝土连续梁的应用十分广泛，尤其悬臂施工法，顶推法，逐跨施工法在连续梁桥中的应用，这种充分应用预应力技术的优点使施工设备机械化，生产工厂化，从而提高了施工质量，降低了施工费用。连续梁的突出优点就是结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。（3）T形刚构 T形刚构是一种墩梁固结，具有悬臂受力特点的梁式桥。悬臂梁桥在力学性能上优于简支梁，可适用于更大跨径的桥型方案，但是悬臂中同时存在正负弯矩区段，通常采用箱型截面梁，起构造复杂，跨径较大时，桥体重力过大，不易装配化施工，而往往要在费用昂贵的支架上浇筑。钢筋混凝土悬臂梁，还因支点负弯矩区段的存在，不可不免的在梁顶产生裂缝，

9、桥面虽有防护措施，但常因雨水侵蚀而降低使用年限。预应力混凝土悬臂梁桥虽无此患，并可采用节段悬臂施工，可它同连续梁一样，支点因是简单支承，施工时必须采用临时固定措施。但与连续梁相比，跨中要增加悬臂与挂梁间的牛腿、伸缩缝构造；在使用时，行车又不及连续梁平顺，除了是静定结构这个特点外，别的优点不多，因而也较少采用。60年代中，我国首次采用了先进的悬臂施工方法，建成了第一座T形刚构桥，围殴我国修建大跨径预应力桥梁提供了成功的经验，开拓了发展前景。迄今已修建了20多座大中跨径的预应力混凝土T形刚构桥，1971年建成的福建省乌龙江公路大桥，主跨径为3144m；1980年建成的重庆长江公路大桥，共8孔，总长1000m，最大跨径达174m。由于悬臂梁承受负弯矩，T形刚构桥几乎都是预应力混凝土结构。带铰的T形刚构桥，它的上部结构全部是悬臂部分，相邻两悬臂通过剪力铰相连接。带铰的T形刚构桥由日照温差，混凝土收缩徐变和基础不均匀沉降等因素的影响，剪力铰两侧悬臂的挠度不会相同，必然产生附加力。这些挠度和附加力事先难以估计，又不易采取适当措施加以清除或调整。其次，中间铰结构复杂，用钢量和费用也将增加。此外，在运营中发现，铰处往往因下挠形成折角，导致车辆跳动，且剪力铰也已损坏。带挂孔的T形刚构是静定结构，其主要缺点是桥面上伸缩缝增多，对于高速行车不利。钢筋混凝土T形刚构常用跨径在4050m左右，预应力混凝土T形刚构常用跨径在60200m左右。在结构刚度，变

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