桥梁工程毕业设计——钢筋砼拱桥

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1、 保靖县魏竹公路酉水二桥施工图设计第 1 页 共 48 页1 方案拟定与比选1.1 工程背景介绍及使用要求1.1.1 工程背景介绍魏家寨至竹子公路工程（以下简称魏竹公路）是提高国道 209 线在保靖县迁陵镇地段通行能力、满足保靖县迁陵镇发展规划、解决保靖县酉水桥危桥问题、实现国家西部大开发战略所需要的重要工程。酉水二桥是魏竹公路的关键工程。1.1.2 工程使用要求保靖县魏竹公路酉水二桥，必须遵照“安全、使用、经济、美观”的基本原则进行设计，同时应充分考虑建造条件的先进性以及环境保护和可持续发展的要求。（1） 公路等级：山岭重丘区二级公路。计算行车速度：40Km/h ；（2） 桥梁全长：305m

2、；（3） 桥面宽的布置：净 9m+2（2.25 人行道+0.25 人性栏杆） ；（4） 桥下通航等级：6 级；（5） 地震：不设防。1.2设计依据及参考书：公路工程技术标准 JTG B01-2003公路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004公路圬工桥涵设计规范 JTG D61-2005桥梁计算示例集 易建国,顾安邦 编著. 人民交通出版社。1.3施工方案的确定。1.3.1方案拟定：设计方案一：钢筋混凝土拱桥设计方案二：单塔斜拉桥 保靖县魏竹公路酉水二桥施工图设计第 2 页 共 48 页设计方案三：连续梁桥1.3.2方案比选表

3、 1-1 方案比选表方案序号 设计方案一 设计方案二 设计方案三桥型 钢筋混凝土拱桥 单塔斜拉桥 连续梁桥适用性1. 空腹式拱桥轻巧，节省材料，外形美观，还有助于泄洪；2. 抛物线拱桥优点是弯矩小，材料省，跨越能力较大；3. 上承式拱桥优点是桥面系构造简单，拱圈与墩台的宽度较小，桥上视野开阔，施工方便。4. 主跨跨越主航道，与航道适应性好，通航净空大，防撞要求低；5. 河床压缩少，有利于汛期泄洪；6. 全桥只在两岸桥台各有一伸缩缝。连续梁桥是超静定结构，相对同跨径简支梁桥而言，具有整体刚度大、变形小、行车舒适等特点。安全性1. 选用作为引桥的桥型，桥跨度合适，采用箱形断面，刚度大，施工安全；2

4、. 桥梁的运营养护成本在后期较低。3. 全桥跨度适中，用技术先进的悬臂浇注法施工能安全的建成，且在施工过程中不需用大吨位悬臂吊机和运输预制节段块件的驳船，但是，工期较长；4. 全桥后期营运养护费用较高；5. 行车较平顺。改变一般简支梁底板受拉、跨中弯矩最大的不利受力状态，而通过应力作用点、和性质的改变，优化受力机理，增加混凝土构件的耐久性 9。通过分析方案，在经济上（工程费用，维修养护，运营费大小）的比较，以及以桥梁结构的经济性、实用性、安全性、美观性和施工的难易程度为考虑因素，综合个设计方案的优缺点，最终选定一个最优方案：钢筋混凝土拱桥。 保靖县魏竹公路酉水二桥施工图设计第 3 页 共 48

5、 页2 毛截面几何特性计算2.1 基本资料2.1.1 主要技术指标桥型布置：37m+2126m+16m 悬链线箱形拱桥桥面净宽：0.25m（人行栏杆）+2.25m(人行道)+24.5m（双车道）+2.25m (人行道)+ 0.25m （人行栏杆）设计荷载：公路级桥面纵坡：双向 2 %图 2.1 拱脚横截面（单位：cm）图 2.2 拱顶截面（单位：cm）2.1.2 材料规格主拱圈、立柱：采用 50 号混凝土，容重为 25kN/m3，弹性模量取 3.0107 kPa； 保靖县魏竹公路酉水二桥施工图设计第 4 页 共 48 页桥面铺装：采用防水混凝土，厚度为 10cm，容重为 25kN/m3；人行道

6、、栏杆：采用 20 号混凝土，容重为 25kN/m3；横隔板：采用 30 号混凝土，容重为 25kN/m3，弹性模量取 3.0107 kPa。2.2 结构计算简图由于对称关系，全桥两跨只计算单个主拱圈共取 14 个单元，15 个结点，各单元分别为（15+129+15） m。桥墩简化为固定支座。结点 x、y 坐标按各结点对应截面的形心点的位置来确定，结构计算简图，如图 2.2 所示。图 2.2 结构计算简图2.3 主拱圈横截面设计2.3.1 主拱圈横截面设计拱圈截面高度按经验计算公式计算： 8m7.10)/18(60/b)K(aH0 l取为 H=1.95 m（包括底梁 0.15m）,拱圈有七个各

7、为 1.95m 宽的拱箱组成，全宽。B.120图 2.3 主拱圈截面图（单位：cm）2.3.2 箱形拱圈截面几何特性由桥博计算有 12.093A2m 保靖县魏竹公路酉水二桥施工图设计第 5 页 共 48 页绕箱底边缘静面矩S=12.726 4m主拱圈截面重心轴 yyAS023.95.1/下上下2.3.3 主拱圈受力荷载2.3.3.1桥面系荷载人行道构件重：q 1 =75.5 kN/m桥面铺装重：q 2 =535.325 kN/m合计：q = q1+q2 =610.825 kN/m将桥面系荷载作为二期恒载以均布荷载的形式加在主梁上。2.3.3.2主梁自重按 =25kN/m3 的容重，以计主梁自重

8、的形式计入恒载中。由于拱桥弯矩分布比较均匀，所以主拱圈从桥台开始每段设立 7 块横隔板，取水平间距为 9.833/2m(方便桥博建模)。一截面有 7 块横隔板，板重力为：m=9.723 kN2.4 主拱圈系数 m计算假设 m=1.756，有 ， （五点重合法） ，20./4fyl 7/10lf2.4.1计算横隔板 jlM，/ 59)124312(3.95273.952.4/ l=860.5 kN/m )1(5.ij=3441.9 kN/m2.4.2 计算主拱圈自重 jlM,4/ 保靖县魏竹公路酉水二桥施工图设计第 6 页 共 48 页因为 )4(2表 值lAMk由拱桥表-19 查得半拱悬臂自重

9、对 l/4 截面和拱脚截面的弯矩为：kN/m529.381257.0)41825093.1(4/ lkN/m.4.6).(2jM2.4.3计算立柱的 ，4/ljM将 m=1.756 导入桥博，输入相关数据，得出拱轴线，得出拱轴线与立柱的角的坐标。表 2-1 立柱长度(单位：m)4 根立柱单位长度重力 kN/m5.78214Q设 i 节点立柱压力为78.59825.610iNiL得：kN/m21845.15.20. 4314/ NNMlkN/m.93175324592 65321 Nj得：.4218.735.860994/ ijM6)2.(1mm 与 m之差小于半级，因此取拱轴系数 m=1.75

10、6将截面信息输入桥博，得出表 2-2节点号 2 3 4 5 6 7 8X（m） 5 14 23 32 41 50 59Y 2.00707 7.00707 10.3433 12.8607 14.6182 15.6565 16=16-yiL13.99293 8.99293 5.6567 3.1393 1.3818 0.3435 0 保靖县魏竹公路酉水二桥施工图设计第 7 页 共 48 页表 2-2 毛截面几何特性表3 内力计算及组合单元号 节点号 节点 X坐标(m) 节点 Y 坐标(m) 截面高度 (m)截面面积( )2m截面抗弯惯距( )4截面中性轴高度(m)单元重(kN) 单元类型1 0 0

11、1.95 12.0932 5.494 1.052312 5 2.84 1.95 12.0932 5.494 1.0523 1.51E+03 钢筋砼2 5 2.84 1.95 12.0932 5.494 1.052323 14 7.11 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼3 14 7.11 1.95 12.0932 5.494 1.052334 23 10.4 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼4 23 10.4 1.95 12.0932 5.494 1.052345 32 12.9 1.95 12.0932 5

12、.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼5 32 12.9 1.95 12.0932 5.494 1.052356 41 14.7 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼6 41 14.7 1.95 12.0932 5.494 1.052367 50 15.7 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼7 50 15.7 1.95 12.0932 5.494 1.052378 59 16 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼8 59 16 1.95 12.0932 5.494

13、 1.052389 68 15.7 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼9 68 15.7 1.95 12.0932 5.494 1.0523910 77 14.7 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼10 77 14.7 1.95 12.0932 5.494 1.05231011 86 12.9 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼11 86 12.9 1.95 12.0932 5.494 1.05231112 95 10.4 1.95 12.0932 5.494 1.05

14、23 2.72E+03 钢筋砼12 95 10.4 1.95 12.0932 5.494 1.05231213 104 7.11 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼13 104 7.11 1.95 12.0932 5.494 1.05231314 113 2.84 1.95 12.0932 5.494 1.0523 2.72E+03 钢筋砼14 113 2.84 1.95 12.0932 5.494 1.05231415 118 0 1.95 12.0932 5.494 1.0523 1.51E+03 钢筋砼 保靖县魏竹公路酉水二桥施工图设计第 8 页

15、 共 48 页3.1 桥博建模及计算1 结构离散，将求解区域变成有限元模型。用所选单元划分有限元网络，给节点，单元编号；选定整体坐标系，测量节点坐标；准备好单元几何尺寸，材料常数。2 单元分析，建立单元平衡方程组。(1) 在典型方程内选定位移函数，并将它表示成节点位移的插值形式；(2) 用虚功原理或变分法推导单元平衡方程；(3) 求每个单元的单元刚度矩阵。3 整体分析，形成和求解整体方程组。(1) 单元组合集成整体刚度矩阵，节点位移列向量和节点荷载列向量形成整体平衡方程组；(2) 引入边界条件，求解节点位移；(3) 进行计算，根据需要计算变形，反力.在桥梁的施工过程中，往往要计算各施工状态的结构变形和内力。由于各施工状态的结构一般都不相同，通常随着施工的进行，结构在不断的变大，如果要将各施工状态逐一进行受力计算，并进行变形和内力的累计，则利用桥梁博士程序很不方便。现采