【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 第 1 章 緒論 概述 鋼構(gòu)式橋是一種具有懸臂受力特點(diǎn)的墩梁固結(jié)梁式橋，因橋墩向兩側(cè)伸出懸臂形同“ T”字，故又稱為 T 型鋼構(gòu)。由于懸臂部分承受負(fù)彎矩，鋼構(gòu)式橋幾乎都是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。預(yù)應(yīng)力混凝土鋼構(gòu)式橋一般可以分為帶剪力鉸鋼構(gòu)、帶掛梁鋼構(gòu)和連續(xù)鋼構(gòu)等三種基本類(lèi)型。 連續(xù)剛構(gòu)橋的特點(diǎn) 連續(xù)剛構(gòu)橋的主要特點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （ 1）構(gòu)造上一般有兩個(gè)以上主墩采用墩梁固結(jié)，要求主墩有一定的柔度形成擺動(dòng)支撐體系。因此，常在大跨徑高墩橋梁結(jié)構(gòu)中采用。 （ 2）墩梁固結(jié)有利于懸臂施工，同時(shí)避免了更換支 座，省去了連續(xù)梁施工在體系轉(zhuǎn)換時(shí)采用的臨時(shí)固結(jié)措施。省去了大跨連續(xù)梁的支座，無(wú)需巨型支座的設(shè)計(jì)，節(jié)省制造、養(yǎng)護(hù)和更換支座的費(fèi)用。 （ 3）受力方面，上部結(jié)構(gòu)仍保持了連續(xù)梁的特點(diǎn)，但計(jì)入因橋墩受力及混凝土收縮、徐變及溫度變化引起的彈塑性變形對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響，橋墩需要有一定的柔度，使所受彎矩有所減小，而在墩梁結(jié)合處仍有剛架受力性質(zhì)。 （ 4）抗震性能良好，水平地震力可均攤給各個(gè)墩來(lái)承受，不象連續(xù)梁需設(shè)置制動(dòng)墩，或采用昂貴的專(zhuān)用抗震支座。 （ 5）邊跨橋墩較矮，相對(duì)剛度較大時(shí)，為適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)位移的需要，墩梁可做成鉸接或 在墩頂設(shè)置支座。 （ 6） 伸縮縫位置在連續(xù)梁的兩端，可置于橋臺(tái)處，長(zhǎng)橋也可設(shè)置在鉸接處。為保證結(jié)構(gòu)的橫向穩(wěn)定性，橋臺(tái)處需設(shè)置控制水平位移的擋塊。 連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展趨勢(shì)和存在的問(wèn)題 連續(xù)剛構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)有以下幾點(diǎn)： （ 1） 跨徑可進(jìn)一步增大。我國(guó)正處于修建連續(xù)剛構(gòu)橋的熱潮，跨徑 280 米的奉畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 節(jié)長(zhǎng)江大橋正在建設(shè)；珠?？缌尕暄筇卮髽蛞延?318 米跨橫門(mén)東航道的連續(xù)剛構(gòu)方案，可以預(yù)見(jiàn)跨徑在 300 米以上的連續(xù)剛構(gòu)不久的將來(lái)會(huì)在中國(guó)出現(xiàn)。 （ 2）上部結(jié)構(gòu)不斷輕型化。橋梁上部結(jié)構(gòu)的輕型化可以減輕上部結(jié)構(gòu)的自重，減少材料用量 ，也可以降低掛藍(lán)的要求，從而降低工程造價(jià)。由于采用大噸位錨具、高強(qiáng)混凝土和輕質(zhì)混凝土，上部結(jié)構(gòu)不斷輕型，這也是連續(xù)剛構(gòu)橋的發(fā)展方向。 （ 3）簡(jiǎn)化預(yù)應(yīng)力束類(lèi)型。我國(guó)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)中，已有相當(dāng)多的橋梁取消了彎起束和連續(xù)束，用豎向預(yù)應(yīng)力和縱向預(yù)應(yīng)力承擔(dān)主拉應(yīng)力，極大的方便了施工，不僅簡(jiǎn)化了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系，而且受到施工單位的歡迎。 （ 4）取消邊跨合龍段落地支架。采用合適的邊跨與主跨比，在導(dǎo)梁上直接合龍邊跨，或與引橋的懸臂相連接實(shí)現(xiàn)邊跨合龍段的現(xiàn)澆，在高墩的條件下取消邊跨合龍段的落地支架，除帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì) 效益外還可方便施工。 （ 5）上部結(jié)構(gòu)連續(xù)長(zhǎng)度增長(zhǎng)，以適應(yīng)高速行車(chē)的需要。國(guó)外產(chǎn)生了 “少用和不用伸縮縫是最好的伸縮縫 ”的新觀點(diǎn)，于是國(guó)外橋梁設(shè)計(jì)中最大限度增加上部結(jié)構(gòu)的連續(xù)長(zhǎng)度。我國(guó)在連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)中亦有加大連續(xù)長(zhǎng)度的趨勢(shì)。 （ 6）綜上分析，大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋在今后橋梁建設(shè)的設(shè)計(jì)建造中將會(huì)有更大的發(fā)展！ 2．存在問(wèn)題 連續(xù)剛構(gòu)體系跨徑的增大，結(jié)構(gòu)的輕巧、纖細(xì)，無(wú)疑會(huì)推動(dòng)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)的發(fā)展。但回顧總結(jié)我國(guó)連續(xù)剛構(gòu)橋梁以往的設(shè)計(jì)實(shí)踐，可以看出對(duì)大跨徑PC 連續(xù)剛構(gòu)橋優(yōu)化設(shè)計(jì)方面的研究很少，可供借鑒的資料 不多。 橋梁中最簡(jiǎn)單的形式是簡(jiǎn)支梁，但它的跨越能力不大，隨著跨徑的增大，要不斷地犧牲截面材料來(lái)克服自重引起的彎矩。連續(xù)梁的應(yīng)用可以改善簡(jiǎn)支橋的弊端，而連續(xù)剛構(gòu)橋的墩梁固結(jié)，高墩的柔度適應(yīng)結(jié)構(gòu)由于預(yù)應(yīng)力、混凝土收縮、徐變和溫度變化所引起的位移，能夠更好的滿足特大跨徑橋梁的受力要求，所以在橋型選擇中很有競(jìng)爭(zhēng)力。但在長(zhǎng)期的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，由于結(jié)構(gòu)分析的復(fù)雜冗長(zhǎng)，雖然設(shè)計(jì)者主觀上希望把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得盡可能 “優(yōu) ”，力圖使結(jié)構(gòu)輕巧、纖細(xì)、美觀以達(dá)到經(jīng)濟(jì)適用的要求，但缺乏高速的計(jì)算工具來(lái)進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的分析，也由于缺乏系統(tǒng)的方法指 導(dǎo)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)的優(yōu)化依靠人們積累起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)，以進(jìn)化的方式緩慢進(jìn)行。這種設(shè)計(jì)過(guò)程必然帶有主觀性和盲目性，且工作量大，浪費(fèi)時(shí)間，甚至導(dǎo)致方案的失誤，所以在大跨徑 PC 連續(xù)剛構(gòu)橋設(shè)計(jì)中，對(duì)主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究是必要的。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第 2 章 連續(xù)鋼構(gòu)橋各部分尺寸擬定 設(shè)計(jì)資料 該橋?yàn)槟尺\(yùn)煤專(zhuān)用線與下廣公路的立體交叉構(gòu)造物，橋軸線與下廣公路中線正交，該橋兩端分別與車(chē)站毗鄰，軌底標(biāo)高已經(jīng)確定。公路中間隔離帶寬 米，下廣公路凈寬度遠(yuǎn)期為 9+12+12+9 米。該橋的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是凈高控制，線路為 單線直線且為平坡；橋中心里程 DK1+，橋中心軌底標(biāo)高為 ；公路中心標(biāo)高 ，2%人字橫坡。 上部結(jié)構(gòu)尺寸擬定 建筑高度受限是本橋的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，梁高以 80～ 85cm為宜。 由于梁高較矮，建設(shè)單位要求為非預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，及交通部門(mén)要求雨水不能直接落于橋下路面的要求，該橋橋式定位普通鋼筋混凝土連續(xù)鋼構(gòu)無(wú)梁板橋。見(jiàn)圖 圖 橋面總體布置圖 橋墩與樁基礎(chǔ)尺寸擬定 板式柔性墩屬于柔性墩的一種，其墩身為宜實(shí)體矩形板壁，設(shè)計(jì)計(jì)算和施工都較為簡(jiǎn)單，特別便于滑模施 工。因此，它已被廣泛地采用。 本橋采用板式柔性墩，墩身尺寸擬定見(jiàn)圖 和圖 ，樁基礎(chǔ)采用挖孔灌注樁。灌注樁是采用就地成孔的方法來(lái)完成的一種深基礎(chǔ)。其施工方法是：先用機(jī)械或人工在土中做成樁孔，然后在孔內(nèi)放入鋼筋籠，再灌注樁身混凝土而形成樁身，最后在樁畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 頂澆筑承臺(tái)或系梁。若用鉆機(jī)成孔，稱為鉆孔樁；若用人工開(kāi)挖樁孔，則成為挖孔樁。灌注樁的特點(diǎn)是施工設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，適用于各種沙性土、黏性土，也適用于碎卵石類(lèi)土層和巖層。鉆孔樁的直徑一般為 ～ ，其長(zhǎng)度可由幾米至百米。挖孔樁的直徑不宜小于 ，長(zhǎng) 度不宜大于 20m，以便人工挖土。樁基礎(chǔ)尺寸見(jiàn)圖 圖 墩身正面圖 （單位： cm） 圖 墩身側(cè)面圖 （單位： cm） 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 圖 樁基礎(chǔ)頂面圖 （單位： m） 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 第 3 章 軟件介紹與設(shè)計(jì)方法 軟件介紹 本設(shè)計(jì)采用 midas 軟件， midas 是一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有限元分析軟件 ,分為MIDAS/GTS,MIDAS/CIVIL,MIDAS/GEN,MIDAS/FX+,MIDAS/SDS,MIDAS FEA MIDAS/Civil 是針對(duì)土木結(jié)構(gòu)，特別是分析象預(yù)應(yīng)力箱型橋梁、懸索橋、斜拉橋等特殊的橋梁結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)可以做非線性邊界分析、水化熱分析、材料非線性分析、靜力彈塑性分析、動(dòng)力彈塑性分析。為能夠迅速、準(zhǔn)確地完成類(lèi)似結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計(jì)，以填補(bǔ)目前土木結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計(jì)軟件市場(chǎng)的空白，而開(kāi)發(fā)的 “土木結(jié)構(gòu)專(zhuān)用的結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件 ”。 設(shè)計(jì)方法 運(yùn)用 Midas 建立模型時(shí)，首先建立節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)為鐵路連續(xù)鋼構(gòu)橋，模型共 315個(gè)節(jié)點(diǎn)，其 中控制節(jié)點(diǎn) 21 個(gè)。節(jié)點(diǎn)建立后，將節(jié)點(diǎn)連接為單元，本模型共有單元 305個(gè)，節(jié)點(diǎn)和單元示意圖見(jiàn)圖 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 圖 模型節(jié)點(diǎn)示意圖 接下來(lái)定義材料和截面。上部結(jié)構(gòu)材料為 C40 混凝土，下部結(jié)構(gòu)為 C30 混凝土，截面尺寸已于上章擬定。之后定義邊界條件，邊界條件有一般支承和一般彈性支承，一般支承情況見(jiàn)圖 。為方便模型建立，樁與土的作用用一般彈性支承代替（圖 ）。 圖 一般支承 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 一般彈性支承 模型建立后，即可通過(guò) Midas 進(jìn)行運(yùn)算，得出結(jié)果后，再通過(guò)手算完成全部設(shè)計(jì)。 本模型 的設(shè)計(jì)荷載有：結(jié)構(gòu)自重、制動(dòng)力荷載（圖 ）、風(fēng)荷載（圖 ）、溫度力荷載、混凝土收縮荷載與混凝土徐變荷載。 荷載組合分為主力組合與主力加附加力組合。 主力組合有：結(jié)構(gòu)自重 +混凝土收縮 +中 活載 附加力組合有： 結(jié)構(gòu)自重 +混凝土收縮 +中 活載 +溫升 +制動(dòng)力 +風(fēng)力 結(jié)構(gòu)自重 +混凝土收縮 +中 活載 +溫降 +制動(dòng)力 +風(fēng)力 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 風(fēng)力荷載示意圖 （單位： kN/m） 圖 制動(dòng)力荷載示意圖 （單位： kN） 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 4 章 正截面抗彎設(shè)計(jì) 采用 HRB335 的主筋，主力組合下 [σg]=180MPa，主加附組合下 [σg]=230MPa。且由知條件知 C40 混凝土的允許應(yīng)力主力下 [σw]=,主加附組合下[ σw]=。 主力組合下梁彎矩圖見(jiàn)圖 。主加附 1 組合下梁的彎矩圖見(jiàn)圖 ，主加附 2組合見(jiàn)圖 圖 梁在主力