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      預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)分析

      時(shí)間:2024-08-27 02:58:50 工程力學(xué)畢業(yè)論文 我要投稿
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      預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)分析

        摘要:目前的橋梁建設(shè)中,預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。本文介紹了渭河特大橋跨南北大堤連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì),這是一座采用滿堂支架法法施工、三跨變截面設(shè)計(jì)的連續(xù)梁橋,對(duì)設(shè)計(jì)計(jì)算進(jìn)行了比較詳細(xì)的分析,得出了一些設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

      預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)分析

        關(guān)鍵詞:預(yù)應(yīng)力混凝土; 設(shè)計(jì); 連續(xù)梁橋

        預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋是大跨徑橋梁的主要橋型之一,它能充分發(fā)揮高強(qiáng)材料的特性,具有可靠的強(qiáng)度、剛度以及抗裂性能,具有變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、行車(chē)平順舒適,伸縮縫少,養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)易,抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

        韋莊至羅敷高速公路是陜西省“2367”高速公路網(wǎng)規(guī)劃中榆商線的重要組成路段,也是已建成的連霍高速與京昆高速之間的聯(lián)絡(luò)線之一。渭河特大橋?yàn)槿惟一一座特大橋,為陜西省內(nèi)跨渭河最長(zhǎng)的公路橋梁,橋梁全長(zhǎng)4457米,主橋上部結(jié)構(gòu)采用50+75+50m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋。

        一、設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

        公路等級(jí):一級(jí)公路;

        設(shè)計(jì)行車(chē)速度:100公里/小時(shí);

        橋面寬度12.9m:0.5m(防撞護(hù)欄)+11.5m(車(chē)行道)+0.9m(防撞護(hù)欄),橋面設(shè)雙向2%橫坡;

        設(shè)計(jì)荷載:公路―Ⅰ級(jí);汽車(chē)制動(dòng)力等按規(guī)范取值;

        設(shè)計(jì)溫度:系統(tǒng)溫度±20度,溫度梯度采用規(guī)范取值;

        地震:基本烈度為Ⅷ度,地震動(dòng)峰值加速度值: 0.25g;

        設(shè)計(jì)洪水頻率:1/300。

        二、結(jié)構(gòu)形式

        圖2.1 渭河特大橋主橋結(jié)構(gòu)形式圖

        2.1上部結(jié)構(gòu)截面布置

        圖2.2 跨中斷面

        圖2.3 根部斷面

        2.2預(yù)應(yīng)力體系

        腹板、頂板、邊跨頂、底板合攏索及中跨底板合攏索縱向預(yù)應(yīng)力鋼束采用19-φs15.2,頂板橫向預(yù)應(yīng)力鋼束采用3-φs15.2。

        三、設(shè)計(jì)荷載

        ① 一期恒載:預(yù)應(yīng)力混凝土容重取2.6t/m3,主梁按實(shí)際斷面取值,橫隔板、齒板以集中力計(jì)入。

        ② 二期恒載:包括護(hù)欄、橋面鋪裝等。

        ③ 活載: 公路-Ⅰ級(jí)。

        ④ 溫度梯度:主梁頂、底板日照溫差按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.3.10條規(guī)定取值計(jì)算;

        整體升降溫按照±20℃考慮。

        ⑤支座沉降:主墩20mm,邊墩10mm。

        ⑥沖擊系數(shù):按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》4.3.2計(jì)算求得μ=0.06。

        四、計(jì)算分析

        4.1內(nèi)力組合計(jì)算結(jié)果

        圖4.1恒載+附加力+活載彎矩包絡(luò)圖

        圖4.2 恒載+附加力+活載剪力包絡(luò)圖

        4.2持久狀態(tài)極限承載能力驗(yàn)算

        表4.1 持久狀況承載能力極限狀態(tài)正截面抗彎驗(yàn)算(單位:KN.m)

        位置 最大/最小 組合名稱 rMu Mn

        邊跨跨中 最大 組合10 59554.2 72142.8

        最小 組合9 -4432.9 69648.0

        1#主墩墩頂 最大 組合10 -156762.0 425321.5

        最小 組合9 -283868.1 425321.5

        中跨跨中 最大 組合10 109371.6 121044.2

        最小 組合9 40517.3 121044.2

        2#主墩墩頂 最大 組合10 -156889.0 425321.5

        最小 組合9 -284011.1 425321.5

        最大/最小:不同荷載組合產(chǎn)生的截面彎矩的最大、最小值

        rMu:r×Vd(重要性系數(shù)×最大彎矩組合) Mn:結(jié)構(gòu)抗彎承載能力

        可見(jiàn),上部箱梁持久狀態(tài)極限承載能力驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

        4.3持久狀態(tài)正常使用極限狀態(tài)抗裂驗(yàn)算

        預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件為滿足正常使用極限狀態(tài),應(yīng)進(jìn)行正截面和斜截面抗裂驗(yàn)算。

        ①正截面抗裂驗(yàn)算

        表4.2 短期荷載效應(yīng)下主梁正截面抗裂驗(yàn)算 (單位:Mpa)

        位置 荷載組合名稱 截面上端最小應(yīng)力 最小應(yīng)力 容許拉應(yīng)力

        截面下端最小應(yīng)力

        邊跨支點(diǎn) 組合3 0.36 0.36 0

        5.96

        邊跨跨中 組合3 1.94 1.94 0

        7.61

        1#主墩墩頂 組合3 1.92 1.92 0

        9.32

        中跨跨中 組合10 8.56 1.13 0

        1.13

        2#主墩墩頂 組合3 2.07 2.07 0

        9.28

        注:表中正值表示壓應(yīng)力,負(fù)值表示拉應(yīng)力。

        規(guī)范強(qiáng)制性條款6.3.1,對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,在短期效應(yīng)組合下不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力。最不利狀態(tài)下截面最小壓應(yīng)力為0.36 MPa,滿足規(guī)范要求。

        ②斜截面抗裂驗(yàn)算

        表4.3 短期荷載效應(yīng)下主梁斜截面抗裂驗(yàn)算 (單位:Mpa)

        位置 組合名稱 主拉應(yīng)力值最大值 容許主拉應(yīng)力

        邊跨支點(diǎn) 組合10 -0.80 -1.06

        邊跨跨中 組合8 -0.19 -1.06

        1#主墩墩頂 組合10 -0.98 -1.06

        中跨跨中 組合10 -0.06 -1.06

        2#主墩墩頂 組合10 -0.96 -1.06

        注:表中正值表示壓應(yīng)力,負(fù)值表示拉應(yīng)力。

        最不利狀況下,截面主拉應(yīng)力最大值為0.98MPa,出現(xiàn)在主墩墩頂截面。規(guī)范規(guī)定全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件主拉應(yīng)力不允許超過(guò)0.4ftk=1.06MPa,滿足規(guī)范要求。

        4.4持久狀況正截面法向壓應(yīng)力驗(yàn)算

        按持久狀況設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,應(yīng)計(jì)算其使用階段正截面混凝土法向壓應(yīng)力。

        表4.4 主梁正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算 (單位:Mpa)

        位置 組合名稱 截面上端最大應(yīng)力 最大壓應(yīng)力 容許壓應(yīng)力

        截面下端最大應(yīng)力

        邊跨支點(diǎn) 組合8 3.72 7.92 16.20

        7.92

        邊跨跨中 組合10 10.38 10.38 16.20

        2.63

        1#主墩墩頂 組合10 11.54 11.54 16.20

        5.31

        中跨跨中 組合10 10.52 10.52 16.20

        1.69

        2#主墩墩頂 組合10 11.59 11.59 16.20

        5.30

        注:表中正值表示壓應(yīng)力,負(fù)值表示拉應(yīng)力。

        ①截面法向壓應(yīng)力

        規(guī)范條款7.1.5-1,對(duì)于全預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,在作用標(biāo)準(zhǔn)值組合下,σkc+σpt≤0.5fck=16.20MPa,最不利狀態(tài)下截面最大壓應(yīng)力為14.95 MPa,滿足規(guī)范要求。

        4.5持久狀態(tài)斜截面混凝土的主壓應(yīng)力驗(yàn)算。

        ① 按持久狀況設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,應(yīng)計(jì)算其使用階段斜截面混凝土主壓應(yīng)力。

        表4.5 主梁斜截面主壓應(yīng)力驗(yàn)算 (單位:Mpa)

        位置 組合名稱 主壓應(yīng)力值最大值 容許主壓應(yīng)力

        邊跨支點(diǎn) 組合8 7.92 19.44

        邊跨跨中 組合10 10.73 19.44

        1#主墩墩頂 組合10 11.54 19.44

        中跨跨中 組合10 10.52 19.44

        2#主墩墩頂 組合10 11.59 19.44

        注:表中正值表示壓應(yīng)力,負(fù)值表示拉應(yīng)力。

        規(guī)范條款7.1.6-1,對(duì)于預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件,在作用標(biāo)準(zhǔn)值組合下,σcp≤0.6fck =19.44MPa。最不利活載下主壓應(yīng)力為14.95MPa,滿足規(guī)范要求。

        綜上,橋梁的上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

        五、結(jié)語(yǔ)

        預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的設(shè)計(jì)與其施工方法有著緊密的聯(lián)系,不同的施工方法,在施工各階段的內(nèi)力也不同,對(duì)連續(xù)梁橋,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須考慮施工方法、施工內(nèi)力與變形而施工方法的選擇也應(yīng)符合設(shè)計(jì)的要求。

        渭河特大橋于2012年6月動(dòng)工,于2014年10月竣工。建成后,將為沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn),并與周?chē)坝^相協(xié)調(diào),實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性和美觀性的統(tǒng)一。

        參考文獻(xiàn):

        [1] 范立礎(chǔ).預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋[M].人民交通出版社,2001

        [2] 范立礎(chǔ)主編.橋梁工程(上冊(cè))[M],人民交通出版社,2001

        [3] JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范,人民交通出版社,2004

        [4] JTG D60-2004,公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范,人民交通出版社,2004

        [5] 徐岳、王亞君、萬(wàn)振江.預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計(jì)[M].人民交通出版社,2000

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