宁句线轨道交通黄梅站 预应力混凝土连续U梁桥设计方案一开题报告

 2023-06-06 02:06
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1. 研究目的与意义(文献综述包含参考文献)

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文 献 综 述一、轨道交通预应力混凝土连续梁桥特点目前,我国高速铁路桥梁进入建设的高峰期,预应力混凝土连续梁桥在高速铁路桥梁中应用非常广泛。

大跨径预应力混凝土连续梁具有结构刚度大、变形小、伸缩缝少以及行车平顺的优势、同时,大跨径预应力混凝土连续梁还具有截面尺寸小、重量轻以及节省材料的施工优势。

预应力连续梁桥作为预应力混凝土梁桥中的一类,它具有行车舒适、结构整体性优异、挠度小、主梁变形平缓等优点。

主跨150m混凝土连续梁是目前已通车最大跨度铁路混凝土连续梁,徐变控制难度大,施工质量控制和施工安全风险更大。

预应力连续梁桥在这几十年发展了多种成熟的施工方法,如顶推施工、满堂支架现浇施工、悬臂对称施工等。

这类施工方法的施工工艺较为成熟,工程造价能得到控制成桥后养护工作量小[1][2]。

种种原因,让预应力连续梁桥在各类桥梁工程中得到了广泛运用。

且高速铁路的技术指标严格,区间线路长、桥梁平整度高,要求全封闭行驶,导致桥梁构造物的数量多于普通铁路。

自二十世纪六十年代中期在德国莱茵河上采用悬臂浇筑法建成Bendorf桥以来, 悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法得到不断改进、完善和推广应用, 从而使得预应力混凝土连续梁桥成为许多国家广泛采用的桥型之一[3]。

预应力混凝土连续梁桥配置三向预应力筋,结构的整体性好,较其他桥型刚度大变形小,减震降噪耗能效果好结构造型灵活,可塑性好。

结构的耐久性和耐火性较好后期维护费用较少。

生产过程多样化、流程化、标准化,可采用悬臂施工或预制方式建造。

材料取材方便且造价较低,采用高强度材料可降低自重所占总荷载比重[4][5][6]。

二、截面形式的选取预应力连续梁桥横截面形式主要有板式、肋梁式和箱型截面。

其中,板式、肋梁式截面构造简单、施工方便但只常用于中小跨径的桥梁体系;箱型截面具有良好的抗弯和抗扭性能,是预应力混凝土连续体系梁桥的主要形式,当连续体系梁桥的跨径超过40-60m或更大时,主梁多采用箱型截面[18]。

一般来讲,单箱截面整体性好,施工方便,材料用量经济,抗扭刚度大,当桥面宽度不大时可以采用;当桥面宽度较大时,可以采用双箱或多箱截面。

双箱或多箱由于增加了腹板,刚度和强度都大幅度提高,但是由于腹板重量的增加抵消了这一优点[7][8][9]。

综上所述,对比了各种形式截面的优缺点后,最适合本项目的截面形式应该是箱型截面。

三、预应力混凝土连续梁桥的配筋原则及方法预应力混凝土主要分为全预应力混凝土和部分预应力混凝土,全预应力混凝土的设计原则是截面不出现拉应力,由于预加力过大的问题,已经逐渐被部分预应力混凝土取代。

而部分预应力混凝土允许出现拉应力或允许出现裂缝。

预应力混凝土构件在预加应力阶段及使用荷载阶段,截向上,下缘混凝土应力必须满足应力限值得要求[19]。

一般情况下,由于梁截面较高,受压面积较大,压应力不是控制因素, 因方便计算,可只考虑拉应力这个限制条件。

虽然规范中规定,当预拉区配置受力的非预应力钢筋时,容许截面出现少许拉应力,但在估算预应力钢筋数量时,依然假设混凝土拉应力限值为0。

根据截面受力情况,预应力配筋不外乎有三种形式:截面上,下缘均布置力筋以抵抗正,负弯矩:仅在截面下缘配置力筋以抵抗正弯矩或仅在上缘配置力筋以抵抗负弯矩。

施加预应力的方法主要有先张法和后张法两种。

先张法即先张拉钢筋后浇筑构件混凝土的施工方法,先张法预应力混凝土的关键是保证预应力钢筋与混凝土的可靠黏结。

先张法生产工艺简单,工序少,质量容易得到保证,主要用于中小型构件的生产。

后张法是先浇筑构件混凝土后张拉钢筋的施工方法。

后张法张拉设备简单,便于现场施工,是生产大型预应力混凝土构件的主要方法[9][10][11]。

四、下部结构选型桥梁下部结构由墩台与基础组成。

桥墩的类型主要由墩身的结构形式来划分,一般可分为实体桥墩、空心桥墩、排架桥墩、杆式(板式)结构墩和柱式桥墩。

实体桥墩,又称重力式桥墩,主要特点是依靠自身重力(包括上部结构的重力)来平衡外力保证桥墩的稳定,体积和自重都较大,是一般跨径桥梁较适宜的结构形式。

空心桥墩是墩身为空腔体的桥墩,是实体桥墩向轻型化发展的一种结构形式,可以大量节省墩身体积,广泛应用于较高的桥墩。

排架墩是典型的柔性墩,通过将不同刚度的墩以主梁连为一体,使纵向水平力按各桥墩的剪力刚度进行分配,使那些刚度较小的桥墩在顺桥向的墩身可以做得很薄。

柔性墩在大跨度连续刚构桥中也得到广泛应用。

桩(柱)式桥墩是将钻孔桩基础向上延伸作为桥墩的墩身,在桩顶浇筑盖梁。

还可以在其他各类基础上,设计成柱式墩身而形成柱式桥墩。

可以根据桥宽而修筑为单柱、双柱、多柱式桥墩。

桥梁常用深水基础分类:管柱基础、沉井基础、双臂钢围堰、灌注桩。

管柱基础的施工方法和工艺相对来说较复杂,所需的机械设备也较多,一般的桥梁极少采用管柱基础,只有在水文地质条件十分复杂,通常的基础施工方法很难进行的时候,才考虑使用这种基础形式。

管柱有钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土和钢管三种。

沉井是一种刚性深基础,施工时不需要板柱围护,本身就具有挡土和挡水的围堰功能,施工技术计较稳妥可靠,操作简便,下沉深度可以很大,没有理论上的限制。

通常在深水中有较大卵石不便桩基础施工,以及需要承受巨大的水平力和上拔力时,多采用沉井基础。

双壁钢围堰为圆形围堰,其堰壁钢壳是由有加劲肋的内外壁板和若干层水平桁架所组成。

双壁钢围堰一般用以配合深水中的大直径钻孔群桩基础施工,双壁钢围堰法修筑基础即为浮式(着床型与非着床型)沉井加钻孔基础,钢沉井只起施工围堰的作用,不参与主体结构受力、其基底不采取大面积清理基底淤泥方式,而是钻孔嵌入岩石。

能够承受较大的压力,能够承受洪水冲击。

围堰内无支撑体系,工作面开阔,吸泥下沉、清基钻孔、灌注水下混凝土均很方便。

在现场土中钻(挖)孔达到设计标高后,孔中灌注混凝土或钢筋混凝土而成的桩。

主要有钻孔灌注桩和挖孔灌注桩两种。

钻孔灌注桩适用于各种类型的土层,在我国桥梁基础中应用非常广泛。

挖坑灌注桩不受设备限制,施工简单,质量容易得到保证,但施工过程中必须注意孔内有害气体、坍孔等危及孔内人员安全[12][13][14]。

基础型式的选择应结合具体情况分析选用。

经多方面考虑,本工程采用空心墩身加钻孔灌注桩基础。

五、施工方法随着我国桥梁行业的发展,因具备行车稳定以及较大跨越性能等特点,连续梁桥在大跨径预应力混凝土的选型时常被作为首选对象。

跨度较大的连续梁桥具有较大的施工难度,影响桥梁施工时结构应力及变形的因素也较多,对施工质量进行控制尤其重要。

连续梁桥常用的施工方法有落地支架施工、移动模架施工。

悬臂浇筑施工、悬臂拼装施工和顶推施工[2][15]。

该项目采用悬臂拼装法施工,所以在此只着重介绍悬臂拼装法。

预应力混凝土连续梁结构有着很强的工程实践性,其工艺特点可归纳为:1.节约造价,悬臂施工法采用无支架施工,无需支架以及大型的吊装设备,因此可相对节约很大一部分造价。

2.便于施工:预应力混凝土连续梁桥悬臂施工过程中,其受力状态和成桥后的受力相近便于悬臂施工;3.节约工期:预应力混凝土连续梁施工每墩至少有两个工作面平行作业,并且可以几个墩一起施工,采用分段施工的方式分节段调节梁底高程,各作业面之间互不干扰,进而有效提高施工进度,节约工期;4.对环境影响小悬臂模式施工中不需要中断交通;对周围环境交通影响较小,尤其适用于交通流量大的市中心区域;5.提高工程质量:预应力混凝土连续梁通常采用流水作业工艺,进行重复性的工作,因此便于控制工程质量[16][17]。

参考文献[1]谢宏伟 罗晓光.铁路大跨度预应力混凝土连续梁桥施工过程分析[J].合肥工业大学土木与水利工程学院.2020,34(05)[2]雷文明.大跨径预应力混凝土连续梁施工控制技术探究[J].工程技术研究,2019,4(9):61-62.[3]柳学发,杨海洋.城际铁路无砟轨道大跨度铁路预应力混凝土连续梁设计研究[J].中铁工程设计咨询集团有限公司.2020(11)[4]裴强,郝海峰,苏春华.大跨径预应力混凝土连续梁桥设计研究[J].山东交通科技,2018,168(5);29-31[5]陈兵.悬臂浇筑法在大跨预应力混凝土连续梁桥施工中的应用[J].西部交通科技,2017(8);:62-65[6]张治军.预应力连续梁桥配筋估算与结构验算[J].山西省公路局临汾分局勘察设计院.2019,(06)[7]陈毅品.高速铁路预应力混凝土连续梁桥施工分析[J].重庆交通大学.[8]李坚.我国预应力混凝土连续梁桥的发展与工程实践[J].上海市城市建设设计研究院,2001.[9]阿卜杜拉.预应力混凝土连续梁桥的力学特性与关键技术研究[D].北京交通大学.2014.[10]张树仁,黄侨.结构设计原理[M].人民交通出版社.2010[11]徐岳,邹存俊,张丽芳,郑小燕.连续梁桥[M] 人民交通出版社,2012,5[12]《公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG 3362-2018)[13]秦顺全,高宗余.中国大跨度高速铁路桥梁技术的发展与前景[J].China Railway Major Bridge Reconnaissance and Design Institute Co.,Ltd.2017,3(06)[14]龚维明,王正振,戴国亮,刘晓光,郭辉.长江大桥基础的应用与发展[J].1.东南大学混凝土及预应力混凝土结构教育部重点实验室⒉东南大学土木工程学院3.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所.2019,49(06)[15]康磊.大跨径混凝土连续梁桥施工技术研究[J].石家庄公路桥梁建设集团.2021(03)[16]邵旭东.桥梁工程[M].人民交通出版社,2019.[17]兰传臣.论述大跨径预应力混凝土连续梁的施工技术[J].中铁十九局集团第五工程有限公司.2018,(03)[18]Makoto Yanaka,Andrzej S Nowak,Seyed Hooman Ghasemi. Reliability-Based and Life-Cycle-Cost Oriented Design Recommendations for Prestressed Concrete Bridge Girders [J]. Structural Concrete, 2016, 17(5):836-847[19]Barker R M, Puckett J A. Design of Highway Bridges: An LRFD Approach[C] National Seismic Conference 2015)中4.1.5条文规范进行组合。

然后根据各效应组合值应用EXCEL绘制内力包络图。

7.净截面及换选截面几何特性计算净截面几何性质为毛截面去除预应力孔道后截面的性质,用于施工阶段的内力计算。

换算截面几何性质为孔道压浆后钢束与混凝土梁形成的整体后的截面性质,用于使用阶段。

主要计算截面形心、截面积和截面惯性矩。

手算结合Midas、Excel。

8.预应力计算预应力损失计算参数:①预应力管道采用金属波纹管成形,管道摩擦系数 μ=0.25,管道偏差系数 k=0.0025;②预应力束锚头张拉控制应力 0.67fpk;③锚具变形和钢束回缩量为 6mm(单端)。

手算结合Midas、Excel。

9.上部结构验算:应力验算;变形验算等。

手算结合Midas、Excel。

10.下部结构验算上部结构内力计算完成以后,根据恒载和活载的组合反力,计算支座最大反力。

由反力选定支座类型。

根据支座平面尺寸确定墩帽的尺寸,进而确定桥墩形式、尺寸及桥墩高度。

再根据任务书给定的地质资料,选择桩基础的形式,确定持力层,计算桩长。

手算结合Midas、Excel。

毕 业 设 计 进 程 安 排起讫日期 设计(论文)各阶段工作内容 备 注春节前 资料翻译及开题报告 2周第1-4周 毕业实习、结构方案与选型比较、拟定桥梁尺寸 4周第5周 桥梁结构内力分析 1周第6-7周 内力分析与组合 2周第8周 桥梁结构次内力分析计算 1周第9-10周(期中检查) 桥梁上部结构配筋布置与计算 2周第11周 桥梁上部结构验算 1周第12周 桥梁下部结构配筋布置与计算、绘施工图 1周第13周 施工方案、预算、绘施工图 1周第14周 绘施工图、整理前述工作的计算书 1周第15周 评阅、答辩,评定成绩 1周

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