- 选题背景和意义:
预应力混凝土连续箱梁桥拥有普通钢筋混凝土梁桥无法比拟的优点,例如:从桥梁结构方面来说,其结构受力性能好、刚度大、耐久性高、抗裂抗震性能佳,从桥梁形变特性方面,其跨度大但变形挠曲线平缓,除此以外,还有桥面伸缩缝少、行车舒适、施工方便、外型美观等优点。另外,预应力混凝土连续箱梁桥在设计和施工方面都具有较为成熟的技术,并且建成后的养护工作量也较小。因此最近这些年来,我国公路、城市道路、铁路上桥梁工程常常采用预应力混凝土连续箱梁桥。
通过对预应力混凝土连续箱梁桥上部结构的设计和计算复核,详细了解并掌握预应力混凝土连续箱梁桥的结构建模、桥梁截面尺寸的拟定和截面的装载、预应力钢束的布置和估算、悬臂挂篮施工的方法和步骤、桥梁设计方法和步骤等等,熟悉现行桥梁设计规范,掌握Midas桥梁计算分析软件,并灵活运用。预应力混凝土连续箱梁桥设计,需要运用大学所学的基础课程和专业课程知识,可以巩固、延伸和拓展所学知识,并且使其更加系统。并且通过对预应力混凝土连续箱梁桥上部结构的设计,可以培养学生运用AutoCAD绘图、使用计算机辅助设计软件如迈达斯、桥梁博士等进行建模计算等技能;同时独立的完成设计,可以提高其独立分析和解决问题的能力;培养学生严谨负责、实事求是、刻苦钻研的作风,为桥梁建设事业服务。
- 课题关键问题及难点:
1、桥梁截面尺寸的拟定:虽然进行过一些简单的桥梁设计,有一定的桥梁设计软件使用经验,但是没有进行过截面尺寸的拟定,缺乏对桥梁截面尺寸的正确认知。因此对于桥梁截面的尺寸,在按照给定的条件设计外,需要参照现行桥梁设计规范和国内外的成功桥梁设计案例来进行拟定。
2、预应力钢束的估算和布置:预应力钢束的布置是在计算机辅助设计软件上建模时的关键,它关系到预应力混凝土连续箱梁桥能否承受规定的荷载。预应力钢束的长度应当沿着悬臂施工的方向,即从墩顶向桥梁两端或跨中,不断加长。预应力钢束一般位于腹板附近,且关于箱梁截面中心线对称。预应力钢束的位置、尺寸、批次、束数、张拉类型都需要合适的布置,才能使得桥梁满足设计和通行要求。
3、悬臂挂篮施工的方法和步骤:采用悬臂挂篮施工的预应力混凝土连续箱梁桥的施工是从墩顶开始的,之后向左右对称悬臂浇筑施工。并且要在施工时分段张拉预应力,以保证能够支承梁体自重和施工荷载。
4、设计中可能出现不符合规范的设计:因为对现行桥梁设计规范不够熟悉,在设计过程当中,有可能会出现一些不符合规范的设计。所以在桥梁计算机辅助设计软件上进行设计时,要多查阅现行规范、论文、著名设计案例等,并且要积极向指导老师请教询问。
- 文献综述(或调研报告):
在20世纪50年代前,预应力混凝土连续梁桥已经被应用于桥梁工程当中,但是它的跨径均没有超过一百米。限制其发展的原因是因为当时主要采用满堂支架施工,人力物力财力消耗极大。50年代后,预应力混凝土连续梁桥跨径达到了一百米至两百米,这是因为悬臂施工法开始应用于预应力混凝土连续梁桥的施工当中,这极大地加速了预应力混凝土连续梁桥的发展。60年代后,悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法不断地发展改进,同时预应力技术不断完善,并且在中等跨径的预应力混凝土连续梁桥的施工中开始采用逐跨架设法和顶推法,使得预应力混凝土连续梁桥在跨径40-200米范围的桥梁中拥有了显著的竞争优势,开始逐步占据主要地位。 80年代后,预应力混凝土连续梁桥跨径最长达到了440米,并且在跨径小于400的桥梁中,预应力混凝土连续梁桥已经成为了第一方案。
上世纪50年代我国修建了第一座预应力混凝土连续梁桥。而现如今,预应力混凝土连续梁桥已经成为我国主要桥型之一,并且预应力混凝土连续梁桥在城市桥梁、山间高架、跨河桥梁、公路桥梁等桥梁工程当中,都有其显著优势,成为优胜方案。虽然我国预应力混凝土连续梁桥的发展比欧洲晚,但是近些年来发展极为迅速,在某些方面已经达到国际一流水平,例如结构建模分析、设计技术、施工工艺、预应力材料及工艺设备,并且在公路、城市道路和铁路桥梁工程中得到广泛的应用[1]。
上世纪70年代我国修建了第一座预应力混凝土连续箱梁桥。进入二十一世纪后,我国高速公路和铁路实现了跨越式的发展,桥梁占了较大的比例,其中预应力混凝土连续箱梁得到了大量的应用。因为预应力混凝土连续箱梁桥的箱形截面有显著优势,抗扭刚度大、徐变变形小、应力值低,能够适应多种使用条件,尤其是变截面预应力混凝土连续梁桥和变桥宽预应力混凝土连续梁桥。早期的预应力混凝土连续箱梁桥的箱型截面为矩形,后来箱型截面逐渐发展成斜腰板的梯形,现如今预应力混凝土连续箱梁桥有单箱单室、单箱双室或多室等箱梁截面,预应力混凝土连续箱梁桥一般常用的施工方法有:立支架就地现浇、预制拼装、悬臂浇筑、顶推、用移动模架逐跨现浇施工等,一般来说,选择施工方法会综合考虑经济预算、结构安全、保证质量、缩短工期等因素[2]。
在桥梁工程中,随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展,预应力混凝土连续箱梁桥结构的运用必将越来越广泛。
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