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文檔簡介
1、<p> 蘭州市某黃河大橋設計</p><p><b> 目 錄</b></p><p> 第一章 設計資料1</p><p> 第一節(jié) 設計的基本資料及主要內容4</p><p> 第二節(jié) 設計依據(jù)4</p><p> 一、工程地質條件4</p>
2、<p> 二、主要氣象資料6</p><p> 第三節(jié) 設計標準6</p><p> 一、主要的技術標準6</p><p><b> 二、設計依據(jù)7</b></p><p> 第二章 蘭州市某黃河大橋橋型方案比選9</p><p> 第一節(jié) 工程概況9&
3、lt;/p><p> 第二節(jié) 主橋橋型方案構思9</p><p> 一、方案一:雙塔單索面預應力混凝土矮塔斜拉橋9</p><p> 二、方案二:三跨拱橋10</p><p> 三、方案三:三跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋10</p><p> 四、方案四:四跨預應力混凝土連續(xù)梁橋11</p>
4、<p> 五、主橋方案綜合比較11</p><p> 第三節(jié) 連續(xù)梁橋的優(yōu)越性12</p><p> 第三章 截面的幾何特性計算14</p><p> 第一節(jié) 懸臂截面的確定14</p><p> 第二節(jié) 主梁各截面尺寸擬定15</p><p> 一、主梁高度選取15<
5、/p><p> 二、箱梁底板厚度15</p><p> 三、箱梁頂板厚度15</p><p> 四、箱梁腹板厚度15</p><p> 五、箱梁翼緣厚度15</p><p> 六、各截面尺寸及截面幾何特性15</p><p> 七、墩頂、跨中截面細部尺寸16</p>
6、;<p> 第四章 主梁內力計算18</p><p> 第一節(jié) 有限元模型的建立18</p><p> 一、有限元理論18</p><p><b> 二、結點劃分18</b></p><p> 第二節(jié) 恒載內力的計算19</p><p><b>
7、 一、概述19</b></p><p><b> 二、內力計算24</b></p><p> 第三節(jié) 活載內力計算27</p><p> 第五章 應力條件組合及估束36</p><p> 第一節(jié) 應力條件組合36</p><p> 一、汽車荷載沖擊系數(shù)的計算
8、36</p><p> 二、汽車活載產生的內力計算36</p><p><b> 三、荷載組合38</b></p><p> 第二節(jié) 預應力筋的估算及布置43</p><p><b> 一、鋼束布置43</b></p><p><b> 二、估束
9、43</b></p><p><b> 三、鋼束匯總47</b></p><p> 第六章 主驗算梁48</p><p> 第一節(jié) 承載能力的驗算48</p><p> 一、受彎構件正截面承載力驗算48</p><p> 二、受彎構件斜截面承載力驗算52<
10、;/p><p> 第二節(jié) 抗裂性的驗算53</p><p> 一、正截面的抗裂性驗算53</p><p> 二、斜截面的抗裂性驗算57</p><p> 第三節(jié) 應力驗算60</p><p> 一、正截面混凝土的法向壓應力61</p><p> 二、中支點處鋼束拉應力62
11、</p><p> 三、斜截面的主壓應力63</p><p><b> 總 結66</b></p><p><b> 致 謝67</b></p><p><b> 參考文獻68</b></p><p><b> 第一章
12、設計資料</b></p><p> 第一節(jié) 設計的基本資料及主要內容</p><p> 蘭州市某黃河大橋工程是蘭州市“8”字形環(huán)路的樞紐工程,是109國道和212國道最便捷的過境橋梁,也是蘭州市“十五”期間的重點工程,位于七里河黃河大橋下游3.16 km,城關黃河大橋上游4.03 km,距中山鐵橋2.3 km.橋址處河床寬300m,西側上游500余米處靠南岸有一沙洲,叢生
13、樹木,將主流挑向南岸,受南岸沙咀阻擋,主流拐向北岸,故橋址處,主流從1號墩(北岸)至2號墩通過。而南側河床形成較窄(寬約135m)的淺灘,低水位時露出卵石灘,高水位時被淹沒。</p><p> 主橋全長300m,跨徑組合:60m+90m+90m+60m 。邊跨/主跨=0.67。主梁上部為單箱單室,頂板寬13.2m,頂板寬6.5m,梁高2.25~5m,腹板厚35~70㎝,頂板厚25~40㎝;墩頂H/L=1/18
14、,跨中H/L=1/40;以距墩中心兩邊1.5m處到兩邊跨中位置,底板內膜拋物線方程為:Y=- 0.00001301X-195, 底板外膜拋物線方程為: Y=-0.000015224X -225;腹板厚度按階段變化。</p><p> 并且橋面設置橫坡坡度為2%。該橋是雙幅橋面,采用兩橋分修,然后中間搭接成整體。由于兩橋結構對稱,故設計時可只考慮一幅橋的情況。</p><p><b&
15、gt; 第二節(jié) 設計依據(jù)</b></p><p><b> 一、工程地質條件</b></p><p><b> ?。ㄒ唬┑匦蔚孛?lt;/b></p><p> 橋址處河床寬300m,西側上游500余米處靠南岸有一沙洲,叢生樹木,將主流挑向南岸,受南岸沙咀阻擋,主流拐向北岸,故橋址處,主流從1橋墩(北岸)至橋
16、墩通過。而南側河床形成較窄(寬約135m)的淺灘,低水位時露出卵石灘,高水位時被淹沒。</p><p> ?。ǘ┑貙咏Y構及巖、土性質</p><p> 1、橋墩于劉家堡隱伏活動斷裂的北盤,表層堆積5.3~5.6m厚的第四系全新統(tǒng)沖積()卵石、漂石,河岸人工堤壩有3.6m厚的填筑土;其下為上第三系中新統(tǒng)咸水河組中段棕紅色、暗紅色泥巖;其中橋墩在23.75m以下為上第三系中新統(tǒng)咸水河組下段
17、()淡黃色夾姜黃色疏松塊狀砂巖(在該層中鉆深11.75m);橋墩位于劉家堡隱伏活動斷裂南盤,表層有3.5m厚的填筑土;其下為第四系全新統(tǒng)沖積()卵石和中砂;再下為第四系下更新統(tǒng)沖積()卵石。全新統(tǒng)地層與下更新統(tǒng)地層無明顯界限,參考已有資料,臨近黃河,全新統(tǒng)地層一般厚6~9m。其巖、土性質敘述于下:</p><p><b> (1)、填筑土()</b></p><p>
18、; 見于南北兩岸,厚3.5 3.6m。淡黃色或灰黑色,以粉土為主,含煤渣、磚塊及卵礫石,松散。</p><p><b> (2)、中砂()</b></p><p> 僅見于南岸橋墩Q4卵石的底部,厚 1.6 m,中密,飽和。\U+2160級松土。</p><p><b> (3)、卵石()</b></p&g
19、t;<p> 見于、橋墩表層,卵石厚5.3~5.6m。m?;疑嗷疑?,為硬質巖石,潮濕至飽和,中密。卵石顆粒粒徑80~40mm居多,由北向南逐漸變細。Ⅲ級硬土。</p><p><b> (4)、卵石()</b></p><p> 僅見于橋墩的下部(14.9m以下),灰白色、灰色,顆粒粒徑分布不均,成分均為硬質巖石,中密至密實,飽和。Ⅲ級硬土。&
20、lt;/p><p><b> (5)、漂石()</b></p><p> 僅見于北岸1橋墩填筑土下部,厚5.3m,灰白色、灰色,粒徑大于200mm 約65%,余為卵礫石及雜砂等充填,中密,飽和,Ⅳ軟石。</p><p><b> (6)、泥巖()</b></p><p> 據(jù)鉆探揭示,厚度大于2
21、3m,棕紅色、暗紅色為主,泥質膠結,含鈣質,巖芯一般為柱狀,每段長30~50cm,最長1.0m。錘擊成凹痕,不易破裂,浸水易崩解,露于空氣中易產生龜裂縫。上部3m裂隙較發(fā)育,以下裂隙逐漸減少。成巖作用差,強風化層與弱風化層無明顯界線,從節(jié)理發(fā)育程度判斷,風化層厚約3m。風化線下Ⅳ級軟石。</p><p><b> (7)、砂巖()</b></p><p> 僅見于
22、橋墩,埋深23.75m,頂面高程1488.25m。淡黃色夾姜黃色,以中、細砂為主。泥質膠結,膠結性很差,巖芯為10~30cm長的柱狀,手捏成松散砂粒,未見層理,為塊狀疏松砂巖,巖層中含地下水。在側限條件下不擾動其天然狀態(tài),很密實,強度較高。Ⅳ級軟石。</p><p><b> (三)水文地質特征</b></p><p><b> (1)、地表水</
23、b></p><p> 橋址處所在地區(qū)屬黃河水系,黃河由西向東流經(jīng)蘭州市市區(qū)北側。黃河河槽寬300m左右,兩岸為人工漿砌堤岸。其水量、水位受黃河上游劉家峽水庫調洪影響較大,枯水季節(jié),黃河主流位于黃河北岸,水面寬約50~100m,豐水季節(jié)或上游水庫放水時,則河水淹沒整個河床,水流大,流速快。按年內逐月流量分配大致可分為三個時期:6月至10月為豐水期,各月平均流量大于1000 m; 4月至5月及11月為
24、平水期,各月平均流量600 1000 m;12月至翌年3月為枯水期,各月平均流量小于600 m。</p><p><b> (2)、地下水</b></p><p> 橋址范圍內地下水類型為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。第四系孔隙潛水含水層為卵石、漂石層,地下水位埋深5.5~11m,含水層厚度大,水量大。由于受大氣降水、黃河河水的影響,地下水位變化幅度較大?;鶐r裂隙
25、水見于疏松塊狀砂巖中,水量較小。</p><p><b> 二、主要氣象資料</b></p><p><b> (一)溫度</b></p><p> 最熱月平均氣溫22.3℃;最冷月平均氣溫-6.4℃</p><p> 極端最高氣溫39.1℃;極端最低氣溫-23.1℃;最大日較差30.2℃&
26、lt;/p><p><b> ?。ǘ╋L</b></p><p> 基本風壓值=500pa</p><p> 歷年最大風速17.0m/s;歷年極大風速27.6 m/s</p><p><b> ?。ㄈ┙邓?、濕度</b></p><p> 年最大降水量546.77mm;歷
27、年月最大降水量236.2mm;</p><p> 歷年日最大降水量9.8mm;</p><p> 平均相對濕度59.4%;最大凍結深度1.20m</p><p><b> 第三節(jié) 設計標準</b></p><p><b> 一、主要的技術標準</b></p><p>
28、; 技術標準及設計指標的取用主要考慮既滿足遠期交通量的需求和城市路網(wǎng)功能的要求,又盡可能降低工程投資。采用的主要技術標準如下表:</p><p> 表1.1 主要技術標準</p><p><b> 二、設計依據(jù)</b></p><p> 本次方案設計主要依據(jù)建設部的相關規(guī)范,但也參照交通部的有關標準和規(guī)范執(zhí)行,主要有: </p&g
29、t;<p> 《公路工程技術標準》(JTJ001—97)</p><p> 《城市道路設計規(guī)范》(CJJ37—90)</p><p> 《城市橋梁設計準則》(JTJ11-93)</p><p> 《城市橋梁設計荷載標準》(CJJ77-98)</p><p> 《公路橋涵設計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)</
30、p><p> 《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTGD62-2004)</p><p> 《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》(JTJ024-85)</p><p> 《公路磚石及混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTJ022-85)</p><p> 《內河通航標準》(GBJ139—90)</p><p> 《公路
31、工程抗震設計規(guī)范》(JTJ004-89)</p><p> 《公路工程地質勘察規(guī)范》(JTJ064-98)</p><p> 《公路橋涵施工技術規(guī)范》(JTJ041-2000)</p><p> 第二章 蘭州市某黃河大橋橋型方案比選</p><p><b> 第一節(jié) 工程概況</b></p>&
32、lt;p> 蘭州市某黃河大橋工程是蘭州市”8”字形環(huán)路的樞紐工程,是109國道和212國道最便捷的過境橋梁,也是蘭州市“十五”期間的重點工程,位于七里河黃河大橋下游3. 16 km,城關黃河大橋上游4. 03 km,距中山鐵橋2. 3 km.南起鹼溝沿街,高架跨越某東街、濱河中路及黃河后與濱河北路相接.包括西津東路立交、濱河中路立交、黃河大橋、濱河北路立交4部分.橋梁面積約4.72萬,工程總投資約4億元.主要技術標準:道路等級—
33、城市主干道;荷載等級一城—A級;人群荷載—4 kPa;地震基本列度—8°; 黃河通航等級—V級;設計洪水頻率—設計頻率1/ 100,驗算頻率1/ 300.</p><p> 主要技術指標:設計汽車荷載:城市A級,設計橋面寬度: 27.5m,設計行車速度:50km/h,橋面縱坡:主橋1%雙面坡,橋面橫坡:2%人字坡,人行道1%單面坡(向內),地震烈度:8度,設計通航凈空:黃河蘭州段通航等級V級,根據(jù)中華
34、人民共和國國家標準《內河通航標準》(GBJ139-90)規(guī)定,通航孔通航凈寬應不小于46m,上底寬不應小于38m,凈高不小于8m,側高不小于4.0m。最高通航水位同10年一遇洪水位即1518.17m。</p><p> 第二節(jié) 主橋橋型方案構思</p><p> 根據(jù)前面所述,本橋主橋可選擇斜拉橋、拱橋、懸索橋、連續(xù)剛構和連續(xù)梁橋等。本文就這幾種可行橋型方案分別作介紹。</p&
35、gt;<p> 一、方案一:雙塔單索面預應力混凝土矮塔斜拉橋</p><p> 本方案為雙塔單索面預應力混凝土矮塔斜拉橋,跨徑組合為82m+136m+82m,主梁采用變截面單箱三室箱形斷面,梁頂全寬27.5m,主梁根部梁高4.5m,跨中梁高2.5m,可滿足ⅴ級航道的主槽通航要求,南側可跨越劉家堡隱伏活動斷層,考慮斷裂帶對橋梁的影響,為便于調整橋梁墩臺的不均勻沉降,且使結構受力明確,減小橋墩,基礎
36、的水平力,采用塔梁固結,墩與梁體之間設置支座即墩梁分離的結構措施。</p><p> 由于采用了斜拉索,梁高可降為同跨徑連續(xù)剛構的1/2,因而結構輕巧,外形優(yōu)美,造型新穎,與剛構相比,橋面高度降低,引橋有所減短,但該方案兩主墩位于深水區(qū),設計,施工較復雜,造價較高,后期運營養(yǎng)護費用亦高。</p><p> 圖1 主橋方案一橋型布置圖(單位:cm)</p><p>
37、; 二、方案二:三跨拱橋</p><p> 該橋為三跨連拱,中跨140m,鋼管混凝土中承式拱,邊跨為80m的鋼筋混凝土肋拱,上承式拱橋,橋面全寬27.5m。鋼管混凝土拱橋和鋼筋混凝土拱橋是大跨徑橋梁中較經(jīng)濟、合理的橋型。邊跨上由于采用閉合空心截面,抗彎抗扭剛度大,拱圈的整體性好,應力分布較均勻,同時施工技術成熟,施工操作安全,易保證施工質量。該橋結構輕盈,造型美觀,能與周圍環(huán)境很好的協(xié)調。</p>
38、<p> 但是鋼管截面制作要求較高,對起吊設備要求較高,拱橋橋墩承受水平推力和水平位移較大,技術處理復雜,施工難度大,工期不易保證。</p><p> 圖2 主橋方案二橋型布置圖 (單位: cm)</p><p> 三、方案三:三跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋</p><p> 該橋為三跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋,跨徑組合為85m+130m+85m,主
39、梁采用變截面單箱單室箱形梁結構,根部梁高7m,跨中梁高3m,全橋總寬27.5m,橋墩采用雙薄壁墩,增加了墩的柔性,能夠適應橋梁在水平方向上的變形,而且還有消減墩頂負彎矩峰值的作用。此橋整體性好、剛度大、抗風、抗震穩(wěn)定性好,橋型連續(xù),行車舒適,施工方便,無體系轉換工序,使用期間維護工作量小,由于不設大噸位支座,減少了支座的維護和更換費用。</p><p> 由于根部梁的下緣距黃河常水位僅6m左右,景觀效果很差,影
40、響通航,并有壅水現(xiàn)象,上部結構施工工序較連續(xù)梁要多,周期較長,費用較連續(xù)梁要高些。</p><p> 圖3 主橋方案三橋型布置圖(單位: cm)</p><p> 四、方案四:四跨預應力混凝土連續(xù)梁橋</p><p> 該橋為四跨預應力混凝土連續(xù)梁橋,跨徑組合為60m+90m+90m+60m,主梁采用兩幅單箱單室的變截面箱梁,連續(xù)長度為300m,支點處梁高4.
41、6m,跨中梁高2m。橋墩采用了圓端形的截面形式,使結構顯得更加輕盈、美觀。為了疏通地面道路及盡量減少橋墩數(shù)量,以避免橋下墩柱林立,增加交通工程的通透性,將主線橋墩設計為雙柱帶大懸臂的預應力混凝土蓋梁形式,又最大限度的減少了與地下管線的沖突。采用懸臂拼裝施工或懸臂澆注施工,設計、施工技術成熟,工期也較短。</p><p> 預應力混凝土連續(xù)箱梁也是目前公路大跨徑橋梁中較經(jīng)濟合理的橋型之一,此橋型結構受力合理,變形
42、小;橋型連續(xù),行車舒適,上部結構施工較連續(xù)剛構要簡單些,工期也短些,材料用量和費用較連續(xù)剛構要省些。</p><p> 但是該橋的整體性不如連續(xù)剛構;下部構造較連續(xù)剛構要多而龐大,增加了施工的難度和工期;上部構造采用移動支架一次性投入要高,由于增加了大噸位支座,日后維護費用要高些。河中墩較多,跨越能力較差。</p><p> 圖4 主橋方案四橋型布置圖(單位:cm)</p>
43、<p> 五、主橋方案綜合比較</p><p> 主橋方案綜合比較見表2.1</p><p> 由表1可知,從經(jīng)濟、適用角度考慮,方案四是首選方案;從景觀、創(chuàng)新方面考慮,方案一是最佳方案,但造價較高,運營階段養(yǎng)護費用較高;從綜合指標上考慮,方案四是首選方案。</p><p> 第三節(jié) 連續(xù)梁橋的優(yōu)越性</p><p>
44、 一、預應力混凝土連續(xù)梁的應用非常廣泛,尤其是懸臂施工法、頂推法、逐跨施工法在連續(xù)梁橋中的應用,這種充分應用預應力技術的優(yōu)點使施工設備機械化,生產工廠化,從而提高了施工質量,大大降低了施工費用。</p><p> 二、采用變截面箱梁的預應力混凝土連續(xù)梁橋,不僅跨越能力大,而且線條流暢,自然、美觀,適于各種不同的環(huán)境中建造,并且能夠很容易的與各種不同的環(huán)境相融合。</p><p> 三
45、、連續(xù)梁突出的優(yōu)點是結構剛度大,變形小,動力性能好,主梁變形撓曲線平緩,有利于高速行車。</p><p> 表2.1 主橋方案綜合比較</p><p> 第三章 截面的幾何特性計算</p><p> 第一節(jié) 懸臂截面的確定</p><p> 由于懸臂施工法建造預應力混凝土連續(xù)梁橋,是先從墩頂開始立模灌注一段梁體,待混凝土達到要求強
46、度后,再從墩的兩側平衡懸臂灌注,直到邊跨和跨中合龍。合龍段長度為2m 。根據(jù)施工工藝并結合SAP90的編制的情況,將懸臂段分段。支座處設為坐標原點,順橋方向為X軸,建立坐標系。表2.1為懸臂施工各施工塊的坐標情況。</p><p> 表2.1 懸臂段各塊坐標(單位m)</p><p> 圖2.1 懸臂施工分塊編號</p><p> 第二節(jié) 主梁各截面尺寸擬定
47、</p><p> 箱形截面由頂板、底板、腹板等幾部分組成,它的細部尺寸的擬定既要滿足箱梁縱,橫向的受力要求,又要滿足結構構造和施工上的需要,下面為細部尺寸擬定的過程。</p><p><b> 一、主梁高度選取</b></p><p> ?。ㄒ唬┕妨簶蜃兏叨戎c截面?。?/16~1/20)L。</p><p>
48、 (二)公路梁橋變高度跨中截面?。?/30~1/50)L。</p><p><b> 二、箱梁底板厚度</b></p><p><b> 支座處: </b></p><p> 箱梁底板厚度隨箱梁負彎矩的增大而逐漸加厚直至墩頂,以適應受壓要求。底板除需符合使用階段的受壓要求外,在破壞階段還宜使中和軸保持在底板以內,并有
49、適當?shù)母辉#话銥槎枕數(shù)?/10~1/12。</p><p><b> 主跨中:</b></p><p> 大跨度連續(xù)箱梁因正彎矩要底板內需配一定數(shù)量的鋼筋和鋼束,此時跨中底板厚一般在200mm~250mm,跨中設鉸的箱梁懸臂端底板厚度一般為150mm~180mm。</p><p><b> 三、箱梁頂板厚度</b>
50、</p><p> 表2.2 頂板厚度參考尺寸取值 </p><p><b> 四、箱梁腹板厚度</b></p><p> ?。ㄒ唬└拱鍍葻o預應力鋼束管道布置時可采用200 mm 。</p><p> ?。ǘ└拱鍍扔蓄A應力鋼束管道布置時可采用250mm~300mm。</p><p> ?。ㄈ?/p>
51、)腹板內有預應力鋼束錨頭則采用380mm。</p><p> (四)腹板在支點處的最大厚度約為300 mm~600mm。</p><p> 腹板高度大于2.4米時,以上尺寸應予增加,以減少混凝土澆筑的困難。</p><p><b> 五、箱梁翼緣厚度 </b></p><p> 翼緣板厚度根據(jù)規(guī)范取為200mm。
52、</p><p> 六、各截面尺寸及截面幾何特性</p><p> 圖2.2 懸臂截面編號</p><p> 表2.3 各截面尺寸及截面幾何特性</p><p> 七、墩頂、跨中截面細部尺寸</p><p> 圖2.3 墩頂截面細部尺寸(單位cm)</p><p> 圖2.4 跨中
53、截面細部尺寸(單位cm)</p><p> 第四章 主梁內力計算</p><p> 第一節(jié) 有限元模型的建立</p><p><b> 一、有限元理論</b></p><p> 桿系結構有限元分析方法(通常又稱為矩陣分析方法),其求解過程包含三個基本方面。結構離散化、單元分析、系統(tǒng)分析。</p>
54、<p><b> 二、結點劃分</b></p><p> 主梁單元的劃分是以第二章中按懸臂施工以及SAP90程序為基礎,對全橋進行合理的分段。在SAP90編寫的數(shù)據(jù)文件中,一共分了94個單元。</p><p> 坐標系采用三維直角坐標系,以邊支點作為坐標原點、順橋向作為X軸正方向、沿梁高向上作為正方向、垂直于紙面向外作為Z軸正方向。</p>
55、;<p> 圖3.1所示為全橋單元編號圖。</p><p> 圖3.1 全橋單元編號</p><p> 第二節(jié) 恒載內力的計算</p><p><b> 一、概述</b></p><p> 恒載內力計算與采用的施工方案有直接的關系,本橋采用“懸臂澆筑”的施工方法,在合攏體系轉換前,結構一直處于T
56、構的受力狀態(tài)。對于成橋的每一階段都有不同的施工荷載,存在著施工荷載的拆除和安裝,恒載內力計算要對于每個施工階段進行受力分析,保證各階段的結構體系滿足受力要求。</p><p><b> ?。ㄒ唬冶凼┕るA段</b></p><p> 因為連續(xù)梁墩上為一單支座,為了保證平衡懸臂施工的安全,在墩上設臨時錨固。錨固間距為1.8m,此階段的主梁自重內力如圖3.2</p
57、><p> 表3.1懸臂施工階段恒載內力</p><p> 圖3.2 懸臂現(xiàn)澆筑階段主梁自重內力</p><p><b> ?。ǘ┻吙绾淆堧A段</b></p><p> 計算時不考慮主梁自重,邊跨合龍段的自重按均布荷載加載。其內力圖如圖3.3</p><p> 表3.2 邊跨合龍階段恒載內力
58、</p><p> 圖3.3 邊跨合龍階段主梁自重內力</p><p><b> ?。ㄈ┎鸪^固階段</b></p><p> 當雙懸臂與邊孔合龍梁段合成整體后,即可拆除邊支點處的的臨時錨固,但由于本橋是四跨,中支點處的錨固還不能拆除。因前面兩個階段在臨時錨固時錨固中的力被“釋放”,相當于對主梁施加了一對方向相反的力,此力將在單懸臂結構體
59、系上引起的內力。內力如圖3.4</p><p> 表3.3 拆除錨固階段恒載內力</p><p> 圖3.4 拆除錨固階段主梁自重內力</p><p> ?。ㄋ模┲锌绾淆堧A段(混凝土未凝固)</p><p> 當跨中孔梁段和龍時,現(xiàn)澆結合段的自重有桿傳至單懸臂梁的懸臂端,將中跨合龍段的自重按兩個集中力的形式加載到主梁上。其內力圖如圖3.
60、5</p><p> 表3.4中跨合龍階段(混凝土未凝固)恒載內力</p><p> 圖3.5 中跨合龍階段(混凝土未凝固)主梁自重內力</p><p> (五)中跨合龍階段(混凝土凝固)</p><p> 當結合段混凝土凝固并與兩邊單懸臂梁相連形成連續(xù)梁后,吊桿拆除,就相當于對主梁(連續(xù)梁)施加一對方向相反的力。此階段去掉中支點的錨
61、固,臨時錨固中的錨固力被“釋放”,相當于對主梁施加了一對方向相反的力。此時的內力如圖3.6</p><p> 表3.5 中跨合龍階段(混凝土未凝固)恒載內力</p><p> 圖3.6 中跨合龍階段(混凝土凝固)主梁自重內力</p><p> 施工恒載內力,主梁自重內力圖應由這五個階段的內力圖疊加而成。</p><p> 表3.6 中
62、跨合龍階段(混凝土未凝固)恒載內力</p><p> 圖3.7 施工一期恒載彎矩圖</p><p> 圖3.8 施工一期恒載剪力</p><p><b> 二、內力計算</b></p><p> 作用在懸臂梁上的恒載包括箱梁自重、箱梁以上部分的二期恒載(瀝青混凝土橋面鋪裝、護欄等)。以下按施工過程分別計算由這幾部
63、分恒載引起的箱梁各個分段點截面上的內力。由于這一幅橋沿全橋中心線對稱,故先只計算半橋控制截面內力,即0號臺頂(1號)截面、邊跨1/4處(200號)截面、邊跨1/2處(13號)截面、1號墩頂(22號)截面、主跨1/4處(300號)截面、主跨1/2處(35號)截面及2號墩頂(48號)截面等。</p><p> (一)、成橋結構一期恒載</p><p> 成橋后由連續(xù)梁橋的混凝土自重產生的內
64、力。</p><p> 表3.7成橋結構一期恒載內力</p><p> 圖3.9成橋結構一期恒載彎矩圖</p><p> 圖3.10 成橋結構一期恒載剪力圖</p><p> 考慮混凝土的收縮與徐變,取基本結構與成橋結構的中間值為一期恒載的值。</p><p> 表3.8 一期恒載最終值</p>
65、<p><b> (二)二期恒載</b></p><p> 表3.9二期恒載內力</p><p> 圖3.11 二期恒載剪力</p><p> 圖3.12 二期恒載彎矩</p><p><b> ?。ㄈ┖爿d內力匯總</b></p><p> 將一期恒載
66、和二期恒載在各截面產生的內力總匯,其結果列于表</p><p> 表3.9恒載內力匯總</p><p> 圖3.13 剪力 單位(KN)</p><p> 圖3.14 彎矩 單位(KN/m)</p><p> 第三節(jié) 活載內力計算</p><p> 先繪出結構的計算截面的影響線,確定加載位置后,算出此計算截
67、面的最大最小內力。加載方法如下:一般將集中荷載標準值只作用相應影響線中一個最大影響線峰值處,均布荷載標準值應布滿于使結構產生最不利效應的同號影響線上。結合結構力學機動法繪制影響線的原理,運用SAP90程序編寫數(shù)據(jù)文件(附錄)。得出1號墩頂剪力影響線,邊跨1/4處剪力、彎矩影響線,邊跨1/2處剪力、彎矩影響線,2號墩頂剪力、彎矩影響線,主跨1/4處剪力、彎矩影響線、中跨1/2處剪力、彎矩影響線,3號墩頂剪力、彎矩影響線。以及根據(jù)規(guī)范,本橋
68、跨度在20m~150m之間,當計算彎矩時,車道荷載的均布荷載標準值qM采用10.0KN/m;計算剪力時,均布荷載標準值qQ采用15.0 KN/m,所加集中荷載P采用300 KN;由于車道為三車道,所以荷載要乘以橫向折減系數(shù)0.78,故分別在影響線的同號區(qū)域加均布的車道荷載:計算剪力影響線時為11.7kN·m,計算彎矩影響線時為7.8 kN·m;在同號區(qū)域的峰值處加集中力234kN。各控制截面的影響線及布載圖式分別如圖
69、所示。</p><p><b> 計算公式如下:</b></p><p><b> (3-1)</b></p><p> 控制截面內力影響線及荷載布置圖3.15</p><p> 控制截面內力影響線及荷載布置圖3.15</p><p> 第五章 應力條件組合及估束
70、</p><p> 第一節(jié) 應力條件組合</p><p> 一、汽車荷載沖擊系數(shù)的計算</p><p> ?。ㄒ唬┯嬎銢_擊力引起的正彎矩和剪力效應時</p><p> f===0.83<1.5Hz</p><p><b> 取=0.05</b></p><p&g
71、t; ?。ǘ┯嬎銢_擊力引起的負彎矩時</p><p> f===1.44<1.5Hz</p><p><b> 取=0.05</b></p><p> 式中 ——結構的計算跨徑();</p><p> ——結構材料的彈性模量();</p><p> ——結構跨中截面的截面慣矩(
72、);</p><p> ——結構跨中處的單位長度質量();</p><p> ——結構跨中處延米結構重力();</p><p> ——重力加速度,g=9.81(m/s2)。</p><p> 二、汽車活載產生的內力計算</p><p> ?。ㄒ唬┕窐蚝Y構按承載能力極限狀態(tài)設計時,應采用以下的作用效應組合:基
73、本組合。永久作用的設計值效應與可變作用設計值效應相組合,其效應組合表達式為:</p><p><b> (4—1)</b></p><p> 或 (4—2)</p><p> 式中 —承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應組合設計值;</p><p><b
74、> —結構重要性系數(shù);</b></p><p> —第個永久作用效應的分項系數(shù);</p><p> 、—第個永久作用效應的標準值和設計值;</p><p> —汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)的分項系數(shù),取=1.4。當某個可變作用在效應組合中其值超過汽車荷載效應時,則該作用取代汽車荷載,其分項系數(shù)采用汽車荷載的分項系數(shù);對專為承受某作用
75、而設置的結構或裝置,設計時該作用的分項系數(shù)取與汽車荷載同值;計算人行道板和人行道欄桿的局部荷載,其分項系數(shù)也與汽車荷載取同值;</p><p> 、—汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)的標準值和設計值;</p><p> —在作用效應組合中除汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)、風荷載外的其他第個可變作用效應的分項系數(shù),取=1.4,但風荷載的分項系數(shù)取=1.1;</p>
76、<p> 、—在作用效應組合中除汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)外的其它第個可變作用效應的標準值和設計值;</p><p> —在作用效應組合中除汽車荷載效應(含汽車沖擊力、離心力)外的其他可變作用效應的組合系數(shù);</p><p> 公路橋涵結構按正常使用極限狀態(tài)設計時,應根據(jù)不同設計的要求,采取以下的兩種效應組合:</p><p> 1.作
77、用效應短期效應組合。永久作用標準值效應與可變作用頻遇值效應相組合,其效應組合表達式為:</p><p><b> (4—3)</b></p><p> 式中—作用短期效應組合設計值;</p><p> —第個可變作用效應的頻遇值系數(shù),汽車荷載(不計沖擊力);</p><p> —第個可變作用效應的頻遇值。<
78、/p><p> 2.作用長期效應組合。永久作用標準值與可變作用準永久值效應相組合,其效應組合表達式為:</p><p><b> (4—4)</b></p><p> 式中—作用長期效應組合設計值;</p><p> —第個可變作用效應的準永久值系數(shù),汽車荷載(不計沖擊力);</p><p>
79、 —第個可變作用效應的準永久值。</p><p> 結構內力是荷載效應的必然結果。橋梁結構按極限狀態(tài)法設計時,分為兩種極限狀態(tài),即正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)。對于這兩種極限狀態(tài),應按相應的荷載組合規(guī)律進行內力組合。</p><p> 對于預應力混凝土連續(xù)梁橋,同一截面因不同荷載作用所產生的內力可能同號,也可能異號,因此應考慮不同的荷載安全系數(shù)進行內力組合。</p>
80、<p> (二)由于影響線下的加載是在一車道情況下得出的,故還需乘以車道數(shù),車輛折減系數(shù),沖擊系數(shù);另外為力簡化計算,沒有計算混凝土收縮、徐變、濕度變化、位移等產生的次應力對梁的影響。故求彎矩是要乘以1.15倍,剪力要乘以1.05倍的安全系數(shù)。</p><p><b> 三、荷載組合</b></p><p><b> ?。ㄒ唬┗窘M合<
81、;/b></p><p> 對于結構進行基本組合計算時,相應的荷載組合為:</p><p> 組合Ⅰ (4—5)</p><p> 組合Ⅱ (4—6)</p><p> 組合Ⅲ (4—7)</p>
82、<p><b> 式中: </b></p><p><b> —截面計算內力;</b></p><p> —永久荷載中結構重力產生的效應;</p><p> —永久荷載中支座沉降產生的效應;</p><p> —基本可變荷載中汽車(包括沖擊力)效應;</p>&
83、lt;p> —基本可變荷載中人群產生的效應;</p><p> (二) 正常使用極限狀態(tài)</p><p> 1.作用短期效應組合:</p><p><b> (4—9)</b></p><p> 2.作用短期效應組合:</p><p><b> (4—10)</b
84、></p><p> —第個可變作用效應的準永久值系數(shù),汽車荷載(不計沖擊力);</p><p> —第個可變作用效應的準永久值。</p><p> 結構內力是荷載效應的必然結果。橋梁結構按極限狀態(tài)法設計時,分為兩種極限狀態(tài),即正常使用極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)。對于這兩種極限狀態(tài),應按相應的荷載組合規(guī)律進行內力組合。</p><p&
85、gt; 對于預應力混凝土連續(xù)梁橋,同一截面因不同荷載作用所產生的內力可能同號,也可能異號,因此應考慮不同的荷載安全系數(shù)進行內力組合。</p><p> 3.由于本橋位于高速公路上,根據(jù)規(guī)范,設計安全等級為一級,=1.1。</p><p> 表4.1活載內力總匯</p><p> 表4.2恒載內力總匯</p><p> 表4.3支座位
86、移內力總匯</p><p> 表4.4人群荷載內力總匯</p><p> 表4.5 荷載組合系數(shù)</p><p> 表4.6 彎矩最大組合值</p><p> 表4.7 彎矩最小組合值</p><p> 表4.6 剪力組合值</p><p> 圖4.1 彎矩包絡圖</p>
87、<p> 第二節(jié) 預應力筋的估算及布置</p><p><b> 一、鋼束布置</b></p><p> (一)各斷面的錨固束和通過束確定以后,就應確定各鋼束在箱梁中的空間位置及幾何特性,這是計算預應力效應和施工放樣的依據(jù)。鋼束布置時,應注意以下幾點:</p><p> 1.應滿足構造要求。如孔道中心最小距離,錨孔中心最
88、小距離,小曲線半徑,最小擴孔長度等。</p><p> 2.注意鋼束平、豎彎曲線的配合及鋼束之間的空間位置。鋼束一般應盡量早地平彎在錨固前豎彎。特別應注意豎彎段上下層鋼束不要沖突,還應滿足孔道凈距的要求。</p><p> 3.鋼束應盡量靠近腹板位置。這樣可使預應力以較短的傳力路線分布在全截面上,有利于降低預應力傳遞過程中局部應力的不利影響;能減小鋼束的平彎長度;能減小橫向內力;能充分
89、利用梗腋布束,有利于截面的輕型化。</p><p> 4.盡量以S型曲線錨固于設計位置,以消除錨固點產生的橫向力。</p><p> 5.鋼束的線形種類盡量減少,以便于計算和施工。</p><p> 6.盡量加大曲線半徑,以便于穿束和壓漿。</p><p> 7.分層布束時,應使管道上下對齊,有利于混凝土澆筑與振掏,不可采用梅花形布置
90、。</p><p> 8.頂板束的布置還應遵循以下原則:</p><p> ?。?)鋼束應盡量靠截面上緣布置,以極大發(fā)揮其力學效應;</p><p> ?。?)分層布束時應使長束布置在上層,短束布置在下層。首先錨固短束,后錨固長束,以便布置時才不發(fā)生干擾;其次長束通過的梁段多,放在頂層能充分發(fā)揮其力學效應;再次,較長束在施工中管道出現(xiàn)質量問題的機率較高,放在頂層處
91、理比較容易些。</p><p> ?。ǘ┍驹O計采用的預應力筋的張拉控制應力為:</p><p> =0.75=0.75×1860=1395 MPa</p><p> 預應力損失為:==465MPa</p><p> 有效預應力為:==×1395=930 MPa</p><p> 單根鋼絞線
92、面積為:A=140㎜</p><p><b> 二、估束</b></p><p><b> (一)中跨中支點</b></p><p> e=y-0.13=2.315-0.13=2.185m</p><p> e= y-0.13=2.685-0.13=2.555m</p><
93、;p><b> ===0.856m</b></p><p><b> ===0.993m</b></p><p><b> n</b></p><p><b> =</b></p><p><b> =</b><
94、/p><p><b> =753.80根</b></p><p> 取15根為一束,則n50.25束,取n=52束</p><p><b> n</b></p><p><b> =</b></p><p><b> <0</
95、b></p><p><b> 則下部不用配筋。</b></p><p><b> ?。ǘ┲骺缈缰?lt;/b></p><p> e=y-0.13=0.833-0.13=0.703m</p><p> e= y-0.13=1.417-0.13=1.287m</p><p
96、><b> ===0.515m</b></p><p><b> ===0.876m</b></p><p><b> n</b></p><p><b> =</b></p><p><b> <0</b>&l
97、t;/p><p> 則上部不用配筋,但為滿足施工及構造要求,便仍配15根一束的鋼絞線2束。</p><p><b> n</b></p><p><b> =</b></p><p><b> =</b></p><p><b> =32
98、3.41根</b></p><p> 取15根一束,則n21.56束 取n=22束</p><p><b> (三)主跨處</b></p><p> e=y-0.13=1.227-0.13==1.097m</p><p> e= y-0.13=1.727-0.13=1.597m</p>
99、<p><b> ===0.758m</b></p><p><b> ===1.067m</b></p><p><b> n</b></p><p><b> =</b></p><p><b> =</b>
100、</p><p><b> =248.77根</b></p><p> 取15根為一束,則n=16.58束,取n=18束</p><p><b> n</b></p><p><b> =</b></p><p><b> =<
101、/b></p><p><b> =63.416</b></p><p> 則取15根一束,n4.228束 取n=6束</p><p><b> ?。ㄋ模┻吙缣?lt;/b></p><p> e=y-0.13=0.833-0.13==0.703m</p><p&
102、gt; e= y-0.13=1.417-0.13=1.287m</p><p><b> ===0.515m</b></p><p><b> ===0.876m</b></p><p><b> n</b></p><p><b> =</b>
103、</p><p><b> <0</b></p><p> 則上部不用配筋,但為滿足施工及構造要求,便仍配15根一束的鋼絞線2束。</p><p><b> n</b></p><p><b> =</b></p><p><b>
104、; =</b></p><p><b> =347.644根</b></p><p> 則取15根一束,n23.176束 取n=24束</p><p> 以上配的是縱向預應力鋼筋,由于該單箱單室梁頂寬13.2 m,還需要配橫向預應力筋,橫向預應力束的布束中心間距為200㎝。另外,豎向預應力筋布在腹板處。</p
105、><p><b> 三、鋼束匯總</b></p><p> 根據(jù)上述估計的鋼筋數(shù)量,特將個控制截面的鋼束數(shù)匯總如下,見表4.7。</p><p><b> 表4.7 鋼束匯總</b></p><p><b> 第六章 主驗算梁</b></p><p&g
106、t; 第一節(jié) 承載能力的驗算</p><p> 公路橋涵的持久狀況應按承載力極限狀態(tài)的要求,對結構進行承載力計算。在進行承載能力極限狀態(tài)計時,作用(或荷載)的效應(其中汽車荷載應計入沖擊系數(shù))應用其組合設計值;結構材料性能采用其強度設計值。</p><p> 持久狀況承載力極限狀態(tài),應根據(jù)橋涵破可能產生的后果的嚴重程度,按安全等級進行設計。本橋為高速公路橋,設計安全等級為一級,γ
107、=1.1。</p><p> 一、受彎構件正截面承載力驗算</p><p> ?。ㄒ唬┲锌缰兄c截面驗算</p><p> 圖5.1 中支點頂板鋼束斷面布置 (單位:cm)</p><p> 截面上緣的距離如圖5.1所示為中支點頂板的鋼束斷面布置圖。根據(jù)布筋情況,預應力筋的重心距</p><p> a===19
108、.92cm</p><p> 截面有效高度 h=h-a=500-19.92=480.08㎝</p><p><b> fA=A</b></p><p> A===5.995㎡</p><p> 底板面積 A=6.5×0.7=4.55㎡</p><p> 故腹板受壓區(qū)面積 =
109、5.995-4.55=1.445㎡</p><p> 腹板受壓區(qū)高度 ==1.204m</p><p> 故受壓區(qū)高度為 X=+=1.904m</p><p> =0.4 x=0.4×h=0.4×480.08=192.03cm>x=190.4cm </p><p&g
110、t;<b> 故沒有超筋</b></p><p> M=1.1×(1.2M+1.4M)</p><p> =1.1×[1.2×(-261899.26)+ 1.4×(-10629.48)]</p><p> =-362076.42kN·m</p><p><b
111、> 根據(jù)=0</b></p><p><b> M= A</b></p><p> =50×15×140×10×1260×(4.798-)</p><p> =534269.74 kN·m>=362076.42 kN·m</p>
112、<p><b> 滿足要求。</b></p><p> ?。ǘ┲骺缈缰薪孛骝炈?lt;/p><p> 圖5.2 跨中頂板及底板鋼束斷面布置 (單位:cm)</p><p> 如圖5.2所示為跨中頂板及底板鋼束斷面布置圖。根據(jù)布筋情況,底板預應力筋的重心距截面下緣的距離。</p><p><b>
113、 a==0.13m</b></p><p> 頂板預應力筋的重心距截面上緣的距離</p><p><b> a=0.13m</b></p><p> 頂板預應力筋的重心距截面下緣的距離</p><p> a=2.250-0.13=2.12 m</p><p> A=A-A=7
114、.531-24××(0.1)=7.342㎡</p><p> yA=Ay-A a -A a </p><p> y= (5—1)</p><p><b> =</b></p><p><b> =1.446m</b
115、></p><p> y=2.25-1.446=0.804m</p><p><b> I=I+--=I+</b></p><p> I= I+--- (5—2)</p><p> =5.495+7.531×1.417-22××(0.1)&
116、#215;0.13-2××(0.1)×2.12-7.28×1.446</p><p><b> =5.358m</b></p><p><b> 預應力筋的合力</b></p><p> = (5—3)&l
117、t;/p><p> =×2×15×140×10××1860+×22×15×140×10××1860</p><p><b> =46872 kN</b></p><p><b> 合力偏心距</b>&l
118、t;/p><p> e= (5—4)</p><p><b> =</b></p><p><b> =1.15m</b></p><p> 由預應力產生的受壓區(qū)混凝土法向壓應力</p><p><b> =-( y-)&l
119、t;/b></p><p><b> =</b></p><p> =-0.397MPa</p><p> 受壓區(qū)預應力鋼筋合力點處混凝土法向應力等于零時的預應力鋼筋應力</p><p> =-+ (5—5)</p>
120、<p><b> =-</b></p><p> =927.788 MPa</p><p> 預應力鋼鉸線的抗壓強度設計值=390MPa</p><p> 預應力鋼鉸線的抗拉強度設計值=1260MPa</p><p> C50混凝土抗壓強度設計值f=22.4MPa</p><p&
121、gt; (-)=(390-927.788)×2×15×140×10=-2258.7kN</p><p> =22×15×140×10×1260=58212 kN</p><p><b> 根據(jù), A=+</b></p><p><b> ===2.
122、498㎡</b></p><p> 頂板面積:0.2×13.2=2.64㎡</p><p> 故受壓區(qū)高度為 X==0.189m</p><p> X==0.4×(2.25-0.13)=0.848m(沒有超筋)</p><p> M=1.1×(1.2M+1.4M)</p>&l
123、t;p> =1.1×(1.2×24870.22+1.4×5784.65)</p><p> =41737.05kN·m</p><p><b> 根據(jù)=0</b></p><p><b> M=A</b></p><p> =24×1
124、5×140×10×1260×(2.12-0.13)</p><p> =126372.96kN·m>=41737.05kN·m</p><p> 綜上所述,受彎構件正截面承載力滿足要求。</p><p> 二、受彎構件斜截面承載力驗算</p><p><b>
125、 邊支點處:</b></p><p> V= (5—6)</p><p> ——異號彎矩影響系數(shù),取0.9;</p><p> ——預應力提高系數(shù),取1.25;</p><p> ——受壓翼緣的影響系數(shù),取1.1;</p><p> B——腹板寬度,取1.4m;&l
126、t;/p><p> h——斜截面受壓端正截面的有效高度,為4.798m;</p><p> ——混凝土立方體抗壓強度標準值;</p><p><b> ——箍筋配筋率;</b></p><p> P——斜截面內縱向受拉鋼筋的配筋率;</p><p> ——箍筋抗拉強度設計值;</p&g
127、t;<p> P=100=100×=1.563</p><p><b> ===0.0157</b></p><p><b> s為箍筋間距</b></p><p> V=0.9×1.25×1.1×0.45×10×1.4×4.798
128、××10</p><p> =98390.36 kN</p><p> V= 1.2V+1.4V</p><p> =1.2×21908.53 +1.4×624.71</p><p> =28914.02kN</p><p> V>1.1 V=31805.42kN
129、</p><p> 故受彎構件斜截面承載力滿足要求。</p><p> 第二節(jié) 抗裂性的驗算</p><p> 公路橋涵的持久狀況應按正常使用極限狀態(tài)的要求,對構件進行抗裂性的驗算。在進行抗裂性計算時,采用作用(或荷載)的效應(其中汽車荷載不計沖擊系數(shù))應采用其短效應設計組合值,給構件材料性能采用其強度設計值。</p><p> 一
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