1、Key Words:Continuous rigid frame bridge;Cantilever constiuction method; Internal force calculation;The provement of force analysis.第一章绪论 11.1设计过程 11.2受力和构造特点 2第二章概论 42.1设计依据及设计资料 42. 1. 1主要设计指标 42. 1. 2材料规格 42. 1. 3设计依据 52.2桥梁结构总体布置及截面尺寸 52. 2. 1桥梁基本结构 52.2.2截面尺寸拟定 52.3单元划分及施工方法 62. 3. 1单元划分 62.3. 2
2、施工方法 6第三章主梁内力计算 83.1桥梁电算 83.1. 1单元划分 83. 1. 2施工顺序 83. 2所用材料数据 93. 2. 1材料特性值 93.2. 2二期恒载 93.3恒载内力计算 103.4活载内力 17第四章预应力钢束的估束与布置 224.1预应力的估束 224.1. 1计算原理 224.1.2按承载能力极限状态计算配束 224.1.3按正常使用状态计算 234.1.4预应力筋的估算 254.2预应力钢束的布置 28第五章截面特性计算 305.1毛截面儿何特性 305.2净截面儿何特性计算 315.2. 1净截面面积 315.2. 2净截面形心的确定 315. 2. 3净截
3、面惯性矩计算 315.3换算截面特性计算 315. 3. 1换算截面面积 315. 3. 2换算截面形心的确定 315. 3.3惯性矩计算 315.4计算结果 31第六章预应力损失计算 336.1预应力钢束与管道之间摩擦损失 336.2锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失 336.3混凝土弹性压缩损失 346.4钢束松驰引起的应力损失 346.5混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 356.6有效预应力值 35第七章次内力的计算 397.1预应力钢束引起的次内力 397.2基础不均匀沉降引起的次内力 437.3收缩徐变引起的次内力 477. 4温度次内力计算 557.5内力组合 637. 5.1承载能
4、力极限状态下内力组合 637.5.2正常使用极限状态下内力组合 677. 5.3弹性阶段截面应力计算时的荷载组合 68第八章截面验算 778. 1承载能力极限状态 778.1. 1主梁正截面强度验算 778. 2正截面抗裂验算 818.3预应力混凝土构件应力验算 828. 3.1使用阶段正截面压应力验算 828. 3.2使用阶段斜截面主压应力验算 848. 3. 3施工阶段正截面法向应力验算 858.3.4受拉区钢筋的拉应力验算 888.4刚度验算 908. 4. 1中跨变形验算 908. 4. 2边跨变形验算 90第九章 主要工程数量 919.1混凝土用量 919.2钢束用量 92总 结 错
5、误!未定义书签。致谢 95参考文献 95附录 错误!第一章绪论毕业设计是本科培养的重要环节，是专业基础课和基础相关理论课进行结合应用 的过程。通过该环节可以培养综合运用所学基本理论、基本知识的能力，是对本科阶 段学习成果的一个系统检阅；同时这一环节也是培养独立分析解决问题的能力以及创 新能力的重要手段。在此次设计中，不仅可以掌握应用软件进行建模，而且还对作图、 外文阅读等能力进行了加固。1.1设计过程预应力混凝土连续钢构桥作为中等、大跨度桥梁选择方案之一，III于建设费用低、 技术成熟度高和对周圉交通环境影响小等原因，近年来在我国桥梁建设中得到了大力 发展。连续刚构桥最重要的特点是墩梁固结，这
6、使得它不仅继承了连续梁桥的结构受 力性能好、伸缩缝少、行车平顺舒适、变形和养护工程量小、造型简洁美观等的优点, 还节省了支座，提高了桥梁承受水平荷载和抗震性能的能力，从而成了当前最具竞争 力的主要桥型选择。预应力混凝土连续钢构桥的一般设计步骤：（1） 查阅完工的设计图纸并结合有关公式，拟定结构儿何尺寸，确定材料种类, 釆用相关软件模拟施工步骤，计算结构的恒载内力、活载内力相加并增大15%,按正 常使用极限状态和承载能力极限状态工况组合进行运算，再根据结果和计算公式进行 钢筋估束；（2） 将恒载内力、活载内力相加并增大15%,按正常使用极限状态和承载能力 极限状态工况组合进行运算；（3） 根据两
7、种组合状态，分别按正常使用和承载能力进行钢束总面积的佔算， 再根据单根钢束的面积估算出各截面的钢束总数量，根据规范及相关经验布置钢束位 置，再次模拟施工，此时考虑预应力的作用，计算结构恒载内力；（4） 重新讣算各种荷载作用下的内力包括预应力和温度支座等引起的次内力， 进行正常使用极限状态和承载能力极限状态组合；（5） 根据组合结果，进行截面强度验算、使用阶段的应力验算和变形验算；（6） 各项验算均满足要求，则设计通过。若某项验算通不过，调整钢束数量、 位置或者修改截面尺寸，重复（3）-（5）步骤，直到各项验算均通过为止。预应力混凝土连续刚构桥的设讣过程一般包含两次正常使用和承载能力状态的 组合
8、。第一次组合用于估算钢束总量，使用的截面都是毛截面，且没有考虑次内力和 施工荷载等，所以计算得到的钢筋束数是不准确的，只能作参考。鉴于预加应力对混 凝土的收缩徐变有较大的影响，因此估算钢束总量时，对混凝土的收缩徐变不加于考 虑。第二次状态组合是考虑预加应力和混凝土收缩徐变影响后，结构真实状态下的内 力组合，用于各项验算。预应力混凝土连续钢构桥主要采用悬臂施工和满堂支架施工。在釆用支架浇筑好 墩和零号块之后，对其两侧主梁采用对称悬臂施工；在施工到合龙段时，桥台处的主 梁用满堂支架浇筑，然后进行边跨和中跨的合龙。在整个施工过程中，涉及到了体系 转化问题。合龙前是静定结构，合龙后转化成了超静定结构。
9、在施工阶段，静力体系 也在不断变化，因为其中涉及到挂篮的移动和预应力的张拉等。因此在建立模型时， 应该准确模拟各个施工阶段，这反映在边界条件的定义，单元荷载和湿重的激活与钝 化上。桥梁恒荷载是山各个施工阶段叠加而成的，显然不同的施工方法得到恒载是不 一样的；而活载和支座沉降等是成桥之后才加上去的，和施工方法无关。为了保证桥 梁的施工安全和使用的耐久性，进行设计时，必须计算出每个受力阶段在各种荷载组 合作用下的内力，和其产生的应力和变形。变截面的连续刚构体系使得次内力讣算变 得很复杂，故在计算次内力的时候借助电算进行一些偏于安全的简算是必要的。1.2受力和构造特点刚构桥是桥跨结构和墩台整体相连的
10、结构，山于两者之间是刚性连接，在竖向荷 载作用下，将在主梁端部（墩台处）产生负弯矩，因而可以减少跨中的正弯矩，跨中 截面尺寸也相应的得以减少。刚构桥在竖向荷载的作用下，墩顶处除了承受压力外，还承受弯矩。支柱一般也 用混凝土构件做成，其在竖向荷载作用下，一般都会产生水平推力。刚构桥大多是超 静定结构形式，故混凝土收缩、温度变化、墩台不均匀沉降和预应力等因素都会在结 构中产生附加内力。在施工过程中，当结构体系发生转变时，徐变也会引起附加内力。 有时，这些附加内力有时可占整个内力相当大部分。钢构桥的桥面构造和梁式桥没区别很小。主梁截面形状与梁桥相同。主梁在纵方 向的变化可做成等截面、等高变截面和变高
11、度三种。特定情况下，还可以把主梁做成 儿种不同的截面型式，以适应内力的变化和方便施工。例如，主梁跨中段做成肋式， 支承段做成箱形。对小跨度宜采用等高度主梁，以利施工。变高度主梁的底缘形状可 以是：曲线形、折线形、曲线加直线等，这主要应根据主梁内力的分布情况，按等强 度原则选定。在下缘转折处，为保证底板的刚度，一般均宜设置横隔墙。支柱有薄壁式和立柱式。立柱式中乂可分为多柱和单柱。多柱式的柱顶通常都用 横梁连接，形成横向框架，以承受侧向作用力。当立柱较高时，尚应在其中部用横撑 将各柱连接起来。当桥梁很高时，为了增加其横向刚度，还可以做成斜向立柱。支柱 的横截面可以做成实体矩形、I字形或箱形等。对于
12、单柱式，其截面要与主梁截面相 配合，腹板要尽可能与主梁腹板布置一致，以利传力。第二章概论2. 1设计依据及设计资料2.1.1主要设计指标（1） 公路等级：四车道高速公路（2） 孔跨布置:107.5m+190m+107.5m公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥;（3） 设计荷载：公路一I级（不考虑人群荷载）；（4） 桥面宽度：（半幅）2x0.5m防撞墩+7.5m车行道+3m应急车道，总宽11.5m, 单向2车道；（5） 桥面坡度：纵向坡度0% ,横坡双向2%o（6） 桥轴平面线型：直线。（7） 桥面铺装：8cm的C50杜拉纤维混凝土 +10cm的SMA沥青混凝土（8） 通航要求：无2.1.2材料规
13、格（1） 梁体混凝土： C50级混凝土；（2） 桥面铺装及栏杆混凝土： C50杜拉纤维混凝土，SMA沥青混凝土；（3） 预应力钢筋及锚具：主梁纵向预应力钢筋采用19-315.24级高强度低松弛钢束（1-415.24公称断面 面积为140.00mm2）, R =1860MPa, Rv =1488MPa。预应力锚具参照有关的产品规 格选取YM15-19：对应波纹管直径（内径）为100mm （外径比内径大7mm）。顶板横向预应力钢束均采用3-415.24的钢束，用YJBM15-3扁锚体系锚固，采 用一端张拉方式，预应力张拉端与锚固端沿桥轴线方向交义布置。0号梁段上横隔板 采用JL32精扎螺纹钢筋，其
14、锚具采用YJM32,釆用一端张拉。竖向预应力采用JL32精扎螺纹钢筋精扎螺纹钢筋，采用一端张拉，其锚具采用 YJM32。（4） 普通钢筋：受力主钢筋用 HRB400（ =12-28）, =33OMPa, fad =33OMPa； 非受力钢筋用 HRB335（l=8-20）,佥=280MPa, fad =280MPao2.1.3设计依据（1）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）（3）公路砖石及混凝土桥涵设计规范（JTJ022-85）2. 2桥梁结构总体布置及截面尺寸2.2.1桥梁基本结构本设计为三跨变截面连续刚
15、构桥，结构如图2-1恻山1山山丄ui小|和1 “ 41皿山山 pninn1图2-1三跨连续钢构桥2. 2. 2截面尺寸拟定1.梁高尺寸拟定（1）支座处梁高：根据相关资料查得，中支点梁高H文与中跨跨度L中之比为 H中=（1/15-1/25） L中。中跨跨度为190m,故可取中支点梁高为12m。（2）中跨跨中梁高：根据相关资料查得，中跨跨中梁高H中与中跨跨度L中之 比为H （1/40-1/50） L中；中跨跨度为190m,故取中跨跨中梁高为4.0m。（3）变截面处梁高：从支座处梁高到跨中梁高按二次抛物线变化：其中，桥面 不变，梁底是二次曲线变化。2.横截面尺寸拟定本设计中，只设计半幅桥。其中每幅为
16、单箱单室箱梁截面，梁底宽6.8m,两边 的悬臂部分分别长2.35m。（1） 底板、顶板厚度箱梁根部底板厚度:一般约为墩顶粱高的1/10-1/12,取110cm。箱梁跨中底板厚度：一般为2035cm,取30cmo箱梁顶板厚度:取18cm。（2） 箱梁腹板厚度桥墩处取70cm,跨中处取35cm,从跨中到桥墩处腹板厚度连续变化。3.桥墩尺寸拟定通常情况下，连续刚构桥适用于大跨高墩桥，且桥墩采用柔性薄壁墩，故本设计 选用双薄壁墩。薄壁墩宽度一般为0.20.3H,薄壁墩中心距在812m之间。本设计 釆用2m宽的双薄壁墩，中心距为8mo4.其余细部具体尺寸见图纸2. 3单元划分及施工方法2. 3. 1单元
17、划分整个桥梁划分成128个单元，其中，主梁上部结构有124个单元，双薄壁墩有4 个单元；从双薄壁墩中心线向跨中算起：6+8X3+8X3.5+X4+l=95m,中跨和边跨合 拢段均是是2m,边跨满堂支架现浇段为11.5m,共405m。2. 3. 2施工方法1、 施工方案：本设计上部结构采用悬臂浇注施工和满堂支架就地浇注施工。2、 施工顺序：首先浇筑桥墩，然后再墩上架设支架浇筑0#块；待0#块达到强 度要求后开始组装挂篮，然后进行悬臂施工，逐段浇筑梁块并张拉预应力钢筋；边跨 支座处釆用满堂支架浇筑，最后进行边跨和跨中的合龙。3、 挂篮的形式、自重和承载能力。新浇注的混凝土的自重是通过挂篮作用在已
18、安装梁体上的，挂篮的形式决定了其力学计算图式；挂篮的自重对桥梁受力特别是施 工状态的受力有影响；挂篮的承载能力决定了每一梁段的最大重量。4、 箱梁施工节段的划分，考虑以下因素：1） 挂篮的承载能力和抗倾覆稳定性。可拟取单边挂篮集中荷载800kN1200kN, 节段划分长度不宜超过5m；2） 对大跨径预应力混凝土连续刚构桥，一般顶板钢束釆用大吨位预应力群锚体 系，集中锚固腹板承托上;3） 梁段不宜过短，应满足预应力管道弯曲半径和最小直线段的要求；4） 梁段划分的规格尽量少，以利于施工。边跨11.5米釆用满堂支架就地浇注施工。第三章主梁内力计算3.1桥梁电算主梁内力计算在整个设计过程中至关重要。主
19、梁内力计算结果决定随后设计工作 的展开，计算的正确性直接决定本次设计的成败。然而，主梁内力计算乂是一个非常 复杂的环节。本次设计的变截面连续刚构桥，手算已经已经不可能达到计算要求的精 确度。本次设计釆用是MIDAS CIVIL有限元分析软件，进行结构内力计算。3.1.1单元划分结构的离散化是有限元分析的一个重要环节，通常是将完整的结构模型划分成有 限个单元进行研究。理论上，单元划分得越细汁算结果越精确，但是这样的话，在计 算机中实现就越复杂。所以在保证一定计算精度的前提下，把结构模型划分成尽量少 的单元。为了建模计算的简单，本次设计计算单元即是施工单元，所以单元的划分不 仅要考虑内力的分析需要
20、，而且要考虑具体的施工步骤。本设计采用挂篮悬臂现浇施 工法，单元的划分需要考虑挂篮最大的悬臂长度、挂篮的最大起重能力。为了保证所 釆用挂篮的经济合理性，每个单元的重量尽量保持一致。山于本次设计采用的是自重 loot的挂篮，最大的起重能力是2500RN,最大的悬臂长度是5m,所以划分的单元长 度在支座根部附近釆用3m,在跨中附近釆用本次设计采用划分了 128个单元, 其中124个梁单元和4个桥墩单元。3. 1.2施工顺序本设计将该桥的施工阶段划分为29的阶段。桥墩和0#块直接在单元中加上。臂 施工段，考虑实际的施工情况将一个单元的施工过程分为七个施工步骤，可以简化成 三个施工阶段：第一个阶段包括
21、移动承重架、安装挂篮、绑扎钢筋（用时7天）；第 二阶段是浇注混凝土（用时1天）、混凝土养护（用时4天）；第三个阶段包括张拉预 应力钢筋（用时1天）和波纹管压浆。25个悬臂施工单元共计29个施工阶段，第26阶段采用满堂支架浇注边跨支座 段和边跨合拢，笫27阶段边跨合拢钢束张拉，第28阶段中跨合拢，第29阶段中跨 合拢钢束张拉，第29阶段桥面铺装加载二期恒载。3. 2所用材料数据3. 2. 1材料特性值（1）上部结构C50混凝土：查JTG D62-2004第3.1.3-35条规范，可得表3-1 C50混凝土参数轴心抗压强度/MPa轴心抗拉强度/MPa弹性模量/MPa容重/kN/m5标准值/b设计值/氣标准值/仁设计值/f “Ee26.032.422.42.651.8334500（2）下部结构表3-2C40混凝土参数容重/kN/nf标准值/fck设计值/fed标准值/fik设计值/fid1；26.81&42.401.6532500（3） C50混凝土铺装层：查JTG D60-2004第421条规范，可得,容重
