摘 要

随着交通需求的持续增长，交通运输基础设施不仅作为保证社会经济正常运行的公共服务系统的重要组成部分，也对国民经济的健康疾速持续开展起着十分重要的影响。特别是改革开放以来，斜拉桥作为桥梁最为重要的形式之一，发展势头迅猛。独塔斜拉桥由于其经济、结构以及建筑造型等方面的独特优势，在建造的斜拉桥中占有一定比重，适用于中小跨径的桥梁。

本文主要介绍了使用有限元分析软件MIDAS/Civil对某人行天桥进行计算分析和施工图的设计。先设计某人行天桥是一座独塔混凝土斜拉桥，它主跨有米，桥梁全长共有米，桥宽为米，人行道宽为米，桥面人群荷载为：。结构体系采用塔梁固结体系，墩顶布置支座，主桥采取满堂支架法进行施工。

选取桥梁上部构造的尺寸与材料种类，考虑全桥的施工过程并兼顾计算单元划分节段，模拟实际的满堂支架法施工步骤，建立电算模型。对活载和恒载进行荷载组合，导出全桥梁段内力值，估算各个截面配筋面积，确定钢束根数，布置钢束，调整索力，确定成桥索力。模仿施工过程并考虑了预应力的作用，再次计算各阶段恒载内力、活载内力以及各项次内力，然后在承载能力极限状态和正常使用极限状态下进行相应截面的强度验算、应力验算和变形验算。最后完成主要的施工图绘制。

关键词：独塔斜拉桥；满堂支架法；有限元分析；桥梁电算

Abstract

With the continuous growth of traffic demand, transportation infrastructure is not only an important part of public service system to ensure the normal operation of social economy, but also a vital role for the healthy, rapid and sustainable development of national economy. Especially since the reform and opening up, the cable-stayed bridge as one of the most important forms of the bridge, the momentum of rapid development.Because of its unique advantages in economy, structure and architectural form, the single tower cable stayed bridge occupies a certain proportion in the construction of cable-stayed bridge, and it is suitable for small and medium span bridges.

This paper mainly introduces the use of the finite element analysis software MIDAS/Civil for the calculation and analysis of a pedestrian bridge and the design of the construction drawings. One tower bridge uses a single tower concrete cable-stayed bridge, the main span is 76 meters, the length of the bridge is 98.5 meters, the width of the bridge is 7.2 meters, the width of the pavement is 6 meters, and the load of the bridge deck is 3.5kN/m.The structure system adopts the tower beam consolidation system, the pier top is set up, and the full bridge is constructed with full hall support method.

The geometric size and material type of the superstructure of the bridge are worked out. Considering the whole bridge construction process and taking into account the calculation unit partition section, the actual construction process of the full support method is simulated, and the computer calculation model is established. The load combination of live load and dead load is carried out, the internal force value of the whole bridge section is derived, the reinforcement area of each section is estimated, the number of the steel bundle is determined, the steel bundle is arranged, the cable force is adjusted, and the cable force of the finished bridge is determined. By simulating the construction process and considering the effect of prestress, the constant load internal force, the internal force of the live load and the internal forces of each stage are re calculated. Then the strength checking, stress checking and deformation checking of the corresponding section are carried out under the limit state of bearing capacity and the normal use limit state. Finally, the main construction drawing is completed.

Key Words：Single tower cable-stayed bridge；full framing method；finite element analysis ；bridge computing

目 录

第 1 章 绪论 1

1.1 斜拉桥概述 1

1.1.1 起源及国外发展 1

1.1.2 国内发展 1

1.2 独塔斜拉桥的优点 2

第 2 章 设计概述 3

2.1 设计规范 3

2.2.设计标准 3

2.3结构设计概述 3

2.4 设计要点 4

2.4.1 主梁 4

2.4.2 斜拉索 4

2.4.3 索塔 4

2.4.4 锚固块 4

2.4.5 桥台 4

2.5 地质条件 4

第 3 章 桥梁构造设计及模型建立信息 6

3.1 桥垮总体布置 6

3.1.1 桥孔分跨 6

3.1.2 施工方法的选择 6

3.2 结构尺寸拟定 6

3.2.1 主梁 6

3.2.2 斜拉索 7

3.2.3 索塔 7

3.2.4 桥台 8

3.2.5 锚固块 9

3.3 模型建立信息 9

3.3.1 荷载 9

3.3.2 模型建立 10

3.3.3 模型分块 10

3.3.4 主梁截面特性 11

3.3.5 主桥主要施工阶段划分 12

第 4 章 荷载内力计算 19

4.1 恒载内力计算 19

4.1.1 结构自重作用下的内力 19

4.1.2 二期恒载作用下的内力 23

4.2 活载内力计算 25

4.3 温度变化引起的内力 29

4.3.1整体温差 29

4.3.2索梁温差 33

4.3.3索塔日照温差 36

4.3.4桥面日照温差 39

4.4 施工最后阶段的荷载组合合计的应力图及弯矩图 41

第 5 章 预应力刚束设计 43

5.1 预应力钢束的估算 43

5.1.1 计算原理 43

5.1.2 预应力钢束的估算与选择 45

5.2预应力钢束布置原则 46

5.3 预应力损失计算 46

5.3.1 预应力束与管道之间摩擦引起的预应力损失 47

5.3.2 锚具变形、钢束回缩和接缝压缩引起的应力损失 48

5.3.3 混凝土弹性压缩引起的应力损失 49

5.3.4 钢束松弛引起的应力损失 49

5.3.5 混凝土收缩和徐变引起的应力损失 49

5.3.6 有效预应力计算 50

5.4 预应力钢筋最小配筋率验算 52

5.5 主梁端部锚固区的局部承压验算 53

5.5.1 局部承压区的截面尺寸验算 53

5.5.2局部抗压承载力验算 54

第6章 次内力计算 56

6.1 徐变次内力计算 56

6.1.1 混凝土徐变理论 56

6.1.2 徐变变形对结构内力的影响 56

6.1.3 先期恒载徐变次内力计算结果 56

6.2 收缩次内力计算 58

6.3 温度次内力计算 60

1、温度对结构的影响 60

2、 温度自应力计算 61

3、 等效荷载 62

6.4 支座不均匀沉降次内力计算 62

6.5 预应力次内力计算 63

第7章 内力组合 66

7.1 承载能力极限状态的内力组合 66

7.2 正常使用极限状态的内力组合 66

7.3 内力组合结果 67

第8章 承载力能力验算 74

8.1 正截面抗弯承载能力验算 74

8.2斜截面抗剪承载力验算 76

8.3正截面抗裂性验算 76

8.3斜截面抗裂性验算 79

8.4 持久状况构件应力验算 82

8.4.1 正截面混凝土法向压应力验算 82

8.4.2 斜截面混凝土主压应力验算 83

8.5 正截面受拉区预应力钢束拉应力验算 86

8.6 施工阶段混凝土压应力及拉应力验算 86

8.7 挠度验算 89

参考文献 90

致 谢 91

第 1 章 绪论

1.1 斜拉桥概述

1.1.1 起源及国外发展

世界上建成的著名斜拉桥有：俄罗斯岛大桥，苏通长江大桥，还有世界最大跨度的多多罗大桥等等。桥梁的发展特别是斜拉桥的复兴一直是世界交通发展的重要里程碑式。自从在全世界第一座建成的斜拉桥—瑞典桥（）建成以后，很多国家都开始呈现了多种稀索构造的斜拉桥。1959年，德国建造的主跨为的桥，这座桥第一次采用了形的桥塔，并第一次采纳漂浮体系的主梁，它同时是第一座非对称结构的独塔双跨式的斜拉桥。上世纪60年代后，计算机技术开始普遍运用起来，这时密索体系的斜拉桥就开始呈现开来，避免了以前稀索体系斜拉桥所拥有的缺点，比如主梁过重而且要求配筋很多等。在密索体系逐渐呈现开来以后，主梁之前支承的距离开始缩小，同时主梁的高度也变得减小，斜拉桥的主梁朝着柔薄化产生一种全新的潮流。尤其是混凝土主梁，它的梁高减小就会使得恒载减小，这对斜拉桥来说有着尤其关键的意义。例如：1985年建造的美国桥，它的独塔主跨为，主梁高为，高跨比为；1991年由挪威建造而成的桥，其双塔主跨为，主梁高为，高跨比为。由此能够看出斜拉桥主梁朝着柔薄化发展的影响，推动了整个桥梁界的进步发展。在上世纪末以来，斜拉桥朝向大跨径和特大跨径一直不停地进军并取得节节进步。法国1994年修造的跨径有的诺曼底大桥以及1998年日本著名斜拉桥—多多罗大桥，这表示斜拉桥已经逐渐开始步入了特大跨径范围。

1.1.2 国内发展