4×30m预应力混凝土先简支后结构连续箱梁桥部分结构设计毕业论文

2020-03-24 15:52:26

摘要

预应力混凝土连续箱梁桥施工过程中有许多优点，比如构造过程中整体刚度较大，动力性能良好，施工过程中工期较短，同时主梁挠曲变形相对较小，这样对行车速度要求较高，通常适用于高速公路。另外，对于先简支后转连续施工方法，由于其成桥后，在支点会产生负弯矩，对跨中的正弯矩进行了平衡，从而提高了桥梁整体稳定性与耐久性，比普通的简支梁桥受力更均匀更合理。目前，它广泛应用于在大多高速公路桥中应用极其广泛。

新汴河虞姬大桥位于安徽省，首先，根据当地地形、地貌与经济技术条件，选定合适桥型，本设计确定预应力连续梁桥为设计方案，梁截面采用箱型截面，施工时先用后张法预制小箱梁，再吊装成桥转为简支体系，随后现浇合拢并张拉负弯矩预应力钢筋，整个桥成为一个整体，这个过程就叫做先简支后连续。设计桥长为120m，每跨40m,桥宽，本设计过程大致如下：桥型方案选择，结构尺寸拟定，内力计算，预应力筋设置，主要截面验算，行车道板及桥墩、桥台及钻孔灌注桩的计算。其中，建立正确的的Midas Civil模型是关键，因此设置合适的的桥梁的尺寸也是本设计的重点，运行迈达斯模型，利用电算，来然后获得内力结果，得到弯矩剪力图，并验算主梁承载力。同时要了解电算背后的原理，熟悉相关规范。

本设计要求使用AutoCAD绘制本设计相关图纸。同时翻译英文文章“Bridge damage detection using vehicle axle-force information”。

关键词：预应力混凝土连续梁桥先简支后连续箱梁内力验算比拟正交异性板法

Abstract

Prestressed concrete continuous box girder bridge construction process has many advantages, such as the overall stiffness is bigger, in the process of structural dynamic performance is good, short time limit for a project in the construction process, and main girder bending deformation is relatively small, so that higher requirements for driving speed, usually applies to the highway. In addition, continuous construction method for simply supported before they turn, because of its bridge, the protection will produce negative bending moment, on the cross is bending moment of balance, thus improve the whole stability and durability of the bridge, simply supported girder bridge stress more even more reasonable than ordinary. At present, it is widely used in most highway Bridges.

New near the concubine bridge is located in anhui province, first of all, according to the local topography, geomorphology and economic and technological conditions, choose appropriate bridge, prestressed concrete continuous girder bridge for design scheme, the design adopts box cross section beam section, construction with small method of post-tensioned precast box girder, the first to hoisting a bridge to a simply supported system, then folded cast-in-situ negative bending moment and tensioning prestressed reinforcement, the bridge as a whole, this process is called after the simply supported continuous first. Design bridge is 120 m long, across every 40 m, wide bridge, structural design process is as follows: bridge scheme selection, structure size, internal force calculation, prestressed reinforcement setting, main cross section calculation, driving but, pier and abutment and the calculation of the bored piles. Among them, establish the correct Midas Civil model is the key, so setting up the appropriate bridge is also the focus of this design, the size of the operation model of Midas, the use of computer, and then get the internal force as a result, to get bending shear diagram, and calculating the bearing capacity of main girder. At the same time, we should understand the principle behind the electric calculation and be familiar with relevant specifications.

This design requires the use of AutoCAD drawing this design related drawings. Meanwhile, translated the English article "damage detection using vehicle axle bridge-force information".

Keywords：Prestressed concrete continuous beam bridge Simply-supported into continuous continuous box girder Checking the internal forces Orthotropic plate method

第1章绪论 1

1.1先简支后连续预应力混凝土连续梁桥的发展 1

第2章设计资料 1

2.1地质、地形、水文及气象资料 1

2.2设计技术标准 2

2.3 材料选用 2

（1）混凝土：其参数见下表2.1 2

（2）普通钢材 3

（3）普通钢筋 3

（4）预应力钢筋：其参数见表2.2 3

2.4依据的设计规范： 3

第3章桥梁设计方案比选与尺寸拟定 4

3.1构思宗旨 4

3.2基本原则 4

3.3设计方案 4

3.3.1独塔双跨斜拉桥 4

3.3.2预应力混凝土简支T梁桥 5

3.3.3预应力混凝土先简支后结构连续小箱梁 5

3.4桥跨布置 6

3.5上部结构尺寸拟定 6

（a）（b） 7

（c）（d） 7

3.5.1梁高 7

3.5.2顶板厚度 8

3.5.3底板厚度 8

3.5.4腹板厚度 8

3.5.5翼板厚度 8

3.5.6横隔板厚度 9

3.6下部结构尺寸拟定 9

3.6.1桥台尺寸拟定 9

3.6.2墩身尺寸拟定 9

第4章有限元模型的建立 9

4.1模型简化 9

4.1.1中梁、边梁跨中毛截面几何特性 9

4.1.2横向分布系数的计算 10

4.2建立模型 17

4.2.1节点单元 17

4.2.2施工阶段 18

4.3参数说明 18

4.3.1荷载参数 18

4.3.2边界条件 20

第5章桥梁结构内力计算 20

5.1恒载内力 20

5.1.1 一期恒载 20

3.2.2 二期恒载 22

C40防水混凝土现浇层： 22

5.2活载内力 24

5.2.1 冲击系数计算 25

5.2.2人群荷载 25

第6章预应力钢筋设计及预应力损失计算 27

6.1预应力钢筋设计 27

6.1.1纵向预应力筋估算 27

6.1.2预应力筋布置 32

6.2预应力损失 33

第7章次内力计算及内力组合 37

7.1温度次内力 37

7.1.1计算原理 37

7.1.2计算结果 37

7.2基础不均匀沉降次内力 43

7.3预应力次内力 46

7.4内力组合 48

7.4.1基本组合 48

7.4.2正常使用极限状态短期效应组合 50

7.4.3正常使用极限状态长期效应组合 52

第8章主要截面验算 55

8.1承载能力极限状态截面验算 55

8.1.1正截面抗弯验算 55

8.1.2斜截面抗剪验算 59

8.2斜截面抗剪验算 61

8.2正常使用极限状态截面验算 63

8.2.1使用阶段正截面抗裂验算 63

8.2.1使用阶段斜截面抗裂验算 66

8.3持久状况和短暂状况构件的应力验算 68

8.3.1使用阶段正截面压应力验算 68

8.3.2使用阶段斜截面主压应力验算 70

8.3.3施工阶段正截面法向应力验算 72

8.3.4受拉区钢筋的拉应力验算 75

第9章锚下局部承压验算 77

9.1局部受压区尺寸要求 77

9.2局部抗压承载力计算 79

C50混凝土，k=1.95； 79

第10章行车道板的计算 80

10.1中间板的计算 80

10.1.1恒载及其内力 80

C40混凝土垫层： 80

10.1.2活载内力 81

10.1.3内力组合 82

10.2外边梁悬臂板内力计算 82

10.2.1恒载内力 82

C40混凝土垫层： 82

10.2.2活载内力 83

10.2.3内力组合 84

10.3配筋设计 84

10.3.1支点处配筋 85

10.3.2跨中配筋 85

第11章盖梁的计算 86

11.1设计资料 86

11.1.1盖梁设计 86

11.1.2主要材料 87

11.2上部结构内力计算 87

11.2.1盖梁自重计算 87

11.2.2恒载内力计算 88

11.2.3上部结构恒载计算 88

11.2.4截面内力组合 90

11.3盖梁配筋的计算 93

11.3.1弯矩作用下盖梁配筋设计 93

11.3.2力作用下截面验算 96

11.4裂缝宽度的验算 97

第12章墩柱设计 99

12.1荷载计算 99

12.1.1恒载计算 99

12.1.2活载计算 99

12.1.3荷载组合 100

12.3 最大弯矩计算结果表 100

12.4 墩柱底截面内力组合值 101

12.2截面配筋计算及应力验算 102

12.2.1最不利组合值 102

12.2.2墩柱配筋设计 102

12.3墩身抗裂验算 103

第13章钻孔灌注桩的计算 105

13.1荷载的计算 105

13.1.1恒载计算 105

13.1.2内力组合计算 105

13.2桩长的计算 106

13.3桩基强度计算 107

13.3.1顺桥向计算宽度 107

13.3.2桩的变形系数 107

13.3.3计算最大冲刷线处内力 108

13.4桩顶纵向水平位移验算 111

13.5桩身截面配筋计算 112

13.5.1偏心距增大系数 112

13.5.2墩柱截面承载力验算 113

13.6桩基裂缝验算 114

第14章桥台的计算 115

14.1设计资料 116

14.2荷载计算 117

14.2.1垂直荷载的计算 117

14.2.2顺桥向水平荷载计算 118

14.2.3内力汇总组合 119

14.3筋计算配 121

14.3.1参数计算 121

14.3.2判断大小偏心 121

14.3.3强度检算 122

14.4裂缝宽度检算 123

参考文献 124

致谢 125

第1章绪论

近年来，我国高速公路的发展迅速，数目也大幅度加多。行驶速度高的汽车需要在高品质的桥梁上行驶，这就需要桥梁连续性能好、伸缩缝构造少，来创造出舒适、平稳、安全又快速的驾车环境，同时，还要考虑司机的生理需要和心理需要。大多数的公路桥梁是中等跨径的桥梁，因为存在跨径不大，易开裂等缺点，所以与连续梁结构体系相比，稍逊一筹。但是因为现浇连续梁的施工难度大，工期长。因此，如果能把简支梁的批量预制生产特性与连续梁的优点结合起来，可以有连续梁桥美观，抗震性能好，变形小的优点，又有简支梁桥的施工方便，耐久性强的优势。后来，人们用梁或板批量预制的方式生产，达到增加建设速率的目的，把复杂的支模工序简化，由此产生了“先简支后连续”施工法，有了更大的经济和社会的效益，这个体系则被叫为“先简支后连续结构体系”。

简支转连续一般先架设预制主梁，结构成为简支体系，浇筑纵向现浇缝使桥成为整体。先简支后连续有施工方法与其他方法相比简单可行，施工过程更安全，可以用预制装配，减少了工期。同时兼有的结构简单、适应性强、受力方向明确、整体性好、耐久性好、制作方便的优点，又有连续梁桥的，行车平顺舒适，养护工程量小，变形小，伸缩缝少，抗震性能强的优点。这类桥型以其自身的特点得到广泛应用。

第2章设计资料

2.1地质、地形、水文及气象资料

新汴河是人工平地开挖的河道，工程自1966年10月开工兴建，于1970年竣工。工程建设内容包括新汴河干流开挖及团结闸、灵西闸、宿县闸等枢纽建设，工程跨豫、皖、苏三省十一个县区，流域面积6562km2。新汴河干流堤防全长254.2km，其中安徽省境内长216.8km，江苏37.4km。堤防保护面积约6900km2,保护耕地770万亩、人口500万人，区内城市有宿州市区、灵璧县、泗县、固镇县县城。

桥位区位于淮北平原东部新汴河流域，地势平缓，处在河冲积平原，地形较为平坦。桥主墩及引桥段均位于位于新汴河两侧滩地。滩地高程一般在20.3-21.0m，河床高程一般16.0-17.0m左右，河床最深处15.30m。

本桥位于安徽省灵璧县南，跨新汴河，降水集中，易造成洪涝灾害。历年平均气温左右，日极端最高气温，最低极端气温。

本桥所跨河流为新汴河河，属淮河流域。新汴河位于宿县中部，距宿城北5华里，是最大的人工河，全长公里，河底宽米，河深米，堤距，堤高，堤顶宽，河口宽，集水面积为6467平方公里。新汴河使濉河、沱河的排涝能力提高到原标准的3.7倍和5.3倍。5年一遇水位高度为22.80m，10遇水位23.4m，防洪水位（20年一遇）24.02m，百年一遇水位25.16m。