摘 要

本毕业设计是针对连续刚构桥的上部结构的设计。本设计为五跨连续刚构桥，主桥跨径为40m 85m 90m 85m 40m。主梁采用单箱单室截面，桥面宽11.5m，单向两车道，主梁采用悬臂浇筑法施工。在时间和个人能力有限的条件下，本次毕业设计不考虑下部结构、桥面铺装、横向预应力以及普通钢筋的设计计算。仅对主梁结构纵向详细设计分析，具体设计步骤如下：

第一步，依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了连续刚构、上承式拱桥、斜拉桥三个比选桥型。从多方面进行对比，最终选择连续刚构方案。

第二步，参考规范和相关设计经验，在比选得出的方案的基础上，进行调整，确定主梁主要构造及细部尺寸，绘制结构设计图，包括预应力筋的估算布置。并根据设计的结构进行MIDAS模型构建，进行内力计算，得到规范要求的多种荷载组合内力以及应力。

第三步，设计验算，包括承载能力极限状态以及正常使用极限状态的多方面进行验算校核，达到规范的控制要求。

关键词：预应力混凝土；连续刚构桥；悬臂浇筑；内力计算与验算

Abstract

This graduation design is aimed at the upper part of the long span continuous rigid frame structure design. This design is a 5 span continuous rigid frame bridge, and the bridge spans to 40m 85m 90m 85m 40m. Main girder with single box section, bridge deck width 11.5 m, one-way of two cars. The ceaintilever method is used for the main girder construction.Since time and personal ability being limited, the graduation design does not consider the lower structure, the design of the bridge deck pavement, transverse prestress and common reinforced calculation. The article only analysis the longitudinal girder structure in detail, and the concrete design steps are as follows:

Firstly,take the geological and the landform of the bridge site for further analysis, after prelimeinary selection, three bridge type are presented, they are PC-continuous rigid frame bridge, cable-stayed bridge and PC-contionuous beam-type bridge. Comparing their characters comprehensively, the PC-contionuous rigid frame bridge is selected as the main design scheme ，so the choose the PC-contionuous rigid frame bridge .

Secondly, according to the reference standard and related design experience, determining the main girder structure and detail size, including prestressed concrete estimates of layout. According to the design of the structure, we set up MIDAS model, internal force calculation for specification requires and get a variety of load combination of internal force and stress.

Thirdly, design and calculation, including bearing capacity limit state and serviceability limit state in many aspects of calculation, to meet the control requirements of specification.

Keywords: Pre-stressed concrete；continuous rigid frame bridge；design

目录

摘要 IV

Abstract III

第一章 绪论 1

第二章 结构设计方案 2

2.1设计资料 2

2.1.1设计标准 2

2.1.2主要材料 2

2.1.3设计依据 3

2.2方案设计 3

2.2.1预应力混凝土连续刚构桥 3

2.2.2钢筋混凝土上承式拱桥 5

2.2.3斜拉桥 7

2.3方案比选 8

2.4方案论证 9

第三章 结构模型设计 10

3.1桥梁布置及尺寸拟定 10

3.1.1桥梁布置 10

3.1.2主要尺寸拟定 10

3.2几何特性 11

3.3预应力筋布置 12

3.4模型建立 12

3.4.1结构建立 12

3.4.2特性值设定 13

3.4.3边界条件 13

3.4.4荷载添加 13

3.4.5施工阶段 13

第四章 内力计算及荷载组合 14

4.1恒载内力计算 14

4.2活载内力计算 17

4.2.1横向分布影响线绘制 17

4.2.2横向分布系数计算 17

4.2.3计算结果 17

4.3温度次内力计算 19

4.4 荷载组合 19

4.4.1承载能力极限状态计算 20

4.4.2正常使用极限状态计算 22

第五章 截面验算 29

5.1承载能力极限状态截面强度验算 29

5.1.1承载力设计值计算 29

5.1.2极限承载强度验算 32

5.1.3施工阶段应力验算 33

5.2 持久状况应力计算 36

5.3正常使用极限状态验算 37

5.3.1抗裂验算 37

5.3.2挠度验算 38

第六章 施工流程 40

第七章 结论 41

致谢 42

参考文献 43

附录 44

第一章 绪论

本毕业设计主要是关于预应力混凝土连续刚构桥上部结构的设计。连续刚构桥是逐步在T型刚构和连续梁桥基础上发展的，它是种新型结构桥梁。它不仅具备T型刚构桥施工方便、不转换体系、不设置支座等优点，同时也具备连续梁桥行车平顺、无伸缩缝等优点。二者的本质区别是墩顶是否设置支座，连续刚构桥墩梁固结，可以增加结构整体刚度，减小伸缩缝的宽度；连续梁桥桥墩上设置支座，可以通过调整和跟换支座，调整结构位移，减小结构位移、变形引起的结构次内力，本设计中选择连续刚构而不是连续梁桥的原因是设计资料中地形高差较大，桥墩较高，连续刚构桥可以通过设置空心薄壁墩的方式来减小墩顶弯矩，对比之下连续梁桥不宜设置高大桥墩，顿量不固结，容易引起结构失稳。该种体系利用主墩的柔性来适应桥墩的纵向变形，所以在大跨高墩连续梁中比较适合。连续刚构桥也分跨中无铰和跨中带铰两种类型，两者一般均采用变高度梁。^[1]墩梁固结点多设置在大跨、高墩的桥墩上，因为由高墩的柔性可以适应结构由预加力、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的次内力，以及其所引起的纵向位移。桥梁的伸缩缝通常设置在连续梁两端的桥台或过渡墩处。多跨连续刚构，由于结构上墩梁固结，为减小次内力的敏感性，必须选择抗压刚度较大、抗推刚度较小的单壁或双壁式的薄壁墩，使墩适应梁的变形^[2]。如果桥墩的刚度较大，则因主梁的预应力张拉，混凝土的收缩、徐变、温度变化以及车辆制动力等因素所引起的变形受到桥墩的约束后，将会在主梁内产生较大的次内力，并对桥撤也产生较大的水平推力，从而会在结构混凝土上产生裂缝，降低结构的使用功能。此外连续刚构桥也有抗震性强的优点，可以将水平的地震力平分到每个墩上共同承担。

连续预应力混凝土连续刚构桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。^[2]随着预应力技术的发展和不断完善（包括预应力筋材料的不断研究，新型材料的不断出现，以及预应力的锚固技术日渐成熟完善），尤其是悬臂等先进施工方法的出现，更使预应力混凝土连续刚构桥更加充分的活跃在整个桥梁工程领域。

本设计从第二章开始进行结构方案设计，从连续刚构、拱桥以及斜拉桥三种方案中选出连续刚构桥为最终方案，并主要围绕连续刚构桥方案进行设计计算。第三章针对连续刚构方案进行结构设计以及模型建立，包括纵向分跨，以及箱梁的选择及尺寸拟定，以及预应力筋的布置等，以及对电算模型的介绍，涵盖特性以及工况的确定等。第四章为结构内力计算，包括各种荷载工况组合下的结构内力计算。第五章为截面验算，对设计方案进行校核验算。第六章为悬臂施工流程组织与阐述，对悬臂施工做出进一步的介绍。

第二章 结构设计方案

2.1设计资料

①地形地貌

梁家营大桥是内蒙古准格尔至兴和高速公路上一座重要桥梁，主要通行车辆为大型运煤车，由麻迷图至兴和方向为三车道,由兴和至麻迷图方向为二车道，桥梁左右两幅车道数不相等，宽度亦不相等。内蒙古降水较少，桥下的小河流量较小，不具有通航能力，桥梁设计时不考虑通航要求，桥梁标高只受两岸高程控制。

②工程地质

根据（岩）土层的组成、成因及物理力学性质差异，桥址（岩）土层可划分为6个层次，其工程地址特征自上而下逐层分述如下：

• 地表覆盖层：碎石土。地基容许承载力；桩周土极限摩阻力
• 地表覆盖层：亚砂土。地基容许承载力；桩周土极限摩阻力
• 玄武岩：强风化-弱风化状。地基容许承载力为；桩周土极限摩阻力
• 花岗岩：全风化状（碎块及风化碎屑）。地基容许承载力为；桩周土极限摩阻力
• 花岗岩：强-弱风化（块状）。地基容许承载力为；桩周土极限摩阻力
• 花岗岩：微风化（大块状）。地基容许承载力为

以上强度值均取规范范围内一般值。

2.1.1设计标准

• 跨径要求：主跨跨径≥80m；
• 设计荷载：公路—I级，设计速度：80km/h；
• 桥面布置：桥梁总宽为0.50m 11.50m 0.50m 1.00m（中央分隔带） 0.50m 13.25m（行车道） 0.50m=27.75m；
• 通航标准：无通航要求。
• 路线在桥梁范围内为直线

2.1.2主要材料

本设计方案所涉及材料均按照JTGD62-2012《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》取定。

1. 混凝土：

表2.1混凝土材料性能

②钢材

1）预应力钢绞线：采用GB/T5224-2003低松驰钢绞线，标准强度R^b_y=1860Mpa，弹性模量E_y=195000MPa，公称直径15.24mm，公称面积140mm²。^[4]