摘 要

随着我国桥梁工业化的不断发展，装配式中小跨径桥梁开始在我国桥梁建设中占据重要地位。但大量的实践经验和数据表明，现阶段装配式桥梁仍然存在结构自重大、连接节点易开裂，耐久性差等问题。UHPC材料的引入能很好地改善普通混凝土材料存在的种种局限，解决梁体过度下挠和开裂等问题。

本设计以广东省英德市省道S292线北江四桥为工程背景，根据任务书所给地质资料，初步拟定出三个可行比选方案： 、、，从安全、美观、经济、环保从等角度比选，最后选取UHPC新型连续梁桥作为设计推荐方案。

本次设计先介绍了UHPC材料以及UHPC密集横隔板薄壁箱梁结构，在方案比选后，进行了孔径布置，拟定主梁上、下部结构尺寸，确定桥面铺装层，最后通过有限元软件进行结构验算。

本设计利用有限元 Midas Civil建立桥梁模型，施加荷载后进行分析和主梁内力计算;按照抗裂性的要求估算预应力钢筋的数量并布置，考虑包括管道的摩擦在内引起的预应力的损失;再计算和的内力作用效应组合，进行主梁截面的、、、。

关键词：超高性能混凝土（UHPC）；预应力混凝土；连续梁桥；结构分析

Abstract

With the continuous development of bridge industrialization in China, prepressed fabricated Bridges begin to occupy an important position in bridge construction . However, a lot of practical experience and data show that there are still some problems in the assembled bridge, such as its structure is self-important, its joints are easy to crack and its durability is poor. The introduction of UHPC material can well improve the existing limitations of ordinary concrete material and solve the problems of excessive downwarping and cracking of beam .

Basing on the given geological dataof Beijiang Fourth Bridge of the S292 line of Yingde, the preliminary work out three feasible than the alternative: UHPC new continuous girder bridge, the common prestressed concrete continuous girder bridge, prestressed concrete cable-stayed bridge, comparing comprehensively from safety, economy, environmental protection and aestheticism perspective, the UHPC continuous beam bridge was selected as the recommended design scheme.

This design introduces the UHPC material and UHPC Thin-wall box girder.After the scheme comparison and selection, the layout of the span ,the main beam on the lower structure size and the pavement layer of bridge deck is determined. Finally, the structural calculation is performed by the finite element software.

This design uses finite element Midas Civil to build a bridge model, then analyzes and calculates the internal force of the main girder after applying the load. According to the requirement of crack resistance, the prestressing steel bar is estimated and arranged, and the prestressing loss caused by pipeline friction is considered. The combination of the effect is calculated under the and. The flexural capacity of the main beam, ,and is calculated and checked at last .

Keywords: ultra-high performance concrete (UHPC); Prestressed concrete; Continuous beam bridge; Structure analysis

目录

第1章 绪论 1

1.1 超高性能混凝土UHPC概述 1

1.2 大跨径UHPC新型梁桥结构 1

1.3 本文主要研究内容 2

第2章 设计基本情况说明 3

2.1 设计标准 3

2.2 地质条件 3

2.3 主要材料 3

2.4 主要规范 4

第3章 方案比选 5

3.1 意义及原则 5

3.2 初选方案 5

3.3 设计方案一：UHPC新型预应力混凝土连续梁桥 5

3.3.1 桥跨布置及桥下净空 5

3.3.2 主梁上部结构 6

3.3.3 下部结构尺寸 8

3.3.4 施工方案 9

3.3.5 受力特征 9

3.3.6 主要工程数量 10

3.4 设计方案二：普通预应力混凝土连续梁桥 10

3.4.1 桥跨布置及桥下净空 10

3.4.2 主梁上部结构 10

3.4.3 下部结构尺寸 12

3.4.4 施工方案 13

3.4.5 受力特征 13

3.4.6 主要工程数量 13

3.5 设计方案三：混凝土斜拉桥 14

3.5.1 桥跨布置 14

3.5.2 主梁上部结构 14

3.5.3 索塔及基础 14

3.5.4 斜拉索 14

3.5.5 引桥 17

3.5.6 受力特征 17

3.5.7 施工方案 17

3.5.8 主要工程数量 17

3.6 方案比选 18

第4章 UHPC连续梁桥总体布置 21

4.1 桥型布置 21

4.1.1 孔径布置 21

4.1.2 桥梁截面形式 21

4.1.3 桥面铺装 22

4.1.4 桥梁下部结构 22

4.1.5 使用材料 23

第5章 Midas计算模型的建立 24

5.1 材料特性 24

5.2 全桥结构单元的划分 24

5.2.1 划分单元原则 24

5.2.2 桥梁具体单元划分 24

5.3 荷载的定义 25

5.4 全桥施工节段划分 25

5.4.1桥梁划分施工阶段原则 25

5.4.2 施工阶段划分 25

第6章 主梁内力计算 28

6.1 恒载内力计算 28

6.1.1 自重及二期恒载 28

6.1.2 悬臂拼装内力 28

6.1.3 边跨合龙内力 29

6.1.4 中跨合龙内力 29

6.1.5 桥面铺装阶段内力 30

6.1.6 支座位移引起的内力 30

6.2 活载内力计算 31

6.2.1 自振频率及横向分布系数 31

6.2.2 移动荷载引起的内力 32

6.3 温度荷载引起内力 33

第7章 预应力钢束的估算与布置 35

7.1 钢束估算 35

7.1.1 按承载能力极限状态下强度要求估算 35

7.1.2 按正常使用极限状态的应力要求估算 36

7.1.3 按正截面抗裂性要求估算 37

7.2 预应力钢束布置 39

7.3 预应力损失 40

7.3.1 摩阻损失 40

7.3.2 锚具变形损失 41

7.3.3 混凝土的弹性压缩损失 41

7.3.4 预应力的应力松弛损失 42

7.3.5 收缩徐变损失 42

7.4 预应力计算 42

第8章 桥梁内力组合 44

8.1 内力组合的原则 44

8.2 承载能力极限状态下的作用效应组合 44

8.3 正常使用极限状态下的作用效应组合 45

第9章 主梁截面验算 48

9.1 正截面抗弯承载力验算 48

9.2 斜截面抗剪承载力验算 52

9.3 抗裂及挠度验算 55

9.3.1 正截面抗裂验算 55

9.3.2 斜截面抗裂验算 56

9.3.3 挠度验算 56

9.4 短暂状况构件应力验算 58

9.5 持久状况构件应力验算 59

9.5.1 使用阶段正截面受压区混凝土的压应力验算 59

9.5.2 使用阶段正截面受拉区预应力筋的拉应力验算 60

9.5.3 混凝土主压应力验算 61

第10章 结论 63

参考文献 64

附 录 66

致 谢 70

第1章 绪论

1.1 超高性能混凝土UHPC概述

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete）通常被定义为具有高抗压强度（120或150 MPa），是具有高韧性和耐久性的一类水泥基组合材料, 成分包括水泥，硅粉，石英砂，高效减水剂，钢纤维和水^[18]。超高性能混凝土最早于1993年在法国诞生，当时称为活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete, RPC)^[19]。

UHPC各成分之间相互填充以达到最大填充密度，可以将材料内的内部缺陷（例如微裂纹和空隙）减到最少。因此UHPC具有优异的力学性能和耐用性，性能相比传统混凝土有大幅度提高。同时，在热养护的条件下， UHPC 收缩几乎为零，在长期荷载作用下的徐变也非常小^[8]。