摘 要

桥梁作为一种跨越障碍物的工程结构，具有安全性、适用性、耐久性等方面的要求。不仅要满足基本的交通功能，还要与周边环境相协调，力求做到受力合理又美观适用。预应力钢筋混凝土连续刚构桥是目前应用最广泛的公路和铁路桥梁形式之一，连续刚构桥一般采用平衡悬臂现浇法施工，因此具有建设费用低、行车平顺、施工方便、抗震性能好等优点。

本次设计为70 140 70（m）三跨式公路预应力连续刚构桥本次设计拟采用单箱三室截面。为与原桥做出区分，主桥拟采用70 140 70（m）三跨式预应力混凝土刚构桥，引桥为4*40m混凝土连续梁桥桥。主桥桥墩拟采用双薄壁墩，中跨墩高26m，边跨墩高27.3m，墩下基础拟采用多排桩基础。上部结构梁高和底板高度变化有跨中向墩顶处按1.8次抛物线变化，腹板厚度在1/4跨处一次线性变化,顶板厚度全桥不变。桥面纵坡设置为0%，考虑排水横向设置2%双向纵坡。

本次设计基于midas2006有限元分析软件建立模型，并通过cad以及excel等软件辅助设计。全桥共设145个节点，136个单元；其中上部结构单元为53-136号，下部结构为1-52号。下部结构采用爬模施工，主梁采用悬臂施工法，边跨现浇部分采用满堂支架法。先边跨合拢，后中跨合拢。全桥共定义60个施工阶段。

关键词：连续刚构桥；悬臂现浇法；预应力钢束；Midas Cvil；预应力混凝土

Abstract

As an engineering structure that crosses obstacles, a bridge has requirements on safety, applicability, and durability. Not only to meet the basic traffic functions, but also to coordinate with the surrounding environment, and strive to achieve reasonable force and beautiful appearance. Prestressed reinforced concrete continuous rigid frame bridge is one of the most widely used highway and railway bridges at present. Continuous rigid frame bridges are generally constructed by balanced cantilever cast-in-place method, so they have low construction cost, smooth driving, convenient construction and good seismic performance Etc.

This design is a 70 140 70 (m) three-span highway prestressed continuous rigid frame bridge. This design intends to adopt a single box three-chamber section. In order to distinguish it from the original bridge, the main bridge is intended to use 70 140 70 (m) three-span prestressed concrete rigid frame bridge, and the approach bridge is a 4 * 40m concrete continuous beam bridge. The main bridge pier is planned to adopt double thin-walled pier, the middle span pier is 26m high, the side span pier is 27.3m high, and the foundation under the pier is planned to use multi-row pile foundation. The beam height and floor height of the superstructure have a parabola change of 1.8 times at the top of the mid-span piers. The thickness of the web changes linearly at a quarter of the span, and the thickness of the roof remains unchanged throughout the bridge. The longitudinal slope of the bridge deck is set to 0%, and the horizontal lateral slope of 2% is considered for drainage.

This design is based on Midas Civil 2006 .The bridge has 145 nodes and 136 units in total; the upper structural unit is No. 53-136, and the lower structure is No. 1-52. The lower structure adopts the climbing form construction, the main beam adopts the cantilever construction method, and the side span cast-in-place part adopts the full hall support method. Close the side span first, then close the middle span. The whole bridge defines 60 construction stages.

Key Words: Continuous rigid frame bridge ;Cast-in-place construction of cantilevers ; Prestressing tendons ; Midas Cvil ; Prestressed concrete

目录

第1章 绪论 1

1.1 设计概述 1

1.2刚构桥的受力和构造特点 2

1.3 构造特点 3

1.3.1 零号块 3

1.3.2 横隔板 3

1.3.3 合龙段 3

1.4 悬臂施工方法介绍 3

1.4.1 施工特点 3

1.4.2 托架与挂篮 4

1.4.3 工艺流程 4

第2章 桥梁方案比选 5

2.1 概述 5

2.2 桥梁方案的提出与结构介绍 5

2.2.1 三跨式预应力混凝土连续梁桥 5

2.2.2 三跨式预应力混凝土连续刚构桥 7

2.2.3 中承式拱桥 8

2.3 方案比选 9

第3章 桥跨总体布置及结构主要尺寸 11

3.1 桥型布置及孔径划分 11

3.2 截面形式及截面尺寸拟定 11

3.2.1梁高尺寸拟定 11

3.2.2横截面尺寸拟定 11

3.2.3 桥墩尺寸拟定 12

3.2.4 横隔板 12

3.3单元划分及施工方法 12

3.3.1 单元划分 12

3.4 施工阶段的划分 13

第4章 主梁内力计算 17

4.1 单元划分 17

4.2 所用材料数据 17

4.2.1 材料特性值 17

4.2.2 荷载信息及边界情况 18

4.2.3 施工荷载 21

4.3 恒载内力计算 21

4.4 活载内力 23

第5章 预应力钢束的估算与布置 26

5.1计算原理 26

5.2预应力筋的估算 29

5.3预应力钢束的布置 31

第6章 截面验算 34

6.1 主梁正截面强度验算 34

6.2 正截面抗裂验算 37

6.3 预应力混凝土构件应力验算 39

6.3.1 使用阶段正截面压应力验算 39

6.3.2 使用阶段斜截面主压应力验算 41

6.3.3 施工阶段正截面法向应力验算 43

6.4 受拉区钢筋的拉应力验算 45

6.5 刚度验算 47

第7章 预应力损失…………………………………………………………………58

7.1 预应力钢束与管道之间摩擦损失 51

7.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失 51

7.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失 52

7.4 钢束松驰引起的预应力损失 52

7.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 52

7.6 有效预应力值 53

第8章 次内力的计算 56

8.1 基础不均匀沉降引起的次内力 56

8.2 收缩徐变引起的次内力 59

8.3 温度次内力计算 64

8.4 内力组合 67

8.4.1 承载能力极限状态下内力组合 68

8.4.2 正常使用极限状态下内力组合 72

第9章 主要工程数量 78

9.1 混凝土用量 78

9.2 钢束用量 79

总结 81

致谢 83

参考文献 84

第1章 绪论

1.1 设计概述

当下桥梁总体发展总体呈现“大跨度，高强度，轻质量”的趋势。预应力混凝土连续刚构桥较之连续梁桥，由于其在墩顶与主梁进行刚接，在竖向荷载作用下主梁产生负弯矩，从而抵消一部分跨中正弯矩，减小了跨中截面的尺寸并提高了桥梁的跨越能力。同时，连续刚构体系抗震性能较好，地震力可以被分摊到各个墩上承担，而不必像连续梁桥一样采用专门的抗震支座。基于上述种种优势，近四十年内连续刚构体系桥梁在世界范围内取得了广泛的运用的和发展。

本次设计意图让学生在现有成桥的设计资料的基础上，自主选择施工条件并拟定桥型，并对选择桥型进行设计。本次设计选定为桂江大桥主桥设计，原桥方案为4*40m引桥 四跨预应力连续刚构桥。选定的主桥方案为70 140 70（m）三跨式连续刚构桥。模型采用Midas Civil 2006进行分析和计算。本次设计中全桥主梁共设置84个单元进行控制设计，并按照悬臂现浇法施工的特点在每个悬浇段设置了挂篮前移、节段现浇和预应力张拉阶段，全桥的合龙、十年收缩徐变等共计60个施工阶段。考虑了温度升降25°C，以及支座不均匀沉降（边墩2cm，主墩1cm）等影响，并按全预应力混凝土结构设计配筋并验算。

预应力混凝土连续刚构桥的基本设计步骤：

1. 根据设计规范和先有桥梁的施工图纸，拟定结构的几何尺寸，绘制cad图纸。完成截面拟定以后再midas中建立无钢筋的一次成桥模型，添加一 二期恒载以及车道活载，定义其他参数。完成模型建立后计算，得出活载内力和恒载内力表后相加并增大百分之十五，相加，按正常使用的极限状态和承载能力极限状态进行组合并运算，再根据规范进行对钢筋束初步估计
2. 根据两种组合状态，分别按正常使用和承载能力极限状态公式进行钢束总面积的估算，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；
3. 对模型进行施工阶段定义，并将拟定的钢束添加到模型中，两侧施加预应力，添加混凝土湿重，挂篮，吊架等施工荷载，并添加支座不均匀沉降，温度荷载等。
4. 运行计算模型，并据定义好的荷载组合结果，进行截面强度即正截面抗弯验算、使用阶段和施工阶段的应力验算和变形验算。若验算各结果满足要求则设计通过，若某项验算不通过则需调整钢束数量,布置，或者是截面尺寸，重复上述步骤直到各项验算通过为止。

预应力混凝土连续刚构桥主要采用挂篮悬臂施工和满堂支架施工，其中主墩和0#块的施工由爬模和支架浇筑，完成浇筑后在0号块安装挂篮并向桥墩两侧对称进行节段混凝土现浇，张拉预应力钢束等工作。当各节段施工完成并到达合龙段时，拆除挂篮，安装吊架并预设压重水箱，开始用满堂支架法进行合龙段施工。先边跨合龙，再中跨合龙。施工过程中结构体系主要有两个阶段的变化：一阶段结构为静定结构，主要体现为自重不断变大，悬臂不断加长以及预应力的张拉，二阶段主要为合龙段施工完成后结构由静定结构转换为超静定结构，此时温差，混凝土收缩徐变等会诱发结构变形的因素会时结构产生次内力。再Midas中模拟这一过程的手段主要为通过对结构，荷载组的定义，并在施工阶段定义中对组的激活与钝化实现。其中活载，支座沉降等在成桥以后再添加，与施工阶段无关。

1.2刚构桥的受力和构造特点

由于刚构桥在墩顶与主梁进行刚接，在竖向荷载作用下主梁产生负弯矩，从而抵消一部分跨中正弯矩，也使跨中截面的尺寸减小，减轻了结构体系的自重。刚构桥作为超静定结构，其本身特性决定了它在一些会导致结构变形的作用下（如温差）产生次内力。这也是本次设计所需考虑的一个点