论文总字数：25943字

摘 要

预应力混凝土连续梁桥以其抗扭性能强，抗震能力强和伸缩缝小的特点，随着技术的进步和经济的发展，使其逐渐成为我国桥梁建设中，跨径200米以下的桥梁的主要选择。

本次设计三跨40m 70m 40m预应力混凝土连续梁桥，其结构属于超静定结构，施工方式选择挂篮悬臂施工，在给定跨径，施工方式和桥型参数的基础上，根据已有的设计经验，敲定各结构细部尺寸，并采用MIDAS CIVIL来辅助进行运算，梁高采用变高度梁高，钢束布置以底板束，顶板束和腹板束为主，验算方式以PSC截面验算进行。本次设计分为建模，内力计算，钢束布置，应力验算四大部分为主，最终验算结果满足抗剪，抗弯，抗裂，抗压的结构要求。

关键词：MIDAS，变高度梁高，超静定结构，PSC验算

Abstract

With the development of technology and economy, the prestressed concrete continuous girder bridge has gradually become the main choice of bridges with span less than 200 meters in the construction of bridges in our country because of its strong torsion resistance, strong seismic resistance and small expansion joints.

The content of this graduation project is highway 56m 3*100m 56m continuous box girder bridge. Under the condition of defining bridge type and span, according to the existing engineering cases and design experience value, the detailed dimensions of the main girder are drawn up, and the reasonable modeling analysis is carried out by using Midas/Civil software. Through preliminary calculation, under the premise of safety, applicability and economy, the section size is optimized, and the prestressing tendons are arranged according to the combination of internal forces. Finally, according to the requirements of the code, the ultimate state checking of the bearing capacity of the durable state, the normal service limit state checking of the durable state, the stress checking of the durable state and the transient state checking of the prestressed concrete continuous box girder bridge are carried out.

目录

摘要： 2

Abstract: 3

第一章：绪论 5

1.1.引言 5

1.1.1本次设计采用的设计依据 7

1.1.2.本次设计采用的设计规范 8

1.2设计标准： 8

1.3.预应力混凝土连续梁桥结构特点 10

1.3.1预应力混凝土连续梁桥结构体系： 10

1.3.2预应力混凝土连续梁桥桥跨比例： 10

1.3.3预应力混凝土连续梁桥梁高： 10

1.4预应力混凝土连续梁桥设计规划 11

1.4.1确定结构尺寸： 11

1.4.2 建模： 11

1.4.3荷载模拟 11

1.4.4主梁预应力钢束配置 11

1.4.5.移动荷载布置 12

1.4.6支座沉降 12

第二章．预应力混凝土连续梁桥结构设计 13

2.1预应力混凝土连续梁桥结构布置 13

2.1.1.桥梁立面布置 13

2.1.2.桥梁横断面尺寸 14

2.1.3桥面布置 17

2.2预应力混凝土连续梁桥结构建模 17

2.2.1节点建模 17

2.2.2单元建模： 21

2.2.3确定边界条件： 26

2.2.4确定时间依存材料： 26

2.3预应力混凝土连续梁桥结构施工 26

2.3.1施工方法 26

2.3.2施工流程 27

2.3.3 注意事项 27

第三章．预应力混凝土连续梁桥的内力计算 28

3.1有限元模型参数 28

3.1.1 材料 28

3.1.2边界条件 28

3.2有限元模型建立 29

3.3自重内力设计 32

3.3.1自重内力设计过程 32

3.3.2使用阶段自重内力弯矩图和位移图 33

3.3.2双悬臂阶段自重内力弯矩图和位移图 34

3.3.3最大悬臂阶段自重内力弯矩图和位移图 35

3.3.3边跨满堂合拢阶段自重内力弯矩图和位移图 36

3.4汽车荷载内力设计 37

3.4.1汽车荷载内力计算过程 37

3.4.2汽车荷载弯矩位移图 38

3.4.3移动荷载荷载内力图 39

3.5次内力计算 39

3.5.1温度 39

3.5.2基础沉降 46

3.5.3内力荷载组合 48

第四章．预应力钢束的计算与布索 51

4.1预应力钢束的估算 51

4.2预应力钢束的布置 51

4.2.1腹板钢束的布置： 51

4.2.2顶板束的布置 56

4.2.2底板束和边跨张拉顶板束的布置 57

第五章．预应力混凝土连续梁桥设计验算 58

5.1.1正截面抗弯承载能力验算 58

5.1.2斜截面抗剪承载能力验算 58

5.1.3抗扭承载能力验算 59

5.1.4结构正截面抗裂验算 59

5.1.5结构斜截面抗裂验算 60

5.1.6正截面混凝土法向压应力验算 61

5.1.7 正截面受拉区钢筋拉应力验算 62

5.1.8 斜截面混凝土的主压应力验算 62

5.1.9短暂状况构件应力验算 63

第六章．感想与感悟 64

第一章 绪论

1.1.引言

本次设计三跨的预应力连续梁桥，其结构体系属于超静定体系，预应力的连续桥梁在恒荷载的作用下，能产生对跨中截面的正弯矩有卸载的作用的支点负弯矩，为了均衡分配内力，梁高可以适当地减小。

预应力混凝土梁桥以其具有的刚度大，整体性好，变形小，安全性能好的特点，使得其成为桥梁工程师最青睐的桥型之一。

预应力混凝土连续箱梁桥施工方式主要有满堂支架法和悬臂浇筑法，对于小跨度桥梁来说，满堂支架法施工有着许多的优势，但对于桥长大于60m的桥梁来说，相比悬臂施工的方式，满堂支架法施工成本高，施工周期长，并没有明显的优势。而随着预应力技术的进步与发展，顶推法，悬臂浇筑法在大跨度桥梁中的应用逐渐被普及开来，才使得预应力混凝土连续梁桥逐渐在跨度60m～200m的桥梁中占据主导地位。

1.2国内外预应力混凝土连续梁发展状况

1.2.1国外预应力混凝土连续梁发展现状

1950年前，预应力混凝土连续梁由于受到当时技术和施工条件的限制，主要采用的使满堂支架施工的方式，由于其施工成本高，施工周期长，所以很少有大跨径的桥梁采用预应力混凝土连续梁桥，限制了它的发展。

这个时期已经有了许多人开始在预应力混凝土连续梁桥寻找新的方法，比较著名的是联邦德国1953年建造的胡尔姆斯桥，它是于1953年在德国修建的，它是第一作把悬臂法应用在预应力混凝土梁桥的桥。

到了1960年之后，随着科技的发展和技术的进步，桥梁的建设有了机械化施工的基础，顶推法以及悬臂施工法逐渐被采用了起来，逐渐代替了部分满堂支架施工，使预应力混凝土连续梁桥，并逐步在60-200m范围内占据主要地位。

英国的奥韦尔(Orwell)桥，是英国最长的预应力混凝土梁跨，其主跨径达190m，共18跨，总长达1286m。它说明了连续梁的连续长跨已可超过1000m。

目前世界上跨度最大的预应力混凝土连续梁桥是1994年挪威建的伐罗德桥，其跨径达到了260m。

1.2.2国内预应力混凝土连续梁发展现状

我国自20世纪七十年代中期开始修建预应力混凝土混凝土连续梁桥，相比国外开始时间较晚，但近年来随着我国的经济的发展，其发展迅速，在施工工艺，设计研究方面，我们已逐步与国外进行接轨。

我们逐渐设计了南京长江二桥北汊桥，六库怒江大桥，黄浦江奉浦大桥，

常德阮水大桥，东明黄河公路大桥，风陵渡黄河大桥，沙洋汉江大桥，珠江三桥，

宜城汉江公路大桥等主跨径超过100m的预应力混凝土梁桥。

1.2设计依据与规范

1.2.1本次设计采用的设计依据

按照交通工程专业（轨道交通方向）2019届毕业设计任务书（连续梁桥设计组）中的内容，本次设计采用公路40 m＋70 m＋40 m连续梁桥设计，采用公路四车道，纵坡坡度小于3％，横坡坡度为2％；本桥梁结构设计基准期为100年，抗震设防标准按照基本烈度VII度设防，故其重要性修正系数为1.1。

本次施工方法材料在箱梁采用C50混凝土，墩身采用C40混凝土，支座采用C30混凝土；施工方式则是在主梁除了零号块和边跨的过度段采用满堂支架施工外，其余梁段采用挂篮悬臂浇筑施工，设计荷载采用公路-I级荷载，设计车速为100km/h，道路标准轴载。

本次设计基础不均匀沉降按隔墩2cm设计

在预应力钢筋的布置中，钢绞线直径采用15.24mm，普通钢筋采用符合GB 1499.1-2008标准的HPB235光圆钢筋和符合GB 1499.2-2007标准的HRB335螺纹钢筋；由于本次设计采用的钢筋直径大于12mm，均采用HRB335级热轧螺纹钢筋。预应力钢绞线松弛率lt;2.5％，孔道摩阻系数0.25，孔道偏差系数0.0015，一端锚具变形和预应力钢筋的回缩为6mm。

本桥采用墙式防撞护栏，防撞等级为PL2，车辆碰撞角度15°，碰撞力P=200kN；

本次设计的桥中，温度计算体系升温20℃，体系降温-20℃，温度梯度英国标准BS5400，梯度升温的取值分别为：

，，（其中为上缘板的梯度升温）

（其中为下缘板的梯度升温）

梯度降温的取值分别为：

，，（其中为上缘板的梯度升温）

，，（其中为上缘板的梯度升温）

图1温度计算模式

1.2.2.本次设计采用的设计规范

（1）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

（3）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）

（4）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）

（5)《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）

（6)《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）

1.3设计标准：

本次PSC设计按JTG D62-04规范进行设计，设计参数中，界面设计内力为三维，构件类型按A类预应力计算，公路桥涵设计安全等级为I级，采用现浇混凝土进行设计，精轧螺纹钢最大裂缝宽度限制按I，II级环境，钢丝或钢绞线也按I，II级环境进行设计。

混凝土材料主筋按HRB235进行计算，抗剪箍筋按R235计算，其中顶板和腹板钢束按17Φ15.24mm，底板钢束按15Φ15.24mm进行特性值匹配。

车辆荷载按JTG B01-2014进行计算，其中：

q=10.5KN/m，，Llt;=5m,, Lgt;=50m，车辆荷载工况按JTG B01-2014进行计算。冲击系数按规范JTG D62-04中的内容进行输出。

主要混凝土材料表格：

箍筋与抗扭钢筋表格：

预应力钢筋材料表格：

1.4.预应力混凝土连续梁桥结构特点

1.4.1预应力混凝土连续梁桥受力特点：

预应力混凝土连续箱梁桥是一种以受弯为主，在竖向荷载作用下无水平反力的外部超静定结构，在力学性能上要优于简支梁和悬臂梁桥，温度变化、混凝土收缩徐变、基础沉降及预加力施加等均会使桥梁结构产生次内力。因在荷载作用下，支点截面产生负弯矩，大大减小了跨中的正弯矩，所以跨越能力较大。

预应力混凝土连续箱梁的横截面呈一个或几个封闭箱形，这种截面形式与T形截面相比除了有腹板和上部翼缘板外，在底部尚有扩展的底板，因此它提供了能承受正、负弯矩的足够的混凝土受压区。且在一定的截面面积下能获得较大的抗弯惯性矩，而且抗扭刚度也特别大，在偏心活载作用下各腹板的受力较均匀，承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，有利于提高桥梁的整体强度和安全性。

预应力混凝土连续箱梁桥来说，设计与施工是不能分开的，因为预应力混凝土连续箱梁桥在施工过程中会出现体系转换，因此在桥梁设计中必须考虑施工阶段的应力与变形。对于采用悬臂施工的连续箱梁桥而言，在施工过程中经历T形刚构受力状态，合龙后形成连续梁桥，结构重力产生的内力由各施工阶段产生的内力叠加而成。相对于满堂支架施工，悬臂施工连续梁桥合龙后主梁根部负弯矩较大，而中孔跨中结构重力弯矩较小。因而在截面几何尺寸拟定时，应根据弯矩分布特点，增大主梁根部附近断面的抗弯刚度，提高截面下缘的承压能力。

1.4.2预应力混凝土连续梁桥截面构造特点：

预应力混凝土连续梁桥采用箱梁的基本截面形式有:单箱单室、单箱双室、单箱多室、多箱多室等，箱型截面的室室一般由桥宽所决定。

其支座为了满足边界条件布置和承受支座反力，需设置横隔板。在支座处布置横隔板会使支点截面传递的荷载增大，因此通常采用一片实体或两片式刚性横隔板，中部开设过人洞。

1.4.3预应力混凝土连续梁桥桥跨比例：

本次毕业设计为40m 70m 40m的预应力混凝土连续梁桥，其边主跨比为约为0.57，故本次设计时端支点截面很难过度到跨中截面，因此，在设计时，可以考虑将腹板变化段放在变高梁段进行，并使得端支点截面的参数与跨中截面一致。

1.4.4预应力混凝土连续梁桥梁高：

预应力的连续桥梁在恒荷载的作用下，能产生对跨中截面的正弯矩有卸载的作用的支点负弯矩，为了均衡分配内力，梁高可以适当地减小。

对于主梁采用预应力混凝土箱梁的连续梁桥，由于其跨径采用的是变跨径，所以其梁高也采用变高度进行布置，在JTG D60-2004中规定：支点梁高一般取最大跨径1/16到1/26之间，本次设计支点截面的梁高为最大跨径70m的1/16，为4.4m，而跨中截面则取最大跨径70m的1/32，为2.2m。

1.4预应力混凝土连续梁桥设计规划

1.4.1确定结构尺寸：

通过设计任务书，确定桥面宽度；依据规范，确定变高度梁的梁高变化，并计算出梁高的变化公式。

确立外部结构尺寸后，对跨中和支点截面进行设计，按照跨中截面与支点截面的受力特性，针对性地确立跨中截面与支点截面的腹板厚度，底板厚度与顶板厚度；在确认各细节尺寸后，使用CAD进行绘图。

1.4.2 建模：

根据规范和任务书要求，在材料特性值中定义好钢筋的特征值和混凝土的各个参数，并根据CAD中的图形进行建模，并对混凝土连续梁桥结构进行有限元分析，并根据预应力混凝土连续梁桥的特点建立合适的边界条件，以此完成初步建模。

完成初步建模后，将悬臂施工的各个号块分配到各个结构组之中，分为零号块，桥墩段，悬臂段1，悬臂段2，主梁段，合龙段和边跨满堂段。

1.4.3荷载模拟

在MIDAS的荷载-建立荷载工况-静力荷载工况中，添加施工阶段荷载，包括自重，预应力，桥面铺装，再添加温度荷载，包括整体升温，整体降温，梯度升温和梯度降温。

1.4.4主梁预应力钢束配置

现在钢束特性中定义钢束的特性，包括顶板束和腹板束为17Φ15.24mm，直径为10cm，底板束为15Φ15.24mm，直径为10cm。

然后由结构设计原理中，计算出钢束数量，并根据桥跨和桥梁的内力图估算出顶板，底板和腹板的钢束形状和数量。

配束完成后，对钢束两端添加的张拉预应力，并将其分配到零号块，桥墩段，悬臂段1，悬臂段2，主梁段，合龙段和边跨满堂段之中。

1.4.5.移动荷载布置

根据任务书的四车道和公路I级荷载条件，得出车道宽度应为3.75m，采用四车道布置，车辆荷载按JTG B01-2014进行计算，q=10.5KN/m，，Llt;=5m,,

Lgt;=50m，车辆荷载工况按JTG B01-2014进行计算。冲击系数按规范JTG D62-04中的内容进行输出。

1.4.6支座沉降

按隔墩2cm进行支座沉降的计算。

第二章．预应力混凝土连续梁桥结构设计

2.1预应力混凝土连续梁桥结构布置

2.1.1.桥梁立面布置

对于大跨径连续箱梁桥一般采用变高度布置，因为大跨径连续梁恒载内力占比较大，选用变高度梁可以大大减小跨中区段因恒载产生的内力。其次，连续箱梁在恒、活载作用下支点截面将出现较大的负弯矩，而且支点截面负弯矩的绝对值往往大于跨中截面的正弯矩，采用变高度梁能较好地符合连续梁的内力分布规律。

对于预应力混凝土连续梁桥来说，在恒、活载作用下，支点截面将出现较大的负弯矩，支点截面的负弯矩的绝对值远大于跨中截面的正弯矩，因此采用变高度梁能符合其内力分布规律；

本次毕业设计的桥梁桥长是150m最大跨径70m，属于大跨径连续箱梁桥，其恒载内力占比大，在桥宽恒定的情况下，跨中截面以减少梁高的形式能减少其混凝土的用量，从而减少跨中截面的恒载内力。

请支付后下载全文，论文总字数：25943字