摘 要

本文为三峡翻坝江北高速公路腰棚子大桥施工图设计计算书。本次设计运用Midas分析软件，它是在建立模型的基础上进行运算分析的软件。本文的主要内容是研究设计基础资料、桥梁方案比选、确定桥跨布置、结构尺寸拟定、施工阶段划分、Midas建模、上部结构计算（桥面板计算；恒载和活载内力计算；其他因素引起的内力计算；预应力束的布置及相关计算；全梁截面特性计算；强度及应力验算；挠度及预拱度计算）；下部结构计算（桥墩设计计算；基础设计计算），本桥上部结构为预应力砼（后张）T梁4跨简支转连续梁桥，主梁按部分预应力混凝土A类构件设计，由预制预应力混凝土T梁和现浇混凝土桥面板组合而成，采用先简支后结构连续，墩顶负弯矩主要由预应力钢筋承担。下部结构采用重力式桥台和桩柱式桥墩。连续梁桥能够充分利用高强度材料，构件截面小，具有较强的跨越能力，令桥梁显得柔和美观，对桥梁基础要求较高，通常宜用于地基较好的场合。

关键词：连续梁桥；Midas/Civil； 结构计算；先简支后连续

Abstract

This paper is a design statement for the construction plan of the Huzhou sheds bridge on the North dam of the Three Gorges dam. This design uses the Midas/Civil finite element analysis software, it is carries on the operational analysis software on the basis of establishing the model. The main content of this paper is to study design basic data, bridge scheme comparison, determine bridge span layout, structure size formulation, construction stage division, Midas modeling, superstructure calculation (bridge panel calculation, constant load and live load calculation, internal force calculation caused by other factors, layout of prestressed beam and related calculation; whole beam. Section characteristics calculation; strength and stress checking calculation; deflection and pre arch calculation); substructure calculation (bridge pier design calculation; basic design calculation), the left width of the bridge is 4 x 30; right amplitude 1 joint. The upper structure is prestressed concrete (post tensioned) T beam, and the beam is simply supported and continuous. The continuous beam bridge can make full use of high strength material. The section of the member is small and has strong leaping ability. It makes the bridge appear soft and beautiful, and the requirement of the bridge foundation is high. It is usually suitable for better foundation.

Key word：continuous beam bridge; Midas/Civil; cantilever construction method ; simply supported-to-continuous structure

目 录

第一章 绪论 1

1.1概述 1

第二章 设计基础资料及设计说明 2

2.1设计基础资料 2

2.1.1 地形地貌 2

2.1.2 气象 2

2.1.3 水文地质条件 2

2.1.4 工程地质条件 3

2.2设计说明 3

2.2.1 设计依据 3

2.2.2 技术标准 3

第三章 桥梁的方案设计 4

3.1 桥型设计方案比选 4

3.1.1 方案一：连续梁桥 4

3.1.2 方案二：连续刚构桥 4

3.1.3 方案三：单塔斜拉桥 4

3.1.4 方案比选 4

3.2 设计资料及构造布置 6

设计资料 6

3.2.1 桥梁跨径及桥宽 6

3.2.2 混凝土 6

3.2.3 钢材 6

3.2.4设计要点 6

3.3 构造布置 7

3.3.1 桥孔分跨 7

3.3.2主梁间距与片数 7

3.3.3细部尺寸 8

3.3.4横截面沿跨长的变化 8

3.3.5横隔梁的设置 8

3.4毛截面几何特性计算 9

3.4.1 计算毛截面几何特性 9

3.4.2检验截面效率指标 10

3.4.3 受压翼缘有效宽度的计算 10

第四章 Midas/Civil建模 11

4.1建模过程 11

4.1.1 设定操作环境 11

4.1.2 定义材料 11

4.1.3 建立节点 12

4.1.4 单元的建立 13

4.1.5 定义截面 13

4.1.6 定义变截面 15

4.1.7 定义变截面组 16

4.1.8 定义结构组 16

4.1.9 定义时间依存材料特性 17

4.1.10 定义边界条件以及边界组 17

4.1.11 定义荷载组 18

4.1.12 建立静力荷载工况 19

4.1.13 建立移动荷载工况 20

4.1.14 定义预应力钢束特性及布置钢束形状 21

4.1.15 设定施工阶段 22

4.2 Midas分析过程 24

4.2.1 生成荷载组合 24

4.2.2 进行PSC设计 24

第五章 主梁内力计算 27

5.1生成荷载组合 27

5.2 恒载内力计算 27

5.3 移动荷载下内力 36

5.4 温度变化引起的内力 41

5.5 荷载内力组合 44

5.5.1 按承载能力极限状态设计 44

5.5.2 按正常使用极限状态设计 46

5.5.3 计算结果 47

第六章 预应力钢束设计 54

6.1 预应力钢束的估算 54

6.2 钢束布置 62

6.2.1 钢束布置构造要求 62

6.2.2 钢束布置原则 62

6.2.3 钢束起弯角和线型的确定 63

第七章 预应力损失估算 64

7.1 基本理论 64

7.2 预应力损失计算 64

7.2.1 预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失 64

7.2.2 后张法锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 64

7.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的应力损失 65

7.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损失终极值 66

7.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 66

7.2.6 截面预应力损失合计和有效预应力 67

7.2.7 预应力损失结果表格 67

第八章 截面验算 72

8.1 承载能力验算 72

8.1.1正截面抗弯承载能力验算 72

8.1.2使用阶段正截面压应力验算 77

8.1.3使用阶段斜截面主压应力验算 80

8.2 抗裂性验算 83

8.3 施工阶段混凝土构件压应力及受拉区钢筋拉应力验算 91

8.4 挠度验算 94

8.4.1计算由荷载引起的跨中挠度 94

8.4.2结构刚度验算 95

第九章 行车道板计算 96

9.1恒载及其内力（以纵向1m宽的板条进行计算） 96

9.2车辆荷载产生的内力 96

9.3荷载组合 97

第十章 下部结构计算 98

10.1 设计资料 98

10.1.1 地质水文资料 98

10.1.2 材料及工艺 98

10.1.3 桥墩尺寸 98

10.2截面配筋计算及应力验算 99

10.2.1反力计算 99

10.2.2 配筋验算 99

10.3钻孔桩计算 101

结束语 105

致 谢 107

第一章 绪论

1.1概述

预应力混凝土连续梁桥是现在的主流桥型之一，它变形小、结构受力特性好、伸缩缝少、造型简单美观、行驶平稳舒畅、抗震能力强、养护工作少。

而对于一般钢混结构，它有比较多的缺陷：例如说裂缝出现得较早，那么就不能选择那些强度比较高的材料，必定会导致结构自重偏大，继而出现材料利用率降低、跨越能力不足等缺点。预应力混凝土结构是在第二次世界大战左右开始发展的，在那个时期，西欧许多国家在战后钢材十分稀缺，为了解决钢材产能不足的问题，许多国家当机立断，都选择采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修建和修复战后的各类建筑物。

此时，预应力混凝土构件应运而生。预应力混凝土结构的定义是，在构件承担载荷之前，预先对混凝土施加压力，以此来抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后，许多普通的钢混结构，都被其所代替。

二十世纪五十年代，预应力混凝土梁桥的跨径开始突破了一百米，到八十年代就达到了近四百五十米。在实际工程中，跨径不到四百米时，通常都会选择预应力混凝土梁桥作为最佳方案。我们国家的预应力混凝土结构发展相较其他国家稍晚，不过最近这些年取得了很大的突破。尽管预应力混凝土桥梁从第二次世界大战时期发展到现在仅仅七十余年，但是在桥梁结构的不断发展中，随着预应力科学理论越来越渐成熟以及更多预应力梁桥的成功修建，预应力混凝土结构必定在未来桥梁建设中占有相当大的比重。

在恒荷载下，连续梁因为支点处负弯矩的卸载效应，可以使跨中的正弯矩显著变小。然而，由于主梁的连续弯矩对跨中正弯矩依然存在卸载的效应，弯矩分布和受力情况都比悬臂梁要好很多。在过去，桥梁施工主要都是采用满堂支架法，使用连续梁的经济和劳动力成本都比较高。在这之后，因为悬臂施工法的快速发展，连续梁在预应力混凝土结构中得到了广泛应用。

除此之外，因为连续梁体系的不断发展，预应力混凝土连续梁桥在中等跨径的范畴内演变成了各种不同的类型，不仅在主梁、桥墩的截面形式和桥跨布置，而且在体系上都有不同程度的进步。在城市交通中，为了让城市空间得到更为充分的利用，改善交通状况，甚至已建成不少双层桥面形式的连续梁桥，这对于今后连续梁桥的发展有了更加深远的意义。

第二章 设计基础资料及设计说明

2.1设计基础资料

2.1.1 地形地貌

三峡翻坝江北高速公路位于直昌市夷陵区，沿线地势较复杂，地形起伏变化较大，总体地势具西低东高，北高南低特征。其中路线最高点位于黄花乡牛坪埋村，里程K24 060，标高879.lm，最点位于乐天溪河中，里程K7 120，标高 61.2m，相对高差达817.9m。

该地区属构造剥蚀丘陵地貌区，地形起伏较大。植被发育茂盛。处于山前斜坡地带。一侧连接冲沟，该冲沟常年流水，雨季水流较大，另一侧紧邻晓峰河，水流通过盖板涵最终汇至晓峰河。

路线西段K0 000～K23 420位处黄陵背斜核部，出露地层为前震旦系花岗岩，地形相对较为平缓，地形坡度一般25～35°，局部可达40～50°。路线东段K23 420～终点K35 938位处黄陵背斜东翼，地表出露地层主要为震旦系、 寒武系灰岩、 白云质灰岩，间夹薄层硅质页岩，地形起伏较大，地形坡度一般30～40°，冲沟切割较深，局部呈悬崖陡壁，坡度 60～80°。

2.1.2 气象

夷陵区地处中亚热带季风气候区，四季分明，雨热同季，气候温和，但由于海拔悬殊，气候垂直差异大，小区气候复杂，从南到北兼有北亚热带和暖温带的特点。夷陵区年平均气温为16.7℃；年平均雨量1101.1mm，月最大雨量425.6mm, 日最大雨量166.60mm，降雨多集中于每年5-9月份，一般占年降水量的64-80%，潮湿系数0.89，年平均日照时数1656.1小时，太阳年平均辐射总量98-103千卡/cm2，年平均无霜期为277天；年极端最高气温40.50℃，年极端最低气温-12℃。历年最多风向为北东和南西-南风，季风以偏北风为主，平均风速1.20m/s，基本风压0.25kPa。全年最热出现在7月，最冷月出现在1月。秋季降温早，气温升降反复无常，入冬时间正常。

2.1.3 水文地质条件

（1）地表水：调查区地表水主要有乐天溪、 下岸溪、 莲沱河、晓峰河、雾渡河等河流， 均属长江水系，大多呈近南北向展布， 最后汇入长江。上述河流为典型的山区溪流， 具暴涨、暴落的特点， 河 床构成当地最低侵蚀基准面。

（2）地下水：调查区地下水总体上较不发育，根据含水介质的性质、地下水赋存条件和水动力特性不同，调查区一带分布的地下水可划分为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水、 岩溶水兰大类 。