摘 要

预应力混凝土连续刚构桥是一种具有悬臂受力特点的墩梁固结梁式桥,且随墩高的增加，薄壁桥墩对上部结构的嵌固作用越来越小，直到退化为柔性桥墩。连续刚构桥拥有整体性能好与抗震性能好、变形小、刚度大，尤其是主梁变形挠曲线平缓,行车的舒适性佳，桥面的伸缩缝少等优点，具有非常广泛的应用。

本次毕业设计中，我们需掌握预应力混凝土连续刚构（梁）桥的受力特点、设计方法、计算方法、施工方法，并熟悉相应设计规范及结构构造要求。杨婆大桥是74 132 74m的公路预应力混凝土连续刚构桥，利用Midas civil有限元软件和Auto CAD等对其上部结构进行设计，拟定支点处和跨中截面尺寸，在拟定的荷载等级下，通过计算进行预应力钢束的配置，并进行各项验算。经过3个月的努力，我们建立了桥梁的Midas civil有限元模型，绘制45张两阶段施工图，并撰写计算书，较圆满地完成了本桥梁的设计分析。

关键词：连续刚构桥；Midas civil有限元软件；Auto CAD；计算书

Abstract

Prestressed concrete continuous rigid frame bridge is a kind of reinforced beam bridge with cantilever force. With the increase of pier height, the embedded effect of thin-walled pier on superstructure becomes less and less, until it degenerates to flexible pier. Continuous rigid frame bridge has the advantages of good overall performance and good seismic performance, small deformation, large stiffness, especially the smooth deflection curve of the main beam, good driving comfort, less expansion joints of the bridge deck and so on.

In this graduation design, we need to master the stress characteristics of the prestressed concrete continuous rigid frame (beam) bridge, design method, calculation method, construction method, and be familiar with the corresponding design specifications and structural requirements. Yang Po bridge is a 74 132 74m highway prestressed concrete continuous rigid frame bridge, using the Midas civil finite element software and Auto CAD and so on. The superstructure is designed and the size of the pivot and cross section is drawn up. Under the proposed load grade, the configuration of the prestressed steel beam is calculated and checked. After 3 months of effort, we set up the Mid of the bridge. As civil finite element model, 45 two-stage construction drawings are drawn, and the calculation book is written. The design and analysis of the bridge are completed satisfactorily.

Key words: continuous rigid frame bridge; Midas civil finite element software; Auto CAD; calculation sheet.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 预应力混凝土连续刚构桥概述 1

1.2 本桥式结构的特点 2

1.2.1 设计特点 2

1.2.2 受力特点 2

1.2.3 构造特点 2

1.2.4 施工工艺方法 3

1.3 毕业设计的目的和意义 3

1.4 毕业设计主要内容 3

第2章 结构初步设计 5

2.1 设计概述 5

2.1.1主要技术指标 5

2.1.2 材料规格 5

2.1.3 设计规范 6

2.2 桥梁总体布置及结构主要尺寸 6

2.2.1 立面布置 6

2.2.2 横截面尺寸拟定 7

2.3 主梁和桥墩的施工分段 8

2.4 施工注意事项 10

第3章 主梁内力计算 12

3.1 MIDAS模型建立 12

3.1.1 计算单元的划分 12

3.1.2 荷载信息 12

3.1.3 施工顺序设计 13

3.2 恒载内力计算 13

3.2.1 毛截面几何特性 14

3.2.2 恒载内力计算 15

3.3 活载内力计算 18

3.3.1 计算方法 18

3.3.2 设计荷载 18

3.3.3 计算公式 18

3.4 恒活载内力短期效应组合 21

第4章 预应力钢束的估算与布置 24

4.1 预应力筋的估算方法 24

4.2 预应力筋的估算 25

4.3 预应力筋的布置 27

第5章 预应力损失及有效预应力计算 29

5.1 预应力损失计算原理 29

5.1.1 管道摩阻损失的计算 29

5.1.2 锚头变形损失计算 29

5.1.3 弹性压缩损失的计算 29

5.1.4 钢筋松弛损失 30

5.1.5 混凝土收缩徐变损失 30

5.2 有效预应力值计算 30

第6章 次内力计算 35

6.1 收缩、徐变次内力 35

6.2 预加力引起的次内力 38

6.2.1 预加力次内力计算原理——等效荷载 38

6.2.2 先期预应力束产生的徐变次内力 40

6.2.3 后期预应力束产生的弹性次内力 40

6.3 温度次内力 42

6.3.1 温度场对于预应力混凝土连续梁的影响 42

6.3.2 温度场 42

6.3.3 温差作用效应计算原理 43

6.3.4 整体温度变化 44

6.3.5 温度梯度 45

6.4 支座不均匀沉降引起的次内力 47

第7章 截面验算 50

7.1 内力组合与截面验算 50

7.2 正截面抗弯承载力计算 51

7.3 正常使用极限状态计算 55

7.3.1 使用阶段正截面抗裂验算 56

7.3.2 使用阶段斜截面抗裂验算 58

7.4 持久状况和短暂状况构件的应力计算 61

7.4.1 使用阶段正截面压应力验算 61

7.4.2 使用阶段斜截面主压应力验算 63

7.4.3 施工阶段正截面法向应力验算 65

7.4.4 受拉区钢筋的拉应力验算 68

第8章 主要工程数量估算 71

第9章 总结和讨论 72

致谢 73

参考文献 74

第1章 绪论

1.1 预应力混凝土连续刚构桥概述

国外开始修建预应力混凝土连续刚构桥的时间相对国内要早一点。经过不断地探索和实践，不仅创新了更具优势的悬臂施工方法，并在结构上进行了创新，将薄壁主墩与连续梁固结，从而形成带铰了连续刚构体系。而该桥梁建设水平在1985年又有了显著的发展提高，澳大利亚采用了双薄壁墩技术，并取用单室箱梁和强度较高的C50 混凝土来建造门道桥，大大提升了桥梁跨径并保持了12年得世界纪录。之后挪威等国家相继建造了一些大跨径连续刚构桥，具体如下表：

表1.1 国外预应力混凝土连续刚构桥

国内连续刚构桥建设起步较晚，1990年建成的广州洛溪大桥是国内第一座大跨径连续刚构桥。但九十年代后，桥梁建设发展迅速并连续建造了几座大跨径连续刚构桥，不断地把连续刚构桥建设推向新的高度，并且2006年建成的重庆长江大桥复线桥主跨跨径高达330m，跃居世界第一 。而随着这些年西部大开发战略的实施，西部深沟险壑地区出现了越来越多的高等级公路，意味着将建造更多大跨径的连续刚构桥，发展趋势渐好。表1.2为近些年国内建造的连续刚构桥：

表1.2 国内连续刚构桥

1.2 本桥式结构的特点

1.2.1 设计特点

预应力混凝土连续刚构桥的设计步骤：

2. 根据经验公式和相关规范初步拟定立箱梁跨中截面和支点截面尺寸，在Midas civil中创建相应模型并模拟实际的施工步骤，并按照桥梁实际的受力和约束条件施加相应的荷载和边界条件，利用软件计算得到恒载、活载和附加恒载产生的内力之和。

3）在Midas civil软件中生成活载最不利布置时的短期效应组合下的弯矩包络图，利用模型中各截面的最大和最小弯矩和截面特性值，按照相关公式来计算预应力钢束的大概数量。