摘 要

本次毕业设计题目为（55 95 55）m预应力混凝土连续梁桥施工图设计。经过多种方案对比，连续梁桥凭借着其诸多优点，像结构刚度高、成本低、变形小等优点，在中小跨径桥梁设计中具有较强的竞争力。

本次设计施工方法为悬臂浇筑法，主梁采用变截面箱梁，选用15m高圆端形墩，根据实际地质条件选用端承桩作为基础。

首先，根据工程经验及构造要求，拟定支点及跨中截面尺寸。确定截面形状，利用MIDAS/Civil建立有限元模型并分析。其次在拟定荷载等级下，估算预应力钢筋的数量并设计其形状。最后进行预应力荷载的添加，进行桥梁PSC设计验算。为使模拟结果更加准确，设计中考虑了温度变化、支座沉降及混凝土收缩徐变及预应力损失的影响，进行相关次内力分析。完成上述工作之后，完成了下部结构的设计计算。

经过分析及验算，本次设计能够满足设计规范要求；有限元模型建立正确，计算无误，内力结果符合连续梁桥的力学特性，完成毕业设计要求。

关键词：有限元建模；连续箱梁桥；预应力；悬臂浇筑；结构分析

Abstract

The Graduation Design topic is (55 95 55) m prestressed concrete continuous beam construction drawing design. After a variety of scheme comparison, continuous beam bridge has many advantages, such as high structural stiffness, low cost, small deformation and other advantages, in the design of small and medium-sized span bridge has a strong competitiveness.

The bridge will be built with cantilever construction method, the main beam adopts variable section box girder, selects 15m round-end pier, selects the end bearing pile according to the actual geological condition as the foundation.

First of all, according to engineering experience and construction requirements, draw up pivot and cross-sectional dimensions. The section shape was determined, and the finite element model was established and analyzed by MIDAS/Civil. Secondly, the number of prestressed steel bars is estimated and their shape is designed under the proposed load level. Finally, the prestressed load is added and the design of the bridge PSC is checked. The influence of temperature change, bearing settlement, concrete shrinkage creep and prestress loss is considered in the design, and the related secondary internal force analysis is carried out. After that, the design calculation of the substructure is completed.

After analysis and calculation, the design can meet the requirements of the design specification, the finite element model is established correctly, the calculation is correct, and the internal force result conforms to the mechanical properties of the continuous beam bridge, so as to complete the graduation design requirements.

Key words : Finite element modeling; continuous box girder bridge; prestress; cantilever pouring; Structural analysis

目 录

第1章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 设计的任务及要求 2

1.2.1 设计背景 2

1.2.2 设计的主要内容 2

1.2.3 完成的主要任务 2

1.3 毕业设计的目的与意义 3

第2章 桥梁方案设计及比选 4

2.1 初始设计资料 4

2.1.1 桥位及水文、地质情况 4

2.1.2 技术标准 5

2.1.3 主要设计规范及依据 6

2.2 方案设计 6

2.2.1 方案一：55m 95m 55m预应力混凝土连续箱梁桥 6

2.2.2 方案二：5×40m装配式预应力混凝土连续箱梁桥 8

2.2.3 方案三：205m钢筋混凝土拱桥 8

2.3 桥型方案比选 9

第3章 桥梁总体布置及尺寸 11

3.1 主要材料 11

3.1.1 钢材 11

3.1.2 混凝土 11

3.1.3 其他材料 11

3.2 桥跨布置 11

3.3 上部结构尺寸拟定 12

3.3.1 顺桥向主梁尺寸拟定 12

3.3.2 横桥向主梁尺寸拟定 15

3.4 下部结构尺寸拟定 17

3.4.1 墩身尺寸拟定 17

3.4.2 桩基础尺寸拟定 17

3.4.3 承台尺寸拟定 17

3.5 施工方案的确定 18

3.5.1 施工主要流程 19

3.5.2 施工要点及注意事项 20

第4章 MIDAS有限元建模 22

4.1 模型简化说明 22

4.2 模型参数 22

4.3 建模过程 23

4.3.1 材料的定义 23

4.3.2 截面的定义 23

4.3.3 节点、单元的建立 23

4.3.4 变截面组的定义 23

4.3.5 时间依存材料的定义 25

4.3.6 边界条件及边界组的定义 25

4.3.7 荷载及荷载组的定义 29

4.3.8 其他荷载工况的定义 33

4.3.9 施工阶段的定义 33

4.4 有限元模型分析过程 34

4.4.1 生成荷载组合 34

4.4.2 模型运行结果的初步判断 34

4.4.3 PSC设计 35

第5章 结构内力分析 37

5.1 恒载内力分析 37

5.2 活载内力分析 37

5.2.1 特征值分析 37

5.2.2 冲击系数及折减系数 40

5.2.3 活载内力 40

5.3 内力组合分析 41

5.3.1 作用分类 41

5.3.2 作用组合 41

第6章 预应力钢束设计及预应力损失计算 44

6.1 预应力钢束估算 44

6.1.1 估束手算原理及方法 44

6.1.2 MIDAS电算结果 45

6.2 预应力钢束的布置 47

6.3 预应力损失 49

6.3.1 预应力钢筋与管道壁之间的摩擦 49

6.3.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩 49

6.3.3 预应力钢筋与台座之间的温差 50

6.3.4 混凝土的弹性压缩 50

6.3.5 预应力钢筋的应力松弛 51

6.3.6 混凝土的收缩徐变 51

6.3.7 预应力损失计算结果 52

第7章 次内力计算 59

7.1 预应力次内力 59

7.2 温度次内力 60

7.3 支座沉降次内力 61

7.4 混凝土收缩徐变次内力 62

第8章 主要截面PSC验算 66

8.1 正常使用极限状态截面验算 66

8.1.1 使用阶段正截面抗裂验算 66

8.1.2 使用阶段斜截面抗裂验算 67

8.1.3 挠度验算 69

8.2 承载能力极限状态截面验算 69

8.2.1 正截面抗弯验算 69

8.2.2 斜截面抗剪验算 71

8.3 持久状况和短暂状况的应力验算 74

8.3.1 施工阶段正截面法向应力验算 74

8.3.2 使用阶段正截面压应力验算 76

8.3.3 使用阶段斜截面主压应力验算 77

8.3.4 受拉区钢筋拉应力验算 79

第9章 下部结构计算 81

9.1 桥墩计算 81

9.1.1 荷载计算 81

9.1.2 配筋计算与复核 83

9.2 桩基计算 86

9.2.1 桩根数及平面布置 86

9.2.2 桩基础内力计算 88

9.2.3 桩身配筋及复核 94

总 结 97

参考文献 98

致 谢 100

绪论

概述

连续梁桥结构体系具有诸多优点，包括造型简洁美观、结构刚度好、养护工程量小、行车平顺舒适、变形小、伸缩缝少、抗震性能强、有利于高速行车等。，连续梁桥与简支梁桥相比，跨中正弯矩显著减小，这得益于荷载作用下，由于连续梁在支点处产生负弯矩，从而正弯矩相应减小；其内力分布状态比较均匀合理。与同跨简支梁桥相比，截面尺寸小，重量轻，节省材料。得益于施工方法的不断进步，连续梁桥不仅仅局限于满堂支架法现浇施工，而可以更多的根据地形地貌等因素采取如悬臂浇筑，悬臂拼装，顶推法等施工工艺。

我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥。至今已有将近70年的历史，特别是在近30年来发展迅速，预应力混凝土梁桥的设计与施工技术都上了一个新台阶，桥梁的设计在力学更加合理，同时逐渐朝着美学水平越来越高，也成为新发展趋势不断重要；得益于计算技术发展，结构分析更加准确；试验研究更加严谨；找到了更加性能好的预应力材料研究出先进工艺设备、施工工艺在日渐经验积累中不断发展。