郁江大桥上部结构设计与计算分析毕业论文

2020-04-08 12:34:42

摘要

本毕业设计主要是湖北省恩施市郁江大桥的上部结构的设计，此桥位区地势平坦。郁江两岸均有公路通往桥位区，交通比较方便，便于施工。

本桥桥型布置为56 94 56m三跨变截面连续箱梁，采用悬臂挂篮浇筑的施工方法。桥长212.4m，桥位位于直线上。此桥属于公路桥梁类型，道路类型及其级别为高速公路，且上下行车道采取分离式布置，即桥梁分为左右两幅，单幅单向行车，在设计中桥宽为以中间分隔带中线为界的一半，其值为12.25m。桥面横坡为单向2％，桥面纵坡为0％，即为平坡。主桥通航净空满足14m×60m。

设计过程中，通过分析桥梁结构在使用过程中的恒载及活载作用，考虑不同的荷载安全系数进行荷载组合，估算钢束的计算内力为极限状态的两种内力组合结果。估算出各截面的钢束后，把钢束按照一定要求布置好，考虑预应力作用的情况下重新模拟施工，进行作用的第二次组合，以进行施工及使用过程中的截面应力验算、强度验算及变形验算。各项验算均满足要求且设计合理，则设计通过。为提高设计效率及准确度，设计中我采用Midas软件进行计算，并充分利用了CAD、Word、Excel等办公软件来整理设计文件。

关键词: 预应力混凝土；连续箱梁；悬臂浇筑

Abstract

The design of this graduation project is mainly the design of the superstructure of the Yujiang bridge in Enshi, Hubei province. This bridge has a flat terrain. There are roads leading to the bridge position on both sides of the river. The traffic is convenient and convenient for construction.

The bridge is arranged as 56 94 56m continuous box girder with three span variable cross section and the construction method of cantilever hanging basket is adopted. The bridge is 212.4m long and is located in a straight line. This bridge belongs to highway bridge type, the road type and its grade are highway, and the upper and lower carriageways are arranged separately, that is, the bridge is divided into left and right two pieces, single one-way driving, and the width of the bridge in the design is half that of the middle line of the intermediate separation belt. Its value is 12.25m. The transverse slope of the deck is one-way 2 and the longitudinal slope of the deck is 0, that is, the flat slope. The clearance capacity of the main bridge is 14m ×60m.

In the design process, by analyzing the dead load and the live load action of the bridge structure, considering the different load safety factors, the combined results of two kinds of internal forces are estimated. After estimating the steel strands of each section, the steel strands are arranged according to certain requirements, the construction is resimulated under the condition of considering the prestressing force, and the second combination of the actions is carried out to check the cross-section stress in the process of construction and use. Strength check and deformation check. Each checking calculation meets the requirements and the design is reasonable, then the design passes. In order to improve the efficiency and accuracy of design, I use Midas software in the design. Line calculation, and make full use of the CAD word Excel and other office software to organize the design documents.

Keywords : pre - stressed concrete; continuous box girder; cast-in-cantilever

第1章绪论 1

1.1预应力混凝土连续梁桥概述 1

1.2毕业设计的目的与意义 3

第2章桥跨总体布置及结构尺寸拟定 4

2.1 设计标准 4

2.1.1 荷载等级 4

2.1.2 采用的规范及强制性条文执行情况 4

2.2 主要材料 4

2.2.1 混凝土 4

2.2.2预应力钢材 5

2.2.3普通钢筋 5

2.2.4其他材料 5

2.3桥孔分跨 5

2.3.1 截面形式 6

2.3.2 梁高 6

2.3.3 细部尺寸 6

第3章内力计算与荷载组合 10

3.1 有限元分段 10

3.2 全桥施工阶段 10

3.2.1 主跨施工分段 10

3.2.2 全桥施工 11

3.3 结构混凝土毛截面特性计算 19

3.4 活载内力计算 20

3.5 荷载组合 22

第4章配筋设计 27

4.1 钢束估算 27

4.2 预应力钢束的布置 29

4.2.1 钢束数确定 29

4.2.2 布置原则 30

第5章预应力损失计算 32

第6章结构验算 43

6.1 持久状况承载能力极限状态验算结果 43

6.1.1 正截面抗弯强度验算 43

6.1.2 斜截面抗剪强度验算 44

6.2 持久状况正常使用极限状态应力验算 44

6.2.1 正截面抗裂验算 44

6.2.2 斜截面抗裂验算 45

6.3 持久状况构件应力验算结果 46

6.3.1 正截面混凝土法向压应力验算 46

6.3.2正截面受拉区钢筋拉应力验算 47

6.3.3斜截面混凝土的主压应力验算 49

6.4 短暂状况构件应力验算结果 50

6.5 变形验算 50

参考文献 52

致谢 53

第1章绪论

1.1预应力混凝土连续梁桥概述

预应力混凝土连续梁桥是现在最富有竞争力的主要桥型之一的原因是其受力性能良好，伸缩缝相对较少，变形很小，行车平稳舒服，外形简约美观。

过早地出现裂缝，自重很大，不能使用高强度材料，跨越能力比较低等这些缺点是传统普通预应力混凝土结构所存在的，从而桥梁的跨越能力很差，并且使得材料的利用率偏低。然而，总会存在一些敢于创新的人不满足于现状，他们认为桥梁应该有更大的发展空间，应该有更大的跨越能力，于是在他们不断地探索与实践下，发现了预应力在桥梁方面有重大作用，从而发明了预应力钢筋混凝土结构，很好地解决了以上传统普通钢筋混凝土结构存在的缺点。其实预应力这东西在人类很久之前就运用在生活中的各方面了，比如说装水的木桶是由铁箍或者竹箍套紧桶壁组成的，这样装的水才不会漏出来。还有我们生活中用的各种膜结构也是运用了预应力这一原理，所以我们对预应力并不陌生。预应力在桥梁方面的应用就是预应力混凝土结构，所谓的预应力混凝土结构就是给普通的混凝土结构提前施加一个压力，用施加的这个力来抵消对混凝土结构不利的力，即自重产生的拉应力，人们对钢筋进行提前张拉，然后放在混凝土结构中去，让钢筋对结构产生压力，从而实现对混凝土的预压，这就是钢筋预应力混凝土结构。预应力结构的产生无疑开辟了桥梁界一片新的天地，跨度较大的桥梁基本上都运用了预应力混凝土结构，取代了传统的普通钢筋混凝土结构。

二战以后，许多西欧国家破坏严重，重建家园存为他们的首要任务，恢复国内的交通也是重中之重，以前他们都是以钢结构为主的建筑，但是战后的他们是极度缺少钢材的。迫于无奈他们只能采用其他的解决方法，于是他们纷纷开始采用预应力混凝土结构，在他们的实际运用中渐渐认识到预应力混凝土结构的优势并且还不断地完善了此结构。因此，预应力结构开始蓬勃发展，20世纪50年代，跨度超越100米的预应力混凝土桥梁已经产生了，于是各个国家不断效仿和突破，到80年代则达到440米，至此后预应力混凝土结构成为了大跨度桥梁的主流之一。

对于预应力混凝土结构在我国的发展那是极其迅猛，虽然预应力结构在我国起步得较晚，但是中国人的学习能力是不容小觑的，既然让我们知道了如何运用预应力结构这一原理，那么我们的突破能力是极其强的，并且有那么多欧洲国家给我们打了头阵，我们运用起来就是少了很多后顾之忧。近年来，我国的桥梁水平已经走在了世界的最前端，其中较大部分都是运用了预应力混凝土结构。

预应力混凝土桥梁的发展还不到80年，就已经有了很大成果，而且以钢筋预应力混凝土结构为主，若是以后我们能找出比钢筋更好的预应力材料，那么预应力混凝凝土结构的发展空间是不是会更大呢。我想在各个领域不断地发展下，预应力结构的运用也会越来广泛和重要。

连续梁桥是常见的一种超静定结构，其在工程中也颇受青睐，很多城市高架桥和铁路桥都采用连续梁桥。连续梁桥与简支梁桥有很多的不同之处，比如前者在中间桥墩墩顶处是连续的结构，没有断开，而后者正好相反是断开的，结构没有连续。从结构受力上来讲，连续梁更像一个整体，各跨结构共同受力，共同变形，所以变形是连续的，这样使得结构的恒载内力大大降低，结构刚度显著增强。在承受活载作用方面连续梁桥也比简支梁桥存在很大的优势。连续梁桥的分类方法有很多，在这里就按连续梁桥的构造形式进行分类，可以分为：等截面连续梁桥、变截面连续梁桥、连续钢构桥、v形墩连续梁桥、双柱式连续梁桥以及组合结构连续梁桥。

等截面连续梁桥：顾名思义，就是桥梁的各点的横截面都一样，但实际应用中却有点出入，由于结构的梁端、支座处为了受力的需要和锚固钢筋的需要，需要对截面内部尺寸进行修改，所以等截面只是外部轮廓保持不变，即梁高没有变化，截面内部还是有一些变化的。这类结构的优点是构造简单，施工方便，特别是模板很好制作。在我国的一些著名的桥梁中采用等截面连续梁的有东海大桥、杭州湾大桥、青岛海大桥。

变截面连续梁桥：顾名思义，就是桥梁的截面是随着桥长变化的。截面的变化主要是梁高在变化，而梁高的变化也是有一定规律的，一般的变化规律有斜直线、圆弧线以及抛物线，其中抛物线是运用得最多的，这是因为连续梁的弯矩变化和二次抛物线的变化规律极其相似。至于为什么把连续梁设计为变截面，是因为有以下几点原因：1.支点截面弯矩比跨中截面弯矩大很多，采用变截面是为了适应弯矩的变化；2.大跨度连续梁桥一般采用悬臂施工法，在施工的过程中，其内力变化也是从支点向跨中逐渐减小，这样一来截面变化规律与施工内力状态吻合；3.采用有支架和预制装配施工的大桥，截面变化规律由梁的内力决定。变截面连续梁的主要优点有很大程度上节省了混凝土，增加了桥下的净空，有利于通航。

双臂墩式连续梁桥：顾名思义，就是当连续梁桥的桥墩采用双臂式时则称为双臂式连续梁桥。常见的有V形墩、Y形墩以及X形墩，最典型的是双柱式桥墩。与单墩的连续梁相比，双臂式连续梁有以下几点优势：1.很大程度增大呢桥墩的抗弯强度，有利于桥墩的稳定性；2.上部结构的计算跨径会得到很大程度的缩减，并且降低了梁高，支点处的弯矩得到有效的减小，并且墩顶处负弯矩的峰值不再存在；3。可以有效地降低桥面高程，使得纵坡平缓，桥型结构美观；4.当使用悬臂施工时，可以提供一定的抗倾覆能力，墩梁固结也会相对简单一些。

预应力混凝土连续梁桥的施工方法主要有：支架就地浇注施工、逐跨浇注施工法、悬臂浇注施工法A（先合龙边跨，再合龙中跨）、悬臂浇注施工法B（先合龙中跨，再合龙边跨）。在这四种施工方法下相同结构的内力变化是有很大区别的，前面两个都是支架浇注法，但是前者的施工比较麻烦，支架较多，费时费力，但比较稳妥；而后者支架相对来说较少，节省了材料，但受力状态没有前者好。后面两种施工方法都是悬臂施工，只是对合龙的顺序不一样，其受力情况也自然不一样，在实际工程中看情况而定，但一般先合龙中跨再合龙边跨。

1.2毕业设计的目的与意义

首先，在做整个毕业设计的过程中，需要我们运用到大学四年所学的各门基础课和专业课知识，这样我们又巩固了大学四年的所学，为毕业后参加工作打下良好的理论基础；其次，在做毕业设计的过程中我们要用到一些软件，比如WPS文字、Midas、WPS表格、CAD等软件，从完全不会使用到熟练使用这一过程有效地提高了我们的独立式思考和动手解决问题的能力，为以后工作打下良好的动手操作基础。

1.理论意义

预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，它具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。加上这种桥型的设计施工均较成熟，施工质量和施工工期能得到控制，成桥后养护工作量小。预应力混凝土连续梁的适用范围一般在150m以内，上述种种因素使得这种桥型在公路、城市和铁路桥梁工程中得到广泛采用。本次设计主要研究的桥型是连续梁桥，对于跨径较大的连续梁桥，随着跨径的增大，采用变截面设计，显得经济合理。由于连续梁的支点截面负弯矩大于跨中截面正弯矩，因此采用支点梁高大于跨中梁高的变截面形式，这样有利于抵抗支座截面较大的剪力，减小跨中梁高，减轻梁的自重和自重弯矩，达到节省材料和充分发挥材料性能的目的。采用支点梁高大于跨中梁高的变截面形式，使得梁高的变化规律与连续梁的弯矩图变化规律相一致；减小跨中梁高，有利于减小结构自重产生的弯矩、剪力；增大支座截面梁高，还有利于抵抗支座截面较大的剪力，与变截面连续梁相比，变截面连续梁可适用于较大的跨径。

2.实际意义

通过本次设计，能很好的巩固大学四年来所学的各个方面的知识，培养自己动手，自己思考的能力，并能将所学的书本知识很好的联系到实际的设计操作中去，为以后走向工作岗位奠定良好的实践基础。

第2章桥跨总体布置及结构尺寸拟定

2.1 设计标准

2.1.1 荷载等级