摘 要

本次毕业设计以武汉市三环线野芷湖立交J匝道第4联为背景，进行3跨预应力混凝土连续箱梁桥施工图设计。进行施工图设计的主要内容包括：

1、拟定桥梁上部结构和下部结构尺寸，确定施工方法。

2、运用Midas/civil有限元软件建立桥梁有限元模型，进行结构内力分析计算，内容包括恒载和活载内力计算。

3、通过模型进行预应力筋配置和预应力损失计算。

4、进行结构温度、基础沉降、预应力和收缩徐变等次内力计算。

5、上部结构强度、应力、裂缝和刚度等项目验算。

6、下部结构设计、分析和验算。

7、编制设计计算说明书。

8、绘制结构主要施工图。

关键词：连续梁；预应力混凝土；有限元模型；内力分析计算；验算

Abstract

The graduation design is based on the 4th connection of J ramp of Yezhihu Interchange on the third Ring Line of Wuhan City. The construction drawing of 3-span prestressed concrete continuous box girder bridge is designed. The main contents of the construction drawing design include:

1. Draw up the size of the superstructure and substructure of the bridge and determine the construction method.

2. The finite element model of bridge is established by using Midas/civil finite element software, and the internal force of structure is analyzed and calculated, including dead load and live load internal force calculation.

3. The prestressing tendons configuration and prestress loss are calculated by the model.

4. Calculate the internal forces, such as structure temperature, foundation settlement, prestress and shrinkage and creep.

5, the superstructure strength, stress, cracks and stiffness and other items checking computations.

6. Substructure design, analysis and checking calculation.

7. Compile the design calculation specification.

8. Draw the main construction drawing.

Keywords: Continuous beam; Prestressed concrete; Finite element model; Internal force analysis and calculation; Checking calculation

目录

第1章 绪论 1

1.1 桥梁类型及特点 1

1.2 设计主要要求 1

1.3 设计内容及成果 1

1.3.1 设计内容 1

1.3.2 主要设计成果 2

第2章 桥型与结构尺寸 3

2.1 桥型的选择 3

2.2 设计概况 3

2.2.1 技术标准 3

2.2.2 材料参数 3

2.3 结构尺寸拟定 4

2.3.1 桥跨布置 4

2.3.2 主梁结构尺寸 4

2.4 施工方法确定 6

第3章 模型的建立 7

3.1建立模型 7

3.1.1设定模型操作环境 7

3.1.2材料的定义 8

3.1.3节点的建立 9

3.1.4单元的建立 10

3.1.5截面的导入 11

3.1.6变截面及变截面组的设置 12

3.1.7结构组的定义 14

3.1.8时间依存性材料的定义 15

3.1.9边界条件与边界组的定义 17

3.1.10荷载组的定义 17

3.1.11静力荷载工况的建立 18

3.1.12移动荷载工况的建立 21

3.1.13 施工阶段的定义 23

3.2 Midas分析计算 24

3.2.1荷载组合 24

3.2.1运行后的结果 25

3.2.2进行PSC设计 25

第4章 桥梁的结构内力计算 27

4.1 恒载内力计算 27

4.1.1恒载作用下的内力 27

4.1.2恒载作用下主梁内力图 28

4.2 移动荷载作用下的内力 28

4.3 支座位移作用下的内力 30

4.3.1支座位移作用下的内力 30

4.3.2支座位移作用下的内力图 31

4.4 温度作用引起的内力 33

4.4.1温度作用引起的内力 33

4.4.2温度作用下的内力图 34

4.5 荷载内力组合 35

4.6 次内力计算 36

4.6.1徐变次内力计算 36

4.6.2温度次内力计算 37

4.6.3支座位移次内力计算 38

第5章 预应力钢束的设计 40

5.1 预应力钢束面积的估算 40

5.2预应力钢束的布置 41

5.2.1预应力钢束的布置原则 41

5.2.2预应力钢束的布置 42

5.3 模拟预应力钢束 44

5.4 钢束的预应力损失 46

5.5 预应力次内力计算 47

第6章 截面验算 49

6.1正截面抗弯验算 49

6.2使用阶段正截面抗裂验算 50

6.3使用阶段正截面压应力验算 51

6.4施工阶段法向压应力验算 53

6.6桥梁挠度验算 54

第7章 桥墩内力计算 55

7.1内力计算 55

7.2配筋设计 55

7.2.1 偏心距增大系数 55

7.2.2 受压区高度系数 55

7.2.3 计算纵向钢筋面积 56

7.2.4 桥墩截面承载力验算 57

第8章 钻孔灌注桩的计算 59

8.1荷载计算 59

8.2计算桩长 59

8.3桩的内力计算 60

8.3.1 桩的计算长度b1 60

8.3.2 桩的变形系数α 60

8.4桩身截面配筋与强度验算 63

8.5墩顶水平位移的验算 65

8.5.1 桩在地面处的水平位移和转角的计算 65

8.5.2 墩顶纵向水平位移验算 66

参考文献 67

致谢 68

第1章 绪论

1.1 桥梁类型及特点

1. 梁桥：以梁的抗弯能力来承受荷载作用。
2. 拱桥：主要以拱圈以及拱肋的承压能力来承受荷载作用。
3. 刚架桥：梁与桥墩刚性连接，因为桥墩抗弯刚度的存在，使桥梁承载能力增大，刚架桥是压弯体系。
4. 斜拉桥：用拉索将主梁拉在桥塔上，以拉索的抗拉能力、桥塔的承压能力、主梁的抗弯能力来承受荷载的作用，它是一种组合体系。
5. 悬索桥：将缆索通过索塔并锚固在两岸，用吊杆连接桥面，之间设置加劲梁以减小桥面挠度，主要以缆索的抗拉能力承受荷载作用的一种组合体系。

1.2 设计主要要求

1. 综合应用有关基础课和专业课所学的知识，依照部颁相关设计规范，独立完成本毕业设计中的各项设计任务。
2. 掌握连续梁桥设计的基本原理和方法。依据设计原则和方法，考虑设计问题的条件与原因，说明材料规格、施工技术、施工方法、程序、质量控制标准等，开展桥梁结构设计。
3. 熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁专业计算软件的使用。
4. 设计计算无误，图纸清晰正确，文整说明简明扼要，条理清晰，对设计中有些问题有独特的见解。
5. 设计文件根据学校编制办法进行编排，章节编号分明，图表说明清楚，文句通顺，图纸美观，装订成册。

1.3 设计内容及成果

1.3.1 设计内容

武汉市三环线野芷湖立交J匝道第4联为3跨连续的预应力混凝土箱梁桥，跨径布置为3×30m。主梁为单箱单室截面，梁高1.7m，顶宽9.0m，底宽3.814m。设计汽车荷载：公路-Ⅰ级；设计基准期：100年。以此立交桥J4联为背景，进行施工图设计。主要包括：

1. 拟定桥梁上部结构和下部结构尺寸，确定施工方式。
2. 运用Midas/civil有限元软件建立桥梁有限元模型，进行结构内力分析计算，内容包括恒载和活载内力计算。
3. 通过模型进行预应力筋配置和预应力损失计算。
4. 进行结构温度、基础沉降、预应力和收缩徐变等次内力计算。
5. 上部结构强度、应力、裂缝和刚度等项目验算。
6. 下部结构设计、分析和验算。
7. 编制设计计算说明书。
8. 绘制结构主要施工图。

1.3.2 主要设计成果

1）查阅20篇以上的相关文献资料，完成开题报告。

2）完成设计计算说明书，包括题目、目录、中英文摘要、绪论、正文、结束语、致谢和参考文献等。

3）运用AutoCAD绘制主要施工图纸，数量不少于25张装订，装订顺序为：题目、目录、设计图纸说明书、设计图纸。图纸必须包括：

①桥型立面、平面布置图；

②主梁一般构造图；

③主梁预应力钢筋布置图；

④主梁普通钢筋布置图；

⑤桥台、桥墩一般构造图；

⑥桥台、桥墩钢筋布置图；

⑦桩基构造和钢筋布置图。

4）完成不少于2万英文（5000汉字）印刷符，且与专业相关的英文文献翻译。

第2章 桥型与结构尺寸

2.1 桥型的选择

桥型方案选择应满足适用、经济、合理、安全、美观的原则，使所确定的桥型做到方便就地取材、方便运输，利于缩减工期，减少工程造价。根据毕业设计任务书确定该桥型为预应力混凝土连续梁桥，截面形式为单箱单室。选择该桥型有如下优点：

1. 预应力混凝土有利于充分利用混凝土优良的抗压能力与钢筋的抗拉能力，提高其抗裂性能与刚度，减小荷载作用下主梁的挠度。
2. 采用连续梁使支座产生负弯矩，但是它对主梁跨中有着卸载的作用，使跨中弯矩减小，进而减缓主梁开裂。
3. 预应力混凝土连续梁桥的施工工艺相对来说比较成熟，采用该桥型利于缩短施工工期，施工质量也有所保证。

2.2 设计概况

2.2.1 技术标准

1. 设计汽车荷载：公路-Ⅰ级
2. 设计基准期：100年
3. 桥梁宽度：9米
4. 截面形式：单箱单室

2.2.2 材料参数

1）C50混凝土：用于浇筑箱梁。

2）钢绞线：纵向预应力钢束采用GB/T 5224-2003《预应力混凝土用钢绞线》标准高强度低松弛预应力混凝凝土用钢绞线，公称直径d=15.2mm，抗拉标准强度1860Mpa,锚下张拉控制力采用1395Mpa。

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