摘 要

本设计以大冶湖特大桥工程为工程背景，完成上部结构为（60.85 100 60.85）m三跨变截面预应力混凝土连续箱梁的设计，其主桥全长221.7m，宽20.5m，为单箱双室截面，主桥采用的施工方法为悬臂浇筑施工法。在结构方面，三跨连续梁属于超静定体系，其主要特点为：在恒载作用下，产生的支点负弯矩对跨中正弯矩有卸载作用，使内力状态比较均与合理，因而梁高可以减小，节省材料，且刚度大整体性能较好，构件具有较大的跨越能力。连续梁桥对基础的要求较高，因而适用于地基，地质条件较好的场所。近些年由于基础设施如火如荼的建设，连续梁桥也因上述特点及造型优美，建造难度较低等特点而被大范围的采用。本设计为大冶湖特大桥上部结构计算书，其主要内容为上部结构的设计和验算。本次设计主要使用工具为Midas/Civil有限元分析软件，它是个建立在模型基础上的运算分析的软件。本文的主要内容包括设计基础资料、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、荷载内力计算、预应力钢束设计、次内力计算、截面验算，挠度验算等，最终完成该连续梁桥的上部结构计设计。

关键词：连续箱梁桥；Midas/Civil；悬臂施工法

Abstract

This design takes Daye Lake Special Bridge project as the engineering background, completes the design of the superstructure is (60.85 100 60.85) m three cross variable section prestressed concrete continuous box girder, its main bridge is 221.7m long, wide 20.5m, is a single box double-chamber cross section, the main bridge adopts the construction method for cantilever pouring construction method. In terms of structure, the three-span continuous beam belongs to the super-static system, its main characteristics are as follows: Under the constant load, the resulting pivot negative bending moment has the unloading effect on the transverse bending moment, so that the internal force state is more and more reasonable, so the beam height can be reduced, save the material, The continuous girder bridge has higher requirements for foundation, so it is suitable for the ground and the place with good geological conditions. In recent years, due to the construction of infrastructure in full swing, continuous girder bridge has also been widely used because of the characteristics and beautiful shape, low construction difficulty and so on. This design is a calculation book of the superstructure of Daye Lake Special Bridge, the main content of which is the design and checking of the superstructure. This design mainly uses the tool as the Midas/Civil finite element analysis software, it is a software based on the model of Operation analysis. The main contents of this paper include design basic data, bridge scheme comparison, determination bridge span arrangement, structure size formulation, construction stage Division, Midas Modeling, load internal force calculation, prestressed steel beam design, sub-internal force calculation, section checking, deflection checking, etc., and finally complete the design of the superstructure meter of the continuous girder bridge.

Key word：continuous beam bridge; Midas/Civil; cantilever construction method

目 录

第一章 绪论 1

1.1 连续梁桥概述 1

1.2 毕业设计的目的和意义 2

第二章 设计基础资料及设计说明 3

2.1设计基础资料 3

2.1.1 地形地貌 3

2.1.2 气候条件 3

2.1.3 水文地质条件 3

2.1.4 工程地质条件 4

2.2设计说明 4

2.2.1 设计依据 4

2.2.2 技术标准 4

第三章 桥梁的方案设计 5

3.1 桥型设计方案比选 5

3.1.1 方案一：(60.85 100 60.85)三跨连续箱梁桥 5

3.1.2 方案二：(60.85 100 60.85)三跨连续刚构桥 5

3.1.3 方案三：(60.85 160.85)单塔斜拉桥 6

3.1.4 方案比选 7

3.2 主要材料 8

3.2.1 混凝土 8

3.2.2 钢材 8

3.3 主桥上部结构施工方案 8

3.4 桥跨总体布置 9

3.4.1 桥孔分跨 9

3.4.2 主桥施工阶段的划分 9

3.5 结构尺寸的拟定 9

3.5.1 主梁高度 9

3.5.2 细部尺寸 9

3.6 配筋的拟定 10

第四章 Midas/Civil建模 13

4.1建模过程 13

4.1.1 设定操作环境 13

4.1.2 定义材料 13

4.1.3 建立节点 14

4.1.4 单元的建立 15

4.1.5 定义截面 16

4.1.6 定义变截面 18

4.1.7 定义变截面组 18

4.1.8 定义结构组 19

4.1.9 定义时间依存材料特性 19

4.1.10 定义边界条件以及边界组 20

4.1.11 定义荷载组 21

4.1.12 建立静力荷载工况 21

4.1.13 建立移动荷载工况 23

4.1.14 定义预应力钢束特性及布置钢束形状 24

4.1.15 设定施工阶段 26

4.2 Midas分析过程 27

4.2.1 生成荷载组合 27

4.2.2 模型结果图 28

4.2.3 进行PSC设计 30

第五章 结构内力计算 32

5.1 各节点截面箱梁高度 32

5.2 恒载内力计算 33

5.2.1 结构自重下的内力 33

5.2.2 主梁内力包络图 33

5.2.3 二期恒载作用下的内力 34

5.3 移动荷载下内力 35

5.4 支座位移引起的内力 38

5.5 温度变化引起的内力 41

5.6 荷载内力组合 43

5.7 次内力计算 45

5.7.1 徐变次内力计算 45

5.7.2 温度次内力计算 45

5.7.3 支座不均匀沉降次内力计算 46

5.7.4 预应力次内力计算 46

第六章 预应力钢束设计 47

6.1 预应力钢束的估算 47

6.2 纵向预应力钢束的布置 47

6.2.1 纵向预应力钢束的布置原则 47

6.2.2 纵向预应力钢束布置 47

6.3 预应力钢束应力损失 49

6.4 有效预应力计算 54

第七章 截面验算 55

7.1 内力组合 55

7.1.1 正常使用极限状态短期效应组合 55

7.1.2 正常使用极限状态长期效应组合 55

7.1.3 承载力极限状态基本组合 56

7.1.4 弹性阶段应力组合 57

7.2 承载能力验算 57

7.2.1 正截面抗弯承载能力验算 57

7.2.2 受压区高度验算 58

7.3 抗裂性验算 59

7.4 持久状况预应力混凝土构件压应力验算 60

7.5 施工阶段混凝土构件压应力及拉应力验算 63

7.6 挠度验算 64

第八章 毕业设计总结 65

参考文献 66

致谢 66

第一章 绪论

1.1 连续梁桥概述

连续梁是一种起源较早、最常见，最适用的桥型。到工业革命之后，随着钢材、混凝土等材料的发展以及结构体系研究的深入，现代的连续梁桥在原始概念的基础上得到了极大的发展^【12】。

现代桥梁建设中连续梁桥在所有已建桥梁中占有较大的比例，是在桥梁建设首先考虑的桥型之一^【13】。

将简支梁梁体在在支点上连续就成为了连续梁桥，连续梁桥至少布置成两跨，一般布置成多跨一联^【1】。

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。

连续梁桥在上个世纪的发展，主要是预应力混凝土连续梁桥的发展。1953 年联邦德国 工程师 Ulrich Finsterwalder 在 Worms 建成了 Nibelungen Brücke，主跨114.2 米。这标志着钢 桥传统的施工方法——悬臂拼装方法在预应力混凝土上创造性的应用，从而发展出 T 型刚构。1964 年联邦德国又建成了主跨为 208 米的 Bendorf Bridge，再一次显示悬臂施工方法优势的同时，又在之前 Nibelungen Brücke 的基础上作了结构体系创新。薄型的主墩与上部连 续梁固结，形成桥跨布置为43 44.35 71 208 71 44.35 43 米，中间跨带铰的连续—刚构体系。我国自五十年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，比欧洲起步晚。但近二十年来发展迅速。如 2000 年建成的南京长江二桥北汊桥，跨径为 90 3×165 90m。 除了预应力混凝土梁外，也有钢梁、结合梁作为连续梁主梁材料。而使用高强、轻质混凝土则是连续梁发展的方向之一。1962 年建成的德国 Rheinbrücke Wiesbaden-Schierstein， 主桥跨径为 70 170 4×70 85 205 85 70 米。其70 170 70米以及85 205 85米的跨径部分使用的是钢箱梁；而引桥和中等跨度的桥跨采用的是结合梁。主桥桥墩处箱梁梁高为 6.5/7.9 米；主跨中部为 3.7/4.2 米。这座桥也是第一次采用了 2500t大型支座的桥梁^【12】。

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^【15】。

另外，由于施工技术的进步，以及对结构体系的研究，连续梁体系也在不断发展，在现代社会中，特别是在城市桥梁中涌现了许多不同类型的连续梁桥，主梁形式，材料墩台，甚至造型都有了焕然一新的改变。特别是在城市交通中，为了改善日益增加的城市交通压力，有些城市已建成不少的双层桥面形式的连续梁桥，又或结合城市景观，在外形上设计成具有现代感，艺术感的结构，这对于今后连续梁桥的发展有了更加深远的意义。

1.2 毕业设计的目的和意义

毕业设计是对本科阶段知识系统完整的考核，同时也是对自身学习能力的一次检验，也是一次专业的、独立的、系统的设计。在完成本次毕业设计的过程中，通过对所学专业知识的回顾，与实际工程案例相结合，可以把四年里学习的知识综合运用起来，达到学以致用的效果。完成毕业设计所涉及到的知识较多，大概涵盖范围有高等数学、桥梁工程、大跨度桥梁设计、混凝土结构设计原理、基础工程、结构力学、CAD绘图、桥梁结构电算等课程，还有对桥梁有关规范的查找与运用。通过此次毕业设计，能够对本科所学知识进行一个串联，完成培养计划的要求，锻炼了自身的能力，同时也在设计的过程中达到再次学习的目的。

除此之外，毕业设计也算是第一次接触工程设计计算案例，其中可以让我们更好的做到理论与实际相结合的学习，既使用了理论计算方法，最科学最优化方法，又考虑到了施工过程的实际情况。在本次设计模型的建立中，我体会到了桥梁设计施工的严谨性，设计截面的每个设计参数关乎后面验算结果的正确与否，施工阶段的先后顺序关乎内力图的正确与否，所有的一切都要求着我们要认真细心完成，切不可水水了事。唯有认真对待自己的工作，最后才会有丰硕的回报。回到此次毕业设计中，对Midas,CAD等的学习，以及对公路桥规等各式规范的查询，也对我们日后职业生涯奠定了一定的基础。总之，通过这次毕业设计，能够巩固自己的知识和专业技能，提高自己的综合能力，为今后成为一名优秀的桥梁从业者积累宝贵的经验。

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

拟建桥址位于湖北省大冶市附近，拟建特大桥跨越大冶湖湖积区及垄岗地貌，大冶湖湖区地形平坦，水域开阔。垄岗地形舒缓起伏，地面标高15~30米，相对高差小于15米，坳沟多为狭长形。岗地多辟为旱地，村舍，道路。坳沟多水田，水塘，沟渠等。线位右侧毗邻既有武九铁路，地表植被不发育，仅局部有道路可通达，交通较为不便利。

2.1.2 气候条件

　　项目所在地区属亚热带季风性湿润气候，气候温热，雨量充足，夏季多暴雨，九，十月雨量较小，常呈干旱现象。沿线年平均降雨量为1390mm~1450mm之间，年最大降雨量为2165mm~2503mm之间。24小时最大降雨量为260.9mm（1953年9月3日），年均无霜期为261天左右。大冶湖区。，夏季炎热。年平均气温为16.9°C,极端最高气温40.1°C，极端最低温度-10°C。春季主要是东风，夏季多东南风，球季多西南风，冬季多西北风，汛期最大风速为14~18m/s，瞬时最大风速可达20m/s。

2.1.3 水文地质条件

桥址区地表水发育，大冶湖水面标高介于15.5~18.5m，常年有水，河水流向从西至东。

地下水为第四系孔隙潜水及基岩裂隙承压水，第四系空隙潜水主要赋存于细砂及细（角）圆砾土层中，主要受地表湖水补给，水量较丰。基岩裂隙承压水主要赋存于泥质砾岩，含砾砂岩及角砾岩全~中风化岩层中，主要受上层孔隙潜水及地下径流补给水量较丰。第四系孔隙潜水基岩裂隙承压水与湖水及区域承压水体联系密切，互相补给勘察期间测得混合地下水位埋深0.73~7.9m，高程12.46~15.1m。地下水位升降变化较大，年变幅2~6m,设计时应予以考虑。

根据水质分析结果，按《公路工程地质勘察规范》（JTG-C20-2015）判定：地表水对混凝土结构具有弱蚀性，对钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性。地下水对混凝土结构具微腐蚀性，对钢凝土结构中钢筋具有微腐蚀性。

2.1.4 工程地质条件

　　根据勘察揭示，场区的岩土层按其成因分类主要有：第四系人工填土层（Q4ml）,素填土；第四系全新统冲洪积层（Q4al pl）粉质粘土，细砂，细角砾土，细圆砾土；下伏为第三系（Exn）泥质砂岩，角砾岩。

2.2设计说明

2.2.1 设计依据

《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）

《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）

　　《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2017）

《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2017）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2018）

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