摘 要

本次毕业设计任务是南京市江北滨江大道（浦口新城段）桥梁工程第四联为预应力混凝土变截面连续箱梁，跨径布置为54 90 54m，主梁为箱形预应力混凝土结构；设计汽车荷载：公路-Ⅰ级。

上部结构连续箱梁的边跨直线段采用膺架现浇施工，0号节段采用墩旁临时支墩现浇施工，合拢段采用吊架浇筑施工，悬臂节段采用挂篮悬臂施工，不需要搭设支架和采用大型起重机械。其优点是结构轻，拼装简单，不受桥高和河深的影响。上部结构采用Midas/civil进行建模，通过模型进行结构的内力分析与计算，结构更加精确可靠。

下部结构由桥墩，承台，钻孔灌注桩组成。下部结构桩基较长，主要依靠侧摩阻力和端摩阻力承受荷载。

本次设计的变截面连续箱梁桥中跨跨径为90m，属于跨径较大的连续箱梁桥，在内力计算过程中各种恒载、活载、温度、支座沉降、收缩徐变及预应力引起的内力较大，导致支座的承载力更大。

关键词：变截面连续箱梁；Midas/civil；悬臂挂篮

Abstract

The graduation design task is the fourth joint of the bridge project of Jiangbei Binjiang Avenue (Pukou New City Section) in Nanjing, which is a prestressed concrete variable-section continuous box girder with a span of 54 90 54m. The main beam is a box-shaped prestressed concrete structure; Design car load: Highway - Class I.

The straight section of the continuous box girder of the superstructure adopts the truss cast-in-place construction. The No. 0 section adopts the cast-in-place temporary pier support construction, the closed section adopts the hanger pouring construction, and the cantilever section adopts the hanging basket cantilever construction,there is no need to set up brackets and use large lifting appliances.The advantage is that the structure is light and the assembly is simple, and is not affected by the bridge height and the river depth. The superstructure is modeled by Midas/civil, and the internal force analysis and calculation of the structure is carried out by the model, and the structure is more accurate and reliable.

The lower structure consists of a pier, a cap, and a bored pile. The pile foundation of the lower structure is long, and it mainly relies on the side friction resistance and the end friction resistance to bear the load.

The designed cross-section continuous box girder bridge has a span span of 90m and belongs to a continuous box girder bridge with large span. During the calculation of internal force, various dead loads, live loads, temperature, support settlement, shrinkage and creep And the internal force caused by the prestressing is large, resulting in a larger bearing capacity of the bearing.

Key words: variable section continuous box girder; Midas/civil; cantilever hanging basket

目录

第一章 设计原始资料 1

1.1 工程地质条件 1

1.2 设计依据 1

第二章 方案比选 2

2.1 简支小箱梁 2

2.1.1 桥型介绍 2

2.1.2 适用范围 2

2.1.3 施工方案 2

2.2 先简支后连续T梁 3

2.2.1 桥型介绍 3

2.2.2 适用范围 3

2.2.3 施工方案 3

2.3 变截面连续箱梁桥（推荐方案） 3

2.3.1 桥型介绍 3

2.3.2 适用范围 4

2.3.3 施工方案 4

2.4 方案比较 4

第三章 桥梁结构尺寸拟定和施工方法 6

3.1  桥梁尺寸拟定 6

3.1.1 桥型布置与构造 6

3.1.2 截面构造 6

3.1.3 截面梁高 7

3.1.4 结构的细部尺寸 7

3.2 主梁节段划分 8

3.2.1 主梁划分原则 8

3.2.2 主梁具体划分 8

3.2.3 桥梁施工方法 8

3.3 主桥上部结构施工方法 9

第四章 建模过程 10

4.1 概 要 10

4.2 设定建模环境 10

4.3 定义材料和截面 10

4.4 建立结构节点和单元 13

4.5 定义变截面组 15

4.6 定义边界组及输入边界条件 15

4.7 添加荷载 16

4.8 建立静力荷载工况 17

4.9 建立移动荷载工况 18

4.10 定义预应力钢束特征值和钢束形状 19

4.11 定义桥梁施工阶段 21

4.12运行结果 23

第五章 结构内力计算 26

5.1 恒载内力计算 26

5.1.1 结构自重下的内力 26

5.1.2 二期恒载下的内力 27

5.2 活载内力计算 28

5.3 内力组合 30

5.3.1 正常使用极限状态短期作用效应组合 30

5.3.2 正常使用极限状态长期作用效应组合 31

5.3.3 承载能力极限状态下的效应组合 32

5.3.4 弹性阶段应力组合 34

5.3.5 徐变作用内力计算 35

5.3.6 温度作用内力计算 36

5.3.7 支座沉降作用内力计算 38

第六章 预应力钢束的估算与布置 42

6.1 预应力筋估算 42

6.1.1 计算原理 42

6.1.2 预应力钢束布置数量估算 45

6.2 预应力钢束应力损失 49

6.2.1 预应力损失计算原理 49

6.2.2 预应力损失值 51

6.3 预应力次内力计算 56

第七章 主梁截面验算 58

7.1 承载能力验算 58

7.1.1 正截面抗弯承载力验算 58

7.1.2 受压区高度验算 60

7.2 持久状况正常使用极限状态应力验算 61

7.2.1 正截面抗裂验算 62

7.2.2 斜截面抗裂验算 64

7.2.3 持久状况预应力混凝土压应力验算 64

7.2.4 预应力钢筋中的拉应力验算 65

7.2.5 施工阶段混凝土构件压应力验算 66

第八章 下部结构计算 68

8.1 桥梁支座及基础的选用 68

8.2 桥墩内力计算 68

8.3 桩基础计算 70

第九章 毕业设计总结 74

参考文献 75

致谢 76

第一章 设计原始资料

1.1 工程地质条件

自上而下土层分别为：粉质粘土：厚度11m，极限摩阻力为40kPa：粉土：厚度16m，极限摩阻力为50kPa：砾石：厚度6m，极限摩阻力为100kPa：粉细砂：厚度9m，极限摩阻力为40kPa：卵砾石：厚度13m，极限摩阻力为80Pa：砾砂：极限摩阻力为40kPa，极限端摩阻力为7000kPa。

1.2 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 F50-2011）

《公路交通安全设施设计规范》（JTG D81-2006）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）

《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）

《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5224-2014）

第二章 方案比选

在确定桥梁方案前，需要比较不同桥梁，列举出他们的特点，在施工难易，适用性，外观，经济性方面对他们进行比较，列出他们的优缺点，选出最适合要求的桥型方案出来并进行设计。

2.1 简支小箱梁

2.1.1 桥型介绍

采用7×30m等截面简支小箱梁。简支梁是一种静定结构，容易形成各种标准跨径的装配式结构。简支梁桥的受力简单，梁中只有正弯矩，其设计主要受跨中正弯矩的控制；当跨径增大时，夸中恒载和活载弯矩将迅速增加，当恒载弯矩所占比例较大时，结构能承载恒载的能力很小；在跨径和恒载梁段相同的情况下，与有支点负弯矩的悬臂梁桥、连续梁桥和刚构式桥相比，简支梁桥的跨中弯矩最大。小箱梁就是内部挖空率较大的预应力混凝土空心板，其常用跨径在25m至30m。简支梁桥属于静定结构，其构造简单，施工方便，抗扭能力强，结构尺寸较小。但是，其也存在一些缺点，其制作工艺较复杂，模板投入比较大，而且在简支梁的衔接处需要设置伸缩缝或桥面连续，伸缩缝价格高，容易损坏，无法避免行车的不舒适；桥面连续也容易损坏。

2.1.2 适用范围

在钢筋混凝土简支梁桥中，经济合理的跨径在20m以下，由于预应力混凝土全截面都能参与工作、提高了构件的抗裂度和刚度，从而加大了桥梁的跨越能力，预应力混凝土简支梁桥的标准跨径在40m以下，由此确定桥跨布置为：7×30m。

2.1.3 施工方案

简支梁桥结构尺寸较小，易于设计成系列化和标准化，方便在桥梁预制场进行大规模工业化施工和采用现代起重设备进行运输和安装，采用装配式的施工方法，可以节省劳动力，缩短施工工期。

2.2 先简支后连续T梁

2.2.1 桥型介绍

采用8×25m钢筋混凝土先简支后连续T梁，即架设的时候T梁是一段一段以简支梁的形式放置在桥墩支座上，由于支点负弯矩的存在，使跨中正弯矩值明显减少，从而减少了材料用量和结构重量，这些是简支梁桥所没有的优点。先简支后连续梁桥与完全的简支梁桥和连续梁桥有较大的区别，他结合了简支梁桥和连续梁桥的优点，结构在简支阶段产生的变形，在支座的接缝浇筑之后，其变形会被约束，即前期荷载和后期荷载分别在两个不同的结构体系下产生变形，且变形互不干扰。由于没有伸缩缝，增加了桥梁的整体性和行车舒适性，跨中弯矩小，用料减少。

2.2.2 适用范围

此桥型适用于跨度在16m以上，多跨结构桥梁施工，并且桥下无支架搭设条件，需要通车通航的桥梁工程；适用于13-35m跨径，吊装重量小于70t的中小跨径桥梁。

2.2.3 施工方案

在梁场整体预制梁，可保证施工质量，其特点在于先简支梁桥结构简单，施工方便，可以在桥梁预制场大规模生产，降低劳动量，缩短工期，然后采用运梁车简支梁进行安装，待梁安装完毕即将每一联的连续端端部负弯矩区预应力束管道和非预应力钢筋进行连接。立模浇筑连续端横梁及负弯矩区梁间湿接缝混凝土，待混凝土强度达到标准后进行负弯矩预应力束穿束张拉，张拉完毕后进行孔道压浆，即桥梁上部结构形成一个整体，随后拆除临时支座即完成简支体系向连续体系的转换。

2.3 变截面连续箱梁桥（推荐方案）

2.3.1 桥型介绍

采用54m 90m 54m预应力混凝土连续箱梁桥，横截面为两个封闭箱型。箱型梁桥除了梁肋和上部翼缘板外，在底部有扩展的底板，因此他提供了能承受正负弯矩的足够的混凝土受压区。此外，箱型梁桥，能够获得较大的抗弯惯矩，经济效果更好。单个箱梁的宽度较T梁等其他梁桥可以建设的更大；能够更好的满足管线等公共设施的布置。

2.3.2 适用范围

变截面连续箱梁梁桥常用跨径达到了150m，在梁桥中跨径最大，在对桥梁长度有最小要求是适用，所以桥墩较少，桥下空间较大，方便桥下通行。

2.3.3 施工方案

预应力混凝土连续箱梁桥能适用于现代桥梁的施工工艺和使用，在施工方面，可以采用悬臂施工法、顶推法等现代桥梁施工工艺，减少劳动量，加快施工流程。悬臂挂篮施工在现浇预应力混凝土连续箱梁的施工在比较常见，在我国公路和铁路桥梁建设中选择悬臂挂篮施工的工程越来越多。他是指浇筑悬臂梁桥时，采用吊篮就地分段悬臂作业，不需要搭设支架和采用大型起重机械。其优点是结构轻，拼装简单，不受桥高和河深的影响。

2.4 方案比较

表2.1 桥型方案比选表

从方案比较可以看出，三种方案在造价，施工，适用性方面各有千秋，前两种方案跨径较小，造价较低，第三种方案跨径大，桥上行车舒适，结构刚度大，根据周围环境，桥梁适用性与美观经济性考虑，选择变截面连续箱梁桥。具体选择三跨变截面连续箱梁桥，跨径为54m 90m 54m，并根据所选方案进行毕业设计计算书内容和绘图。

第三章 桥梁结构尺寸拟定和施工方法

3.1  桥梁尺寸拟定

本次毕业设计按照任务要求采用预应力混凝土变截面连续箱梁，桥梁全长为198m，中跨跨径为90m。

3.1.1 桥型布置与构造

根据毕业设计任务要求和桥型方案比选结果，考虑到经济性、安全性、舒适性、桥梁所在地的地质条件、桥下通行要求，选用预应力混凝土变截面连续箱梁桥，桥梁各跨的跨径组合数值选用54m 90m 54m。

图3.1 桥型布置与构造图

3.1.2 截面构造

（1）立截面的构造要求

根据所设计桥梁的受力特征，变截面的形式应该采用二次抛物线；在不同荷载组合作用下，截面的支座位置会出现最大剪力和弯矩，因此，使用预应力混凝土变截面连续箱梁可以更好的符号所设计桥梁的内力特征，并且二次抛物线线条流畅美观，按二次抛物线变化的箱梁桥下空间范围大。

根据设计要求，本次毕业设计采用变截面连续箱梁，其在大跨径的优点尤其突出。

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