摘 要

本次毕业设计的桥梁全长为105m，桥跨布置为3×35m的三跨预应力混凝土连续箱梁桥。结构采用三跨预应力混凝土现浇连续箱梁，墩身采用矩形实体墩。按照设计要求，需要做到综合所需的桥梁相关知识，对该桥进行施工图设计。在设计中要完成该桥的结构计算、分析、验算，施工图纸绘制等。首先要根据设计资料选取合适的桥型方案，其次要在MIDAS建立有限元模，建模后利用模型计算各个阶段截面内力，根据估算的钢束估量进行预应力钢束的布置；最后要对结构进行相应的验算，满足各个构件的设计要求。在设计时要绘制出各个构件的图纸。设计的具体内容有：拟定桥梁上部结构、下部结构（桥台、桥墩、桩基础）的尺寸。确定施工方式、使用MIDAS/civil软件建立桥梁上部结构有限元模型，进行相关内力分析计算、对模型进行预应力筋的设计并计算相应预应力损失、使用模型进行相关次内力分析计算、进行施工阶段及使用阶段相应的应力、强度、裂缝等项目的验算、对下部结构进行设计、分析及验算。经设计计算验算最终得出该设计满足规范要求。

通过此次毕业设计，要做到能够综合利用大学期间所学的桥梁相关知识，完成完整的桥梁设计工作，并对桥梁的设计有深刻的认识，达到此次设计的目的。

关键词：预应力混凝土连续箱梁桥；MIDAS设计建模；上部结构计算；下部结构计算。

Abstract

The bridge length of this graduation project is 105m, and the span layout is 3 35m three-span prestressed concrete continuous box girder bridge. The structure adopts three-span prestressed concrete cast-in-place continuous box girder and the pier body adopts rectangular solid pier. According to the design requirements, it is necessary to integrate the required bridge knowledge and carry out construction drawing design for the bridge. In the design to complete the bridge structure calculation, analysis, checking calculation, construction drawings drawing. Firstly, the appropriate bridge type scheme should be selected according to the design data. Secondly, the finite element model should be established in MIDAS. After modeling, the model should be used to calculate the internal force of each section and the layout of prestressed steel beams should be conducted according to the estimated steel beam estimation. Finally, the structure should be checked to meet the design requirements of each component. In the design to draw out the drawings of the various components .The concrete content of design includes: drawing up the size of bridge superstructure and substructure (abutment, bridge pier and pile foundation). Determine the construction way, using MIDAS/civil software bridge upper structure finite element model is established, the internal force of the related analysis and calculation, the model for the design of prestressed reinforcement and calculate the corresponding loss of prestress, using model related to the internal force analysis and calculation, construction phase and use phase corresponding calculating the stress, strength, fracture and so on, the bottom structure for design, analysis and calculation.Finally, the design meets the requirements of the specification.

Through this graduation design, we should be able to make comprehensive use of the relevant bridge knowledge learned in college, complete the complete bridge design work, and have a deep understanding of the bridge design, so as to achieve the purpose of this design.

Keywords: Prestressed concrete continuous box girder bridge; MIDAS design modeling; Superstructure calculation; Substructure calculation.

目录

摘 要 3

目录 5

第1章 绪论 1

1.1设计思想及意义 1

1.2设计资料 1

1.2.1主要技术标准 1

1.2.2地质条件 1

1.2.3主要材料 3

第2章 桥型方案比选 5

2.1比选原则 5

2.2设计方案 5

第3章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 2

3.1上部结构尺寸拟定 2

3.1.1桥孔分跨 2

3.1.2截面形式 2

3.1.3梁高 2

3.1.4细部尺寸 2

3.2下部结构尺寸拟定 4

3.2.1墩身尺寸拟定 4

3.2.2桩基础尺寸拟定 4

3.2.3承台尺寸拟定 4

3.3施工方法的选择 6

第4章 建模 7

4.1模型 7

4.2主要参数说明 7

4.2.1材料参数 7

4.2.2荷载参数 9

4.2.3边界条件 10

4.3施工阶段说明 11

第5章 内力计算 13

5.1恒载内力计算 13

5.2活载内力计算 14

5.3次内力计算 17

5.3.1温度次内力计算 17

5.3.2基础不均匀沉降次内力计算 20

5.3.3预加力产生的次内力 21

5.3.4收缩次内力的计算 22

第6章 预应力筋的设计及损失计算 24

6.1预应力钢束数量的确定 24

6.2预应力束的布置 26

6.2.1布置原则 26

6.2.2钢束的布置 26

6.3预应力损失计算 28

第7章 主要项目验算 30

7.1承载能力极限状态截面验算 30

7.1.1正截面抗弯验算 30

7.1.2斜截面抗剪验算 32

7.2正常使用极限状态截面验算 33

7.2.1使用阶段正截面抗裂验算 33

7.2.2使用阶段斜截面抗裂验算 35

7.2.3挠度验算 37

7.3持久状况和短暂状况构件的应力验算 37

7.3.1施工阶段正截面法向应力验算 37

7.3.2使用阶段正截面压应力验算 38

7.3.3使用阶段斜截面主压应力验算 40

7.3.4受拉区钢筋的拉应力验算 42

7.4 梁端锚固区的局部承压验算 43

7.4.1局部承压尺寸要求 43

7.4.2局部抗压承载力计算 44

第8章 行车道板计算 46

8.1中间单向板计算 46

8.1.1恒载内力 46

8.1.2活载内力 46

8.1.3内力组合 48

8.2外边梁悬臂板内力计算 49

8.2.1恒载内力 49

8.2.2活载内力 49

8.2.3内力组合 50

第9章 下部结构计算 51

9.1桥墩内力计算 51

9.1.1荷载计算 51

9.1.2截面配筋计算 52

9.2桥台内力计算 55

9.2.1桥台类型和主要材料 55

9.2.2桥台一般构造尺寸的拟定 55

9.2.3台帽内力计算及截面验算 56

9.3钻孔灌注桩计算 57

9.3.2桩长计算 58

9.3.3桩的内力计算 59

9.3.4桩身截面配筋与强度验算 61

9.3.5桩顶纵向水平位移验算 63

参考文献 64

致谢 65

第1章 绪论

1.1设计思想及意义

在设计桥梁时要根据所需跨越要求，结合各种原则（美学、经济性等）进行。选取最优的方案进行施工。

本次毕业设计（论文）以金沙江大桥引桥为题，其跨径布置为3×35m，全长105米，桥宽10米,结构采用三跨预应力混凝土现浇连续箱梁，墩身采用矩形实体墩。设计荷载为公路-Ⅰ级荷载。本课题要求学生综合所学桥梁基础知识，对该桥进行相关施工图设计。主梁采用单箱单室型截面。连续梁桥由于是超静定结构，计算量大，且准确性难以保证，所以采用MIDAS CIVIL2017进行桥梁建模，这样不仅提高了效率，而且准确性也得到了保证。在施工方面，采用满堂支架现浇法。

这次设计是为金沙江大桥设计引桥，作为大桥不可或缺的一部分，引桥能够缓和高程变化，提高上桥的舒适度。而本次设计可以提高学生对所掌握桥梁知识的熟悉度，将其更加系统的运用到真实案例中，达到巩固和拓展的目的。

1.2设计资料

1.2.1主要技术标准

1）公路等级：一级；

2）设计速度：30km/h；

3) 汽车荷载：汽车-60级；

4）桥梁宽度：10m；

5）桥面横坡：双向2%；

6）截面形式：单箱单室；

7）地震烈度：桥梁抗震设防类别C类（考虑桥梁重要性，按照B类桥梁抗震设防）；抗震设防烈度为VIII度；

8）高程系统：2380m高原系统；

9）环境类别：I类；

10）桥梁结构设计基准期：100年；设计安全等级：1级。

1.2.2地质条件

1）地形地貌

拟建桥位区左岸地面高程2380~2472m，有公路通过，公路以下岸坡地形较陡，一般坡度为45~55°，公路以上地形相对较缓，一般坡度为30~40°。右岸地面高程2380~2445m，发育二级阶地，阶地地形开阔平缓，一般坡度为10~15°，现多为农田，阶面前缘岸坡地形较缓，一般坡度为20~25°，坡面发育一条小冲沟，宽度5~10m，切割深度3~5m。

2）地层岩性

桥位区两岸山体雄厚，场地左岸多基岩裸露，右岸及河床部位覆盖层深厚。

结合场地附近及苏洼龙坝址区钻孔信息（尤其是河床孔），场地内揭露的覆盖层主要分为5层，其中以冲洪积、堰塞湖积和冰积层为主。

3）不良地质作用与地质灾害

根据工程地质勘察报告综合判定，桥位两岸山体及覆盖层整体稳定，无危岩体发育，无大规模地质灾害隐患，但在雨季可能有零星块碎石滚落。建议清理左岸坡面及基岩裸露处的松动弧块岩石。

4）地质条件评价

3号桥墩位于右岸I级阶地上，地形平缓开阔，覆盖层深厚，一般厚85~90m，无第①-0及第①层发育，主要分为四大层；第②层为2.5~3m的低液限黏土，呈黄褐色，结构中蜜~密实，可塑，土质较细腻干时坚硬；第③层为块碎石层，厚约28m，结构中密~密实，块碎石多呈弱风化状态，棱角~次棱角状，主要岩性为黑云斜长花岗岩，其中块石含量占50~60%，一般块径20~40cm，局部有较大块体，碎石含量占15~25%，一般粒径为2~15cm；第④层为卵石混合土层，厚约40cm，结构密实，该层主要为碎块石夹砂，其中碎块石含量约占30%，多呈弱风化状态，棱角~次棱角状，主要岩性为黑云斜长花岗岩，一般粒径3~10cm，剩下以砂为主，为中细粒砂，该层在50~51.6m、58~60.5m段为纯砂层，砂呈灰褐色，以中细粒砂为主；第⑤层为冰积块碎石层，厚度15~20m，结构密实，局部有弱胶结，块碎石多呈弱风化状态，棱角~次棱角状，主要岩性为黑云斜长花岗岩；其中块石含量20~30%，一般块径20~40cm；碎石含量50~60%，一般块径2~15cm。低液限黏土层薄，承载力较低，不适合做基础。第③~⑤层结构较密实，承载力较高，虽然第④层局部存在砂层透镜体，但发育不连续且厚度较薄，建议将基础放在第③~⑤层，建议选择摩擦桩，桩端尽可能穿过砂层透镜体，并通过计算确定最佳桩深。

4号桥墩位于右岸I级阶地上，地形平缓开阔，覆盖层厚约81m，无第①-0及第①层发育，主要分为四层：第②层为厚约2．5m的低液限黏土层；第③层为块碎石层，厚约23m，结构中密~密实：第④层为卵石混合土层，厚52~53m，结构密实，该层主要为碎块石夹砂，但该段内无砂层透镜体发育，承载力较高；第⑤层为冰积块碎石层，厚度3~5m，结构密实，局部有弱胶结。低液限黏土层薄，承载力低，不适合做基础。第③~⑤层，结构较密实，承载力较高，基础承载力可满足建基要求，建议选择摩擦桩，并通过计算确定最佳桩深。

5~6号桥墩位于右岸I级阶地上，地形平缓开阔，覆盖层厚约65m，无第①-0及第①层发育，主要分为三层：第②层为低液限黏土层，厚度9~18m；第③层为块碎石层，厚22~24m，结构较密实，块碎石多呈弱风化状态，棱角~次棱角状，主要岩性为黑云斜长花岗岩；第④层为卵石混合土层，厚24~38m，结构密实，该层主要为碎块石夹砂，但该段内无砂层透镜体发育，承载力较高。低液限黏土层承载力较低，不适台做基础。第③~④层结构中密~密实，承载力较高，基础承载力满足建基要求，建议选择摩擦桩，并过计算确定最佳桩深。

1.2.3主要材料

1）混凝土

（1）C55混凝土：用于箱梁主体浇筑；

（2）C55聚丙烯纤维混凝土：用于箱梁桥面整平层及伸缩缝预留槽；

（3）C40聚丙烯纤维混凝土：用于桥面调平及铺装层（都为8cm厚）；

（4）C40混凝土：用于桥墩墩身及盖梁、支座垫石；

（5）C30混凝土：用于6号桥台台身、各墩台承台、枕梁、桥台台帽、耳背墙、护栏基础、人行道板及搭板等；

（6）C30水下混凝土：墩台桩基；

（7）C25混凝土：用于墩台承台垫层、标志标牌基础等。

设计要求混凝土技术标准应符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）有关规定。混凝土的配合比、拌制、运输、浇筑、振捣、养护、施工缝以及混凝土配合料所采用的水泥、砂、石、水、外加剂等材料的要求，应严格按照《公路桥涵施工技术规范》执行，满足规范质量检验和质量评定标准。混凝土应采用科学的配合比，减少氯离子渗透和碱骨料反应，尽量提高混凝土的密实性，慎用早强剂，以提高混凝土的耐久性。

2）钢筋

钢筋：HPB300热轧光圆钢筋材质应符合《钢筋混凝土用钢 第1部分：热轧光圆钢筋》（GB1499.1-2008）的规定，HRB400热轧带肋钢筋材质应符合《钢筋混凝土用钢 第2部分：热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）的规定，焊接的钢筋均应满足可焊要求。

设计图纸中HPB300钢筋主要采用直径规格有10和12mm，HRB钢筋主要采用直径规格有12、16、22、25、28、32mm。

3）预应力钢束

全桥纵向预应力钢束采用低松弛高强度预应力钢绞线1×7-15.20-1860-GB/T 5224—2014，弹性模量Ep=1.95×105Mpa，应力松弛率不大于2.5%，张拉控制应力值采用0.75fpk。

其他材料

钢板：应采用《碳素结构钢》（GB/T700-2006）规定的Q235B级钢板，应符合《热轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》（GB/T709-2006）规定。

预应力管道：箱梁预应力管道采用聚丙烯（PP）圆形塑料波纹管，符合《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/529-2016）质量要求，聚丙烯（PP）塑料波纹管摩阻系数规范要求为0.14~0.17，本桥计算取值μ=0.15，孔道偏差系数κ=0.0015。

错具：主桥箱梁纵向钢束采用YM15-11、YM15-17、YM15-19、YM15-22圆形锚具及其配件，主桥箱梁竖向预应力钢筋采用具有二次张拉功能的YJM15-3G圆形锚具及其配套配件，引桥箱梁纵向钢束采用YM15-11、YM15-17、YM15-19圆形锚具及其配套的配件。

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