客运专线预应力混凝土毕业设计

1、摘 要 随着经济、技术实力的增进，预应力混凝土连续梁桥已成为现代公路、铁路桥 梁的首选，本设计为一客运专线预应力混凝土连续梁桥设计，预应力混凝土连续梁 的应用，尤其是悬臂施工法的应用非常广泛，使施工设备机械化，生产工厂化，从 而提高了施工质量，降低了施工费用。连续梁的突出优点是：结构刚度大，变形小， 动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。然而受时间等因素的限制， 此次设计只涉及桥梁上部结构。 设计流程如下： 首先，确定主梁的主要构造和细部尺寸。考虑到抗弯刚度及抗扭刚度的需要， 采用箱形截面梁。主梁的高度变化曲线采用二次抛物线。该设计为 53+75+53客运m 专线预应力混凝土连续梁桥

2、设计，其主跨 75，边跨 53，全桥采用单箱单室箱mm 形梁，桥宽 12，中支座梁高 5,中跨跨中梁高 2.5。主梁采用悬臂挂篮施工，mmm 主梁 0#块和边跨现浇均采用满堂支架施工。 其次，根据悬臂施工挂篮的起吊能力对主梁进行施工节段的划分。 再之，利用 midas 软件分析结构的内力（包括恒载和活载的内力计算） 。用于 计算的内力组合结果、混凝土毛截面特征值也由 midas 软件自动生成，从而估算 出纵向预应力筋的数目，然后在截面上布置预应力钢束。 次之，计算预应力损失及各项次内力，并进行了截面的强度验算（包括承载能 力极限状态和正常使用极限状态） 。 最后，绘制工程图及编制说明书。 注明

3、：本设计未考虑风荷载、地震以及结构动力特性等因素。 关键词：客运专线；悬臂施工；满堂支架；箱形截面 abstract with the promotion of economic and technological strength, prestressed concrete continuous girder bridge has become the first choice of modern highway and railway bridges .the design is about a passenger line design of prestressed concrete c

4、ontinuous girder bridge，the application of continuous prestressed concrete beams, in particular cantilever construction methods widely used , makes construction equipment mechanization, factory, thereby enhances the quality of construction and reduces construction costs. the highlight advantages of

5、continuous beams are: structural rigidity, low distortion, good dynamic performance, the main beams deflection gentle, beneficial to high-speed traffic. but in the short time, this design involves only the bridge superstructure. the procedure of the design is listed as follows: first, design the mai

6、n structural elements and detail sizes. at the same time, considering the distorting stiffness and the bending stiffness, the girder is used the box section. the box girder shapes likes a second-parabolic curve, for second-parabolic curve is generally similar to the change of continuous rigid frame

7、bridges bending moments. the thickness of the bottom slab is changed in linearity and the thickness of the web is changed in echelon, the former varies from 1 to 0.5 meter and the latter varies from 0.8 to 0.5 meter which changed at the l/6 and l/3 (l is the length of the main span), the top slabs t

8、hickness keeps along the whole bridge constant, for 0.45 meter. second, divide the girder according to the ability of the basket. third, use midas software to analyze internal force of the structure (including dead load and lived load). the result of the internal force composition and the character

9、of the concrete gross section will be done by the software, and then the evaluation of longitudinal tendons can be worked out. following, we can distribute the tendons of the bridge. fourth, calculate the loss and secondary force, and then check the main cross section (including the loading-bearing

10、capacity ultimate state and the normal service ability ultimate state). indicate: this design does not consider wind loads, earthquake and structural dynamic properties and other factors. finally, draw the engineering design and establish the design manuals. passenger rail line；cantilever constructi

11、on；full support；box-shaped cross section 目 录 第 1 章 绪论.1 1.1 预应力混凝土连续梁桥概述.1 1.1.1 预应力混凝土连续梁桥发展.1 1.1.2 预应力混凝土连续梁桥的特点.3 1.1.3 预应力混凝土连续梁桥的设计.3 1.1.4 预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法.4 1.2 桥梁概况及其基本资料.5 1.2.1 桥梁概况.5 1.2.2 设计荷载及材料.6 1.2.3 设计依据.6 1.3 毕业设计的目的与意义.6 第 2 章 桥梁结构主要尺寸拟定.7 2.1 桥梁结构总体规划布置.7 2.1.1 桥型方案比较.7 2.2 桥梁细

12、部结构尺寸设计.10 2.2.1 截面形式.10 2.2.2 主梁梁高.11 2.2.3 顶板、底板.11 2.2.4 腹板.12 第 3 章 主梁内力计算.13 3.1 midas 软件说明 .13 3.1.1 midas 简介.13 3.1.2 用 midas 分析模型步骤.13 3.1.3 midas 计算模型.14 3.2 主梁内力计算.14 3.2.1 自重.14 3.2.2 二期恒载及收缩徐变.15 3.2.3 梁单元静载内力计算.15 3.2.4 梁单元移动荷载内力计算.18 第 4 章 预应力筋布置和预应力损失计算.20 4.1 预应力筋束的布置原则.20 4.2 预应力筋数量

13、估算.21 4.2.1 承载能力极限状态的应力要求.21 4.2.2 正常使用极限状态的应力要求.23 4.3 预应力损失.26 4.3.1 钢筋与管道壁摩擦引起的应力损失.27 4.3.2 锚具变形引起的应力损失.27 4.3.3 钢筋与台座间的温差引起的应力损失.29 4.3.4 混凝土弹性压缩引起的应力损失.29 4.3.5 钢束松弛引起的应力损失.31 4.3.6 混凝土收缩徐变引起的应力损失.33 4.4 钢束次内力计算.35 4.4.1 钢束次内力计算原理.35 4.4.2 钢束次内力计算结果.36 4.5 混凝土收缩、徐变引起的次内力计算.36 4.5.1 收缩、徐变引起的次内力

14、计算原理.36 第 5 章 预应力混凝土连续梁设计验算.38 5.1 截面检算.38 5.1.1 各施工阶段内力及应力图.38 5.2 截面检算.46 5.2.1 截面强度验算.47 5.2.2 运营阶段截面抗裂验算.49 5.3 运营阶段结构验算.54 5.3.1 运营阶段截面正应力验算.54 5.3.2 运营阶段混凝土剪应力验算.58 5.4 传力锚固阶段混凝土法向应力验算.58 第 6 章 施工步骤及工程数量统计.60 6.1 施工步骤.60 6.2 混凝土用量.61 6.3 预应力钢绞线及锚具总用量.62 6.3.1 预应力钢绞线用量.62 6.3.2 锚具用量.64 结 论.65 致

15、 谢.66 参考文献.67 第 1 章 绪论 1.1 预应力混凝土连续梁桥概述 1.1.1 预应力混凝土连续梁桥发展 由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地 采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。 为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就 是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以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，很多普通钢筋混凝土结构被预应力 结构所代替。 预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在战后缺钢的 情况下，为节省钢材，各国开始竞相采

16、用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复 战争带来的创伤。50 年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了 100 米，到 80 年代 则达到 440 米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实 际工程中，跨径小于 400 米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。 我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在，我国已经 有了简支梁、带铰或带挂梁的 t 构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混 凝土结构体系。 虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到 80 年。但是，在桥梁结构中，随着预应力 理论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。 连续梁和

17、悬臂梁作比较：在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯 矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，其弯矩与同跨悬臂梁相差不大；但是，在活 载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用，其弯矩分布优 于悬臂梁。虽然连续梁有很多优点，但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼 者，因为限于当时施工主要采用满堂支架法，采用连续梁费工费时。到后来，由于 悬臂施工方法的应用，连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60 年代初期 在中等跨预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；在较大跨连续梁中， 则应用更完善的悬臂施工方法，这就使连续梁方案重新获得了竞争力，并逐步在 40200 米范

18、围内占主要地位。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是 跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了其优势，成为优胜方案。目前，连续梁结 构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。 然而，当跨度很大时，连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面，还是在 养护方面都成为一个难题；而 t 型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两 种结构结合起来，形成一种连续刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的 体系是连续梁体系的一个重要发展，也是未来连续梁发展的主要方向。 另外，由于连续梁体系的发展，预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了 很多不同类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不

19、断改进。在 城市预应力混凝土连续梁中，为充分利用空间，改善交通的分道行驶，甚至已建成 不少双层桥面形式。 在我国，预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而，想要在本世纪末赶 超国际先进水平，就必须解决好下面几个课题： 1.发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝 土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提 高。 2.在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采用 养护调换不易的大吨位支座。 3.充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减 轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。

20、另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指针也是一个很关键的因素，它是 设计方案合理性与经济性的标志。目前，各国都以每平方米桥面的三材（混凝土、 预应力钢筋、普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术 经济指针。但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材 指标和造价指标与很多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、 运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价 格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指针不 能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营 费用在内。通

21、过连续梁、t 型刚构、连续刚构等箱形截面上部结构的比较可见： 连续刚构体系的技术经济指针较高。因此，从这个角度来看，连续刚构也是未 来连续体系的发展方向。 总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综 合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。 1.1.2 预应力混凝土连续梁桥的特点 众所周知，普通混凝土框结构由于跨度小、柱网密，无法满足多种功能的需要， 而预应力可以有效解决以上问题。预应力混凝土能充分发挥材料的效能，在相同条 件下，它比普通钢筋混凝土构件截面小，重量轻、刚度大，抗裂性和耐久性好，能 有效地控制结构的挠度(甚至无挠度)，节约钢材 4050，节约混凝土

22、 2040，特别在大跨度结构中更为经济。在张拉预应力连续梁桥结构中，结构 构件在承受外荷载前，预先对外荷载产生拉应力部位的混凝土预加压应力，造成人 为的压应力状态，预加压应力可以抵消外荷载所引起的大部分或全部拉应力，这样 在外荷载作用下混凝土拉应力不大或处于受压状态，使混凝土结构不开裂，提高结 构的刚度和结构的耐久性。张拉法预应力混凝土施工是在浇筑混凝土前张拉预应力 钢筋，将其固定在台座或钢模上，然后浇筑混凝土，等混凝土达到规定强度。保证 预应力钢筋与混凝土有足够粘结力时放松预应力钢筋，借助预应力筋的弹性回缩及 与混凝土的粘结，使混凝土产生预压应力。同时其具有较强的变形恢复能力，抗震 性能明显

23、高于普通钢筋混凝土结构，而且便于震后加固。值得注意的一点是，预应 力混凝土由于自重轻，按理含钢量应该少，但由于现在的设计水平问题，此部分并 没有减少。反而很多设计含钢量大了，很大程度造成主体结构成本增加。 1.1.3 预应力混凝土连续梁桥的设计 1.1.3.1 预应力混凝土连续梁桥设计的内容。 (1).荷载，施工时的荷载条件中，预应力荷载应按扣除第一批预应力损失后的有 效应力来确定；其他荷载应根据施工阶段可能的最不利荷载情况来定。而施工时的 支撑条件应考虑施工方案的具体情况来定，模板周转情况影响施工阶段的结构分析 模型的支撑条件与荷载条件的选取。 (2).极限设计，对预应力板各截面进行多种可能

24、的荷载效应组合的受弯强度设计， 计算时要考虑预应力产生的次弯矩的影响。采用混合配筋设置非预应力筋，提高结 构在地震作用下的延性和能量吸收，可有效分散受拉区裂缝，改善结构的受力性能。 对无粘编者按预应力砼连续结构作补充设计，选取合适的荷载效应值与材料参数， 验算抵抗预应力筋失效时连续倒塌所需的非预应力筋用量。 1.1.3.2 预应力混凝土连续梁桥设计的步骤。 (1).进行结构布置，选取恰当的力学模型。 (2).根据工程的具体情况，选择合适的桥梁高跨比，初步选定构件的截面尺寸， 并进行内力与组合效应的计算。 (3).主要根据杆件的弯矩分布图形确定预应力筋的索形，并按经验用预应力度法 或平衡荷载法初

25、步估算出所需要的预应力筋根数。 (4).进行预应力损失和次应力的计算，验算预应力和挠度控制限值以及正常使用 阶段的结构性能。 (5).按计算的各项控制结果，选择需要变动的参数进行修改，再重新计算。 (6).根据选定的预应力筋方案计算预应力筋的极限应力，按承载能力要求补充普 通钢筋用量，按预应力筋的实际方案及普通钢筋的实际配筋直径与根数，计算允许 开裂的控制截面的裂缝宽度及构件的挠度。 1.1.4 预应力混凝土连续梁桥的主要施工方法 (1).整体现浇施工法 整体现浇施工通常一联为整体浇注混凝土而成。首先搭设支架，然后在支架上 安装模板，绑扎及安装钢筋骨架，预留孔道，并在现场浇筑混凝土与施加预应力

26、的 施工方法。由于施工需用大量的模板支架，一般用于中小跨径的桥或为交通不便的 边远地区采用。随着桥梁结构形式的发展，出现一些变宽的异形桥、弯桥等复杂的 混凝土结构，又由于近年来临时钢构件和万能杆件系统的大量应用，在其他施工方 法都比较困难或经过比较施工方便、费用较低时，也有在中、大跨径桥梁中采用满 堂支架施工方法。预应力混凝土连续梁桥需要按一定的施工程序完成混凝土的现场 浇筑，待混凝土达到所要求的强度后，拆除部分模板，进行预应力筋的张拉、管道 压浆工作。至于何时可以落架，则应与施工程序和预应力筋的张拉工序相配合。 (2).预制简支连续施工法 预制简支连续施工又称先简支后连续施工法。其程序为：预

27、制简支梁，分片 进行预制安装，预制时按预制简支梁的受力状态进行第一次预应力筋的张拉锚固， 安装完成后经调整位置，浇筑墩顶接头处混凝土，更换支座，进行第二次预应力筋 的张拉锚固，进而完成一联预应力混凝土连续梁的施工。简支连续施工方法亦存 在体系转换。体系转换方法一般有以下三种： a.从一端起依次逐孔连续，即先将第一孔与第二孔形成两跨连续梁，然后再与 第三孔形成三跨连续梁，依此类推，形成一联连续。 b.从两端起向中间依次逐孔连续。 c.从中间孔起向两端依次逐孔连续，如遇长联，可按上述三种方法灵活综合选 用。显然，不同的体系转换方法所产生的混凝土徐变二次力及预加力产生的二次力 是不同的。 (3).悬

28、臂施工法 用悬臂施工法建造预应力混凝土连续梁桥，分悬浇和悬拼两种，其施工程序和 特点与悬臂施工法建造预应力混凝土悬臂桥基本相同。在悬臂或拼浇过程中，要采 取使上、下部结构临时固结的措施，待悬臂施工结束、相邻悬臂端连接成整体并张 拉了承受正弯矩的下缘预应力筋后，再卸除固结措施，使施工中的悬臂体系转换成 连续体系。 (4).移动式模架逐孔施工法 移动式模架逐孔施工法是近年来以现浇预应力混凝土桥梁施工的快速化和省力 化为目的发展起来的。它的基本构思是：将机械化的支架和模板支承在长度稍大于 两跨、前端作导梁用的承载梁上，然后在桥跨内进行现浇施工，待混凝土达到一定 强度后脱模，并将整孔模架沿导梁前移至下

29、一浇筑桥孔加些有节奏地逐孔推进直至 全桥施工完毕。尚须指出，移动式模架逐孔施工法不仅用来建造连续梁桥，同样也 往往用来修建多孔简支梁桥。 1.2 桥梁概况及其基本资料 1.2.1 桥梁概况 本桥位于一双线电力牵引客运专线的直线段上，设计时速 250 公里。全桥长 181,其主跨为 75，边跨为 53。桥宽 12,中支座梁高 5,中跨跨中梁高 2.5mmmmm ,双车道布置，主梁采用常用的悬臂挂篮现浇施工方式，边跨现浇及中支座处主梁m 0#块采用满堂支架施工方式，全桥均为单箱单室箱型梁，主梁截面呈二次抛物线变 化。 1.2.2 设计荷载及材料 设计荷载：恒载 - 混凝土容重按 25计算 3 kn

30、 m 活载 -zk 活载 设计材料：混凝土 - c60 预应力钢束-15.24mm（75）钢绞线 标准强度 1860 mpa 普通钢筋 - 纵筋采用 hrb335 钢筋，箍筋采用 hpb300 钢筋 1.2.3 设计依据 铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.1-2005） 铁路桥梁钢结构设计规范 （tb10002.2-2005） 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （tb10002.3-2005） 铁路桥涵地基和基础设计规范 （tb10002.5-2005） 第 2 章 桥梁结构主要尺寸拟定 2.1 桥梁结构总体规划布置 2.1.1 桥型方案比较 在桥梁方案比选中，要注意下列四项

31、主要标准:安全、功能、经济与美观，其中 以安全与经济为重。过去对桥下的功能重视不够，现在由于航运事业的发展，需要 十分重视桥下的通航净空；至于桥梁美观，要视经济与环境条件而定。 为了满足通航净空要求，同时为选择经济合理的桥跨布置，主跨跨度 （537553）是合适的。并可以结合下部结构尺寸变化做适当调整。在这样一m 个跨度范围内，可供选择的桥型有拱桥、梁桥、梁拱组合桥和斜拉桥。任选三种作 比较，从安全、功能、经济、美观、施工、占地与工期多方而比选，最终确定桥梁 形式。 桥梁设计原则: 1.适用性 桥上应保证列车和人群的安全畅通。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。 建成的桥梁应保证使用年限，并

32、便于检查和维修。 2.舒适与安全性 现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免列车在 桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中 应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。 3.经济性 设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费 用。 4.先进性 桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进 工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量 和施工安全。 5.美观 一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协 调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素

33、，决不应把美观片面的理解为豪华的 装饰。 应根据上述原则，对桥梁作出综合评估 梁桥 梁式桥结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥 梁。预应力混凝土梁式桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善 和成熟。 预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：1)混凝土材料以砂、石为主，可就地 取材，成木较低；2)结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的 结构；3)结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4)结构的整体性好， 刚度较大，变性较小；5)预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低 自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提

34、高其抗裂和抗 疲劳的能力。 拱桥 拱桥的静力特点是，在竖直荷载作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而而且还 有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。设计得合理的拱轴，主要 承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压 力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建 造。石拱对石料的要求较高，石料加土、开采与砌筑费土，现在已很少采用。由墩、 台承受水平推力的推力拱桥，要求支撑拱的墩台和地基必须承受拱端的强大推力， 因而修建推力拱桥要求有良好的地基。对于多跨连续拱桥，为防止其中一跨破坏而 影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承

35、受不平衡的推力。由于铁 路桥所建位置地质情况，故不考虑此桥型。 梁拱组合桥 软土地基上建造拱桥，存在桥台抵抗水平推力的薄弱环节。为此采用大吨位预 应力筋以承担拱的水平推力；预应力筋的寄体是系梁，即加劲纵梁，从而以梁式桥 为基体，按各种梁桥的弯矩包络图用拱来加强。这样可以使桥梁结构轻型化，同时 能提高这类桥梁的跨越能力。这类桥梁不仅技术经济指标先进、造价低廉，同时桥 型美观，反映出力与美的统一、结构形式与环境的和谐，增加了城市的景观。 斜拉桥 斜拉桥的特点是依靠固定与索塔的斜拉索支撑梁跨，梁是多跨弹性支撑梁，梁 内弯矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索的间距有关。他们适用于大跨、特大跨度 桥梁。斜拉

36、桥直接锚于主梁上，受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受压，因此 塔、梁均为压弯构件。斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁 底直线容易满足通航和排洪要求、动力性能好的优点，发展非常迅速，跨径不断增 大。但实际跨度不大，此桥型不予考虑。 目前我国城市轨道交通结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受力明 确，受无缝钢轨因温度变化产生的附加力、特殊力的影响小，设计施工易标准化、 简单化；但其梁高较大，景观稍差，行车条件也不如连续梁。连续梁结构与同等跨 度的简支梁相比，可以降低梁高，节省工程数量，有利于争取桥下净空，改善景观； 其结构刚度大，具有良好的动力特性以及减震降噪作用，使行车

37、平稳舒适，后期的 维修养护工作也较少。从城市美学效果来看，连续梁造型轻巧、平整、线路流畅， 将给城市争色不少。但连续梁对基础沉降要求严格，特别是由于联长较大，桥上无 缝钢轨因温度变化而产生的水平力很大，使得梁体与墩台之间的受力十分复杂，加 大了设计难度。考虑到木工程地质条件，综合考虑采用连续梁结构作为标准型式。 2.1.2 梁部截面形式比选 梁部截面形式考虑了箱形梁、组合箱梁、槽型梁、t 型梁等可采用的梁型。 连续单箱梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。景观效果好。该方案需采 用就地浇筑，现场浇筑混凝土及张拉预应力工作量大，但可全线同步施工，施工期 间工期不受控制，对桥下道路交通影响较其他方

38、案稍大。 组合箱梁结构整体性强，抗扭刚度大，适应性强。双箱梁预制吊装，铺预制板， 重量轻。但从桥下看，景观效果稍差。从预制厂到土地的运输要求相对较低，运输 费用较低。但桥面板需现浇施工，增加现场作业量，工期也相应延长。美观较差， 并且徐变变形大，对于无缝线路整体道床轨道结构形式来说，存在着后期维修养护 工作量大的缺点。 槽型梁为下承式结构，其主要优点是造型轻巧美观，线路建筑高度最低，且两 侧的主梁可起到部分隔声屏障的作用，但下承式混凝土结构受力不很合理，受拉区 混凝土即车道板圬工量大，受压区混凝土圬工量小，梁体多以受压区(上翼缘)压溃 为主要特征，不能充分发挥钢及混凝土材料的性能。同时，由于结

39、构为开口截面， 结构刚度及抗扭性较差，而且需要较大的技术储各才能实现。 t 型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟，跨越能力大，施工可采用预制吊 装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度最高，由于梁底部呈网状，景观效 果差。同时，其帽梁虽较槽型梁方案短些，但较其他梁型长，设计时其帽梁也须设 计成预应力钢筋混凝土帽梁，另外预制和吊装的实施过程也存在着与其他预制梁同 样的问题。 相比之下，箱型梁抗扭刚度大，整体受力和动力稳定性能好，外观简洁，适应 性强，在直线、曲线、折返线及过渡线等区间段均可采用，且施工技术成熟造价适 中。因此，结合工程特点和施工条件，选择连续箱型梁。 2.2 桥梁细部结构尺寸设

40、计 2.2.1 截面形式 预应力混凝土连续梁桥主梁横截面的设计，主要包括主梁截面形式、主梁间距 划分以及主梁各细部尺寸；横截面通常有箱形、t 型等，如箱形截面这类闭合薄壁 截面的抗扭刚度很大，适合悬臂施工。此类截面具有较大的面积，能够有效地抵抗 正负弯矩，有利于预应力钢束的配置。箱形截面收缩变形较小，具有良好的动力特 性。因此箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横截面选择。 对于箱型截面，通常有单箱单室、单箱双室、单箱多室、双箱单室、双箱多室。 其中单箱单室截面具有着受力明确，施工方便，节省材料用量等优点。而单箱双室 在截面外形上与单箱单室差不多，但是腹板总体厚度增加，腹板自重弯矩所占恒载

41、弯矩比例增大，且施工相对比较困难。因此在能满足桥梁受力要求的基础上，单箱 单室则是更好的选择。故本桥选用了单箱单室箱型截面。 2.2.2 主梁梁高 梁高是指主梁截面的高度，当桥梁的建筑高度不受限制时，增大梁高是比较经 济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显著节 省预应力钢束用量。钢筋混凝土梁合理高度的理论计算方法，为结构工程师在结构 方案设计阶段确定梁的高度提供了一个理论公式。在建立一般梁的挠度曲线方程的 基础上，考虑钢筋混凝土梁的徐变和最优配筋率，并结合抗弯承载力和挠度控制的 要求，推导了钢筋混凝土梁的最大跨高比公式。 按经验公式，预应力混凝土连续梁桥中支座处梁

42、高和中跨跨度之比应满 支 h 中 l 足，中跨跨度为 75，即，中跨跨中梁高 和中跨跨度 20 1 12 1 l 中 支 h m5 支 hm 中 h 之比应满足，取=2.5。 中 l 40 1 25 1 l 中 中 h 中 hm 2.2.3 顶板、底板 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受 力要求和构造两个方面的控制。 （1）箱梁底板厚度 在连续箱梁中，底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至根部，以适应受压 要求。根部底板厚度一般为根部梁高的 1/101/12，以须符合运营阶段的受压要求 外，并在破坏阶段使中性轴尽量保持在底板以内，并有适当的富余。鉴于此并考虑

43、到铁路荷载比较大，本设计支座处底板厚取 100，跨中处底板厚取 50，以满cmcm 足跨中正负弯矩变化及板内配置预应力钢筋与普通钢筋的要求。上下底板都按二次 抛物线变化。 （2）箱梁顶板厚度 确定箱形截面顶板厚度一般要顾及两个因素：满足桥面板横向弯矩的要求，满 足布置纵向预应力钢束的要求。本设计取为 45cm 2.2.4 腹板 腹板则主要是承受截面的剪应力和拉应力。在本设计中，因为是预应力混凝土 连续梁，弯束剪力有抵消作用，所以剪应力和拉应力的值比较小，腹板的厚度满足 预应力钢束的配置和悬臂现浇施工即可，腹板厚度,其中 b 为桥面宽 50 1 50 lb t 度(),l 为主跨跨度()，为了预

44、应力钢束的配置，本桥主梁中支点处选取 0.8，mmm 边跨处取 0.5，呈抛物线变化 。同时应满足构造要求：单个腹板厚度 m15 . 0 0 tm 。 图 2-1 支座截面图 图 2-2 跨中截面图 预应力混凝土连续梁的主梁截面变化一般呈 1.5-2 次抛物线变化，采用 2 次抛物 线变化规律。 第 3 章 主梁内力计算 3.1 midas 软件说明 3.1.1 midas 简介 midas/civil 不仅是通用的结构分析三维软件，而且还可以分析象预应力箱型 桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的结构形式，并且可以做施工阶段分析、水化热分析， 静力弹塑性分析、支座沉降分析、大位移分析，是强有力的土木工

45、程分析与优化设 计系统。 midas 可以根据建立的模型，按用户要求算出并累加所有各施工阶段和运营阶 段恒、活载内力、位移、反力及预应力等内容；并给出对应的内力图、应力图、位 移图、包络图等；对预应力混凝土结构，还给出按规范的截面验算结果；系统自动 计算体系转换及次内力。 软件能考虑的恒载有：自重、z-k 活载、公路活载、混凝土收缩、徐变、温度变 化、支座位移、预加应力、二期恒载、施工临时荷载及其它外加荷载等；能输出如 下结果：结构简图、各阶段恒载内力图、位移图、内力包络图、预应力筋用量示意 图、箱形截面扭曲弯矩图及各图的相应资料，各阶段内力、预应力、活载内力、位 移及截面验算结果。 系统分为

46、前处理、运行结构分析、后处理与 psc 截面验算。其中前处理主要是 划分单元、定义截面和材料、建立模型、约束边界、输入荷载，运行分析模块能得 出相应的内力、应力、位移、反力，后处理即查看结果，可自动进行荷载组合,psc 设计可对各指定截面进行验算、并作出判断。 3.1.2 用 midas 分析模型步骤 1.定义材料和截面 2.建立结构模型 3.输入 psc 截面钢筋 4.输入荷载：恒荷载，钢束特性和形状，钢束预应力荷载 5.定义施工阶段 6.输入移动荷载数据：定义车道，定义车辆，动荷载工况 7.运行结构分析 8.查看分析结果 9.psc 设计:psc 设计参数确定，运行设计，查看设计结果 3.

47、1.3 midas 计算模型 主梁的分段应该考虑有限元在分析杆件时，分段越细，计算结果的内力越接近 真实值，并且兼顾施工中的实施。本次设计划分 54 个单元，静力荷载有：自重、二 期恒载、预应力、湿重、挂篮、系统温度荷载以及支座沉降。移动荷载有铁路中 活载。施工阶段分 9 个步骤，采用悬臂法施工，在桥墩两侧对称逐段浇筑混凝土、 张拉预应力筋、移动挂篮、立模绑扎钢筋等循环连续施工，直至合龙形成连续梁桥， 边跨现浇段采用满堂支架。 3.2 主梁内力计算 对桥梁主梁的内力计算，与施工阶段、施工方式方法有关，本桥采用由 0#块向 两端对称的悬臂挂篮施工方法，最后进行合拢。 3.2.1 自重 桥梁自重是

48、指桥梁梁体自身的重量，取决于混凝土的容重、梁体的大小等。 表 3-1半幅桥的自重 序号类型材料截面l/a/v整体重量 序号名称序号名称类型值()tonf 1梁单元1c602跨中l400112.475 2梁单元1c602跨中l400112.475 3梁单元1c602跨中l35098.4154 4梁单元1c602跨中l30084.356 5梁单元1c602跨中l20056.2373 6梁单元1c605跨中-支点 1l500141.348 7梁单元1c606跨中-支点 2l400116.77 8梁单元1c607跨中-支点 3l400122.152 9梁单元1c608跨中-支点 4l400129.71

49、3 10梁单元1c609跨中-支点 5l400139.235 11梁单元1c6010跨中-支点 6l400148.642 12梁单元1c6011跨中-支点 7l400163.045 13梁单元1c6012跨中-支点 8l350156.396 14梁单元1c601支点l20092.5902 15梁单元1c601支点l20092.5902 16梁单元1c601支点l20092.5902 17梁单元1c601支点l20092.5902 18梁单元1c6013支点-跨中 1l350156.396 19梁单元1c6014支点-跨中 2l400163.045 20梁单元1c6015支点-跨中 3l4001

50、48.642 21梁单元1c6016支点-跨中 4l400139.235 22梁单元1c6017支点-跨中 5l400129.713 23梁单元1c6018支点-跨中 6l400122.152 24梁单元1c6019支点-跨中 7l400116.77 25梁单元1c6020支点-跨中 8l500141.348 26梁单元1c602跨中l10028.1187 3.2.2 二期恒载及收缩徐变 二期是指桥梁结构上的铺装层、防水层、栏杆等附属设施的荷载，恒载集度取 q=190.2 。kn m 收缩徐变是指混凝土内部的水泥凝胶体在外荷载作用下产生粘性流动，把压力 传递给集料，使集料的变形逐渐增大，随时间

51、的增长混凝土的变形增大。影响徐变 的因素有长期作用应力的大小和受荷时混凝土的硬化强度，以及外部环境等等。 3.2.3 梁单元静载内力计算 表 3-2 二期恒载内力表 单元荷载位置轴向()kn剪力-z()kn弯矩-y ()kn m 1恒荷载i117.42-6256.240 1恒荷载j217.42-4392.4421297.47 2恒荷载i23.05-4392.4621297.47 2恒荷载j33.05-2528.6635139.73 3恒荷载i30-2528.6635139.73 3恒荷载j40-897.8441136.11 4恒荷载i40-897.8441136.11 4恒荷载j50500.0

52、141732.86 5恒荷载i50500.0141732.86 5恒荷载j601431.9139800.94 6恒荷载i6-9.511431.8839800.94 6恒荷载j7-22.623760.6526825.52 7恒荷载i7-66.753760.1326825.52 7恒荷载j8-100.235659.078004.35 8恒荷载i8-145.815658.088004.35 8恒荷载j9-196.067609.45-18524.5 9恒荷载i9-284.777606.64-18524.5 9恒荷载j10-360.729631.37-52990.3 10恒荷载i10-452.85962

53、7.47-52990.3 10恒荷载j11-552.5711744.64-95754 11恒荷载i11-686.7711737.56-95754 11恒荷载j12-816.6313945.53-147174 12恒荷载i12-982.7713934.8-147174 12恒荷载j13-1149.0816281.94-207698 13恒荷载i13-1325.5716268.52-207698 13恒荷载j14-1504.8418454.71-268633 14恒荷载i144.9118515.97-268633 14恒荷载j154.9119801.03-306950 15恒荷载i15019801

54、.03-306950 15恒荷载j16021086.1-347837 16恒荷载i160-20119.6-347837 16恒荷载j170-18834.5-308883 17恒荷载i174.67-18834.5-308883 17恒荷载j184.67-17549.5-272499 18恒荷载i18-1426.88-17491.4-272499 18恒荷载j19-1247.61-15305.2-214946 19恒荷载i19-1081.36-15317.8-214946 19恒荷载j20-915.05-12970.7-158289 20恒荷载i20-760.49-12980.7-158289 2

55、0恒荷载j21-630.64-10772.7-110735 21恒荷载i21-507.14-10778.9-110736 21恒荷载j22-407.42-8661.67-71839.5 22恒荷载i22-325.36-8664.61-71841.5 22恒荷载j23-249.4-6639.89-41245.4 23恒荷载i23-172.59-6642.02-41248 23恒荷载j24-122.34-4690.65-18590 24恒荷载i24-85.63-4690.79-18594.4 24恒荷载j25-52.15-2791.85-3646.76 25恒荷载i25-18.74-2792.69

56、-3648.16 25恒荷载j26-5.63-463.924487.4 26恒荷载i260-464.474486.57 26恒荷载j2701.484718.07 图 3-1 二期恒载作用下的弯矩包络图 图 3-2 二期恒载作用下的上翼缘应力图 表 3-3 二期恒载作用下下翼缘应力图 3.2.4 梁单元移动荷载内力计算 移动荷载包括车道荷载、车辆荷载。 表 3-3 内力数据表 单元位置剪力-y ()kn剪力-z ()kn弯矩-y ()kn m弯矩-z ()kn m 1i15.57-2680.720462.42 1j25.57-2277.259349.42442.53 2i25.57-2277.2

57、69349.42450.87 2j35.57-1913.1316525.34431.14 3i35.57-1913.1416525.34434.22 3j45.57-1626.7721100417 4i45.57-1626.7721100417 4j55.57-1405.0423945.96402.29 5i55.57-1405.0423945.96402.29 5j65.57-1269.2125421.42392.5 6i65.57-1269.1925421.42388.72 6j75.571308.2227421.64370.34 7i75.571308.0627421.64373.64

58、7j85.571530.927289.39371.2 8i85.571530.6527289.39380.35 8j95.571783.2525625.03386.14 9i95.571782.6225625.03409.86 9j105.572061.9-25974.7442.55 10i105.572061.09-25974.7-478.5 10j115.572364.27-29076.2-519.73 11i115.572362.79-29076.2-574.84 11j125.572687.43-32770.2-608.2 12i125.572685.36-32770.2-672.96

59、 12j135.573012.47-39893.3-695.75 13i135.573010.07-39893.5761.82 13j145.573285.46-48180.1773.04 14i145.573296.19-48179.7-268.57 14j155.573458.81-53825.1-262.26 15i155.573458.81-53825.1-263.48 15j165.573625.04-60179.7-257.17 16i16-2.33-3942.92-60179.7-706.17 16j17-2.33-3755.59-53213.6-704.44 17i17-2.3

60、3-3755.59-53213.6-702.92 17j18-2.33-3570.62-46905.2-701.19 18i18-2.33-3558.98-46905.7-1288.51 18j19-2.33-3242.42-37221.5-1257.69 19i19-2.33-3244.99-37221.1-1184.1 19j20-2.33-2893.04-28140.2-1141.48 20i20-2.33-2895.26-28140.2-1065.67 20j21-2.33-2555.2-21065.7-1014.85 21i21-2.33-2556.75-21065.7-950.18