公路连续梁桥设计

1、石家庄铁道大学毕业设计公路连续梁桥设计The Design of Highway Continuous Beam Bridge 2013 届 土木工程 学院专 业 土木工程 学 号 20090393 学生姓名 赵战培 指导老师 靳明君 完成日期 2013 年 6 月 1 日毕业设计成绩单学生姓名赵战培学号20090393班级土0901-12班专业土木工程毕业设计题目公路连续梁桥设计指导教师姓名靳明君指导教师职称教授评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计任务书题目公路连续梁桥设计学生姓名赵战培学号20090393班级土0901-12专业土

2、木工程承担指导任务单位土木工程学院导师姓名靳明君导师职称教授一、 设计内容本设计要求完成一座公路连续梁桥的设计。设计内容主要包括：(1)总体布置：通过水文计算、比选确定桥型，进行总体布置；(2)上部结构设计计算；(3)下部结构初步设计、支座的选择、施工组织设计等。二、基本要求1. 提高收集分析和整理资料的能力；2. 了解桥梁施工的一般过程和设计方法及其步骤；3. 掌握利用Midas软件建立桥梁模型并会对结构进行内力计算；4. 熟练利用Auto CAD绘制施工图；5. 按要求完成计算书与图纸的整理；三、主要技术指标设计荷载：公路II级荷载桥面宽度：净8m+2×1m（人行道）分跨情况：四

3、联三跨，每跨跨径均为25m四、应收集的资料及参考文献1.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范2.公路桥涵设计通用规范3.公路工程技术设计4.结构设计原理5.预应力混凝土连续梁桥6.桥梁通用结构及简支梁桥7.结构力学五、进度计划(1)第14周：熟悉资料和软件，完成外文翻译和开题报告，完成实习，上交实习报告；(2)第58周：参考有关资料，初步拟定截面尺寸，选定施工方法，计算内力；(3)第913周：根据内力计算结果，进行预应力钢束的估算和布置，并绘制施工图纸；(4)第14周15周：编写设计说明书，准备并完成论文答辩。教研室主任签字时间年 月 日毕业设计开题报告题目公路连续梁桥设计学生姓名赵战培学

4、号20090393班级土0901-12专业土木工程一、国内外桥梁现状在四通八达的现代化交通网中，桥梁占据着非常重要的地位，桥梁一般是交通的咽喉。桥梁的建设水平是一个国家综合经济实力和科学技术水平的重要标志。现代化桥梁按照结构体系可以分为梁式桥、刚构桥、拱桥、斜拉桥、悬索桥及复合体系桥梁，其中梁式桥是工程中应用最广泛的桥梁类型，它不仅构造简单易于施工，而且造价低廉。梁式桥包括简支梁、连续梁、悬臂梁，其中连续梁桥具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、抗震能力强、养护简单等优点。随着连续梁桥施工方法的不断进步和完善，连续梁桥已经成为一种最常见的结构体系。国外的现代化桥梁建设起步较早，建设者

5、们利用本国先进的科学技术和极具创造性的想象力建造出了许多巧夺天工式的桥梁，取得了举世瞩目的成就。1998年正式通车的日本明石大桥是世界上最长的吊桥，全长3911米，主桥墩跨度1991米,两座主桥墩海拔297米，基础直径80米，水中部分高60米；德国的科赫塔尔桥为桥墩高183m的高架多跨连续梁桥，跨径布置为817×13881m，桥面宽31m，仅用8.6m宽单箱截面，箱外挑出长悬臂。我国的桥梁建设水平有着辉煌的历史，在秦汉以前，我国就有以石建桥的记载，到隋唐以后用石材建造的梁桥、板梁桥和各式各样的石拱桥成为桥梁的主体，如著名的赵州桥，建成于隋朝大业元年，比欧洲早建1200年。但进入近代以

6、来，由于我国的科学技术水平长期滞后，桥梁的建设水平几乎停滞不前。改革开放以来随着我国科学技术的快速进步，我国的桥梁建设进入了一个崭新的时期，一大批结构新颖，技术复杂，设计和施工难度大和科学技术含量高的大跨度桥梁的相继建成。1984年建成通车的湖北省沙洋汉江桥是首座跨径超过100m的连续梁桥，随后陆续建成的广州大桥、沅江桥、乌江桥、湖北省宜城汉江桥、宜昌乐天溪桥、江苏省南京长江第二大桥北汊桥、杭州湾跨海大桥、苏通长江大桥专用航道桥等，跨径均在百米以上，标志着我国桥梁建设水平已经跻身国际先进行列。二、主要工作1.通过水文计算确定桥长、再通过比选确定桥型，进行总体布置；2.上部结构设计计算；3.下部

7、结构初步设计、支座的选择等；4.利用AUTCAD绘制施工图； 5.完成3000字外文翻译。三、设计方法和手段1.根据设计任务自己拟定设计尺寸并建立计算模型，计算内力；2.对桥梁配置钢筋；3.绘制部分施工图。四、目的及预期成果1.增强自身收集、整理、分析资料的能力2.掌握桥梁施工的一般过程及设计方法和步骤；3.学会熟练使用MIDAS软件进行结构的设计计算；4.利用AUTOCAD绘制部分施工图；5.设计说明书一份，AUTOCAD图纸5张。五、参考资料1、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范2、公路桥涵设计通用规范3、公路工程技术标准4、钢筋混凝土桥5、结构设计原理6、预应力混凝土连续梁桥7、桥

8、梁通用构造及简支梁桥8、结构力学六、时间安排第14周 熟悉软件，查阅资料，完成外文翻译和开题报告，完成实习，交实习报告；第57周 进行总体布置,初拟截面尺寸，内力计算；第813周 根据选定的施工方法，进行具体的钢筋设计和检算，并绘制图纸；第1415周 文整，准备和完成答辩指导教师签字时间 年 月 日摘 要本设计内容是一座预应力混凝土连续梁桥的设计。该桥跨越河北省南部地区一季节性河流，桥位处河段顺直且稳定。在设计过程中，首先根据工程地质和水文资料进行了桥梁类型方案比选。由于预应力混凝土连续梁桥具有变形小、结构受力性能好、行车平顺舒适、外形美观、抗震能力强、养护简单等优点，设计中选择了预应力混凝土

9、连续梁桥这一桥型，采用满堂支架就地浇注施工方法，主梁采用箱型截面，桥墩台采用桩柱式，并依据相关资料拟定主要尺寸。然后，利用Midas/civil软件建立模型，分析结构内力并完成内力组合。根据计算结果估算预应力钢束数量并进行预应力钢束的布置，计算预应力损失。接下来进行了构件在承载能力极限状态和正常使用极限状态下的强度和应力验算。其中，在承载能力极限状态下验算包括：混凝土正截面抗弯承载力验算、斜截面抗弯承载力验算；在正常使用极限状态下验算包括：混凝土法向应力验算、预应力钢筋中的拉应力验算、截面的主应力验算、截面的抗裂验算。经验算主梁各截面的强度和应力均满足桥规要求。最后进行了下部结构的初步设计。关

10、键词 ： 预应力混凝土连续梁 预应力钢束 结构验算AbstractThis design content is the design of a prestressed concrete continuous girder bridge. The bridge comes across many seasonal rivers in the south of HeBei province,and the rivers under it are straight and steady.In the design process, first of all, according to the eng

11、ineering geological and hydrological data for the bridge type scheme comparison. Due to deformation of prestressed concrete continuous girder bridge with small, structure stress performance good, driving smooth and comfortable, beautiful shape, the seismic capability and simple maintenance etc, chos

12、en in the design of prestressed concrete continuous girder bridge, a bridge, using full framing on-site pouring construction method of girder of box section, using pile piers, and based on the related data for main dimensions.Then, using software Midas/civil build model, analysis of structural inter

13、nal force and internal force combination. According to the calculation results estimated the number of prestressed steel beam and prestressed steel beam layout, loss of prestress calculation. The next component in the bearing capacity limit state and serviceability limit state of strength and stress

14、 calculation. Among them, the bearing capacity limit state under check include: normal section bending bearing capacity calculation of concrete, the flexural bearing capacity for inclined section calculation; Check include: under normal use limit state method to the stress check, prestressed concret

15、e in the tensile stress checking, cross section of the principal stress checking, cross section crack resistance calculation. Experience is main girder strength and stress of each section can satisfy the requirements of bridge gauge. Finally has carried on the preliminary design of bottom structure.

16、Keywords: prestressed concrete continuous beam; pre-stressing tendon; Structure calculation目 录第1章 绪论11.1 引言11.1.1 预应力混凝土连续梁桥发展概述11.1.2 预应力混凝土连续梁桥的特点21.2 工程概况31.2.1 水文地质资料31.2.2 技术标准及规范41.2.3 主要材料5第2章 桥型选择及总体布置62.1 水文计算62.2 桥型方案比选62.3 桥跨布置72.4 施工方法的选择82.5 截面形式及尺寸拟定82.5.1 截面形式拟定82.5.2 主梁高度92.5.3 主梁细部尺

17、寸9第3章 主梁内力计算123.1 应用软件简介123.2 模型建立123.2.1 材料和截面的输入123.2.2 单元划分153.2.3 约束条件153.3 定义荷载153.3.1 恒载153.3.2 温度荷载173.3.3 支座沉降183.3.4 移动荷载193.4 主梁内力计算结果213.4.1 恒载计算结果213.4.2 移动活载计算结果223.4.3 温度荷载计算结果233.4.4 支座沉降计算结果233.5 荷载组合24第4章 预应力钢束估算和布置284.1 预应力钢束计算的基本原则284.1.1 按正常使用极限状态的应力要求计算284.1.2 按承载能力极限状态的应力要求计算31

18、4.2 预应力钢筋的估算324.2.1 仅在下缘布置预应力钢束324.2.2 仅在上缘布置预应力钢束334.3 预应力钢束的布置364.3.1 布置原则364.3.2 预应力钢束输入36第5章 预应力损失及有效预应力的计算385.1 钢筋的张拉控制应力385.2 预应力损失的计算385.2.1 预应力筋与管道壁间摩擦引起的应力损失395.2.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失395.2.3 混凝土的弹性压缩引起的预应力损失405.2.4 钢筋松弛引起的预应力损失405.2.5 混凝土收缩和徐变引起的应力损失()415.3 钢筋的有效预应力的计算41第6章 截面验算446.1 主梁承

19、载力验算446.1.1 正截面抗弯验算446.1.2 斜截面抗剪验算466.2 主梁应力验算496.2.1 施工阶段法向压应力验算496.2.2 使用阶段正截面压应力验算516.2.3 使用阶段受拉区钢筋的拉应力验算526.2.4 使用阶段斜截面主压应力验算546.3 主梁截面抗裂性验算556.3.1 使用阶段正截面抗裂性验算566.3.2 使用阶段斜截面抗裂性验算58第7章 下部结构的初步设计607.1 下部结构尺寸拟定607.2 墩柱初步设计617.2.1 墩柱长度的拟定617.2.2 墩柱内钢筋估算627.3 桩基础初步设计627.3.1 桩长的拟定627.3.2 桩内钢筋估算647.4

20、 支座的选择64第8章 结束语66参考文献67致 谢68附录A 外文翻译69A1 原文69A2 译文75附录B 设计图纸79石家庄铁道大学毕业设计第1章 绪论1.1 引言建立四通八达的现代化交通网，大力发展交通运输事业，对于发展国民经济，加强全国各族人民的团结，促进文化交流和巩固国防等方面，都具有非常重要的作用。在现代化交通网中，大跨径预应力混凝土连续梁桥的比重越来越大，并且已经成为高速公路应用最广泛的桥型。连续梁桥是一种常见的结构体系。它具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、抗震能力强、养护简单等优点。但连续梁桥的设计工作比较复杂，预应力钢筋张拉工序、施工方法以及材料性能等对其应力

21、状态都有较大影响。所以要想充分发挥连续梁桥的优势就需要综合考虑设计和施工等多方面因素。1.1.1 预应力混凝土连续梁桥发展概述钢筋混凝土结构在使用过程中存在如下两个问题：一是需要带裂缝工作，这样不仅使构件刚度下降，而且使得钢筋混凝土构件不能应用于不允许开裂的场合；二是无法充分利用高强材料。要使钢筋混凝土结构得到进一步的发展，就必须克服钢筋混凝土结构上述缺点，于是人们在长期的工程实践及研究中，创造出了预应力混凝土结构。所谓预应力混凝土，就是事先人为地在混凝土或钢筋混凝土中引入内部应力，而且数值和分布恰好能将使用荷载产生的应力抵消到一个合适程度的配筋混凝土。自从预应力混凝土结构产生之后，很多普通钢

22、筋混凝土结构被预应力混凝土结构所代替。预应力混凝土的广泛应用节约了大量的材料和投资，其应用的范围和数量已经是衡量一个国家建筑技术水平的重要指标之一。预应力混凝土桥梁是在第二次世界大战以后发展起来的，当时很多国家为了克服战后缺钢的情况，竞相采用预应力结构代替部分钢结构建造桥梁，这种情况在欧洲国家尤为突出。最早的混凝土连续梁桥多采用支架就地浇注施工，桥梁跨径不大，多为30m、40m，这种施工方法施工工期长，且耗用大量木材，因此建造连续梁数量很少，到20世纪60年代初期，悬臂施工方法从钢桥引入预应力混凝土桥后，使预应力混凝土连续梁桥得到迅速发展，因此预应力混凝土连续梁在桥梁方案的竞争中常常取胜。随后

23、顶推、移动模架等施工法的出现极大地加快了预应力混凝土连续梁桥的发展。我国的预应力混凝土连续梁桥的发展比欧洲晚，到建国初期才开始研究，但改革开放以来，我国的预应力混凝土连续梁桥无论是在桥型，还是在跨度以及施工方法与技术方面都有突破性发展，不少预应力混凝土桥梁的修建技术都已达到国际先进水平。1984年建成通车的湖北省沙洋汉江桥是首座跨径超过100m的连续梁桥，随后陆续建成的江苏省南京长江第二大桥北汊桥、杭州湾跨海大桥、苏通长江大桥专用航道桥等，跨径均在百米以上，标志着我国桥梁建设水平已经跻身国际先进行列。目前我国的预应力混凝土连续梁桥的设计与施工技术都已达到较高水平，如今高速铁路的兴起又为预应力混

24、凝土连续梁桥的发展提出了更高的要求，同时也提供了新的发展契机。展望未来，随着中国经济的发展，中国的预应力混凝土连续梁桥各项技术会发展到更高的水平。1.1.2 预应力混凝土连续梁桥的特点连续梁桥是一种常见的结构体系。它具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、抗震能力强、养护简单等优点。连续梁体系是超静定结构，在荷载作用下，由于支点负弯矩的存在，使跨中正弯矩值显著减小，使内力状态比较均匀合理。同时在超载时可以产生塑性铰，发生内力重分布，从而提高梁部结构的承载能力。连续梁桥的优点还体现在桥的立面上，连续梁在中间桥墩上只有一个支座，在竖直荷载作用下桥墩只受竖向的压力。在实际设计中，加大靠近支点

25、附近的梁高，将全桥做成变截面梁桥，使桥梁截面高度变化符合桥梁弯矩变化，能进一步降低跨中的设计弯矩。这样不但节省了材料，而且加大了刚度。总体来讲，预应力混凝土连续梁桥之所以能得到飞速的发展和广泛的使用，是因为它具有如下优点：(1)预应力混凝土结构能够充分利用高强度材料以减小构件截面，降低自重弯矩，使桥梁的跨越能力得到提高；(2)全预应力混凝土梁在使用荷载下不出现裂缝，梁全截面参与工作，因此梁的刚度通常比普通钢筋混凝土要大。由于能消除裂缝，这就扩大了对多种桥型的适用性，并提高了结构的耐久性；(3)预应力技术的采用，使得桥梁施工方法多样化，如悬臂拼装、顶推法等，这就扩大了预应力混凝土连续梁桥的适用范

26、围，提高了其竞争力；(4)预应力混凝土桥梁可充分利用材料可塑的特点，在建筑上有丰富多彩的表现潜力。然而，也正由于连续梁的超静定结构，使得设计工作比较复杂。构件在偏心的纵向预压力作用下，要承受弯矩产生的弯曲变形，在连续梁等超静定结构体系中，构件的变形如受到约束，在其支撑处必然产生附加的反力，从而导致二次力矩。二次力矩的符号与原预加力矩相反，使预压力的偏心向重心轴移动，有降低预应力的作用。并且当基础发生不均匀沉降时，连续梁会产生附加内力，因此要求基础有良好的地质条件。1.2 工程概况1.2.1 水文地质资料本桥横跨河北省南部地区季节性河流，某二级公路穿越河流。桥位处河段顺直且稳定、正交。桥址处实测

27、断面资料见表1-1表1-1 桥位处实测断面资料桩号地面标高(m)桩号地面标高(m)桩号地面标高(m)K0+45030.1159624.1785624.30502.533.5163023.8487224.5050931.1166423.3687630.4252829.5569825.1689031.5154028.5574321.8790032.2156225.278823.03K1+00032.9356523.582223.82地质情况：地表以下10cm左右为中砂及细沙。1号、2号、3号、4号、5号钻孔地质情况见表1-2至表1-6。表1-2 1号孔(K0+528)地质情况表高程(m)土质描述2

28、8.15浅黄色推积土23.85亚粘土12.85中砂10.55砾石4.05亚粘土表1-3 2号孔(K0+630)地质情况表高程(m)土质描述11.94细砂及中砂8.94砾石6.74含砾亚粘土0.00亚粘土表1-4 3号孔(K0+742)地质情况表高程(m)土质描述10.57细砂及中砂9.62粉砂1.56亚粘土表1-5 4号孔(K0+822)地质情况表高程(m)土质描述15.32细砂及中砂14.70砾石7.02亚粘土表1-6 5号孔(K0+896)地质情况表高程(m)土质描述29.91种植土24.51堆积土22.91细砂15.11亚粘土水文资料：经水文站观测及分析报告，桥位处河流百年一遇(频率p=

29、1%)的洪峰流量为3350。设计水位为28.25m，河流全断面平均流速为2.3m/s，桥前壅水0.17m，计算浪高0.52m。1.2.2 技术标准及规范(1) JTGB-2003公路工程技术标准(2) JTGD60-2004公路桥涵设计通用规范(3) JTJD62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(4) JTGD63-2007公路桥涵地基与基础设计规范(5) JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范1.2.3 主要材料在上部结构中预应力钢筋混凝土现浇箱梁采用C50混凝土，预应力钢束采用GB/T 5224-2003标准的高强度低松弛钢绞线，直径为15.2mm，面积为A=140，

30、标准强度，钢绞线的弹性模量=1.95×MPa。波纹管采用金属波纹管，锚具采用符合交通通行标准要求的产品。普通钢材：除特殊要求外，普通钢筋应满足直径12mm者采用HRB335级钢筋，直径小于12mm者采用R235级钢筋，其技术标准分别符合国家标准的规定。本设计中下部结构中桥台：盖梁、耳背墙、挡块、肋板(桩)采用C30混凝土；桩基、系梁采用C25混凝土。桥墩：墩柱采用C40混凝土；系梁采用C30混凝土；桩基采用C40混凝土。桥面铺装：5cm厚沥青混凝土和612cm厚的防水混凝土。支座：采用盆式橡胶支座。第2章 桥型选择及总体布置2.1 水文计算由设计基本资料知该桥设计水位为=28.25m

31、，起止桩号为K0+540K0+874,并且由设计平均流速V=2.3m/s和设计流量=3350得到过水面积=1450及水面宽度B=334m和平均水深H=4.34m。由公路桥位勘察设计规范(JTJ 06291)知该桥位设计适合于由单宽流量公式计算 (2-1)式中，设计洪水流量()； 河槽平均单宽流量()， (2-2) 水流压缩系数，= (2-3)将已知水文资料代入上述公式得：单宽流量=3350/33410()；压缩系数=1.3；最小桥孔净长度=258m。2.2 桥型方案比选在桥梁体系中，根据受力可将其分为梁式、拱式、悬吊式三种基本体系和它们的组合体系。每种类型的桥梁都有它的优缺点，桥型的选择按照安

32、全适用经济美观的原则，结合实际的水文地质地形等因素比较确定。梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力的作用方向与承载结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其他结构体系相比，梁内产生的弯矩最大，通常需用抗弯能力强的材料来建造。为了节约钢材和木材，目前在公路上应用最广的是预制装配式的钢筋混凝土简支梁桥。但是当桥梁的跨度在50m以上时，为了达到经济省料的目的可根据地质条件等修建悬臂式或连续式的预应力梁桥。拱桥在竖向荷载作用下，桥台和桥墩承受很大水平力。同时这种水平推力将显著抵消荷载所引起在拱圈(或拱肋)内的弯矩作用。因此，与同跨径的梁相比，拱的弯矩和变形要小得多。但是拱桥在其拱脚处产生巨大

33、的水平推力，这使得它对地基的承载力要求很高，同时它的施工与梁桥相比也要困难些。悬索桥梁虽然通过悬索的受力大降低了桥梁自身的重量，但是索桥的锚锭施工式艺比较复杂，桥型自身的经济也较差。斜拉桥的施工周期长和施工难度大。因而在没有必须的要求，一般不首选悬吊桥。在本设计中，首先从地质资料分析，该处河断面的地质基础以中砂和土类为主，作为地基其承载能力不够高，因而从桥型上讲，一般不选拱桥和悬索桥；其次从桥梁跨径上选，该处桥梁的最小桥孔净长度为258m，为一中小跨径桥梁，在无特殊要求的情况下没有必要建造斜拉桥；再者从经济因素考虑，梁桥的建造也要省时省力。因此在桥型选择中将桥型大至定在梁式桥中。在梁式桥中，按

34、受力特性可分为简支、悬臂和连续(在此设计中悬臂桥不作考虑)。简支梁属于单孔静定结构，它受力明确，构造简单，施工方便，但是其跨径最大不超过50m，而连续梁桥的跨径大，跨中弯矩小，稳定性高，并且在施工过程中节约很大部分的建筑材料，同时连续梁的施工周期也比较短。使用简支梁桥过多的桥墩会使河道过水断面压缩，加大对河底的冲刷，不仅不利于桥梁排水排沙，也不利于桥墩的稳定。一般的钢筋混凝土由于其自重较大，为了降低自重对桥梁承载能力的影响，因而在该设计中选择预应力连续梁桥。综上所述，在本设计中，初步的方案设计为预应力连续梁桥。2.3 桥跨布置本桥全长300m，分成4联,每联3跨，由于每联长度不是很长，为了施工

35、方便简单采取等跨布置，每跨的跨度为25m。,由于河道的总宽度大于桥梁的总长度，综合考虑设计水位、局部冲刷的要求。应在桥台两侧设置导流堤，以引导上流水流平顺的通过桥孔，使桥下断面的流速、流速、水深及输沙都比较均匀，避免桥下和桥头出现过大的局部冲刷。再根据总流量要求确定桥的具体位置。桥型总体布置图见附录B。2.4 施工方法的选择连续梁桥常用的施工方法有：支架浇筑施工法，逐孔施工、悬臂浇筑施工和顶推法施工。根据不同的桥跨形式和地质条件等选择不同的施工方法。(1)支架浇筑施工法支架浇筑施工是指在连续梁桥的一联各跨全部设置支架，在施工完成后同时落架。因此这种施工方法不存在体系转化，施工平稳可靠，不需要大

36、型起起吊设备，预应力混凝土连续梁可采用强大的预应力体系使结构简化，方便施工。(2)逐孔施工逐孔施工是利用机械化的支架和模架逐跨移动并进行现浇，逐孔施工的方法，其主要特点是施工作业是周期性进行的且不受气温和外界的干扰，不仅便于工程管理，又能提高工程质量，但这种施工方法需要一整套设备和配件，耗用大量钢材同时需要一整套机械动力设备和自动装置，一次性的投资相当巨大，对工程的管理能力要求高。从组织角度来说，这种施工方法对施工队伍的组织能力要求很高，因而不用于首选。(3)悬臂施工悬臂施工是从墩台顶部逐段沿跨径方向延伸施工，每延伸一段就施加预应力使其与成桥部分联结成整体。但是悬臂施工方法要求在施工过程中必须

37、保证墩与梁固结，必须充分考虑施工期出现的体系转换问题，同时占地较大。(4)顶推法施工顶推法是在沿桥轴向的台后设置预制场地，分节预制梁体系，并用纵向预应力筋将预制节段与已完成部分联成整体，然后用千斤顶施力，然而这样加大了桥头土方，而且不美观。从桥跨方面讲，本次设计采用四联三跨，其中每跨的计算长度为25m，整体现浇适用于这种中小跨径桥梁，整体现浇有利于减小设备的投入。与其它的施工方法相比，整体现浇法对施工的组织能力要求相对较低，并且不需要大型的起重设备，采用整体现浇法也能减少场地的使用。因而在本设计中选择整体现浇法施工。2.5 截面形式及尺寸拟定2.5.1 截面形式拟定预应力混凝土连续梁桥的截面形

38、式有很多，一般应根据桥梁跨径高度梁高支撑形式总体布置和施工方法等方面综合确定。合理选择主梁的截面形式可减轻桥梁的自重，节约材料，简化施工和改善截面受力性能。根据工程实际情况，本课题设计宜选用箱形截面梁，这是因为：(1)箱形截面构造灵活，适用于支架现浇逐孔施工悬臂施工等多种施工方式；(2)箱形截面抗扭刚度大，整体性好，有良好的静力和动力稳定性；(3)在同高度的矩形T形和箱形截面中，箱形截面的核心半径最大，可使力筋合力的力臂最大而不使截面边缘出现拉应力，达到节省力筋的目的；(4)箱形截面的顶板和底板都具有较大的面积，能有效地抵抗正负弯矩，满足配筋要求。箱形截面形式很大程度上取决于桥面宽度，桥面宽度

39、的增加，使单元构件的横截面发生了变化，通常有单箱单室单箱多室双箱单室和多箱多室等截面形式，选择何种箱形截面通常与截面宽度有关。此桥的截面宽度为9.4m，根据国内外的经验选择单箱双室的截面形式。2.5.2 主梁高度按照梁高变化，连续梁可分为等高度和不等高度两种。等截面连续梁构造简单，施工方便，线条简洁美观。等截面连续梁可采用等跨和不等跨布置，以等跨为宜，对于长桥可以改变个别跨径。按不等跨布置时，为保证桥梁纵向线性，常不改变支点处梁高。而通过增加预应力筋钢束来抵抗支点处较大的负弯矩，因而钢材用量较费，这是其主要缺点。但等跨布置时，连续梁的内力分布不是很合理。等截面连续梁的梁高一般取跨径的1/161

40、/26，采用顶推法施工时，一般取跨径的1/121/15为宜。从受力特点来看，连续梁在荷载作用下，支点截面负弯矩绝对值一般要大于跨中截面正弯矩绝对值，因此采用变截面梁更能符合梁的内力分布规律。但变高度梁施工时要计算较为复杂的体系转换问题，施工和构造较为复杂。此桥为中小跨度桥梁，四联，每联三跨，采用等跨布置，跨度为25m，施工方法为满堂支架就地浇筑法施工，根据以上原则宜采用等截面连续梁桥，梁高取1.6m。2.5.3 主梁细部尺寸(1)顶板和底板厚度选定原则如下：箱梁根部底板厚度一般为墩顶梁高的1/101/12；箱梁跨中底板厚度一般按构造选定，若不配预应力筋，厚度可取1518cm，配有预应力筋，厚度

41、可取2025cm；箱梁顶板厚度首先要满足布置纵横预应力筋的构造要求。不设横向预应力筋时，顶板厚度与腹板间距可参考表2-1。表2-1 腹板间距与顶板厚度腹板间距(m)3.55.07.0顶板厚度(cm)182028根据以上原则，可确定跨中箱梁底板厚度为25cm，顶板厚度为25cm。变截面的箱梁根部底板厚度取为40cm，顶板厚度取40cm。(2)腹板厚度腹板厚度的选定，主要取决于布置预应力筋和浇注混凝土必要的间隙等构造要求。一般情况下可按以下原则选用：腹板内无预应力筋时，可用20cm；腹板内有预应力筋时，可用2530cm；腹板内有预应力筋锚固时，可用35cm；墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚306

42、0cm，甚至100cm。根据以上原则，确定跨中腹板厚度为40cm，墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板厚度取80cm。(3)梗腋在顶板底板和腹板接头处须设置梗腋，以减少应力集中，提高断面的抗扭和抗弯刚度。梗腋可以增大桥面抵抗负弯矩的能力，还为布置预应力筋和设置锚头留有足够的空间。梗腋的形式一般为1：11:21:31:4等。加腋有竖向加腋和水平加腋。在顶板和腹板加竖向梗腋，则可加大腹板的刚度。为了便于模板制作和拆模，各种梗腋的最小尺寸不宜小于10cm。根据以上原则设置梗腋。综上所述，主梁跨中、变截面根部、支座处截面尺寸如图2-1图2-2图2-3所示。204016094040×1030×

43、;102525404040700 图2-1 跨中箱梁横截面尺寸图(单位：cm)20700940404080808040160 图2-2 变截面根部箱梁横截面尺寸图(单位：cm)2070094040160 图2-3 支座处横截面尺寸图(单位：cm)第3章 主梁内力计算3.1 应用软件简介本设计主要采用Midas/Civil建立模型和计算。 Midas/Civil是个通用的空间有限元分析软件，可适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，Midas/Civil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能，目前已为各大

44、公路、铁路部门的设计院所采用。Midas/Civil软件建立模型时可直接在窗口中通过鼠标点取数据输入外部数据导入等方式实现建模；输入的模型及参数数据可通过窗口直观显示，以检查其正确性；结果的显示采用窗口模式，各模式具有方便的互换性。Midas/Civil软件提供静力分析(线形静力分析、热应力分析)、动力分析(自由振动分析、反应谱分析、时程分析)、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、动力边界非线形分析、几何非线形分析(P-delta分析、大位移分析)、优化索力、屈曲分析、移动荷载分析(影响线/影响面分析)、支座沉降分析、热传导分析(热传导、热对流、热辐射)、水化热分析(温度应力、管冷)、施工阶段分析

45、、联合截面施工阶段分析等功能。应用Midas/Civil软件建立预应力混凝土连续梁桥模型的步骤如下：(1)材料、截面的定义；(2)节点、单元的建立；(3)约束条件的定义；(4)荷载条件的建立。3.2 模型建立3.2.1 材料和截面的输入建立模型时，首先对主梁混凝土纵向预应力钢筋主梁截面进行定义。混凝土：主梁根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)的要求采用C50混凝土。钢材：采用中国交通部公路标准中规定的Strand1860。材料定义的具体过程见图3-1。图3-1 材料特性输入截面主梁截面采用箱型截面，各截面尺寸如图2-1、2-2、2-3所示。应用Midas/C

46、ivil软件输入主梁截面数据见图3-2、图3-3、图3-4。图3-2 跨中截面尺寸数据输入截面图3-3 根部截面尺寸数据输入截面图3-4 支座截面尺寸数据输入截面3.2.2 单元划分在本设计中，桥梁的分跨为m，由于连续梁桥的各联受力相同，因而只需以其中一联为对象进行结构分析。剩余三联的结构与计算联完全相同。平均每1m划分为一个单元，一联共分为77个单元，78个结点。如图3-5、图3-6所示：图3-5 单元划分图3-6 节点划分3.2.3 约束条件该桥是一联三跨的连续梁桥，模型中定义了两种约束条件，分别是固定支座滑动支座。其简化计算图示如图3-7所示，对于25277号节点采用滑动支座，约束了节点

47、yz方向的平动和xz方向的转动；对于27号节点采用固定支座，约束了节点xyz方向的平动和xz方向的转动。2275277 图3-7 模型的约束条件3.3 定义荷载3.3.1 恒载主梁恒载包括主梁自重(一期恒载)和二期恒载(桥面铺装和人行道)。在定义主梁自重时，由于预应力混凝土容重取26kN/，但程序默认为25kN/，所以将自重系数取为1.04。二期恒载集度为桥面铺装和人行道恒载集度之和，即二期恒载集度=桥面铺装集度+人行道恒载集度其中桥面铺装集度= 0.05×8×23+×8×24=26.48kN/m;人行道恒载集度查参考资料取为=10.01kN/m;q=+

48、=26.48+10.01=36.49 kN/m。对于二期恒载需要通过定义梁单元荷载来完成，首先定义荷载工况名称，然后定义荷载类型为均布荷载，最后定义均布荷载的起始点和终止点的位置，并在荷载集度一栏中输入即可。具体输入界面见图3-8图3-9。图3-8 主梁自重恒载数据输入界面图3-9 二期恒载数据输入界面3.3.2 温度荷载计算桥梁结构由于受到梁截面温度效应引起的内力时，可采用图3-10所示的竖向温度梯度曲线，其桥面板表面的最高温度规定见表3-1。对混凝土结构，当梁高H小于400mm时，图中A=H-100(mm)；梁高H等于或大于400mm时，A=300mm。只用于钢梁上部结构高度H tA100

49、图3-10 竖向温度梯度(单位：mm)表3-1 竖向日照正温差计算的温度基数结构类型 ()()混凝土铺装256.750mm沥青混凝土铺装206.7100mm沥青混凝土铺装145.5本设计中铺装层为50mm的沥青混凝土铺装，梁高160cm，总高度大于40mm，所以由上述可得温度基数=20，=6.7，在程序中具体数据输入情况见图3-11。图3-11 温度梯度荷载数据输入界面3.3.3 支座沉降由于连续梁是超静定结构，所以对支座的不均匀沉降会产生次内力，所以由支座沉降引起的内力效应是构成连续梁内力的重要组成部分。在Midas/civil软件中计算支座沉降引起的内力效应的具体方法是：首先定义支座沉降组

50、，具体包括支座沉降量沉降的位置及沉降组的名称。然后定义支座沉降荷载工况，即将第一步定义的沉降组组合起来。在本设计中，发生沉降的支座是27号节点处的固定支座，沉降量为0.5cm。支座沉降具体的数据输入情况见图3-12。图3-12 支座沉降数据输入界面3.3.4 移动荷载移动荷载由车道荷载和人行荷载组成。在桥梁的设计中，车道荷载主要是用于结构的整体计算，车道荷载的计算图示如下图3-13所示。 图3-13 车道荷载示意图由设计资料可知，汽车荷载为公路级荷载，其中=320kN，=10.5kN/m。连续梁桥为超静定结构，活载内力为以影响线为基础。在进行影响线加载时，车道荷载均布荷载标准值应满布于结构产生

51、最不利效应的同号影响线上；集中荷载标准值只作用于影响线中一个最大影响线峰值。根据公路桥涵设计规范，在计算汽车荷载的冲击力标准值时，应用汽车荷载标准值乘以冲击系数，其冲击系数u可按下式计算当<1.5Hz时，u=0.05；当1.5Hz<<14Hz时，u=0.1767；当>14Hz时，u=0.45。式中为结构的基频。在Midas/Civil中，汽车荷载是通过“荷载-移动荷载分析数据”来完成的。具体的对于汽车荷载，首先选取移动荷载规范，然后定义车道和车辆，最后定义移动荷载工况，将其先定义的车道和车辆联系起来。此外，还必须定义结构的“分析-移动分析荷载控制”来实现模型对冲击的影响

52、。由于该处图示较多，只将车道和车辆联系和分析-移动分析荷载控制举出。如图3-14、图3-15所示。图3-14 车道、车辆荷载组合图3-15 移动荷载分析控制数据再按不同的设计要求，将车辆、车道荷载的所有参数输入到软件模型中，移动荷载的定义基本上完成。3.4 主梁内力计算结果运行Midas/Civil软件后产生的主梁内力计算结果主要包括恒载计算结果、移动活载计算结果、温度荷载计算结果、支座沉降计算结果。3.4.1 恒载计算结果 (1)主梁自重产生的弯矩见图3-16。7479.47479.49861.89861.82096.2图3-16 主梁自重产生的弯矩(单位kNm)(2)二期恒载(桥面铺装和人

53、行道恒载)产生的弯矩见图3-17。2340.12340.1510.717991799图3-17 二期恒载产生的弯矩(单位kNm)3.4.2 移动活载计算结果(1)汽车荷载产生的弯矩包络图见图3-18。3175.2400140013241.63175.2图3-18 汽车荷载产生的弯矩包络图(单位kNm)(2)人行荷载产生的弯矩包络图见图3-19。377.3276.6377.3448448图3-19 人行荷载产生的弯矩包络图(单位kNm)3.4.3 温度荷载计算结果梁截面温度效应产生的弯矩见图3-20。5564.9图3-20 梁截面温度效应产生的弯矩图(单位kNm)3.4.4 支座沉降计算结果支座沉降效应产生的弯矩见图3-21。139