土木工程桥梁毕业设计--公路预应力混凝土连续梁桥设计

1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计90+150+90m 公路预应力混凝土连续桥设计年 级：Xx学 号：xx姓 名：xx专 业：xx指导老师：xx/xxXxxXxx 年年 x x 月月xx 大学本科毕业设计 第 I 页院 系 xx 专 业 xxxx 年 级 xx 姓 名 xx 题 目 90+150+90m 公路预应力混凝土连续梁桥设计 指导教师评 语 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日xx 大学本科毕业设计 第 II 页毕业设计任务书毕业设计任务书班 级 xxxx 学生姓名 xx 学号 xx 发题日期：2010 年 3 月 1 日

2、 完成日期： 6 月 18 日题 目 90+150+90m 公路预应力混凝土连续梁桥(上部结构)设计 1、本设计的目的、意义 经过毕业设计，使学生了解并掌握预应力混凝土连续梁桥设计的基本过程，掌握预应力混凝土连续梁桥设计的基本要素，包括桥型的选择，桥跨尺寸的比选，主要结构尺寸的选择，结构受力计算分析，施工方法选择等。 通过本设计，学生应对预应力混凝土连续梁桥设计有较全面的了解，能独立进行同类型桥梁的计算分析，对预应力混凝土连续梁桥施工方法有一定的了解。 2、学生应完成的任务 完成跨度为 90+150+90m 的公路预应力混凝土连续梁桥上部结构设计，具体任务如下： （1）桥式方案比选，拟定桥梁细

3、部结构尺寸； （2）运用有限元软件进行桥梁结构内力分析计算； （3）预应力钢筋和普通钢筋的设计； （4）主要截面检算； （5）编制不少于 15000 字的设计说明书； （6）绘制不少于 16 张 A3 的结构主要施工图。 xx 大学本科毕业设计 第 III 页3、设计各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分桥式方案比选，拟定桥梁细部结构尺寸 ( 2 周)第二部分运用有限元软件进行桥梁结构内力分析计算 ( 5 周)第三部分预应力钢筋估算 ( 2 周)第四部分主要截面检算 ( 2 周)第五部分编制设计说明书 ( 2 周)第六部分绘制结构主要施工图 ( 2 周)评阅及答辩 ( 1 周)备 注

4、指导教师： 年 月 日审批人： 年 月 日xx 大学本科毕业设计 第 IV 页摘 要预应力混凝土连续梁桥是预应力桥梁中的一种，作为现代公路的主要结构形式，预应力混凝土连续梁桥结构在现今的公路工程中得到了广泛的应用。本着“安全，经济，实用，美观”的设计理念，根据设计任务书和规范，对不同的桥型方案进行比较和选择，经由施工等诸多方面的考虑，确定预应力混凝土连续梁桥为最终设计方案。本设计预应力混凝土连续梁桥共分为三跨 90+150+90m，主跨 150 m，边跨对称90 m，桥面净宽为 0.50 m 栏杆+33.5 m 车行道+0.50 m 栏杆，箱形变截面梁，箱梁高度从距墩中心 3.50 m 处到跨

5、中合拢处按二次抛物曲线变化。底板厚度从支座处的 2.00 m 到跨中的 0.33 m 呈线性变化。腹板厚度在支座处为 1.20 m，跨中为 0.50 m，且在接近 L/6，L/3（L 为主跨的跨度）处呈阶梯形变化。顶板厚度全桥一致，为0.30 m。设计荷载为公路一级。在本设计中，运用了桥梁设计软件 Midas，对桥梁结构（主要是上部结构）进行设计、模拟，并采用悬臂挂篮施工法对施工步骤加以模拟。同时对桥梁恒载、活载及徐变内力等进行分析计算，得出预应力钢束的预估值，进一步完善模型。最后，在各种荷载的组合下，对桥梁进行详细的有限元分析，并将分析结果与规范的要求进行对比，对主梁的应力、变形等进行验算，

6、从而判断在设计荷载作用下该设计是否足够合理安全，以此得到完整的设计。经分析比较及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。关键词：桥梁设计；预应力混凝土；箱梁；变截面连续梁；Midas 桥梁模型xx 大学本科毕业设计 第 V 页AbstractAbstractThe continuous prestressed concrete beam bridge is a kind of the pretressed bridges,As the main structure of the modern highways, today,it has been widely used

7、in highway projects.The design of the bridge is carried out in the spirite of “security,economic,practical and beautiful” design philosophy by comparing and choosing the best one. According to the design plan,specifications,construction factors and many other cosiderations,the pretrssed concrete con

8、tinuous beam bridge is chosen to the ultimate.The continuous prestressed concrete girder bridge is divided into three inters,(90m+150m+90m),with the man span of 150m,and 90m-symmetry one,the net width of the deck is 0.50m railing+33.50m roadway+0.50m railing,Prestressed concrete box girder is used a

9、s the main beam.the beam depth in the mid-span is 4m.while at the support bearing it is 9m. the sectional depth is changed in the form of parabolic. the former varies from 1.20m to 0.33m, and the latter varies from 1.20m to 0.50m which changed at the L/6 and L/3 (L is the length of the main span), t

10、he top slabs thickness keeps along the whole bridge constant, for 0.33m. and the design load is for the highway-.In the design,the bridge design software Midas is used in designing and simuiating the bridge stucture(mainly the upper stucture) by applying cantilever hung-basket bearing and symmetric

11、equilibrium construction. At the same time, By analyzing and computing the dead load, live load and internal force, the estimated value of the prestressed strand is got, then improve the model to perfece.Finally, Analyze the structure with the Midas software in a variety of load combinations,and com

12、pare the result with the sdandara requirement, Check calculation is carried out to the stress and deformation of the main beam to determine the design loads of the design is adequate and reasonable security,Thus, get a complete design.The result of the analysis and checking calculation show that the

13、 design calculation method is correct. And the internal force distribution is reasonabal to the design task.key words bridge desige prestressed concrete box girder non-uniform xx 大学本科毕业设计 第 VI 页continuous beam Midas bridge model cantilever hung-basket bearingxx 大学本科毕业设计 第 VII 页目 录第 1 章 绪论.11.1 预应力混凝

14、土连续梁桥概述 .11.1.1 预应力混凝土连续梁桥发展.11.1.2 设计特征.21.1.3 受力特点.31.1.4 构造特点.41.1.5 连续梁的主要优点.51.2 工程概况及基本资料.61.2.1 工程概况 .61.2.2 主要技术指标 .61.2.3 主要材料 .71.2.4 设计依据与基本资料 .71.2.5 方案比选 .7第 2 章 桥梁总体布置及结构主要尺寸.112.1 桥梁总体规划布置.112.1.1 孔跨分布.112.1.2 梁部截面形式比选 .112.2 结构主要尺寸 .132.2.1 梁高的拟定 .132.2.2 底板、顶板的拟定 .142.2.3 腹板的拟定 .14第

15、 3 章 桥梁结构内力计算.163.1 MIDAS 软件简介 .163.2 MIDAS 建模步骤简说 .163.3 静力荷载内力计算.17xx 大学本科毕业设计 第 VIII 页3.3.1 计算原理.173.3.2 静力荷载计算 .183.3.3 静力荷载内力计算.203.4 移动荷载内力计算 .23第 4 章 桥梁配筋计算.244.1 预应力筋束的布置原则 .244.2 预应力配束优化设计.254.3 预应力筋数量估算.254.3.1 承载能力极限状态的应力要求 .264.3.2 正常使用极限状态的应力要求 .274.3.3 预应力钢束的估算 .314.4 预应力损失计算.324.5 预加力

16、引起的二次内力.344.6 有效应力的计算.35第 5 章 截面验算.365.1 各施工阶段内力及应力图.365.1.1 各施工阶段及二期应力图.365.1.2 各中极限状态下的弯矩、应力包络图.525.2 强度验算.555.3 施工阶段阶段的结构验算.575.3.1 施工阶段截面法向压应力验算 .575.3.2 受拉区钢筋的拉应力验算 .585.3.3 使用阶段截面抗裂验算 .595.4 变形验算.61xx 大学本科毕业设计 第 IX 页第 6 章 施工步骤与主要工程量.626.1 施工步骤.626.1.1 悬臂浇筑施工法 .626.1.1 施工步骤 .636.2 混凝土总用量.656.2.

17、1 梁体混凝土用量 .656.2.2 桥面铺装混凝土用量计算 .676.3 钢绞线及锚具总用量.676.3.1 顶板束预应力材料统计 .676.3.2 腹板束预应力材料统计 .696.3.3 底板束预应力材料统计 .70结 论.71致 谢.72参考文献.73xx 大学本科毕业设计 第 1 页第 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预应力混凝土连续梁桥的优点所在，其在我国的发展比较迅速，在我国的铁路建设中，1966 年在成昆线用悬臂拼装法建成第一座预应力混凝土铰接悬臂梁桥旧庄河一号桥，跨径为 24 m+48 m+24 m。在我国公路桥梁建设中，预应

18、力混凝土连续梁桥于上世纪 70 年代首次应用于城市桥梁工程，此后发展极为迅速，已成为预应力混凝土大跨径桥梁的主要桥型之一，国内公路预应力混凝土连续梁桥的最大跨径已达 165 m，跨径组成为 90 m+3165 m+90 m（2000 年建成的南京长江二桥北汊桥） 。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

19、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 40 m200 m 范围内占主要地位。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

20、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xx 大学本科毕业设计 第 2 页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：.发展大

21、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。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

22、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

23、的最佳方案。1.1.2 设计特征作为桥梁设计的一种，预应力混凝土连续梁桥的设计首先要，参照相关规范拟xx 大学本科毕业设计 第 3 页订结构几何尺寸和材料类型,模拟实际的施工步骤,计算出恒载及活载作用下的内力;然后再根据实际情况确定温度、沉降等荷载,计算其产生的内力,并与恒、活载内力进行正常使用与承载能力极限状态组合。这是设计过程的第一次组合，两种极限状态组合的结果分别作为按应力和承载能力估算刚束的计算内力。估算出各截面的刚束后，按照一定要求将刚束布置好，重新模拟施工过程并考虑预应力的作用，计算恒载内力。由于刚束对截面几何特性的影响，温度、沉降等内力也需重新计算，但其与刚束估算时计算得到的结果

24、差别非常小。各种荷载作用下的内力计算出来后,需进行承载能力组合和正常使用组合,以进行截面强度验算、应力验算和变形验算,这是设计过程的第二次组合。如各项验算均满足要求且认为合理，则设计通过。反则需调整刚束甚至修改截面尺寸后重新计算，直到各项验算均通过为止。预应力混凝土连续梁桥采用悬臂施工法需在施工中进行体系转换,经过一系列的施工阶段而逐步形成最终的连续梁体系。在各个施工阶段,可能具有不同的静定体系,其中包括安装单元、拆除单元、张拉预应力、移动挂篮等工况。1.1.3 受力特点预应力混凝土连续梁桥能充分发挥高强材料的特性，是结构轻型化，具有很大的跨越能力，而且它可以有效地避免混凝土的开裂，特别是处于

25、负弯矩区的桥面板的开裂。除此之外，预应力混凝土连续梁桥还能节省材料、变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、养护简便等优点，所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。用悬臂施工的预应力混凝土连续梁桥,在施工过程中经历 T 型双悬臂受力状态,合拢后形成连续梁桥,其恒载产生的内力由各施工阶段产生的内力叠加而成，由于合拢段一般较短，其产生的内力一般较小，故 T 型双悬臂受力状态为主要部分。合拢后根部负弯矩很大，而中跨跨中恒载弯矩较小，二期恒载加上以后,根部负弯矩增大，中跨跨中承受相对较小的正弯矩。因此,截面几何尺寸拟订时，应根据以上弯矩分布特点,增大主梁根部附近断面的抗弯刚度,提高截面下缘的承压能力。

26、悬臂施工时,浇注一节段梁体,达到一定强度后张拉此段钢束，梁体自重产生负弯矩,预应力钢束产生正弯矩,二者结合使得梁体基本处于偏心受压受力状态,其轴向力非常大,抗剪强度一般不成问题,而最小正应力又较大,故主拉应力也易满足,所以xx 大学本科毕业设计 第 4 页可不设下弯配索。1.1.4 构造特点预应力混凝土连续梁桥是超静定结构，因此，同样具有一般超静定结构的特点如：(1)在相同条件下，结构内力比静定结构小，且内力状态比较合理。譬如，在均匀荷载作用下弯矩的最大值比简支梁可减少 50%，弯矩图面积比简支梁可减少，将连续结构中各部分之间刚度进行合理调整，可最大限度的减少结构内力，减小截面尺寸，达到降低材

27、料消耗的目的；(2)使结构外形更为合理，譬如，加大连续梁根部梁高，可以减小跨中截面正弯矩，使跨中截面梁高进一步减小，使用更为合理；连续梁结构刚度大，整体性好，桥面连续平顺，伸缩缝少，对行车有利，尤其能适应高速行车。(3)在基础沉降，温度变化等外因作用下，将引起结构内力的变化对于施加预应力的超静定结构除有一般超静定结构特点外，还有下列特点：(1)在超静定结构上施加预应力，会使结构产生内力和变形，由于有多余的约束，不能自由变形，因而引起附加力（二次力） 。同样，由于混凝土的收缩徐变不仅产生预应力损失，而且也会由于变形受约束而引起附加力（二次力） 。(2)由于对结构施加预应力，可以有效的避免混凝土开

28、裂，特别是处于负弯矩区段的桥面板的开裂，这种开裂在普通钢筋混凝土连续梁中是不可避免的。(3)由于对结构施加预应力，使得悬臂法施工和顶推法施工，这些科学和先进的连续梁施工方法才得以实现，并得到广泛应用。下面给出预应力混凝土连续梁桥几个主要的构造零号块零号块是悬臂浇注施工的中心块体,又是体系转换的控制块体。梁体的受力经零号块通过支座向墩身传递,零号块受力非常复杂,且一般作为施工机具和材料堆放的临时场地,故其顶板、底板、腹板尺寸都取得较大。横隔板横隔板的主要作用是增加箱梁横向刚度，限制箱梁的畸变。但过多的横隔板对横向刚度的影响并不显著，而且增加了施工的难度。在支承处一般要设置强大的横隔板以承受和分布

29、强大的支承反力，必要时还要配以预应力钢筋。零号xx 大学本科毕业设计 第 5 页块内横隔板传递荷载较大,通常采用一片实体或两片式刚性横隔板,中间开设过人洞。合龙段分中合拢和边合拢，合拢段的施工是桥梁施工的重要环节。在合拢段施工过程中,由于温度变化、混凝土早期收缩、已完成结构的收缩徐变、新浇混凝土的水化热,以及结构体系变化和施工荷载等因素,对尚未达到强度的合拢段混凝土有直接影响,故必须重视合拢段的构造措施,使合拢段与两侧梁体保持变形协调,并在施工过程中能传递内力。合拢段的长度在满足施工要求的情况下,应尽量缩短,以便于构造处理,一般取 1.53m。合拢段的构造处理有以下几种 (1)用劲性钢管作为合

30、龙段的预应力套管；(2)加强配筋；(3)用临时劲性钢杆锁定；(4)压杆支撑。 合拢段施工应注意以下几点(1) 合拢段应采用高强、早强、少收缩混凝土；(2) 合拢段混凝土浇筑时间应选择在一天中温度最低时，并使混凝土浇筑后温度开始缓慢上升为宜;(3)加强混凝土的养护。临时固结措施悬臂施工时,为保证结构几何体系不变,需将墩梁固结,以承受不平衡弯矩。常用的固结方法是:在支座两侧设置两排临时混凝土块作为临时支座.临时支座内穿预应力钢束,两端分别锚固在主墩和主梁横隔板内。钢束的数量应由施工中的不平衡弯矩确定。1.1.5 连续梁的主要优点连续梁是一种古老的结构体系，它具有变形小，结构刚度好、行车平稳舒适、伸

31、缩缝少、养护简易、抗震能力强等优点。连续梁与静定体系的其他形式的梁桥相比，具有较为显著的经济性。仅从连续梁和简直梁的强度与变形的简单对比即可看xx 大学本科毕业设计 第 6 页出这一特点。连续梁是超静定结构，它有与静定结构不同的特点：即在结构各部分中内力的大小与抗弯刚度 EI 直接相关。因此，若将连续梁中间支撑截面的刚度加大，如变高度梁，可以调低跨中的正弯矩，使预应力钢筋的大部分可以布置在梁的顶部，便于张拉。虽然中间支承处的负弯矩有所增大，但梁的高度也相应地加高了，并不至于引起钢筋用量的增多。当超载是，连续梁有可能发生内力重分布，提高整个梁部的承载能力。对于基础不均匀沉降的影响，只要不使结构物

32、产生损坏性的裂缝，它所引起的附加内力，由于混凝土的徐变特性，可以适当调整。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轴向的压力，除制动墩外，连续梁的桥墩及其基础的尺寸都可以做得小一些。1.2 工程概况及基本资料1.2.1 工程概况本设计桥梁为跨大江的某公路预应力混凝土连续梁特大桥，主桥上部结构为 90 m+150 m+90 m 三跨变高度预应力混凝土连续箱梁结构。该桥为两幅完全对称的桥组成，每幅桥全长 330 m，桥宽 11.50 m，两幅桥净距离为 1 m。因为桥下水流湍急，造成施工不便，所以施工方法选用挂篮悬臂现浇法。主梁截面型式为变截面箱梁。1.2.2 主要技术指标(1)

33、孔跨布置：90+150+90m 公预应力混凝土连续梁桥；(2) 桥梁等级：高速公路桥梁；(3) 汽车荷载等级：公路I 级；(4) 桥面宽度：六车道，上下行分为两幅，每幅宽 11.50 m，即（0.5 m 栏杆+33.5 m 车行道+0.5 m 栏杆） ，两幅净距 1.0 m；xx 大学本科毕业设计 第 7 页(5) 桥面坡度：横坡为1.5%；(6) 支座沉降：按 2 cm 考虑；(7) 温度荷载：整体升降温 20oC；(8) 施工方法：主梁采用悬臂浇注分段对称平衡施工,中跨及边跨合拢段采用吊模浇注，挂篮自重、施工荷载控制在 370 t 以内，挂篮自重按 100 t 计；(9) 桥轴平面线型：直

34、线。(10) 地震烈度：基本烈度度，按度设防。1.2.3 主要材料(1) 混凝土：梁体为 C50 混凝土，墩身为 C40 混凝土；(2) 钢 材：纵向和横向预应力筋采用高强度低松弛钢绞线，其单根公称直径为S15.24（面积为 140 mm2） ，标准强度为fpk=1860Mpa；竖向预应力筋为 JL32 精扎螺纹钢筋，标准强度为 785MPa，普通钢筋采用 R235、HRB335级钢筋；(3) 锚具：纵向预应力采用 OVM15 型锚具，竖向预应力采用 YGM 锚具，预应力管道均按金属波纹管成孔设计。1.2.4 设计依据与基本资料(1) 中华人民共和国交通部标准，公路桥涵设计通用规范，JTG D

35、60-2004；(2) 中华人民共和国交通部标准，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范，JTG D62-2004；(3) 中华人民共和国交通部标准，公路桥涵地基与基础设计规范，JTG D63-2007。1.2.5 方案比选桥梁设计的方案比选是一个非常重要的课题，也是一个比较困难的问题，它对以后的初步设计乃至施工图设计起着至关重要的作用。一个好的桥梁方案不仅能节约造价、缩短工期，而且在整个设计周期中起着“万事开头难”的功效。一旦桥梁xx 大学本科毕业设计 第 8 页方案确定，在初步设计和施工图设计时，借助于现代桥梁电算，可以说是不难的。而在方案比选中，首先要把握的是四项主要标准：安全、经济、

36、功能与美观。其中自然要数安全与经济为重，过去设计往往对桥梁功能重视不够，现在由于城市交通量的发展，需要十分重视桥下净空是否满足城市车辆的通行、桥下车行轨迹是否满足行车习惯。至于桥梁美观，要视经济而定，设计的桥梁再美观，一旦经济不允许，只能是“纸上谈兵” ，到头来还得重新设计。(1)、安全是桥梁结构设计的前提随着改革开放的力度加大，城市车辆的飞速发展，交通运输十分繁忙，车速也在不断提高，桥梁结构不光要求结构自身的受力安全，而且要求桥梁构造的安全。在此次设计中，我们设计组也进行了许多方案比选，有河中设墩的连续箱梁，有连续刚构，有上承式拱桥等桥梁结构形式。根据实际的地形、地质、地物，最后综合比较选择

37、了预应力混凝土连续箱梁桥，主跨 150 m，保证了急流的河流水断面和桥梁结构自身安全。2、经济是桥梁结构设计的保证一座桥梁建筑设计的再如何漂亮，若它的造价比看上去一般化的桥梁高出许多，这座漂亮的桥梁设计也是失败的。在这次设计中，定下预应力混凝土连续梁桥后，对于截面形式，经过比选，我们设计组采用了变截面单箱单室箱梁。因为本桥地处偏远大山之中的大河河上，当地的砂、石料比较丰富，可就地取材，比较方便。故在桥梁设计中，在满足结构安全的前提下，应尽量地考虑经济。3、功能在桥梁结构设计中也不应忽视公路桥梁不同于城市桥梁，在公路交通日益剧增的情况下，桥梁方案设计中，交通组织功能也要摆在重要的地位上，尤其是立

38、交桥，不光桥上有车辆，桥下车辆也川流不息。如果不综合考虑交通功能，下行车辆撞击桥墩或有关桥梁部分，导致桥梁坍塌，这种事故在国内外都有发生。作为桥梁设计人员必须注意这一点来进行桥梁方案比选，乃至方案确定后的桥梁分跨。在贵阳市都司路高架桥跨越中华路的大南门交叉口位置，设计者在地面设置了交通导流环岛，一跨 20 米跨径的桥梁正好处于环岛内。桥梁建成后，随着城市的发展，车辆的增多，该交叉口经常塞车，不得已取消了地面环岛。由于该交叉口的桥梁跨径较小，导致左转车辆的行车轨迹不顺畅，司机抱怨连天，这无疑是桥梁设计败笔。xx 大学本科毕业设计 第 9 页4、美观是桥梁设计必须考虑的一部分公路桥梁建筑不同于铁路

39、桥梁，它不仅是交通工程中的重点建筑物，而且也是美化环境的点缀品，所以设计必须精心方案比选、精心设计、精心施工，以期求得在增加投资不多的条件下，取得桥梁美观的效果。比如在城区建一座二、三十米跨度的立交桥，不管用钢还是预应力砼，通常的做法是用一根等截面梁跨越，但由于人们的视觉有错觉，所以往往把这根梁看成是带下垂挠度的弯梁，看起来很不舒服，甚至有怕它掉下来的危险。在此次设计方案确定中，有意把梁底线作成二次抛物线形式，在桥墩支点处稍微增加一点材料，但给桥下车辆和行人一种安全美和曲线美的感觉。这是一种最普通而简单不过的选择，不仅保证了桥下的通航通车，而且可它能起到美化桥梁的作用。下面我们把此次设计方案中

40、的各种桥型进行对比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

41、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xx 大学本科毕业设计 第 10 页影响全桥，还要采取特殊的措施，或设置单向推力墩以承受不平衡的推力。由于铁路桥所建位置地质情况，故不考虑此桥型

42、。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

43、。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。目前我国公路梁桥结构一般考虑简支梁和连续梁结构形式。简支梁受施工及结构等条件的限制，当跨度超过一定范围时如（4050 m） ，就很难做出经济合理的设计。因而，大跨径混凝土桥常采用在内力分布方面较为合理的其它结构体系，且预应力混凝土简支梁桥梁高较大，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，使行车平稳舒适，

44、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。综合考虑以上四项标准来进行桥梁方案比选，最后的设计、施工将会变得容易，建成后的桥梁才是安全美、经济美、功能美与环境、视角美。从各种综合因素来考虑，本设计最终选择预应力混凝土连续梁桥。xx 大学本科毕业设计 第 11 页第 2 章 桥梁总体布置及结构主要尺寸2.1 桥梁总体规划布置2.1.1 孔跨分布 连续梁桥可以做成三跨一联的，也可以做成多跨一联的，一般不超过六

45、跨，特殊情况下也有例外的（如钱塘江二桥） 。每联跨数太多，联长就要加大，受温度变化及混凝土收缩等影响产生的纵向变形也就较大，使伸缩缝及活动支座的构造复杂，对桥梁的墩台也不利；每联长度太短，则使伸缩缝的数目加多，不利于高速行车。建桥处的地形、地质与水文条件，以及通航要求等对孔跨分布常常起着决定性的作用；此外，还要结合墩台、基础及支座的构造，综合分析比较才能选出最优方案。从梁内弯矩的分布情况来看，对于每联三跨以上的连续梁，等跨时边跨的跨中弯矩大于中间跨的跨中弯矩，故常用缩短边跨的办法来调整弯矩的分布，边跨与中跨的比值可在 0.70.5 之间，甚至可选取 0.3。对于三跨连续梁，边跨与中跨的比值多用

46、 0.60.67;对于三跨连续梁，边跨与中跨的比值多用 0.60.67。介于综合考虑，此设计定为 90+150+90 m，边跨与中跨比值为 0.6。xx 大学本科毕业设计 第 12 页图 2.1 桥跨布置图2.1.2 梁部截面形式比选连续梁结构体系是预应力混凝土桥梁的主要桥型之一，国内外这种桥型都占有很大比重。桥梁的立面布置在初步设计中占有十分重要的地位，合理与否直接影响桥梁的适用、安全、经济、美观。预应力混凝土连续梁桥的立面布置包括体系安排、桥跨布置、梁高选择、桥梁下部结构和基础形式等问题，不同的布置方式将得到不同类型的连续梁桥。在连续梁的截面选择中，不仅要考虑弯矩数值上的变化，而且要考虑弯

47、矩符号的变化。在可变弯矩及轴力的作用下，构建截面的应力状态与核心距离有关，当轴箱压力作用在截面核心范围内时，截面边缘不出现拉应力。因此，截面的核心距离越大，轴向压力的偏心可以越大，即预应力钢筋合力的力臂越大，预应力的作用便可以充分发挥。对于矩形截面，核心距离约为 h/3，h 为截面的高度；具有宽翼缘的T 形截面，核心距离约为 0.4 h；箱形截面的核心距离随腹板厚度与截面轮廓尺寸的比值而变化，有可能达到 0.5 h。截面核心距离的选择，主要取决于恒载与活载的比值，对于活载较大的铁路桥梁，宜采用核心距离大的箱形截面。对于用顶推法或悬臂法施工的连续梁，采用箱形截面也比较合适。在这次设计中，梁部截面

48、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，下面做个简单的比较。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xx 大学本科毕业设计 第 13 页间工期不受控制，对桥下道路交通影响较其他方案稍大。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。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，

49、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。相对而言，箱型梁抗扭刚度大，

50、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。所以，考虑到各方面的因素，本设计选择连续箱型梁。2.2 结构主要尺寸梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要求以及经济用料等等因素都有关系。常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。其中单箱单室截面多用在顶板宽度小于 18 m 的桥梁，其优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。拿单箱单室和单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也

51、不致改变对方案的取舍；由于双室式腹板总厚度增加，主拉应力和剪应力数值不大，且布束容易，这是单箱双室的优点；但是双室式也存在一些缺点：施工比较困难，腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设计是xx 大学本科毕业设计 第 14 页一座公路连续箱形梁，半幅桥桥面宽为 11.5 m，因此采用的横截面形式为单箱单室。2.2.1 梁高的拟定连续梁桥支点截面负弯矩绝对值比跨中正弯矩大，采用变截面形式符合受力特点，同时变截面梁一般采用悬臂法施工，变高度梁与施工阶段内力相适应。从美学观点看，变高度梁比较有韵律感。 变截面梁的梁底线形可采用折线、抛物线、圆曲线和正弦曲线等。二次抛物线与连续梁的弯矩变化相适应，最

52、常采用。根据已建成桥梁的资料分析，支点梁高HS约为最大跨径Lm的115120，跨中梁高H约为支点梁高HS的111.62.5.本设计支点两高取为9 m，跨中两高选为4 m。2.2.2 底板、顶板的拟定箱形截面为闭口截面，截面具有良好的抗弯和抗扭性能，并且箱形截面有顶板和底板，可以在跨中或支座部位能有效地抵抗正负弯矩。常用的箱形截面，其中单箱单室截面多用在顶板宽度小于 18 m 的桥梁。（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

53、适当的富余。本设计支座处底板厚取 200 cm，跨中处底板厚取 33 cm，以满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。上下底板都从支点出 200 cm 向中合拢断按二次抛物线变化。（2）箱梁顶板厚度当设有横向预应力筋时，顶板厚度需足够布置预应力筋的套管并留有混凝土注入的间隙。xx 大学本科毕业设计 第 15 页顶板两侧悬臂板的长度是调节顶板内弯矩的重要因素。悬臂板长度一般采用25 m，当长度超过3 m后，一般需布置横向预应力筋。 对于变截面连续梁，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1518 cm；配有预应力筋，厚度一般为2025 cm。 在负弯矩区特别是

54、在靠近桥墩的截面底板，承受较大的负弯矩，由于底板的宽度比顶板小得多，底板的厚度要比顶板大，以适应受压要求。墩顶处底板厚度一般为支点梁高的1/101/12，底板厚度由跨中向支点逐渐加厚。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 30 cm，支点处加厚到 70 cm。2.2.3 腹板的拟定跨中腹板厚度的选定，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，可取20 cm；腹板内有预应力筋时，可取2530 cm；腹板内有预应力筋锚固头时，取35 cm。为满足支点较大剪应力要求，墩

55、上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚到3060 cm，特殊情况可达100 cm。大跨度桥腹板应采用变厚度形式，从跨中向支点分段线形逐步加厚，变厚段一般为一个节段长。为方便施工，简化内模构造，中、小跨径连续梁桥腹板一般采用等厚度形式。此设计腹板从墩支座处的120 cm到跨中的50 cm。xx 大学本科毕业设计 第 16 页图 2.2 支座处横断面截面尺寸图（单位:m 尺寸比例：1：100）图 2.3 跨中处横断面截面尺寸图（单位:m 尺寸比例 1：100）第 3 章 桥梁结构内力计算3.1 Midas 软件简介xx 大学本科毕业设计 第 17 页MIDAS/Civil 不仅是通用的结构分析三维软件，

56、而且还可以分析像预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的结构形式，并且可以正确模拟施工方法做施工阶段分析、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、中-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

57、段恒载内力图、位移图、内力包络图、预应力损失、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。系统分为前处理、运行结构分析、后处理、PSC 截面验算与 RC 设计。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；RC 设计主要是针对普通筋的设计。Midas 建模操作步骤简单，其运行分析结果准确，在桥梁设计中，越来越受到设计者的青睐。3.2 Midas 建模步骤简说（1）定义材料和截

58、面按照材料要求与所拟截面尺寸，在 Midas 中直接定义。（2）建立结构模型将设计桥梁划分节点、建立单元后，将已经定义好的材料和截面相应地赋给单元。（3）输入 PSC 截面钢筋xx 大学本科毕业设计 第 18 页在 PSC 设计模块中定义截面钢筋规格及裂缝宽度系数等各项系数。（4）输入荷载：恒荷载，钢束特性和形状，钢束预应力荷载按所设计的预应力刚束输入刚束形状，并添加各种荷载。（5）定义施工阶段根据各种条件选择施工方法，定义好施工步骤。（6）输入移动荷载数据定义车道，定义车辆，移动荷载工况。（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

59、.3 静力荷载内力计算3.3.1 计算原理预应力混凝土连续梁桥的计算与所采用的施工方法密切相关，不同的施工方法和施工过程中不同的施工顺序都将导致结构不同的受力状况。有时，施工顺序将决定一种结构方案是否能够成立。为了正确计算出所需要的结果，必须采用适当的施工方法将其联系起来。设计中可以利用一些特殊的施工方法或施工顺序来调整结构各部位的内力及应力分布，使结构各部位处于理想的设计预期状态，使其在设计中起着辅助的作用。梁段的划分:本桥上部结构采用的是对称悬臂浇注的施工方法。而悬臂浇注箱梁的节段划分主要受如下主要因素的控制：（1）墩顶梁段（0#块）长度一般为 5 m10 m，但以具体情况如施工技巧、施工

60、能力而定，此设计中取 7 m.施工托架：在混凝土浇筑以前，搭好托架并应对托架进行试压。（2）由 0#块段两侧对称分段悬臂浇筑部分根据情况将 0#块两侧的梁进行分块，以便挂篮施工，长度一般为 2.5 m5 m，也有个别跨度大的桥梁的分段为 2.5 m、3.5 m、4.5 m。此设计考虑到混凝土湿重的xx 大学本科毕业设计 第 19 页影响，划块的长度不超过 4 m。一般一个梁段的施工周期为 610 d。根据计算经验，梁段的多少直接影响结构配束计算，在不影响工期的前提下，适当增加梁段数，十分有利于纵向预应力钢束配置，以避免因梁段不足采用大吨位预应力钢束引起张拉端局部应力过大。同时也使全桥截面受力状