公路预应力混凝土连续刚构桥设计

1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计86m+162m+86m公路预应力混凝土连续刚构桥设计年 级： 土木2009级学 号： 20090568姓 名： 陈 梓专 业： 土木工程指导老师： 张清华 2013年6月 西南交通大学本科毕业设计 第 页 西南交通大学本科毕业设计 第184页院 系 土木工程学院 专 业 土木工程 年 级 2009级詹天佑班 姓 名 陈 梓 题 目 （86m+162m+86m)公路预应力混凝土连续刚构桥 指导教师评 语 陈梓的毕业设计题目为86+162+86m公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计，论文所完成的主要工作包括结构尺寸拟定、结构内力分析、预应力筋估算、结构内力组合

2、和验算等。设计中考虑了采用悬臂浇筑施工方法条件下施工过程对于成桥内力状态的影响，考虑了预应力、混凝土收缩徐变、温度效应和支座不均匀沉降等因素所引起的次内力，在此基础上进行了施工阶段应力的控制验算；并根据内力组合结果按照规范对结构进行了承载力极限状态验算和正常使用状态验算。论文计算基本正确、设计基本合理、设计图纸和相关资料基本符合规定要求。论文达到本科毕业设计要求，同意进行答辩。 指导教师 (签章)评 阅 人评 语 陈梓的毕业设计根据所确定的桥跨总体布置确定了结构主要尺寸、主梁分段及施工过程，建立了结构分析的有限元模型，进行了恒载及活载作用下的结构内力计算，据此估算并布置了预应力钢束，计算了预应

3、力损失及温度、徐变等次内力，进行了截面验算。该生在毕业设计期间学习认真，所完成的毕业设计内容基本完整，所绘制的工程图纸基本规范，已达到本科毕业设计要求。 评 阅 人 (签章)成 绩 答辩委员会主任 (签章) 年 月 日毕 业 设 计 任 务 书班级 2009级詹天佑班 学生姓名 陈梓 学号 20090568 发题日期：2013 年 2 月 28 日 完成日期：2013年 6 月 6 日题 目 （86m+162m+86m） 公路预应力混凝土连续刚构桥设计 (一) 毕业设计目的 经过毕业设计，使同学们了解预应力混凝土连续刚构桥设计的基本过程，掌握预应力混凝土连续刚构桥设计的基本要素，包括桥型选择、

4、桥跨尺寸比选、主要结构尺寸的选择、结构受力计算分析、施工方法选择等。 通过本次毕业设计，使同学们将四年学习的各种基本知识真正的综合起来，并用于实践，对桥梁的具体施工、使用有一个全新层次的了解，熟悉桥梁设计的步骤，为以后踏上工作岗位并尽快适应打下坚实的基础。（二）设计资料1、主要技术指标(1) 桥跨布置： 86m+162m+86m 公路预应力混凝土连续刚构桥(2) 荷载标准：公路I级；(3) 桥面宽度：0.25m栏杆+23.75m车行道+3.5应急车道+0.25m栏杆=11.5m；(4) 桥面纵坡：0% (平坡)；(5) 桥面横坡：2%。(6) 桥轴平面线型：直线。2、材料规格(1) 梁体混凝土

5、：C50级混凝土；(2)桥墩混凝土：C40级混凝土(3) 桥面铺装及栏杆混凝土：C30级混凝土；(4)承台及桩基础混凝土：C30级混凝土(5) 预应力钢筋及锚具：主梁纵向预应力钢筋可选用7-15.24、9-15.24、12-15.2、19-15.24或22-15.24高强度低松弛钢绞线(1-15.24公称断面面积为140.00mm2)，=1860MPa，=1488MPa；对应锚具分别为YM15-7、YM15-9、YM15-12、YM15-19或YM15-22；对应波纹管直径分别为(内径)70、80、85、100mm或110mm (外径比内径大7mm)。主梁竖向预应力钢筋可选用JL25精扎螺纹钢

6、，MPa，锚具可选用JLM25型锚具，主梁横向预应力钢筋可选用5-15.24高强度低松弛钢绞线，锚具可采用扁锚体系。(6) 普通钢筋：受力主钢筋用HRB400钢筋(1228)，=330MPa，=330MPa；非受力钢筋用HRB335钢筋(820)，=280MPa，=280MPa。3、施工顺序及注意事项(1) 墩台基础施工：桥台采用明挖基础，桥墩采用钻孔桩基础。(2) 在支架上现浇施工中间墩顶0#段 (3) 采用满堂支架施工边跨靠近边支座梁段；(4) 在中间墩顶0#段上安置悬臂挂篮设施(拟取单边挂篮设施集中荷载1000kN1200kN)；(5) 从中间墩顶0#段两侧采用挂篮对称悬臂施工主梁其他梁

7、段；(6) 施工边跨、中跨合拢段；(7) 拆除挂篮设施和边跨支架；(9) 桥面铺装、人行道板及栏杆等后期工程施工(总的荷载集度可近似取为62kN/m)；(三) 设计任务1、桥式方案拟定说明所选择桥式适合的地理、地质环境；主要尺寸如梁截面高度、顶底板厚度与腹板厚度及其变化规律等确定的一般方法；结构受力的合理性和经济性等。2、结构内力分析结构内力分析基本原理描述；有限元结构分析计算和设计软件的原理及使用，包括结构计算图式的确定、单元划分、施工阶段的划分及其对应的内力计算、运营阶段内力计算等。结构内力分析，包括以下计算工作：自重恒载内力计算（含一期及二期恒载）；活载内力计算；主梁纵向预应力估算；纵向

8、预应力布置；预应力损失计算；预应力次内力计算；温度内力计算（顶板升温）；横向预应力估算；支座沉降内力计算；收缩徐变次内力计算；（选作）荷载组合；3、主要截面检算基本设计计算原理描述；相关设计规范应用的具体公式、参数表征方式的使用。对主梁验算（按预应力混凝土构件验算）包括以下几方面的验算：持久状况承载能力极限状态下：主梁正截面强度检算；主梁斜截面强度检算（考虑竖向预应力布置）；持久状况正常使用极限状态下：预应力损失计算；截面抗裂验算；挠度验算；持久状况和短暂状况构件应力计算：主梁截面正应力验算；主梁截面主应力验算（考虑竖向预应力布置）；主梁刚度验算施工阶段正应力计算；4、编制设计计算说明书5、绘

9、制结构主要施工图绘制桥梁结构(主梁)主要构造图(立面、平面、横断面和阶段划分图)，分阶段预应力钢筋布置图(各个施工阶段预应力布置，包括纵向立面、平面和各个横断面布置)，施工程序图等，要求达到A3幅面图纸不少于16张。6、外文资料翻译要求选择一篇外文专业科技文献（外文字符不少于10000个）翻译或用外文写出本人的毕业设计摘要（不少于500汉字，在答辩时用外语宣读）。7、毕业设计的说明书不少于15000汉字。(四) 设计依据1、设计规范：(1) 中华人民共和国交通部标准，公路桥涵设计通用规范，JTG D60-2004；(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，JT

10、G D62-2004；(3)中华人民共和国交通部标准，公路桥梁预应力钢绞线用YM锚具、连接器规格系列，JT/T329.1-1997。2、设计任务书。（五）设计要求1、根据任务书提出完成毕业设计工作计划并报指导老师认可；2、掌握桥梁设计的基本原理和方法；3、熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁专业计算软件的使用；4、设计计算无误，数据表格化；文整说明简明扼要，条理清晰；章节编号分明，图表编号说明清楚；文句通顺，字迹工整，图纸美观；装订成册。（六）论文各部分内容及时间分配：（共 16 周）第一部分 文献资料的收集、阅读、外文文献的翻译 ( 1周)第二部分 桥跨布置、构件尺寸的拟定和方案选择 ( 2周)

11、第三部分 midas桥梁几何模型计算模型的建立 ( 2周)第四部分 施工阶段的确定设计及内力计算 ( 2周)第五部分 预应力钢筋配束、主梁验算 ( 5周)第六部分 汇总计算成果、检算内容，论文整理、图纸绘制工作 ( 3周)评阅及答辩 ( 1周)备 注 指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日 摘要设计桥型为长334m的公路直线预应力混凝土连续刚构桥,桥分三跨，其组成为86m+162m+86m，墩身为双薄壁柔性墩，主梁截面形式为单箱单室箱型。设计荷载标准为公路I级。主梁采用挂篮悬臂对称施工。因时间所限，资料缺乏，未能涉及下部结构（桥墩和基础）、横向预应力及竖向预应力的设计。根据活载位置的不

12、同，连续刚构桥的主梁截面内力可能同时出现正、负弯矩，所以，布置预应力钢筋要按弯矩变化的幅值。相比普通连续梁桥，连续刚构桥将连续梁与薄壁墩（柔性）固结而成，其优点除连续梁桥固有优点之外，还包括节省支座，减少墩与基础的工程量，改善了结构的水平荷载作用下的受力性能等。在该桥型下，各柔性墩按刚度比分配水平力。本次设计参考了如北江特大桥的大量工程实例，对结构方面进行了较为详细的分析和研究。主梁横截面采用单箱单室截面，梁高按1.5次抛物线变化，支座处最大为9.6米，跨中最小，为3.5米，顶板厚度取28cm。为了减小施工难度，并结合连续刚构桥的受力特点，底板厚度呈直线线性变化，由支座向跨中减小：支座处底板为

13、1.2m,跨中为0.3m。在设计中运用MIDAS软件对结构进行了内力分析,以估计预应力钢束数量和配置钢筋，检算时主要采用截面承载能力控制。图纸绘制包括构造图，配束图，配束表和施工程序图，同时进行了外文翻译，在设计的最后阶段编制设计计算说明书及文档整理。【关键词】: 预应力混凝土连续刚构桥；悬臂施工；内力分析；预应力损失；次内力。AbstractDesign is a prestressing concrete continuing steel bridge, with the total length of 334m of the highway，spans are 86m, 162m, an

14、d 86m respectively, the form of the section is single-box single-room，and the piers are flexible double think-wall。 The standard of the loads is highway one car loads. The main beam of the bridge is constructed symmetrically by Hanging Basket cantilever。 Because of the time constraint, the design do

15、esnt contain the lower structure (piers and foundations), horizontal prestressing and vertical prestressing. According to the different position of the live loads, the section of this continuing steel bridge may have positive structural forces and negative structural forces，therefore, the arrangemen

16、t of the prestressing reinforcement should vary in accordance with the change of structural forces. The continuing steel bridge is a combination of continuing beam and double think-wall piers (flexible), and it also changes the structures stress compatibility under the level of loads. Design is made

17、 on the basis of lots of real projects case, so it gives a detailed analysis and study of the structure. The cross section is in form of single-box single-room , the height of the beam changes according to the cross-section parabolic，from the supports the maximal height is 9.6m to the inter - Main b

18、eamheight of 3.5m, and the thick of the Roof is 28cm. In order to alleviate the difficulties of construction, the thick of the bottom ,combined with the stress feature of continuing steel bridge, changes in linear, reducing from the supports to the inter - Main beam, the thick of the supports is 1.2

19、m and the inter - Main beam is 0.3m. Upon the basis of the section design, making an analysis of internal forces of the structure by MIDAS， evaluate the amounts of the reinforcement and arrange them accordingly, then check the capability of the main controlling section. Drawingthe structural constru

20、ction plan, including the arrangement plan of the bridge span, the procedure of construction, etc. then translate them into English ,finally make the design illustration and Microsoft Word.Key words: prestressing concrete continuing steel bridge; cantilever construction; analysis of internal forces;

21、 prestressing lose; secondary internal forces目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358818411 第一章 绪 论 PAGEREF _Toc358818411 h 1 HYPERLINK l _Toc358818412 1.1 桥式方案的选择 PAGEREF _Toc358818412 h 1 HYPERLINK l _Toc358818413 1.2 预应力混凝土连续刚构桥概述 PAGEREF _Toc358818413 h 1 HYPERLINK l _Toc358818414 1.3 受力特点 PAGEREF

22、 _Toc358818414 h 2 HYPERLINK l _Toc358818415 1.4 构造特点 PAGEREF _Toc358818415 h 3 HYPERLINK l _Toc358818416 1.4.1 零号块 PAGEREF _Toc358818416 h 3 HYPERLINK l _Toc358818417 1.4.2 横隔板 PAGEREF _Toc358818417 h 3 HYPERLINK l _Toc358818418 1.4.3 合拢段 PAGEREF _Toc358818418 h 3 HYPERLINK l _Toc358818419 1.5 毕业设计

23、的目的和意义 PAGEREF _Toc358818419 h 4 HYPERLINK l _Toc358818420 1.5.1毕业设计的目的 PAGEREF _Toc358818420 h 4 HYPERLINK l _Toc358818421 1.5.2毕业设计的意义 PAGEREF _Toc358818421 h 4 HYPERLINK l _Toc358818422 第二章 结构初步设计 PAGEREF _Toc358818422 h 5 HYPERLINK l _Toc358818423 2.1 设计概述 PAGEREF _Toc358818423 h 5 HYPERLINK l _

24、Toc358818424 2.2 截面尺寸拟定 PAGEREF _Toc358818424 h 5 HYPERLINK l _Toc358818425 2.2.1 变截面箱梁形式 PAGEREF _Toc358818425 h 5 HYPERLINK l _Toc358818426 2.2.2 主梁高度 PAGEREF _Toc358818426 h 6 HYPERLINK l _Toc358818427 2.2.3 顶底板厚度 PAGEREF _Toc358818427 h 6 HYPERLINK l _Toc358818428 2.2.4腹板厚度 PAGEREF _Toc358818428

25、 h 7 HYPERLINK l _Toc358818429 2.2.5梗腋（承托） PAGEREF _Toc358818429 h 7 HYPERLINK l _Toc358818430 2.3 主梁分段与施工节段划分 PAGEREF _Toc358818430 h 8 HYPERLINK l _Toc358818431 2.3.1 悬臂施工节段划分 PAGEREF _Toc358818431 h 8 HYPERLINK l _Toc358818432 2.3.2 施工阶段划分 PAGEREF _Toc358818432 h 9 HYPERLINK l _Toc358818433 2.3.3

26、 施工注意事项 PAGEREF _Toc358818433 h 10 HYPERLINK l _Toc358818434 第三章 主梁内力计算 PAGEREF _Toc358818434 h 11 HYPERLINK l _Toc358818435 3.1 桥梁电算 PAGEREF _Toc358818435 h 11 HYPERLINK l _Toc358818436 3.1.1 计算图式 PAGEREF _Toc358818436 h 11 HYPERLINK l _Toc358818437 3.1.2 施工阶段设计 PAGEREF _Toc358818437 h 12 HYPERLINK

27、 l _Toc358818438 3.2 MIDAS/CIVIL2012参数信息 PAGEREF _Toc358818438 h 14 HYPERLINK l _Toc358818439 3.2.1材料特性 PAGEREF _Toc358818439 h 14 HYPERLINK l _Toc358818440 3.2.2 荷载信息 PAGEREF _Toc358818440 h 15 HYPERLINK l _Toc358818441 3.3恒载内力计算 PAGEREF _Toc358818441 h 16 HYPERLINK l _Toc358818442 3.3.1 毛截面几何特性 PA

28、GEREF _Toc358818442 h 16 HYPERLINK l _Toc358818443 3.2.2 恒载内力计算 PAGEREF _Toc358818443 h 17 HYPERLINK l _Toc358818444 3.4活载内力计算 PAGEREF _Toc358818444 h 20 HYPERLINK l _Toc358818445 3.4.1横向分布系数的考虑 PAGEREF _Toc358818445 h 20 HYPERLINK l _Toc358818446 3.4.2活载因子的计算 PAGEREF _Toc358818446 h 21 HYPERLINK l

29、_Toc358818447 第四章 预应力钢束的估算与布置 PAGEREF _Toc358818447 h 24 HYPERLINK l _Toc358818448 4.1 预应力钢束的估算 PAGEREF _Toc358818448 h 24 HYPERLINK l _Toc358818449 4.2 预应力筋估束计算原理 PAGEREF _Toc358818449 h 24 HYPERLINK l _Toc358818450 4.2.1按承载能力极限计算 PAGEREF _Toc358818450 h 24 HYPERLINK l _Toc358818451 4.2.2按正常使用极限状态计

30、算 PAGEREF _Toc358818451 h 25 HYPERLINK l _Toc358818452 4.3 预应力钢束估算结果 PAGEREF _Toc358818452 h 27 HYPERLINK l _Toc358818453 4.4 纵向预应力钢束的布置 PAGEREF _Toc358818453 h 29 HYPERLINK l _Toc358818454 4.5竖向预应力钢束的布置 PAGEREF _Toc358818454 h 30 HYPERLINK l _Toc358818455 4.6横向预应力钢束的估算与布置 PAGEREF _Toc358818455 h 31

31、 HYPERLINK l _Toc358818456 第五章 预应力损失及有效预应力计算 PAGEREF _Toc358818456 h 33 HYPERLINK l _Toc358818457 5.1 预应力钢筋与管道之间的摩擦损失 PAGEREF _Toc358818457 h 33 HYPERLINK l _Toc358818458 5.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩产生的预应力损失 PAGEREF _Toc358818458 h 34 HYPERLINK l _Toc358818459 5.3 混凝土弹性压缩产生的预应力损失 PAGEREF _Toc358818459 h 34 HY

32、PERLINK l _Toc358818460 5.4 预应力钢筋应力松弛产生的预应力损失 PAGEREF _Toc358818460 h 34 HYPERLINK l _Toc358818461 5.5 混凝土的收缩和徐变产生的预应力损失 PAGEREF _Toc358818461 h 35 HYPERLINK l _Toc358818462 5.6 有效预应力计算 PAGEREF _Toc358818462 h 36 HYPERLINK l _Toc358818463 第六章 次内力计算 PAGEREF _Toc358818463 h 45 HYPERLINK l _Toc35881846

33、4 6.1 徐变次内力 PAGEREF _Toc358818464 h 45 HYPERLINK l _Toc358818465 6.2 收缩次内力 PAGEREF _Toc358818465 h 48 HYPERLINK l _Toc358818466 6.3 预加力引起的次内力 PAGEREF _Toc358818466 h 52 HYPERLINK l _Toc358818467 6.4 温度次内力 PAGEREF _Toc358818467 h 55 HYPERLINK l _Toc358818468 6.4.1 系统温度 PAGEREF _Toc358818468 h 56 HYPE

34、RLINK l _Toc358818469 6.4.2 局部温度效应 PAGEREF _Toc358818469 h 59 HYPERLINK l _Toc358818470 6.5 支座不均匀沉降引起的次内力 PAGEREF _Toc358818470 h 63 HYPERLINK l _Toc358818471 第七章 截面验算 PAGEREF _Toc358818471 h 67 HYPERLINK l _Toc358818472 7.1 内力组合 PAGEREF _Toc358818472 h 67 HYPERLINK l _Toc358818473 7.1.1 作用与作用效应 PAG

35、EREF _Toc358818473 h 67 HYPERLINK l _Toc358818474 7.1.2 内力组合 PAGEREF _Toc358818474 h 67 HYPERLINK l _Toc358818475 7.2 截面验算 PAGEREF _Toc358818475 h 69 HYPERLINK l _Toc358818476 7.2.1 承载能力极限状态验算 PAGEREF _Toc358818476 h 70 HYPERLINK l _Toc358818477 7.2.2 正常使用极限状态验算 PAGEREF _Toc358818477 h 77 HYPERLINK

36、l _Toc358818478 7.3 持久状况和短暂状况构件的应力验算 PAGEREF _Toc358818478 h 85 HYPERLINK l _Toc358818479 7.3.1 使用阶段正截面压应力验算 PAGEREF _Toc358818479 h 85 HYPERLINK l _Toc358818480 7.3.2 使用阶段斜截面主压应力验算 PAGEREF _Toc358818480 h 88 HYPERLINK l _Toc358818481 7.3.3 施工阶段正截面法向应力验算 PAGEREF _Toc358818481 h 91 HYPERLINK l _Toc35

37、8818482 7.3.4 受拉区钢筋的拉应力验算 PAGEREF _Toc358818482 h 94 HYPERLINK l _Toc358818483 第八章 主要工程数量估算 PAGEREF _Toc358818483 h 98 HYPERLINK l _Toc358818484 8.1 混凝土用量估算 PAGEREF _Toc358818484 h 98 HYPERLINK l _Toc358818485 8.2 预应力钢绞线用量 PAGEREF _Toc358818485 h 99 HYPERLINK l _Toc358818486 8.2.1纵向预应力钢绞线用量 PAGEREF

38、_Toc358818486 h 99 HYPERLINK l _Toc358818487 8.2.2竖向预应力钢筋用量 PAGEREF _Toc358818487 h 101 HYPERLINK l _Toc358818488 8.2.3横向预应力钢绞线用量 PAGEREF _Toc358818488 h 101 HYPERLINK l _Toc358818489 8.3 锚具用量估算 PAGEREF _Toc358818489 h 101 HYPERLINK l _Toc358818490 论文总结 PAGEREF _Toc358818490 h 102 HYPERLINK l _Toc35

39、8818491 致 谢 PAGEREF _Toc358818491 h 103 HYPERLINK l _Toc358818492 参考文献 PAGEREF _Toc358818492 h 104 HYPERLINK l _Toc358818493 附 录 PAGEREF _Toc358818493 h 105 HYPERLINK l _Toc358818494 实习报告 PAGEREF _Toc358818494 h 105第一章 绪 论1.1 桥式方案的选择桥梁的形式主要可以考虑拱桥、连续梁桥、斜拉桥、悬索桥等，对所选桥梁方案的综合评价主要考虑的原则，包括桥梁的适用性，桥梁的舒适性与安全性

40、、桥梁的经济性、桥梁设计的先进性以及外形美观。本桥总长度334米，拟选用连续刚构桥。连续刚构桥利用高墩的柔度来适应结构由预加力、混凝土收缩徐变和温度变化所引起的纵向位移，其主要优点：结构受力合理，跨越能力大，抗震性能优越，结构整体性好，养护简便，造型简单美观等。与连续刚构桥相比，其他桥型的缺点：（1）悬索桥、斜拉桥悬索桥、斜拉桥是一种适合于大跨度的桥型，其主要承重结构为缆索，刚度较小，在荷载作用下容易产生较大的挠度和振动，本桥跨度较小，不适合此种桥型。（2）拱桥拱桥的水平推力较大，对地基和基础的要求较高，且拱桥建筑高度较高，所以不适合在本地建设。（3）连续梁桥连续梁桥中间支座处负弯矩较大，施工

41、较为复杂，虽同为超静定结构，但其稳定性要比刚构桥差，所以不适合采用。（4）钢桥钢桥的造价较高，且后期养护、维修和管理等工作量较大，运营中噪音较大，所以不适合采用。1.2 预应力混凝土连续刚构桥概述刚构桥是指桥跨结构与桥墩式桥台连为一体，主要承重结构采用刚构的桥梁。刚构桥有多种形式，按其结构可分为门式刚构、斜腿刚构、T形刚构和连续钢构。本设计即采用的是连续刚构桥形式。连续刚构桥采用预应力混凝土结构，有两个以上主墩采用墩梁固结。预应力混凝土连续刚构桥有着诸多特点，包括：跨越能力大，受力合理，抗震性能优越，结构整体性能好，抗扭潜力大，养护简便，造型简单。同时由于连续刚构桥主梁连续、墩梁固结，因此保证

42、了连续梁无伸缩缝，行车平顺通畅的特点。在施工方面，连续刚构桥具有T形刚构的优点，在悬臂施工时不设支座，不需要临时固结，并且具有很大的顺桥向抗弯刚度和横向抗扭刚度，能很好的满足较大跨径桥梁的受力要求。连续刚构桥所采用的主梁与中间支墩通过完全的结构性连接来实现墩梁固结传力，没有中间支点竖向支座的构造，但又必须要求中间桥墩和主梁在支点处的变形协调一致，因此连续刚构桥的的中间桥墩一般采用具有较大的高度，并且抗弯刚度相对较低的柔性墩结构体系，并以此来使得中间桥墩的结构刚度能够适应主梁的变形。考虑到结构内力分配规律，结构尺寸的协调性以及良好的经济性，中大跨度的连续刚构桥主梁一般采用变截面，以使得结构刚度和

43、内力分配上协调一致。连续刚构桥在我国的发展起步较晚，但是在近二十年间却得到了较大的发展，连续刚构桥在跨越能力方面要优于连续梁桥，在施工简易方面要优于拱桥，而在经济性方面又明显的优于斜拉桥和吊桥。1.3 受力特点连续刚构桥属于多次超静定结构，在结构自重与外荷载作用下，主梁将受到交变的正负弯矩作用。由于施加预应力、混凝土的收缩徐变以及温度变化所引起的结构纵向位移将会在结构中产生较大的次内力，从而影响结构的承载能力和正常使用。大跨度连续刚构桥一般采用柔性薄壁墩，将柔性墩作为一种摆动支撑体系，以此来减小墩的刚度，削弱次内力效应的影响。由于桥墩具有一定的柔性，使得主梁所受的弯矩相比于连续梁要有所减少，但

44、是在墩梁固结处刚架受力特性仍然存在，其应力仍是相当的复杂。综合了连续梁和T型刚构桥的受力特点，连续刚构桥的梁部结构受力性能与连续梁相同，梁体内的轴力以及薄壁墩底部产生的弯矩，都会随着墩高的增加而急剧减小。由于连续刚构桥的墩梁是固结，所以节省了大型支座的昂贵费用同时也减少了桥墩和基础的工程量。连续钢构体系还具有较为优越的抗震性能，并且能够改善结构在水平荷载作用下的受力性能。1.4 构造特点1.4.1 零号块零号块一般作为施工机具和材料堆放的临时场地，是悬臂浇注施工的中心块体，同时也是体系转换的控制块体。零号块的受力较为复杂，结构尺寸也都取的较大。从国内的施工来看，零号块常常会出现开裂的问题，因此

45、零号块的施工工艺及结构构造是很值得研究的问题。1.4.2 横隔板对于悬臂施工的连续刚构桥来说，主梁截面大多采用箱型截面，其抗扭刚度较大，所以除了零号块内会设置横隔板之外，其他梁段一般不设置横隔板。零号块内的横隔板因为要传递较大的荷载，所以一般采用一片实体或两片式的刚性横隔板，板中会设置过人洞。同时考虑不平衡段底板钢束弯起锚的要求，还需设置预留伸缩槽。1.4.3 合拢段合拢段的施工是连续刚构桥施工的重要环节，合拢段的构造措施必须给予重视，使合拢段与两侧梁体的变形保持协调一致，并在施工过程中传递内力。因为在合拢段的施工过程中，混凝土早期收缩、新浇混凝土的水化热、已完成结构的收缩徐变、温度变化以及结

46、构体系变化和施工荷载等因素，将会对尚未达到强度的合拢段混凝土产生直接的影响。在满足施工要求的情况下，合拢段长度要尽量短，以便于构造的处理，一般取1.5m3m。本设计中跨中和边跨合拢段均取2m。合拢段的构造处理有以下几种：（1）用劲性钢管作为合拢段的预应力套管；（2）加强配筋，将混凝土强度提高一个等级；采用早强、高强、少收缩混凝土；加强混凝土的养护；（3）用临时劲性钢杆锁定；（4）压柱支撑。1.5 毕业设计的目的和意义1.5.1毕业设计的目的随着中国基础建设的蓬勃发展，大量的桥梁结构在国内不断涌现出来。近年来大量的公路桥梁也在不断地修建起来，其中连续刚构是最为广泛应用的形式。本次毕业设计的目的是

47、：（1）运用所学的基础理论和专业知识，在指导老师的辅导下，参照国家有关规范、标准、工程设计图集及其他参考资料，独立完成一座桥施工、成桥、预应力束配置以及各个阶段的检算工作。（2）熟悉和掌握用桥梁专业软件Midas，完成各阶段模型的建立，以及荷载的加载，预应力束的配置，并对各个阶段进行检算，同时学会如何解决结构检算不通过的难题。了解不同验算项目所使用的荷载效应组合。1.5.2毕业设计的意义毕业设计是高等工科院校本科培养计划中的最后一个教学环节，是对大学四年所学知识的运用和总结，本次毕业设计的意义在于：（1）通过这次设计，将大学四年所学的各种基本知识真正的综合起来，并用于实践。（2）悉并掌握桥梁设

48、计的整个流程、步骤和方法，巩固已学知识。通过本次设计对桥梁的具体施工，有一个全新层次的了解，为以后踏上工作岗位并尽快适应打下坚实的基础。（3）通过本次设计熟练掌握桥梁专业软件Midas以及辅助设计软件Auto CAD和Excel等的使用。第二章 结构初步设计2.1 设计概述本设计为高速公路预应力混凝土连续刚构桥，设计跨度为86m+162m+86m。单幅桥面宽度布置为：0.25m栏杆+23.75m车行道+3.5m应急车道+0.25m栏杆=11.5m；桥面纵坡0，桥面横坡2；桥轴平面线形为直线。本设计主梁采用单箱单室箱型截面，梁高沿纵桥向成1.5次抛物线变化。中跨墩顶梁高9.6m，高跨比1/16.

49、875；中跨跨中梁高3.5m，高跨比1/46.3。箱梁顶板宽11.5m，底板宽5.5m，顶板悬臂长3m；中跨墩顶处截面腹板厚度100cm，中跨跨中和边跨靠近边支座附近梁段腹板厚度为50cm。2.2 截面尺寸拟定2.2.1 变截面箱梁形式悬臂浇注混凝土连续刚构桥采用箱型截面对桥梁非常有利，箱形截面这种闭合薄壁截面有利于减轻自重并具有较大的面积，能满足配筋要求，箱形截面同时还具有良好的动力特性和很大的抗弯及抗扭刚度，能够在跨中或支座部位有效地抵抗正负弯矩。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，本设计采用单箱单室截面，其优点是：受力明确，施工方便，节省材料用量等

50、。变截面的底板变化规律可采用圆弧线、抛物线或折线。其中抛物线与连续梁的弯矩变化最为接近，本次设计箱梁底板按1.5次抛物线变化，支点梁高9.6m，跨中梁高3.5m。箱梁在横截面的布置形式，主要与桥宽、桥面荷载等有关，外侧腹板可布置为直腹板、斜腹板等。本次设计采用单箱单室直腹板截面。2.2.2 主梁高度连续刚构桥的主梁高度一般根据经验公式确定，其高跨比H/L，跨中截面可取1/401/50，支点截面可取1/151/25，综合考虑，本设计中跨墩顶梁高取为9.6m，高跨比1/16.875；中跨跨中梁高3.5m，高跨比1/46.3。梁底曲线选用1.5次曲线，以合拢段底部端点为原点，曲线方程为：y=0.00

51、92068 x1.5+3.5(x=076 y=3.59.6)。箱形截面横断面图，见图2-1、2-2：图2-1 支座截面尺寸布置图（单位：cm）图2-2 跨中截面尺寸布置图（单位：cm）2.2.3 顶底板厚度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要求两个方面的控制。预应力混凝土连续刚构桥除了梁高变化外，箱梁的顶板、腹板、底板也应变化，以满足梁内各截面的不同受力要求。对于悬臂施工，桥墩处的负弯矩极大，轴压力极大，为了满足抗压强度，加大底板厚度尤为重要，同时顶底板厚度还要考虑预应力筋的布置张拉要求。本桥顶板厚度取为28cm，沿全桥不变；底板厚度则呈1.5次抛

52、物线变化，墩顶处主梁厚度一般为梁高的1/101/12，本设计取120cm，跨中和边跨靠近边支点截面底板厚度取30cm。2.2.4腹板厚度腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中，因为弯束对外剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的值比较小，腹板不必设的太大；同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇注要求，其设计经验为：（1）腹板内无预应力筋时，采用200mm。（2）腹板内有预应力筋管道时，采用250-300mm。（3）腹板内有锚头时，采用250-300mm。大跨度预应力混凝土箱梁桥，腹板厚度可以从跨中逐步向支点加宽，以承受支点处较大的剪力，一般采用300-600mm，甚至可达到

53、1m左右。本设计支座处腹板厚度取100cm，跨中腹板厚度取50cm。2.2.5梗腋（承托）设置梗腋可以提高截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减小扭转应力和畸变应力，在构造方面梗腋又为布置预应力钢筋提供了空间，并且有利于混凝土的浇注和脱模。梗腋一般设置在箱梁的顶板、底板和腹板的相交处。本设计在顶板和腹板交接处设置45cm150cm的水平梗腋，在底板与腹板交接处设置50cm50cm的下梗腋。2.3 主梁分段与施工节段划分2.3.1 悬臂施工节段划分箱梁施工节段的划分主要考虑以下几个因素：（1）零号块托架施工，工作条件相对较好，考虑到施工机具，临时物品堆放等因素，可适当划分长一些。（2）挂篮的承载能力与抗倾

54、覆性。本设计挂篮承载能力1800kN，梁段划分长度不宜超过5m。（3）梁段划分不宜过短，要满足预应力管道弯曲半径的要求。（4）梁段划分的规格尽量减少，以利于施工。本桥全长334m，零号块长度12m，悬臂浇注梁段为3m、3.5m、4m和4.2m；中跨合拢段长度2m，边跨和拢段长度2m；边跨满堂支架施工长度为4m；最大梁段重为15136KN，悬臂施工时各梁段重量见表2-1，施工节段划分如图2-3所示：图2-3 悬臂施工时各梁段划分示意图表2-1 悬臂施工时各梁段重梁段截面面积（m2)长度（m）重量（kN）01234567891011121314151617181941.57 22.01 24.79

55、 20.99 22.93 22.05 21.19 20.36 19.50 18.29 16.83 15.49 14.53 13.92 13.36 12.84 12.35 11.93 11.59 11.37 3.54444444.24.215132.00 2002.78 2255.50 1910.48 2087.02 2006.68 1928.68 1852.76 2028.00 1902.16 1750.32 1610.44 1510.60 1447.68 1389.44 1401.66 1348.62 1302.86 1265.42 1241.50 2.3.2 施工阶段划分不同的桥梁形式有不

56、同的施工方法，而不同的施工方法在施工的不同阶段的内力也各不相同，结构设计必须考虑到施工的方法、施工内力和变形，同时施工方法的选择也必须符合设计的要求。常见的混凝土连续梁桥的施工方法有：支架现浇施工、悬臂施工、逐孔施工和顶推施工等，其中与变截面连续梁最匹配的施工方法是悬臂施工法。悬臂施工法通常又分为悬臂浇注和悬臂拼装，而悬臂浇注施工按受力图式又有挂篮悬臂施工和桁式吊悬臂施工之分。本次设计选择挂篮悬臂施工，采用菱形挂篮系统，挂篮总重100t，设计承载能力为180t。挂篮悬臂现浇施工程序如下：阶段1：零号块浇注，待混凝土强度达到设计值后，张拉预应力索。阶段2：悬臂浇注1#段。在零号段上对称架设4个挂

57、篮，立模，绑扎钢筋，预埋预应力管道，做好混凝土浇注准备工作。浇注混凝土，待混凝土强度达到设计值，张拉预应力索。阶段3：拆模，挂篮前移。绑扎钢筋，预埋预应力管道，做好混凝土浇注前期准备工作。阶段4：重复2-3阶段工作，直至梁体达到最大双悬臂状态。阶段5：架设边跨现浇段满堂支架，铺设模板，绑扎钢筋，浇注混凝土。待混凝土强度达到设计值，张拉预应力索。阶段6：拆除边跨满堂支架，拆除中跨悬臂挂篮，架设中跨合拢段模板和吊篮。现浇中跨合拢段，张拉预应力索，拆除模板和吊篮。阶段7：施加桥面二期荷载。2.3.3 施工注意事项（1）梁段悬臂浇注过程中应注意保持两端重量平衡，避免出现不平衡弯矩。施工时通常采用加临时

58、锚固、在墩旁设置临时支架等措施来承受这些不平衡弯矩。（2）浇注梁段时，与前段混凝土结合面应该凿毛，并清洗干净，纵向非预应力筋采用搭接。（3）在浇筑中跨和边跨合拢段时，应注意在非温度急剧变化日或者夜间气温最低的时候进行。为了保证灌注质量，在中跨合拢段两端截面间设置钢支撑，并在顶板、底板上各张拉四根临时钢索，来锁定合拢段两侧梁部。（4）为了使主梁的施工达到高质量、高精度和高安全度，除了要求混凝土强度达到设计值以后方可施加预应力外，对已经灌注的梁段，要求通过以下3个方面的校核检查后才可以进行下一梁段的施工：1）混凝土强度必须达到或超过设计标号。2）箱梁截面各部尺寸以及中线误差必须满足施工规范要求。3

59、）实测挠度值与设计值相符。第三章 主梁内力计算3.1 桥梁电算预应力混凝土连续刚构桥，属于超静定结构，其受力情况非常复杂，要精确分析分析其真实受力，如果采用人工手算，运算量相当浩大，并且精度很难达到要求，本次设计的内力分析计算采用MIDAS/CIVIL2012完成。MIDAS是一款桥梁分析专用有限元软件，在此次的设计中通过此软件进行恒载内力、活载内力等结构内力的计算，并用其进行悬臂浇注施工阶段的模拟分析。3.1.1 计算图式 结构离散化是一个十分重要的步骤，将完整的结构进行分段，离散成许多的单元，计算这些单元的内力以便进行下一步的设计计算。结构离散化是结构有限元分析的重要环节，必须遵守以下原则

60、：（1）计算模型应尽量符合实际结构的构造特点和受力特点，以保证结果的真实性；对零号块、横隔板、支座的处理尤为重要。（2）保证体系的几何不变性，特别是在错综复杂的体系转换过程中更应注意，同时要避免出现与实际结构受力不符的多余约束；（3）在合理模型的前提下，减少不必要的结点数目，以缩短计算时间，减少后处理工作量。杆系单元的划分，应根据结构的构造特点，实际问题的需要以及计算精度的要求来决定。本设计的单元划分，每一个施工阶段自然划分为一个单元，这样便于模拟施工过程，并且方便截面的验算，同时在墩顶、跨中和一些构造变化位置相应增设了几个单元。这样整个全桥划分成156个单元，其中桥面单元96个。MIDAS模