桥梁专业毕业设计模板DOC.docx

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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

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、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+2×3.75m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：

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）φ70、φ80、φ85、φ100mm或φ110mm（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，

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（

12~28），

=330MPa，

=330MPa；非受力钢筋用HRB335钢筋（φ8~20），

=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1000kN~1200kN）；

（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：

1）自重恒载内力计算（含一期及二期恒载）；

2）活载内力计算；

3）主梁纵向预应力估算；

4）纵向预应力布置；

5）预应力损失计算；

6）预应力次内力计算；

7）温度内力计算（顶板升温）；

8）横向预应力估算；

9）支座沉降内力计算；

10）收缩徐变次内力计算；（选作）

11）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：

1）持久状况承载能力极限状态下：

（1）主梁正截面强度检算；

（2）主梁斜截面强度检算（考虑竖向预应力布置）；

2）持久状况正常使用极限状态下：

（1）预应力损失计算；

（2）截面抗裂验算；

（3）挠度验算；

3）持久状况和短暂状况构件应力计算：

（1）主梁截面正应力验算；

（2）主梁截面主应力验算（考虑竖向预应力布置）；

（3）主梁刚度验算

（4）施工阶段正应力计算；

4、编制设计计算说明书

5、绘制结构主要施工图

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，JTGD60-2004；

（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，JTGD62-2004；

（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）

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。

Abstract

Designisaprestressingconcretecontinuingsteelbridge,withthetotallengthof334mofthehighway，spansare86m,162m,and86mrespectively,theformofthesectionissingle-boxsingle-room，andthepiersareflexibledoublethink-wall。

Thestandardoftheloadsishighwayonecarloads.ThemainbeamofthebridgeisconstructedsymmetricallybyHangingBasketcantilever。

Becauseofthetimeconstraint,thedesigndoesn’tcontainthelowerstructure（piersandfoundations）,horizontalprestressingandverticalprestressing.Accordingtothedifferentpositionoftheliveloads,thesectionofthiscontinuingsteelbridgemayhavepositivestructuralforcesandnegativestructuralforces，therefore,thearrangementoftheprestressingreinforcementshouldvaryinaccordancewiththechangeofstructuralforces.Thecontinuingsteelbridgeisacombinationofcontinuingbeamanddoublethink-wallpiers（flexible）,anditalsochangesthestructure’sstresscompatibilityunderthelevelofloads.

Designismadeonthebasisoflotsofrealprojectscase,soitgivesadetailedanalysisandstudyofthestructure.Thecrosssectionisinformofsingle-boxsingle-room,theheightofthebeamchangesaccordingtothecross-sectionparabolic，fromthesupportsthemaximalheightis9.6mtotheinter-Mainbeamheightof3.5m,andthethickoftheRoofis28cm.Inordertoalleviatethedifficultiesofconstruction,thethickofthebottom,combinedwiththestressfeatureofcontinuingsteelbridge,changesinlinear,reducingfromthesupportstotheinter-Mainbeam,thethickofthesupportsis1.2mandtheinter-Mainbeamis0.3m.Uponthebasisofthesectiondesign,makingananalysisofinternalforcesofthestructurebyMIDAS，evaluatetheamountsofthereinforcementandarrangethemaccordingly,thencheckthecapabilityofthemaincontrollingsection.Drawingthestructuralconstructionplan,includingthearrangementplanofthebridgespan,theprocedureofconstruction,etc.thentranslatethemintoEnglish,finallymakethedesignillustrationandMicrosoftWord.

Keywords:

prestressingconcretecontinuingsteelbridge;cantileverconstruction;analysisofinternalforces;prestressinglose;secondaryinternalforces

第一章绪论1

1.1桥式方案的选择1

1.2预应力混凝土连续刚构桥概述1

1.3受力特点2

1.4构造特点3

1.4.1零号块3

1.4.2横隔板3

1.4.3合拢段3

1.5毕业设计的目的和意义4

1.5.1毕业设计的目的4

1.5.2毕业设计的意义4

第二章结构初步设计5

2.1设计概述5

2.2截面尺寸拟定5

2.2.1变截面箱梁形式5

2.2.2主梁高度6

2.2.3顶底板厚度6

2.2.4腹板厚度7

2.2.5梗腋（承托）7

2.3主梁分段与施工节段划分8

2.3.1悬臂施工节段划分8

2.3.2施工阶段划分9

2.3.3施工注意事项10

第三章主梁内力计算11

3.1桥梁电算11

3.1.1计算图式11

3.1.2施工阶段设计12

3.2MIDAS/CIVIL2012参数信息14

3.2.1材料特性14

3.2.2荷载信息15

3.3恒载内力计算16

3.3.1毛截面几何特性16

3.2.2恒载内力计算17

3.4活载内力计算20

3.4.1横向分布系数的考虑20

3.4.2活载因子的计算21

第四章预应力钢束的估算与布置24

4.1预应力钢束的估算24

4.2预应力筋估束计算原理24

4.2.1按承载能力极限计算24

4.2.2按正常使用极限状态计算25

4.3预应力钢束估算结果27

4.4纵向预应力钢束的布置29

4.5竖向预应力钢束的布置30

4.6横向预应力钢束的估算与布置31

第五章预应力损失及有效预应力计算33

5.1预应力钢筋与管道之间的摩擦损失33

5.2锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩产生的预应力损失34

5.3混凝土弹性压缩产生的预应力损失34

5.4预应力钢筋应力松弛产生的预应力损失34

5.5混凝土的收缩和徐变产生的预应力损失35

5.6有效预应力计算36

第六章次内力计算45

6.1徐变次内力45

6.2收缩次内力48

6.3预加力引起的次内力52

6.4温度次内力55

6.4.1系统温度56

6.4.2局部温度效应59

6.5支座不均匀沉降引起的次内力63

第七章截面验算67

7.1内力组合67

7.1.1作用与作用效应67

7.1.2内力组合67

7.2截面验算69

7.2.1承载能力极限状态验算70

7.2.2正常使用极限状态验算77

7.3持久状况和短暂状况构件的应力验算85

7.3.1使用阶段正截面压应力验算85

7.3.2使用阶段斜截面主压应力验算88

7.3.3施工阶段正截面法向应力验算91

7.3.4受拉区钢筋的拉应力验算94

第八章主要工程数量估算98

8.1混凝土用量估算98

8.2预应力钢绞线用量99

8.2.1纵向预应力钢绞线用量99

8.2.2竖向预应力钢筋用量101

8.2.3横向预应力钢绞线用量101

8.3锚具用量估算101

论文总结102

致谢103

参考文献104

附录105

实习报告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、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1.5m~3m。

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