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x大桥设计本科桥梁毕业设计

摘要

本设计为xx大桥，吉林xxx大桥，位于xxxx东路东侧，西起松江东路，东至滨江东路，将与雾凇高架路连接，根据xxx大桥所处的自然环境和社会环境特点，拟采用预应力连续刚构—连续梁桥的结构形式，拟采用五跨预应力混凝土连续刚构—连续梁桥作为雾凇大桥的设计桥型。

主桥跨径为30m+55m+80m+55m+30m，桥梁总长度为250m。

其中两个边墩正常设计，两个中墩均要求为双薄壁柔性墩，四个墩高分别为24m、17.8m、25m、15m。

上部结构中主梁截面形式采用变截面的单箱室箱梁结构。

中跨采用悬臂浇筑法平衡对称施工，边跨部分采用满堂支架施工。

拟定主梁纵、横断面尺寸；采用桥梁博士结构设计程序计算施工阶段和成桥后的主梁各控制截面的恒载内力、活载内力、温度内力及基础沉降引起的内力，分别按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行荷载效应组合；估算预应力钢束数量并确定束数；布置钢束位置；对各控制截面进行强度、应力验算，各项验算均满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求，最后总结自己所学知识，进行内力分析，得出结论。

关键词

预应力；连续刚构桥；箱型梁；双薄壁墩；箱型截面；极限状态

Abstract

ThedesignfortheWuSongbridge,locatedinthecityofJilinrimeTungRoadEast,westofSongjiangRoad,EastBinjiangroad，accordingtoWuSongbridgethenaturalenvironmentandsocialenvironmentcharacteristics,usingprestressedconcretecontinuousrigid-framed-continuousgirderbridgeforstructureform,wecanselectthefivetobeadoptedspancontinuousrigidframe-continuousgirderbridgeasaWuSongWestdesignofthebridge.Mainbridgespanis30m+55m+80m+55m+30m,thetotallengthofthebridge250m.Twoofthesidepiernormaldesignrequirementsforboththepieraretwo-walledflexiblepiers,fourhighpierwere24m,17.8m,25m,15m.Theuppersectionformsthemainbeamstructurewithvariablecross-sectionofsingleboxroomboxgirder,Cantilevermethodusedinthebalanceofinter-symmetricalconstruction,sidecross-sectionwithFullFrameConstruction.

Thedevelopmentofthemainlongitudinalbeams,cross-sectionalsize;theuseofthestructuraldesignofthebridge,Dr.calculatedintotheconstructionphaseandafterthebridgegirdercross-sectionofthecontrolofinternalforcesofthedeadload,liveloadinternalforces,temperature,andthebasisforthesettlementofinternalforcescausedbyinternalforces,respectively,accordingtocarryingcapacitylimitstateandserviceabilitylimitstateloadcombinationeffects;toestimatethenumberofpre-stressedbeamofsteelandtodeterminethenumberofbeam;layoutsteelbeamposition;cross-sectionofthecontrolstrength,stresscheck,thecheckaretomeetthe"HighwayofreinforcedconcreteandprestressedConcreteBridgeDesignCode"requirements,thefinalsummingupoftheirknowledge,theinternalforceanalysisconcluded.

Keywords

prestressingforce;continuousrigidframebridge;boxbeam;twinpier;bxsection;limitstate

第一章绪论

1.1我国公路桥梁的发展情况

因为我国公路事业快速发展，公路桥梁建设也随之突飞猛进，主要是大跨径桥梁特别是大跨径预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥梁在全国各地得到广泛应用，并取得了很好的效果。

连续梁桥-刚构已经成为预应力混凝土桥梁的主预应力。

预应力混凝土桥梁的发展在第二次世界大战以前尚处在萌芽阶段，但正在逐步向成熟阶段过渡。

预应力混凝土桥梁一旦跃上桥梁的历史舞台，就显示出它的强大竞争能力，从50年代创建了突破100m的跨径记录，经过三十余年的迅猛发展，至今已创建了440m的跨径记录。

目前，在规划中的设计方案有突破500m跨径记录的趋势。

桥梁技术的告诉发展，不单是取决于材料与预应力技术的先进水平，设计理论的日益完善和计算机技术的发展，更取决于现代化施工技术水平的提高，桥梁造价的降低。

预应力混凝土桥梁所以在30年来具有的强大竞争能力，主要的因素有：

（1）预应力混凝土充分发挥高强材料的特性，具有可靠地强度、刚度和抗裂性能。

（2）现代化的应用已经使他的施工周期大大缩短，显示出巨大的经济效益。

（3）它的适用范围大，竞争力强。

我国预应力混凝土桁架桥的发展亦趋于世界先进水平。

但我们必须在大跨预应力混凝土桥梁的设计理论，施工技术和施工机械、建桥高强材料和大型锚具与张拉体系等方面做艰巨任务。

1.2设计目的

通过本次设计，进一步使我是对大学四年以来所学的知识得到了巩固，能够在未来工作当中打下坚实的理论基础，也是一种扩展，进一步地了解所学知识在实际中的应用过程发挥重要的作用，以及熟悉桥博软件的使用和计CAD软件的操作。

同时使我们能够更加深刻的的认识到桥梁世界的多姿多彩，培养了对桥梁的热爱，为未来的发展立下一个小小的里程碑。

第二章桥梁初步设计

2.1桥梁跨径布置和箱梁截面尺寸拟定

2.1.1跨径比拟定范围

大部分情况下，为了使支点负弯矩和边跨正弯矩大致相互抵消的原则，采用变截面连续梁无疑是非常好的选择，这样做使钢筋束的布束更趋合理，外观更漂亮，减轻了自重，节省了材料。

L1/L2=0.539～0.692是常见的边、主跨的跨径比范围，当L1/L2≤0.419时，边跨则需压重，应属于非常规的特殊处理；大都L1/L2=0.54～0.58则较合理，这将有可能在边跨悬臂端用导梁支承于端墩上合拢边跨，取消落地支架。

经检验，30m+55m+80m+55m+30m，主跨55m+80m+55m合理

2.1.2梁高的拟定范围

根据规范得知大部分主跨箱梁跨中截面的高跨比h0≈（1/46.2～1/86）L2,通常为（1/54～1/60）L2，在箱梁根部的高跨比h1≈（1/15～1/20.6）L2,大部分为（1/18）L2左右。

多数情况下，我们可采用二次抛物线的梁底变高曲线，计算和设计时候较方便。

但这样往往会在1/8·L2和1/4·L2处的桥梁底板的混凝土应力过渡紧张，而且也会引起该处的左右截面附近的主拉应力紧张，所以，我们可将二次抛物线变更为1.5～1.8次方的抛物线更合理。

2.1.3顶板厚度拟定范围

一般通常采用28cm，但是随着施工技术和材料的不断改善近年来已趋向于减小为25cm，同时这与箱宽和施工技术相关，以及行车的要求有关联。

2.1.4底板厚度的拟定范围

纵向负弯矩区受压底板的厚度对改善全桥受力状态、减小徐变下挠十分重要，因而大跨度连续体系梁桥中，应确保承受负弯矩的支点区域的箱梁底板有足够的厚度，一般底板厚度与主跨之比宜为1/140～1/170。

跨中区域底板厚度则可按构造要求设计，一般为0.22～0.28。

2.1.5腹板厚度的拟定范围

一般地，等高度箱梁可采用直腹板或是斜腹板，变高度箱梁宜采用直腹板。

单箱单室截面b：

a：

b之比为1：

（2.5～3.0）：

1时横向受力状态较好。

大多为40～50cm，但应特别注意主拉应力的控制，近年来在腹板上出现较多斜裂缝的病害甚多，应予谨慎。

这样采用变截面厚度的底板不仅可以减轻自重增大跨度而且可以节约材料，降低工程造价，同时如增加箱梁的挖空率，亦可减轻截面的结构自重，如果选用用高标号混凝土，使用大吨位的预应力钢束，这些都是提高设计水平，获得良好经济效益降低造价的举措，但必须注意的是合理地掌握好“度”，这样才可以既确保结构的安全度又不影响桥梁时用的耐久性。

2.2桥梁初步设计

2.2.1设计资料

1.结构形式：

预应力混凝土连续刚构-连续梁桥，分跨为30m+55m+80m+55+30m，总长度为250m。

四个中墩均为双薄壁柔性墩，墩高分别为24m、17.8m、25m、15m。

2.设计荷载：

公路-Ⅰ级。

3.桥面宽度：

桥面宽度：

车行道宽度为11m，每边各设0.5m防撞护栏，全桥总宽为12m。

4.桥面纵坡：

1%。

5.通航标准：

无通航要求。

2.2.2主要材料及性能参数

2.2.2.1混凝土

全桥上部结构采用60#混凝土，下部桥墩墩身采用40#混凝土。

桥面铺装采用8cm防水混凝土加8cm沥青混凝土两层，其容重分别为：

防水混凝土23kN/m3，沥青混凝土21kN/m3。

2.2.2.2钢材

1．预应力筋：

①纵向预应力束采用j15.24高强钢绞线，Ryb=1860MPa，E=1.95105MPa，计算面积为140mm2，破断力为260.7kN；

②横向预应力采用扁锚3j15.24高强钢绞线，强度指标同纵向束；

③竖向预应力采用冷拉III级（25锰硅）28l粗钢筋，Ryb=530MPa；

2．普通钢筋：

应分别符合GB13013-91和GB1499－98的规定。

直径>12mm者采用HRB335级钢筋，直径<12mm者采用HRB335级钢筋。

3．锚具：

采用OVM型锚固体系，内缩量为L=6mm。

管道采用80mm的波纹管，管壁摩阻系数=0.25，管道偏差系数k=0.0008。

4．支座：

盆式橡胶支座，支座摩擦系数为=0.05。

2.2.3设计依据

1.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

2.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）（以下简称《通规》）

3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）（以下简称《桥规》）

2.3桥型的总体布置

2.3.1上部结构

1.孔径布置

此桥是一座预应力混凝土连续刚构-连续梁桥，跨径组合为30m+55m+80m+55m+30m，边中跨比值为15/26，桥下无通航，桥总长250m。

2.顺桥尺寸

跨中梁高为2m，支点梁高5.0m，为主跨的1/18.6，如图2-1所示。

图2-1桥梁布置简图（单位；cm）

3.横截面方向的尺寸

截面纵向为变截面，桥面宽12m,采用单箱单室。

顶板厚400mm，取全桥一致，支点处底板厚5400mm，跨中厚为400mm，以方便布置预应力钢筋。

纵向上，梁底按二次抛物线变化，截面细部尺寸见如图2-2和图2-3所示。

图2-2支点处截面（单位；cm）

图2-3主跨跨中截面（单位；cm）

2.3.2下部结构

竖直双肢薄壁墩可以增加桥墩在竖向荷载作用时的刚度，同时其水平抗推能力小，在桥梁纵向允许的变位大，这不仅可以减小主梁附加内力，而且由于主梁的负弯矩峰值出现在两肢墩的墩顶，且较单薄壁小一些。

本设计四个中墩均采用双薄壁柔性墩，墩高分别为24m、17.8m、25m、15m。

2.3.3桥面铺装

桥面铺装采用8cm防水混凝土加8cm沥青混凝土两层，其容重分别为：

防水混凝土23kN/m3，沥青混凝土21kN/m3。

2.3.4施工方案

连续梁-连续钢构桥最成熟的施工方法是挂蓝悬臂浇注的施工方法，为保证施工过程中结构的稳定可靠，在连续刚构桥部分采用0号块梁段与桥墩临时固结。

中跨采用悬臂浇筑法平衡对称施工，边跨采用满堂支架施工。

零号块采用支架现浇施工。

其具体措施是将0号块梁段临时支撑在扇形或门式托架的二侧。

第一步：

首先从A、B墩顶开始对称悬臂施工1。

第二步：

两边跨合拢2，释放墩临时固结措施，形成单悬臂梁。

第三步：

合拢中跨3。

图2-3悬臂施工示意图

第三章用桥梁博士软件进行桥梁设计

3.1桥梁博士简介

Dr.Bridge系统是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。

在使用该系统时，桥梁设计与施工，密切结合桥梁设计规范，一切按照规范设定。

利用了电脑编程可操作系统与规范相结合，完全符合设计设计施工安全经济效益操作的。

对结构的计算充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况。

计算更准确，同时在数据输入的容错性方面做了大量的工作，提高了用户的工作效率。

系统基本功能：

（1）直线桥梁：

能够计算钢筋混凝土、预应力混凝土、组合梁以及钢结构的各种结构体系的恒载与活载的各种线性与非线性结构相应。

（2）斜、弯和异形桥梁：

采用平面梁格系分析各种平面斜、弯和异形结构桥梁的恒载与活载的结构响应。

系统考虑了任意方向的结构边界条件，自动进行影响面加载，并考虑了多车道线的活载布置情况，用于计算立交桥梁岔道口等处复杂的活载效应，最终可根据用户的要求，对结构进行配筋或各种验算。

（3）基础计算：

在整体基础方面，进行整体基础的基底应力验算，基础沉降及基础稳定性验算。

在单桩承载力，计算地面以下各深度处单桩容许承载力。

对刚性基础，计算刚性基础的变位及基础底面金额侧面土应力。

（4）截面计算：

截面特征计算中，可以计算任意截面的几何特征，并能同时考虑普通钢筋、预应力钢筋、以及不同材料对几何特征的影响。

荷载组合方面，对本系统定义的各种荷载效应进行承载能力极限状态荷载组合I-III和正常使用极限状态荷载组合I-VI共种组合计算。

截面配筋计算，可以为用户提供的混凝土截面描述和荷载描述进行承载能力极限状态荷载组合I-III和正常使用极限状态荷载组合I-III的荷载组合计算，并进行6种组合状态的普通钢筋或预应力钢筋的配筋计算。

应力验算，可以根据用户提供的任意截面和截面荷载描述进行承载能力极限状态荷载组合I-III和正常使用极限状态组合I-VI共9种组合的计算，并进行9种组合的应力验算及承载能力极限状态验算

（5）横向分布系数计算：

能运用杠杆法、刚性横梁法或刚接板法计算主梁在各种活载作用下的横向分布系数。

（6）输入：

采用标准界面人机互交进行，并配有强大的数据编辑和自动生成工具，使原始数据的输入更加明了和方便。

输入数据的过程中科同以图形或文本查看输入数据的信息。

新加了单元、界面、钢束与CAD的互导模块，使得输入更加方便。

新增的引用参考线，大大简化了曲线钢束的输入。

系统的原始数据采用三级检错以帮助用户确保原始数据的可靠性。

（7）输出：

系统对计算结果输出采用详尽的思想，通过分类整理，可以按照用户的要求的一次或多次输出，用户打分析中间数据结果或整理最终数据文档。

输出的方式有图形、表格及可编辑的文本。

配有专门的图形结果后处理系统，便于用户打印出图纸规格化的计算结果图形。

新增的报表输出，用户可自定义输出报告格式模板，各种计算数据、效应图形按用户设定自动输出。

（8）打印与帮助系统：

系统输出的各种结果，都可以随时在各种Windows支撑的外围设备上打印输出，并提供打印预览功能，使用户在正式打印之前能够预览打印效果。

Dr。

Bridge系统提供了几百个条件的帮助，共计十万余字，对桥梁博士系统的各种功能都有相应的帮助系统。

另外，桥粱博士具有打印与帮助系统，材料库自定义，截面自定义，报告输出与AutoCAD交互，调束工具，调索工具。

3.2用桥梁博士软件建立模型

3.2.1节点编号和划分单元

本桥30m+550m+80m+55m+30m的长度，使用桥梁博士设计时，首先在直线编辑器栏菜单下划分出5m的现浇段，1.5m的合拢段，墩部位置均有一段直线段，预留出零号块的6.4m，对于杆系结构，节点编号和单元的划分，边跨、中垮合拢段，边跨直线段的长度为50m，跨中合拢段有10m的直线段，本桥上部结构共划分为68个单元模块，下部结构划分为18个单元模块。

3.2.2输入单元信息

在输入单元信息中数据输入窗口中快速编辑器选择“直线”。

编辑内容一栏里全部选定。

先对连续梁和边跨进行模型建立，在建立时注意留出边跨合拢部分输入相关信息，显示如图3-1，3-2，3-3所示。

图3-1直线单元组编辑

图3-2跨中截面几何描述

图3-3支点处截面几何描述

然后做变截面部分13-19单元模块和25-32单元模块部分。

需要注意的是，在建立支点上面的时候，留出6.8m的非变截面梁，这样，边跨的模型已经建成。

可以使用“对称”来进行快速编辑。

显示如图3-4所示。

图3-4单元组对称操作

即可生成上部结构全部单元模块。

3.2.3模型建立

建立的模型如图3-5所示。

图3-5全桥单元立体模型

全桥的单元的外形如图3-6所示。

图3-6全桥单元外形

3.3计算截面几何特性

在设计时，所有计算主梁自重和估算钢筋数量均采用毛截面几何性质。

我们通过桥梁博士来计算并且验算截面的几何性质。

因为全桥跨径为30m+55m+80m+55m+30m为对称结构。

我们通过取其一半来计算，可以节省时间提高效率。

故此以左半跨125m为例，列出各截面几何性质如表3-1所示。

表3-1截面几何特性表

截面编号

截面位置

距桥台距离（m）

面积（m2）

惯性距（m4）

形心距下缘距离（cm）

1

边跨

0

6.91

3.25

107

2

5

6.91

3.25

107

3

10

6.91

3.25

107

4

15

6.91

3.25

107

5

20

6.91

3.25

107

6

25

6.91

3.25

107

7

30

6.91

3.25

107

8

35

6.91

3.25

107

9

40

6.91

3.25

107

10

43.5

6.91

3.25

107

11

45

6.91

3.25

107

12

46.5

6.91

3.25

107

13

50

7.42

3.99

110

14

55

7.52

4.64

117

15

60

7.66

5.6

126

续上表3-1-1

16

65

8.29

7.29

134

17

70

8.53

9.25

147

18

75

8.81

11.9

163

19

80

9.75

16.2

175

20

81.8

10.2

21

195

21

中墩

82.5

13.2

57

276

22

83.2

13.2

57

276

23

85

13.2

57

276

24

86.8

13.2

57

276

25

87.5

13.2

57

276

26

88.2

13.2

57

276

27

中跨

90

12.6

47.9

259

28

95

11.8

36.7

235

29

100

10.6

27.2

217

30

105

10.2

21

195

31

110

9.75

16.2

175

32

115

8.81

11.9

163

33

120

8.53

9.25

147

34

123.5

8.29

7.29

134

第四章结构内力计算

4.1桥梁计算模型的建立

本桥共划分成89个节点，86个单元。

有限元计算图式划分单元时，是按照悬臂施工的顺序和验算截面的要求划分的，同时在截面构造尺寸变化点处也应布置节点，节点位置取在截面形心处。

总体坐标原点取在桥台支座中心处，单元信息见表4-1所示。

有限元计算简图见图4-2所示。

表4-1单元信息

单元

左节点

右节点

单元

左节点

右节点

单元

左节点

右节点

1

1

2

30

30

31

59

59

60

2

2

3

31

31

32

60

60

61

3

3

4

32

32

33

61

61

62

4

4

5

33

33

34

62

62

63

5

5

6

34

34

35

63

63

64

6

6

7

35

35

36

64

64

65

7

7

8

36

36

37

65

65

66

8

8

9

37

37

38

66

66

67

9

9

10

38

38

39

67

67

68

10

10

11

39

39

40

68

68

69

11

11

12

40

40

41

69

69

70

12

12

13

41

41

42

70

70

71

13

13

14

42

42

43

71

71

72

14

14

15

43

43

44

72

72

73

15

15

16

44

44

45

73

73

74

16

16

17

45

45

46

74

74

75

17

17

18

46

46

47

75

75

76

18

18

19

47

47

48

76

76

77

19

19

20

48

48

49

77

77

78

20

20

21

49

49

50

78

78

79

21

21

22

50

50

51

79

79

80

22

22

23

51

51

52

80

80

81

23

23

24

52

52

53

81

81

82

24

24

25

53

53

54

82

82

8