mmm公路预应力混凝土连续刚构桥设计毕业设计.doc

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80m+140m+80m公路预应力混凝土连续刚构桥设计毕业设计

第1章绪论 1

1.1预应力混凝土连续刚构桥概述 1

1.2本桥式结构的特点 1

1.2.1设计特点 1

1.2.2受力特点 2

1.2.3构造特点 2

1.2.4施工工艺方法 3

1.3毕业设计的目的和意义 3

1.4毕业设计主要内容 3

第2章结构初步设计 5

2.1设计概述 5

2.1.1主要技术指标 5

2.1.2材料规格 5

2.1.3设计规范 6

2.2桥梁总体布置及结构主要尺寸 7

2.2.1立面布置 7

2.2.2横截面尺寸拟定 8

2.3主梁和桥墩的施工分段 10

2.4施工注意事项 11

第3章主梁内力计算 13

3.1MIDAS模型建立 13

3.1.1计算单元的划分 13

3.1.2荷载信息 14

3.1.3施工顺序设计 15

3.2恒载内力计算 16

3.2.1毛截面几何特性 16

3.2.2恒载内力计算 17

3.3活载内力计算 20

3.3.1计算方法 20

3.3.2设计荷载 21

3.4恒活载内力短期效应组合 25

第4章预应力钢束的估算与布置 28

4.1预应力筋的估算原理 28

4.2预应力筋的估算方法 28

4.2.1按承载能力极限计算时满足正截面强度要求 28

4.2.2按正常使用极限状态的应力要求估算 29

4.2.3按正常使用状态抗裂性要求进行配束 31

4.3预应力筋的估算 32

4.4纵向预应力钢束的布置 34

4.5竖向预应力钢束布置 35

第5章预应力损失及有效预应力计算 36

5.1预应力损失计算原理 37

5.1.1管道摩阻损失的计算 37

5.1.2锚头变形损失计算 37

5.1.3弹性压缩损失的计算 38

5.1.4钢筋松弛损失 38

5.1.5混凝土收缩徐变损失 38

5.2有效预应力值计算 39

第6章次内力计算 46

6.1收缩、徐变次内力 46

6.2预加力引起的次内力 50

6.2.1预加力次内力计算原理——等效荷载 50

6.2.2先期预应力束产生的徐变次内力 51

6.2.3后期预应力束产生的弹性次内力 52

6.3温度次内力 55

6.3.1温度场对于预应力混凝土连续梁的影响 55

6.3.2温度场 55

6.3.3温差作用效应计算原理 56

6.3.4整体温度变化 57

6.3.5温度梯度 59

6.4支座不均匀沉降引起的次内力 62

第7章截面验算 65

7.1内力组合与截面验算 65

7.2承载能力极限状态计算 66

7.2.1正截面抗弯承载能力计算 66

7.2.3斜截面抗剪验算 72

7.3正常使用极限状态计算 78

7.3.1使用阶段正截面抗裂验算 78

7.3.2使用阶段斜截面抗裂验算 82

7.3.3挠度验算 85

7.4持久状况和短暂状况构件的应力计算 86

7.4.1使用阶段正截面压应力验算 86

7.4.2使用阶段斜截面主压应力验算 89

7.4.3施工阶段正截面法向应力验算 91

7.4.4受拉区钢筋的拉应力验算 95

第8章主要工程数量估算 99

8.1混凝土用量估算 99

8.2预应力钢绞线用量 100

8.3锚具用量估算 102

第9章总结和讨论 103

致谢 104

参考文献 105

附录实习报告 106

第1章绪论

1.1预应力混凝土连续刚构桥概述

连续刚构桥是预应力混凝土大跨梁式桥的主要桥型之一，它综合了连续梁和T形刚构桥的受力特点，连续钢构桥将主梁做成连续梁体系，并且与薄壁桥墩固结而成。

连续刚构桥一般用于较大跨度桥梁。

由于连续刚构桥的整个结构连接成一个整体，属于多次超静定结构，因而由钢束预应力、混凝土收缩徐变,温度变化和支座沉降所引起的结构纵向位移将在结构中产生较大的次内力。

大跨度连续刚构桥一般采用柔性双薄壁墩，设计者将柔性墩作为一种摆动的支撑体系，从而降低桥墩的刚度，减小次内力效应。

我国从20世纪50年代中期尝试修建预应力混凝土梁式桥，如今，我国在预应力混凝土梁桥的设计与施工技术都达到了比较高的水平。

典型的连续刚构体系采用对称布置，并采用平衡悬臂施工方法建成。

随着桥墩高度的增加，薄壁墩对上部梁体的嵌固作用越来越小，逐步退化为柔性墩的作用。

连续刚构体系除了保持连续梁的各个优点外，墩梁固结体系还节省了大型支座的昂贵费用，减少了桥墩及基础的工程量。

柔性墩的设计必须考虑上部梁体变形（转动与纵向位移）对它的影响。

基于上述优点，目前，在大跨度预应力混凝土梁桥中，连续刚构桥已成为主要的桥型选择。

1.2本桥式结构的特点

1.2.1设计特点

预应力混凝土连续刚构桥的通常设计步骤：

1）根据经验公式和相关规范初拟立面和截面尺寸，在软件中建立相应的模型并大致模拟出实际的施工过程，并按照桥梁的实际受力和约束条件施加相应的荷载和边界条件，利用软件计算得到恒载、活载和附加恒载产生的内力之和。

2）根据活载最不利布置使用作用短期效应组合下的弯矩包络图，并按照此图中各截面的最大和最小弯矩估算预应力钢束的数量。

3）按相关的规范和相关的力学原理布置预应力钢束在每个桥梁的位置，利用软件施加钢束预应力、系统温度、支座不均匀沉降等荷载，把所有荷载进行荷载组合（考虑收缩和徐变），算出这些荷载组合下的内力。

4）最后，进行截面验算。

如果不通过则调整钢束的数量或位置或修改截面尺寸直至通过，若通过就开始绘制施工图和编制设计文件。

1.2.2受力特点

连续刚构桥由于墩梁刚性连接，在荷载作用下，主梁桥墩处将产生较大的负弯矩，因而可以减少跨中的正弯矩，这样可以有效提高截面利用率。

悬臂施工阶段，预应力钢束产生正弯矩，梁体自重产生负弯矩，它们的合作用使得梁截面处于偏压受力状态，此时梁截面所受的轴力较大，所以抗剪强度易满足要求。

1.2.3构造特点

1）零号块

零号块是桥墩正上方的一个块体，它的立面形状包括中间的等截面和两边悬出端的变截面。

在悬臂施工阶段，主梁的自重需要通过零号块传给蹲身。

另外，施工阶段时零号块上还要堆放大量的机型设备，这样使得零号块的受力很复杂，因此，其整个截面尺寸都取得较大。

2）横隔板

横隔板的作用是增大抗扭刚度，并增强桥梁的整体性。

一般只在桥墩部位零号块内设置横隔板。

横隔板传递荷载较大，一般采用两片式刚性横隔板，中间开过人洞。

3）合龙段

合龙段是连接两边的梁段，使它们形成完整桥的梁体系的重要部分。

在合龙段施工过程中，由于内外因素的影响，需要采取相应的构造措施防止合龙段受到不良影响，保证合龙段可以很好的传递内力并保证全桥变形协调。

合龙段的长度应尽量缩短，一般取1.5～3m。

本次设计取2m。

合龙段应采用高强、早强、较少收缩的混凝土；合龙段混凝土应在一天中温度较低时浇筑。

1.2.4施工工艺方法

设计时，要根据现场资料选择不同的施工方法。

因施工方法的不同，桥梁的内力也不同，体系转换也不同。

设计时，需要考虑施工时的受力和变形，保证全桥在施工阶段，运营阶段的验算均通过。

1）施工方案：

本设计采用悬臂浇注施工和满堂支架现浇施工。

边跨的直线梁段是满堂支架法施工，而其余的变截面梁段是悬臂法施工。

悬臂施工法是在已经建成的桥墩上，沿桥墩两侧对称逐段浇筑混凝土，这样可以充分利用了预应力混凝土承受负弯矩的能力，将跨中正弯矩转移到支点负弯矩，提高了桥梁的跨越能力。

本设计采用菱形挂篮系统，挂篮的总重为58.78t，设计承载能力为250t。

2）施工顺序：

对于悬臂施工的连续刚构桥，施工顺序的确定是非常重要的。

本设计采用施工顺序如下：

（1）从中间的左、右墩同时开始进行悬臂施工，形成两个单悬臂梁。

（2）边跨同时合龙，释放左、右桥墩处的临时固结。

（3）跨中合龙，形成三跨连续刚构梁。

1.3毕业设计的目的和意义

桥梁建设在当今中国的基础建设中起着至关重要的作用。

在这个过程中，桥梁技术不断进步，形式也不断合理。

近年来大量的公路桥梁也在不断的修建起来。

其中连续刚构是最为广泛应用的形式。

在指导老师的辅导下，通过查阅资料，认真完成本桥截面尺寸的拟定、施工、荷载的施加、预应力束的估算和配置以及各阶段的检算工作。

熟悉和掌握桥梁专业软件Midas，同时也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。

通过本次设计，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，使用有了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了坚实的基础。

1.4毕业设计主要内容

本毕业设计主要包括以下内容：

1）根据已有的设计资料，拟定立面尺寸、截面尺寸结构形式，完成主梁的内力计算，包括计算恒载（含一期和二期恒载）内力、活载内力、温度内力、支座沉降引起的内力，混凝土收缩徐变引起的次内力等，并进行截面的作用效应组合；

2）纵向预应力钢束的估算，布置，调整，优化；

3）纵向预应力钢束预应力损失计算；

4）结构次内力的计算；

5）布置竖向预应力钢束、横向预应力钢束；

6）施工阶段截面强度，应力的控制验算；

7）运营阶段截面强度验算，截面应力验算,变形验算；

8）主要工程数量计算。

第2章结构初步设计

2.1设计概述

2.1.1主要技术指标

（1）孔跨布置：

80m+140m+80m公路预应力混凝土连续刚构桥；

（2）桥面宽度（半幅）：

0.5m栏杆+1.25米左侧路肩+2×3.75m车行道+3.5m右侧路肩+0.5m栏杆=13.25m；

（3）桥面纵坡：

0%（平坡）；

（4）桥面横坡：

2%；

（5）荷载标准：

公路-I级；

（6）公路等级：

高速公路；

（7）设计速度：

120km/h；

（8）施工方法：

主梁采用对称悬臂浇筑施工，边跨靠近边支座梁段采用满堂支架现浇施工；

（9）桥轴平面线型：

直线；

（10）桥面铺装：

10cm沥青混凝土，8cmC40防水混凝土调平层。

2.1.2材料规格

（1）主梁混凝土：

C50级混凝土；

容重：

γ=26kN/m弹性模量：

E=34500MPa

轴心抗拉强度设计值：

轴心抗压强度设计值：

轴心抗拉强度标准值：

轴心抗压强度标准值：

（2）承台及桩基础混凝土：

C40级混凝土；

弹性模量：

E=32500MPa

轴心抗拉强度设计值：

轴心抗压强度设计值：

轴心抗拉强度标准值：

轴心抗压强度标准值：

（3）桥面板及左右两侧栏杆混凝土：

C30级混凝土；

（4）桥面铺装层混凝土：

S6级防水混凝土；容重：

24kN/m3

（5）桥面铺装层沥青：

SMA沥青混凝土；容重：

24kN/m3

（6）预应力钢筋及锚具：

纵向预应力钢筋：

19-φs15.2钢绞线；

抗拉强度设计值：

抗拉强度标准值：

张拉控制应力：

波纹管：

外径φ107塑料波纹管；

对应锚具：

YM15-19圆锚张拉端锚具，方形锚下垫板边长275mm，锚圈φ206

千斤顶型号：

YCW350/400B

横向预应力筋：

5-φs15.2钢绞线；

波纹管：

φ19×90mm塑料波纹管

对应锚具：

YMB15-5

2.1.3设计规范

1）中华人民共和国行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004，中华人民共和国交通部；

2）中华人民共和国行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004，中华人民共和国交通部；

2.2桥梁总体布置及结构主要尺寸

该桥的主梁采用单箱单室的箱型截面，梁高沿桥纵向呈2次抛物线变化。

中跨