430m简支转连续箱梁学位论文.docx

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430m简支转连续箱梁学位论文

摘要

预应力混凝土连续箱梁桥结构刚度大，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车，连续梁在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩，对跨中正弯矩有卸载作用，其弯矩分布较合理。

目前在公路桥梁工程中应用非常广泛。

本设计主梁就选用了预应力混凝土连续箱梁，完成了营双高速公路马跑沟河大桥4×30m连续箱梁桥的设计。

大桥正跨马跑沟河，为“U”字形河谷，工程地质分区属于冲洪积平原地址区，桥址位于管子沟河道及两岸，河道两岸地势较为开阔。

在本次设计中，首先进行了桥址资料和设计标准的阐述，然后确定了预应力混凝土连续箱梁桥为本设计采用的方案，就其进行了结构设计，设计的主要内容有：

拟定截面尺寸；计算控制截面的设计内力及其相应的组合值；估算预应力钢筋的数量并对其进行布置，边跨采用42根15.2的预应力钢绞线，N1每束6根，N2、N3、N4每束5根。

在中跨跨中采用38根钢绞线，N1、N2、N3每束5根，N4每束4根；计算主梁截面的几何特征值；承载能力极限状态验算和正常使用极限状态验算；正常使用极限状态下构件抗裂性及变形验算；持久状态下和短暂状态下构件截面应力验算。

经检算，设计的桥梁结构安全，合理，并满足现行规范的要求。

关键词：

预应力、连续箱梁、方案比选

Abstract

Prestressedconcretecontinuousboxgirderbridgestructurestiffness,gooddynamicperformance,deformationofmaingirderdeflectioncurveisgentle,highspeeddriving,continuousbeambridgeunderliveload,becausethegirdercontinuousgenerationofnegativebendingmomentofthesupportingpoint,thespanisbendingmomentunloadingeffect,andthebendingmomentdistributionmorereasonable.Atpresent,intheroadandBridgeEngineeringinawiderangeofapplications.

Thedesignofmaingirderwithprestressedconcretecontinuousboxgirder,completedthedesignof4×30mcontinuousboxbeambridgeovertheMapaogouriverfromtheYingShuangfreeway.ThebridgeistomounttheMapaogouriver,"U"shapedValley,engineeringgeologicalzoningbelongstothealluvialplainofaddressarea,bridgeislocatedatRiverandcrosspipeditch,rivermoreopenterrain.Inthisdesign,thefirstsuchmaterialanddesignstandardpaper,andthendeterminedtheprestressedconcretecontinuousboxgirderbridgeforthisdesignUSESthescheme,thestructuredesign,thedesignofthemaincontent:

formulationofsectionsizecalculationcontrolsection;theforceanditscombinationvalue;estimationofprestressedreinforcementquantityanditslayout,sidespanwith42rootdiameter15.2prestressedsteelstrand,N1eachbundleof6root,N2,N3,N4eachbundleof5root.Inthespanof38steelstrand,N1,N2,N3eachbeam5,N4eachbundleof4root;calculationofgirdersectiongeometriccharacteristicvalue;normalsectionandinclinedsectionbearingcapacitychecking;normallimitconditionofcrackresistanceanddeformationcalculation;persistentstateandtransientstateunderthesectionstresscalculation.Bycalculating,designofbridgestructuresafety,reasonable,andmeetthecurrentspecification.

Keywords:

prestressedconcrete,continuousboxgirder,schemecomparisonandselection

目录

一、桥址资料6

（一）水文地质资料6

（二）主要设计标准6

（三）主要材料7

（四）桥面铺装7

（五）施工方式7

二、主梁结构细部尺寸拟定7

（一）梁高7

（二）底板厚度7

（三）顶板厚度8

（四）腹板厚度8

（五）翼板厚度8

（六）横隔板8

三、主梁内力计算8

（一）有限元模型的建立8

1.采用迈达斯软件建立的有限元模型8

2.控制截面几何特性9

（二）主梁恒载内力计算9

1.一期荷载计算9

2.二期荷载计算10

3.结构组定义及约束条件10

4.各施工阶段梁的内力图及各控制截面内力11

（三）主梁活载内力计算14

1.冲击系数计算14

2.折减系数取值15

3.荷载横向分布系数计算15

4.活载内力计算19

（四）支座沉降及温度引起的内力计算29

1.支座沉降29

2.温度变化引起的内力计算30

（五）作用效应组合31

1.基本组合31

2.偶然组合32

3.正常使用极限状态短期效应内力组合33

4.正常使用极限状态长期效应内力组合34

四、预应力钢筋估算及布置35

（一）预应力筋估算方法35

1.按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数35

2.按正常使用极限状态界面压应力要求估算36

（二）预应力筋估算37

1.截面特性值37

2.按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数38

3.按正常使用极限状态界面压应力要求估算钢束数38

4.估算结果39

（三）主梁截面特性值计算40

1.边跨支点截面几何特性计算40

2.边跨1/4截面几何特性计算41

3.边跨跨中截面几何特性计算41

4.中跨支点截面几何特性值计算42

5.中跨1/4截面几何特性计算42

6.中跨跨中截面几何特性计算43

五、主梁验算44

（一）承载能力极限状态验算44

1.正截面抗弯承载能力检算44

2.斜截面抗剪承载能力检算45

（二）正常使用极限状态验算46

1.正截面抗裂验算46

2.斜截面抗裂验算48

（三）应力验算48

1.正截面混凝土压应力验算48

2.预应力钢筋的拉应力验算50

3.混凝土主压应力验算51

（四）可变荷载作用下主梁挠度验算54

小结1

致谢2

参考文献3

英文文献4

一、桥址资料

（一）水文地质资料

拟建大桥正跨马跑沟河，为“U”字形河谷，工程地质分区属于冲洪积平原地址区，桥址位于管子沟河道及两岸，河道两岸地势较为开阔。

地形较为平坦，河道沟道较深，海拔高程1728~1751m左右，相对高差23m。

沟宽约180m。

设计流量978,河床平时干涸无水，只有在暴雨季节有短暂性洪水。

桥梁跨径设置依地形控制，不受流量制约。

桥址区地层岩性较为简单，主要有第四系冲洪积粉细砂、黄土、角砾。

沟底出露角砾层（稍湿，青灰色，中密多呈棱角、片状，骨料成分以变质砂岩、板岩碎屑为主）。

冲沟两岸出露冲洪积粉细砂（浅黄色，稍湿，中密，具有层理，多与黄土以互层形式出现），冲洪积黄土（浅黄色，硬塑-坚硬，土质不均匀，多与粉细砂以互层形式出现）。

（二）主要设计标准

1.设计荷载：

公路级；

2.设计洪水频率：

1/100。

3.桥面宽：

50+1075++75+50+75+1075+50=1200+50+1200=2450cm。

4.设计车道：

单幅4车道。

5.地震烈度：

地震动峰值加速度0.20g，对应地震烈度为7度。

6.桥面横坡：

双向2%横坡。

7.桥面纵坡：

0%。

（三）主要材料

1.混凝土：

预制主梁、端横梁、跨中横隔板、中横梁、桥面现浇层混凝土均采用C50；桥面铺装采用沥青混凝土。

2.普通钢筋：

普通钢筋采用R235和HRB335钢筋，凡钢筋直径者，采用HRB335热轧带肋钢；凡钢筋直径者，采用R235钢。

3.预应力钢筋：

预应力钢绞线采用抗拉强度标准值、公称直径的低松弛高强度钢绞线。

（四）桥面铺装

采用8厚C50混凝土桥面现浇层和10厚沥青混凝土防水层。

（五）施工方式

简支转连续施工法。

2、主梁结构细部尺寸拟定

（一）梁高

预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在1/15—1/25之间，而跨中梁高与主跨之比一般为1/40—1/50之间。

当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。

连续梁在支点和跨中的梁估算值：

等高度梁：

H=（～）L，常用H=（～）L。

变高度（曲线）梁：

支点处：

H=（～）L，跨中H=（～）L。

变高度（直线）梁：

支点处：

H=（～）L，跨中H=（～）L。

而此设计采用等高度的箱梁，取梁高为160cm，高跨比,满足要求。

（二）底板厚度

简支转连续施工的连续梁桥跨中正弯矩较大，因此底板不宜过厚；同时支点处也存在负弯矩，需要底板有一定的厚度来提供受压面积。

从而底板厚度在在跨内大部分区域设为18cm，在支点附近处设为25cm。

即底板从距支点220cm处至距支点50cm处逐渐加厚至25cm，在距支点50cm处至支点厚度25cm。

（三）顶板厚度

确定箱形截面顶板厚度通常主要考虑两个因素：

桥面板横向弯矩的受力要求和布置纵向预应力束和横向受力钢筋的构造要求。

根据以上要求确定箱梁顶板厚度18cm。

（四）腹板厚度

箱形截面梁一般由两块以上腹板组成，每一块腹板的最小厚度必须满足结构构造及施工中浇筑混凝土的要求，再兼顾考虑连续梁变化规律，腹板宽度除在支点附近区域加宽为25cm外，其余均为18cm。

即腹