30米预应力简支箱形梁桥结构设计迈达斯计算Word文档格式.docx

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30m预应力混凝土简支箱梁计算书

摘要

预应力混凝土简支箱梁桥以结构受力性能好、变形小、行车平顺舒适、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。

预应力混凝土简支梁桥是一种预先储存了足够预加应力的新型梁桥，预加应力可大幅度提高梁体的抗裂性，并增加了梁的耐久性，截面尺寸减小，高跨比减小，受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日趋完善和成熟。

简支箱形截面梁具有优良的力学特性：

较大的刚度和强大的抗扭性能、结构简单、受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大、桥下视觉效果好，因而被广泛地应用于城市桥梁和高等级公路立交桥的上部结构中。

本次设计的主要内容是关于预应力简支箱形梁桥的结构设计。

设计跨度是30m,双向四车道，桥面宽度15m（0.5m防撞墙+4×

3.5m行车道+0.5m防撞墙），采用单箱双室箱形截面，桥轴线为直线，荷载等级：

公路I级汽车荷载，地震设防烈度：

7级。

梁高采用变高度梁，因梁桥在支点处截面的剪力过大，故在梁桥支点处选择变截面过渡，按一次曲线变化。

设计主要进行了桥梁总体布置及结构尺寸拟定、桥梁荷载内力计算、桥梁预应力钢束的估算与布置、桥梁预应力损失及应力的验算、内力组合验算、主梁截面应力验算。

利用软件MidasCivil进行结构分析，根据桥梁的尺寸拟定建立桥梁基本模型，然后进行内力分析，计算配筋结果，进行施工各阶段分析及截面验算。

关键词：

预应力混凝土、简支、箱梁、结构分析、内力验算

30mprestressedconcreteboxgirdercalculations

Becauseofthelong-spanpre-stressedconcretecontinuousboxGirderBridgehavemanyadvantagessuchasitsbigspanability,flexibleconstructionmethods,adaptability,structuralrigidity,anti-seismiccapability,Structurestressperformancegood,smalldeformation,lessexpansionjoints,drivingsmoothandcomfortable,beautifulforms,smallmaintenancequantityandetca,itbecomethemostcompetitiveoneofthemainbridge,anditbecomesmoreandmorewidelyusedinChina.

Thisgraduatedesignismainlyaboutthedesignofthesuperstructureoftheroadpre-stressedconcreteCharpyBridge.Thespanofthebridgeis30m.Thisdesignisacontinuousbridgewhichhasfourlanes.ThebridgedeckismadeofC50water-protectedconcrete.Itconsistsof3.5m（thewidthofroaddeck）×

4+0.5m（thewidthofthesidewalk）×

2=15m;

Theaxisofthisbridgeisastraightline,ThedesignloadstandardistheRoadOne-LevelLoad，Seismicfortificationintensity7.Andtheheightofgirderischangingintheformofconic.

Thedesignofpre-stressedconcretecontinuousgirderbridgeismainlytheupperstructuredesign,inthedesignofthemainbridgelayoutandstructuresize,loadcalculation,bridgepre-stressingtendonsestimationandlayout,thelossofpre-stressandstressofthebridge,theresultantchecked,internalcombinationcalculation,sectionstresscalculationgirder.ThisdesignusingtheMidassoftwareanalysisthestructure,accordingtothesizeofthebridge,thebasicmodelestablishmentbridgeworked,thenforceanalysis,calculationresultsofreinforced,foreachphaseanalysisandconstruction.Atthesametime,considertheconcreteshrinkage,Creepforcetimesandtemperatureresultanttime’sfactors.

Keyword:

Pre-stressedConcrete;

SimpleSupport;

Boxgirder;

StructuralAnalysis;

Checkingtheinternalforces

第一章绪论………………………………………………………………………………………………1

1.1概述………………………………………………………………………………………………1

1.2预应力梁桥受力特点……………………………………………………………………………1

1.3预应力混凝土梁桥发展综述……………………………………………………………………2

1.3.1国外预应力混凝土梁桥的发展…………………………………………………………2

1.3.2国内预应力混凝土梁桥的发展…………………………………………………………3

1.4我国高速公路桥梁的发展………………………………………………………………………4

1.4.1公路桥梁发展现状………………………………………………………………………5

1.4.2我国高速公路桥梁建设特点……………………………………………………………5

1.5桥梁设计的基本原则……………………………………………………………………………6

1.6预应力混凝土简支梁桥的特点…………………………………………………………………7

1.7预应力混凝土梁桥施工技术……………………………………………………………………8

1.8毕业设计主要内容………………………………………………………………………………8

1.9毕业设计的目的和意义…………………………………………………………………………9

第二章设计要点及构造、材料、尺寸的拟定…………………………………………………………10

2.1桥梁选取的基本原则……………………………………………………………………………10

2.2设计的基本资料…………………………………………………………………………………10

2.3箱形截面桥梁的特点……………………………………………………………………………10

2.4主要技术标准……………………………………………………………………………………11

2.5主要材料及材料性能……………………………………………………………………………11

2.6设计参数取值……………………………………………………………………………………11

2.7结构概述…………………………………………………………………………………………13

2.7.1截面形式及截面尺寸拟定………………………………………………………………13

2.8计算原则及控制标准……………………………………………………………………………15

第三章结构有限元模型的建造过程……………………………………………………………………16

3.1MidasCivil软件介绍…………………………………………………………………………16

3.2模型建立过程……………………………………………………………………………………17

3.2.1设定建模环境……………………………………………………………………………17

3.2.2设置结构类型……………………………………………………………………………18

3.2.3定义材料和截面特性值…………………………………………………………………19

3.2.4建立结构有限元模型……………………………………………………………………21

3.2.5定义边界条件……………………………………………………………………………23

3.2.6定义荷载…………………………………………………………………………………23

3.2.7定义施工阶段……………………………………………………………………………29

3.2.8汽车荷载…………………………………………………………………………………29

每四章主梁作用效应计算………………………………………………………………………………32

4.1作用分类…………………………………………………………………………………………32

4.2公路预应力钢筋混凝土（psc）桥梁设计设计验算内容………………………………………34

4.2.1施工阶段法向压应力验算………………………………………………………………34

4.2.2受拉区钢筋的接应力验算………………………………………………………………41

4.2.3使用阶段正截面抗裂验算………………………………………………………………43

4.2.4使用阶段斜截面抗裂验算………………………………………………………………50

4.2.5使用阶段正截面压应力验算……………………………………………………………55

4.2.6使用阶段斜截面主压应力验算…………………………………………………………60

4.2.7使用阶段正截面抗弯验算………………………………………………………………65

4.2.8使用阶段斜截面抗剪验算………………………………………………………………71

4.2.9使用阶段抗扭验算………………………………………………………………………78

结论……………………………………………………………………………89

致谢……………………………………………………………………………90

参考文献………………………………………………………………………91

第一章绪论

1.1概述

我在进行毕业设计之前，先阅读了各种文献，对桥梁的历史和发展有一个初步的了解，同时也要对桥梁结构的各种形式有系统的了解，以便今后对毕业设计有更好的把握。

由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：

如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。

为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。

这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。

自预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。

预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下，为节省钢材，各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤。

50年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米，到80年代则达到440米。

虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实际工程中，跨径小于400米时，预应力混凝土梁桥常常为优胜方案。

1.2预应力混凝土简支梁桥的受力特点：

预应力混凝土简支梁桥，它具有简支梁桥和预应力混凝土桥的一般优点。

预加应力可大幅度提高梁体的抗裂性，并增加了梁的耐久性；

预应力混凝土梁桥的主要不同之处是截面尺寸减小，高跨比减小；

受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日趋完善和成熟。

较大的刚度和强大的抗扭性能、结构简单、受力明确、节省材料、架设安装方便，跨越能力较大、桥下视觉效果好；

而被广泛地应用于城市桥梁和高等级公路立交桥的上部结构中。

预应力混凝土简支箱型梁桥一般只用在跨线桥上，相较于其他梁桥较少，箱形梁同时也具有造价高，自重大，抗风性较差等缺点。

1.3预应力混凝土梁桥发展综述

1.3.1国外预应力混凝土梁桥的发展

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。

第二次世界大战以后，联邦德国、法国等西欧国家因遭受战争破坏，大量桥梁急待修复，而当时战后钢材奇缺，客观上为预应力混凝土桥和预应力锚具的发展提供了非常有利的环境。

而在非洲、拉丁美洲一些第三世界国家亦为避免从国外输入昂贵的钢材，也常优先考虑预应力混凝土桥梁方案。

应力混凝土桥梁一旦跃上桥梁建设的历史舞台，就显示出它强大的竞争能力，从50年代创建了突破loom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。

口前，在规划中的设计方案有突破500m跨径记录的趋势。

而在实际的工程实践中，在400M以下的跨径范围内，预应力混凝土桥梁已常为优胜的方案。

在三十余年的高速发展阶段，几座典型桥例是非常值得一提的。

1953年联邦德国建成的胡尔姆斯（Worms）桥，主跨114.2m，它标志着钢桥传统的施工方法—悬臂拼装方法在预应力混凝土桥上创造性的应用，即悬臂浇筑法，从而发展了预应力混凝土结构的一种新体系-T型刚构。

1964年联邦德国又建成了主跨为208m的本道尔（Bendorf）桥，再一次成功地显示出悬臂施工方法的优越性，并且在结构体系上又有了创新，薄型的胜墩与上部连续梁固结，形成带铰的连续一刚构体系。

1962年在委内瑞拉建成的马拉开波（Maracaibo）桥，桥全长8272m,其中主桥为斜拉桥，跨径为160+5x235+160m。

它标志着预应力混凝土对新型结构体系的强有力的适应性。

斜拉桥体系首创于钢结构，尔后，预应力混凝土结构相继应用，70年代以后，成为大跨径预应力混凝土桥梁的主要桥型之一，并接近世界大跨径钢斜拉桥的记录。

预应力混凝土桥梁的发展不但在跨径记录上一再突破，而且在结构体系上“百花争艳”，充分体现了可塑性复合建筑材料的优越性。

预应力混凝土桥梁的高速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，作为桥梁方案的竞争能力，更取决于现代化施工技术水平的捉高、桥梁造价的降低。

据欧洲地区各国的统计，混凝土结构的造价，其中劳动力费用占38%，材料占46%，设备占9%，运输占7%，其中劳动力与材料两项占了总造价的84%。

从1960年至1970年的统计数字，国外劳动力价格的提高是材料价格提高的2.5倍。

因而，现代化先进的施工方法不断发展，建立了一系列应用预应力技术的新型桥梁施工架设方法。

从1953年悬臂浇筑法（Cast-in-SiteCantileverMethod）成功间世以来，1960年提出了逐孔架设法（Spanbyspan），1962年又发展了顶推法（IncrementalLaunchingMethod），同年在悬锗浇筑法不断完善的基础上又发展了悬臂预制拼装法（PrecastSegmentalCantileverMethod）。

至70年代。

这些方法在具体桥梁工程的应用上各国又有不断的革新。

近年来，预应力混凝土桥有两座典型新结构值得一提。

一座是瑞士的甘特（Canter）桥，总长678m，平面上双向曲线布置，跨越深谷，墩高124.5m，主跨为174m。

在结构型式上貌似斜拉桥，又似连续一刚构，是组合体系。

另一座是1983年建成的科威特巴比延（Bubiyan）桥，总长达2503.05M，由12组5跨或6跨连续梁组成，主跨为53.8m，用逐孔拼装法架设，最快的速度是约24小时拼装一孔。

结构型式为空间构架（SpaceFrame），由预制构件和工厂浇制顶、底板连成一个拼装单元。

拼装时用的导粱为斜拉钢结构。

世界第一座用熟铁铆接的箱形梁桥。

又称不列颠箱管桥。

位于英国威尔士切斯特至霍利里德铁路跨越梅奈海峡的双线铁路上。

建于1846～1850年。

4跨连续，分跨为70＋140＋140＋70米。

单孔箱梁重1285吨，在工地预制组装后用趸船运至桥，用千斤顶提升就位，列车在箱形梁内穿行。

1970年5月23～25日的火灾，使桥遭到严重破坏，主跨下垂不能通行。

在修复中，河中两跨改为钢桁架拱，边跨改为钢筋混凝土刚架支承的钢梁。

1973年竣工后又敷设公路桥面，称布列坦尼亚新桥。

公路、铁路两用。

1.3.2国内预应力混凝土梁桥的发展

我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。

现在，我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。

虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。

但是，在桥梁结构中，随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。

我国自1956年建成第一座跨径20m的预应力混凝土梁桥后,在1970年河南省建成了跨径52m的鱼腹形预应力混凝土简支梁桥,1988年浙江省建成了跨度为62m国内跨度最大的预应力混凝土简支梁桥飞云江桥。

近几年来,公路简支梁桥大量应用跨径为40～50m的箱形梁或T形梁。

预应力混凝土梁桥在我国展现了强大的生命力。

桥梁的发展大致经历了以下三次飞跃。

19世纪钢材的出现，随后又出现高强度钢材，使桥梁工程的发展获得了第一次飞跃，跨度不断加大。

20世纪初，钢筋混凝土的应用以及30年代兴起的预应力混凝土技术，使桥梁建设获得了廉价、耐久、且刚度和承载力都很大的建筑材料，从而推动桥梁的发展产生第二次飞跃。

20世纪50年代以后，随着计算机技术和有限元技术的迅速发展，使得人们能够方便完成过去不可能完成的大规模结构计算，这使桥梁工程获得了第三次飞跃。

随着提速及快速铁路的发展要求,大跨径简支箱梁的应用越来越广泛,而32m和40m双线整孔箱梁也得到了应用。

很明显,混凝土简支梁正在向40m以上的跨度发展。

随着这些大跨度简支梁桥的建成,其施工技术也取得了很大成就,从较早的满堂支架浇筑到移动模架系统,无论在施工方法,还是在施工机具等方面都得到了极大发展。

随着施工技术的进步,原有混凝土简支梁桥施工方法的分类已不能反映技术的进步,为方便起见,分为支架现浇法、整孔架设法和移动模架法三类。

1.4我国高速公路桥梁的发展：

桥梁设计与建造技术已成为现代高速公路建设中关键技术之一。

桥梁建设作为高速公路土建工程的重要组成部分，主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路，以确保运营的安全和旅客乘坐的舒适。

以京沪高速公路为例，它经过的区域是东部经济发达地区，全长为1300多公里，桥梁占1000多公里，为全长的77%。

我国的高速公路建设通过借鉴德国、日本等国高速公路桥梁先进技术和成功建设经验，在我国高速公路桥梁建设发展中，逐渐完善技术的同时形成自己的特色。

1.4.1公路桥梁发展现状

随着我国公路客运专线建设的全面推进，中国高速公路桥梁建设取得了实质性进展。

目前，中国在建和即将开工建设的客运专线规模达到9700km，其中桥梁比重近50%。

其中桥梁比重最高的广珠城际公路达到90%以上；

已经开通运营的京津城际公路桥梁比重达到88%；

全长1318km的京沪高速公路桥梁总长达1060km，桥梁比重为80%。

近年来，中国公路通过引进、消化、吸收再创新，探索和积累了符合国情的高速公路桥梁建设的技术标准、设计技术、建造技术，在高速公路桥梁设计、施工、科研以及建设管理等方面实现了重大跨越。

同时，大吨位桥梁建造技术取得重大突破，国内自主研发客运专线900t架桥机和运梁车，解决了大吨位整孔箱梁架设问题，推动了我国公路桥梁事业发展。

再者，深水大跨桥梁建造技术取得了相当大的进展。

例如，武汉天兴洲长江大桥是国内外已建的时速为250km最大跨度斜拉桥；

南京大胜关长江大桥是目前世界上设计时速为350km最大跨度的高速公路桥梁。

公路桥梁建造技术发展迅猛，逐步达到世界领先水平。

与此同时，为推动高速公路修建的发展起到了至关重要的作用。

1.4..2我国高速公路桥梁建设特点

由于客车速度大幅提高，其对桥梁结构的动力作用远大于普通公路桥梁。

桥梁又是公路线路中修建中的薄弱和复杂环节，对整条线路运行的性能影响甚大。

桥梁出现较大挠度会直接影响桥上轨道平顺性，造成结构物承受很大冲击力，旅客舒适度大幅度下降，甚至危及列车运行安全。

这些都对桥梁结构的刚度和整体性提出了极高的要求本文从以下七个方面介绍其建设特点：

[1]大量修建高架桥

我国正处于高速公路建设大发展的时期，在建和待建的高速公路总里程将达到上万公里。

为了充分贯彻节约土地的基本国策，加快公路建设速度以适应国民经济发展的需要，在高速公路建设中大量采用了以桥代路。

所以高架桥梁在高速公路中修建中所占的比例较大，主要在平原软土以及人口和建筑密集地区，同时降低了对周边环境和居民生活的影响，提高公路的安全性能，缩短行程距离。

[2]大跨度桥梁数量较多

因受到我国地形特点和道路实际情况的制约，我国客运专线中，跨度达100m及以上的大跨度桥梁很多据统计，在建与拟建客运专线中，100m以上跨度的高速桥梁至少在200座以上。

其中，预应力混凝土连续梁桥的最大跨度为128m，预应力混凝土刚构桥的最大跨度为180m，钢桥的最大跨度504m。

[3]主要采用简支箱梁结构形式

根据我国高速公路建设规模工期要求和技术特点，其结构形式整体性好，机械化程度高，便于施工。

通过深入的技术比较，确定以32m简支箱梁作为标准跨度，整孔预制架设施工预应力体系有先张法和后张法两种少部分采用12m，16m跨度的T形梁，预制吊装。

[4]桥梁整体性能好

为了保证列车高速舒适安全行驶，高速公路桥梁必须具有足够大的竖向和横向度以及良好的整体性，以防止桥梁出现较大挠度和振幅同时，还必须严格控制由混凝土产生的徐变上拱和不均温差引起的结构变形，以保证轨道的高平顺性。

[5]加强对纵向位移的限制

避免桥上无线路出现过大的附加力由于桥梁结构的温度变化列制动桥梁挠曲会使桥梁在纵向产生一定的位移，引起上无缝线路钢轨产生附加应力，过大的附加应力会导致上无缝线路失稳，影响行车安全。

因此，要求桥梁墩具有足够的纵向刚度，以尽量减少钢轨附加应力和梁轨的相对位移

[6]提高耐久性，减少维修工作

高速公路是其重要的交通运输设施，桥梁结构物应