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1、 西南交通大学本科毕业设计 第 I 页 发题日期：2007 年 4 月 6 日 完成日期：2006 年 6 月 6 日 题题 目目 （80.5m+140m+80.5m）公路预应力混凝土连续刚构梁桥设计 1 1设计原始资料设计原始资料 1、主要技术指标 (1) 孔跨布置：（80.5m+140m+80.5m）公路预应力混凝土连续刚构桥设计； (2) 公路桥梁对应的等级为一级公路； (3) 荷载标准：公路 I 级汽车荷载，人群荷载 3.5kN/m2 ； (4) 桥面布置：双向行驶 3 车道，桥面宽度 W=0.25m 栏杆+7.5m 车行道+3.5m 应 急车道+0.25m 栏杆=11.5m ； (5
2、) 桥面坡度：纵坡 0% (平坡)，车道为 2.0%双向横坡； (6) 施工方法：主梁采用悬臂浇注分段对称平衡施工,中跨及边跨合拢段采用支 架浇注，挂篮自重+施工荷载控制在 200 吨以内，挂篮自重按 60 吨计； (7) 桥轴平面线型：直线； (8) 地震基本烈度要求：七度； (9)不考虑桥下通航的要求，不考虑其他特种荷载等等，本设计不包括墩底承台 以下部分的设计。 2、材料规格 (1) 混凝土：梁体为 50 号混凝土，墩身为 40 号混凝土； (2) 桥面铺装：10cm 厚 C40 防水混凝土；栏杆：C30 混凝土； (3) 预应力钢筋及锚具：主梁纵向预应力钢筋采用标准为 ASTM：A41
3、6-270-级高 强度低松弛钢绞线(1-j15.24 公称断面面积为 140.00mm2)， =1860MPa。 pk f 预应力锚具参照有关的产品规格选取（如推荐 ESM、OVM 产品等等） 。 (4) 普通钢筋：受力主钢筋用 HRB400(d=6-50)，=330MPa，=330MPa；非 sd f sd f 受力钢筋用 HRB335(d=6-50)，=280MPa，=280MPa。 sd f sd f (5) 上部构造为单箱单室的箱梁截面，梁底下缘按二次抛物线变化，顶板全桥 厚度不变，腹板和底板按直线线性变化； (5) 主墩墩身采用双薄壁空心墩，中心距 8m 。 2 2设计各部分内容及时
4、间分配：（共设计各部分内容及时间分配：（共 9 9 周）周） 第一部分 方案设计，结构几何尺寸的拟定； （第 6 周） 西南交通大学本科毕业设计 第 II 页 第二部分 结构内力的计算； （第 78 周） 第三部分 预应力钢束估算； （第 910 周） 第四部分 钢束配置； （第 11 周） 第五部分 调束； （第 12 周） 第六部分 绘制设计图，编制设计说明书及资料翻译； （第 13 周） 第七部分 教师审核毕业说明书。 （第 14 周） 第八部分 审阅及答辩。 （第 14 周） 3 3 计算说明书内容计算说明书内容 设计基本资料、纵、横断面布置及尺寸、单元划分和施工方 法、恒载内力计算、
5、活载内力算、预应力钢束的估算与布置、预应力损失及有效 预应力计算、徐变次内力、内力组合、承载能力极限状态验算、正常使用极限状 态验算、毕业设计小结、专业英语资料翻译、参考资料等； 4 4绘制设计图绘制设计图 绘制桥梁结构(主梁)（带桥墩）主要构造图(立面、平面、横断面和阶段划分图)， 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)，施工流程图等，要求达到 A3 幅面图纸不少于 16 张。 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） ，毕业设计的说明书不少 于 1500
6、0 汉字。 指导教师： 年 月 日 审 批 人： 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计 第 III 页 摘 要 随着桥梁跨径的不断扩大，最近，连续刚构桥得到了进一步的发展。连续刚构 桥既保持了连续梁桥的优点，同时其跨度得到了进一步的扩大，相应的支撑数量减 少，工程造价降低，而结构的刚度可以得到保证，同时桥面伸缩缝减少，有利于高 速行车。并改善了结构的水平荷载作用下的受力性能，即各柔性墩按刚度比分配水 平力。 在该设计中，主要经历了施工方法的选择、结构内力的计算、承载力、刚束估算、 截面应力计算等。本设计采用 JTG D60-2004 和 JTG D62-2004 为设计依据，同时参 考了大量的
7、经验公式和工程实例，对结构方面进行了较为详细的分析和研究，由此 而决定桥型布置。本设计为总长为 301m 的公路直线预应力混凝土连续刚构桥,跨径 组成为 80.5m+140m+80.5m(老师给出)，截面形式为单箱单室箱型，墩身为双薄壁柔 性墩。横截面采用单箱单室截面，梁高按二次抛物线变化，从支座处最大 8 米到跨 中 3 米，顶板厚度为 25cm。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，支座处为 0.9m,跨中为 0.3m。 设计荷载标准为公路 I 级汽车荷载，主梁悬臂段采用挂篮悬臂对称施工。 在设计好截面的基础上，通过 midas 对结构进行
8、内力分析,然后对预应力钢束数 量进行估计并配置钢束，再检算主要控制截面的承载能力。在做完所有的计算后， 绘制结构施工图，包括桥跨布置图、施工程序图等，进行外文翻译，最后编制设计 计算说明书及文档整理。 【关键词】: 连续刚构桥；预应力混凝土；悬臂施工；内力分析；次内力 西南交通大学本科毕业设计 第 IV 页 Abstract With the expansion of Span,the prestressed concrete continuous rigid frame bridge has been development rapidly. he prestressed concrete
9、continuous rigid frame maintenances the advantages of Continuous Beam Bridge，while its span has been further expanded. Than the ost of project reduced, and the rigidity of the structure can be guaranteed, while reducing bridge joints and conducive to high-speed traffic.It improves structural perform
10、ance under the horizontal load, that is to say every flexible pier gains corresponding horizontal force according to its rigidity. In the design, the main work include : chosen the method of construction、Calculation of internal forces、Section stress、the carrying capability 、 estimate the steel bar a
11、nd so on . JTG D60-2004 and JTG D62-2004 as the basis of this design. This graduation design has consulted a large number of empirical formulas and roject instances. It has carried on comparatively detailed analysis and study to the structure,than to decide the type of this bridge. The design is a p
12、restressed concrete continuous rigid frame bridge for highway with the total length of 301m, composed by the span of 80.5m+140m+80.5m (gived by teacher). the traverse section is the box section of single case with single room, while the double-thin walled flexible pier is adopted in the design. The
13、designed load standard is: highway-. Cantilevers of the main girder applies cantilever hung-basket bearing, symmetric equilibrium construction. At the basis of the designing section, internal force analysis is 西南交通大学本科毕业设计 第 V 页 done by midas，The amount of the steel bar is estimated and the collocat
14、ion is done. Then, check whether the carrying capability and deflection of main controlling section can passes its limits. At last, the major amount of the project is estimated. After all the calculation, draw the construction drawing (including bridge span arrangement, construction procedure and so
15、 on), do the translation of foreign language. At last make the introduction of my design and sort my text file. 【Keywords】:【Keywords】: continuouscontinuous rigidrigid frameframe bridgebridge ，PrestressedPrestressed concrete,cantileverconcrete,cantilever construction,internalconstruction,internal for
16、ceforce analysis,Secondaryanalysis,Secondary forceforce 西南交通大学本科毕业设计 第 VI 页 目 录 第 1 章 绪 论1 1.1 设计特点.1 1.2 受力特点.2 1.3 构造特点.2 1.3.1 零号块.2 1.3.2 横隔板.3 1.3.3 合拢段.3 第 2 章 概 述4 2.1 设计依据及基本资料.4 2.1.1 主要技术指标设计资料.4 2.1.2 材料规格.4 2.1.3 设计依据.5 2.2 桥梁结构总体布置及尺寸.5 2.2.1 跨度的选择.5 2.2.2 截面形式.5 2.2.3 主梁分段离散图.8 2.3 单元划
17、分及施工方法.8 2.3.1 MIDAS简介 8 2.3.2 分段原则和分段.8 2.3.3 施工方法.9 第 3 章 主梁内力计算10 3.1 桥梁结构计算体系.10 3.1.1 全桥单元划分.10 3.1.2 施工顺序设计.10 3.2 MIDAS中用到的数据11 3.2.1 混凝土材料.11 3.2.2 二期恒载集度.11 西南交通大学本科毕业设计 第 VII 页 3.3 恒载内力计算.11 3.3.1 毛截面几何特性.11 3.3.2 恒载内力计算.12 3.4 活载内力计算.14 3.4.1 活载因子的计算.14 3.4.2 计算结果.15 3.5 温度内力计算.17 3.6 内力组
18、合结果.21 第 4 章 预应力钢束的估算与布置29 4.1 预应力筋的估算.29 4.1.1 预应力筋的估算方法.29 4.1.2 预应力筋的估算.33 4.2 预应力钢束的布置.34 第 5 章 单元特性计算36 5.1 净截面几何特性计算.36 5.2 换算截面特性计算.37 5.3 计算结果.37 第 6 章 预应力损失及有效应力计算38 6.1 预应力钢束与管道之间的摩擦损失.38 6.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失.38 6.3 弹性压缩损失.39 6.4 钢束松弛引起的应力损失.40 6.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失.40 6.6 有效预应力值.41 第 7 章 次
19、内力计算及内力组合47 7.1 徐变次内力.47 7.2 温度次内力计算.53 7.3 内力组合.59 第 8 章 截面验算74 西南交通大学本科毕业设计 第 VIII 页 8.1 承载能力极限状态验算.74 8.1.1 承载力验算基本原理.74 8.1.2 正截面强度计算.74 8.1.3 截面验算.75 8.2 正常使用极限状态验算79 8.3 变形计算与验算.90 第 9 章 主要工程数量估算98 9.1 主梁混凝土用量估算.98 9.1 钢束用量估算.98 9.1 锚具用量估算.101 总 结102 致 谢104 参考文献105 附录 1 MIDAS 中自动生成的图形106 附录 2
20、实习报告.114 附录 3 主梁分段离散图.117 西南交通大学本科毕业设计 第 1 页 第 1 章 绪 论 毕业设计是高校本科培养计划中最后一个,也是最重要的教学环节，目的是使学 生在学完培养计划所规定的基础课、技术基础课及各类必修和选修专业课程之后， 通过毕业设计环节，较为集中和专一地培养学生综合运用所学的基础理论、基本知 识和基本技能，分析和解决实际问题的能力。和以往的理论教学不一样，毕业设计 是学生在老师的指导下，独立的、系统的完成一个工程设计，以期能掌握一个工程 设计的全过程，在巩固已学课程的基础上，学会考虑问题、分析问题和解决问题， 并可以继续学习到一些新的专业知识，有所创新，为将
21、来走向工作岗位打下良好的 基础。 1.1 设计特点 预应力混凝土连续刚构梁桥设计的一般步骤：参照已有的设计和相关的经验公 式拟定结构几何尺寸和材料类型，模拟实际的施工步骤，计算恒载和活载内力；然 后再根据实际情况确定温度等荷载，计算其产生的内力，并与恒、活载内力进行正 常使用极限状态与承载能力极限状态组合。这是设计过程中的第一次组合(midas 完 成)，两种组合的结果分别作为按正常使用和按承载能力估算钢束的计算内力。估算 出各截面的钢束后，按照一定要求将钢束布置好，重新模拟施工过程并考虑预应力 的作用，计算恒载内力。由于钢束对截面几何特性的影响，温度、沉降等内力也需 重新计算，但其与钢束估算
22、时计算得到的结果差别非常小。各种荷载作用下的内力 计算出来后，需进行承载能力组合和正常使用组合，以进行截面强度验算、应力验 算，这是设计过程中的第二次组合。如各项验算均满足要求且认为合理，则设计通 过。如有些截面的有些验算通不过，则需调整钢束甚至修改截面尺寸后重新计算， 直到各项验算均通过为止。 如上所述，设计过程一般包括两次组合。第一次组合是为了估算钢束。此时钢 束还未确定，也就无法考虑预加力的作用。由于预加力对徐变有很大影响，故估算 钢束时一般也不考虑收缩徐变的影响。况且，此时用的几何特性都是毛截面几何特 性，所以第一次组合的内力不是桥梁的实际受力状态，仅供估束参考。根据估束结 果确定钢束
23、数量和几何形状后，考虑预加力和收缩徐变的影响重新计算的内力是当 前配束下的受力。如各项验算均通过，那么可作为最终结果。如个别截面不满足， 西南交通大学本科毕业设计 第 2 页 但两次组合结果相差不大，可适当调整钢束后重新计算。总之，设计的过程就是一 个逐次迭代逐次逼近的过程。有经验的设计人员可能一次就能通过，但对初次设计 人员，可能需“迭代”多次，甚至需要修改截面尺寸。 预应力混凝土连续梁桥采用悬臂施工法需在施工中进行体系转换，经过一系列 的施工阶段而逐步形成最终的连续梁体系。在各个施工阶段，可能具有不同的静力 体系，其中包括安装单元、拆除单元、张拉预应力、移动挂篮等工况。因此计算其 恒载内力
24、时必须精确模拟各个施工阶段，反映在结构约束、荷载列向量等随施工阶 段而发生变化。桥梁的恒载内力由各施工阶段引起的内力迭加而成，显然对不同的 施工方法，桥梁的恒载内力是有很大差别的。而活载和温度、沉降等内力在成桥后 才发生，作用在最终连续梁体系上，故与施工方法无关。为了保证施工安全和长期 正常使用，进行桥梁设计时必须对每一个受力阶段计算各种荷载作用下的应力和变 形，并进行组合。悬臂施工涉及到非常多的施工工况，且由于体系发生转换而使预 加力和徐变产生的次内力的计算变得复杂，故设计时一般必须借助电算完成。 1.2 受力特点 采用悬臂施工的连续梁桥，在施工过程中经历 T 型刚构受力状态，合拢后形成 连
25、续梁桥，其恒载产生的内力由各施工阶段产生的内力迭加而成。由于合拢段较短， 其产生的内力一般较小，故 T 型刚构受力状态为主要部分。对悬臂施工连续梁桥， 合拢后根部负弯矩很大，而中跨跨中恒载弯矩很小。二期恒载加上以后，根部负弯 矩增大，中跨跨中承受相对较小的正弯矩。因此，截面几何尺寸拟定时，应根据以 上弯矩分布特点，增大主梁根部附近断面的抗弯刚度，提高截面下缘的承压能力。 悬臂施工时，浇筑一节段梁体，达到一定强度后张拉此段钢束。梁体自重产生 负弯矩，预应力钢束产生正弯矩，二者结合使得梁体基本处于偏心受压受力状态， 其轴向力非常大，界面尺寸和钢束配置方式适当，抗剪强度一般不成问题，而最小 正应力又
26、较大，故主拉应力也易满足。 1.3 构造特点 1.3.1 零号块 零号块是悬臂浇筑施工的中心块体，又是体系转换的控制块体。梁体的受力经 零号块通过支座向墩身传递，零号块受力非常复杂，且一般作为施工机具和材料堆 西南交通大学本科毕业设计 第 3 页 放的临时场地，故其顶板、底板、腹板尺寸都取得较大。零号块已不能处理为一般 的杆系，对重要桥梁都要进行零号块空间应力分析。从国内施工来看，零号块时有 开裂，故其施工工艺及结构构造是很值得研究的问题。 1.3.2 横隔板 悬臂施工的连续梁大多采用箱形截面，抗扭刚度较大，故除支点部位零号块内 设置横隔板外，主桥沿纵向一般不设横隔板。零号块内横隔板传递荷载较
27、大，通常 采用一片实体或两片式刚性横隔板，中部开设过人洞。 1.3.3 合拢段 合拢段的施工是桥梁施工的重要环节。在合拢段施工过程中，由于温度变化、 混凝土早期收缩、已完成结构的收缩徐变、新浇混凝土的水化热，以及结构体系变 化和施工荷载等因素，对尚未达到强度的合拢段混凝土有直接影响，故必须重视合 拢段的构造措施，使合拢段与两侧梁体保持变形协调，并在施工过程中能传递内力。 合拢段的长度在满足施工要求的情况下，应尽量缩短，以便于构造处理，一般取 1.53m。本设计边跨取 2.5m，中跨取 2m。 合拢段的构造处理有以下几种：(1)加强配筋；(2)用临时劲性钢杆锁定；(3)压 柱支撑。合拢段施工应注
28、意以下几点：(1)合拢段应采用早强、高强、少收缩混凝土； (2)合拢段混凝土浇筑时间应选在一天中温度较低时，并使混凝土浇筑后温度开始缓 慢上升为宜；(3)加强混凝土的养护。 西南交通大学本科毕业设计 第 4 页 第 2 章 概 述 2.1 设计依据及基本资料 2.1.1 主要技术指标设计资料 (1) 孔跨布置：（80.5m+140m+80.5m）公路预应力混凝土连续刚构桥设计； (2) 公路桥梁对应的等级为一级公路； (3) 荷载标准：公路 I 级汽车荷载（本设计未考虑人群荷载） ； (4) 桥面布置：双向行驶 2 车道，桥面宽度 W=0.25m 栏杆+7.5m 车行道+3.5m 应 急车道+
29、0.25m 栏杆=11.5m ； (5) 桥面坡度：纵坡 0% (平坡)，车道为 2.0%双向横坡； (6) 施工方法：主梁采用悬臂浇注分段对称平衡施工,中跨及边跨合拢段采用支 架浇注，挂篮自重+施工荷载控制在 200 吨以内，挂篮自重按 60 吨计； (7) 桥轴平面线型：直线； (8) 地震基本烈度要求：7 度； (9)不考虑桥下通航的要求，不考虑其他特种荷载等等，本设计不包括墩底承台 以下部分的设计。 2.1.2 材料规格 (1) 混凝土：梁体为 50 号混凝土，墩身为 40 号混凝土； (2) 桥面铺装：10cm 厚 C40 防水混凝土；栏杆：C30 混凝土； (3) 预应力钢筋及锚具
30、：主梁纵向预应力钢筋采用标准为 ASTM：A416-270-级高 强度低松弛钢绞线(1-j15.24 公称断面面积为 140.00mm2)， =1860MPa。预 rk f 应力锚具参照有关的产品规格选取（如推荐 ESM、OVM 产品等等） 。 (4) 普通钢筋：受力主钢筋用 HRB400(d=6-50)，=330MPa，=330MPa；非 ad f ad f 受力钢筋用 HRB335(d=6-50)，=280MPa，=280MPa。 ad f ad f (5) 上部构造为单箱单室的箱梁截面，梁底下缘按二次抛物线变化，顶板全桥 厚度不变，腹板和底板厚度按直线线性变化； (5) 主墩墩身采用双薄
31、壁空心墩，中心距 8m 。 西南交通大学本科毕业设计 第 5 页 2.1.3 设计依据 (1) 公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004) (2) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004) (3) 公路砖石及混凝土桥涵设计规范(JTJ022-85) 2.2 桥梁结构总体布置及尺寸 2.2.1 跨度的选择 连续刚构桥有做成三跨或者四跨一联的，也有做成多跨一联的。对于桥孔分跨， 往往要受到如下因素的影响：桥址地形、地质与水文条件，通航要求以及墩台、基 础及支座构造，力学要求，美学要求等。需要进行综合分析比较才能选出最优方案。 从结构力学的角度看，每联跨数太多，受温
32、度变化及混凝土收缩等影响产生的纵向 变形也就较大，使伸缩缝及活动支座的构造复杂，对桥墩桥台也是不利的；每联长 度太短，则使伸缩缝的数目加多，不利于高速行车。从美学上看，偶数跨桥孔由于 有矗立于河中央的桥墩，给人以呆板的感觉；然而，如果采用从中间向两侧逐跨减 小的布置，则既突出了中央大孔，又形成渐变的美学效果，所以常常为设计者所用。 在采用等跨布置时，边跨的跨中弯矩大于中跨的跨中弯矩，缩减边跨长度可以同时 减小边跨和中跨的跨中弯矩，若采用三跨不等的桥孔布置，一般边跨长度可取为中 跨的 0.55-0.66 倍，这样可使中跨跨中不致产生异号弯矩，此外，边跨跨长与中跨 跨长之比还与施工方法有着密切的联
33、系。但是若采用悬臂施工法，则还需要边跨现 较段的长度。本设计跨度，主要根据设计任务书来确定，其跨度组合为： 80.5+140+80.5m，边跨与中跨比为 0.575，满足以上原理要求。 2.2.2 截面形式 (1) 立截面 从预应力混凝土连续刚构的受力特点来分析，连续刚构的立面应采取变高度布 置为宜；在恒、活载作用下，支点截面将出现很大的负弯矩，从绝对值来看，支点 截面的负弯矩远远大于跨中截面的正弯矩，因此，采用变高度梁能较好地符合梁的 内力分布规律，另外，变高度梁使梁体外形和谐，节省材料并增大桥下净空。但是， 在采用顶推法、移动模架法、整孔架设法施工的桥梁，由于施工的需要，一般采用 西南交通
34、大学本科毕业设计 第 6 页 等高度梁。等高度梁的缺点是：在支点上不能利用增加梁高而只能增加预应力束筋 用量来抵抗较大的负弯矩，材料用量多，但是其优点是结构构造简单、线形简洁美 观、预制定型、施工方便。 (2) 横截面 梁式桥横截面的设计主要是确定横截面布置形式，包括主梁截面形式、主梁间 距、主梁各部尺寸；它与梁式桥体系 在立面上布置、建筑高度、施工方法、美观要 求以及经济用料等等因素都有关系。 当横截面的核心距较大时，轴向压力的偏心可以愈大，也就是预应力钢筋合力 的力臂愈大，可以充分发挥预应力的作用。箱形截面就是这样的一种截面。此外， 箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大，对于弯桥和采用悬臂
35、施工的桥梁尤为有 利；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要 求；箱形截面具有良好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了工程 人员的亲睐。总之，箱形截面是大、中跨预应力连续梁最适宜的横断面形式。 常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多 室等等。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量。单箱单室和 单箱双室比较，两者对截面底板的尺寸影响都不大，对腹板的影响也不致改变对方 案的取舍；但是，由横架分析可知：两者对顶板厚度的影响显著不同，双室式顶板 的正负弯矩一般比单室式分别减少 70%和 50%。由于双室式腹板总厚度增
36、加，主拉应 力和剪应力数值不大，且布束容易，这是单箱双室的优点；但是双室式也存在一些 缺点：施工比较困难，腹板自重弯矩所占恒载弯矩比例增大等等。本设计是一座公 路预应力混凝土连续刚构箱梁桥，桥面宽为 11.5m，属中等跨度截面，故采用的横 截面形式为单箱单室。 (3) 梁高 根据已建成桥梁资料分析，预应力混凝土连续刚构桥的中支点主梁高度与其跨 径之比通常在 1/151/20 之间，而跨中梁高与主跨之比一般为 1/301/50 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。 支座处梁高：Hs =(1/1
37、51/20)L 取 Hs=8m； 跨中截面： Hc=(1/301/50)L 取 Hc=3m； 梁底曲线：选用二次抛物线，以跨中梁顶为原点的抛物线方程：y=3.0+0.00118x2 西南交通大学本科毕业设计 第 7 页 (4) 细部尺寸 顶板、底板 箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。其尺寸要受到受 力要求和构造两个方面的控制。在设计中，一般情况下，顶板厚度通常不变，底板 厚度变化时，采用直线线性变化，从而形成一厚度变化的曲线。腹板的变化是外轮 廓不变，内轮廓渐变。 箱梁底板厚度:在连续箱梁中，底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚至墩顶， 以适应受压要求。底板除须符合运营阶段
38、的受压要求外，在破坏阶段还宜使中性轴 保持在底板以内，并有适当的富余。支座处底板厚度根据经验可取 1/101/12 梁高。 本设计支座处底板厚取 90cm，跨中处底板厚取 30cm,以跨中梁顶为原点。 箱梁顶板厚度:确定箱形截面顶板厚度一般要顾及两个因素：满足桥面板横向弯 矩的要求，满足布置纵向预应力钢束的要求。本设计取 25cm。 腹板和其它细部结构 箱梁腹板厚度:腹板的功能是承受截面的剪应力和主拉应力。在预应力梁中，因 为弯束对外剪力的抵消作用，所以剪应力和主拉应力的值比较小，腹板不必设得太 大；同时，腹板的最小厚度应考虑力筋的布置和混凝土浇筑要求，其设计经验为： 1. 腹板内无预应力筋时
39、，采用 200mm。 2. 腹板内有预应力筋管道时，采用 250300mm。 3. 腹板内有锚头时，采用 250300mm。 4. 大跨度预应力混凝土箱梁桥，采用 300600mm，甚至可达到 1m 左右。 本设计支座处腹板厚取 90cm.，跨中腹板厚取 50cm。 梗腋: 在顶板和腹板接头处须设置梗腋。梗腋的作用是：提高截面的抗扭刚度 和抗弯刚度，减少扭转剪应力和畸变应力。此外，梗腋使力线过渡比较平缓，减弱 了应力的集中程度。本设计中，根据箱室的外形设置了 130cm：60cm 的上部梗腋和 50cm：40cm 的下部梗腋。 横隔梁:可以提高桥梁的整体性，使横向分布性能更好，同时还可以 限制
40、畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱 形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，甚 至不设置中间横隔梁而只在支座处设置支承横隔梁。另外由于中间横隔 西南交通大学本科毕业设计 第 8 页 梁的尺寸及对内力的影响较小，在内力计算中也可不作考虑。 2.2.3 主梁分段离散图主梁分段离散图 见附录 3 2.3 单元划分及施工方法 2.3.1 MIDAS 简介 (1) 系统功能 midas 可以根据输入的数据文件，按用户要求算出并累加所有各施工阶段和运 营阶段恒、活载内力、位移、反力及预应力等内容；并给出对应的内力图、位移图、 包络图等。 (2) 使用范围 系统能
41、考虑的恒载有：自重、混凝土收缩、徐变、温度变化、二期恒载、施工 临时荷载及其它外加荷载；能输出如下结果：结构简图、各阶段恒载内力图、位移 图、内力包络图。 (3) 系统组成 系统可以导入 cad 等文件，按图层分块，在给各块赋值后，系统生成结构模型， 从而在加载后，生成内力图，并可以进行承载了的计算。 (4) 注意事项 由于 midas 是一个以图层分块的软件，因此在导入文件时，一定要注意对块的 分层。 (5) 优点 在经过一段时间的使用后，我觉得 midas 的最大优点是，在设计中出现问题时， 可以有步骤地，清晰的，直观地进行查找，改正。 2.3.2 分段原则和分段 由于吊装的限制，块断重量
42、要控制在 200t 以内，因此分段时要控制块 段的质量，本设计中,最大为 5m，最小为 3(其中边跨河里为 2.5 m,中跨合 拢段为 2m)。 西南交通大学本科毕业设计 第 9 页 2.3.3 施工方法 连续梁桥的内力与应力状态，与形成结构的顺序及过程密切相关，不同的施工 方案及施工顺序将导致结构产生不同的受力状况。有时，施工方案将决定一种结构 方案是否能够成立。人们也可以用一些特殊的施工方法来调整结构的内力分布，使 结构处于设计期望状态。在桥梁的设计初期，施工方案、施工顺序及施工机具等必 须事先确定下来。对预应力混凝土连续刚构来说，设计方面主要考虑以下几点： (1) 施工方案：本设计采用悬
43、臂浇筑施工和满堂支架就地浇筑（边跨）施工。 (2) 施工顺序：对悬臂施工的连续刚构，特别是多跨一联的连续梁，施工顺序 的确定是至关重要的。不仅要考虑结构受力方面的需要，还需考虑施工单位的机具、 设备、技术力量及附属工程的进度和桥址处的水文、地质、气象等因素。 (3) 挂篮的形式、自重和承载能力。新浇混凝土的自重是通过挂篮作用在已安 装梁体上的，挂篮的形式决定了其力学计算图示；挂篮的自重对桥梁受力特别是施 工状态的受力有影响；挂篮的承载能力决定了每一节段的最大质量。挂篮重取 600kN,其 简化为一集中荷载和一弯矩作用。 (4) 箱梁施工节段的划分。主要考虑以下因素：1)挂篮的承载力和抗倾覆稳定
44、 性。从目前国内施工水平来看，挂篮承载力不宜超过 1200kN，节段长度不宜超过 5m。2)对大跨径预应力混凝土连续梁，一般顶板钢束采用大吨位预应力群锚体系,集 中锚固在腹板承托上。3）梁段不宜过短，应满足预应力管道弯曲半径和最小直线段 的要求。4）梁段划分的规格尽量减少，以利于施工。其中最大梁段重为 184.10t。 边跨 12m 用满堂支架就地浇筑施工。 西南交通大学本科毕业设计 第 10 页 第 3 章 主梁内力计算 3.1 桥梁结构计算体系 桥梁结构是一种复杂的空间结构。要精确分析桥梁结构的真实受力，非常困难， 而它最主要的是结构的纵向受力分析，考虑到桥梁的跨宽比一般较大，所以通常将
45、纵向分析模型近似处理为杆件系统。 3.1.1 全桥单元划分 结构离散化是一个十分重要的步骤，将完整的结构进行分段，离散成许多的单 元，计算这些单元的内力以便进行下一步的设计计算。所以如果单元分得越细，内 力计算也就越精确。但是考虑到实际施工的要求，一般以一个施工节段作为一个单 元比较合理。分段长度确定主要考虑每段吊装重量不超过挂篮的承载能力、每段长 度满足肋束下弯时设置竖曲线的需要，使各施工块重量大致相等，边跨及中跨跨中 留 2m 或 2.5m 长的合拢段。在本设计的过程中，全桥划分为 118 个单元，其中主梁 为 78 个单元，具体划分见图纸。 3.1.2 施工顺序设计 本设计将该桥的施工划
46、分为 20 个阶段(实际计算中，上试块湿重和试块生成及 张拉预应力分为三个步骤进行)，如下所示： 1 现浇墩和柱 11 上 9#块并张拉预应力 2 上 0#块 12 上 10#块并张拉预应力 3 上 1#块并张拉预应力 13 上 11#块并张拉预应力 4 上 2#块并张拉预应力 14 上 12#块并张拉预应力 5 上 3#块并张拉预应力 15 上 13#块并张拉预应力 6 上 4#块并张拉预应力 16 上 14#块并张拉预应力 7 上 5#块并张拉预应力 17 上 15#块并张拉预应力 8 上 6#块并张拉预应力 18 支架浇注 16，17，18#块 9 上 7#块并张拉预应力 19 上边跨合
47、拢段，并张拉预应 力 西南交通大学本科毕业设计 第 11 页 10 上 8#块并张拉预应力 20 上中跨合拢段，并张拉预应 力 3.2 midas 中用到的数据 3.2.1 混凝土材料 梁体（C50）:混凝土容重：=25kN/m3 ； 弹性模量：E=3.45104MPa； 线膨胀系数：=1.2105； 抗压强度标准值：=32.4MPa； ck f 抗拉强度标准值：2.65MPa； tk f 墩身（C40）:混凝土容重：=25kN/m3 ； 弹性模量：E=3.25104MPa； 线膨胀系数:1.2105； 抗压强度标准值：=26.8MPa； ck f 抗拉强度标准值：2.4MPa； tk f 3
48、.2.2 二期恒载集度 q=32kN/m 3.3 恒载内力计算 3.3.1 毛截面几何特性 由 midas 得到各截面的几何特性，如下表 3-1，各截面编号见设计图中的箱梁 一般构造图。 表 3-1 毛截面几何特性 截面编号梁高 （m） 腹板厚 （m） 底板厚 （m） 截面面积 （） 2 m 截面极惯性矩 （） 4 m 080.90.922.410177.429 17.550.880.8721.217159.60 27.120.860.8420.090143.450 36.710.840.8119.032128.370 西南交通大学本科毕业设计 第 12 页 46.20.820.7717.795110.499 55.730.790.7316.56594.300 65.290.770.6915.51980.524 74.890.790.6514.48568.807 84.530.720.6113.67559.005 94.140.690.5512.58948.560 103.80.660.511.70640.262 113.520.630.4510.93333.706 123.30.590.410.20728.681