论文总字数：33896字

摘 要

本设计桥梁主梁结构采用三跨连续箱梁桥，50m 85m 50m为三跨跨径。桥梁按单幅设计，桥梁横向宽度为19.5m,横坡取2%，单向三车道。鉴于梁体抗弯刚度及抗扭刚度的影响，主梁采用单箱两室整体现浇箱形桥。中间桥墩处截面梁高5.1m,主梁跨中截面处梁高2.4m,顶板宽度19.5m,标准厚度0.28m,底板宽度1.3m, 厚度由跨中的0.3m变化至距支点4.0m处的0.75m，腹板厚度由0.5m渐变到0.7m。主梁下缘采用二次抛物线，主梁梁体采用悬臂浇筑法施工，对称平衡浇筑混凝土，边跨现浇段采用满堂支架法施工。

设计采用MIDAS-CIVIL和CAD等专业软件，建立简单，合理的有限元模型，重点分析主梁在恒载，活载，附加力作用下的受力情况；并在此基础上，进行了荷载组合和预应力钢筋估算和布置，然后对桥进行了承载能力极限状态和正常使用极限状态截面验算；其次结构模型还考虑了主梁在截面温度变化，基础不均匀沉降以及混凝土收缩和徐变作用下引起的次内力作用。

关键字：连续梁桥 ，结构设计，悬臂施工，预应力钢筋，截面验算

The design of three-span single-box dual chamber continuous

box girder bridge with variable cross sections

ABSTRACT

In the design, the superstructure adopts three-span prestressed concrete continuous box girder with variable cross sections. The main span is 85m long and the side span is 50m. The main beam is respective designed. The lateral width is up to 19.5m with three lanes. The cross slope is 2%. Considering the distorting stiffness and the bending stiffness, the main girder is a single box and two rooms in-situ box girder. The girder is 5.1m high at the top of the piers and 2.4m high at the midspan. The top deck is 19.5m long and 0.28m thick. The bottom deck is 1.3m Long and tne thickness changes from 0.3m to 0.75m. The web thickness varies from 0.5m to 0.7m. The descender line is a second degree parabola. The method of construction used on this bridge is the cast in place cantilever construction technology, applying balanced cantilever construction process and construction of side span is full scaffold construction.

The major software are used in the design, for example, MIDAS-CIVIL and CAD to establish the finite element model that is reasonable and simple, analyzing the structure behavior of the girder body under loading, especially the internal forces of bridge structure under dead load, live load and additional force. According to the results, the load combination is done and the prestressed strands area is estimated. Then the prestressed strands are arranged based on the estimation results. The verification for the bridge is done at ultimate capacity states and service ability limit states according to the specifications. Moreover, the model takes the structural secondary internal forces caused by temperature, the foundation uneven subsidence and the creep and shrinkage of concrete into consideration.

Key words: Continuous beam bridge, Structural design, Cantilever construction, Prestressing steel, Checking computation

目录

第一章 绪论 1

1.1 国内外预应力混凝土连续梁桥的现状与发展 1

1.2 预应力混凝土连续梁桥的受力特点 2

第二章 设计依据以及设计基本资料 4

2.1 设计资料 4

2.1.1 设计方案 4

2.1.2 设计标准 4

2.1.3 设计主要材料 4

2.1.4 主要设计技术规范与标准 5

第三章 预应力混凝土连续梁桥整体布置 6

3.1 桥型布置 6

3.1.1 孔径布置 6

3.1.2 桥梁截面形式 6

3.1.3 桥梁截面细部尺寸拟定 8

第四章 结构建模 11

4.1 定义截面和材料 11

4.2 定义时间依存材料与材料连接 13

4.3 建立节点和单元 14

4.4 定义结构组 17

4.5 定义边界组 17

4.6 定义荷载组 18

4.7定义支座沉降组 24

4.8移动荷载的定义 24

4.9 施工阶段的定义 28

第五章 结构内力计算 32

5.1 恒载内力计算 32

5.1.1 施工阶段恒载内力计算 32

5.1.2 成桥阶段恒载内力计算 35

5.2 移动荷载内力计算 36

5.3 超静定梁次内力的分析计算 37

5.3.1 支座沉降的次内力计算 37

5.3.2 温度的次内力计算 38

5.3.3 混凝土收缩徐变的次内力计算 39

第六章 预应力筋的估算与布置 41

6.1 作用效应组合 41

6.2 预应力钢筋截面积估算 42

6.3 预应力钢筋的布置 44

第七章 结构验算 48

7.1 荷载组合 48

7.2 结构验算 50

7.2.1 施工阶段正截面法向压应力验算 50

7.2.2 使用阶段正截面抗裂验算 51

7.2.3 使用阶段斜截面抗裂验算 51

7.2.4 使用阶段正截面压应力验算 52

7.2.5 使用阶段斜截面主压应力验算 53

7.2.6 使用阶段正截面抗弯验算 53

结论 55

致谢 56

参考文献 57

第一章 绪论

• 1. 国内外预应力混凝土连续梁桥的现状与发展

连续梁桥拥有变形较小，结构整体刚度大，行车平整舒适，伸缩缝数量少，养护比较容易，抗震效果好等优点。然而在50年代以前，预应力混凝土连续梁桥虽然是一种经常被采用的结构体系，但是桥梁跨径一般都在在百米以下范围。当时施工方法一般都采用满堂支架施工，既费劳力又费时间，因而阻碍了它的发展。在50年代以后，预应力混凝土桥梁施工方法一般应用对称悬臂施工，这就加速了连续梁桥的发展步伐。悬臂结构体系和悬臂施工工艺相互结合就产生了T型钢构。在60年代，大跨径预应力混凝土梁桥跨径在100-200m范围内，几乎是优选方案。在较早时期比较有代表意义的桥梁便是联邦德国于1953年修建的胡尔姆斯桥和于1954年修建的科布伦茨桥。然而这些桥梁结构由于中间带铰，并且还对混凝土徐变变形和收缩变形的估计不充分，又因温度变化等因素导致结构在铰处形成比较显著的折线变形状态，这些都对行车是不利的。因而对行车条件有利的连续梁桥就得了新的发展。在60年代初期，在中等跨度预应力混凝土连续梁桥施工中逐跨架设法与顶推法的应用和在大跨度预应力混凝土连续梁桥施工中各种更好的对称悬臂施工方法的应用使预应力混凝土连续梁逐渐废除了相对比较昂贵的满堂支架施工方法，取而代之的是以经济效益比较高地高度机械化施工方法，这些都导致预应力混凝土连续梁取得新的竞争力，逐渐在跨径位于40～200m范围内占据有利地位。譬如在1962年位于委内瑞拉的卡尼罗河上应用顶推施工法建设的6跨一联的混凝土连续箱梁桥是顶推施工法的代表作品，主跨跨径为96m^【3】。

混凝土连续梁桥的截面形式在较小跨径的城市高架桥中应采用最小建筑高度，因此经常选择板式或肋式截面形式，然而在中，大跨径连续梁桥中一般主要采用箱式截面形式。但是截面形式总的发展趋势是要尽量的延长悬臂桥面板的长度，因而截面形式一般采取单箱截面，以此来达到比较节省时间施工的目的。其次在这种单箱截面的结构中，经常需要采用纵，横，竖三向预应力工艺。

在中国平衡悬臂浇筑法是大跨径预应力混凝土连续梁主要采用的施工方法，主梁梁体从桥墩处对称平衡的向两边悬臂浇筑混凝土伸出。为了保证主梁在对称悬臂施工过程中的稳定性，主梁梁体需要临时锚固在桥墩上或者在桥墩附近采用立临时支架增设支撑点的方法，接着在浇筑合拢段混凝土转化成最后的桥梁结构体系。其中的关键问题是如何控制施工过程中的结构变形和保证合拢段施工顺利进行。预应力混凝土连续梁桥的设计理论与计算方法方面在我国进行了深入研究与分析，我国并提出了许多自动化程度较高的电算程序。这些程序对于采用各种施工方法的连续梁可以计算出在不断转换体系的形成过程中的各种结构内力与变形，预应力混凝土超静定结构的预加应力，混凝土收缩与徐变，温度变化，支座沉降等因素引起的结构次内力以及完成设计内力组合，预应力钢筋配束，调整设计重新计算

在我国想要加快发展大跨预应力混凝土连续梁桥首先必须解决以下问题：

（1）发展大吨位的锚固张拉体系，防止因预应力钢筋束过多而导致箱梁构造尺寸过大，否则混凝土的保护层厚度就难以得到有效保证，预应力钢筋管道的密集分布与普通刚筋的层层迭置分布都将导致混凝土质量难以提高。

（2）充分发挥三向预应力的优点，采取悬臂顶板较长的单箱截面形式，这样既可以节省材料达到减轻结构自重的效果，又可以比较充分利用对称悬臂施工方法的特点增加施工的进度。

• 1. 预应力混凝土连续梁桥的受力特点

混凝土连续梁桥在主梁自重恒载和汽车活载等作用下使主梁发生弯曲，在梁体跨中截面处主要承受正弯矩作用，桥墩支点截面处主要承受负弯矩作用，跨中截面处的正弯矩一般比支点截面处的负弯矩小。又因为混凝土连续梁是超静定结构，截面温度的变化，混凝土的收缩徐变，基础的不均匀沉降以及预应力钢束的预加力等因素都会导致桥梁结构产生次内力。与静定结构相比，混凝土连续梁有以下特点：

(1)连续梁桥结构各部分内力大小与抗弯刚度有着密切的联系。因此如果将连续梁支座截面处的抗弯刚度增大（例如变高度连续梁桥），可以降低跨中截面处的正弯矩大小，这样使预应力刚筋束较大部分布置在梁体截面的顶板位置处，便于预应力钢束的张拉。虽然支座截面处的负弯矩有所增大，但是相应处梁的截面高度也增加了，这样就可以不使预应力钢筋用量的增加。

(2)墩台基础不均匀沉降等因素将会在桥梁结构中产生结构次内力，因此连续梁结构一般建于地基较为良好的地方。

(3)在混凝土连续梁超静定结构中，结构在纵向预加力偏心力的作用下，因承受弯矩作用而发生弯曲变形。如果结构的变形受到相应的约束，则在其支撑处必然产生附加的反力作用，从而导致二次弯矩。二次弯矩与原先预加弯矩作用相反，这就导致预压力的偏心向着重心轴方向移动，从而可以降低预加应力的作用。

混凝土连续梁内力的分布要比同等跨度的简支梁桥合理。虽然两者的绝对正负弯矩差相等，但是由于连续梁支座截面处处存在负弯矩，这就减小了跨中截面处的正弯矩，导致连续梁跨中位置处的最大弯矩比对应的简支梁要小得多，跨中产生的最大挠度仅为同等跨度简支梁的40％左右。因此，不论从刚度方面还是从强度方面来说，连续梁可以采用比简支梁小的跨中梁截面高度，而支点负弯矩还可以通过调整主，边跨跨径之比来适当降低。

1. 设计依据以及设计基本资料

2.1 设计资料

2.1.1 设计方案

桥梁主梁结构采用三跨一联的预应力混凝土连续箱梁，施工方法采用平衡对称悬臂整体现浇，预应力钢束采用后张法。

2.1.2 设计标准

1.标准跨径：50m 85m 50m；

2.道路等级：城市主干道；

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