4×30m先简支后连续连续箱梁设计.doc

1、兰州交通大学毕业设计（论文） 1 摘要 预应力混凝土连续箱梁桥优点很多，比如构造过程中整体刚度较大，动力性能良好，施工过程中工期较短，同时主梁挠曲变形相对较小，这样对行车速度要求较高，通常适用于高速公路。另外，就先简支后转连续施工方法而言，由于其成桥后，在支点会产生负弯矩，对跨中的正弯矩进行了平衡，从而提高了桥梁整体稳定性与耐久性，比普通的简支梁桥受理更均匀更合理。目前在大多高速公路桥中应用极其广泛。 本设计主梁采用预应力混凝土连续箱梁，对主桥 4 30 m 连续箱梁进行了基本的设计。拟建该大桥正跨马跑沟河，为“ U”字形河谷，工程地质分 区属于冲洪积平原地质区，桥址区域位于管子沟河道及两岸，

2、河道两岸地势较为开阔，地形较为平坦，河道沟道较深。本设计一开始先对桥址资料包括水文、地质、气象进行描述，同时查阅了其适用的设计技术标准以及材料的选取，随即确定了设计方案及施工方法。结构设计过程大致如下：截面尺寸的拟定，每跨各个控制截面的内力及其各类组合的计算汇总，估束及布筋（预应力钢筋），对承载能力极限状态进行承载能力验算，对正常使用极限状态进行构件抗裂性及变形验算，对持久状况和短暂状况进行构件截面应力验算等。其中，钢束布置时，由于使用的是 Midas 软件 建模，故一片中梁 边跨共设 36根 s 15.2 钢绞线 ，即 N1 每束设 5根， N2、 N3、 N4 每束均设 4 根，且 N1、

3、 N2、 N3、 N4 均设为 2束；中跨跨中共设 32 根钢绞线，即 N1、 N2、 N3、 N4 每束均设 5 根，且 N1、 N2、 N3、 N4 均设为 2束；中支点共设 52 根钢绞线，即 T1、 T3每束均设 4根， T2每束设 3 根，且 T1、 T2 设为 2 束， T3设为 3束。验算后得知，主梁设计结构安全，并满足公路桥梁规范的各项要求。 关键词 ： 预应力；连续箱梁；先简支后转连续 兰州交通大学毕业设计（论文） 2 Abstract Prestressed concrete continuous box girder bridges has many advantages

4、, such as greater overall stiffness during construction, good dynamic performance, the construction process shorter duration, while the main beam deflection is relatively small, so the higher speed of traffic requirements, generally applicable on the highway. In addition, on the simply supported - c

5、ontinuous construction method, since it a bridge, at the fulcrum will produce negative moment, cross the positive moment was balance, thereby improving the overall stability and durability of the bridge, Charpy than ordinary bridge accept more uniform and reasonable. Currently the most telling highw

6、ay bridge in applications is extremely broad. The design of the main beams of prestressed concrete box girder, the main bridge 4 30 m continuous box girder made the basic design. The proposed bridge being Kuama ditch run for the “U“ shaped valley, engineering geological zoning belong to the alluvial

7、 plain of the geological area, the bridge site area is located on the river and on both sides of the pipe ditch, river sides more open terrain, the terrain is relatively flat, river deeper channel. The design of a bridge began on the first site information, including hydrology, geology, meteorology

8、description, check the design of its applicable technical standards and the selection of materials, then determine the design and construction methods. Structural design process is as follows: a cross-sectional size of the formulation, calculated across a broad cross-section of the internal forces t

9、o control its various combinations of each summary, estimates and fabric reinforcement beam (prestressing steel), for the ultimate limit state checking the bearing capacity of normal limit state member crack resistance and deformation analysis of the situation and short lasting section stress member

10、 status checking and so on. Wherein, when the steel beam arrangement, as is the Midas software modeling, it is a center sill side span a total of 36 15.2 strand, which is located 5 per tow N1, N2, N3, N4 are located four per bundle, and N1, N2, N3, N4 are set to 2 bundle; cross cross Party set up 32

11、 strands, namely N1, N2, N3, N4 are located 5 per bundle, and N1, N2, N3, N4 are set 2 bundle; fulcrum total of 52 strands, namely T1, T3 are located four per bundle, T2 located 3 per bundle, and T1, T2 to 2 beams, T3 is set to 3 bundles. After checking that the main design of the structural safety

12、of 兰州交通大学毕业设计（论文） 3 the beam, and to meet the requirements of highway bridge specification. After checking that the main design of the structural safety of the beam, and to meet the requirements of highway bridge specification. Keywords: Prestressed; Continuous box girder; Simple Support - Continuou

13、s 兰州交通大学毕业设计（论文） 1 目录 1. 桥址资料 . 3 1.1 地质、地形、水文及气象资料 . 3 1.2 设计技术标准 . 3 1.3 材料选用 . 4 1.4 施工方法 . 4 2. 主梁的细部尺寸拟定 . 6 2.1 梁高 . 6 2.2 顶板厚度 . 6 2.3 底板厚度 . 7 2.4 腹板厚度 . 7 2.5 翼板厚度 . 7 2.6 横隔板厚度 . 7 3. 主梁的各项内力计算 . 8 3.1 有限元模型的建立 . 8 3.1.1 采用 Midas Civil 软件建立梁体有限元模型 . 8 3.1.2 控制截面几何特性 . 9 3.2 主梁恒载内力计算 . 10 3

14、.2.1 一期恒载计算 . 10 3.2.2 二期恒载计算 . 10 3.2.3 各施工阶段梁的内力图及各控制截面的内力计算 . 11 3.3 主梁活载内力计算 . 15 3.3.1 冲击系数的计算 . 15 3.3.2 荷载横向分布系数的计算 . 15 3.3.3 主梁活载内力的计算 . 18 3.4 支座沉降及温度变化引起的内力计算 . 44 3.4.1 支座沉降引起的内力计算 . 44 3.4.2 温度变化引起的内力计算 . 46 3.5 作用效应组合 . 47 3.5.1 基本组合 . 47 3.5.2 偶然组合 . 48 3.5.3 正常使用极限状态短期效应组合 . 49 3.5.4

15、 正常使用极限状态长期效应组合 . 51 4. 预应力钢筋估算布置及施加预应力后的内力组 合 . 53 4.1 预应力筋估算方法 . 53 4.1.1 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数 . 53 4.1.2 按正常使用极限状态界面压应力要求估算 . 53 4.2 预应力钢筋根数估算 . 54 4.2.1 截面特性值 . 54 4.2.2 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数（短期效应组合 ） . 55 兰州交通大学毕业设计（论文） 2 4.2.3 按正常使用极限状态界面压应力要求估算钢束数（标准组合） . 56 4.2.4 估算结果 . 57 4.3 计算钢束预应力

16、损失 . 57 4.4 施加预应力后的各项内力组合以及各种次内力效应 . 58 4.4.1 布置预应力筋后的控制截面各项内力组合 . 58 4.4.2 钢束预应力以及由钢束和混凝土发生的 次内力 . 61 5. 主梁验算 . 63 5.1 承载能力极限状态检算 . 63 5.1.1 正截面抗弯承载能力检算 . 63 5.1.2 斜截面抗剪承载能力检算 . 64 5.1.3 斜截面抗弯承载能力检算 . 65 5.2 应力检算 . 65 5.2.1 正截面混凝土压应力检算 . 65 5.2.2 预应力钢筋的拉应力检算 . 68 5.2.3 混凝土主压应力检算 . 69 5.3 正常使用极限状态检算

17、 . 73 5.3.1 正截面抗裂性检算 . 73 5.3.2 斜截面抗裂性检算 . 75 5.4 可变荷载作用下的主梁挠度检算 . 75 毕设总结 . 77 致谢 . 78 参考文献 . 79 兰州交通大学毕业设计（论文） 3 1. 桥址资料 1.1 地质、地形、水文及气象资料 全称是营盘水至双塔高速公路，是国家高速公路网青岛至银川高速公路山西定边至武威联络线的重要组成路 段，是京拉高速公路与连霍高速公路的连接线，也是甘肃省高速公路网规划的重要路段。路线全长 157.56 公里，全线采用四车道高速公路技术标准，设计速度为 80公里 /小时，路基宽度 25.5 米。全线设互通式立交 5处（预留

18、 1处），分离式立交 11 处。起点位于甘宁交界的白银市景泰县营盘水，途径景泰县城、景泰县寺滩乡、古浪县裴家营、大靖镇、土门镇，终点位于武威市古浪县泗水镇双塔，与甘肃省永古高速公路相连。 营双高速公路建成后不仅对地处西北的甘肃、宁夏、新疆、青海及内蒙古等地的公路网建设具有重要的作用，而且将成为西北与华北、东北 各省市的一条纽带。营双高速公路建成后，从 银川 方向前往 河西 等地的车辆将能减少 190 公里左右的路程。营双高速公路是甘肃省第一条在沙漠地带修建的高速公路。项目全线位于 景泰县 与 古浪县 交界的腾格里沙漠 和祁连山余脉向 黄土高原 过渡地带。同时 ，线路位于祁连山 地震带 与南北地

19、震带的景泰地震亚带，是我国重点监视的主要地震活动区域之一。 该大桥桥址区位于管子沟河道及冲沟两岸，工程地质分区属于冲洪积平原地质区，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）。另外，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 sm3 ,河床平时干涸无水，只有在暴雨季节有短暂性洪水，桥梁跨径设置可依地形控制，不受流量影响。而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

20、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）。 1.2 设计技术标准 1. 设计荷载： 公路 - 级荷载 ； 2. 设计洪水频率： 1/100。 3. 桥面净宽： 2净 -10.75m 兰州交通大学毕业设计（论文） 4 4. 设计车道：单幅 3车道。 5. 地震烈度：地震峰值加速度为 0.20g，地震烈度等级为 7度。 6. 桥面横坡：双向 2%横坡。 1.3 材料选用 1. 混凝土：选用 C50 混凝土构件类型如下：预制主梁、端横梁、跨中横隔板、中横梁以及桥面现浇层；选用沥青混凝土：桥面铺装。 2. 普通钢筋：选用 R235 和 HRB335 两种类型钢筋

21、。若钢筋直径 mm12 ，则用 HRB335热轧带肋钢筋；若钢筋直径 mm12 ，则用 R235 钢筋。 3. 预应力钢筋：选取抗拉强度标准值 aMPf 1860pk 、公称直径 mmd 2.15 的低松弛高强度钢绞线。 4. 桥面铺装 : 桥面现浇层选用 8cm 厚 C50 混凝土，防水层选用 10cm 厚沥青混凝土。 1.4 施工方法 施工方法：先简支后转连续施工法 施工要点：施工过程工艺及其质量检验标准，均参照公路桥涵施工技术规范（ JT J041-2000）中相关规定。然而，根据上部整体结构特点，还应注意以下几点： 上部梁体结构： 1）箱梁施工工艺流程如下： 主梁预制 架梁 焊接现浇连

22、续接头的连接钢筋及横隔板连接钢筋，绑扎横梁钢筋及横隔板钢筋 浇筑现浇连续接头范围混凝土 待混凝土强度达到设 计强度的 90后，张拉负弯矩钢束 拆除临时支座，形成连续体系 浇筑横隔板混凝土，剩余部分湿接缝混凝土以及现浇桥面板混凝土 桥面系施工 成桥。 兰州交通大学毕业设计（论文） 5 图 1-1 施工过程简图 2）设置临时支座，安装好永久支座后逐孔吊装主梁，将各片主梁置于临时支座上成为简支状态，同时搭接好桥面板钢筋及端横梁钢筋。 3)接好连续接头段钢筋，绑扎横梁钢筋，安装顶板束波纹管并穿预应力钢束。在气温最低时，浇筑连续接头，中横梁及其两侧与顶板负弯矩束同长度范围内的桥面板，达到设计强度的 90

23、 后，张 拉顶板负弯矩预应力钢束，并向波纹管内压注水泥浆。 4）接头施工完成后得浇筑剩余部分桥面板湿接缝混凝土，剩余部分桥面板湿接缝混凝土应由跨中向支点逐一浇筑。浇筑完成后拆除临时支座，进行体系转换。解除临时支座时，应特别注意严防高温影响橡胶支座的质量问题。 5）搭接好顶板钢束张拉预留槽口处钢筋后，现浇调平层混凝土，喷洒防水层，再进行护栏施工，桥面铺装施工以及伸缩缝的安装。 6）预制箱梁时应保证支座预埋钢板的位置、高度准确。另外，护栏、伸缩缝的锚固钢筋应预先埋置好，并处理好预留泄水孔位置。 7）所有预制箱梁的正弯矩钢 束均采用两端张拉，且应在横桥向对称均匀张兰州交通大学毕业设计（论文） 6 2

24、. 主梁的细部尺寸拟定 图 2-1 截面形式及尺寸 2.1 梁高 依连续梁桥可知，预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比（高跨比）一般处在 1/15 1/25 范围，而跨中梁高与主跨径之比一般在 1/40 1/50 范围。当建筑高度不受限制的情况下，增大梁高往往较经济，因增大梁高仅仅增加了腹板的高度，而混凝土用量增加并不是很多，反倒能大大地节省预应力钢束的用量。 估算连续梁在支点、跨中的梁高值分类如下： 等高度梁： H=（ 151 301 ） L，常用 H=（ 181 201 ） L。 变高度（曲线）梁支点处： H=（ 161 201 ） L，跨中 H=（ 301 501 ） L。

25、变高度（直线）梁支点处： H=（ 161 201 ） L，跨中 H=（ 221 281 ） L。 因本设计采用的是等高度的预制箱梁，故按预应力混凝土连续箱梁设计取梁高值为 160cm，高跨比 8.181LH ,满足规范要求。 2.2 顶板厚度 当确定箱形截面顶板的厚度时，往往要考虑：桥面板横向受弯的力学要求，纵向预兰州交通大学毕业设计（论文） 7 应力束和横向受力钢筋布 置时的构造要求。根据以上要求按预应力连续箱梁设计 ,选取箱梁顶板厚度为 18cm。 2.3 底板厚度 由于先简支后连续施工时，存在矛盾对立的两面：连续梁桥跨中正弯矩往往较大，因此底板厚度要小；同时，支点处也存在负弯矩，故底板应

26、保持一定的厚度来提供受压的面积。从而按预应力连续箱梁设计取值，底板厚度在跨内大部分区域设为 18cm，在支点附近处设为 25cm。即底板从距离支点 220cm 处至距离支点 50cm 处逐渐加厚（从18-25cm 呈线性变化），在距离支点 50cm 处至支点范围内厚度设为 25cm，而在距离支点220cm 处至支点范围内厚度设为 18cm。 2.4 腹板厚度 箱形截面梁一般有两块以上的腹板，且每一块腹板的最小厚度应满足梁体结构构造及施工时浇筑混凝土的工艺要求，此外还得考虑连续梁截面形状变化规律，因此按预应力连续箱梁设计取值，腹板宽度除在支点附近区域加宽设为 25cm 外，其余截面均设为 18c

27、m。即腹板从距离支点 220cm 处至距离支点 50cm 处逐渐加厚（从 18-25cm 呈线性变化），在距离 支点 50cm 处至支点范围内厚度设为 25cm，而在距离支点 220cm 处至支点范围内厚度设为 18cm。 2.5 翼板厚度 依 翼板悬臂长度的大小，按预应力连续箱梁设计取值，可设翼板根部（梗腋处）厚度为 25cm，端部厚度为 18cm。 2.6 横隔板厚度 鉴于横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变，支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。另外，因箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面类型的桥梁少设置横隔梁，因此按预应力连续箱梁设计， 横隔板厚设为 20cm。具体布置为：边梁 在支点处、距支点 3.5m 处、跨中处设置横隔板，一共五道；中梁在支点处、距跨中 3.5m 处、跨中处设置横隔板，一共也为五道。