摘 要

本桥是72 130 72m的公路预应力混凝土连续刚构桥。本设计主要介绍桥梁上部结构的设计计算。拟定主梁的截面尺寸并按要求划分施工节段，在规定的荷载等级下，在内力计算的基础上进行预应力钢束布置和预应力损失和有效预应力计算。按照构造要求进行纵向普通钢筋和箍筋布置，并进行各项验算。计算桥梁在温度变化、收缩徐变、支座沉降、预应力等荷载作用下的次内力。使用Midas/civil有限元软件对设计的桥梁模型进行分析和计算；采用悬臂浇筑的方法进行施工并模拟施工阶段；对桥梁承载能力和正常使用极限状态进行验算。

关键词：连续刚构桥；有限元分析；桥梁设计

Abstract

Prestressed Concrete Continuous Rigid Frame Bridge with 72 130 72m in this Lake Bridge. This paper mainly introduces the design of the superstructure of the bridge. The cross section of the main beam is drawn and the construction section is divided. Under the proposed load rating, prestressed steel beam arrangement, prestress loss and effective prestress calculation are performed by internal force calculation. According to the structure of vertical steel and stirrups arranged, and the calculation. The internal forces of the bridge under the action of temperature change, shrinkage creep, bearing subsidence and prestressing load are calculated. The bridge model of the design is analyzed and calculated by using Midas / civil finite element software. The cantilever pouring method is used to construct and simulate the construction stage. The bridge bearing capacity and the normal use limit state are checked.

Key words: continuous rigid frame bridge; finite element analysis; bridge design

目 录

第1章 绪论 1

1.1连续刚构桥的发展 1

1.1.1国外发展 1

1.1.2国内发展 1

1.1.3发展趋势和问题 2

1.2连续刚构桥的特点 2

1.2.1受力特点 2

1.2.2构造特点 3

第2章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 4

2.1主要技术指标 4

2.1.1荷载等级 4

2.1.2公路等级 4

2.1.3桥面净空 4

2.1.4地质条件 4

2.2桥跨总体布置 4

2.2.1桥跨布置 5

2.2.2施工方法 5

2.3结构尺寸拟定 6

2.3.1梁高 6

2.3.2其他尺寸 6

2.4梁段和施工阶段划分 7

2.4.1主桥梁段划分 7

2.4.2施工阶段划分 8

第3章 恒载内力计算 10

3.1截面特性计算 10

3.2主要材料和特性 11

3.2.1钢材 11

3.2.2混凝土 11

3.3一期恒载内力计算 11

3.4二期恒载内力计算 13

第4章 活载内力计算及荷载组合 15

4.1汽车荷载 15

4.1.1汽车荷载布置 15

4.1.2汽车荷载内力计算 15

4.2温度变化 18

4.3支座沉降 21

4.4荷载内力组合 24

4.4.1作用及作用效应组合方法 24

4.4.2内力组合结果 25

第5章 预应力钢束估算和布置 28

5.1预应力钢束估算 28

5.1.1预应力混凝土结构基本原理 28

5.1.2钢束估算方法 28

5.1.3预应力钢束数目估算 30

5.2预应力钢束布置 33

5.2.1纵向预应力钢束布置 33

5.2.3横向预应力钢筋布置 34

5.2.4竖向预应力钢筋 34

5.3预应力计算 34

5.3.1预应力损失 34

5.3.2有效预应力计算 37

第6章 次内力计算 40

6.1次内力及其产生原因 40

6.2温度次内力计算 40

6.2.1温度次应力产生原因 40

6.2.2温度自应力计算方法 40

6.2.3温度次内力计算方法 41

6.3混凝土收缩徐变次内力计算 42

6.3.1收缩徐变次内力产生原因 42

6.3.2收缩徐变次内力计算方法 43

6.4支座沉降次内力 43

6.5预应力次内力 43

第7章 截面内力验算 44

7.1受拉区钢筋拉应力验算 44

7.2抗裂验算 46

7.2.1正截面抗裂验算 46

7.2.2斜截面抗裂验算 48

7.3正截面压应力验算 49

7.3.1使用阶段正截面压应力验算 49

7.3.2施工阶段正截面压应力验算 50

7.4使用阶段正截面抗弯验算 52

7.5挠度验算 54

参考文献 56

致谢 57

第1章 绪论

1.1连续刚构桥的发展

1.1.1国外发展

连续刚构这一桥型首先是在国外发展起来的。1964年联邦德国的本道尔夫（Bendorf）桥，主跨208米，其柔性墩宽2.8米；七十年代建成的日本滨名大桥，主跨240米；随着建筑材料和施工方法的进一步发展，1979年巴拉圭建成主跨270米的阿松星（Asuncion）桥；1985年澳大利亚建成主跨260米的门道（Gateway）桥，墩高48.28米（从承台顶至梁底）；随后阿根廷的塞塔鲍尔（Setubal）桥主跨140米，双薄壁中距10米,厚度仅为0.5米，支点梁高7米；挪威于1998年建成的世界第一的stomla桥（主跨301米）和世界第二的拉夫特（Raft Sundet）桥（主跨298米），更是将大跨径PC连续刚构桥的跨径发展到了顶点。

1.1.2国内发展

我国于1964年建成预应力T型刚构实验桥―盐河桥，跨度33米，两个T型双悬臂，中跨用剪力铰连接，边跨为自由悬臂。第一座预应力混凝土连续刚构桥是1988年建成的广东洛溪大桥，主跨180米，双薄壁高约30米，中距7.8米，厚2.2米，梁在支点处高10米；1995年建成主跨245米湖北黄石桥；1997年虎门大桥辅行道桥主跨270米，为当时PC连续刚构桥世界第一，其双薄壁箱形墩高35米，箱壁厚仅0.5米；1999年建成的主跨140米的海沧大桥西行道桥是目前国内最大跨径的弯连续刚构桥。在近几年还陆续建成了泸州长江二桥（主跨252米）；重庆黄花园大桥（主跨250米）；重庆高家花园大桥（主跨240米）；贵州六广河大桥（主跨240米）等桥梁。10多年来，预应力混凝土刚构桥在全国范围内建成跨度大于120米的有74座，在世界已建成跨度超过240米的16座预应力混凝土连续刚构桥中，中国占6座。从中可以显示出我国在大跨径连续刚构桥型的建造技术已达到世界领先水平

1.1.3发展趋势和问题

在连续刚构桥出现之前，跨径超过200m的桥梁大部分采用斜拉桥。连续刚构桥自从诞生之后，成为中小跨径桥型的首选，不仅受力合理而且经济实用。目前的连续刚构桥不断改进，向着自重更轻，跨径更长的方向发展。其发展趋势总结为以下几点：

1. 施工工艺方便化。由于受力分析越来越精确，连续刚构桥的边跨比越来越合理。采用悬臂施工时，边跨合拢处取消了落地式支架，节省了施工时间和资源。桥梁中的钢筋也取消了弯起束，仅采用纵向预应力和竖向预应力钢筋承担拉应力，对张拉钢束十分方便。
2. 上部结构轻质化。目前发展出了轻质高强的混凝土，有着更高的承载能力，减小了桥梁截面尺寸从而降低结构自重，而且有着良好的抗震性，提高了经济效益。
3. 行车舒适化。目前连续刚构桥的跨径越来也长，桥面伸缩缝也越来越少甚至不用伸缩缝，这使得行车越来越平稳，越来越舒适。

虽然连续刚构桥的发展很好，但是在使用过程中也存在许多问题，其中最大的问题就是裂缝的发展。虽然在竖向预应力钢筋和纵向预应力钢筋可以极大地减小梁体截面的主拉应力，提高斜截面的抗裂性能。然而一旦由于温度变化、支座沉降等使得结构出现斜裂缝，如果不加以控制，裂缝会不断发展从而降低桥梁的承载能力。

1.2连续刚构桥的特点

1.2.1受力特点

连续刚构桥在竖向荷载作用下，主梁支点处产生较大的负弯矩，跨中产生较小的正弯矩。随着墩高的增大，桥墩根部所承受的弯矩和梁体内的轴力减小。连续刚构桥梁体与主墩是刚性连接的，两者的变形一致。因此由预应力、温度变化，混凝土收缩徐变等引起的次内力将在墩顶产生较大的水平位移。连续刚构桥与连续梁桥主要区别有：

1.结构受力方面。连续刚构桥的墩身与主梁固结，要求主墩有较小的抗弯刚度来适应主梁的变形，因此采用柔性桥墩来减小主梁变形被桥墩约束时的次内力。而连续梁桥在支点处设置竖向支座，其最大跨径受到支座吨位的限制。