摘 要

本次毕业设计的题目是50 82 50m公路预应力混凝土连续梁桥（高塘河大桥）上部结构设计。

由题目可知，本次预应力连续梁桥上部结构设计的工作重心在于桥梁的上部结构设计，故对桥墩部分的设计不做过高的要求，达到基本掌握的目的即可。

首先需要进行的是桥式方案比选，确定桥跨的布置形式和主要的截面形式，确定桥梁的施工方案。桥梁横截面采用单箱单室，主梁采用变梁高，梁底曲线为二次抛物线，根据经验公式确定中支点处梁高为5.4m，跨中处梁高为2.7m，中墩与主梁结合部还应设有横隔板。施工方法采用应用较为广泛的悬臂浇筑施工方法以及满堂支架施工方法，其中需要注意的是，悬臂施工中的挂篮平衡施工，采取先边跨合拢，再中跨合拢的方式，悬臂施工节段长度最终定为3.5~5m，边跨以及中跨合拢段长度均为2.0m。

接下来,运用有限元软件MIDAS/CIVIL建立全桥有限元模型，并进行了施工阶段分析以及成桥分析。根据内力图运用容许应力法进行使用阶段纵向预应力钢筋的估算，按现行规范对桥梁进行了截面验算及变形验算。

然后，通过软件计算移动荷载等活载作用下桥梁的内力，各项预应力损失和有效预应力，由钢束和混凝土收缩、徐变以及温度、支座沉降等引起的二次内力等，并进行荷载组合、截面强度检算。

关键词：大跨度;预应力;连续梁桥;悬臂施工

Abstract

The topic of this thesis is a design of prestressed concrete continuous beam bridge with spans of 50 82 52m.

According to the main topic,the design of the superstructure is highly required,while calculation for the design of the piers is not actually demanded.So some main points or methods of pier design will be illustrated in this paper for use of comprehension.

The first step is choosing the bridge type, determining every spans and the cross-sectional shape of the bridge, and work out construction schemes. The shape of the cross-section is single cell box, and the heights of the beam are mutative. The curve of the beam’s bottom is a quadratic parabola. According to the experimental formulas, the height of the beam at the middle fulcrum is 5.4m, and at the middle span is 2.7m. Adopting the cast-in-site cantilever balance method which is widely used today. The main girder is constructed by symmetric cantilever equilibrium.Sides first and middle following is the scheme of closure. The length of each section of cantilever is 3.5~5m, the length of closure section is 2.0 m.

Next, present finite element model of the whole bridge, by the MIDAS/CIVIL software, and do the analysis of construction phase and finished phase. Using PSC to estimate the reinforcing steel bar’s dosage of every cross-section. And design the reinforcing steel bars combine with internal force curve. Then, according to current specifications, check the strength and deformation of the beam.

Then, use the software to compute the internal forces which are caused by moving loads, and the loss of prestress, effective prestress. Also compute the secondary internal forces which are caused by concrete shrink and creep, temperature rise or down and support settlement to check the strength of the beam.

Key Words:long span;prestress;continuous beam bridge;cantilever construction

目 录

第一章 概述 1

1.1工程概述 1

1.1.1预应力混凝土连续梁桥概述 1

1.1.2工程介绍 2

1.1.3地形地貌 2

1.1.4地质 2

1.2设计资料及基本数据 2

1.2.1技术标准 2

1.2.2材料及其设计参数 3

1.2.3设计依据 4

第二章 预应力混凝土连续梁桥上部结构总体布置及尺寸 5

2.1桥形的布置 5

2.1.1桥梁设计的基本要求 5

2.1.2 桥形方案的比选 5

2.2上部结构主要尺寸拟定 7

2.2.1变截面箱梁 7

2.2.2 主梁高度 8

2.2.3 顶板和底板的厚度 8

2.2.4 腹板的厚度 8

2.2.5 梗腋、横隔梁和悬臂板布置 9

2.3 特殊节段的处理 10

2.3.1 零号块（0#） 10

2.3.2 合拢段 10

第三章 MIDAS/CIVIL有限元模型建立 11

3.1 运用软件建立全桥模型 11

3.2 全桥模型的建立 12

3.2.1 节段的划分 12

3.2.2 相关材料的定义 13

3.2.3 截面以及边界条件的定义 14

3.3 对所涉及的荷载进行模拟 15

3.3.1 荷载工况的定义 15

3.3.2 施工阶段静力荷载的定义 15

3.3.3 温度荷载的定义 16

3.3.4 移动荷载的定义 17

3.3.5 支座沉降的定义 18

3.4 对施工阶段的模拟 19

3.5 全桥恒载内力的计算 20

3.5.1 计算阶段的划分 20

3.5.2 施工阶段各阶段的内力计算 21

3.6 全桥活载内力的计算 24

3.7 支座位移引起的内力 27

3.8 温度引起的内力 29

第四章 预应力钢筋设计 32

4.1 预应力钢筋的布置 32

4.1.1 预应力钢筋的构造要求 32

4.1.2 预应力钢束布置的原则 32

4.2 纵向预应力钢束的估算与布置 32

4.2.1 纵向预应力钢筋的受力特点 32

4.2.2 根据弯矩包络图估束 32

4.2.3 本桥上部结构的纵向预应力刚束布置图 33

4.2.4 本桥上部结构的纵向预应力刚束布置表格 33

4.3 竖向与横向预应力钢筋的设置原则 33

4.3.1 竖向预应力钢筋 36

4.3.2 横向预应力钢筋 36

4.4 预应力损失和有效预应力的计算 37

4.4.1 概述 37

4.4.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 37

4.4.3 弹性压缩损失 37

4.4.4 钢筋松驰引起的应力损失 38

4.4.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 38

4.4.6 MIDAS计算预应力损失结果 38

第五章 MIDAS/CIVIL结构次内力的计算 40

5.1 徐变次内力的计算 40

5.1.1 徐变次内力对结构的影响 40

5.1.2 徐变次内力的计算方法 40

5.1.3 先期恒载下徐变次内力的计算结果 40

5.2 温度次内力的计算 41

5.2.1 温度场的概念以及温度次内力计算方法 41

5.2.2 温度次内力的计算结果 42

5.3 支座不均匀沉降引起的次内力计算 42

5.3.1 支座沉降次内力的计算方法 42

5.3.2 MIDAS计算结果 42

5.4 预应力次内力的计算 44

5.4.1 预应力次内力的计算方法 44

5.4.2 预应力次内力的计算结果 44

第六章 主要截面的验算 46

6.1 使用阶段正截面抗弯验算 46

6.1.1 基本计算方法 46

6.1.2 验算结果 46

6.2 使用阶段正截面抗裂验算 47

6.2.1 基本计算方法 47

6.2.2 验算结果 47

6.3 使用阶段正截面压应力验算 48

6.3.1 基本计算方法 48

6.3.2 计算结果 49

6.4 受拉区钢筋的拉应力验算 49

6.4.1 基本计算方法 49

6.4.2 计算结果 50

6.5 施工阶段法向压应力验算 52

6.5.1 基本计算方法 52

6.5.2 计算结果 53

第七章 主要工程数量 55

7.1 混凝土用量 55

7.1.1 梁体的混凝土用量 55

7.1.2 桥面铺装层的混凝土用量 55

7.2 钢筋用量的估算 55

7.3 锚具用量的估算 57

参考文献 60

致 谢 61

第1章 概述

1.1工程概述

1.1.1预应力混凝土以及预应力混凝土连续梁桥概述

连续梁桥属于多跨连续体系，是目前最常用的结构体系之一。

几十年前，为了能有效地解决普通的钢筋混凝提材料以及结构存在的一些问题，科学家们开发出了预应力砼材料及其结构，预应力砼连续梁桥以它的结构的受弯受剪等力学性能好、施工或者使用阶段产生的挠度变形小、施工中所需要的伸缩缝数量比较少、用户在开车行车的过程中感觉舒适并且平稳顺畅、 成体的外形及造型比较的简单整洁且美观、后期所需要的养护工作的工程量相比其他的桥型较小、整体结构的抵抗地震能力比较强等特点逐渐流行起来。

同时需要注意的是，虽然连续梁桥结构尊在许多的优势，但是在一开始连续梁桥并不是预应力结构体系之中最为实用且受力承载等能力最为优越的一个，因为早年间连续梁桥结构的施工与后期养护等工程的方法水平还不是很高，存在着较为明显的局限性，当时城市中的桥梁施工大多采用的是使用普通支架或者满堂支架的方法，因此采用连续梁桥结构不仅耗费很大的工作里而且还非常的费时间。到后面又过了几年，由于开发出了悬臂浇筑施工方法以及悬臂拼装发并将这两种方法投入到实际工程的使用之中，连续梁及连续梁桥结构在预应力砼结构领域之中有了飞速的进步。在跨径较大的连续梁中，一种被改良的、原理及方法更为完整的悬臂施工方法被投入应用，这也使得连续梁桥的相关方案又一次获得了竞争力，并逐步在四十米到两百米范围内占有统治地位。