仙涌村大桥连续刚构箱梁的设计

论文总字数：49400字

摘 要

连续刚构桥是目前设计中常用的一种桥型，与其它型式的梁桥相比，它具有混凝土用量少、桥下净空大、结构刚度好等优点。而且连续刚构桥一般采用对称悬臂施工法，可以缩短施工时间，减小施工费用，使得工程总造价降低。随着预应力混凝土技术的不断发展和悬臂施工技术的广泛应用，连续刚构桥得到了进一步的发展。

仙涌村大桥为跨越仙村涌水道的三跨预应力混凝土连续刚构桥，跨径布置为75 125 75m，主梁采用悬臂浇筑施工。本次设计的主要设计内容为上部结构的设计，该桥主梁由上、下行分离的两个单箱单室箱形截面梁组成，单幅桥宽16.25m，梁高从支点处向跨中从7.4m至3.1m按2.0次抛物线变化。主梁下设置两个等截面空心薄壁桥墩，桥轴线为直线，设计荷载标准为公路I级。

本设计采用有限元分析软件MIDAS CIVIL完成主要设计计算任务，采用AutoCAD进行辅助设计。设计主要过程包括主桥桥型选择、主桥截面尺寸的拟订、恒载和活载内力计算、次内力计算、内力组合、预应力钢束设计及布置、预应力损失计算以及承载能力验算、应力和变形验算。

关键词：连续刚构桥，悬臂浇筑施工，内力分析，预应力估束，预应力损失

Abstract

The continuous rigid frame bridge is a kind of bridge type commonly used in current design. Compared with other types of beam bridges, it has the advantages of less concrete consumption, large clearance under the bridge, and good structural rigidity. Moreover, the continuous rigid frame bridge generally adopts a symmetric cantilever construction method, which can shorten the construction time, reduce the construction cost, and reduce the total project cost. With the continuous development of prestressed concrete technology and the wide application of cantilever construction technology, the continuous rigid frame bridge has been further developed.

The Xianyongcun Bridge is a three-span prestressed concrete continuous rigid frame bridge spanning the Xiancunyong waterway. The span is 75 125 75m, and the main beam adopts the cantilever pouring construction. The main design content of this design is the design of the superstructure. The main beam of the bridge consists of two single-box and room box-section beams separated by the upper and the lower. The single bridge is 16.25m wide and the beam height is from the fulcrum to the middle. Parabolic changes of 2.0 times from 7.4 m to 3.1 m in the span. Two equal-section hollow thin-walled piers are arranged under the main beam, the bridge axis is a straight line, and the design load standard is Highway Class I.

This design uses the finite element analysis software MIDAS CIVIL to complete the main design calculation tasks, using AutoCAD for auxiliary design. The main design process includes selection of main bridge type, drafting of main bridge section size, dead load and live load internal force calculation, secondary internal force calculation, the combination of internal force, the design and arrangement of the prestressed steel beam, the calculation of the prestress loss and the strength check, the stress and deformation check.

KEY WORDS: Continuous rigid frame bridge, Cantilever pouring construction, internal force analysis, prestressing estimation, prestress loss

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1预应力混凝土连续刚构桥概况 1

1.2预应力混凝土连续刚构桥基本受力特点 1

1.3预应力混凝土连续刚构桥施工方法介绍 1

第二章 方案设计 2

2.1仙涌村大桥概况 2

2.2设计依据及标准 2

2.2.1设计标准 2

2.2.2设计依据 2

2.3主要材料 3

2.3.1混凝土 3

2.3.2钢材 3

2.4设计参数 3

2.4.1支座强迫位移 3

2.4.2温度影响 3

2.4.3设计环境 3

2.5桥梁方案比选 3

第三章 桥跨总体布置及结构主要尺寸 6

3.1桥型布置及孔径划分 6

3.2截面形式及截面尺寸拟定 6

3.2.1截面形式 6

3.2.2主梁高度 6

3.2.3箱梁顶底板厚度设置 6

3.2.4腹板厚度设置 6

3.3下部结构布置 7

第四章 荷载内力组合 8

4.1结构模型及计算参数 8

4.1.1计算模型节段划分 8

4.1.2施工阶段划分 8

4.2作用效应计算 10

4.2.1毛截面特性计算 10

4.2.2永久作用效应 10

4.2.3可变作用效应 18

4.3荷载组合及内力包络图 21

4.3.1组合方法 21

4.3.2组合结果 22

第五章 预应力钢束设计 30

5.1预应力钢束估算与布置 30

5.1.1钢束估算方法 30

5.1.2预应力钢束估算 32

5.1.3预应力钢束布置 35

5.2预应力损失及有效预应力计算 35

5.2.1基本理论 35

5.2.2计算公式 36

5.2.3预应力损失及有效预应力计算结果 36

5.3钢束布置后作用效应计算及组合 38

5.3.1永久作用效应 38

5.3.2可变作用效应 41

5.3.3作用效应组合 41

第六章 主要控制截面应力及承载能力验算 44

6.1持久状况承载能力极限状态验算 44

6.1.1正截面抗弯承载力验算 44

6.1.2斜截面抗剪承载力验算 45

6.2持久状况正常使用极限状态验算 47

6.2.1正截面和斜截面抗裂验算 47

6.2.2挠度验算 49

6.3持久状况和短暂状况构件应力验算 51

6.3.1持久状况应力验算 51

6.3.2短暂状况主梁应力验算 54

第七章 结论与总结 56

7.1结论 56

7.2总结 56

参考文献 57

致 谢 58

绪论

1.1预应力混凝土连续刚构桥概况

连续刚构桥是在连续梁的基础上发展起来结构体系，将连续梁体的主梁与薄壁桥墩固结起来，既保留了连续梁伸缩缝少、行车平顺的优点，又能够有效利用悬臂施工的施工方法。随着技术的发展，连续刚构桥已成为大跨径梁桥设计采用的主要桥型，目前连续刚构桥的最大跨径已经超出300m。

1.2预应力混凝土连续刚构桥基本受力特点

在力学特性方面，连续刚架桥类似于连续梁桥。然而，对于具有薄壁墩的连续刚构桥，墩底部的弯矩和梁的轴向力将随着墩的高度增加而逐渐减少。另外，由于连续刚构桥的主墩和梁固结在一起工作，连续刚构桥中活荷载引起的正弯矩小于连续梁桥的正弯矩，可减少设计时跨中区域的梁高度，进一步降低了恒载内力。因此，连续刚构桥的跨度可以设计得更大。

但由于连续刚构属于多次超静定结构，预加应力、温度作用、基础变位作用、混凝土收缩徐变等都会在桥梁中产生附加内力。若采用较大刚度的桥墩，墩将产生很大的负弯矩，对整个结构受力很不利。由于连续刚构桥采用墩梁固结，没有可以适应纵向位移的支座，因此大多采用双薄壁高墩，增加墩的柔性，以适应纵向位移，从而降低墩的内力。同时，梁墩固结点多设置在大跨、高墩的桥墩上，利用高墩的柔度来适应可能产生的纵向位移。对于设置在边跨较矮的桥墩，则可以考虑设置滑动支座。

1.3预应力混凝土连续刚构桥施工方法介绍

连续刚构桥大都采用对称悬臂施工法。悬臂施工法不受桥梁高度、河流环境等的影响，对环境适应能力强。该施工方法的主要步骤是：首先从0号块开始向两边采用挂篮逐节段悬臂施工结构的上部梁体，形成一对T型的双悬臂结构，然后进行边跨合龙，最后合龙中跨，形成最终体系。

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