小清河大跨径预应力波纹钢腹板-混凝土组合连续箱梁桥设计计算

论文总字数：42844字

摘 要

本毕业设计依托一实际工程——G42长深(长春—深圳)高速公路高青至广饶段小清河特大桥3号桥，对一座大跨径预应力波形钢腹板-混凝土组合连续箱梁桥进行了设计分析。利用MIDAS/Civil软件对该桥的上部结构建立有限元模型，对施工阶段和成桥阶段作分析与计算。

首先，利用MIDAS/Civil软件，按梁单元建立有限元模型，准确模拟施工阶段。求出主梁各关键断面在结构自重、温度、支座沉降、混凝土收缩与徐变等恒载作用以及汽车荷载下的内力，并针对不同的验算内容对各截面的内力进行最不利情况下的组合叠加；利用上面求出各种内力组合，完成几个关键断面的上下缘混凝土正应力、抗裂性、变形、正截面抗弯承载能力、波形钢腹板抗剪强度和抗剪屈曲等验算；对施工阶段也进行短暂状况下的应力验算，最终完成对该桥的设计复核计算。

最后，绘制该桥上部结构的主要构造及配筋结构设计图，包括上部结构的平面图、立面图和剖面图、必要的细部构造图以及主梁的配筋图，均通过AutoCAD绘出。

关键词：波形钢腹板 预应力 连续箱梁 有限元 MIDAS/Civil

ABSTRACT

Based on the actual project of No. 3 Xiaoqinghe Bridge in Gaoqing-Guangrao Section of G42 Changshen(Changchun-Shenzhen) Expressway, a prestressed corrugated steel web - concrete composite continuous box girder bridge is designed, calculated and analyzed in this paper. The MIDAS/Civil software is available to build the finite element model of the bridge’s superstructure, then something is calculated and I analyze the bridge under the bridge stage and the construction state.

Firstly, using MIDAS/Civil software, the finite element model is finished according to the beam element, and the construction stage is simulated accurately. Calculate the internal force of some important section of bridge, with the load of structure weight, the temperature, the settlement of supports, concrete shrinkage and creep and other constant loads, as well as the vehicle load and the most unfavorable load combination of each control section is obtained. Based on the above combination of various internal forces, check the stress, crack resistance, deflection, bearing capacity of the control section, and the shear strength and shear buckling of the corrugated steel web. The stress checking of construction stage under transient conditions is also carried out.

Finally, the design drawing of the main structure and reinforcement structure of the bridge superstructure is completed, including the plan, elevation and section view of the main structure, the necessary detail structure diagram, and the main reinforcement diagram of the main beam. All of the diagrams are drawn by AutoCAD.

Keywords: corrugated steel web; prestress; continuous box girder; finite element analysis; MIDAS/Civil

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 引言 1

1.1背景与意义 1

1.1.1背景 1

1.1.2意义 1

1.2课题概况 2

1.2.1工程概况 2

1.2.2主梁构造 2

1.2.3设计依据及主要技术标准 2

1.2.4设计步骤及分析内容 5

1.3重点及难点 6

1.3.1重点 6

1.3.2难点 6

1.4本章小结 6

第二章 波形钢腹板预应力混凝土组合连续梁概述 8

2.1组合结构简介 8

2.1.1基本概念 8

2.1.2发展与应用前景 8

2.2波形钢腹板预应力混凝土组合连续梁概述 9

2.2.1发展概况 9

2.2.2构造特点 10

2.2.3结构特点 10

2.3波形钢腹板预应力混凝土组合结构分析 11

2.3.1组合梁弯曲特性 11

2.3.2截面应力、应变 11

2.3.3波形钢腹板抗剪 12

2.3.4计算基本原则与计算方法 12

2.4本章小结 13

第三章 MIDAS/Civil有限元模型 14

3.1建立模型 14

3.1.1节点和单元 14

3.1.2材料特性和截面特性 15

3.1.3纵向预应力钢筋 17

3.1.4边界条件 18

3.2定义荷载 19

3.2.1静力荷载 19

3.2.2移动荷载 20

3.2.3支座沉降 21

3.3施工阶段模拟 21

3.3.1施工工序 21

3.3.2定义施工阶段 22

3.4运行分析 25

3.4.1内力汇总 25

3.4.2内力包络图 26

3.5本章小结 27

第四章 持久状况抗弯承载能力极限状态验算 28

4.1荷载作用基本组合 28

4.2计算截面简化 28

4.2.1混凝土翼板有效宽度计算 28

4.2.2混凝土板等效厚度换算 30

4.2.3波形钢腹板组合截面简化 30

4.3正截面抗弯承载能力极限状态计算 31

4.3.1基本假定 31

4.3.2正截面抗弯承载力计算 31

4.4本章小结 33

第五章 持久状况正常使用极限状态验算 34

5.1正截面混凝土应力验算 34

5.2受拉区体内预应力钢筋拉应力 35

5.3受拉区体外预应力钢筋拉应力 36

5.4混凝土抗裂验算 37

5.5挠度验算 38

5.6本章小结 39

第六章 短暂状况应力验算 40

第七章 波形钢腹板抗剪验算 42

7.1抗剪强度验算 42

7.1.1正常使用极限状态下强度验算 42

7.1.2承载能力极限状态下强度验算 44

7.2承载能力极限状态下的剪切屈曲验算 45

7.2.1局部屈曲验算 46

7.2.2整体屈曲验算 47

7.2.3合成屈曲验算 49

7.2.4考虑波形钢腹板非弹性屈曲的稳定性计算 50

7.3本章小结 51

第八章 总结与展望 52

8.1结论 52

8.2展望 52

参考文献 54

致 谢 55

第一章 引言

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