论文总字数：45863字

摘 要

小清河特大桥位于黄河三角洲，是长深高速公路在山东境内的组成路段，是黄河三角洲高效生态区腹地通往胶东半岛的便捷通道。本文主要选择对小清河特大桥的2号主桥进行复核计算与分析。

本文从本课题的工程背景、选题意义及钢-混凝土组合结构的相关概念出发，依次分析了本课题的关键问题和难点，确定了主要研究方案，并详细介绍了如何使用Midas有限元软件对小清河特大桥2号主桥的上部结构进行建模，包括建立节点、单元、模拟边界条件、定义荷载、施工阶段等过程。当模型正确运行分析得到相应的内力结果后，参照规范要求，选取上部结构的重要控制截面进行了持久状况正常使用极限状态（正应力、剪应力、抗裂性、变形）验算、持久状况承载能力极限状态（塑性抗弯承载力、弹性抗弯承载力、塑性抗剪承载力、弹性抗剪承载力）验算以及抗剪连接件的验算。验算结果表明，各项承载力验算及连接件的布置数量均满足要求。接下来针对如何减小钢-混凝土组合连续梁中支点负弯矩的影响进行了讨论。在所有计算完成后，按照任务书要求完成了8张施工图，包括2张主体结构的平面图、立面图，2张预应力钢筋配筋图，3张必要的细部构造图。

关键词：承载能力；有限元软件；钢-混凝土组合桥梁；剪力连接件

ABSTRACT

Located in the Yellow River delta, the xiaoqing river bridge is a section of the chang-shen expressway in shandong province and a convenient channel from the hinterland of the efficient ecological zone of the Yellow River delta to the jiaodong peninsula. In this paper, the second main bridge of xiaoqinghe bridge is selected for recheck calculation and analysis.

In this paper, from the engineering background of this subject, the selected topic significance and the relevant concepts of steel and concrete composite structure, in turn, analyzes the key problems and difficulties of this topic, determine the major research plan, and introduces in detail how to use the finite element software Midas to sand silted super-large bridge no. 2 of the upper structure modeling, including establishing node, unit boundary conditions, simulation process, define the load and construction stage. Correct operation when the model analysis of internal force of the results, according to the specification requirements, the selection of the upper structure of the important control section is the persistent state of normal use limit state (), crack resistance, normal stress and shear stress and deformation calculation, the condition of permanent bearing capacity limit state (plastic bending strength, elastic plastic shear bearing capacity and elastic flexural bearing capacity, shear capacity) checking and calculating the shear connectors. Finally, how to reduce the influence of negative moment of fulcrum in continuous beam of steel-concrete composite structure is discussed. After all the calculations were completed, 8 construction drawings were completed according to the requirements of the task book. It includes 2 plans and elevation plans of the main structure, 2 prestressed reinforcement plans and 3 necessary detail construction plans.

Keywords: Bearing capacity; Finite element software; Steel-concrete composite bridge; Shear connection

目 录

第1章 绪论 1

1.1 背景和意义 1

1.1.1 背景 1

1.1.2 意义 1

1.2 课题关键问题及难点 1

1.2.1 关键问题 1

1.2.2 课题难点 2

1.3 课题概况 2

1.3.1 工程背景 2

1.3.2 上部结构基本情况 3

1.4 研究方案 4

1.5 钢-混凝土组合结构基本简介 4

1.5.1 基本概念 4

1.5.2 特点 4

1.6 本章小结 5

第2章 有限元计算模型的建立 5

2.1 建立模型 5

2.1.1 节点与单元 5

2.1.2 材料和截面 7

2.2 边界条件 9

2.2.1 永久约束 9

2.2.2 临时支撑 9

2.3 施工阶段模拟 9

2.4 施加荷载 10

2.4.1 静力荷载工况 10

2.4.2 基础变位 11

2.4.3 移动荷载 11

2.5 电算结果分析 11

2.5.1 剪力分布图 11

2.5.2 弯矩分布图 12

2.5.3 内力包络图 14

2.6 内力汇总表 15

2.7 本章小结 16

第3章 持久状况承载能力极限状态验算 16

3.1 塑性抗弯承载力验算 16

3.1.1 荷载作用基本组合 16

3.1.2 混凝土翼板有效宽度 17

3.1.3 截面几何性质的计算 17

3.1.4 塑性抗弯承载力 21

3.2 弹性抗弯承载力验算 24

3.2.1 正弯矩区段的弹性抗弯承载力 24

3.2.2 负弯矩区段的弹性抗弯承载力 25

3.3 弹性抗剪承载力验算 28

3.4 塑性抗剪承载力验算 29

3.5 组合梁局部稳定性分析 29

3.6 本章小结 31

第4章 持久状况正常使用极限状态验算 31

4.1 正常使用极限状态计算时作用组合 32

4.1.1 作用频遇组合 32

4.1.2 作用准永久组合 32

4.2 正应力验算 32

4.2.1 正弯矩区段正应力验算 32

4.2.2 负弯矩区段正应力验算 34

4.2.3 长期荷载作用下的正应力验算 35

4.3 剪应力验算 37

4.3.1 钢梁截面重心处的剪应力 37

4.3.2 换算截面重心处的剪应力 38

4.3.3 混凝土桥面板的弯曲剪应力 39

4.4 变形（挠度）验算 39

4.4.1 预拱度的设置 39

4.4.2 刚度验算 40

4.5 抗裂性与裂缝计算 41

4.5.1 抗裂性验算 41

4.5.2 裂缝验算 41

4.6 本章小结 42

第5章 短暂状况验算 42

5.1 正弯矩区段正应力验算 42

5.1.1 第一受力阶段 42

5.1.2 第二受力阶段 43

5.2 负弯矩区段正应力验算 44

5.2.1 第一受力阶段 44

5.2.2 第二受力阶段 44

5.3 本章小结 45

第6章 抗剪连接件验算 45

6.1 基本设计数据 45

6.1.1 栓钉材料验算 45

6.1.2 中跨跨中截面的几何性质 46

6.2 弹性理论验算方法 46

6.3 塑性理论验算方法 48

6.4 本章小结 48

第7章 减小中支点负弯矩影响的讨论 49

7.1 调整混凝土浇筑顺序 49

7.2 张拉预应力钢筋 50

7.3 本章小结 51

第8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1章 绪论

1.1 背景和意义

1.1.1 背景

改革开放以来，随着我国经济实力和科技水平的不断进步，我国的桥梁无论是在规模上还是科技水平上，都在逐步迈向世界前列。大跨度、轻材质、行车舒适、造型美观已经成为如今桥梁设计时需要重点考虑的方面。各种功能齐全、造型美观、高难度的跨江跨海大桥，都如雨后春笋般频频建成，为我国疆域的沟通和经济的腾飞发挥了重要的作用。

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