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摘 要

本文依据丹阳大桥改造扩建实际工程背景和现行规范，独立进行了该桥的设计和验算过程。在综合各方面因素进行桥梁方案比选后选择了预应力混凝土连续箱梁桥的方案，采用平衡悬臂浇筑施工法施工，分孔跨径为44.32m 70m 44.32m。之后通过MIDAS CIVIL软件建立了结构的有限元模型，添加预应力钢筋，施加各项荷载并考虑了次内力作用，划分了十一个施工阶段。分别对各项荷载和次内力的影响进行了分析，并验算了结构承载能力、最大应力、抗裂性能等各项性能，验算结果表明设计桥梁各指标均能满足要求。

关键词：连续梁桥，悬臂施工，有限元分析

Abstract

This paper conducts the design and checking calculation process based on the reconstruction and expansion project of Danyang Bridge and the current bridge standards. After taking factors of several aspects into consideration and compare three schemes, pre-stressed concrete continuous box girder bridge with spans of 44.32m 70m 44.32m is adopted, and will be constructed with balanced cantilever method.

The finite elements model is built via Midas Civil software and pre-stressed steel beams are also added into the model. Various loads are applied on the structure and the effects of secondary internal forces are considered. In terms of construction, the process is divided into 11 stages. The effects of various forces and secondary internal forces are analysed and the properties such as bearing capacity, maximum stress and anti-cracking performance are checked after calculation. The results show that structure performances of different aspects can meet the requirements.

KEY WORDS: continuous bridge, cantilever method, finite elements analysis

目录

第一章 绪论 1

1.1 预应力混凝土连续梁桥简介 1

1.2 平衡悬臂施工法 1

1.3 本文主要工作 2

1.4 设计意义 2

第二章 设计原始资料 3

2.1 工程概况 3

2.2 技术标准 3

2.3地质条件 3

2.4 设计规范 3

第三章 主要材料及设计参数 4

3.1 材料 4

3.2 设计参数 4

第四章 桥梁方案比选 6

4.1 比选原则 6

4.2 方案介绍 6

4.3 方案比较 8

第五章 总体布置和结构尺寸设计 9

5.1 桥梁分跨 9

5.2 断面形式 9

第六章 有限元模型的建立 11

6.1 梁体结构与特征值 11

6.2 边界条件 12

6.3 预应力钢束 12

6.4 静力荷载 14

6.5 活载内力 15

6.6 主梁施工段划分 16

第七章 有限元模型内力分析 18

7.1 恒载内力 18

7.2 活载内力 21

7.3 预应力 22

7.4 温度次内力 28

7.5 收缩徐变次内力 32

7.6 墩台沉降次内力 34

7.7 荷载组合 36

第八章 持久状况承载能力极限状态计算 38

8.1 正截面抗弯承载力验算 38

8.2 斜截面抗剪承载力验算 39

第九章 持久状况正常使用极限状态计算 42

9.1 抗裂验算 42

9.2 挠度验算 45

第十章 应力验算 47

10.1 持久状况预应力混凝土构件应力计算 47

10.2短暂状况预应力混凝土构件应力计算 50

第十一章 锚固区计算 52

11.1 局部区计算 52

11.2 总体区的计算 53

第十二章 总结 55

致谢………………………………………………………………………………………………….………..………………56参考文献…………………………………………………….……………………………………………………………..57

第一章 绪论

1.1 预应力混凝土连续梁桥简介

在恒载作用下，连续梁桥支点处会产生负弯矩，减小跨中弯矩大小。但是另一方面，作为超静定结构，连续梁桥内会产生次内力，而且由于在支座处会产生负弯矩，结构很容易产生开裂，并且导致受到侵蚀，降低其耐久性和适用性，无法有效的发挥出其原有的材料性能。

为了解决这些问题，后来开始将预应力的概念引入到了连续梁中来，预应力技术能非常显著的增大混凝土桥梁的跨越能力，同时减轻结构自重，减少混凝土和钢材的用量。

随着施工方法的改善、科技水平的提高和高强材料的普遍应用，现在预应力混凝土连续梁桥的设计和建设有了很大的发展，跨径也一直在提高，其运用越来越广泛，在跨径从30m到150m的桥梁方案中非常有竞争力。

1.2 平衡悬臂施工法

平衡悬臂施工法是以桥墩零号块为中心，向两侧对称、逐节悬臂接长的施工方法。悬臂施工时，墩和梁连接处会进行临时固结，之后要经过体系转换，合龙后成为连续梁结构。因此在建模和分析时，不能仅仅考虑成桥之后的情况，而要将各个施工阶段和体系转换都要照顾到，分别分析各种施工工况下的荷载和承载能力情况，从而调整预应力钢筋布置和预应力大小。

应用该法施工时，桥墩附近的梁结构要受到较大的负弯矩，因此应用悬臂施工法的桥梁一般都采取变截面，增大桥墩处截面尺寸，从而增大该处抗弯和抗压能力。其最大的优点是施工方便，不需要架设大量支架，因此也就不受河道水位影响，也不影响桥下通航或通车，可以最大程度的减小对当地交通的影响；此外，悬臂施工法允许不同的桥墩同时进行工作，从而大大的提高了多墩多跨桥梁的建设速度和效率。

1.3 本文主要工作

本文基于丹阳大桥扩建改造工程进行设计，采用了预应力混凝土变截面连续梁结构，施工方法为平衡悬臂浇筑施工，根据当地水文地质状况和交通现状选取材料，拟定结构尺寸，然后利用MIDAS CIVIL软件将设计桥梁建立有限元模型并且进行模拟计算，从而得到钢筋配筋数量，据此完成结构的配筋，最终进行桥梁结构在不同荷载组合情况下的结构承载力、应力、挠度等的验算。

具体的工作主要包括：方案选择、桥梁总体布置、拟定各部分的尺寸形状、有限元模型的建立、各施工阶段的划分、预应力的估算以及预应力筋的布置、结构验算、局压验算、耐久性设计、施工方法要点、绘制CAD图纸等。

1.4 设计意义

我国的预应力连续梁结构起步较晚，但是随着工程实例不断增多，预应力理论的成熟完善，其应用却越来越广泛，是桥梁建设发展的必然趋势。

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