论文总字数：54634字

摘 要

预应力混凝土连续梁桥的结构刚度大，在荷载作用下桥面的变形小且变形挠曲线平缓，由于动力性能好、伸缩缝少，因而行车平顺、有利于高速行车同时连续梁桥的施工方法成熟、有多种施工方法进行选择等。在跨径40-160m范围内，和其他类型桥梁相比，预应力混凝土连续梁桥具有显著的优势。目前预应力混凝土连续梁桥有基于不同原理的多种多样的施工方法，包括就地浇筑法、悬臂浇筑法、悬臂拼装法、逐孔施工法、顶推施工法等。需要根据实际工程概况，选择合理的施工方法对梁桥进行施工。

本次毕业设计是一座三跨（41m 70m 41m）预应力混凝土变截面连续梁桥，主梁为单箱单室的箱型截面，采用左右两幅桥梁对称的设计方案。施工方法选择了悬臂挂篮施工法，混凝土块浇筑时两边对称平衡施工。主要设计内容包括对主桥上部结构进行设计和对上部结构的在各个荷载组合工况下进行相关内容的验算。本课题设计的重点在学习如何使用有限元软件Midas完成连续梁桥从施工阶段到运营阶段桥梁模型的建立，明白悬臂施工全过程桥梁体系转换的原理及相应阶段下结构的受力情况，掌握桥梁设计验算的内容和方法。

本课题中的设计内容包括：

1、选定主梁的材料类型、细部构造及截面尺寸。对变截面桥梁的高度考虑二次抛物线变化。利用Midas完成对变截面桥梁的模型建立，并对普通钢筋进行布置。

2、通过分析Midas计算的内力结果，完成对预应力钢筋的布设。对预应力损失、次内力、荷载组合等进行计算。对结构强度、刚度等进行验算，根据验算结果对预应力钢筋的布置或结构截面尺寸进行调整，确保验算均满足规范。

3、对模型计算结果进行分析总结。

关键词：连续梁桥，悬臂现浇，体系转换，Midas

Abstract

Prestressed concrete continuous girder bridges have the advantages of large structural rigidity, small deck deformation under load, flat deformation deflection curve, good dynamic performance, few expansion joints, smooth running, and favorable for high-speed driving as well as mature construction methods. In the span of 40-160m, the prestressed concrete continuous beam bridge is very competitive among main bridge types. There are many construction methods for prestressed concrete continuous girder bridges, including on-site pouring method, cantilever casting method, cantilever assembling method, span-by-span construction method and jacking construction method. Different construction methods have their own advantages and disadvantages. They are adapted to different engineering environments.

The bridge of graduation project is a three-span (41m 70m 41m) prestressed concrete cross-section continuous beam bridge. The main beam adopts a single-box single chamber cross section and is divided into two symmetrical halves. The main beam adopts a cantilevered hanging basket construction method and symmetrically balances the pouring of concrete. The project contents include completing the design and verifying the superstructure of the main bridge. The topic focuses on learning how to use the finite element software Midas to complete the construction of the bridge model from the construction stage to the operation stage, understanding the principle of the bridge system transformation during the whole cantilever construction and the structural stress conditions in the corresponding stage, and grasping the content of the bridge design.

Design contents include:

1. Determining types of the main beam, details of the structure and section sizes. The height of the bridge adopts a second parabolic change. Establish a variable cross-section bridge model and complete the layout of ordinary steel.
2. The layout of the prestressed steel reinforcement is completed after internal force calculations of Midas. Then calculate the prestress loss, secondary internal forces, load combinations. According to the analyzing results, check the structural strength, stiffness and adjust the arrangement of the prestressed steels or the structural section dimensions to ensure that the verification calculations meet the specifications.
3. Analyzing and summarizing the model calculation results.

Key words: continuous beam bridge, cantilever cast-in-place, system transition, Midas

目录

摘 要 I

Abstract II

绪 论 1

第一章 设计概述 3

1.1工程概况 3

1.2技术指标 3

1.3 设计依据 4

1.4 材料参数 4

1.5 设计宗旨 5

第二章 桥跨总体布置及施工特点 6

2.1 桥跨总体布置 6

2.1.1 截面布置 6

2.1.2 立面布置 6

2.1.3 上部尺寸拟定 6

2.2 悬臂现浇施工特点 8

第三章 Midas建立桥梁模型 9

3.1 材料和截面定义 9

3.2节点和单元的建立 9

3.3 组的定义 9

3.3.1 变截面组 9

3.3.2 结构组 10

3.3.3 边界组 10

3.3.4 荷载组 11

3.4 施工阶段的建立 11

3.5 预应力钢束的布设 12

3.6 荷载的定义和施加 13

3.6.1 静力荷载工况的定义 13

3.6.2 荷载施加 13

3.7 荷载组合及PSC截面设计 13

第四章 主梁作用效应计算 14

4.1恒载内力计算 14

4.1.1荷载值计算 14

4.1.2恒载内力计算结果 14

4.2活载内力计算 15

4.2.1荷载横向分布系数的考虑 15

4.2.2偏载系数选择 16

4.2.3冲击系数的计算 16

4.2.4活载内力计算结果 17

第五章 次内力计算 19

5.1 引起次内力的因素及原理 19

5.1.1混凝土徐变内力计算 19

5.1.2混凝土收缩内力计算 20

5.2温度内力计算 21

5.2.1温度对连续梁结构的影响 21

5.2.2温度内力计算结果 22

5.3基础沉降效应计算 24

第六章 作用效应组合 27

6.1内力组合 27

6.1.1作用和作用效应 27

6.1.2内力组合 27

6.2内力组合结果 29

第七章 预应力钢束的设计与布置 31

7.1预应力钢筋估算 31

7.1.1计算原理 31

7.1.2预应力钢束估算 33

7.2预应力钢束的布置 37

7.3预应力损失计算 38

7.3.1预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失 38

7.3.2由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 39

7.3.3混凝土弹性压缩引起的应力损失 40

7.3.4由钢筋松弛引起的应力损失的终极值 41

7.3.5由混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 41

7.3.6有效预应力计算 41

第八章 主梁截面验算 43

8.1持久状况承载能力极限状态验算 45

8.2 持久状况正常使用极限状态计算 51

8.2.1 正截面抗裂性验算 51

8.2.2 斜截面抗裂性验算 54

8.2.3挠度验算 57

8.3持久状况及短暂状况应力计算 58

8.3.1混凝土压应力验算 59

8.3.2 混凝土的主压应力验算 59

8.3.3预应力钢筋拉应力验算 60

8.3.4施工阶段应力验算 61

致谢 69

参考文献 70

绪 论

连续梁桥是一种超静定结构，与简支梁桥的约束相比，水平方向没有多余约束，但在竖直方向存在多余约束。一般做成两跨或三跨一联甚至多跨一联。恒载作用下，结构在中止点处受到负弯矩作用，这对跨中的正弯矩有很好的卸载作用，从而使得跨中正弯矩的峰值弯矩得到削减，全桥内力分布更加均匀合理，从而可以减小梁高、增大梁跨径。比之其他类型梁桥，连续梁桥的结构刚度更大、荷载作用下变形更小且变形挠曲线变化平缓、动力性能好、伸缩缝少、行车平顺、有利于高速行车。在跨径40~160m范围内，与其他类型的桥梁相比，预应力混凝土连续梁桥具有更为显著的优势。

预应力混凝土 连续桥的设计步骤大致如下：

1. 根据现有设计确定材料类型和结构尺寸，考虑施工方法，计算恒载及活载分别作用下桥梁的内力，并进行荷载组合计算。
2. 对结构荷载工况进行相应的组合，根据荷载组合计算得出的各个截面的最大正、负弯矩绝对值之和，即弯矩变化幅值确定各个截面所需的预应力钢束的数量，从而完成对预应力钢束的布设。在不同的施工阶段对相应的预应力钢束进行张拉，完成预应力的加载。然后对预应力钢束的预应力损失、各项因素影响下的次内力等进行计算，再次进行荷载组合，完成截面强度验算、应力验算和变形验算。对于公路桥来说，在承载能力极限状态下需要进行基本组合和偶然组合的计算，在正常使用极限状态下需要进行频遇组合和准永久组合的计算。只有结构的强度、刚度、稳定性等一系列的验算结果均满足相应规范的要求后，设计才合理。否则，需要重新修改截面尺寸或对钢束配置进行调整，最终确保各项验算均达到规范要求。

预应力混凝土连续梁桥的施工方法有就地浇筑法、悬臂浇筑法、逐孔施工法、顶推施工法等。考虑到变截面连续梁桥的受力特点，悬臂浇筑法是较为常用的施工方法。它是在已经施工完成的桥墩上，沿桥梁跨径对称逐段进行混凝土悬臂浇筑施工。这种施工方法的优点在于施工期间不会影响桥下的通航或行车，且充分利用了预应力混凝土梁桥承受负弯矩能力强的受力特点。采用悬臂浇筑法对桥梁进行施工时在施工期间会出现结构体系转换的问题，因此在进行建模计算时要考虑每个施工阶段结构的边界约束的变化、结构体系的受力变化，同时考虑在每个阶段对相应的预应力钢束完成张拉。

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