溪河矮塔斜拉桥上部结构设计

论文总字数：27537字

摘 要

矮塔斜拉桥是近些年脱胎于斜拉桥发展出来的新桥梁型，它兼具斜拉桥和连续梁桥的优势，近年来被国内外广泛应用。矮塔斜拉桥具有诸多优点：1、矮塔斜拉桥主梁高度是连续梁桥的1/2左右，具有纤细、柔美的美学效果；2、跨径布置灵活。矮塔斜拉桥可设计成单塔双跨、双塔三跨和多塔多跨等不同的结构形式；3、施工简便。矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同，可采用悬浇法施工。施工中不必进行斜拉索二次索力调整。4. 经济性好。

裕溪河特大桥顺接北沿江高速公路马鞍山至巢湖终点，是长江北岸的重要交通大通道。大桥全长4866.1m，本设计主要着眼于跨裕溪河主桥，为跨径75 130 75m的预应力混凝土矮塔斜拉桥。主桥采用悬臂浇筑施工法。本毕业设计以安徽省交通规划设计研究总院股份有限公司的施工图设计图纸为依据，利用Midas Civil软件对裕溪河主桥的上部结构建模，进行受力分析。论文按照相应规范要求对主梁的承载能力、应力、抗裂性、变形进行验算。验算结果表明，在现行的公路-I级荷载作用下，裕溪河主桥主梁的承载能力、应力、抗裂性、变形等方面均满足规范要求。

关键词：预应力混凝土，悬臂浇筑，矮塔斜拉桥

Abstract

Low tower cable stayed bridge is a new type of bridge developed from cable stayed bridge, which combines the advantages of cable-stayed bridge and continuous beam bridge, by widely used both at home and abroad in recent years. Low tower cable-stayed bridge has many advantages: 1, The height of the low tower cable-stayed bridge girder is about 1 / 2 of that of continuous girder bridge, with slender and graceful aesthetic effect; 2, Span arrangement is flexible. It can be designed for the structure of single tower and double cross, Twin Towers and three span multi tower and multi span of low tower cable-stayed bridge; 3, The construction is simple. Low tower cable-stayed bridge construction methods and continuous beam bridge is basically the same, can be suspended by the method of construction. No need to be carried out in the construction of the two cable force adjustment. 4,Econemicol.

Yu Xi River Bridge start from the North River along the highway Ma'anshan to Chaohu terminal, is an important traffic channel on the north shore of the Yangtze river. Bridge a total length of 4866.1m. This design mainly focus in cross Yuxi River Bridge, prestressed concrete low tower cable-stayed bridge with span 75 130 75m. The main bridge of the cantilever construction method. The graduation design in Anhui province traffic planning design amp; Research Institute Co., Ltd. construction design drawings as the basis, using Midas civil software of Yuxi River main bridge superstructure modeling and stress analysis was carried out. According to the requirements of the corresponding code, the bearing capacity, stress, crack resistance and deformation of the main beam are checked. Calculation results show that under the current highway IGF-I levels of loading, the Yuxi River for the main girder of the main bearing force, crack resistance, deformation ability and stress are to meet the requirements of the specifications.

Keywords: prestressed concrete, cantilever casting, low tower cable-stayed bridge

目录

目录 1

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 矮塔斜拉桥的构造特征 2

1.2.1 结构特点 2

1.3矮塔斜拉桥的发展概况 2

1.3.1 国外发展概况 2

1.3.2 国内发展概况 4

1.4 本文工程背景及主要工作 6

第二章 设计资料 8

2.1 主要技术标准 8

2.2 主要设计规范 8

2.3 主要材料 9

2.3.1 混凝土 9

2.3.2 普通钢筋 9

2.3.3 斜拉索 9

2.3.4 预应力钢筋 10

2.3.5锚具及波纹管 10

2.3.6 支座及伸缩缝 10

2.3.7 栓钉与螺栓 10

2.3.8 桥面防水及铺装 11

第三章 主梁分段与施工方案及有限元模拟 12

3.1 设计施工程序 12

3.2 材料定义 13

3.3 结构离散 14

3.4 有限元模拟 15

3.4.1 有限元结构分析模型 15

3.4.2 相关参数的计算 15

3.5 预应力钢束分组 16

第四章 预加力、收缩徐变、基础变位及温度次内力计算 22

4.1 预加力引起的次内力 22

4.2 徐变、收缩引起的次应力 22

4.2.1 混凝土徐变 22

4.2.2 混凝土收缩 23

4.3 基础变位引起的次应力 23

4.4 温度次内力 24

第五章 上部结构验算 26

5.1受力与变形分析 26

5.2 荷载组合 28

5.3 承载能力极限状态验算 30

5.3.1 正截面抗弯承载能力计算 30

5.3.2 斜截面抗剪承载能力计算 32

5.4 正常使用极限状态验算 32

5.4.1 正截面抗裂验算 32

5.4.2 斜截面抗裂验算 33

5.4.3变形验算 33

5.4.4预应力损失及有效预应力的计算 33

5.5 持久状况和短暂状况构件应力验算 35

5.5.1 使用阶段（持久状况）正截面法向应力验算 35

5.5.2 施工阶段（短暂状况）应力验算 36

第六章 结论 39

致谢 40

第一章 绪论

1.1 引言

矮塔斜拉桥（Low tower cable-stayed bridge）是近些年来在斜拉桥基础上发展起来的一种新型的桥梁结构形式，就其结构特性而言，矮塔斜拉桥是介于连续梁桥与斜拉桥之间的一种新桥型，如果把连续梁桥归类于刚性桥型，把斜拉桥归类于柔性桥型，则矮塔斜拉桥为一种刚柔相济的新桥型。

矮塔斜拉桥具有鲜明的特点：

(1)美学景观特征。矮塔斜拉桥主梁高度是连续梁桥的1/2左右，具有纤细、柔美的美学效果，克服了连续梁桥主梁高度过大带来的压迫感和桥梁上、下部结构不协调的弊端。桥塔和斜拉索的设置使其具有斜拉桥宏伟、壮观的感觉。

(2)跨径布置灵活。矮塔斜拉桥可设计成单塔双跨、双塔三跨和多塔多跨等不同的结构形式。单孔跨径在100一300m范围内为宜，克服了多塔斜拉桥所带来的刚度不足和各跨相互影响的弊端，发挥了多跨连续梁桥的优点，无论在单孔跨径和总桥长设计方面均有较大的选择空间。

(3)施工简便。矮塔斜拉桥的施工方法与连续梁桥基本相同，可采用悬浇法施工。施工中不必进行斜拉索二次索力调整。由于矮塔斜拉桥桥塔较矮，桥塔施工也没有斜拉桥桥塔施工复杂。

(4)经济性好。通过国内外己建成的矮塔斜拉桥造价分析，该桥型每延米造价与连续梁桥基本持平，低于一般斜拉桥造价，具有可观的经济效益。

既然矮塔斜拉桥是介于连续梁与斜拉桥之间的一种新型桥梁。因此它的受力特点与这两种桥型既有联系，又有区别。从总体上说，连续梁是以梁的直接受弯、受剪来承受竖向荷载，斜拉桥是以梁的受压和索的受拉来承受竖向荷载，而矮塔斜拉桥则是以梁的受弯、受压和索的受拉来承受竖向荷载，因此三者的最大差别在于梁的受力行为不同。研究梁的受力行为是研究矮塔斜拉桥的本质。

目前，社会强烈呼吁降低桥梁等交通设施的建造造价，提高其机能性、耐久性、使用性、景观性和环保性。对于传统的预应力混凝土小箱梁桥，其自重大，施工期长，大量就地开采砂石材料，虽然材料费低，但对周边自然环境造成破坏和大气粉尘，同时混凝土材料因盐害、中性化、碱骨料反应和冻融等引起的劣化问题是不可回避的问题。对于钢桥，压屈、疲劳、腐蚀、振动、噪音、对温度变化的敏感性等，也是难以回避的问题。而预应力混凝土矮塔斜拉桥结合两种材料的优点，可使结构设计、施工、维修更趋合理并具有全寿命经济性。

1.2 矮塔斜拉桥的构造特征

1.2.1 结构特点

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