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摘 要

预应力混凝土连续箱梁桥在工程实践中被较多使用。其原因主要是其优良的使用性能及施工效率。平衡悬臂技术在连续梁中的应用使其技术优点更加明显。

本文以实际工程为依托，利用现有的工程资料，通过对三种桥型方案的实际比选，综合地质水文条件、施工周期、施工方法，最终选定42.561m 70m 42.561m的三跨变截面预应力混凝土连续箱梁桥的方案。采用平衡悬臂法作为上部结构的主要施工方法。以零号块为起点分段浇筑混凝土块，在浇筑完成后分段张拉相应的预应力钢束。在支架上现浇边跨进行边跨合龙，最后中跨合龙。

使用MIDAS对桥梁结构进行设计分析，根据分析结果进行预应力钢束的布设。布设完成后，由于结构超静定，还需考虑其他作用对桥梁上部结构的影响，按照规范要求选取不同极限状态下的荷载组合对桥梁上部结构进行验算分析，以确认桥梁是否满足要求。

通过有限元软件的模拟分析，提出设计中存在的不足并进行改进，绘制相应的施工图纸。

关键词：连续梁桥；施工方法；有限元模拟；预应力钢束；荷载组合

Designing of long-span prestressed concrete
continuous girder bridge

Supervised by Liu Qiwei

21713240 Xiao Hong

Abstract

Prestressed concrete continuous girder bridge is widely used in engineering because of its outstanding operating characteristic. The use of balanced cantilever erection makes its advantage clearer.

Relying on the actual project and using the existing engineering data, we make three kingd of bridge types which can be used here. And through the comparion of geographic conditions, construction method and construction period, ultimately the 42.56m 70m 42.56m prestressed concrete continous girder bridge was selected. The selected bridge is three-span prestressed concrete continuous box girder with variable cross-section using balanced cantilever erection to cast concrete by phases.

Using MIDAS— a kind of finite element analysis software to analyse internal force of the bridge. Load combination is carried out according to the requirements of the code. Laying of prestressed steels in different construction stages can be made after the loading combination. After the completion of the layout, considering the effect of concrete shrinkage and creep, settlement, temperature, secondary internal force of prestressed steel to the superstructure to make sure the superstructure of the bridge can meet requirements.

Deficiency and improvement methods should be put forward through finite element analysis and drawing the corresponding construction drawings.

Key words：continuous girder bridge ; balanced cantilever erection; finite element analysis; prestressed steel strand

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 预应力混凝土连续梁桥简介 1

1.2 预应力混凝土连续梁桥特点 1

1.3 平衡悬臂施工法的应用 1

1.3.1 平衡悬臂施工法 1

1.3.2 平衡悬臂施工法特点 2

1.4 本文主要工作 2

第二章 设计说明 3

2.1 工程概况 3

2.1.1 地质概况 3

2.1.2 技术标准 3

2.1.3 设计规范 3

2.2 主要材料 4

2.3 设计相关参数 4

2.4 本章小结 5

第三章 方案设计及比选 6

3.1 设计及比选原则 6

3.1.1 方案设计基本要求 6

3.1.2 方案比选一般原则 6

3.2 方案设计与比选 7

3.3 本章小结 7

第四章 立面与横断面设计 9

4.1 立面设计 9

4.2 横断面设计 9

4.3 本章小结 10

第五章 静力性能仿真分析 11

5.1 MIDAS仿真分析模型 11

5.1.1 材料特性 11

5.1.2 截面特性 11

5.1.3 边界条件与边界组 12

5.1.4 计算荷载 13

5.2 施工阶段划分 13

5.3 本章小结 13

第六章 主梁内力计算 15

6.1 模型合理性的验证 15

6.2 结构恒载内力计算 16

6.2.1 边跨现浇合龙阶段 16

6.2.2 中跨合龙阶段 16

6.2.3 施加二期恒载后 17

6.3 活载内力计算 18

6.4 结构次内力计算 20

6.4.1 温度次内力 20

6.4.2 支座沉降次内力 23

6.4.3 收缩徐变次内力 24

6.4.4 预加力引起的内力及次内力计算 27

6.5 荷载组合 27

6.6 本章小结 28

第七章 预应力钢束 29

7.1 预应力钢束估算 29

7.1.1 正截面抗裂性要求 29

7.1.2 最小配筋率的要求 30

7.1.3 使用MIDAS进行估算分析 30

7.2 预应力钢束布置 32

7.3 预应力损失及有效预应力计算 33

7.4 预加力引起的内力计算（钢束一次） 34

7.5 预加力引起的次内力计算（钢束二次） 35

7.6 本章小结 37

第八章 结构验算 38

8.1 持久状况承载能力极限状态验算 38

8.1.1 正截面抗弯承载能力验算 38

8.1.2 斜截面承载能力验算 39

8.2 持久状况正常使用极限状态验算 41

8.2.1 抗裂验算 42

8.2.2 挠度验算 43

8.3 应力验算 45

8.3.1 短暂状况的应力验算 45

8.3.2 持久状况的应力验算 48

8.4 手算结果校核 51

8.4.1 短暂状况应力 51

8.4.2 持久状况应力 52

8.5 本章小结 54

第九章 总结与反思 55

9.1 总结 55

9.2 反思与改进 55

致谢 56

参考文献 57

绪论

预应力混凝土连续梁桥简介

将简支梁梁体在支点上连续就形成了连续梁桥。其自重小、刚度大、变形小、抗裂性能好等特点使得其有着较好的行车舒适度。也正因为此，在跨度在100m～300m范围内的公路、铁路桥中，这种桥型常被使用。钢桥的设计施工中最早用到了悬臂施工法。上个世纪60年代，我国开始将这种施工方法引入到了预应力混凝土桥中。正是这个改变，使得大跨径的混凝土梁桥从过往的单纯使用预制配装和支架现浇的施工方法中脱离出来，大大提升了其施工效率。

可以说，没有悬臂施工法就没有现代的预应力混凝土连续桥梁。如今，伴随着科学技术的发展，特别是材料行业的进步：诸如高强钢筋、高强混凝土等新兴材料不断被研发，加之当今科学化的施工管理与施工监控，预应力混凝土连续梁桥的跨径也在不断提高。目前，从使用的数量上来说，连续梁桥在实际工程中使用较多，仅次于简支梁^[1]。

预应力混凝土连续梁桥特点

根据力学知识可知简支梁桥在均布荷载作用下跨中位置产生最大的正弯矩。而与此不同，均布荷载作用下，连续梁桥在支点产生了较大的负弯矩而跨中正弯矩则明显减少。将其弯矩图和同样跨径的悬臂梁桥相比，能够发现两者的弯矩相差不大。由于采用平衡悬臂法，因此在桥梁结构合龙之前，结构的受力与悬臂梁一致。然而，结构合龙之后，二期恒载及活载的受力则是作用于连续梁上。

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