宜昌市卷桥河大桥的设计

论文总字数：44029字

摘 要

本次毕业设计的题目为宜昌市卷桥河大桥设计，主要完成的任务为桥梁施工组织设计，桥梁上部结构设计与验算，桥梁下部结构的设计。卷桥河大桥的建成对于方便两岸居民的生活，完善宜昌市公路网布局、加速湖北省高速公路网的形成，都具有极其重要的意义。

设计主要完成桥梁总体规划、梁截面尺寸的拟定、关键截面内力验算、预应力筋配束、施工图设计等一系列问题。本设计选定桥型为预应力三跨连续箱梁桥、跨径为30m 45m 30m，采用贝雷梁钢管支架现浇施工，施工过程分为四步。采用Midas Civil 2012对卷桥河大桥进行有限元建模，设计和选定了模型的材料特性、截面、边界条件、荷载工况以及施工阶段，计算了施工阶段和使用阶段由恒载、汽车荷载、温度荷载、支座位移等作用下结构的内力并进行了内力组合，从而进行主梁的验算。

关键词：预应力；连续梁桥；有限元建模；箱梁；贝雷梁

The design of Yichang Juanqiao River Bridge

Abstract

The topic of the graduate design is the design of Yichang Juanqiao River Bridge. The main task is to collect the hydrogeological date, complete the hydrological calculation, determine the total span of the bridge and the holes of bridge, and finally design the bridge. Yichang Juanqiao River Bridge is of great significance not only for the convenience of residents living on both sides, but also for the layout of the road network in Yichang City and the accelerate the formation of the highway network.

In this graduate design, the master plan of the bridge, the determination of the main dimensions, structure checking and construction drawing should be finished, Three-span continuous prestressed girder bridge is chosen to be the main bridge type and the span is 30m 45m 30m, the construction method is the full support. The finite element model is built with Midas Civil 2012. After the design and determination of material properties, sectional dimensions, boundary conditions, load cases and construction phases, calculate the internal force caused by constant load, moving load, temperature and bearing settlement of the structure, then combine the load. At last, finish the structure checking.

Key words: Prestressed；Continous Bridge；finite element modeling；Girder；Bailey Beam

目录

摘要 I

Abstract II

绪论 1

第一章 设计背景 2

1.1工程概况 2

1.2技术标准 2

1.3方案比选 2

1.4主要材料 3

第二章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定 4

2.1 桥跨结构图示及尺寸拟定 4

2.2 箱梁分段 5

第三章 主梁作用效应计算 6

3.1 恒载 6

3.2 移动荷载 7

3.3 温度荷载 9

3.4 支座沉降 11

3.5 作用效果组合 13

第四章 预应力钢束估算与布置 16

4.1 钢束估计 16

4.2 钢束布置 17

第五章 配束后主梁内力计算及内力组合 19

5.1 预应力损失及有效预应力 19

5.2 配束后主梁内力计算 23

5.3 配束后梁内力组合 26

第六章 主梁的验算 29

6.1 承载能力验算 29

6.2 应力验算 30

6.3 抗裂验算 33

6.4 挠度验算 35

第七章 施工方法设计 37

7.1 临时结构设计支架 37

7.2 贝雷梁与钢管立柱施工工艺及方法 37

7.3 模板施工 42

7.4 钢筋及预埋件施工 42

7.5 混凝土施工 43

7.6 预应力施工 44

结论 47

致谢 48

参考文献 49

绪论

人类在原始时代，利用自然倒下的树木或自然形成的石梁来跨越水道和峡谷，这就是桥梁的雏形。随着时代的发展，木桥，拱桥，吊桥等承载着古代劳动人民智慧结晶的桥梁相继问世。到了近代，随着冶金工业的发展，出现了自重更小跨越更大的铁桥，由此铁桥成为了近代桥梁的主流。然后桥梁界又有几次革新，钢筋混凝土桥梁，预应力混凝土桥梁相继出现，就是为了挑战更大跨度。而本文的设计就是一座三跨预应力钢筋混凝土连续箱梁桥。

连续梁桥因为支点负弯矩巧妙的抵消掉了跨中弯矩，使得内力变得更加均匀，因此连续梁桥具有更好的整体性、结构刚度且行车舒适。作为一种静定桥梁，基础不均匀沉降将在结构中产生附加内力，因此，对桥梁基础要求较高。箱形截面是一种闭口薄壁截面，其抗扭弯矩较大，并且它的顶板和底板面积均比较大，所以可以有效地承担正负弯矩，并满足配筋的要求。而预应力技术可以提高构件刚度，减少变形并提高了结构的抗裂性能，预应力技术的使用大大提高了桥梁的跨度。

本次设计为宜昌卷桥河大桥的主桥设计，主桥为三跨一联的预应力混凝土连续梁（30 45 45），桥宽13米，分为两幅，设计时只考虑单幅的设计。梁体采用单箱单室箱型截面，全梁分为101个单元。鉴于3跨连续梁桥跨度不是特别大，考虑施工方便，梁体采用等高度梁。

本课题要求在胡老师的指导下独立完成毕业设计任务，需要完成桥梁总体布置设计、上部结构的设计与验算，下部结构设计，内力计算，预应力配筋设计，关键截面的结构验算、并要求完成施工图设计。这次毕业设计是对我大学四年专业知识学习的考查，也提升了我对AutoCAD、Midas工程软件的操作能力，并提升了我的绘图能力和翻译水平。

第一章 设计背景

1.1工程概况

江城大道是宜昌路网规划里非常重要的一条快速路。江城大道北接至喜长江大桥，南接夷桥路立交，南北向贯通整个点军区。该路段位于点军区翻坝高速和长江之间，为点军新区的第二条快速路，将串联起至喜长江大桥、夷陵长江大桥、伍家岗长江大桥和宜昌长江公路大桥4座跨江大桥。建成后将大大加强点军区、西陵区、伍家岗区之间的联系。它将与至喜长江大桥、夷陵长江 大桥、伍家岗长江大桥合围形成南岸快速路系统骨架。

卷桥河大桥是江城大道的重要桥梁。江城大道北接点军路大道（K0 800)，南北向贯通整个点军区城区，道路沿线与将军路、点军路、双十路、五龙路、夷桥横路等规划或在建道路相交，工程南止于夷桥路（K6 500)，道路红线宽30～56m，长5700m。道路全线新建2m的中分带，两侧为12m宽沥青混凝土机动车道（主线)。

江城大道（点军大道～夷桥路)段包括6座桥梁与路基，其中卷桥河大桥采用双幅桥布置，单幅桥宽13m，全长660m，卷桥河辅道桥采用双幅桥布置，单幅桥宽9～13m，全长314m，点军路大桥采用双幅桥布置；单幅桥宽13m，全长105m，上述3个桥上部结构均为预应力砼箱梁。

1.2技术标准

1、道路等级：城市快速路；

2、设计车速：60km/h；

3、设计荷载：城市-A级；

4、设计基准期：100年；

5、桥梁宽度：单幅13m；

6、环境类别：Ⅰ类环境；

7、桥面铺装：10cm沥青混凝土 防水层 8cmC40混凝土调平层

1.3方案比选

在跨将军路及卷桥河处的桥梁主跨跨径布置为45m，桥梁上部结构采用3 跨一联的预应力混凝土连续箱梁。最后选择这种方案的原因为：

1. 出于经济和结构安全考虑，这种跨径不大的公路桥优先选用连续梁桥；
2. 根据桥梁施工经验，三跨一联的连续桥梁性价比较高；
3. 预应力混凝土连续梁桥应用范围广，施工工艺成熟，施工设备机械化和构件生产工厂化程度较高，可大大降低工程造价；
4. 预应力混凝土连续梁建造技术成熟，施工及成桥阶段主梁强度、抗裂性能、挠度等更容易满足《规范》要求。

1.4主要材料

本设计所使用的主要材料如下所示：

1. 混凝土

表1-1 混凝土材料表

其技术标准应符合《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D 62-2004）和《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的相关规定。

1. 钢筋

采用R235和HRB335钢筋，其技术标准应分别符合《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）、《钢筋混凝土用焊接钢筋网》（YB/T076-1997）、《钢筋混凝土用热轧圆钢筋》（GB1499.1-2008）。

3、预应力钢绞线

预应力钢绞线应符合《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）的相关规定^[1]。

4、预应力锚具

纵向预应力筋采用AM15系列锚具，其技术标准应符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（JGJ 85-2010）。

5、其他

所以材料必须有国家质检部门的产品质量证明和出厂合格证明。钢材焊接应采用符合规范要求的焊条。支座预埋板采用Q235C钢板，需符合《碳素结构钢》（GB/T700-2006）的相关规定。

支座采用板式橡胶支座，需符合《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T-2004）的相关规定。伸缩缝应满足《公路桥梁伸缩装置》（JT/T327-2004）的规定。

第二章 桥跨总体布置及结构尺寸拟定

2.1 桥跨结构图示及尺寸拟定

2.1.1 上部结构拟定

1、跨度

桥梁跨度受地形、地质等多方面条件的影响，通过经济、施工等多方面的考虑，采用三跨一联的连续箱梁桥。国内外已建成的连续箱梁桥的边跨与主跨的比值大多在0.5~0.8之间，所以本设计的桥梁跨径为30 45 30m。

2、梁高

根据以往经验，预应力混凝土连续梁桥的梁高与跨径的比值大约在1/15~1/25之间，所以这里取2.5m。

3、箱梁顶板厚度

顶板厚度的确定有两个因素：满足布置横向预应力钢束的要求和满足桥面板横向弯矩的要求。本设计中顶板厚度是变化的，翼缘处取2m，与腹板交接处取4.8m。

4、腹板厚度

梁腹板厚度的确定主要是满足混凝土抗剪的要求，同时还有考虑为普通钢筋和预应力钢筋的布置留下空隙。这里端部截面的腹板厚度取700m，跨中截面的厚度取500m。

5、底板厚度

箱梁底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，一般情况下底板厚度取梁高的1/10~1/12，由于要考虑端部预应力钢束锚固，所以跨中截面底板厚度为250mm，端部截面底板厚度为550mm。

2.1.2 结构图示

立面形式

本桥采用贝雷梁钢管立柱施工方案，由于本桥单跨跨度不大，考虑施工方便和经济性，采用等截面箱梁。

图2-1 主桥立面布置图

截面形式

本桥截面采用单箱双室结构，具有良好的抗弯和抗扭性能。截面底板和顶板承受正负弯矩，腹板主要承受结构剪力引起的拉应力，在腹板与顶板底板相交处要设置梗腋。梗腋可以有效提高截面的抗弯和抗扭刚度，减少次应力，并能提供更多的空间给预应力钢筋。下图为箱梁横断面布置图。

图2-2 跨中截面图

图2-3 端部截面图

2.2 箱梁分段

2.2.1 分段原则

箱梁分段主要按照截面形式进行分段，箱梁分段完成后要进行单元划分编号。

2.2.2 箱梁分段

箱梁按截面分，分别为跨中截面，端部截面，端部变跨中，跨中变端部，边跨还有端部截面支座外侧部分。3跨总计101个单元，这里以第一跨举例说明。

其中1-2为端部截面，3-4为端部变跨中截面，5-26为跨中截面，27-28为跨中变端部截面，29为端部截面。其中1号截面0.5m，2号截面为1.05m，3,4,27,28,29为1.25m，5-26大约为1m。

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