巢河钢混组合连续梁桥上部结构设计

论文总字数：84763字

摘 要

本文主要对一座钢-混凝土组合连续弯梁桥进行了计算与分析。

本文中的钢—混凝土组合连续桥梁源于实际工程，其原型是安徽省裕溪河特大桥北引桥一号桥，本项目起点顺接北沿江高速公路马鞍山至巢湖段终点，设置巢湖枢纽互通立交连接合巢芜高速公路；终点在塔桥设T型枢纽互通立交连接规划的铜陵长江公铁大桥公路接线。

本文针对该引桥的上部结构，利用MIDAS/Civil软件对桥梁进行了施工阶段与成桥状态下的建模、计算与分析。

本文主要对该桥进行了下列验算：（1）持久状况正常使用极限状态下的正应力、剪应力、抗裂性、变形验算；（2）持久状况承载能力极限状态下的塑性抗弯承载力、弹性抗弯承载力、塑性抗剪承载力、弹性抗剪承载力验算；（3）短暂状况的应力验算；（4）抗剪连接件的验算。

本文的分析方法与思路如下：

首先，利用MIDAS/Civil软件，采用有限元方法按梁单元建立计算模型，求出组合梁桥各控制截面在自重荷载作用下的内力，以及各控制截面在支座沉降作用、混凝土收缩与徐变等恒载作用下的内力；

其次，采用影响线加载的方法求出各控制截面在汽车荷载等作用下的活载内力，并与前面求出的各种内力进行荷载内力组合；

再次，利用上面求出各种内力组合，进行桥面板的设计计算，包括验算截面的应力、抗裂性、变形、承载能力等；同时还进行了抗剪连接件的验算。

最后，完成该桥的施工图8份，主要包括：①桥形布置图（包括立面及平面图）；②标准横断面图；③桥面板的构造及配筋图×2；④纵梁立面布置图×2；⑤桥面板钢筋布置图；⑥桥墩一般构造图。均通过AutoCAD绘出。

关键词：组合桥梁；连续梁桥；弯桥；结构计算分析；MIDAS/Civil

Abstract

This paper mainly analyzed a steel - concrete composite continuous bridge

The steel - concrete composite continuous bridge derived from the actual project, which located in Yuxi River, Anhui Province.

In this paper, I built the finite element model in MIDAS / Civil softwar according to the construction phase. And then I did some calculation and analysis about that bridge.

In this paper, the following checking and calculations were made about the bridge: (1) normal stress checking, shear stress checking, deformation checking under the normal ultimate state of persistent conditions; (2) plastic flexural capacity checking, elastic flexural capacity checking, plastic shear capacity checking, elastic shear capacity checking under the bearing capacity limit state persistent condition under the ultimate limit state of persistent conditions; (3) stress checking under transient conditions; (4) checking of the shear connector .

Analytical methods and ideas of this paper are as follows:

Firstly, I used MIDAS/Civil software to build the model, using the finite element method according to space of bar system element for modeling computational problems, find the internal force of the control section of bridge under the structure weight, as well as the temperature gradient load, and the seat sedimentation load;

Secondly, using the method influence line load to obtain internal force of the control section of bridge under the Vehicle load, and combined with the front load calculated ;

Again, using the above combination of various internal forces calculated to do the check, including checking deformation, stress and load capacity;

Finally, to complete eight construction figures of the bridge, including: ① bridge layout; ②standard cross-sections diagram; ③bridge deck construction and reinforcement diagram; ④ girder elevation layput; ⑤ reinforcement layout; ⑥ pier structure diagram, which are CAD drawings.

Keywords: steel - concrete composite bridge; continuous beam bridge; structural calculation and analysis; curved bridge; MIDAS/Civil

目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

主要符号对照表 VII

钢-混凝土组合梁部分 VII

第1章 引言 1

1.1 本课题的背景与意义 1

1.1.1 背景 1

1.1.2 意义 1

1.2 本课题关键问题及难点 2

1.2.1 关键问题 2

1.2.2 难点 2

1.3 本课题概况 3

1.3.1 工程背景 3

1.3.2 主梁细部构造 4

1.3.3 设计依据及说明 6

1.3.4 设计步骤及内容 13

1.4 本章小结 13

第2章 钢-混凝土组合结构简介 14

2.1 组合结构概述 14

2.1.1 组合结构的基本概念 14

2.1.2 组合结构的历史回顾和发展现状 14

2.2 钢-混凝土组合梁概述 15

2.2.1 组合梁的发展概况 15

2.2.2 组合梁的基本概念 18

2.2.3 钢-混凝土组合梁的特点 19

2.3 钢-混凝土组合梁桥设计的基本原则和方法 20

2.3.1 基本原则 20

2.3.2 计算方法 21

2.4 本章小结 23

第3章 有限元计算模型的建立 24

3.1 建立模型 24

3.1.1 节点与单元 24

3.1.2 材料与截面 26

3.2 边界条件 30

3.2.1 永久约束 30

3.2.2 临时支承 31

3.3 施工阶段模拟 31

3.3.1 定义施工阶段 31

3.3.2 施工阶段联合截面 33

3.4 施加荷载 35

3.4.1 静力荷载 35

3.4.2 汽车荷载 37

3.4.3 支座沉降作用 38

3.5 电算结果分析 38

3.5.1 截面几何性质 38

3.5.2 剪力分布图 39

3.5.3 弯矩分布图 42

3.5.4 内力包络图 46

3.6 内力汇总表 47

3.7 本章小结 48

第4章 持久状况承载能力极限状态验算 49

4.1 塑性抗弯承载力验算 49

4.1.1 荷载作用基本组合 49

4.1.2 混凝土翼板有效宽度 50

4.1.3 截面几何性质的计算 53

4.1.4 钢梁密实截面的判定 56

4.1.5 塑性抗弯承载力 58

4.2 弹性抗弯承载力验算 61

4.2.1 正弯矩区段的弹性抗弯承载力 61

4.2.2 负弯矩区段的弹性抗弯承载力 62

4.3 抗剪承载力验算 64

4.3.1 塑性抗剪承载力 64

4.3.2 弹性抗剪承载力 64

4.4 本章小结 64

第5章 持久状况正常使用极限状态验算 65

5.1 正应力验算 65

5.1.1 正弯矩区段正应力验算 65

5.1.2 负弯矩区段正应力验算 67

5.1.3 长期荷载作用下跨中截面正应力验算 69

5.2 剪应力验算 71

5.2.1 钢梁截面重心处的剪应力（点1） 72

5.2.2 合成截面重心处的剪应力（点2） 72

5.2.3 混凝土翼板的弯曲剪应力 73

5.3 变形（挠度）验算 74

5.3.1 刚度验算 75

5.3.2 预拱度的设置 75

5.4 抗裂性与裂缝计算 76

5.5 本章小结 78

第6章 短暂状况验算 79

6.1 正弯矩区段正应力验算 79

6.1.1 第一受力阶段 79

6.1.2 第二受力阶段 80

6.2 负弯矩区段正应力验算 80

6.2.1 第一受力阶段 81

6.2.2 第二受力阶段 81

6.3 本章小结 82

第7章 抗剪连接件验算 83

7.1 设计资料 83

7.1.1 设计材料 83

7.1.2 栓钉布置 83

7.1.3 几何性质 84

7.2 栓钉连接件的抗剪设计承载力 86

7.2.1 试验公式 86

7.2.2 规范给出的公式 87

7.2.3 按照弹性理论分析的计算公式 87

7.3 连接件的设计方法 88

7.3.1 连接件的弹性设计方法 88

7.3.2 连接件的塑性设计方法 89

7.4 按照弹性理论验算 91

7.4.1 正弯矩区的抗剪连接件验算 91

7.4.2 负弯矩区的抗剪连接件验算 94

7.5 按照塑性理论验算 96

7.5.1 正弯矩区的抗剪连接件验算 96

7.5.2 负弯矩区的抗剪连接件验算 97

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