论文总字数：31070字

摘 要

本文运用Midas Civil 软件，对五源河大桥的上下部结构进行了设计验算。颍河大桥上部结构为三跨预应力混凝土变截面连续箱梁桥，跨径组成为42.88 60 42.88m，桥面宽52米。主桥上部结构箱梁采用满堂支架浇筑施工。

首先根据五源河大桥的设计施工图纸，将大桥上部结构进行离散，在Midas Civil 中建立全桥有限元杆系模型，包括根据大桥的预应力钢束布置图，计算整理出各根预应力钢束的坐标，并将预应力钢束形状输入模型当中，并设定好边界条件。再根据大桥采用的满堂支架浇筑施工方法，在Midas Civil 模型中对整个施工过程进行模拟计算，包括给建好的全桥模型施加恒载、预应力荷载、二期恒载等施工荷载，分阶段模拟实际施工过程，计算分析各阶段的受力状态。

计算完成后即可查看全桥上部结构各部分的受力和位移，仔细查看计算结果，无误后即可对模型进行PSC设计。PSC设计内容包括承载能力极限状态和正常使用阶段的各项验算：正截面、斜截面承载力计算；短暂、持久状况应力计算；正截面、斜截面抗裂性验算和变形计算。已完成的计算结果表明，该桥各项设计内容均符合设计规范要求。[8]

最后根据下部结构的图纸，验算五源河大桥下部结构的荷载内力计算及桥墩和桥台的计算。

关键词：连续梁桥、满堂支架施工、荷载、使用状态、承载力

Abstract

In this paper,I use the software of Midas Civil to design and check the superstructure and substructure of special Wuyuan River Bridge.The superstructure of Wuyuan River Bridge is the variable cross-section of the three-span prestressed concrete continuous box girder bridges, the span is composed of 42.88 60 42.88 m and the width is 52m. Main Bridge box girder used full support pouring construction

First, according to the the design of the special Wuyuan River bridge construction drawings, I dispersed the bridge superstructure, funded the full-bridge Finite element truss model in the Midas Civil, which including the calculation and finishing of the coordinates of each root of prestressed steel beam from the prestressed steel beam layout of bridge, and the prestressed tendons that shape the input model,and the settingof the boundary conditions.Then,according to the using of the full support pouring construction methods for the bridge, I made the simulation of bridge throughout the construction process in the Midas Civil model.Including impose the constant loads, prestressing loads, two stage constant load and other construction loads on the finished full-bridge model,and simulate the actual construction process in stages,and computational analyze the various stages of the stress state.

When the calculations were completed,I can view the full-bridge structure of the department in various parts of the force and displacement.After looking carefully at the calculations, and then correct to the model PSC design. PSC design elements, including the ultimate limit state and the normal use of the checking stage,as the bearing capacity calculation of normal section and oblique section,the short and lasting situation of stress calculation,diagonal cracking checking of normal section and oblique section,and the deformation calculation. The calculated results show that the completed bridge the various design elements are in line with design specifications.

Finally, according to the drawings of substructure, checking the load internal force calculation of the substructureof WuyuanRiver Bridge and the calculation of piers and abutments.

Key Words:Continuous beam bridge, Full support construction,Load,Use of state, Capacity,

目录

摘要 I

Abstract II

一、设计概况 1

1.1工程简介 1

1.2技术标准 1

1.3设计依据 2

1.4主要材料 2

二、桥梁有限元建模 3

2.1有限元计算 3

2.2具体分段与建模过程 3

三、桥梁上部结构分析计算 5

3.1 主桥内力计算 5

3.1.1施工阶段恒载内力 5

3.1.2使用阶段内力 6

3.2持久状况承载能力极限状态计算 9

3.2.1抗弯承载力验算 9

3.2.2抗剪承载力验算 11

3.3持久状况正常使用极限状态计算[4] 13

3.3.1正截面抗裂性验算 13

3.3.2斜截面抗裂性验算 15

3.3.3挠度计算 17

3.4持久状况及短暂状况应力计算 18

3.4.1 混凝土压应力验算 18

3.4.2 预应力钢筋拉应力验算 20

四、桥梁下部结构计算分析 22

4.1荷载内力计算 22

4.1.1桥台荷载内力计算结果 22

4.1.2桥墩荷载内力计算结果 27

4.2桥台计算 30

4.2.1桥台台帽局压计算及支座设计承载力计算 30

4.2.2桥台桩基础计算 31

4.2.3桥台台帽顶水平位移计算 37

4.3桥墩计算 39

4.3.1墩顶局部承压计算及支座设计承载力计算 39

4.3.2桥墩桩基础计算 40

致谢 43

参考文献 44

一、设计概况

1.1工程简介

海口市绿色长廊二期工程北起西海岸滨海大道，南至南海大道，内侧为双向6车道，外侧为非机动车道和人行道，全长5.37公里。五源河段道路起点桩号为K1 100，终点位于K1 800，全长700米，跨越五源河。考虑到使用功能、与周边环境的协调、建设养护成本以及工程造价，上部结构采用变截面预应力混凝土连续梁，满堂支架施工。

五源河主桥跨径布置为42.88m 60m 42.88m（见图1），跨中梁高1.8m，中支点处梁高3.5m，梁高变化采用二次抛物线。单幅桥面布置为：3m人行道 6m非机动车道 2m绿化带 12m车行道 0.5m防撞护栏 2.5m分隔带。单幅横断面采用单箱五室形式，单幅宽26m，双幅桥面全宽52m（见图2）。河道与线路斜交角为135°，左右幅在线路纵向有错位，斜桥正做，以适应河道及流水方向。

下部结构采用矩形双柱式桥墩，墩间用横系梁连接。桥墩基础为3×3根直径为1.5m的钻孔灌注桩，桩顶设4m厚承台。桥台采用扶壁式台，每座桥台设6道扶壁，一道胸墙。桥台处设置桥头搭板，长度为8m。

绿色长廊二期建成后将接通南海大道与滨海大道，更好地带动周边旅游、经济的发展，意义重大。

图1 五源河大桥（单幅）立面图（单位：cm）

1.2技术标准

1．汽车荷载等级：公路-I级，人群荷载：3.45kN/m²；

2．桥梁设计使用年限：100年；

3．结构安全等级：一级；

4．设计洪水频率：1/100；

5．通航要求：无通航要求；

6．桥面横坡：0.015；

7．桥面铺装：80mm沥青铺装 80mm钢筋混凝土铺装。

1.3设计依据

1．《公路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土结构设计规范》（JTG D62-2004）；

2．《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）；

3．《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041-2000）；

4．《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）；

5．《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）；

6．《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；

7．《公路勘测规范》(JTG C10-2007)；

8．《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T 4-2004)；

9．《公路桥梁伸缩装置》(JT/T 327-2004)；

10．《预应力混凝土用钢绞线》GB/T 5224-2003；

11．《公路沥青路面设计规范》(JTG D50-2006)；

12．《公路交通安全设施设计规范》(JTG D81-2006)；

13．《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)；

14．工程建设标准强制性条文(公路工程部分)。

1.4主要材料

混凝土：

主桥箱梁：C50混凝土

钢筋：

l.普通钢筋采用R235光圆钢筋和HRB335带肋钢筋。具体要求参见规范。

2.预应力钢绞线采用符合GB/T5224－2003规定的高强低松弛钢铰线，公称直径d=15.2mm，截面面积140 ，钢铰线标准强度fpk =1860Mpa，锚下张拉控制应力为。

3.锚具：锚具采用OVM系列锚具用其配套设备，主桥纵向预应力束采用OVM15-13和OVM15-10，OVM15-10P锚具。

二、桥梁有限元建模

2.1有限元计算

有限元的计算方法是把连续的结构离散成有限的单元，再在单元中设置有限个节点，将连续体只看成在节点相连接的单元的集合体。再利用力学中的变分原理去建立以求节点而建立的有限元方程，从而达到模拟真实系统的计算。根据选用的满堂支架施工法，对上部箱梁进行施工分段分析。

主要的施工步骤是：

1. 施工桥墩台基础及承台、墩身；
2. 打入管桩，搭设全桥支架，并对支架进行1:1.2超载预压，要求支架预压不少于7天，且最后三天累计沉降量不大于3mm后方可浇筑混凝土；
3. 浇注主梁混凝土，按从跨中到支点的顺序浇注；
4. 待箱梁混凝土达到95%以上强度，养生期不小于7天后，张拉预应力钢束；
5. 施工桥台背墙及耳墙，安装梁端伸缩缝，拆除模板及支架，桥梁整体落架在支座上，施工桥面铺装。

2.2具体分段与建模过程

大桥采用满堂支架法施工，包括支架、现浇段、一次落架等，共3个施工阶段，整桥上部结构划分为175个单元。本毕业设计利用的是MIDAS CIVIL进行有限元的计算。建模过程大致如下：

a.首先定义材料和截面特性值，在Auto CAD中画好横截面的形式，保存为DXF格式，运用MIDAS特有的截面特性计算器来导入截面形式，并计算截面的特性；

b.建立节点和单元，画出桥梁结构的立体模型；

图2桥梁结构图

c.建立边界条件，本毕业设计中是连续梁桥；

d.定义静力荷载工况：自重荷载、二期恒载、温度荷载、温度梯度荷载等；

e.输入钢束预应力荷载，首先定义钢束的特性值，在计算所有钢束的坐标值，然后逐根输入钢束的形状，大概布置一半的横截面面积，另一半横截面采用复制功能复制钢束，最后张拉预应力钢束，分清是两端张拉还是一端张拉；

f.定义移动荷载，首先选择中国规范，定义车辆和人群荷载，然后定义车道和人行道，输入车道偏心距和桥梁跨径，然后将车辆和人群荷载布置到车道上；

g.定义普通的截面钢筋，并定义施工阶段；

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