摘 要

本文为十堰市张湾区方滩堵河（60 110 60）m连续刚构特大桥上部结构计算书，主要内容为连续刚构特大桥上部结构的设计及验算。我在本次设计中运用了Midas/Civil有限元分析软件，它是在建立模型的基础上进行运算分析的软件。本文的主要内容是研究设计基础资料、桥梁方案比选、确定桥跨布置、结构尺寸拟定、施工阶段划分、Midas建模、荷载内力计算、预应力钢束设计及验算、次内力计算、截面验算等工作，最终完成该连续刚构桥的上部结构计设计。本方案上部结构为（60 110 60）m三跨变截面预应力混凝土连续刚构特大桥，全长230.0m，桥宽12.0m，桥宽布置为1.5m(人行道） 9.0m(行车道） 1.5m(人行道），单箱单室截面，主桥采用的施工方法为悬臂施工法。连续刚构桥能够充分利用起高强度材料，构件截面小，跨越能力强，能够充分满足堵河河谷河谷山高谷深的地势特点。变截面梁满足通航的需要也能令桥梁显得柔和美观。桥墩为双肢等截面实心薄壁墩，连续刚构桥的桥墩选择必须采用柔性桥墩，因为这样可以通过柔性墩的摆动来适应主梁的水平变形，连续刚构体系的抗震性能好，各个墩都能分担水平地震力。

关键词：连续刚构桥；Midas/Civil；悬臂施工法 ；上部结构设计；预应力；变截面

Abstract

This paper is a calculation of the superstructure of a continuous rigid frame bridge，the span of this bridge is (60 110 60)m.The main contents are the design and calculation of the superstructure of the continuous rigid frame bridge. In this design, I used the Midas/Civil finite element analysis software, which is the software to perform operation analysis based on the model. The main content of this paper is to design basic data, selected the bridge scheme, and determine the span arrangement, structure size, construction phase partitioning, use Midas to prestressed steel beam modeling, load internal force calculation, internal force calculation, section calculation work and so on, finally complete the continuous rigid frame bridge of the upper structure design. This scheme the upper structure has three variable cross section of prestressed concrete continuous rigid frame bridge, the total length is 230.0 m, the wide of the bridge is 12.0 m, bridge arrangement of it's width is 1.5 m (pavement) 9.0 m (driveway) 1.5 m (pavement), single box and single chamber section, the main construction method is cantilever construction. Continuous rigid frame bridge could make full use of high strength material, it's member sections are small, and it's spanning ability is strong, so it meets the mountain terrain characteristics of high deep valley of the Hanjiang river .Non-uniform beam can also make Bridges look softly and beautiful. The bridge pier is a solid thin-walled pier with double limbs, and the continuous rigid frame bridge can use the flexibility of the main pier to adapt to the longitudinal deformation of the bridge. Continuous rigid frame system's seismic performance is good, each block can share the horizontal seismic force.

Key word： Continuous rigid frame bridge; Midas/Civil; Cantilever construction method; Design of the upper structure; Prestress; Variable cross-section

目录

第一章 绪论 1

1.1 连续刚构桥概述 1

1.2 毕业设计的目的和意义 2

第二章 设计基础资料及设计说明 3

2.1设计基础资料 3

2.1.1 地形地貌 3

2.1.2 气象 3

2.1.3 水文地质条件 3

2.1.4 工程地质条件 4

2.2设计说明 4

2.2.1 设计规范 4

2.2.2 技术标准 4

第三章 桥梁的方案设计 6

3.1 桥型设计方案比选 6

3.1.1 方案一：连续梁桥 6

3.1.2 方案二：连续刚构桥 6

3.1.3 方案三：单塔斜拉桥 7

3.1.4 方案比选 7

3.2 主要材料 8

3.2.1 混凝土 8

3.2.2 钢材 8

3.2.3 其他材料 9

3.3 主桥上部结构施工方案 9

3.4 桥跨总体布置 10

3.4.1 桥跨布置 10

3.4.2 施工方法的选择 10

3.4.3 主桥施工阶段的划分 11

3.4.4 Midas中单元的划分 11

3.5 结构尺寸的拟定 12

3.5.1 主梁高度 12

3.5.2 细部尺寸 12

3.6 配筋的拟定 14

第四章 Midas/Civil建模 15

4.1建模过程 15

4.1.1 设定操作环境 15

4.1.2 定义材料 15

4.1.3 建立节点 16

4.1.4 单元的建立 17

4.1.5 定义截面 17

4.1.6 定义变截面 18

4.1.7 定义变截面组 19

4.1.8 定义结构组 20

4.1.9 定义时间依存材料特性 20

4.1.10 定义边界条件以及边界组 22

4.1.11 定义荷载组 22

4.1.12 建立静力荷载工况 23

4.1.13 建立移动荷载工况 24

4.1.14 定义预应力钢束特性及布置钢束形状 25

4.1.15 设定施工阶段 27

4.2 Midas分析过程 27

4.2.1 生成荷载组合 27

4.2.2 模型结果图 28

4.2.3 进行PSC设计 29

第五章 结构内力计算 31

5.1 各节点截面箱梁高度 31

5.2 恒载内力计算 31

5.2.1 结构自重下的内力 31

5.2.2 主梁内力包络图 32

5.2.3 二期恒载作用下的内力 33

5.3 移动荷载下内力 34

5.4 支座位移引起的内力 36

5.5 温度变化引起的内力 38

5.6 荷载内力组合 40

5.7 次内力计算 42

5.7.1 徐变次内力计算 42

5.7.2 温度次内力计算 42

5.7.3 支座不均匀沉降次内力计算 43

5.7.4 预应力次内力计算 44

第六章 预应力钢束设计 45

6.1 预应力钢束的估算 45

6.2 纵向预应力钢束的布置 46

6.2.1 纵向预应力钢束的布置原则 46

6.2.2 纵向预应力钢束布置 46

6.3 预应力钢束应力损失 49

6.3 预应力钢束有效应力 52

第七章 截面验算 55

7.1 内力组合 55

7.1.1 正常使用极限状态短期效应组合 55

7.1.2 正常使用极限状态长期效应组合 55

7.1.3 承载力极限状态基本组合 56

7.1.4 弹性阶段应力组合 57

7.2 承载能力验算 58

7.2.1 正截面抗弯承载能力验算 58

7.2.2 受压区高度验算 59

7.3 抗裂性验算 59

7.4 持久状况预应力混凝土构件压应力验算 60

7.5 施工阶段混凝土构件压应力及拉应力验算 64

7.6 挠度验算 65

第八章 毕业设计总结 66

参考文献 67

致谢 68

第一章 绪论

1.1 连续刚构桥概述

目前国内所设计出来的主流桥型包括连续梁桥、连续刚构桥、斜拉桥等，在我的这次设计中，我选择了预应力混凝土连续刚构桥作为我的桥型，它具有很多优点，其中就包括了结构受力特性好、造型简单美观、抗震能力强、养护工作少。

我国桥梁界中，连续刚构桥的设计推广可从上个世纪70年代算起，通过几十年的发展，桥梁的跨径变得越来越大，桥梁结构体系日渐变得系统。如果整桥设计计算合理，因地制宜，加上桥梁设计工程师的创造性想法，会让整座桥梁上下部结构尺寸合理，而协调的尺寸比例，就会使得大桥整体雄伟壮观、气势恢宏，并且符合经济实用、科学合理更重要的是适合工程所在地的地质要求以及各种严苛的条件。连续刚构桥上部结构轻型化，减少了墩梁受力，从而增加了大桥的跨越能力，也节省了材料，这是桥梁发展的一个重大方向。目前大跨度连续刚构桥日益采用高强材料，高墩采用薄壁结构，因此桥梁截面尺寸大而高度小，并且在跨越深山峡谷或大江大河时，桥墩的设计高度能够更大。

预应力混凝土技术自从上世纪50年代被引入中国后，就被很广泛的应用于房屋建筑，道路桥梁以及其他特殊结构物的设计建造中。预应力混凝土的刚度大、抗裂性好，能够降低甚至于消除使用荷载下构件产生的挠度，所以使用预应力混凝土构件能够显著提升桥梁结构的跨度；预应力混凝土材料提高了构件的抗剪承载力，预压应力技术延缓了构件斜裂缝的产生，增加了构件剪压区的面积，从而能够提高构件的抗剪承载力。预应力混凝土技术能够显著提高构件的抗疲劳强度，预应力混凝土能减低结构中的应力循环的幅度，从而增加疲劳寿命。我国在预应力混凝土技术使用的发展方面达到了很高的成就，目前我国修定了一批预应力混凝土的设计、生产、使用的规范并制定了一批产品的标准。综合国内外预应力混凝土的研究热点，我发现未来随着预应力混凝土以及材料科学的深入发展，范围不断扩大，未来会研究出自重轻、强度高、弹性模量大的新型预应力混凝土材料，从而为国家发展、公共基础设施的建设提供更大的动力。

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