论文总字数：40660字

摘 要

波形钢腹板桥梁作为一种受力性能良好、节省材料的新式连续梁桥，正在越来越多的应用到实际工程当中。本设计则针对某座单箱双室的波形钢腹板桥来进行建模、模拟与验算。

本设计所计算的桥梁结构形式为三跨连续组合箱梁桥，跨径布置为100m 160m 100m，主梁为单箱双室的波形钢腹板组合箱梁截面，单幅桥梁梁宽23.55 m，底板宽17.5m，桥墩墩顶梁高9.50m，跨中梁高4.20m，主梁梁高采用1.7次抛物线变化。本设计通过 Midas 软件对目标大桥上部结构进行有限元建模，进行施工过程模拟并按照规范要求对主梁的承载能力、应力、变形、波形钢腹板的抗剪强度、抗剪稳定性进行验算。Midas 模型合理模拟了挂篮悬臂浇筑的施工方法。各项验算结果表明，大桥在现行规范公路-Ⅰ级荷载作用下，主梁的承载能力、应力、变形、波形钢腹板的抗剪强度和抗剪稳定性等方面均满足规范要求。

关键词：波形钢腹板桥梁、有限元仿真模拟，单箱多室效应。

Design of single box double chamber corrugated steel web plate continuous girder bridge

05111205 Zhou Kai

Supervisor:WenMing Zhang

Abstract

As a well-stress performance, material-saving continuous girder bridge, Corrugated steel web plate Bridges are more and more applied to practical engineering. This design use a single box double chamber of corrugated steel web plate bridge to model, simulate and calculate.

The bridge structure form of the design is a combination of three spans continuous box girder bridge, span arrangement for 100 m 160 m 100 m, Single box girder cross section for the chamber of the corrugated steel web coMPosite box girder, breadth of Single bridge beam is 23.55 m. bottom width is 17.5 m. height of ridge pier top beam is 9.50 m, the height of the mid-beam is 4.20m. the height of Main girder changes by the 1.7 parabola. The design of finite element modeling of target bridge upper structure use software Midas to simulate the construction process and calculate the bearing capacity, stress and deformation of the girder by the specification requirements as well as the shear strength and shear stability calculation of corrugated steel web plate. Midas simulate the hanging basket cantilever pouring construction method reasonablely.The calculation results show that under the the specification level highway-Ⅰload , the bearing capacity of the girder, stress, deformation and shear strength of corrugated steel web plate and shear stability, etc, can satisfy the requirements of specification.

Keywords: corrugated steel web plate bridge, finite element simulation, the effect of single box chamber.

目 录

第一章 结构概述 7

1.1波形钢腹板箱梁桥的结构构造 7

1.2波形钢腹板箱梁桥的技术优势与不足 7

1.3波形钢腹板桥梁的应用与研究现状 9

1.3.1研究现状 9

1.3.2应用现状 9

1.4毕业设计的主要工作 10

第二章 波形钢腹板桥梁杆系有限元仿真模拟 12

2.1设计资料 12

2.1.1工程概况 12

2.1.2主要技术标准和设计基础资料 12

2.1.3主要材料 12

2.1.4 设计依据的规范 13

2.2结构模型及基本参数取值 13

2.2.1混凝土箱梁构造 13

2.2.2 波形钢腹板构造 13

2.2.3预应力体系 14

2.3 桥梁结构有限元模型 14

2.3.1 模型建立的简化与假定 14

2.3.2 桥梁立面 14

2.3.3单元截面 15

2.3.4材料定义 16

2.3.5上部结构梁段单元节段划分 16

2.3.6预应力钢束分组 17

2.3.7边界处理 18

2.3.8有限元模型 19

第三章 桥梁施工过程模拟 20

3.1桥梁施工步骤 20

3.2划分施工阶段结构组 22

3.3定义荷载组 23

3.4荷载组合 24

3.5施工过程模拟 26

第四章 波形钢腹板桥梁的分析与验算 31

4.1结构施工阶段受力与变形分析 31

4.1.1最大悬臂状态验算 31

4.1.2边跨合龙后底板完成预应力张拉时验算 33

4.1.3中跨合龙后底板完成预应力张拉时验算 35

4.1.4 二期恒载验算 37

4.1.5收缩徐变验算 39

4.1.6总结 41

4.2持久状况正常使用极限状态验算 42

4.2.1抗裂验算 42

4.2.2变形验算 43

4.3持久状况承载能力极限状态验算 44

4.3.1 正截面承载力计算 44

4.3.2 斜截面抗剪承载能力计算 45

4.4持久状况和短暂状况构件应力验算 46

4.4.1短暂状况构件应力验算 46

4.4.2持久状况应力验算 48

4.4.3总结 50

4.5波形钢腹板强度验算 51

第五章 单箱多室波形钢腹板桥梁的效应分析 63

5.1梁格法 63

5.2有限元分析 64

5.2.1单梁法 64

5.3偏载情况下内力比较 65

第六章 全文总结 68

参考文献 70

致 谢 71

第一章 结构概述

1.1波形钢腹板箱梁桥的结构构造

波形钢腹板箱梁是由混凝土顶底板与两块作为腹板的波形钢板通过剪力连接件结合，再辅以预应力系统的组合箱梁结构，见图1-1。由于结构采用钢腹板，腹板内无法再布置预应力索，因此体内弯起束全部改用体外索。

图1-1波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥结构示意图

波形钢腹板主要由直板段、斜板段以及圆弧段组成，具体构造如图1-2 所示。其中，q 为一个波段波长，h 为波高，t 为板厚，为斜板倾角，R 为板内侧弯曲半径，a、b 分别为直板段与斜板段的长度。

图1-2波形钢示意图

1.2波形钢腹板箱梁桥的技术优势与不足

波形钢腹板箱梁恰当地将钢、混凝土两种材料结合使用，其最大的特点是用8~20mm左右的波形钢腹板代替30～70cm厚的混凝土腹板。在稳定性、强度及材料的使用效率上具有很强的生命力，其主要优势表现在：

(1) 箱梁自重减轻。用波形钢腹板置换混凝土腹板后，可使箱梁自重减轻20%～30%，使上下部结构的工程数量减少，工程造价降低10%左右；

(2) 整体受力明确，充分发挥材料性能。最大限度地增加了截面回转半径，使上、下翼缘板抵抗弯矩，充分发挥混凝土受压能力；而波形钢腹板的应力状态接近于纯剪，有利于发挥钢材的抗剪能力；

(3) 波形钢腹板纵向刚度接近于零，对施加的预应力和混凝土板的收缩、徐变产生的变形不起约束作用，大大提高了预应力的施加效率，减少了预应力钢材的用量；

(4) 波形钢腹板具有较强的抗剪强度，从根本上解决了传统PC箱梁腹板产生斜裂缝的问题，提高了桥梁耐久性；

(5) 施工方便，提高了建设速度。因腹板无须浇筑，故模板、混凝土浇筑工作量可减少；因箱梁自重轻，故施工时节段数可减少；因波形钢腹板可做悬臂施工的挂篮、顶推用导梁承重结构，这些可使施工简化、建设速度加快；

但是同时，波形钢腹板箱梁板也有其不足之处：

(1) 波形钢腹板的制作成本较高，但随着制作工艺的提高和使用量的增大，这一问题也正逐步地得到解决；

(2) 波形钢腹板的屈曲破坏较为突然，且在屈曲后阶段，其承载能力大约下降到相当于平钢腹板的水平；

(3) 波形钢腹板箱梁的结合部较多，其连接构造较为复杂，对施工要求高；

(4) 波形钢腹板有较多的拐角，容易滞留泥沙等杂质，易受腐蚀；

(5) 对于超高梁的波形钢腹板，其受力情况复杂，在理论计算十分困难，同时不能将实验对象按比例缩小进行模拟，因为缩小后其屈曲性能会发生根本的变化。这也是现今技术上的难点，需要大量人力物力进行不断的探索，进行突破。

虽然波形钢腹板PC组合箱梁桥有以上不足，但它在材料利用效率、结构耐久性、施工维修情况、工程总造价、美观环保等方面具有一定的优势，是一种值得推广的新桥型。

1.3波形钢腹板桥梁的应用与研究现状

1.3.1研究现状

预应力箱梁具有较大的抗弯、抗扭刚度，结构受力性能合理，能够满足施工过程对稳定性的要求，是现代大跨径桥梁常用的结构形式。但随着跨径的增大，其自重也明显增大，梁体自重占总荷载的比重高达80%~90%，加重了下部结构的负担，大大影响了其跨越能力和经济性。因此，减轻预应力箱梁的自重，使其具有更大的跨越能力、更省材料、更具美观轻盈的视觉效果，一直是桥梁工程师们努力的目标。

近几十年来，各国的预应力混凝土结构专家们在上述的问题上展开了许多研究。波形钢腹板箱梁这种结构的出现，在某种意义上正好的解决了那些传统混凝土腹板带来的问题。为挖掘这种新型桥梁的应用潜力，促进我国桥梁事业的发展，使桥梁建设在结构设计、施工及应用范围上更加广阔，因此我们应加强波形钢腹板桥梁的科研工作。

1.3.2应用现状

此后波形钢腹板箱梁桥在工程中开始推广应用，在欧洲及日本出现了一批波形钢腹板箱梁桥，如法国的Maupre桥、ASteri桥、Dole桥、挪威Tronko桥，委内维拉的Caracas桥。日本自20世纪80年代末从法国引进了波形钢腹板箱梁桥的技术。在此基础上，近年来日本对波形钢腹板PC结合箱梁的结构特点与改进施工方法方面进行了深入的研究，并用不同的施工方法修建了多座波形钢腹板PC结合型箱梁桥。由于认识到这一结构形式与传统的PC箱梁相比具有许多优点，目前日本正在积极推广应用这种桥式，从1995年至今先后修建了超过80座该类桥梁，桥型包括简支梁桥、连续梁桥、T型刚构桥及斜拉桥等，基本上覆盖了传统的预应力混凝土箱梁桥的主要结构形式。

像日本及欧洲一些国家在运用波形钢腹板箱梁桥方面已经有一段时间，并且通过相对成熟的波形钢腹板箱梁理论方面的研究，已经建成了各种桥式的实桥近百座。相对而言，我国在波形钢腹板箱梁桥研究及运用实践方面起步较晚，目前处于起步阶段，设计理论和设计方法上均尚未成熟，近年来在国内一些科研单位的推动下，也建成了几座试验性桥梁。我国已建成的波形钢腹板箱梁桥如表1-1所示。

表1-1中国波形钢腹板箱梁桥汇总

1.4毕业设计的主要工作

我们应加强提高波形钢腹板桥梁的科研工作，不断挖掘这种新型桥梁的应用潜力，由于设计任务书的要求，本毕业设计仅仅是对波形钢腹板桥梁的上部结构进行设计与分析。

通过 Midas 软件对大桥施工全过程进行仿真模拟，并进行有限元分析。在综合运用大学四年所学的专业知识的基础上，学习运用新的计算机软件和具体桥梁的设计工作步骤、方法，提高解决实际困难的工作能力，并在设计过程中培养自己的实践能力，使毕业设计工作的重要意义得到全面的体现。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：40660字

相关图片展示：