跨径55m双钢箱-预制混凝土板简支组合梁桥设计

论文总字数：28676字

摘 要

钢-混凝土组合桥梁作为一种新型桥梁，以其整体受力的经济性，发挥两种材料的各自优势的合理性以及便于施工的突出优点，在桥梁工程中得到了广泛应用。

本设计对跨径55 m简支装配式钢-混凝土组合梁桥进行施工阶段、正常使用阶段、极限承载状态下桥梁结构的受力分析，钢梁、预制混凝土桥面板的应力验算。在多种工况设计上考虑了纵向预应力与温度梯度对结构内力的影响。通过软件MIDAS建模进行有限元分析，对比手算结果进行校核，均满足验算要求。

此外对各部分主要构造进行设计，包括箱梁加劲肋、箱内横隔板、箱间横向联结系、桥面板分块与横向接缝、剪力槽口与剪力连接键等的设计。对桥梁的施工阶段流程进行设计，极大发挥预制装配式结构施工便捷的特点。通过设计实践，进一步加深了对桥梁结构的认识与理解，熟悉了相关的设计理论与规范，学习了该类组合结构桥梁的施工流程与特点。

关键词：钢，混凝土，组合桥梁，结构设计，应力验算

Design of Simply - Supported Steel - Concrete

Composite Box Girder Bridge

ABSTRACT

Steel-concrete composite bridge, an innovative type of bridge, has a great deal of advantages, such as combining two materials rationally, facilicating construction process and lightening self weight.

On the base of practicilty, the former research achievement and design experience in the world are surnmarized. This paper will design a simple-supported beam bridge with the span of 55m. The composite griders are the separated single-cell double-box girders with constant depth and specifically are composed of the open steel box girders and the concrete deck slabs that are connected each other via shear studs. The design has taken construction stages into consideration. The finite element analysis is carried out by the software MIDAS, and the results are compared. In addition to the main girder structure, the coupling systems, the bridge deck and the shear studs are designed. This chance to practice, has furthered my understanding of bridge structure, made me familiar with the relevant theory and norms.

KEY WORDS: Steel-concrete, Composite Girder Bridge, Structure Design, Stress Checking

目 录

第一章 绪论 1

1.1 概述 1

1.2 设计任务 2

1.3 组合结构梁桥的研究现状 4

1.4 组合结构梁桥的工程应用 7

1.4.1 国外组合结构梁桥的工程应用 7

1.4.2 国内组合结构梁桥的工程应用 8

1.5 本设计书主要内容 9

第二章 组合梁桥基本尺寸拟定与构造设计 11

2.1 方案构思与比选 11

2.2 主要设计参数 12

2.3 基本尺寸拟定 13

2.3.1 梁高、桥面板厚度拟定 13

2.3.2 钢板厚度拟定 13

2.3.3 主梁刚度验算 14

2.3.4 横隔板间距拟定 16

2.3.5 纵横联结系设计 17

2.4 施工方案设计 17

2.4.1 钢梁架设 17

2.4.2 布设混凝土桥面板 17

2.4.3 桥面板连接 17

2.4.4 桥面板与钢梁连接 17

2.4.5 桥面铺装 17

2.5 设计概图 17

第三章 组合梁桥施工阶段计算分析 19

3.1 施工过程 19

3.2 钢梁架设阶段的分析 19

3.2.1 截面特性计算 19

3.2.2 荷载计算（一期恒载D₁） 19

3.2.3 截面内力计算 20

3.2.4 截面应力计算 20

3.2.5 局部稳定计算 20

3.2.6 跨中挠度计算 21

3.2.7 MIDAS软件验算校核 21

3.3 布设预制混凝土板阶段的分析 22

3.3.1 截面特性 22

3.3.2 荷载计算（一期恒载D₁） 22

3.3.3 截面内力计算 22

3.3.4 截面应力计算 22

3.3.5 局部稳定计算 23

3.3.6 跨中挠度计算 23

3.1.7 MIDAS软件验算校核 23

3.4 二期铺装阶段的分析 23

3.4.1 截面特性 23

3.4.2 荷载计算（二期恒载D₂） 24

3.4.3 截面内力计算 24

3.4.4 截面应力计算 24

3.4.5 跨中挠度计算 24

3.4.6 MIDAS软件验算校核 25

第四章 组合梁桥成桥阶段计算分析 26

4.1 荷载工况 26

4.2 荷载效应计算 26

4.2.1 恒载效应计算 26

4.2.2 纵向向桥面板预应力效应计算 26

4.2.3 车道活载效应计算 26

4.2.4 梯度温变应力计算 27

4.3 荷载内力组合 28

4.3.1跨中截面的弯矩组合 29

4.3.2 支座截面的剪力组合 29

4.4 正常使用阶段验算 29

4.4.1 桥面板抗裂度验算 29

4.4.2 跨中挠度验算与预拱度设置 30

4.5 极限承载阶段验算 32

4.5.1 主梁抗弯承载力 32

4.5.2 主梁抗剪承载力 32

第五章 桥面板设计分析 34

5.1 横桥向普通钢筋设计 34

5.1.1 设计参数 34

5.1.2 荷载计算 35

5.1.3 截面内力计算 35

5.1.4 内力组合 36

5.1.5 普通钢筋配置 37

5.2 纵桥向预应力钢筋设计 37

第六章 剪力连接件设计分析 39

6.1 水平剪力计算 39

6.1.1 竖向剪力引起的纵向水平力 39

6.1.2 温度变化引起的水平剪力 39

6.1.3 单位梁长的水平剪力组合 39

6.2 单栓钉抗剪承载力 39

6.3 剪力钉布置 40

6.3.1 剪力钉的构造要求 40

6.3.2 剪力钉的数量 40

第七章 全文总结 42

参考文献 43

致谢 44

第一章 绪论

1.1 概述

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