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摘 要

针对复杂艰险地区桥梁跨度需求大、地质条件复杂、自然环境恶劣等特点，进行了跨径为102m的超高性能混凝土（UHPC）简支箱梁桥设计，包括主梁有限元模型建立、内力计算分析及结构设计验算。主要内容如下：

1. 超高性能混凝土在桥梁工程中应用现状调研

搜集国内外文献，调研了UHPC基本力学性能指标，并与普通混凝土进行了对比。总结了世界范围内UHPC在世界范围内桥梁工程中的的应用现状，发现UHPC在大跨径简支梁桥中具备广阔的应用前景。简介了本设计的主要技术指标与基本参数。

1. 大跨径UHPC简支梁桥有限元模型建立与内力分析

基于Midas有限元软件，建立了大跨径预应力UHPC简支梁桥有限元模型。基于建立了有限元模型，分析了不同荷载作用与组合下的结构内力，进而进行了预应力钢束估算与配置。

1. 大跨径UHPC简支梁桥施工阶段与成桥阶段内力验算及耐久性验算

依据规范，进行了基本组合、频遇组合、标准组合和准永久组合四种作用效应荷载组合，并计算了不同荷载工况下桥梁结构内力与应力，进行了施工阶段、承载能力极限状态、正常使用极限状态验算和耐久性验算。

关键词：超高性能混凝土，大跨径简支梁桥，预制节段拼装

Abstract

Aiming at the characteristics of large span demand, complex geological conditions and harsh natural environment in complex and dangerous areas, the design of UHPC simply-supported box girder bridge with a span of 102m was carried out, including the establishment of the main beam finite element model, internal force calculation and analysis, and structural design check calculation. The main contents are as follows:

(1) investigation on the application status of ultra-high performance concrete in bridge engineeringThe basic mechanical properties of UHPC were investigated and compared with ordinary concrete. The application status of UHPC in bridge engineering is summarized. The main technical indexes and basic parameters of this design are introduced.

(2) finite element model establishment and internal force analysis of large-span UHPC simply supported beam bridgeBased on Midas finite element software, the finite element model of long span prestressed UHPC simply supported beam bridge is established. Based on the finite element model, the internal forces of the structure under different loads and combinations are analyzed, and then the prestressed steel bundles are estimated and configured.

(3) check calculation of internal force and durability in construction stage and completion stage of large-span UHPC simply supported beam bridgeAccording to the code, the basic combination, frequency combination, standard combination and quasi-permanent combination are carried out, and the internal force and stress of the bridge structure under different load conditions are calculated, and the construction stage, bearing capacity limit state, normal use limit state and durability check calculation are carried out.Keywords: ultra-high performance concrete, long span simply supported beam bridge, precast segment assembly

Keywords: ultra-high performance concrete, long-span simply supported beam bridge, precast segment assembly

目录

复杂艰险地区大跨径预制装配UHPC简支箱梁桥设计（跨径102m） 1

摘要 1

Abstract 1

第1章 绪论 1

1.1 设计背景与意义 1

1.2 超高性能混凝土（UHPC）简介与国内外应用现状 2

1.2.1 UHPC简介 2

1.2.2 UHPC在国内外桥梁工程中应用现状 5

1.3 设计内容 7

1.3.1 任务内容 7

1.3.2 结构形式与材料 8

1.3.3 设计依据与技术指标 9

第2章 模型建立与荷载组合 10

2.1 节点与单元 10

2.2 材料与截面 12

2.2.1 材料特性 12

2.2.2 截面特性 12

2.3 恒载 14

2.3.1 自重 14

2.3.2 二期恒载 14

2.4 汽车和人群荷载 15

2.4.1 定义车道线 15

2.4.2 定义汽车和人群荷载 15

2.5 温度荷载 17

2.6 收缩和徐变作用 18

2.7 预应力荷载 18

2.8 施工阶段的定义 21

2.9 作用效应组合 21

第3章 桥梁内力计算与预应力钢束估算 25

3.1 恒荷载和活荷载内力计算 25

3.1.1 自重作用下结构内力 25

3.1.2 汽车和人群荷载作用下结构内力 26

3.2 预应力筋的估算 26

第4章 施工阶段应力验算 29

4.1 施工阶段1 29

4.2 施工阶段2（合龙） 30

4.3 施工阶段3（张拉预应力筋） 31

4.4 施工阶段4（桥面铺装） 33

第5章 成桥阶段设计验算 35

5.1 承载能力极限状态验算 35

5.1.1 正截面抗弯承载力验算 35

5.1.2 斜截面抗剪承载力验算 36

5.2 正常使用极限状态验算 38

5.2.1 混凝土抗裂验算 38

5.2.2 混凝土应力验算 42

5.2.3 挠度验算 46

第6章 复杂艰险地区UHPC的耐久性分析 47

6.1 UHPC耐久性的研究现状 47

6.2 在不同环境类别中混凝土的耐久性要求 48

6.3 分析与对比 49

第7章 总结与展望 50

7.1 总结 50

7.2 展望 50

参考文献 51

致谢 53

绪论

设计背景与意义

简支梁桥是指其上部结构的两端以简支的形式支撑在墩台两端进行承重的一类梁桥。简支梁桥分为整体式简支梁桥与装配式简支梁桥。整体式简支梁桥的横向刚度大，整体稳定性好。但是其施工速度慢，需要耗费支架模板。装配式简支梁桥是指通过先将节段预制，再运输到现场进行拼装的一类桥。其优点是不需搭设模板支架，施工速度快等。缺点是需要运输设备，接缝处容易受侵蚀，耐久性较差等。

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