摘 要

当今，随着桥梁工程在设计与施工水平上的不断提升，混凝土连续梁桥的跨越能力越来越强，然而在跨径增大的同时，连续梁桥也暴露出梁体开裂以及下挠过大的问题。而具有超高耐久性以及超高韧性的超高性能混凝土有效解决了主梁开裂以及挠度过大的问题，且已在国际上被广泛应用。总而言之，UHPC材料无论是在其物理与力学性能，还是在经济效益上都远超传统混凝土，加强对这一材料的开发使用会对桥梁工程技术产生很大的帮助。

本次设计首先介绍了UHPC材料以及UHPC密集横隔板薄壁箱梁的结构情况，进行方案对比后，对主梁上部结构和下部结构尺寸、孔径布置及桥面铺装层接行了详细说明，最后运用有限元软件对桥梁进行结构验算。

本次设计首先会使用设计好的UHPC梁桥横截面以及跨径在MIDAS中建模，然后根据桥梁的实际情况对其施加荷载，由此可以对UHPC箱梁桥的主梁进行受力分析并计算出他的各阶段内力。完成这些工作后需要对主梁进行布筋，布置的预应力钢筋需要满足抗裂性要求，之后需要计算预应力在实际情况下的损失。此外，还需要计算两种极限状态下的作用效应组合用于验算截面；最后进行行车道板的计算。

关键词：超高性能混凝土（UHPC）；预应力混凝土；连续梁桥；

Abstract

Nowadays, with the continuous improvement of the design level and construction technology of bridges, the span of continuous beam bridges is getting larger. However, it shows that due to the increase of span, the problem of cracking of the main beam and excessive deflection of the midspan is becoming increasingly prominent. Therefore Ultra-High Performance Concrete (UHPC) has attracted wide attention because of its excellent mechanical properties. The compressive strength, tensile strength and durability of this material are significantly higher than those of normal concrete, which can solve the problems of cracking and deflection of the main beam. To sum, UHPC is popular in building bridge and it is really useful for bridge engineering technology to develop UHPC because of its outstanding mechanical property and economic benefit.

This design first introduces the UHPC material and the structure of the UHPC dense diaphragm thin-walled box girder. After the scheme comparison, the main beam upper structure and the lower structure size, the aperture layout and the bridge deck pavement layer are detailed. Finally, the finite element software is used to check the structure of the bridge.

This design will first use the designed UHPC beam bridge cross section and span to model in MIDAS, and then apply load according to the actual condition of the bridge, so that the force analysis of the main beam of UHPC box girder bridge can be carried out. Calculate the internal forces of his various stages. After the completion of these tasks, the main beam needs to be reinforced, and the prestressed steel bars to be arranged need to meet the crack resistance requirements, and then the loss of the prestress in the actual situation needs to be calculated. In addition, it is necessary to calculate the combination of action effects in the two limit states for checking the cross section; finally, the calculation of the traffic lane board.

Key Words: Ultra-High Performance Concrete（UHPC）；prestressed concrete；continuous beam bridge;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 超高性能混凝土UHPC概述 1

1.2 大跨径UHPC新型梁桥结构 1

1.3 本文主要研究内容 2

第2章 设计基本情况说明 3

2.1 设计标准 3

2.2 主要材料 3

2.3 主要规范 3

第3章 桥型方案比选 4

3.1 方案比选的意义及原则 4

3.2 初选方案 4

3.3 设计方案一：UHPC新型预应力混凝土连续梁桥 4

3.4 设计方案二：普通预应力混凝土连续梁桥 7

3.5 设计方案三：混凝土斜拉桥 11

3.6 方案比选 16

第4章 UHPC连续梁桥总体布置 17

4.1 桥型布置 17

4.1.1 孔径布置 19

4.1.2 桥梁截面形式 20

4.1.3 桥面铺装 20

4.1.4 桥梁下部结构 20

4.1.5 使用材料 20

第5章 Midas计算模型的建立 21

5.1 材料特性 21

5.2 全桥结构单元的划分 21

5.2.1 划分单元原则 21

5.2.2 桥梁具体单元划分 21

5.3 荷载的定义 22

5.4 全桥施工节段划分 22

5.4.1 桥梁划分施工阶段原则 22

5.4.2 施工阶段划分 22

第6章 主梁内力计算 25

6.1 恒载内力计算 25

6.1.1 自重及二期恒载 25

6.1.2 悬臂拼装阶段内力 25

6.1.3 边跨合龙阶段内力 26

6.1.4 中跨合龙阶段内力 26

6.1.5 桥面铺装阶段内力 27

6.2 活载内力计算 27

6.2.2 移动荷载引起的内力 28

6.3 温度荷载引起内力 29

第7章 预应力钢束的估算与布置 32

7.1 钢束估算 32

7.1.1 按承载能力极限计算时满足正截面强度要求估算 32

7.1.2 按正常使用极限状态的应力要求估算 33

7.1.3 按正截面抗裂性要求估算 35

7.2 预应力钢束布置 36

7.3 预应力损失 36

7.3.1 摩阻损失 36

7.3.2 锚具变形损失 38

7.3.3 混凝土的弹性压缩损失 38

7.3.4 预应力的应力松弛损失 38

7.3.5 收缩徐变损失 39

7.4 预应力计算 39

第8章 桥梁内力组合 41

8.1 内力组合的原则 41

8.2 承载能力极限状态下的作用效应组合 41

8.3 正常使用极限状态下的作用效应组合 42

第9章 主梁截面验算 45

9.1 正截面抗弯承载力验算 45

9.2 抗裂及挠度验算 48

9.2.1 正截面抗裂验算 48

9.2.2 斜截面抗裂验算 49

9.2.3 挠度验算 49

9.3 短暂状况构件应力验算 50

第10章 行车道板验算 52

参考文献 54

致 谢 55

第1章 绪论

1.1 超高性能混凝土UHPC概述

UHPC（Ultra-High Performance Concrete）中文全称为超高性能混凝土，国际上主要指的是具有超高韧性、超强耐久性的活性粉末混凝土^[19]。

UHPC与普通混凝土的区别在于剔除了粗骨料级配，这其中包含了石英细砂，水泥以及硅灰等材料。UHPC根据强度大小可分为UHPC200和UHPC800两个等级，其中UHPC200在工程中已得到了广泛应用，其抗压强度最高可以达到200MPa以上。

UHPC比起普通混凝土有着更强的力学性能，能够满足大跨径桥梁生物许多需求，表1-1为UHPC和高性能混凝土以及普通混凝土的各项性能比较。

表1-1 不同混凝土的性能对比

1.2 大跨径UHPC新型梁桥结构

1.3 本文主要研究内容

本文采用UHPC材料来设计一座三跨的大跨度连续梁桥，拟使用UHPC薄壁箱梁结构。在进行方案的对比选择后，运用有限元软件对全桥的施工阶段及成桥阶段进行模拟分析，并验算恒、活载作用下桥梁的应力和承载力，并整理最终结果。

第2章 设计基本情况说明

2.1 设计标准

（1）道路等级：高速公路；

（2）设计荷载：公路—I级；

（3）桥面宽度：，：净—15 2×0.5（防撞栏）；

（4）桥面横坡：2%；

（5）桥面铺装：；

（6）气象条件：8.8~40℃；

（7）桥梁设计基准期：100年

2.2主要材料

（1）混凝土：、桥墩C50；

（2）：，1.95×10⁵MPa，公称直径15.2mm，抗1860MPa，140mm²；

（3）普通钢筋与箍筋：HRB400；330MPa；

（4）锚具：预应力锚具采用型号为OVM15-19和OVM15-27的锚具

2.3 主要规范

（1）《》（JTGB01-2014）；

（2）《》（JTJD60-2015）；

（3）《》（JTGD62-2012）；

（4）《》（JTG/T F50-2011）；

（5）《》（JTG D63-2007）

第3章 桥型方案比选

3.1 方案比选的意义及原则

公路桥梁的设计应满足任务的性质和该行的长期发展的要求。其设计方案在在满足安全、可靠、耐用、技术先进及经济合理等要求的基础上，还应考虑到因地制宜和便于施工及养护的问题，并最大限度地遵循环保的原则。本文拟从UHPC连续梁桥、普通混凝土连续梁桥与斜拉桥三种桥型中进行对比选择，综合考虑施工的安全性、经济效益和美观等多方面因素，将这三种桥型进行综合对比。比较选取过程主要遵循以下原则：

1. 安全性。在桥梁设计过程中，不论是施工阶段还是运营阶段，安全性都是不可忽略的问题。桥梁不仅在施工过程中其受力要满足要求，而且在运营期也要符合相关要求，例如使用要求等，尤其是结构的强度及稳定性。
2. 耐久性。桥梁应保证运营通车后，梁体所出现的挠度、变形及裂缝在规范限制的范围以内，且其承载力满足后期运营阶段所设计的交通量；还要保证桥梁的使用寿命，使其在规定的年限内其结构不发生损伤。
3. 经济性。由于桥梁的受力特点与其桥型息息相关，而且每种桥型的适用跨径也不相同，具体情况如表3-1所示。当跨径超出该范围后，便可能导致出现各种问题，尤其是施工、受力性能等方面，因此桥梁的设计中桥型的确定是至关重要^[6]。
4. 环保性。经济的快速发展使得人们对环保的要求也越来越高。任何工程项目的建设都不能以牺牲环境为代价，因此设计时必须把环保这一重要因素考虑进去，使其建设过程中在保证施工质量的前提下，尽量使用较少的混凝土、钢筋等消耗品，以实现经济的可持续发展。
5. 美观性。社会的发展带动了人们生活水平的提高，也是的人们的要求逐渐提高。关于现代桥梁，人们不止于其功能的要求，而且对其美观方面也提出了更高的要求。因此，桥梁设计过程中其美观也成为不可忽略的一个因素。这就要求桥梁应有合适的结果、合理的比例及与不同环境的良好适应性。

3.2 初选方案

按照上述比较选取的原则，从各方面和角度综合考虑，拟定出了三个基本可行方案，在此基础上在进行详细分析以选取设计的推荐方案。

1、（120 200 120）m的UHPC新型三跨连续梁桥。

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