摘 要

本设计主要借助Midas和CAD软件根据当地地形环境设计了一座跨谷大桥，起初设计了三个方案，分别是连续刚构桥、双塔双索面斜拉桥和上承式拱桥，最后通过桥梁方案比选认为连续刚构桥是最佳方案。本设计方案为76 150 76m连续刚构桥，两端分别连接了2*20m的简支梁来进行过渡。本桥施工方法为悬臂灌注施工。

本文主要对于主梁部分进行了详细的设计和验算，简支梁部分没具体设计分析。

在设计梁时，本文先根据连续刚构桥的相关规范对其支点截面和跨中截面和桥墩截面在cad图中进行了设计，本桥宽12.5m，由于桥为上下行分离式，所以整个过程本文以某一方向的桥为主进行了设计。并根据地形和连续刚构桥边跨主跨比的相关规范将桥设计成76 150 76m的桥跨，两端分别用2*20m的简支梁连接到引桥。并在cad图中对桥进行分块。接下来将各节点输入到midas中，并建立单元，再将截面形状输入进去，并将跨中截面和支点截面之间设为二次抛物线变化的变截面组，然后设置好边界条件，这样大致桥型已经完成。接下来设置各种材料并分配，将事先在cad中设计好的预应力筋输入到midas并进行张拉。然后设置各种荷载工况。在这个过程中本设计设置了自重、预应力荷载、防撞墙荷载、桥面铺装和挂篮荷载等静力荷载，移动荷载中只设置了车道荷载。接下来对边界、结构和荷载进行分组。然后开始建立施工过程。最后运行无误之后提取结果并生成计算书。

关键词：连续刚构桥；midas；悬臂浇筑施工。

Abstract

This design mainly by Midas and CAD software according to the local terrain environment designed a cross Valley bridge. At first, three schemes are designed, which are the continuous rigid frame bridge, the cable-stayed bridge and the upper deck arch bridge, and finally the continuous rigid frame bridge is selected by the comparison. This design scheme is 76 150 76m continuous rigid frame bridge, whose two ends are connected with the 2*20m simply supported beam to carry on the transition. The construction method of this bridge is cantilever construction.

This paper focuses on the main beam part of the detailed design and checking, charpy section did not specifically design analysis.

In designing the beam, the paper first designed its fulcrum section and the middle section and piers in CAD sectional view of a continuous steel bridge relevant norms.This bridge width 12.5m, because the bridge is up and down the separation type, so the whole process in this paper, based on a certain direction of the bridge design.And in accordance with the relevant norms terrain and continuous rigid frame bridge across the main bridge span ratio will be designed to 76 150 76m span bridge, both ends with 2 * 20m simply supported beam is connected to the bridge.And the bridge was partitioned in CAD. Next to each node input into the Midas, and establish the unit, then cross section shape is entered,and cross section and fulcrum section is arranged between the second parabolic curve of variable cross-section of the group, and then set the boundary conditions, which would roughly bridge has been completed.Then, set a variety of materials and assigned to each unit. Input the prestressing tendon to the Midas and the tension is carried out.And then set up a variety of load conditions. In this process, this paper sets up the static load such as the self weight, the pre-stressed load, the load of the anti collision wall, the deck pavement and the load of the hanging basket. Only lane load is set in moving load. Next, the boundary, structure, and load are grouped. And then began to build the construction process.Finally, the results can be extracted after running correctly, and then generate calculations.

Keywords: Prestressed concrete; continuous rigid frame bridge; cantilever casting

目录

第一章、绪论 1

第二章、基本信息与方案比选 3

2.1 工程概况 3

2.2 技术标准 3

2.3 方案比选 4

2.4 结构概述 8

2.5 主要材料及材料性能 10

2.6 计算原则、内容及控制标准 10

第三章、模型建立与分析 11

3.1 计算模型 11

3.1.1分段原则 11

3.1.2 具体分段 11

3.1.3 施工方法简介 12

3.2 主要钢筋布置图 13

3.3 截面特性及有效宽度 14

3.4 荷载工况及荷载组合 15

第四章、荷载内力计算 17

4.1 恒载内力计算 17

4.2 活载内力计算 21

4.3 内力组合 27

第五章、承载能力极限状态验算 33

5.1 截面受压区高度 33

5.2 承载能力极限状态基本组合 33

5.3 正截面抗弯承载能力验算 33

5.3.1 正截面抗弯承载能力极限状态验算理论 33

5.3.2 正截面正常使用极限状态应力验算理论 35

5.4 支反力计算 46

第六章、构件应力验算结果 47

6.1 正截面混凝土法向压应力验算 47

6.2 正截面受拉区钢筋拉应力验算 53

第一章、绪论

伴随着国民经济条件和当代化交通运输事业的迅猛成长，大跨度桥梁的应用日益增多。大跨度预应力连续刚构桥正顺应了桥梁建设的需求。预应力混凝土连续刚构桥隶属于连续梁桥体系。连续梁桥是一种历史久远的桥梁体系，它的优点有：变形小、结构刚度好、行车舒服、伸缩缝少、养护简便、抗震能力好等。但因为施工方法上的局限，很多年前的连续梁跨径均在100米以下，伴随着悬臂、悬拼等施工方法的发明，产生了T型刚构。20世纪60年代，跨径在100～200m内，基本上是大跨径预应力混凝土梁桥为优先考虑的方案。初期有代表性意义的桥梁便是联邦德国1953年建设的霍尔姆斯桥和1954年建设的科布伦（Koblenz）桥是初期有代表性意义的桥梁，然而这种构造由于中间带铰，并对混凝土徐变、收缩变形预计不够，又因温度等成分影响使结构在铰处形成明显的折线变形状况，不利于车辆行驶，于是利于行车的连续梁式刚构桥型诞生了。在20世纪60年代建造的联邦德国的本道夫桥已开始展现T型刚构与连续梁体系相联结的布置，并且T型刚构的粗大桥墩已被薄型柔性墩所代替，后来的一些出名桥例也运用了类似的构造形式。这样慢慢形成了采取柔性薄墩（墩壁厚度一般为0.2～0.3支点梁高），墩梁固结形式的连续梁刚构体系。

预应力混凝土连续刚构桥既保持了连续梁无伸缩缝、行车平顺的优点，又有T型刚构桥不设支座、施工便利的好处，且有非常大的顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度，它利用高墩的柔度来顺应结构由预应力混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的位移，能适应特大跨径桥梁的跨越及受力，而且在某些条件下具有节约用料、施工简单、养护费用较低等优点。抗震性能好是连续刚构体系另一个特点，水平方向上的地震力可平均分摊到各个墩来承受，而连续梁则要设置制动墩或是采用价格比较高的专用抗震支座。墩梁固结也利于采用悬臂施工的施工方法，减少了连续梁在施工转换体系时所采用的墩上临时固结措施。

以下几个方面是连续刚构桥的主要特点：

 ·结构上要有两个及以上主墩用墩梁固结，这要求主墩有适当的柔度形成摆动支撑体系。

 ·墩梁固结有利于悬臂施工，同时避免了更换支座，省去了连续梁施工在体系转换时采用的临时固结措施。省去了大跨连续梁的支座，无需巨型支座的设计，节省制造、养护和更换支座的费用。

从世界各国建造预应力混凝土连续刚构桥的建设中可以看出，近几十年来的桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，但桥的载重、跨长却不断增加。连续刚构桥有以上所叙述的优点，那么其投资比斜拉桥、悬索桥同等跨径下要低，在高墩结构中也比一直以来最便宜的简支梁桥在同等条件下投资偏低或是相同。随着桥梁施工技术水平的提高，对混凝土收缩、徐变和温度变化等因素引起的附加内力研究的深入和问题的不断解决，大跨径预应力混凝土连续刚构桥已成为目前世界上主要采纳的桥梁结构体系之一。

从以上论述可以总结出大跨径连续刚构的发展趋势有以下几点：

 ·跨径可进一步增大。

 ·上部结构不断轻型化。

 ·简化预应力束类型。

 ·取消边跨合龙段落地支架。

 ·上部结构连续长度增长，以适应高速行车的需要。

综上分析，大跨度连续刚构桥在今后桥梁建设的设计建造中将会有更大的发展！第二章、基本信息与方案比选

2.1 工程概况

• • 1. 本桥位于湖北西部沪蓉国道主干线宜昌至恩施高速公路上，道路设计等级为山区高速公路。设计水位为110m，枯水位为102m，线路在桥址范围内为直线，两边的引道标高均为225m。桥中线与河槽方向正交。
    2. 地质情况如下：

全断面为1m左右的覆盖层，其下为2~3m的强风化灰岩和弱风化灰岩。

• • 1. 温度变化：均匀升温23℃，均匀降温23℃。
    2. 设计风速27.6m/s。
    3. 材料：分析自定
    4. 桥址处纵断面的数据见下表。(单位：m)

表1、纵断面数据表

2.2 技术标准

• • 1. 计算行车速度：80km/h;
    2. 设计荷载：公路一Ⅰ级
    3. 桥宽：上、下行分离，单边总宽12.5米（单向三车道）（净11.5 2×0.5m）；
    4. 高程：黄海高程系统；
    5. 地震烈度：基本烈度VI度，按VII度设防；桥面横坡：单向2%（半幅桥）。

2.3 方案比选

根据设计任务书中部分条件，对桥梁的基本尺寸（包括梁高、边跨与中跨比值等参数）进行选择、对已确定的桥式方案进行结构设计及施工方案的确定。在参阅各种文献资料及相关规范后，综合考虑桥位的地质、地形条件，初拟定以下三种方案(由于该桥型要求上下行分离，故以下方案均只描述了一侧桥型布置，另一侧对称相同)：

方案一：76 150 76m预应力混凝土变截面连续刚构桥

1. 桥跨布置

根据相关规范可知连续刚构桥的边跨主跨比可在0.5-0.6之间，又根据偏岩嘴大桥的地形地质等相关资料选取了边跨比为0.507，并布置为76 150 76m，总长为302m。具体如下图所示：

图1、连续刚构桥立面图