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摘 要

本次设计是一座高速铁路70m 115m 70m双塔三跨预应力混凝土双索面矮塔斜拉桥的设计。首先确定桥跨布置，然后参照已建成的同类桥梁，结合施工工况，对主梁进行分段，并且，初步拟定各梁段的截面尺寸。接着按照规范，拟定桥塔布置位置及形状，并且确定无索区、有索区长度。之后利用MIDAS软件对全梁进行计算模型的建立。根据荷载组合，对主梁进行预应力钢束的估算和配置。再根据内力组合结果，进行梁截面的内力计算，检算正截面抗弯、斜截面抗剪以及混凝土抗裂。根据验算结果，对截面及预应力钢束进行调整。最后画图、编写计算书。

矮塔斜拉桥又叫做部分斜拉桥，它的力学性能和经济性介于斜拉桥和连续梁桥之间，梁高较适中，斜拉索比正规斜拉桥少，且主塔较矮。矮塔斜拉桥由压弯为主的主梁、受压为主的索塔和受拉为主的拉索三部分共同受力，它兼具斜拉桥和连续梁桥的特性，且又独具特点，因此又被称为“部分斜拉桥”。这种新型结构桥型具有造型美观、景观协调、技术先进、经济性好、施工简便等优点。

本座矮塔斜拉桥采用的施工方法是：主梁除0#段、边跨过渡墩附近部分梁段采用支架施工外，其余梁段采用挂篮悬臂浇筑施工。挂篮悬臂浇筑施工的设计较全梁支架现浇施工要复杂的多。首先要进行梁段的分块，然后根据施工阶段确定预应力钢束的布置。在计算钢束预应力时，要着重考虑分批张拉造成的预应力损失。在施工阶段荷载中，挂篮荷载较大，无法忽略，这部分荷载也需要预应力钢束进行承载。在全梁合龙之后，应当对全桥拉索索力进行索力调整。本次设计中，受到所学知识和实践经验的限制，索力只进行一次设计，未进行索力的二次调整。

关键词：矮塔斜拉桥，高速铁路桥梁，MIDAS，挂篮悬臂浇筑施工

Abstract

This design is a double-cable-plane cable-stayed concrete extradosed cable-stayed bridge in a high-speed railway with a span of 70m 115m 79m, double towers and three spans.Then a calculation model of cable-stayed bridge could be established in MIDAS, a software. Moreover, an optimization to each size of cross-section could also be reached by calculation, along with the adjustments of forces in cables. The final step was to conduct a combined calculation of in center beneath the bridge.

When all the relevant calculations had been done, it was time that a calculation model in the process of staged construction be built, which would act as a tool for designer to know the construction methods and procedure.

Following the above steps was the design of pre-stress in this partially cable-stayed bridge by whose expectancy and adjustments the bridge could reach an ideal working condition.

Here came the last step to conclude this work, that is, the checks on the whole design. Firstly, the check should focus on pre-stress concrete girder’s performance when it was normally used under extreme condition and when its supporting capacity went through extreme one. It must base on the coordinating results of main beam’s internal forces in the course of calculating global stress. Secondly, the check on stress should depend on the coordinating results of internal forces in cables. Lastly, the stiffness calculation in this design could be reached on the basis of deformation checks in the main beam.

Extradosed cable-stayed bridge is also called partial cable-stayed bridge, witch whose mechanical properties and economic span both lie between Continuous beam bridges and Cable-stayed bridges. It belongs to a structure system consisting of press-bearing towers, pull-bearing cables and bend-bearing beams. With basic features of light structure, considerable cross-ability, dignified form and proper load-carrying capability, cable-stayed bridge is a widely-used bridge system. Loads of the structure are beared by beams, towers and stay-cables.

Key Words: Extradosed Cable-stayed Bridge; High-speed railway bridge; MIDAS ; FEM.

目 录

第 1 章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 矮塔斜拉桥的主要特点 1

1.3 我国矮塔斜拉桥的发展概况 2

1.4 高速铁路桥梁的设计原则 2

1.5 设计基本资料 2

1.5.1 设计题目 2

1.5.2 设计主要技术指标 2

1.5.3 主要设计参考规范 3

1.5.4 设计参考书目 3

1.5.5 主要设计内容要求 3

1.5.6 绘图内容 5

1.6 本论文的主要工作 6

第 2 章 桥型方案总体设计 7

2.1 桥跨布置 7

2.1.1 桥跨布置过程 8

2.1.2 主梁控制尺寸的确定 10

2.1.3 主梁横断面设计 12

2.1.4 索塔控制尺寸的确定 14

2.1.5 斜拉索的总体设计 16

2.2 主要结构设计施工要点 18

2.2.1 主梁施工控制方法及注意事项 18

2.2.2 桥塔和桥墩施工 19

2.2.3 斜拉索施工 20

2.2.4 支座和伸缩缝 21

2.2.5 桥面铺装设计 21

第 3 章 矮塔斜拉桥的整体受力计算 22

3.1 MIDAS/Civil 整体计算模型的建立 22

3.2 模型的主要计算参数 24

3.3 MIDAS/Civil 分阶段计算模型的建立 25

3.4 恒载状态计算结果 27

3.4.1 一次成桥模型计算结果 27

3.4.2 分阶段模型的典型施工阶段计算结果 27

3.4.3 分阶段模型的成桥恒载状态计算结果 28

3.5 活载状态计算 29

3.5.1 动车活载在 MIDAS/Civil 中的输入 29

3.5.2 主梁在 ZK 活载作用下内力结果 30

3.6 主梁的内力包络图 33

第 4 章 矮塔斜拉桥的主梁预应力筋设计 34

4.1 矮塔斜拉索的索力确定方法 34

4.2 压弯构件预应力估算的原理和方法 35

4.2.1 截面上缘配置预应力筋情况 37

4.2.2 截面下缘配置预应力筋情况 37

4.3 设计中的预应力估算结果 38

4.3.1 主梁墩根部断面估束 38

4.3.2 跨中截面估束 39

4.4 体内预应力钢筋的布束结果 40

第 5 章 矮塔斜拉桥的设计检算 44

5.1 主梁荷载组合 44

5.2 主梁正截面强度检算 46

5.2.1 跨中截面强度检算 47

5.2.2 支点截面强度检算 48

5.3 主梁斜截面抗剪强度验算 49

5.3.1 边跨截面抗剪强度检算 50

5.3.2 支点截面抗剪强度验算 51

5.3.3 中跨1/4截面抗剪强度检算 52

5.4 主梁截面抗裂性检算 52

5.4.1 正截面抗裂性检算 53

5.4.2 斜截面抗裂性检算 54

第 6 章 主要材料数量汇总 55

结论 56

致谢 57

参考文献 58

附录1 外文文献翻译 59

附录2 实习报告 75

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