摘 要

本毕业设计主要是根据埃塞当地的地质、气候等条件进行桥梁方案比选，最终选出最优方案——预应力混凝土连续刚构桥，并主要对其上部结构进行设计。这种桥型具有许多优点，比如抗震好、刚度强，且墩梁固结有利于悬臂施工，施工简易，减少了大型支座的养护、维修和更换，使用经济。在近几十年来，随着预应力技术的飞速发展和悬臂施工法的广泛应用,连续刚构桥逐渐普及。

本设计桥梁主桥为预应力混凝土连续刚构桥，跨径组合为80m 144m 80m，采用单箱单室箱型截面。桥面宽度设为26m，分离式双幅行车道，单幅桥宽为12.5m，设计荷载采用公路I级汽车荷载。施工方法采用挂篮对称悬臂施工。整个设计过程为：先确定主梁的主要构造和相关细部尺寸；然后根据挂篮的起吊能力及悬臂施工经验对主梁进行合理的施工节段划分；再者利用Midas软件对设计的桥梁完成建模过程；接下来进行施工阶段内力分析及成桥状态分析；最后开展最不利内力组合，并进行主要截面验算。

设计结果表明：预应力混凝土连续刚构桥是一种非常实用的桥型，应用范围广，造型美观且简便易施工，对其他地区的桥梁建设具有一定的指导意义。

关键词：方案比选；预应力混凝土连续刚构桥； Midas；模型；验算

Abstract

The graduation project is mainly based on the local geology, climate and other conditions of Ethiopia to carry out the comparison and selection of the bridge program, and ultimately select the optimal program - prestressed concrete continuous rigid frame bridge, and mainly design its superstructure. This kind of bridge has many advantages, such as good earthquake resistance and strong rigidity, and the consolidation of the girders facilitates cantilever construction. The construction is simple, and the maintenance, repair and replacement of large bearings are reduced, and the economy of use is reduced. In recent decades, with the rapid development of prestressed technology and the wide application of cantilever construction methods, continuous rigid frame bridges have become increasingly popular.

The main bridge of this design bridge is a prestressed concrete continuous rigid frame bridge with a span combination of 80m 144m 80m. It adopts single box single chamber box section. Bridge deck width is set to 26m, separated dual-aisle lanes, single bridge width is 12.5m, and the design load adopts highway class I vehicle load. The construction method adopts hanging basket symmetrical cantilever construction. The whole design process is to determine the main structure of the main girder and the dimensions of the relevant details first; then, according to lifting capacity of the hanging basket and the experience of the cantilever construction, the main girder is divided into reasonable construction segments; and the use of Midas software to complete the modeling process of the bridge design; the next step is to analyze the internal force of the construction phase and analyze the status of the completed bridge; finally, the most unfavorable internal force combination is carried out and the main section is checked.

The results of the design show that the prestressed concrete continuous rigid frame bridge is a very practical bridge type, with a wide range of applications, beautiful appearance and easy construction, and it has certain guiding significance for bridge construction in other areas.

Keywords: Comparison of plans; Prestressed concrete continuous rigid frame bridge; Midas ；model; Checking

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 基本信息 1

1.1工程概况 1

1.2设计依据 1

1.3主要材料 1

1.3.1主要材料规格 1

1.3.2主要材料性能 2

第二章 桥梁方案比选 3

2.1概述 3

2.1.1拟定桥梁图示 3

2.1.2编制方案 3

2.1.3技术经济比较和最优方案的选定 3

2.2预应力混凝土连续梁桥 6

2.2.1方案构思 6

2.2.2总体布置 6

2.2.3上部结构拟定 6

2.2.4下部结构拟定 8

2.2.5施工方案拟定 9

2.3预应力混凝土连续刚构桥 10

2.3.1方案构思 10

2.3.2总体布置 10

2.3.3上部结构拟定 10

2.3.4下部结构拟定 12

2.3.5施工方案拟定 13

2.4独塔混凝土斜拉桥 13

2.4.1方案构思 13

2.4.2总体布置 13

2.4.3上部结构拟定 14

2.4.4下部结构拟定 16

2.4.5施工方案拟定 17

2.5方案比选 17

2.5.1方案技术经济比较 17

2.5.2推荐桥型方案 18

第三章 预应力混凝土T型刚构桥设计 19

3.1桥梁跨度的确定 19

3.2主梁高度 19

3.3其他尺寸拟定 19

3.4主要工程数量的估算 20

第四章 模型建立 21

4.1单元划分及悬臂节段划分 21

4.1.1单元划分情况 21

4.1.2悬臂节段划分情况 21

4.2计算模型和施工阶段介绍 22

4.3主要计算荷载 25

4.4截面特性及有效宽度 27

第五章 结构分析 28

5.1施工过程分析 28

5.1.1主要施工阶段内力 28

5.1.2施工阶段控制截面应力 31

5.1.3预拱度的设置 34

5.2成桥状态分析 36

5.2.1恒荷载内力 36

5.2.2活荷载内力 37

5.3荷载工况及荷载组合 38

5.3.1荷载工况定义 38

5.3.2荷载组合 40

第六章 截面验算 50

6.1持久状况承载能力极限状态验算 50

6.1.1 截面受压区高度 50

6.1.2正截面抗弯承载能力验算 50

6.2持久状况正常使用极限状态验算 53

6.2.1结构正截面抗裂验算 53

6.2.2结构斜截面抗裂验算 54

结束语 56

参考文献 57

致 谢 58

第一章 基本信息

1.1工程概况

埃塞某公路三号大桥桥梁位于阿尔法州部落境内，属高原地带，自然条件有明显的垂直分带现象，桥址范围属丘陵-低山地貌，桥位处地形起伏不平，大面积杂树林。线路在D2K197 165左右跨越土质不规则河沟，旱季无水。桥梁参照中国公路标准进行设计。

1.2设计依据

（1）设计荷载：公路—Ⅰ级；

（2）设计坡度：单幅行车道单向横坡1.5%，纵坡0.3%；

（3）桥梁宽度：分离式双幅行车道，中间间隔1m，单幅宽度12.5m=0.5m 墙式护栏 0.5路肩 10.5m行车道 0.5路肩 0.5m 墙式护栏。

（4）桥梁跨径：桥梁总长604m，主桥全长304m，具体孔跨布置依据方案评比，自行拟定；

（5）主梁截面：根据已知条件，结合相应规范并考虑经济性，确定主梁截面形式和相关尺寸；

（6）桥面铺装：选用9cm厚的防水沥青混凝土作为铺装层。

1.3主要材料

1.3.1主要材料规格

（1）混凝土：主梁梁采用C50，墩柱、系梁、承台等采用C40。

（2）钢绞线：采用公称直径为15.2mm的低松弛高强预应力钢绞线，标准强度，弹性模量=195000MPa。

（3）普通钢筋：主筋可采用HRB335，其它可采用R235（Q235）钢筋；

（4）锚具及成孔管道：锚具根据需要采用OVM或HVM及其相应配套的支承垫板，管道成孔采用金属波纹管或者高密度塑料管。

（5）支座：盆式橡胶支座，具体尺寸规格通过计算确定；

1.3.2主要材料性能

1)混凝土

表1.1 混凝土表格

2)普通钢筋

表1.2 普通钢筋表格

3)预应力材料

表1.3 预应力材料表格

第二章 桥梁方案比选

2.1概述

在满足桥梁设计安全、适用、耐久、美观环保等的基本要求下,设计者要通过自身所学的有关专业技术知识、工程经验以及参考国内外已有的桥梁方案,首先依据规范或者特定的程序进行探究与推导甚至创新,得到满足实际条件与要求的各种方案,再将得到的几项方案进行各项指标的比较最后选出最优方案,进行下一步设计。

2.1.1拟定桥梁图示

  拟定桥梁方案,首先确定桥梁的总体布置，不仅要考虑平面的线型布置,纵断面线型布置,以及横断面桥面布置,还要结合实际情况以及工程设计经验,在拟定桥型的情况下进行分孔,确定跨径大小、墩台位置等^[1]。据此通过相似的步骤拟定各种具有特点与优点的不同桥型方案,绘制成桥梁图示。

2.1.2编制方案

根据拟定的桥梁方案,继而根据不同的桥型拟定上部结构,比如梁桥的主梁,横隔板以及附属设施,再拟定墩台基础等下部结构,再直接计算或者估算出上下部的主要工程量, 并考虑施工方式,得到该方案的各项技术经济指标,比如材料用量,工期造价等。最终绘制出桥梁方案的相应横断面图以及在桥址处的立面图。

2.1.3技术经济比较和最优方案的选定

  根据上述编制的各项方案,分析以上的各项指标在都满足设计原则的条件下,往往技术和造价等各种因素不能同时达到最优,这时就需要分析实际项目任务的侧重点,选定最满足要求的方案,即选定出了最优方案。

  本次埃塞某公路项目三号大桥设计,根据技术标准、平纵横布置、桥位地形地貌、工程地质、水文气候条件等,拟定了三种满足要求且不同体系的图示来编制桥型评选方案,以下分别是预应力混凝土连续梁桥、预应力混凝土连续刚构桥、独塔混凝土斜拉桥三种方案的总体布置图，如图2.1至2.3所示。

图2.1 预应力混凝土连续梁桥方案（单位：m）

图2.2 预应力混凝土连续刚构桥方案（单位：m）

图2.3 独塔混凝土斜拉桥方案（单位：m）

2.2预应力混凝土连续梁桥

2.2.1方案构思

  根据埃塞WM公路三号大桥所处的自然环境和社会环境特点，拟设计为预应力混凝土连续梁桥，该桥型施工方便，操作简单，且较为经济。本桥的总体设计构思是以“安全，适用，耐久，经济环保”作为基本原则，同时兼顾美观、便于施工、就地取材等。施工方法可采用挂篮悬臂对称施工，不但施工周期快而且操作简易。

2.2.2总体布置

  2.2.2.1纵断面布置

跨径拟定:根据已有的路线资料可得桥梁全长604m,初拟桥台侧桥最后端点到桥台支座中心处的距离为6m,则总跨径初拟为592m。初步布置为32m （65 110 65）m连续梁 10×32m =592m，边跨长度是中跨的0.59倍，在0.5-0.8之间，符合要求。如图2.4所示。

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