摘 要

本次设计的题目为东淝河大桥上部结构设计与计算分析。本次毕业设计要求学生能根据初始资料独立自主地设计出东淝河大桥上部结构，并绘制施工图。

具体的设计步骤：首先,根据初始资料，进行桥式方案比选，确定桥型为预应力混凝土连续梁桥，分跨为（56 94 56）m。然后，确定横截面为单箱单室箱梁，主梁采用变截面，根据经验公式确定中支点处梁高为6.0m，跨中处梁高为3.0m，在中支点和边支点处设置横隔板。施工方法选择悬臂浇筑施工法，用挂篮进行浇筑，每个节段浇筑的混凝土长度为3.0~4.0m，合拢段长度为2m。

本设计主要使用有限元软件MIDAS/CIVIL来完成建模、计算、分析和验算工作，使用Excel和AutoCAD进行辅助分析与设计。全桥分为70个单元，和53个施工阶段。

使用Midas进行分析的主要流程是：先建立模型，用Midas计算出桥梁在各种荷载下的内力，然后进行第一次荷载组合，然后进行估束、配束，然后计算预应力损失，再计算出各项次内力等，并进行第二次荷载组合，最后按规范要求进行截面验算。

最后,依据设计的结果绘制完整的施工图。

关键词：有限元分析；预应力混凝土；连续梁桥；悬臂施工；设计

Abstract

The topic of this thesis is the design and analysis of the Superstructure of the Dongfei River Bridge. This graduation design requires students to independently design the superstructure of the Dongfei River Bridge according to the initial data and draw the construction drawings.

Here is the specific design steps: First of all, according to the initial data, the bridge scheme is selected from several choices, then we determine the bridge type is prestressed concrete continuous beam bridge, which is divided into (56 94 56) m. Then, to determine the cross-section of a single-box single-chamber box girder, the main beam with variable cross-section, according to the empirical formula to determine the middle fulcrum beam height of 6m, and the middle beam height of 3.0m, diaphragm wall should be set in each Bearing. And then, we choose cantilever pouring construction method as our construction method, with the hanging basket for pouring, each section of the concrete length of pouring 3.0 ~ 4.0m， the length of the closure section of 2m.

To aid to finish our design, we choose the finite element software MIDAS / CIVIL to complete the modeling, calculation, analysis and verification work, and use Excel and AutoCAD for auxiliary analysis and design. Full bridge is divided into 70 units, and 53 construction stages.

The main process for analyzing with Midas is: Firstly, we should establish the model, Midas is used to calculate the internal force of the bridge under various loads. Then perform is the first load combination. And then we estimated the number of prestressed steel beam and design the geometric shape of it, and then calculate the prestress loss, and then calculate all types of the sub-internal force Finally，we operate the second load combination and do the final check according to the specification requirements .

Finally, we should draw a complete construction drawings according to the results of the design.

Key words: finite element analysis；prestressed concrete；continuous girder bridge；

cantilever construction；design

目录

摘 要 1

第1章 绪论 1

1.1预应力混凝土连续梁桥概述 1

1.1.1 概述 1

1.1.2结构体系特点与优缺点 1

1.2 连续梁桥在国内外的发展现状及趋势 2

1.3连续梁桥悬臂施工法介绍 3

第2章设计基本资料与桥式方案比选 5

2.1桥式方案比选 5

2.1.1工程地质概况 5

2.1.2桥式选定原则 5

2.1.3桥式方案拟定 5

2.2桥梁线形布置 8

2.3主要技术标准 8

2.4主要材料 9

2.5施工方式 10

2.6基础变位作用 10

2.7温度作用 10

2.8设计规范 10

第3章 桥梁总体布置及截面拟定 11

3.1桥跨总体布置 11

3.2截面参数拟定 11

3.2.1 截面构造的确定 11

3.2.2 梁高的确定 12

3.2.3 腹板厚度的确定 13

3.2.4 顶、底板厚度的确定 13

3.2.5 横隔板尺寸拟定 14

3.2.6 悬臂板、梗腋等其他尺寸拟定 14

第4章 Midas建模与结构内力计算 16

4.1 概述 16

4.2 Midas模型的建立 17

4.2.1 单元的划分 17

4.2.2 边界条件的定义 19

4.2.3 静力荷载的定义 20

4.2.4 施工阶段的模拟 21

4.2.5移动荷载的定义 23

4.3 作用效应计算 24

4.3.1永久作用效应 24

4.3.2可变作用效应 35

第5章 作用效应组合 41

5.1 承载能力极限状态组合 41

5.2 正常使用极限状态组合 44

5.2.1作用短期效应组合 44

5.2.2作用长期效应组合 47

第6章 预应力钢筋估束与设计 50

6.1 估束原理 50

6.2 预应力钢束估束 52

6.3 纵向预应力钢束设计与布置 57

6.3.1 纵向预应力钢束的分类 57

6.3.2 纵向预应力钢束的布置原则 58

6.3.3 纵向预应力钢束布置成果 58

6.4 竖、横向预应力钢束设计与布置 61

6.4.1 竖向预应力钢束布置 61

6.4.2 竖向预应力钢束布置 61

6.5 预应力损失及有效预应力计算 61

6.5.1 预应力筋与管道之间的摩擦引起的预应力损失 62

6.5.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 63

6.5.3 预应力钢筋与台座之间的温差引起的损失 63

6.5.4 混凝土的弹性压缩引起的预应力损失 63

6.5.5 钢筋松驰引起的应力损失 64

6.5.6 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 64

6.5.7 有效预应力计算 66

6.5.8计算结果 66

第7章 结构次内力计算及作用效应组合 69

7.1 收缩徐变次内力 69

7.1.1 徐变效应次内力 69

7.1.2 收缩效应次内力 72

7.2 温度作用次内力 72

7.2.1 概述 72

7.2.2 计算原理 73

7.2.3 有限元计算 75

7.3 预加力次内力 78

7.3.1 预加力及其次内力的作用原理 78

7.3.2 有限元计算结果 79

7.4 基础变位作用次内力 80

7.5 作用效应组合 83

7.5.1 承载能力极限状态组合 83

7.5.2 正常使用极限状态组合 85

7.5.3 弹性阶段应力验算组合 89

第8章 结构验算 92

8.1 持久状况承载能力极限状态验算 92

8.1.1 正截面抗弯验算 92

8.1.2 斜截面抗剪验算 94

8.1.3 斜截面抗弯验算 94

8.2 持久状况正常使用极限状态验算 94

8.2.1 正截面抗裂验算 94

8.2.2 斜截面抗裂验算 96

8.2.3 挠度验算及预拱度设置 97

8.3 持久状况构件应力计算与验算 98

8.3.1 正截面压应力验算 98

8.3.2 斜截面主压应力验算 99

8.3.3 受拉区钢筋拉应力验算 100

8.4 短暂状况构件应力计算与验算 101

第9章 主要工程数量统计 104

参考文献 105

致谢 106

第1章 绪论

1.1预应力混凝土连续梁桥概述

1.1.1 概述

近年来，随着高等级公路与铁路建设的迅猛发展，公路、铁路桥梁建设规模不断扩大。在我国的各项实际工程中，连续梁桥因为其力学特性优秀、变形较小、行车平顺、造型简约、后期维修简单、抗震能力强等特点为成为最热门的桥型之一，在各项桥型方案的比选中往往极具竞争力。

预应力混凝土技术在近年来得到了迅猛的发展，许多大跨度预应力混凝土梁桥的施工技术日新月异，比如典型的悬臂浇筑法、悬臂拼装法、顶推法、简支转连续法等等。在跨越大江大河，亦或是各种城市跨线桥工程中，特别是在在30~120米跨径范围内，预应力混凝土连续梁桥都往往能展现出自己的优势及特点而成为最优的方案。

1.1.2结构体系特点与优缺点

连续梁结构体系作为结构力学中最简单的集中结构形式之一，具有很多独特的优势，我们以一个简单的三跨连续梁结构体系为例，以下为它的计算图示（图1.1）。

图1.1 三跨连续梁计算图示