摘 要

因桥面结构连续，伸缩缝少，行车舒适，受力分布均匀，且施工便利经济，连续刚构桥被广泛地用于现代桥梁建设中。但由于普通混凝土抗拉强度较低且徐变系数较大，导致桥梁必定会产生开裂和下挠等病害。为了增大桥梁跨径、优化截面形状、减轻结构自重，提出一种新型材料——超高性能混凝土（UHPC），该材料具有超高的抗拉、压强度，良好的耐久性、韧性和超低的徐变系数等优良特性。本文主要做了以下工作：

（1）了解连续刚构桥的优良性、国内外发展现状以及现阶段存在的问题；接着介绍了UHPC的材料特性及国内外工程实例，表明UHPC在桥梁应用中具有巨大的潜力；

（2）提出了适用UHPC材料性能的大跨径连续箱型桥的整体设计，包括桥体尺寸、截面形状等；

（3）根据设计理念，参照工程实例85m 3×150m 85m汉江特大桥，设计了三跨一联160m 300m 160m的UHPC连续刚构桥，包括桥型设计、主梁各截面尺寸、主梁结构预应力配筋等；

（4）利用Midas/Civil建立全桥结构计算模型，按施工控制过程，进行了整体计算，通过分析结构应力和位移，得出其施工和成桥阶段的状态变化；除此之外，还对结构进行了抗裂验算，以保证结构设计的受力合理；

（5）将两座桥从工程造价上进行对比，说明UHPC更加适用于大跨度桥梁。

关键词：连续刚构桥；超高性能混凝土（UHPC）；有限元分析；结构计算

Abstract

Due to the deck of continuous, less expansion joints, driving comfort, uniform force and
convenient and economical construction, continuous rigid-frame bridge is widely used to modern bridge construction. However,due to the tensile strength of concrete is low and creep coefficient is larger, resulting in bridge will produce crack and deflection. In order to increase the span of the bridge, optimize cross-section shape, reduce the weight of structure, it is proposed to use a new type of material, ultra-high performance concrete (UHPC), the material has high tensile, pressure, the excellent characteristics of durability, toughness and low creep coefficient. In this paper, we mainly do the following works:

(1) Understand the excellent performance of continuous rigid-frame bridge, domestic and foreign development present situation as well as the present stage existence problems; then introduce the UHPC material properties and the domestic and foreign engineering example, shows that UHPC in bridge applications has great potential;

(2) the overall design of a large span continuous box bridge with UHPC material properties is presented, including the size of the bridge, the shape of the cross section, and so on;

(3) according to the design concept, reference bridge on an engineering example 85m 3x 150m 85m Hanjiang River, the design of a three span one coupling 160m 300m 160m UHPC continuous rigid-frame bridge, including bridge design, the section size of the main girder, girder structure of prestressed reinforcement;

(4) the use of Midas/Civil establishment of full bridge structure calculation model, according to the construction control process, calculate the overall bridge. Through the analysis force and displacement of the structure, obtained the construction and changes in the status of the bridge; In addition, on the structure were crack checking to ensure that the structure design of reasonable force;

1. compared with the two bridges from the project cost, UHPC is more suitable for long-span bridges.

Key Words：ontinuous rigid-frame bridge; Ultra-high performance concret（UHPC）; Finite element analysis; Structural calculation

目 录

第1章 绪 论 1

1.1. 连续刚构桥概况 1

1.1.1. 连续刚构桥概述及特点 1

1.1.2. 连续刚构桥国内外发展现状 1

1.1.3. 连续刚构桥存在的问题 2

1.2. 超高性能混凝土（UHPC）概况 3

1.2.1. 材料特性 3

1.2.2. UHPC国内外工程实例 4

1.3. 本文研究目的及主要内容 6

1.3.1. 研究目的 6

1.3.2. 主要内容 6

第2章 连续箱梁桥概念设计 8

2.1. 箱梁桥设计理念 8

2.2. 实桥工程背景 9

2.2.1. 工程概况 9

2.2.2. 主要技术指标 10

2.3. UHPC箱型截面刚构桥初步设计 10

2.3.1. 箱梁截面设计 10

2.3.2. 施工构造设计 12

2.3.3. 预应力钢筋布置 12

2.4. 本章小结 14

第3章 UHPC连续箱梁桥有限元建模 15

3.1. 材料特性 15

3.2. 计算荷载及相关参数取值 16

3.3. 边界条件 16

3.4. 施工阶段划分 16

3.5. 建立有限元模型 17

3.6. 布置钢筋 18

3.7. 本章小结 21

第4章 UHPC连续箱梁桥有限元结果分析 22

4.1. 结果分析的意义 22

4.2. 符号规定 22

4.3. 计算结果验算 22

4.3.1. 施工阶段的内力及应力验算 22

4.3.2. 成桥阶段应力验算 25

4.3.3. 构件的抗裂验算 26

4.4. 计算结果分析 27

4.4.1. 位移结果提取与分析 27

4.4.2. 应力结果提取与分析 32

4.5. 工程造价比较 40

4.5.1. 实桥计算结果 40

4.5.2. 上部结构造价比较 41

4.6. 本章小结 41

第5章 结论与展望 42

参考文献 44

致 谢 46

绪 论

连续刚构桥概况

连续刚构桥概述及特点

连续刚构桥因墩梁固结、主梁连续而得名^[1]。连续刚构桥结合了连续梁桥和T型刚构桥的优点，在保证墩梁固结均匀受力的同时做到了桥面连续，并且采用柔性薄壁桥墩，形成了一种新型体系。

因为桥面连续无伸缩缝，所以行车平顺舒适；由于墩梁固结，在支点处会产生较大负弯矩抵消正应力，受力分布更加均匀，减小跨中截面尺寸，增大跨越能力并且施工时无需大吨位支座、墩梁临时固结及体系转换，使施工更加便利经济。在温度变化、支座沉降和混凝土收缩徐变等情况下，柔性墩能够产生水平位移来消除其产生的影响。比起连续梁桥，连续刚构桥整体性更好，顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度更大，抗震与抗扭能力更强。

连续刚构桥国内外发展现状

预应力混凝土连续刚构桥最早产生于德国和法国，随后在美国、日本以及北欧等地区和国家得到了迅速的发展^[2]。

1953年，原联邦德国建成沃伦姆斯桥（Worms），该桥跨度为101.65m 114.2m 104.2m，是世界上第一座预应力混凝土T型刚构桥，也是连续刚构桥的雏形。在施工中该桥引入悬臂施工法，对桥梁的施工产生了深远的的影响。随后，主跨为208m的本道夫桥（Bendorf）建成，悬臂施工法的优越性再次显现。由于悬臂施工法在施工时可不设支架，有利于跨越深谷、急流、大河的大跨度桥梁施工，大大缩短工期并降低造价，使得T型刚构桥这种桥型的结构性能和施工特点达到高度的协调统一，在实践中被广泛采用。早期的T构桥代表性桥梁有德国的布伦茨桥，英国的麦德威桥，及日本的浦户大桥、滨名大桥等。