摘 要

本次毕业设计选取灵璧县新汴河城区段建设南路桥的主桥部分作为设计对象。根据任务书要求，将其设计成预应力混凝土变截面连续箱梁桥，依据现行公路桥涵设计规范，对跨径为（85 150 85）m 的连续混凝土箱梁桥上、下部结构进行设计计算并完成施工图设计。

首先，根据规范确定主梁中跨及边跨长度和截面尺寸。主梁的高度和底板的厚度从支点至跨中呈二次抛物线变化，腹板厚度在边跨至中跨处呈直线变化，顶板厚度沿全长保持不变。

然后，利用 MIDAS 软件建立桥梁基本模型。建模过程中关键的一个步骤就是调束，经过反复调试，直至模型中各种内力组合的各施工阶段和成桥阶段满足梁的基本应力及内力和位移要求。模型建成后，通过PSC设计，就可以进行桥梁荷载内力以及次内力的计算、然后进行桥梁预应力钢束的估算和布置、桥梁预应力损失计算、最后在插了钢束之后，便进行截面强度验算、截面应力验算以及刚度验算。

最后，手算行车道板的承载能力和局部承压能力，对下部结构进行计算和验算，完成相关的施工图绘制。

总结：经过分析验算表明，本设计的上、下部结构计算方法正确，内力分布合理，承载力达到要求，变形在容许范围内，符合设计任务书的要求。

关键词：预应力混凝土；连续梁；有限元建模；结构分析；验算

Abstract

This graduation project selects the main bridge section of the South Road Bridge in the new section of Lingbi City, as the design object. According to the requirements of the task book, it is designed as a prestressed concrete cross section continuous box girder bridge. According to the current design specification of the highway bridge and culvert, the structure of the continuous concrete box girder bridge with a span of (85 150 85) m is designed and calculated and the design of the construction drawing is completed.

First, determine the length and section size of the middle span and side span of the main girder according to the specifications. The height of the main beam and the thickness of the floor show two parabolic changes from the pivot to the midspan, and the thickness of the web changes linearly in the edge span to the middle span, and the thickness of the roof remains unchanged along the length.

Then, the basic model of bridge is established by using MIDAS software. The key step in the modeling process is to adjust the beam, and after repeated debugging, the basic stress and internal force and displacement requirements of the beam are met in each stage of the internal force combination in the model and the bridge stage. After the model is built, the load internal force and the internal force of the bridge can be calculated by PSC, then the estimation and arrangement of the prestressed steel beam of the bridge, the calculation of the loss of the bridge prestress, the calculation of the bridge prestress loss, and the final insertion of the steel beam are carried out, then the cross section strength checking, the cross section stress calculation and the stiffness checking are carried out.

Finally, the bearing capacity and local bearing capacity of the lane board are calculated manually, and the substructure is calculated and checked, and the relevant construction drawings are completed.

Summary: through the analysis and calculation, the calculation method of the upper and lower structures of the design is correct, the internal force distribution is reasonable, the bearing capacity reaches the requirement, the deformation is within the allowable range, and the requirements of the design task book are in line with the design.

Key words: prestressed concrete; continuous beam; finite element modeling; structural analysis; checking computations

目录

第1章 概述 5

1.1 工程概况 5

1.1.1 工程介绍 5

1.1.2 地形地貌 5

1.1.3 地质 5

1.2 设计资料及基本数据 6

1.2.1 技术标准 6

1.2.2 材料及其设计参数 6

1.2.3 设计依据 7

1.3 桥跨总体布置及结构主要尺寸 8

1.3.1 桥型布置 8

1.3.2 主梁结构尺寸 8

1.3.3 桥面铺装 11

1.3.4 全桥结构单元划分 11

1.3.5 全桥施工分段划分 11

第2章 行车道板计算 14

2.1 基本信息 14

2.2 中间桥面板计算 14

2.3 悬臂板计算 18

2.4 桥面板配筋 20

第3章 主梁内力计算 22

3.1 主梁截面几何特性计算 22

3.2 恒载内力计算 25

3.3 施工阶段内力计算 33

3.4 活载内力计算 35

3.5 次内力计算 40

3.5.1 温度次内力计算 40

3.5.2 基础变位影响力计算 43

3.5.3 预加力产生的次内力计算 45

3.5.4 徐变引起的次内力计算 47

3.6 主梁作用效应组合 49

3.6.1 承载能力极限状态的内力组合 49

3.6.2 正常使用极限状态的内力组合 54

第4章 配筋计算 64

4.1 预应力钢束的估算 64

4.1.1 按正常使用极限状态的应力要求计算 64

4.1.2 按承载能力极限状态的强度要求计算 65

4.1.3 钢束面积的估算结果 66

4.2 预应力钢束的布置 70

4.3 钢束预应力损失 70

4.3.1 预应力钢束和管道壁的摩擦损失 70

4.3.2 由锚具变形，钢束回缩以引起的预应力损失 71

4.3.3 预应力钢筋分批张拉时混凝土弹性压缩引起的应力损失 71

4.3.4 钢筋松弛引起的预应力损失 71

4.3.5 混凝土收缩徐变引起的预应力损失 72

4.3.6预应力钢束的有效应力计算 75

第5章 主梁截面验算 76

5.1持久状况承载能力极限状态验算 76

5.1.1截面受压区高度 76

5.1.2正截面抗弯承载力验算 76

5.1.3斜截面抗剪承载力验算 81

5.2持久状况正常使用极限状态验算 82

5.2.1正截面抗裂验算 82

5.2.2斜截面抗裂验算 87

5.3持久状况构件应力验算 88

5.3.1正截面混凝土法向压应力验算 88

5.3.2正截面受拉区预应力钢束拉应力验算 92

5.4短暂状况构件应力验算结果 97

5.5挠度验算 105

5.6 梁端锚固区的局部承压验算 106

5.6.1局部承压尺寸要求 106

5.6.2局部承压承载力验算 107

第6章 桥墩墩柱计算 109

6.1 荷载计算 109

6.1.1 恒载计算 109

6.1.2 活载计算 109

6.2 截面配筋计算 110

第7章 钻孔灌注桩计算 112

7.1 尺寸布置及荷载信息 112

7.1.1 尺寸布置 112

7.1.2 荷载信息 112

7.2 桩长计算 113

7.2.1桩的内力计算（m法） 114

7.3 桩基配筋计算及桩身材料截面强度验算 117

7.3.1 桩身最大弯矩及其位置 117

7.3.2墩顶纵向水平位移验算 119

总结 121

参考文献 122

致谢 123

第1章 概述

1.1 工程概况

1.1.1 工程介绍

本桥位于是安徽省宿州市和江苏省宿迁市泗洪县境内的新汴河流域，起终点分别位于新汴河两侧大堤，与堤顶道路平交，属于主桥。本段起点为 K1 107.50，终点为 K1 417.50；桥梁跨径布置为m，双向四车道。上部结构采用预应力混凝土连续变截面箱梁桥，下部结构采用实体式桥墩，钻孔灌注桩群作为桩基础。

1.1.2 地形地貌

桥位区位于淮北平原东部新汴河流域，地势平坦，地貌单元属淮河冲积平原，地形较为平坦。桥主墩及引桥段均位于位于新汴河两侧滩地。滩地高程一般在20.3～21.0m，河床高程一般16.0~17.0m左右，河床最深处15.30m。

1.1.3 地质

本次勘察查明，在勘探所达深度范围内，场地上覆土层第①～⑦层为第四系上更新统冲、洪积层（Q3al），下伏基岩为震旦系灰岩。

桥位区地下水类型主要为孔隙潜水和孔隙承压水。

孔隙潜水主要赋存于上部粉质粘土中，其补给源主要为地表水和大气降水，并与区内沟塘及新汴河水有一定的水力连系。

孔隙承压水主要赋存于粉土及细砂层中，承压水水位高程一般17.16~18.85m，同期新汴河水位为16.83~17.60m。

此次勘察期间地下水位埋深在1.80～3.80m之间。根据该桥水质试验报告可知，地表水、地下水对混凝土具微腐蚀性，地表水对钢筋混凝土结构中的钢筋具弱腐蚀性、地下水对钢筋混凝土结构中的钢筋具微腐蚀性。

1.2 设计资料及基本数据

1.2.1 技术标准

1）汽车荷载：公路— I级；人群荷载：2.5kN/m²。

2）地震烈度：桥位处地震动加速度峰值为0.10g，相当于基本烈度Ⅶ度。

3）设计洪水频率：1/100。

4）主桥标准横断面布置为：3.0m（人行道） 0.5m（路缘带） 7.5ｍ(行车道) 0.5m(中间带) 7.5m(行车道) 0.5m（路缘带） 3.0m（人行道），主桥全宽22.5米。

5）横坡：双向2%。

6）纵坡：桥面纵坡3%。

7）桥梁安全等级为一级。

8）通航等级：通航等级:V级航道(限制级)，通航净宽45米，净高5米。最高通航水位22.37m。

1.2.2 材料及其设计参数

1）混凝土

（1）混凝土主梁：C50混凝土；

（2）桥墩墩身、桥台台帽、耳背墙：C40混凝土；

（3）承台：C30混凝土；

（4）封底混凝土：C25水下混凝土；

（5）桩基：C30水下混凝土。

（6）其它

设计要求混凝土技术标准应符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）有关规定以及应严格按照《公路桥涵施工技术规范》执行，满足规范质量检验和质量评定标准。

2）普通钢材

防撞护栏及路灯底座、排水设施等均采用Q235C钢，应符合GB700-2006的要求。

3）普通钢筋

采用HRB235和HRB400级钢筋及钢筋焊接网，其技术标准应分别符合《钢筋混凝土用热轧光圆钢筋》（GB1499.1-2008）、《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）的规定。

4）预应力钢筋

预应力钢绞线采用表面镀锌钢绞线，单根钢绞线直径为Φs15.2mm，公称面积Ay=139mm²，标准强度=1860MPa，弹性模量Ep=1.95x10⁵MPa。预应力束建议采用成品预应力。

本项目所用预应力钢绞线均须符合《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-2003中的规定；预应力钢绞线用的锚具均须符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2007中的规定；预应力钢绞线用的塑料波纹管均须符合《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》JT/T529-2004中规定。

5）其它

所有材料必须具有国家技术质量监督部门确认的产品质量证明，出厂合格证明。

钢材焊接应采用符合要求的焊条或焊丝。

1.2.3 设计依据

1）部颁《公路工程技术标准》JTG B01-2003；

2）部颁《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004；

3）部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004；

4）部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》JTG D63-2007；

5）部颁《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86；

6）部颁《公路桥梁抗风设计规范》JTG/T D60-2004；

7）部颁《城市桥梁抗震设计规范》CJJ 166-2011；

8）部颁《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011；

9）部颁《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》交公路发【2007】358号；

10）部颁《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005；

11）《内河通航标准》（GB50139-2004）；

12）部颁《城市桥梁设计规范》CJJ11-2011。

13）其他相关规范及手册

14）毕业设计任务书及指导书

15）桥址地质剖面图

1.3 桥跨总体布置及结构主要尺寸

1.3.1 桥型布置

本设计方案主要根据设计任务书来确定，采用85 150 85m 预应力混凝土变截面连续箱梁结构，全长320m，属于大跨径桥梁。

对于大跨径桥梁而言，一般选用变截面设计。主要是因为以下三点：

1）采用支点梁高大于跨中梁高的变截面形式，使得梁高的变化规律与连续梁的弯矩图变化规律相一致，可充分发挥材料性能；

2）减小跨中梁高，有利于减小结构自重产生的弯矩、剪力；

3) 增大支座截面梁高，还有利于抵抗支座截面较大的剪力。

因此，与等截面连续梁相比，变截面连续梁可用于较大的跨径。

至于跨径布置方面，此方案选用的是不等跨，这是因为如果采用等跨布置，则边跨内力将控制全桥设计，这样是不经济的。此外，边跨过长，削弱了边跨刚度，将增大活载在中跨跨中截面的弯矩变化幅值，增加预应力束筋数量。从预应力混凝土连续梁受力特点来分析，采用不等跨时，缩短了边跨长度，这样有利于减小边跨和中跨的跨中弯矩。

而对于截面形式，混凝土连续梁桥截面形式主要由板式、肋梁式及箱形截面 3 种形式。其中，板式、肋梁式截面主要用于中小跨径（llt;50m），当 l≥50m 时，主要采用箱形截面。本方案采用的就是箱形截面：首先，箱形截面的整体性好，刚度大；其次，箱梁的顶底板可提供足够的面积来布置预应力钢束以承受正，负弯矩；另外箱梁抗扭性能强，同时可提供较大的顶板翼缘悬臂，底板宽度相对较窄，可大幅度减少下部结构的工程量。

所以，综上所述，根据毕业设计任务书所确定的桥梁结构形式基本符合桥梁结构设计原理。

1.3.2 主梁结构尺寸

1）顺桥向尺寸拟定

①墩顶梁高：根据规范，梁高为(1/16~1/20)L，取 L/16.67 即 9.00m。

②跨中梁高：根据规范，梁高为(1/30~1/55)L，取 L/37.50 即 4.00m。

③梁高变化曲线：选用二次抛物线，曲线方程为：。

④底板厚变化曲线：选用二次抛物线，曲线方程为:。

桥梁结构整体布置图如图 1.1。

图 1.1 桥梁总体布置图

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