摘 要

本次毕业设计的题目为（37 66 37）m预应力混凝土变高度连续箱梁施工图设计，是以新汴河虞姬大桥中的实际项目为背景，对该项目主桥的上部结构和下部结构进行了设计计算并完成施工图的设计与绘制。

本次设计首先依据规范的要求，拟定了主梁的主要构造和细部尺寸。主梁截面为单箱三室的箱形截面，从支点到跨中，箱梁底面与底板顶面的高度呈二次抛物线变化，而腹板的宽度在中跨四分之一和边跨跨中处呈直线变化，顶板的厚度保持不变。此外，考虑到桥梁的结构和地质条件，主桥下部结构选择实体桥墩以及钻孔灌注桩群桩基础，基础均按摩擦桩设计。

随后利用有限元软件Midas建立的桥梁基本模型对上部结构进行计算分析，包括内力分析，预应力钢束的估算与布置，进行施工阶段以及截面的验算等，其中还应考虑到 混凝土收缩徐变、基础变位和温度产生的次内力影响。行车道板、锚下局部应力与下部结构均采用手算。

经过分析计算，本次设计的桥梁上、下部结构计算方法正确，内力分布合理，符合任务书及相关规范的要求。

关键词：连续箱梁；预应力混凝土；有限元建模；结构分析；验算

Abstract

The design of the graduation project is (37 66 37)m prestressed concrete height-variable continuous box girder construction drawing design, which is based on the actual project in the Xinji River Luanji Bridge, and the superstructure and substructure of the main bridge of the project should be designed and calculated, the construction drawing should be designed and drawn.

In this design, the main structure and detail dimensions of the main beam were first formulated according to the specifications. The cross-section of the main girder is a box-shaped three-compartment box section. The heights of the bottom surface of the box girder and the top surface of the bottom plate change from the fulcrum point to the midspan to a second parabola, and the width of the web changes linearly at one-quarter of the midspan and midspan. The thickness of the top plate remains constant. In addition, taking into account the structure and geological conditions of the bridge, the lower part of the main bridge selects physical piers and bored cast-in-place pile group foundations, and foundations are designed as friction piles.

Afterwards, the bridge basic model established by the finite element software Midas was used to calculate and analyze the superstructure, including analysis of internal forces, estimation and layout of prestressed steel bundles and the checking of construction stages and sections. The influence of sub-internal forces on concrete shrinkage and creep, basic displacement and temperature should be also taken into account. The roadway board, local stress under the anchor and the lower structure are all calculated by hand.

After analysis and calculation, the calculation methods for the upper and lower bridges of this design are correct, and the internal force distribution is reasonable, which meets the requirements of the mission statement and related specifications.

Key words:Continuous beam; Prestressed concrete; Finite element modeling; Structural analysis

目录

摘要 3

Abstract 4

第1章 概述 6

1.1工程概况 6

1.1.1工程介绍 6

1.1.2地形地貌 6

1.1.3地质 6

1.2设计资料及基本数据 7

1.2.1技术标准 7

1.2.2材料及其设计参数 7

1.2.3设计依据 8

1.3桥跨总体布置及结构主要尺寸 9

1.3.1桥型布置 9

1.3.2主桥结构尺寸 10

1.3.3桥面铺装 12

1.3.4全桥结构单元划分 12

1.3.5全桥施工分段划分 13

第2章 行车道板计算 15

2.1基本信息 15

2.2中间桥面板计算 15

2.3桥面板配筋 19

第3章 主梁内力计算 21

3.1主梁截面几何特性计算 21

3.2恒载内力计算 24

3.3施工阶段内力计算 32

3.4活载内力计算 34

3.4.1汽车荷载与人群荷载 34

3.4.2汽车各项系数 35

3.4.3活载内力的计算结果 35

3.5次内力计算 40

3.5.1温度次内力的计算 40

3.5.2基础变位影响力计算 41

3.5.3预加力产生的次内力计算 44

3.5.4徐变引起的次内立计算 46

3.6主梁作用效应组合 48

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 51

第4章 配筋计算 55

4.1预应力钢束的估算与布置 55

4.1.1预应力钢束的估算 55

4.1.2预应力钢束的布置 58

4.2钢束预应力损失 59

4.2.1预应力与管道壁间摩擦引起的应力损失 59

4.2.2锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 60

4.2.3混凝土弹性压缩引起的应力损失 60

4.2.4钢筋松弛引起的应力损失 61

4.2.5混凝土收缩和徐变引起的应力损失 61

第五章 主要截面验算 62

5.1控制截面的选择 62

5.2承载能力极限状态的截面验算 62

5.2.1正截面抗弯验算 62

5.2.2斜截面抗剪验算 64

5.3正常使用极限状态截面验算 66

5.3.1使用阶段正截面抗裂验算 66

5.3.2使用阶段斜截面抗裂验算 68

5.3.3挠度验算 68

5.4持久状况和短暂状况构件的应力验算 69

5.4.1使用阶段正截面压应力验算 69

5.4.2使用阶段斜截面主压应力验算 70

5.4.3施工阶段正截面法向应力验算 71

5.4.4受拉区钢筋的拉应力验算 72

第6章 局部承压验算 74

6.1局部承压尺寸要求 74

6.2局部抗压承载力计算 76

第7章 桥墩墩柱计算 76

7.1荷载计算 77

7.2截面配筋计算 78

7.3墩柱截面承载力复核 80

第8章 钻孔灌注桩计算 83

8.1 荷载设计 84

8.2 桩长计算 85

8.3 桩的内力及位移计算 87

8.3.1 基本假定 87

8.3.2 计算宽度的确定 88

8.3.3 桩的变形系数计算 88

8.3.4 计算桩顶外力以及最大冲刷线处的桩上外力 89

8.3.5 计算最大冲刷线下深度Z处的桩基截面上的弯矩以及水平应力 89

8.3.6 计算桩顶纵向的水平位移 90

8.4 桩基的配筋计算和桩身材料截面强度的验算 91

8.4.1 桩身的最大弯矩及位置 91

8.4.2桩身截面强度的验算 91

总结 95

参考文献 96

致谢 97

第1章 概述

1.1工程概况

1.1.1工程介绍

本次设计的新汴河虞姬大桥是《新汴河桥梁方案及滨水景观规划》中的一部分，整个规划包括新汴河沿线城区、水体、桥梁建设或改造等内容。新汴河位于淮北平原，是一条人工平地开挖的河道，其干流全长127.1km。本桥的起点和终点分别位于新汴河两侧的大堤，和堤顶的道路平交，其桩号分别为K1 100~K1 565.0，本次设计取中段（37 66 37）m的变截面连续梁桥，为双向四车道，上部结构采用的是预应力混凝土连续箱梁，主桥为单箱三室结构，下部结构采用门式桥墩和钻孔灌注桩。

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，地貌单元属淮河冲击平原，地形较为平坦。桥主墩及引桥段均位于新汴河两侧滩地。滩地高程一般在20.3~21.0m，河床高程一般在16.0~17.0左右，河床最深处有15.30m。

1.1.3地质

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。地质岩层详况如表1.1。根据区域地质资料和野外地质调查，桥位区未见活动性断裂发育，区域构造的稳定性较好。

桥位区地下水类型主要孔隙潜水和孔隙承压水及基岩岩溶水，经过勘察，地下水位埋深在1.60~2.20m之间，根据该桥水质报告可知，地下水度混凝土不具有腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋具较弱腐蚀性。根据《虞姬大桥工程场地地震安全性评价报告》，虞姬大桥场地属于中硬性场地土，场地类别为Ⅱ类，属于建筑抗震有利阶段。

1.2设计资料及基本数据

1.2.1技术标准

1. 汽车荷载：城-A级；人群荷载：

表1.1 土层分层特征一览表

1. 地震烈度：桥位处地震动加速度峰值为，相当于基本烈度Ⅶ度
2. 设计洪水频率：
3. 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22.5m
4. 横坡：双向2%
5. 纵坡：桥面纵坡3%
6. 桥梁安全等级为一级

1.2.2材料及其设计参数

1. 混凝土

沥青混凝土：用于桥面铺装;

C50混凝土：用于悬臂箱梁；

C40防水混凝土：用于桥面铺装;

C40混凝土：用于桥墩；

C30防水混凝土：用于水中桩基与承台；

1. 普通钢筋

普通钢筋采用HPB300和HRB400级钢筋及钢筋焊接网。

1. 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，公称面积为，标准强度，弹性模量。预应力束建议采用成品预应力。

1. 普通钢材

钢拱圈主体结构及临时匹配件均采用Q235C钢，其要求-20℃冲击功不小于27J，Q235B钢，其要求0℃冲击功不小于27J，应符合GB700-2006的要求。

钢材碳含量，磷含量，硫含量。

1.2.3设计依据

1. 部颁《公路工程技术标准》JTG B01-2014
2. 部颁《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2015
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《城市桥梁设计规范》CJJ11-2011
6. 部颁《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011
7. 部颁《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86
8. 部颁《公路桥梁抗风设计规范》JTG/T D60-2004
9. 部颁《城市桥梁抗震设计规范》CJJ 166-2011
10. 部颁《公路工程基本建设项目设计文件编制方法》交公路发【2007】358号
11. 部颁《内河通航标准》GB50139-2004
12. 部颁《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005

1.3桥跨总体布置及结构主要尺寸

1.3.1桥型布置

设计任务书中已经指定本桥为37 66 37m的预应力混凝土变截面连续梁，桥跨总长140m，属于大跨径桥梁。

据统计，跨径在100m以上的梁桥中有90%都采用变截面梁，其原因为：

1. 从连续梁的恒载弯矩图可以看出，连续梁在支点处出现负弯矩最大值，且跨中截面的正弯矩比较小，采用变截面梁设计，就是为了适应截面内力的变化；
2. 由于大跨度桥梁一般采用悬臂法施工，施工阶段主桥为悬臂体系，施工内力从支点处向跨中处依次减小，截面高度的变化规律与施工内力的状态比较吻合；
3. 对于有支架和预制装配施工的大跨度桥梁，截面变化由梁的内力决定。

变截面梁的截面变化主要反映在梁高的变化，变化规律包括斜线、圆弧线和抛物线等，其中二次抛物线形式在预应力混凝土梁中最常用，因为其变化规律与连续梁的弯矩变化规律相接近。

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