摘 要

本次毕业设计的题目是祁阳绕城公路跨沿江路立交桥设计，对该桥梁主桥部分的上部机构和下部结构进行相应的设计计算并绘制施工图纸。

根据相关规范要求，本设计拟定了主梁、主墩和基础桩的细部尺寸。主梁截面采用单箱单室，箱梁梁高和底板厚度均按二次抛物线变化，腹板在4号梁端按直线变化，顶板厚度保持不变。考虑连续箱梁桥桥梁结构和地质条件，钻孔灌注桩按照摩擦桩进行设计。

通过midas有限元软件建立连续箱梁桥模型对本桥上部结构进行计算分析，包括位移分析、内力分析、施工阶段内力验算、截面验算以及预应力筋估算等，另外还需要考虑温度荷载、混凝土收缩徐变、支座沉降和移动荷载方面的影响。对于下部结构，本设计采用手算的方式验算桥台、桩的承载能力。

经过严格地分析计算，本设计中的连续箱梁结构计算过程严谨，内力分布满足要求，符合相关规范的规定。

关键词：连续箱梁桥；有限元建模分析；应力验算；预应力钢束；钻孔灌注桩

Abstract

The title of this graduation project is the design of Qiyang Ring Road Overpass over the Yangtze River. The upper and lower structures of the main part of the bridge are designed and calculated, and the construction drawings are drawn.

According to the requirements of relevant codes, the detailed dimensions of the main girder, main pier and foundation pile are worked out in this design. The cross section of the main girder is single box and single chamber. The height of the box girder and the thickness of the bottom slab are changed by quadratic parabola. The web is changed by straight line at the end of No. 4 beam, and the thickness of the top slab remains unchanged. Considering the structure and geological conditions of continuous box girder bridge, bored cast-in-place piles are designed according to friction piles.

The model of continuous box girder bridge is established by Midas finite element software to calculate and analyze the superstructure of the bridge, including displacement analysis, internal force analysis, internal force checking in construction stage, section checking and prestressing tendon estimation, etc. In addition, the influence of temperature load, concrete shrinkage and creep, bearing settlement and moving load should also be considered. For the lower structure, the bearing capacity of abutment and pile is checked by hand calculation.

After rigorous analysis and calculation, the calculation process of the continuous box girder structure in this design is rigorous, the internal force distribution meets the requirements and meets the requirements of relevant specifications

Key words：Continuous box girder bridge; Finite element modeling and analysis; Stress checking calculation; Prestressed steel bundle; Bored cast-in-place pile

目录

学位论文原创性声明 II

学位论文版权使用授权书 II

摘要 I

Abstract II

第1章 概述 1

1.1工程概况 1

1.1.1工程介绍 1

1.1.2地形地貌 1

1.1.3地质情况 1

1.2设计资料及基本数据 2

1.2.1技术标准 2

1.2.2材料及其设计参数 2

1.2.3设计依据 4

1.3桥型布置 4

1.3.1变截面连续箱梁的优点 4

1.3.2主桥结构尺寸 5

1.3.3桥面的铺装 7

1.3.4全桥结构单元的划分 7

1.4全桥施工阶段的划分 7

1.4.1主桥的施工方法 7

1.4.2全桥梁段的划分 8

1.4.3全桥施工工程的划分 8

第2章 行车道板计算 9

2.1基本信息 9

2.2桥面板的计算 9

2.3悬臂板的计算 13

2.3.1恒载内力的计算 13

2.3.2活载内力的计算 13

2.3.3内力组合 14

2.4桥面板的配筋 15

2.4.1支点处配筋 15

2.4.2跨中处配筋 15

2.4.3抗剪验算 16

第3章 主梁内力计算 17

3.1恒载内力的计算 17

3.2施工阶段内力计算 28

3.3活载内力计算 30

3.4活次内力计算 36

3.4.1温度次内力的计算 36

3.4.2基础变位影响力计算 39

3.4.3预加力产生的次内力计算 46

3.4.4徐变引起的次内力计算 49

3.5主梁作用效应组合 53

3.5.1承载能力极限状态的内力组合 53

3.5.2正常使用极限状态的内力组合 56

第4章 配筋计算 61

4.1预应力钢束的估算 61

4.2预应力钢束的布置 66

4.3钢束预应力损失 66

4.3.1预应力钢筋与管道之间的摩擦引起的应力损失 67

4.3.2锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 67

4.3.3混凝土弹性压缩引起的应力损失 67

4.3.4钢筋松弛引起的应力损失 68

4.3.5混凝土收缩和徐变引起的应力损失 68

4.4预应力损失计算结果 69

第5章 主要截面验算 76

5.1控制截面的选择 76

5.2截面强度验算 76

5.2.1正截面抗弯验算 76

5.2.2斜截面抗剪验算 78

5.3正常使用极限状态截面验算 80

5.3.1使用阶段正截面抗裂验算 80

5.3.2使用阶段斜截面抗裂验算 82

5.3.3挠度验算 83

5.4持久状况和短暂状况构件的应力验算 84

5.4.1使用阶段正截面压应力验算 84

5.4.2使用阶段斜截面主压应力验算 86

5.4.3施工阶段正截面法向应力验算 87

5.4.4受拉区钢筋的拉应力验算 88

第6章 局部承压验算 91

6.1局部承压尺寸要求 91

6.2局部抗压承载力计算 92

第7章 桥墩墩柱计算 94

7.1荷载计算 94

7.1.1轴向力计算 94

7.1.2弯矩的计算 95

7.2截面配筋计算 95

7.2.1大、小偏心受压的判定 95

7.2.2计算纵向钢筋面积 95

7.3墩柱截面承载力复核 96

第8章 钻孔灌注桩计算 98

8.1荷载设计 98

8.2桩长计算 99

8.3桩的内力及位移计算 100

8.3.1宽度的确定 100

8.3.2桩的变形系数的确定 100

8.3.3作用在桩上的外力 101

8.3.4计算最大冲刷下以下桩截面的弯矩及水平应力 101

8.3.5计算桩顶纵向水平位移 102

8.4桩基的配筋计算和桩身材料截面强度的验算 103

8.4.1桩身的最大弯矩及位置 103

8.4.2桩身截面强度的验算 103

总结 107

参考文献 108

致谢 109

第1章 概述

1.1工程概况

1.1.1工程介绍

祁阳大道又名G322线祁阳绕城公路，起于祁阳城区北长虹街道办事处东风村，南止于祁阳城区浯溪街道办事处祁阳汽车南站（三南路口），全长11公里，是祁阳市区最重要的南北向城市主干道。

桥梁跨径组合为：34.44 60×3 42.83m。全桥为现浇预应力变截面混凝土连续箱梁。

桥梁宽度为17m，采用整幅设置，内侧设置波型护栏，外侧设置防撞护栏，其布置为: B= 0.5m（外侧护栏） 0.5m（侧向净宽） 3.75（机动车道）×4 1m（内侧护栏）=17m。

1.1.2地形地貌

拟建桥梁位于祁阳县沿江路，地势平坦，原始地貌单元属湘江阶地地貌，现地形为祁阳大道，地面标高95.47～97.44m。区内交通发达，附近有国道G322、省道S320及众多市政公路经过，交通便利。

1.1.3地质情况

场地内埋藏的地层主要有第四系湖积层、第四系冲洪积层，下覆基岩为泥盆系上统锡矿山组灰岩。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。根据岩土室内试验及现场原位测试，拟建场地主要岩土物理力学指标推荐值见下表1.1。

地下水主要赋存于淤泥质粘土①和粘土②中，其补给来源为地表水（河流）侧向入渗及大气降水补给，以侧向渗流及地表蒸发方式排泄，地下水水位受河流水位影响明显，即丰水季节时地下水接受湘江补给，枯水季节时地下水转向湘江排泄。

表1.1 承载力建议值一览表

1.2设计资料及基本数据

1.2.1技术标准

1、道路等级：城市主干道。

2、设计速度：50Km/h。

3、设计荷载：汽车荷载：城-A级，且满足公路—Ⅰ级。

4、抗震设防等级：本项目抗震基本烈度为6度，地震动峰值加速度为0.05g，抗震设防类别为丙类，桥梁E1地震作用下地震调整系数为0.46。抗震措施采用7度。

5、结构设计安全等级：一级，γ₀=1.1。

6、设计基准期：本工程桥梁结构设计基准期为100年。

7、桥梁结构设计使用年限：本项目桥梁设计使用年限为100年。

8、环境类别：上部结构环境类别为Ⅰ类、下部结构环境类别为Ⅱ类。

9、防撞护栏的防撞等级：外侧防撞护栏等级取用SB级；内侧防撞护栏等级取用SBm级。

1.2.2材料及其设计参数

1.2.2.1混凝土

（1）上部结构：

1. 现浇预应力混凝土箱梁采用C50混凝土；
2. 桥面铺装采用6cmC40混凝土 10cm沥青混凝土。

（2）下部结构：

1. 桥墩基础灌注桩采用25号混凝土；
2. 承台采用30号混凝土；
3. 墩柱采用40号混凝土；
4. 盖梁采用50号混凝土。

（3）附属结构：

1. 护栏采用C30混凝土。

1.2.2.2钢材

（1）预应力钢绞线

均采用按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）标准生产的高强度低松弛钢绞线，公称直径15.2mm，公称截面积138.7mm²，强度标准值fpk＝1860MPa，弹性模量为Ep＝1.95×10⁵MPa。

（2）普通钢筋：

采用HPB300和HRB400钢筋；带肋钢筋的技术标准应符合《钢筋混凝土用钢第2部分 热轧带肋钢筋》（GB1499.2-2007）的规定，光圆钢筋应符合《钢筋混凝土用钢第1部分 热轧光圆钢筋》（GB1499.1－2008）的规定。

1.2.2.3附属设施

（1）桥面铺装

桥面铺装采用6cmC40混凝土 10cm沥青混凝土，在桥面现浇混凝土与沥青混凝土间设防水层。防水层为FYT-1改进型防水层，防水涂料的材料性能应符合现行行业标准《道桥用防水涂料》（JC/T975-2005）的要求。

（2）护栏

桥梁车行道外侧护栏防撞等级为SB级，内侧护栏防撞等级为SBm级。

（3）支座

现浇预应力混凝土梁采用GPZ系列盆式橡胶支座，其技术性能应满足《公路桥梁盆式支座》（JT/T391—2009）的要求。

1.2.3设计依据

1、《城市桥梁设计规范》（CJJ 11-2011）；

2、《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）；

3、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）；

4、《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）；

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

6、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）；

7、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-85）；

8、《公路桥梁抗风设计规范》 （JTG／T60-01—2004）；

9、《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008）；

10、《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ 166-2011）；

11、《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）；

12、《城市桥梁工程施工与质量验收规范》 (CJJ 2-2008) ；

13、《钢筋混凝土用钢 第1部分:热轧光圆钢筋》（GB 1499.1-2008）；

14、《钢筋混凝土用钢 第2部分 热轧带肋钢筋》（GB 1499.2－2007）；

15、《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-2008）；

16、《预应力混凝土用钢绞线》（GB／T 5224-2003）；

17、《公路桥梁盆式支座》（JT/T391—2009）。

1.3桥型布置

本设计方案根据设计任务书来确定，采用34.44 60×3 42.83m预应力混凝土变截面连续箱梁，全长257.27m。

1.3.1变截面连续箱梁的优点

（1）根据连续梁恒载弯矩图能够得出，在支点处连续梁会出现最大负弯矩，并且此时的跨中截面正弯矩值较小，采用变截面连续梁可以有效适应截面内力的这种变化。

（2）大跨度桥梁常采用悬臂施工法，这种方法会造成从支点处到跨中处内力逐渐减小，变截面连续箱梁的截面变化规律与内力状态变化较为吻合。

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