摘 要

预应力混凝土连续箱梁桥具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好,特别是主梁变形挠曲线平缓,桥面伸缩缝少,行车舒适等优点。箱形截面梁不仅有结构简单、受力明确、架设安装方便、节省材料、跨越能力大、桥下视觉效果良好等优点，而且具有强大的抗扭性能和较大的刚度，这些特点恰恰满足了高速公路对行车平稳、舒适、安全的基本要求，既克服了简支梁桥接缝较多的缺点，又避免了连续梁桥箱梁施工速度慢、投资较大的缺点。近些年来，预应力混凝土连续箱梁桥被广泛应用于高速公路桥梁建设中。

该毕业设计的选题背景为广州迎宾大道立交A-1联预应力混凝土连续箱梁桥，本文为此次设计的计算说明书。按照设计任务书的具体要求，并参考现阶段公路桥梁设计相关规范，对跨径为4×30m的预应力砼现浇连续箱梁桥的上部结构和下部结构进行设计计算，并完成施工图设计。此次设计中，首先由桥型方案比选确定桥型方案后，拟定了桥梁结构尺寸并确定了施工方式，之后运用Midas/civil有限元软件建立桥梁的有限元模型，进行结构内力分析计算，然后进行预应力筋配置，之后计算了预应力损失以及次内力，最后对全桥进行验算，并对下部结构进行设计及验算。

关键词：连续箱梁桥；预应力砼；Midas/Civil；整体现浇

Abstract

Prestressed concrete continuous box girder bridge has the advantages of good overall performance, large structural stiffness, small deformation and good seismic performance, especially the deformation and deflection curve of the main beam is smooth, the expansion joint of the bridge deck is less, and the driving is comfortable. The box section beam not only has the advantages of simple structure, clear force, convenient erection and installation, saving material, large span ability, good visual effect under the bridge, etc., but also has strong torsional resistance and large stiffness. These characteristics meet the basic requirements of smooth, comfortable and safe driving of expressway, overcome the shortcomings of more joints of simply supported beam bridge, and avoid the shortcomings of slow construction speed and large investment of box girder of continuous beam bridge. In recent years, prestressed concrete continuous box girder bridge has been widely used in highway bridge construction.

The background of the graduation project is the prestressed concrete continuous box girder bridge of Guangzhou Yingbin Avenue Interchange. This paper is the calculation specification of this design. According to the specific requirements of the design task book and referring to the relevant codes of highway bridge design at the present stage, the superstructure and the lower structure of the prestressed concrete cast-in-place continuous box girder bridge with a span of 4×30m are designed and calculated, and the construction drawing design is completed. In this design, after the bridge type scheme is compared and selected, the bridge structure size and the construction mode are worked out, and then the finite element model of the bridge is established by using Midas/civil finite element software. The internal force of the structure is analyzed and calculated, and then the prestress loss and secondary internal force are calculated. Finally, the whole bridge is checked, and the design and calculation of the lower structure are carried out.

Key word：Continuous box girder bridge；Prestressed concrete；Midas/Civil；Integral cast-in-place method

目录

第1章 绪论 1

1.1 预应力混凝土连续梁桥的发展概述 1

1.2 选题设计思想及意义 2

第2章 桥型方案比选及结构尺寸拟定 3

2.1 设计基础资料 3

2.1.1 工程背景 3

2.1.2 场区工程地质 3

2.1.3 场地水文条件 3

2.2 构思宗旨及比选原则 3

2.3 设计方案 4

2.4 方案比选 4

2.5 桥跨布置 5

2.6 技术指标 5

2.7 主要材料 6

2.7.1 混凝土 6

2.7.2 预应力钢筋 6

2.7.3 普通钢筋 6

2.8 结构尺寸拟定 6

2.8.1 主梁尺寸拟定 6

2.8.2 断面细部尺寸 7

2.9 施工方法的确定 8

第3章 Midas建模 9

3.1 Midas建模过程 9

3.1.1 设定操作环境 9

3.1.2 定义材料 9

3.1.3 定义时间依存材料特性 10

3.1.4 建立节点和单元 10

3.1.5 定义一般截面 11

3.1.6 定义变截面和变截面组 12

3.1.7 定义结构组 13

3.1.8 定义边界条件以及边界组 13

3.1.9 定义荷载组 14

3.1.10 静力荷载工况的定义 14

3.1.11 移动荷载工况的定义 15

3.1.12 施工阶段定义与分析 15

3.2 Midas分析过程 16

3.2.1 生成荷载组合 16

3.2.2 模型结果内力图 17

3.3 进行PSC设计 18

3.4 设计相关说明 18

3.4.1 材料参数 18

3.4.2 荷载参数 19

3.4.3 边界 20

3.5 施工阶段划分 20

第4章 结构内力计算结果 21

4.1 箱梁控制截面对应节点号 21

4.2 恒载内力计算 21

4.2.1 结构自重下的内力 21

4.2.2 二期恒载作用下的内力 23

4.3 移动荷载下内力 24

4.3.1 确定基频 24

4.3.2 移动荷载作用下的内力 25

4.4 支座位移引起的内力 28

4.5 温度变化引起的内力 30

4.5.1 系统升温和降温 30

4.5.2 梁截面温升和温降（温度梯度） 32

4.6 荷载内力组合 34

4.6.1 按承载能力极限状态设计 34

4.6.2 按正常使用极限状态设计 35

4.6.3 内力组合 35

4.6.4 内力组合下的内力图 37

第5章 预应力钢束和普通钢筋的估算及布置 39

5.1 预应力钢筋的估算及布置 39

5.1.1 钢束估算 39

5.1.2 钢束布置构造要求 44

5.1.3 钢束布置原则 45

5.1.4 钢束起弯角和线型的确定 45

5.1.5 定义预应力钢束特性 48

5.1.6 张拉预应力钢筋 49

5.2 普通钢筋的估算及布置 49

5.2.1 纵向钢筋 49

5.2.2 抗剪钢筋 50

5.2.3 普通钢筋输入 51

第6章 预应力损失计算结果 53

6.1 基本理论 53

6.2 预应力损失计算方法 53

6.2.1 预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失σl1 53

6.2.2 后张法锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失σl2 53

6.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的应力损失σl4 54

6.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损失终极值σl5 55

6.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失σl6 55

6.2.6 截面预应力损失合计和有效预应力 56

6.3 钢束的预应力损失 56

第7章 次内力计算 60

7.1 收缩次内力计算 60

7.2 徐变次内力计算 60

7.3 预应力次内力计算 61

7.4 温度次内力计算 62

7.5 支座沉降次内力计算 63

第8章 上部结构验算结果 64

8.1 施工阶段法向压应力验算 64

8.2 受拉区钢筋拉应力验算 65

8.3 使用阶段正截面抗裂验算 66

8.4 使用阶段斜截面抗裂验算 67

8.5 使用阶段正截面压应力验算 68

8.6 使用阶段斜截面主压应力验算 71

8.7 使用阶段正截面抗弯验算 74

8.8 使用阶段斜截面抗剪验算 77

8.9 验算结果总结 80

第9章 桥墩计算 81

9.1 荷载计算 81

9.2 截面配筋计算 82

9.3 截面复核 83

第10章 桩基的设计与验算 86

10.1 荷载计算 86

10.2 桩长计算 86

10.3 桩的内力及位移计算 87

10.3.1 桩的计算宽度 87

10.3.3 桩墩柱顶上外力及最大冲刷线处（地面处）桩上外力 88

10.3.4 最大冲刷线以下深度z处桩截面上的弯矩及水平压应力 88

10.3.5 桩顶纵向水平位移验算 90

10.4 桩基配筋计算及桩身材料截面强度验算 91

第11章 桥台计算 94

11.1 桥台类型和主要材料 94

11.2 桥台一般构造尺寸的拟定 94

11.3 台帽计算 94

11.3.1 荷载计算 94

11.3.2 内力计算及截面验算 95

11.4 钻孔灌注桩 96

设计总结 97

参考文献 98

致 谢 100

绪论

预应力混凝土连续梁桥的发展概述

梁桥的主梁以受弯为主，主梁可以选用实腹梁或桁架梁。梁桥有多种结构形式，按其受力特点的不同可分为简支梁桥、悬臂梁桥、连续梁桥、T形刚构桥以及连续刚构桥。预应力混凝土连续梁桥有很多的优点，它不仅结构受力性能好，而且变形小、造型简洁美观，并且后期养护工作量小，运营管理简单。同时由于连续箱梁桥主梁是连续的，墩梁之间是固结的，因此能保证连续梁无伸缩缝，行车平顺通畅。在施工方面，悬臂施工法、顶推法、逐跨施工法等分段施工技术的应用，能充分发挥预应力技术的特点，使施工设备机械化和构件生产化，从而可以提高施工质量，降低工程造价。

由于悬臂施工方法的应用，连续梁在预应力混凝土结构中有了飞速的发展。60年代初期在中等跨径预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；60年代中期在德国莱茵河建成的本多夫（Bendorf）桥，采用了悬臂浇筑法。随着悬臂浇筑施工法和悬臂拼装施工法的不断改进、完善和推广应用，在跨度为40—200米范围内的桥梁中，连续梁桥逐步占据了主要地位。目前，无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨河大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了其独特的优势，成为优胜方案。

我国从上世纪五十年代中期就已经开始修建预应力混凝土梁桥,至今已有六十多年的历史，近二十年来发展迅速，目前国内已经修建了许多这样的桥梁，设计与施工技术都达到了非常高的水平，积累了非常宝贵的经验，在国际桥梁界中占有一席之地。预应力混凝土连续梁桥在跨越能力方面比简支梁桥大，在施工方面比拱桥简便，而在经济性方面比斜拉桥和刚构桥高，因此预应力混凝土连续梁桥的应用也愈加广泛，其发展前景非常可观。

我国自50年代中期开始修建预应力混凝土梁桥，至今已有40多年的历史，比欧洲起步晚，但近对年来发展迅速，在预应力混凝土桥梁的设计、结构分析、试验研究、预应力材料及工艺设备、施工工艺等方面日新月异，预应力混凝土梁桥的设计技术与施工技术都已达到相当高的水平。

近年来，我国已建成的具有代表意义的连续梁桥有跨径90m的哈尔滨松花江大桥、跨径120m的湖南常德沅水大桥、主跨125m的宜昌乐天溪桥、跨径154m的云南六库怒江大桥等。

选题设计思想及意义

设计背景：广州迎宾大道立交A-1联为预应力混凝土连续箱梁桥，跨径布置为4×30m，桥宽13.5m。主梁为单箱双室截面，梁高1.8m。设计汽车荷载：公路-Ⅰ级；设计基准期：100年。

本设计是预应力砼现浇连续箱梁桥施工图设计，跨径布置为4×30m，主梁为单箱双室截面，采用满堂支架法一次浇筑，一次落架的施工方法。此次设计中，首先由桥型方案比选确定桥型方案后，拟定了桥梁结构尺寸并确定了施工方式，之后运用Midas/civil有限元软件建立桥梁的有限元模型，进行结构内力分析计算，然后进行预应力筋配置，之后计算了预应力损失以及次内力，最后对全桥进行验算，并对下部结构进行设计及验算。

此次毕业设计，能够综合检验了我大学所学的理论知识，系统巩固桥梁设计基本理论、基本知识、基本方法；培养了综合分析问题的能力和独立工作能力、组织管理和社交能力；有效提升了我对工程报告、设计文件的编写过程的熟悉程度；了解国内外各种桥梁的现状和发展趋势，使我具备从事道路桥梁方面工作的实际能力，为将来走向工作岗位打下良好的基础；同时提高了计算、绘图的能力，能够熟练地查阅文献和使用规范手册，提升我对于CAD、Midas等计算机辅助软件运用的能力。

桥型方案比选及结构尺寸拟定

设计基础资料

工程背景

广州迎宾大道立交A-1联，桥宽13.5m，全长120m。设计汽车荷载：公路-Ⅰ级；设计基准期：100年。

场区工程地质

具体土层厚度及分层见下图。

图2.1 土层分层

场地水文条件

场地地下水类型：上层滞水，其主要在人工填土层，孔隙承压水，赋存于第四系全新统和上更新统冲积砂层中，基岩裂隙承压水和碳酸盐岩类裂隙溶洞水。

构思宗旨及比选原则

构思宗旨：

（1）符合当地复杂的地质条件，满足交通功能需要。

（2）设计方案力求结构安全可靠，具有特色，又要保证结构受力合理，施工方便可行，工程总造价经济。

（3）桥梁结构造型简单轻巧，并能体现地域风格，与周围环境协调。

比选原则：

桥梁设计比选需遵循“实用、经济、安全、美观和环保”的基本原则。

设计方案

拟定的三个桥型方案：

方案一：4×30m预应力混凝土现浇连续箱梁桥，全长120m；

预应力混凝土连续箱梁桥具有整体性能好、结构刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。箱形截面梁具有较大的刚度和强大的抗扭性能，而且结构简单、受力明确、节省材料、架设安装方便、跨越能力较大、桥下视觉效果好等优点，这些特点满足了高速公路对行车平稳、安全、舒适的要求，既克服了简支梁接缝较多的问题，又避免了连续梁箱梁施工速度慢、投资大的缺点，近些年来被广泛应用于高速公路桥梁建设中。

图2.2 方案一桥型布置图

方案二：4×30m预应力混凝土先简支后连续T梁桥，全长120m；

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