摘 要

二十世纪五六十年代以来，处在新中国成立以后的迅猛发展期，我国桥梁事业也取得了较大的发展。不过在早期的时候我国的桥梁建设还仍然是以学习西方为主，在很多规定、公式、经验等方面都没有自己的认识，与发达国家相比差距较为明显。随着近年来国家在基础设施建设方面的重视，桥梁越来越多、越来越偏，公路越来越长，城市里的高架桥、人行天桥也都各种各样。在这样的大时代背景下，我国的预应力混凝土桥梁技术也达到世界领先水平，在施工经验丰富、施工技术熟练的同时，我们也在寻找新材料、新措施去减小侨梁自重、进一步增大跨越能力。本文以昆明市罗衙村A匝道桥第二联为工程背景，进行桥跨（20 25 20）m的预应力变截面连续箱梁桥的施工图设计，旨在尽量全面的讲述此类桥型的设计。本桥采用支架现浇的施工方法，并使用建模软件建立成桥模型，某些方面手算与电算并行，使桥梁上部结构设计能够合理。根据地质条件、施工方法等确立各孔跨径，选择合理的支座条件，主要进行预应力钢束的配置。关键在于运用模型的PSC验算功能对自己的设计参数进行修正，对预应力筋数量进行调配，然后进行相应的施工阶段和成桥后的模拟分析，保证桥梁在日后的正常使用寿命内强度、耐久性等方面不出现问题。

关键词：预应力变截面连续箱梁桥；Midas/civil；支架现浇；PSC验算

Abstract

Since the 1950s and 1960s, during the rapid development period after the founding of New China, China's bridge industry has also made great progress. However, in the early days, China's bridge construction was still based on learning the West. There were no definitions in many regulations, formulas, and experiences. Compared with developed countries, the gap is more obvious. With the emphasis on infrastructure construction in recent years, more and more bridges are becoming more and more biased, roads are getting longer and longer, and the viaducts and pedestrian bridges in cities are also diverse. Under the background of such a great era, China's prestressed concrete bridge technology has also reached the world's leading level. While the construction experience is rich and the construction technology is skilled, we are also looking for new materials and new measures to reduce the self-weight of the overseas Chinese beam and further increase. Great leap ability. In this paper, the construction of the prestressed variable cross-section continuous box girder bridge with bridge span (20 25 20) m is carried out with the second joint of A Ludao Bridge in Luojing Village, Kunming, as the engineering background. Bridge type design. The bridge adopts the construction method of bracket cast-in-place, and uses the modeling software to build the bridge model. In some aspects, the hand calculation and the electric calculation are parallel, so that the design of the upper structure of the bridge can be reasonable. According to geological conditions, construction methods, etc., the diameter of each hole is established, and reasonable seating conditions are selected, and the configuration of prestressed steel bundles is mainly carried out. The key is to use the PSC verification function of the model to modify the design parameters of the model, adjust the number of prestressed tendons, and then carry out the corresponding construction stage and simulation analysis after the bridge to ensure the strength and durability of the bridge in the normal service life in the future. There are no problems with using.

KeyWords：Variable cross-section continuous box girder bridge; Midas/civil; Bracket cast-in-place; PSC check

目录

第1章 说明 8

1.1 预应力混凝土连续梁桥概述 8

1.2 预应力混凝土连续梁桥的特点 9

1.3 桥型方案比选 9

第2章 设计概述 11

2.1 工程概况 11

2.1.1 地形、地貌 11

2.1.2 工程地质 11

2.1.3 水文地质 11

2.2 技术标准 11

2.3 设计规范 12

2.4 总体设计 12

2.5 设计材料 12

2.5.1 混凝土 12

2.5.2 钢材 12

2.5.3 其他材料 13

第3章 桥梁构造设计 14

3.1 桥型总体布置 14

3.1.1 桥跨分孔 14

3.1.2 确定施工方式 14

3.2 结构尺寸拟定 15

3.2.1 主梁 15

3.2.2 桥墩、承台和桩基础 16

第4章 上部结构有限元模型建立 17

4.1 使用软件 17

4.2 主要参数说明 17

4.2.1 设计荷载 17

4.2.2 边界条件 17

4.3 建模说明 17

4.4 主梁截面特性计算 18

4.5 施工阶段说明 18

第5章 桥梁结构内力计算 20

5.1 恒载内力计算 20

5.2 活载内力计算 21

第6章 预应力钢束的设计和计算 24

6.1 纵向预应力筋估算 24

6.1.1 手算原理及方法 24

6.1.2 Midas电算原理 27

6.1.3 手算电算结果对比 29

6.1.4预应力钢束的布置 30

6.2 预应力损失 30

6.2.1 预应力钢筋与管道之间的摩擦损失 31

6.2.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失 31

6.2.3 混凝土的弹性压缩损失 32

6.2.5 混凝土收缩徐变损失 32

6.3 预应力钢束有效预应力计算 33

6.4 预应力钢束添加后恒载内力图 35

第7章 次内力计算和荷载组合 36

7.1 温度次内力计算 36

7.2 基础不均匀沉降次内力计算 39

7.3 预应力次内力计算 41

7.4 收缩次内力计算 42

7.5 徐变次内力计算 43

7.6 荷载组合 43

7.6.1 承载能力极限状态 43

7.6.2 正常使用极限状态 44

7.6.3 荷载组合内力值 45

第8章 主梁截面验算 49

8.1 承载能力极限状态 49

8.1.1 正截面抗弯验算 49

8.1.2 斜截面抗剪验算 50

8.2 正常使用极限状态验算 51

8.2.1 使用阶段正截面抗裂验算 51

8.2.2 使用阶段斜截面抗裂验算 52

8.2.3 挠度验算 53

8.3 持久状况和短暂状况构件的应力验算 54

8.3.1 使用阶段正截面压应力验算 54

8.3.2 使用阶段斜截面压应力验算 55

8.3.3受拉区钢筋拉应力验算 55

8.3.4施工阶段正截面法向应力验算 56

第9章 梁端锚固区局部承压验算 60

9.1 局部承压区尺寸要求 60

9.2 局部抗压承载力验算 61

第10章 行车道板的计算 63

10.1行车道板单向板的计算 63

10.1.1恒载及其内力的计算 63

10.1.2车辆荷载及其内力的计算 63

10.1.3荷载组合 65

10.2 行车道板悬臂板的计算 66

10.2.1恒载及其内力的计算（以纵向1m宽的板条进行计算） 66

10.2.2车辆荷载及其内力的计算 66

第11章 钻孔摩擦桩的计算 68

11.1 单桩受力计算 68

11.2 单桩桩长验算 69

11.3 桩的内力及位移计算 70

11.3.1桩的截面计算宽度 70

11.3.2桩的水平变形系数 70

11.3.3深度z处桩截面弯矩及水平应力计算 71

11.3.4桩顶纵向水平位移的计算 72

11.4 桩的配筋计算 73

11.4.1桩身的最大弯矩及其位置 73

11.4.2桩基配筋计算 73

第12章 桥墩设计及验算 76

12.1 荷载的计算 76

12.2 桥墩截面配筋计算 77

12.2.1大小偏心初步判定 77

12.2.2计算所需的纵向钢筋面积 77

12.3 桥墩截面复核 79

12.3.1垂直于弯矩作用平面内的截面复核 79

12.3.2在弯矩作用平面内的截面复核 79

阅读参考文献 80

致 谢 82

附录 83

第1章 说明

1.1 预应力混凝土连续梁桥概述

自上世纪四五十年代开始，我国的预应力混凝土梁桥技术一直处于稳步发展中，为了更充分的使用钢材及混凝土材料，我们采用了更多的预应力结构，随之我们对预应力混凝土梁桥的技术方面越加熟悉。我国也逐渐掌握该桥型的施工方法如悬臂浇筑、顶推、支架现浇等，主要采用平衡悬臂浇筑：梁体由墩上平衡向两边悬臂现浇伸出。我国在七十年代首次将其运用于城市桥梁，但由于我们国土辽阔，加上近年大力发展基础设施，现如今很多城市匝道桥都为预应力混凝土连续梁桥，随之我国在预应力结构方面的研究也取得了较大突破，所以越来越多的桥梁结构采用预应力结构。

预应力混凝土变截面连续箱梁桥可以合理使用高强材料，因而可减小桥梁横截面尺寸，降低桥梁结构的自重恒载，从而增大桥梁的跨越能力。沿纵桥向梁高的改变增大了桥下的净空，桥梁的通航能力也随之增大，所以此类桥型多用于桥下净空有较大要求的。变截面连续梁是截面尺寸发生改变的桥梁，常表现为梁高变化或者梁高不变内部腹板顶底板尺寸呈线性变化。连续梁桥的截面线是为了满足其抗弯要求而根据其弯矩变化规律进行对应调整，不同的变截面类型对应着不同的受力需求，由于变截面连续梁桥弯矩形状接近抛物线所以梁底截面线常采用二次抛物线型，也可采用斜直线型、圆弧线，直线型易造成应力集中，所以目前主要采用的还是二次抛物线型。

对比一般的等截面连续梁桥和简支梁，预应力混凝土变截面连续梁桥优势明显，比如减小自重、充分利用材料跨越能力大大增强；相对于斜拉桥和悬索桥，桥梁跨度不大的情形下，施工难度也明显降低，预应力混凝土变截面连续梁桥的经济适用性更好，受力情况更明了，施工技术方面也在稳步发展并渐趋成熟。自上世纪七八十年代以来，我们在连续梁桥建设上飞速发展，某些方面已居于世界领先水平，但是还需要对国内同类桥梁进行深刻总结分析，进一步提高变截面连续梁桥建设水平，并逐步整体达到国际先进水平。现如今有一些方面亟待提升：一是大力发展高新建材如高强度钢、耐久钢，开发大规模适应现代化的机械设备。二、发展更好的张拉锚固体系，大大减小预应力损失。三、重视桥梁的耐久性问题以及监控量测，避免成桥维修所耗费用接近于建桥所耗，得不偿失。四、多加考虑技术、经济、美学、保护环境等方面，深刻衡量桥梁的合理、适用、经济性。

连续刚构桥的梁仍然连续，同时梁墩固结。这种结构形式既有连续、行车舒适的特点又有钢构不需要转换体系、不用设强度要求高的支座的特点。同时桥墩会分担一些弯矩减小了主梁弯矩以及变形，桥梁跨越能力又得到提升，同时钢构桥的工期也相对而言较短。因此，连续钢构这种结构形式近年来也发展迅速，是大跨径混凝土梁桥发展的必然趋势。这是材料变革带来的跨越性发展，对于未来的桥梁发展，每一次材料、技术、结构变革都是至关重要的。

1.2 预应力混凝土连续梁桥的特点

预应力变截面连续梁桥是一定长度的桥跨范围梁保持连续，无伸缩缝，故具有行车平顺舒适的优点；结构受力方面，梁墩固结，墩柱分担一定弯矩，显著降低主梁恒载内力，结构刚度大大增加，同等受力情况下连续梁桥相对于简支梁跨中最大正弯矩、最大挠度都显著较小，所以连续梁桥的跨越能力才显著增加；但是当桥梁跨度较大时，因混凝土自重导致的梁桥的大吨位支座的后期更换、养护更费时费力，当然自重也有较大增长，此时梁桥形式就不再适用了。

预应力混凝土连续梁桥优点：

（1）无伸缩缝，行车平顺舒适；

（2）整体性好，结构刚度大，抗震性能好；

（3）相比较于简支梁，有更大的跨越能力。

预应力混凝土连续梁桥缺点：

（1）大吨位支座后期养护和更换较困难；

（2）跨越能力有一定的局限性。

1.3 桥型方案比选

本例仅设计65m中桥，混凝土连续箱梁最为合适。

第2章 设计概述

2.1 工程概况

2.1.1 地形、地貌

罗衙村立交A匝道桥位于昆明市，地处云贵高原，以湖盆岩溶高原地貌形态为主，红色山原地貌次之。地势北部高，南部低，由北向南呈阶梯状逐渐降低。中部隆起，东西两侧较低主要呈缓坡过度，海拔在1500-2800m之间，主要由酸性红壤、砖红壤组成。

2.1.2 工程地质

工程场区勘探控制深度范围内，昆明盆地内部新生代地层，从下而上为：三角洲相沉积的灰岩、粉砂夹褐色黏土 ；冲积、冲洪积地层为主，由杂色砂质黏土、含砂黏土组成；湖岸坡带冲洪积层，由粉砂黏土、炭质黏土组成；第三系河湖沉积的砾岩、砾砂岩、黏土岩；大范围松散沉积层的粉砂岩、泥灰岩。

2.1.3 水文地质

（1）地表水：水量大、水流湍急，动态随季节变化大。

（2）松散岩类孔隙水：主要分布于近地表的浅部山间溪沟下的沙砾石层中，含水层一般厚度较小，补给范围补给量有限，富水量及水位受季节影响性大且水量有限。