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1、摘 要随着经济、技术实力的增进，预应力混凝土连续梁桥已成为现代公路、铁路桥梁的首选，本设计为一高速公路客运专线预应力混凝土连续梁桥设计，预应力混凝土连续梁的应用，尤其是悬臂施工法的应用非常广泛，使施工设备机械化，生产工厂化，从而提高了施工质量，降低了施工费用。连续梁的突出优点是：结构刚度大，变形小，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车。然而受时间等因素的限制，此次设计只涉及桥梁上部结构。设计流程如下：首先，确定主梁的主要构造和细部尺寸。考虑到抗弯刚度及抗扭刚度的需要，采用箱形截面梁。主梁的高度变化曲线采用二次抛物线。该设计为42+80+42客运专线预应力混凝土连续梁桥设计，其主跨80
2、，边跨42，全桥采用单箱单室箱形梁，桥宽12.5，中支座梁高4.6,中跨跨中梁高2.2。主梁采用悬臂挂篮施工，主梁0#块和边跨现浇均采用满堂支架施工。其次，根据悬臂施工挂篮的起吊能力对主梁进行施工节段的划分。再之，利用MIDAS软件分析结构的内力（包括恒载和活载的内力计算）。用于计算的内力组合结果、混凝土毛截面特征值也由MIDAS软件自动生成，从而估算出纵向预应力筋的数目，然后在截面上布置预应力钢束。次之，计算预应力损失及各项次内力，并进行了截面的强度验算（包括承载能力极限状态和正常使用极限状态）。最后，绘制工程图及编制说明书。注明：本设计未考虑风荷载、地震以及结构动力特性等因素。目录第1章
3、绪论11.1中国高速公路桥梁建设情况11.2预应力混凝土连续梁桥的发展11.3预应力混凝土连续梁桥的特点21.4悬臂体系和连续体系梁桥的施工特点2第2章 设计概况42.1 设计依据及基本资料42.1.1 主要技术指标42.1.2 主要材料42.1.3 设计依据52.2 桥梁上部结构总体布置及尺寸52.2.1 桥型比选52.2.2 桥跨布置72.2.3 桥跨总体布置82.3 上部结构主要尺寸拟定82.3.1 变截面箱梁82.3.2 主梁高度92.3.3 顶、底板厚度92.3.4 腹板厚度102.3.5 悬臂板布置11第3章 MIDAS/CIVIL模型建立123.1 建立全桥模型123.1.1有限
4、元模型的确定123.1.2 单元划分133.2施工阶段模拟133.3荷载模拟143.3.1荷载工况143.3.2施工阶段荷载153.3.3 温度荷载183.3.4 温度梯度18 3.3.5 移动荷载23 3.3.6 基础沉降26第4章 结构内力计算274.1 桥梁恒荷载内力计算274.1.1 计算原理274.1.2 计算阶段划分274.1.3 验算截面选择284.1.4 施工阶段内力计算284.2 桥梁活载内力计算314.3 荷载内力组合354.3.1 承载能力极限状态组合354.3.2 正常使用极限状态短期效应组合364.3.3 正常使用极限状态长期效应组合37第5章 预应力钢束的估算与配置
5、395.1 钢绞线与锚具395.2 纵向预应力钢束概述395.2.1 纵向预应力钢束布置原则395.2.2 纵向预应力钢束受力特点405.3 预应力钢束面积估算原则405.3.1 承载能力极限状态强度要求415.3.2 使用阶段应力要求425.4 预应力钢束的估算425.4.1 预应力估算理论分析425.4.2 预应力钢束估算电算465.5 纵向预应力钢束布置结果495.6 纵向预应力钢束预应力损失505.6.1 概述505.6.2 预应力钢束的张拉控制应力505.6.3 预应力筋与管道壁间的摩擦引起的应力损失515.6.4 锚头变形、钢丝回缩和接缝压缩引起的预应力损失525.6.5 混凝土的
6、弹性压缩引起的预应力损失535.6.6 预应力钢绞线松弛引起的预应力损失555.6.7 混凝土的收缩、徐变引起的预应力损失565.6.8 钢筋有效应力的计算625.6.9 有限元软件预应力损失的计算62第6章 次内力计算及内力组合636.1 收缩次内力636.1.1 混凝土收缩简介636.1.2 收缩次内力计算结果646.2 徐变次内力646.2.1 混凝土徐变简介646.2.2 徐变次内力计算方法656.2.3 徐变次内力计算结果676.3 预应力次内力676.3.1 预应力次内力简介676.3.2 预应力次内力计算方法686.3.3 预应力次内力计算结果686.4 温度荷载次内力696.4
7、.1 温度荷载次内力简介696.4.2 温度荷载次内力对结构的影响706.4.3 温度荷载次内力计算方法706.4.4 温度荷载次内力计算结果716.5 基础沉降次内力736.5.1 基础沉降次内力简介736.5.2 基础沉降次内力计算方法746.5.3 基础沉降次内力计算结果756.6 荷载内力组合766.6.1 承载能力极限状态效应组合766.6.2 正常使用极限状态效应组合776.6.3 结构弯矩包络图786.6.4 结构应力包络图80第7章 施工阶段和成桥阶段验算分析827.1 施工阶段法向应力验算（短暂状况应力验算）827.1.1 验算方法及验算公式827.1.2 验算结果847.2
8、 受拉区钢筋拉应力验算847.2.1 验算方法及验算公式847.2.2 验算结果857.3使用阶段正截面抗裂验算867.3.1 验算方法及验算公式867.3.2 验算结果877.4 使用阶段斜截面抗裂验算887.4.1 验算方法及验算公式887.5 使用阶段正截面压应力验算（长期状态应力验算）897.5.1 验算方法和验算公式897.5.2 验算结果897.6 使用阶段斜截面主压应力验算907.6.1 验算方法和验算公式907.6.2 验算结果917.7 使用阶段正截面抗弯验算917.7.1 验算方法和验算公式917.7.2 验算结果937.8变形验算937.8.1 验算方法及验算公式937.
9、8.2 验算结果947.9 施工阶段应力图947.9.1上翼缘应力图947.9.2下翼缘应力图987.10施工阶段和成桥阶段验算分析总结101第8章 主要工程数量1028.1 主梁混凝土用量1028.2 钢绞线用量估算1028.3 锚具用量估算103毕业设计总结105致 谢106参考文献107第1章 绪论1.1中国高速公路桥梁建设情况1.2预应力混凝土连续梁桥的发展由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，
10、预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下，为节省钢材，各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤。50年代，预应力混凝土桥梁跨径开始突破了100米，到80年代则达到440米。虽然跨径太大时并不总是用预应力结构比其它结构好，但是，在实际工程中，跨径小于400米时，预应力混凝土桥梁常常为优胜方案。我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在，我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱
11、、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。虽然预应力混凝土桥梁的发展还不到80年。但是，在桥梁结构中，随着预应力理论的不断成熟和实践的不断发展，预应力混凝土桥梁结构的运用必将越来越广泛。连续梁和悬臂梁作比较：在恒载作用下，连续梁在支点处有负弯矩，由于负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩显著减小，其弯矩与同跨悬臂梁相差不大；但是，在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩对跨中正弯矩仍有卸载作用，其弯矩分布优于悬臂梁。虽然连续梁有很多优点，但是刚开始它并不是预应力结构体系中的佼佼者，因为限于当时施工主要采用满堂支架法，采用连续梁费工费时。到后来，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
12、。60年代初期在中等跨预应力混凝土连续梁中，应用了逐跨架设法与顶推法；在较大跨连续梁中，则应用更完善的悬臂施工方法，这就使连续梁方案重新获得了竞争力，并逐步在40200米范围内占主要地位。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优势，成为优胜方案。目前，连续梁结构体系已经成为预应力混凝土桥梁的主要桥型之一。然而，当跨度很大时，连续梁所需的巨型支座无论是在设计制造方面，还是在养护方面都成为一个难题；而T型刚构在这方面具有无支座的优点。因此有人将两种结构结合起来，形成一种连续刚构体系。这种综合了上述两种体系各自优点的体系是连续梁体系的一个重要发展，也是未来
13、连续梁发展的主要方向。另外，由于连续梁体系的发展，预应力混凝土连续梁在中等跨径范围内形成了很多不同类型，无论在桥跨布置、梁、墩截面形式，或是在体系上都不断改进。在城市预应力混凝土连续梁中，为充分利用空间，改善交通的分道行驶，甚至已建成不少双层桥面形式。在我国，预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而，想要在本世纪末赶超国际先进水平，就必须解决好下面几个课题：1.发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层层迭置又使混凝土质量难以提高。2.在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座
14、。3.充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指针也是一个很关键的因素，它是设计方案合理性与经济性的标志。目前，各国都以每平方米桥面的三材（混凝土、预应力钢筋、普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指针。但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材指标和造价指标与很多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥
15、的设计方案完成后，造价指针不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。通过连续梁、T型刚构、连续刚构等箱形截面上部结构的比较可见：连续刚构体系的技术经济指针较高。因此，从这个角度来看，连续刚构也是未来连续体系的发展方向。总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。1.3预应力混凝土连续梁桥的特点预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竞争力的主要桥型之一。预应力混凝土能充分发挥材料的效能，在相同条件下，它比普通
