107.5190107.5m公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计毕业设计

107.5+190+107.5m公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥设计毕业设计

目录

第一章绪论 (1)

1.1 设计过程 (1)

1.2 受力和构造特点 (2)

第二章概论 (4)

2.1 设计依据及设计资料 (4)

2.1.1 主要设计指标 (4)

2.1.2 材料规格 (4)

2.1.3 设计依据 (5)

2.2 桥梁结构总体布置及截面尺寸 (5)

2.2.1 桥梁基本结构 (5)

2.2.2 截面尺寸拟定 (5)

2.3单元划分及施工方法 (6)

2.3.1单元划分 (6)

2.3.2施工方法 (6)

第三章主梁力计算 (8)

3.1 桥梁电算 (8)

3.1.1单元划分 (8)

3.1.2施工顺序 (8)

3.2所用材料数据 (9)

3.2.1材料特性值 (9)

3.2.2 二期恒载 (9)

3.3 恒载力计算 (10)

3.4 活载力 (17)

第四章预应力钢束的估束与布置 (24)

4.1预应力的估束 (24)

4.1.1计算原理 (24)

4.1.2 按承载能力极限状态计算配束 (24)

4.1.3 按正常使用状态计算 (26)

4.1.4 预应力筋的估算 (28)

4.2 预应力钢束的布置 (31)

第五章截面特性计算 (32)

5.1 毛截面几何特性 (32)

5.2 净截面几何特性计算 (33)

5.2.1净截面面积 (33)

5.2.2净截面形心的确定 (33)

5.2.3净截面惯性矩计算 (33)

5.3换算截面特性计算 (34)

5.3.1换算截面面积 (34)

5.3.2换算截面形心的确定 (34)

5.3.3惯性矩计算 (34)

5.4 计算结果 (34)

第六章预应力损失计算 (35)

6.1 预应力钢束与管道之间摩擦损失 (35)

6.2 锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩损失 (35)

6.3 混凝土弹性压缩损失 (36)

6.4 钢束松驰引起的应力损失 (36)

6.5 混凝土收缩和徐变引起的预应力损失 (37)

6.6 有效预应力值 (37)

第七章次力的计算 (41)

7.1 预应力钢束引起的次力 (41)

7.2 基础不均匀沉降引起的次力 (45)

7.3 收缩徐变引起的次力 (49)

7.4温度次力计算 (57)

7.5 力组合 (68)

7.5.1承载能力极限状态下力组合 (68)

7.5.2 正常使用极限状态下力组合 (73)

7.5.3 弹性阶段截面应力计算时的荷载组合 (74)

第八章截面验算 (85)

8.1承载能力极限状态 (85)

8.1.1主梁正截面强度验算 (85)

8.2正截面抗裂验算 (89)

8.3 预应力混凝土构件应力验算 (91)

8.3.1 使用阶段正截面压应力验算 (91)

8.3.2 使用阶段斜截面主压应力验算 (92)

8.3.3 施工阶段正截面法向应力验算 (94)

8.3.4 受拉区钢筋的拉应力验算 (96)

8.4 刚度验算 (98)

8.4.1 中跨变形验算 (98)

8.4.2 边跨变形验算 (99)

第九章主要工程数量 (100)

9.1混凝土用量 (100)

9.2 钢束用量 (101)

总结................................................. 错误!未定义书签。致谢 (104)

参考文献 (104)

附录................................................... 错误!未定义书签。

第一章绪论

毕业设计是本科培养的重要环节，是专业基础课和基础相关理论课进行结合应用的过程。通过该环节可以培养综合运用所学基本理论、基本知识的能力，是对本科阶段学习成果的一个系统检阅；同时这一环节也是培养独立分析解决问题的能力以及创新能力的重要手段。在此次设计中，不仅可以掌握应用软件进行建模，而且还对作图、外文阅读等能力进行了加固。

1.1 设计过程

预应力混凝土连续钢构桥作为中等、大跨度桥梁选择方案之一，由于建设费用低、技术成熟度高和对周围交通环境影响小等原因，近年来在我国桥梁建设中得到了大力发展。连续刚构桥最重要的特点是墩梁固结，这使得它不仅继承了连续梁桥的结构受力性能好、伸缩缝少、行车平顺舒适、变形和养护工程量小、造型简洁美观等的优点，还节省了支座，提高了桥梁承受水平荷载和抗震性能的能力，从而成了当前最具竞争力的主要桥型选择。

预应力混凝土连续钢构桥的一般设计步骤：

（1）查阅完工的设计图纸并结合有关公式，拟定结构几何尺寸，确定材料种类，采用相关软件模拟施工步骤，计算结构的恒载力、活载力相加并增大15%，按正常使用极限状态和承载能力极限状态工况组合进行运算，再根据结果和计算公式进行钢筋估束；

（2）将恒载力、活载力相加并增大15%，按正常使用极限状态和承载能力极限状态工况组合进行运算；

（3）根据两种组合状态，分别按正常使用和承载能力进行钢束总面积的估算，再根据单根钢束的面积估算出各截面的钢束总数量，根据规及相关经验布置钢束位置，再次模拟施工，此时考虑预应力的作用，计算结构恒载力；

（4）重新计算各种荷载作用下的力包括预应力和温度支座等引起的次力，进行正常使用极限状态和承载能力极限状态组合；

（5）根据组合结果，进行截面强度验算、使用阶段的应力验算和变形验算；

（6）各项验算均满足要求，则设计通过。若某项验算通不过，调整钢束数量、位置或者修改截面尺寸，重复（3）-（5）步骤，直到各项验算均通过为止。

预应力混凝土连续刚构桥的设计过程一般包含两次正常使用和承载能力状态的

组合。第一次组合用于估算钢束总量，使用的截面都是毛截面，且没有考虑次力和施工荷载等，所以计算得到的钢筋束数是不准确的，只能作参考。鉴于预加应力对混凝土的收缩徐变有较大的影响，因此估算钢束总量时，对混凝土的收缩徐变不加于考虑。第二次状态组合是考虑预加应力和混凝土收缩徐变影响后，结构真实状态下的力组合，用于各项验算。

预应力混凝土连续钢构桥主要采用悬臂施工和满堂支架施工。在采用支架浇筑好墩和零号块之后，对其两侧主梁采用对称悬臂施工；在施工到合龙段时，桥台处的主梁用满堂支架浇筑，然后进行边跨和中跨的合龙。在整个施工过程中，涉及到了体系转化问题。合龙前是静定结构，合龙后转化成了超静定结构。在施工阶段，静力体系也在不断变化，因为其中涉及到挂篮的移动和预应力的拉等。因此在建立模型时，应该准确模拟各个施工阶段，这反映在边界条件的定义，单元荷载和湿重的激活与钝化上。桥梁恒荷载是由各个施工阶段叠加而成的，显然不同的施工方法得到恒载是不一样的；而活载和支座沉降等是成桥之后才加上去的，和施工方法无关。为了保证桥梁的施工安全和使用的耐久性，进行设计时，必须计算出每个受力阶段在各种荷载组合作用下的力，和其产生的应力和变形。变截面的连续刚构体系使得次力计算变得很复杂，故在计算次力的时候借助电算进行一些偏于安全的简算是必要的。

1.2 受力和构造特点

刚构桥是桥跨结构和墩台整体相连的结构，由于两者之间是刚性连接，在竖向荷载作用下，将在主梁端部（墩台处）产生负弯矩，因而可以减少跨中的正弯矩，跨中截面尺寸也相应的得以减少。

刚构桥在竖向荷载的作用下，墩顶处除了承受压力外，还承受弯矩。支柱一般也用混凝土构件做成，其在竖向荷载作用下，一般都会产生水平推力。刚构桥大多是超静定结构形式，故混凝土收缩、温度变化、墩台不均匀沉降和预应力等因素都会在结构中产生附加力。在施工过程中，当结构体系发生转变时，徐变也会引起附加力。有时，这些附加力有时可占整个力相当大部分。

钢构桥的桥面构造和梁式桥没区别很小。主梁截面形状与梁桥相同。主梁在纵方向的变化可做成等截面、等高变截面和变高度三种。特定情况下，还可以把主梁做成几种不同的截面型式，以适应力的变化和方便施工。例如，主梁跨中段做成肋式，支承段做成箱形。对小跨度宜采用等高度主梁，以利施工。变高度主梁的底缘形状可以

是：曲线形、折线形、曲线加直线等，这主要应根据主梁力的分布情况，按等强度原则选定。在下缘转折处，为保证底板的刚度，一般均宜设置横隔墙。

支柱有薄壁式和立柱式。立柱式中又可分为多柱和单柱。多柱式的柱顶通常都用横梁连接，形成横向框架，以承受侧向作用力。当立柱较高时，尚应在其中部用横撑将各柱连接起来。当桥梁很高时，为了增加其横向刚度，还可以做成斜向立柱。支柱的横截面可以做成实体矩形、Ⅰ字形或箱形等。对于单柱式，其截面要与主梁截面相配合，腹板要尽可能与主梁腹板布置一致，以利传力。

第二章 概论

2.1 设计依据及设计资料

2.1.1 主要设计指标

（1）公路等级：四车道高速公路

（2） 孔跨布置：107.5m+190m+107.5m 公路预应力混凝土双薄壁墩连续刚构桥；

（3） 设计荷载：公路—Ⅰ级（不考虑人群荷载）；

（4） 桥面宽度：（半幅）2x0.5m 防撞墩+7.5m 车行道+3m 应急车道，总宽11.5m ，单向2车道；

（5） 桥面坡度：纵向坡度0% ，横坡双向2%。

（6） 桥轴平面线型：直线。

（7） 桥面铺装：8cm 的C50杜拉纤维混凝土+10cm 的SMA 沥青混凝土

（8） 通航要求：无

2.1.2 材料规格

(1) 梁体混凝土：C50级混凝土；

(2) 桥面铺装及栏杆混凝土：C50杜拉纤维混凝土，SMA 沥青混凝土；

(3) 预应力钢筋及锚具：

主梁纵向预应力钢筋采用19-φj 15.24级高强度低松弛钢束（1-φj 15.24公称断

面面积为140.00mm 2），b y R =1860MPa ，y R =1488MPa 。预应力锚具参照有关的产品规

格选取YM15-19；对应波纹管直径（径）为φ100mm （外径比径大7mm ）。

顶板横向预应力钢束均采用3-φj 15.24的钢束，用YJBM15-3扁锚体系锚固，采用一端拉方式，预应力拉端与锚固端沿桥轴线方向交叉布置。0号梁段上横隔板采用JL32精扎螺纹钢筋，其锚具采用YJM32，采用一端拉。

竖向预应力采用JL32精扎螺纹钢筋精扎螺纹钢筋，采用一端拉，其锚具采用YJM32。

(4) 普通钢筋：受力主钢筋用HRB400(φ =12-28)，'ad f =330MPa ，ad f =330MPa ；

非受力钢筋用HRB335(φ=8-20)，'ad f =280MPa ，ad f =280MPa 。