连续梁桥毕业设计

连续箱梁

青岛理工大学

题目：三跨连续箱梁桥设计

学生姓名： 王 茂 林 学生学号： 200995027 院系名称： 土建工程系 专业班级： 土本105班 指导教师： 田 俊

2014年 6 月 9 日

毕 业 设 计（论 文）

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毕业设计任务书

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2.主要材料： A。 (5)支座自选。 3.结构尺寸：可参考标准设计尺寸及其它相关资料。 2014 年 3 月 11 日~3 月 17 日 准备资料及桥梁上部结构的尺寸拟定 2014 年 3 月 18 日~4 月 14 日 主梁内力计算 进 2014 年 4 月 15 日~4 月 28 日 预应力钢束的估算及布置 度 2014 年 4 月 29 日~5 月 05 日 预应力损失及有效预应力计算 及 2014 年 5 月 06 日~5 月 12 日 截面强度验算 完 2014 年 5 月 13 日~5 月 19 日 抗裂验算 成 2014 年 5 月 20 日~5 月 26 日 持久状况构件的应力验算 日 2014 年 5 月 27 日~6 月 02 日 挠度验算 期 2014 年 6 月 03 日~6 月 09 日 施工图绘制 2014 年 6 月 10 日~6 月 23 日 设计答辩：公开答辩、小组答辩、二次答辩 3 个环节 系主任签 日期 教研室主任签字 日期 指导教师签字 日期 字

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摘 要

设计是根据设计任务书的要求和《公路桥规》的规定对常州大桥2号预应力混凝土连续梁桥整体现浇预应力混凝土连续梁桥进行方案设计。根据设计任务书要求和设计规范的规定，毕业设计主要是关于中小跨度预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计。

本预应力混凝土连续梁桥共分为三跨（32m+34m+32m），分离式双向六车道，设计荷载为公路-Ⅰ级，主梁采用单箱四室预应力混凝土箱梁，梁高为2m，截面采用等截面形式，支座处梁为实心截面，桥面净宽为14.5m。依据《公路桥涵设计通用规范》及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算结构各种作用效应以及荷载组合效应，还运用了桥梁设计软件Midas，并对桥梁恒载、活载及次内力进行分析计算。根据所得结果用正常使用极限状态的正截面抗裂验算、正常使用状态截面压应力、承载能力极限状态三种应力要求进行粗略配束。然后依据《通规》及《公预规》的具体规定进行验算，包括预应力损失计算、配束后的荷载组合效应计算、截面强度验算、抗裂验算、应力验算和挠度验算，结果表明结构满足强度要求。

关键词 预应力混凝土；连续箱梁；次内力

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Abstract

Design is based on the requirements of the design plan and the "Highway Bridges" provisions of Guangzhou western gold bar bridge whole cast-in-situ prestressed concrete continuous girder bridge program design. According to the provisions of the design task book requirements and design specifications, the graduation project is mainly on the structure of the Department of the small and medium-span prestressed concrete continuous beam bridge design.

The prestressed concrete continuous beam bridge consists of three inter-(32m +34 m +32m), separate two-way six lanes, the design load for the road - Ⅰ, the main beam single box single prestressed concrete box girder, beam height 2m, section by section and other forms of supports of beams of solid cross section, bridge clear width is 14.5m. According to the General Code for Desigh of Highway Bridges and Culverts and Code for Design of Highway Reinforced Concrete and Prestressed Concrete Bridges and Culverts to calculate the effect of structural variety of roles and load combination effects, the use of the Midas of the bridge design software, and the bridge dead load, live load and secondary forces is analyzed and calculated. Based on the result, the serviceability limit state is the cross-section crack, normal use state cross-section stress, the ultimate limit state three stress requirements of the rough with beam. And then checking in accordance with the specific provisions of the Rules and The public pre-regulation , including prestress loss calculation, the effect of the load combination with beam calculation and checking of cross-section strength, crack resistance, stress check and deflection checking results show that the structuremeet the requirements of strength.

key words prestressed concrete; continuous box girder; times the internal

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目录

摘 要 ............................................................. IV ABSTRACT ........................................................... I 第1章 绪论 ....................................................... 1 1.1 研究的背景、意义和目的 ....................................... 1 1.1.1 研究的背景 ............................................... 1 1.1.2 研究的目的和意义 ......................................... 1 第2章 设计基本资料 ................................................ 3 1. 桥梁线形布置 .................................................. 3 2.设计标准 ....................................................... 3 3.主要材料 ....................................................... 3 4.施工方式 ....................................................... 4 5.设计计算依据 ................................................... 4 6.基本计算数据表 ................................................. 4 第3章 设计要点与结构尺寸拟定 ..................................... 5 3.1设计要点 ...................................................... 5 3.2桥梁结构图示 .................................................. 5 3.3截面形式及截面尺寸拟定 ........................................ 5 3.4毛截面几何特性计算 ............................................ 7 第4章 主梁作用效应计算 ............................................ 8 4.1结构自重作用效应计算 .......................................... 8 4.1.1一期自重作用效应计算 ...................................... 8 4.1.2二期自重作用效应计算 ...................................... 8 4.2.1冲击系数和折减系数 ........................................ 9 4.2.2汽车活载效应计算 .......................................... 9 表4-2公路-I级汽车荷载作用效应 .................................. 10 4.3 人群荷载内力计算 ............................................ 10 4.4温差应力及基础沉降内力计算 ................................... 12 4.4.1温差应力计算 ............................................. 12 4.4.2 基础沉降计算 ............................................ 13 4.5内力组合 ..................................................... 13 4.5.1 按承载能力极限状态设计 .................................. 13 4.5.2 按正常使用极限状态设计 .................................. 14

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第5章 预应力钢束的估算及布置 .................................... 18 5.1 钢束估算 .................................................... 18 5.1.1 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估束 .............. 18 5.1.2 按正常使用极限状态截面压应力要求估算 .................... 19 5.1.3 按承载能力极限状态的应力要求计算 ........................ 20 5.1.4 估算结果 ................................................ 21 第6章 预应力损失及有效预应力计算 ................................ 26 6.1 基本理论 .................................................... 26 6.2 预应力损失计算 .............................................. 26 6.2.1 后张法由预应力钢筋与管道之间摩擦引起的应力损失 ......... 26 6.2.2 后张法由锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失 ..... 26 6.2.3 后张法由混凝土弹性压缩引起的应力损失 ................... 27 6.2.4 后张法由钢筋松弛引起的预应力损失终极值 ................. 28 6.2.5 后张法由混凝土收缩、徐变引起的预应力损失 ............... 29 6.2.6 截面预应力损失合计和有效预应力 ......................... 30 第7章 截面强度验算 .............................................. 32 7.1 基本理论 .................................................... 32 7.2 计算公式 .................................................... 32 第8章 抗裂验算 .................................................. 34 8.1 规范要求 ................................................... 34 8.1.1 正截面抗裂验算 ......................................... 35 8.1.2 斜截面抗裂验算 ......................................... 35 8.2 正截面抗裂验算 .............................................. 35 8.3 斜截面抗裂验算 .............................................. 36 第9章 持久状况构件的应力验算 .................................... 41 9.1 正截面混凝土压应力验算 ...................................... 41 9.2 预应力筋拉应力验算 .......................................... 42 9.3 混凝土主压应力验算 .......................................... 42 第10章 挠度验算 ................................................. 47 10.1 汽车荷载作用下主梁边跨和中跨的最大截面挠度计算 ............. 47 10.1.1 边跨最大挠度计算 ...................................... 47 10.1.2 中跨最大挠度计算 ...................................... 48 10.2 人群荷载作用下主梁边跨和中跨的最大截面挠度计算 ............. 49

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10.2.1 边跨最大挠度计算 ...................................... 49 10.2.2 中跨最大挠度计算 ...................................... 49 10.3 消除结构自重后长期挠度验算 ................................. 50 第11章 主梁端部局部承压验算 ..................................... 51 11.1 局部承压区的截面尺寸验算 ................................... 51 11.2 局部承压承载力验算 ......................................... 51 第12章 行车道板配筋与验算 ....................................... 53 12.1 单向板的计算 ............................................... 53 12.1.1 恒载内力 ............................................... 53 12.1.2 活载内力 ............................................... 53 12.1.3 设计内力（弯矩） ....................................... 54 12.2.1 恒载内力 ............................................... 54 12.2.2 活载内力 ............................................... 55 12.2.3 设计内力（弯矩） ....................................... 55 12.3 配筋及验算 ................................................. 55 12.3.1 悬臂部分负弯矩配筋计算 ................................. 55 12.3.2 箱梁顶板正弯矩配筋计算 ................................. 56 12.3.3 构造钢筋布置 ........................................... 56 设计要点 .......................................... 错误！未定义书签。 结 束 语 .......................................................... 59 致 谢 ........................................................... 60 参考文献 .......................................................... 61

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第1章 绪论

1.1 研究的背景、意义和目的

1.1.1 研究的背景

进行本设计时已经是大四下学期，是大学本科四年最后一个学期，所有基础课程和专业课程内容已经进行完毕。本学期是由学校踏入社会，走向工作岗位最后的缓冲期，也是提高自己能力的重要时期。

1.1.2 研究的目的和意义

本次箱梁设计目的在于检验本人运用所学的土木工程基础课和专业课知识，以及国家最新出版的桥涵设计规范，独立的完成设计工作。设计过程能够一方面检验和巩固大学期间所学的各项知识，另一方面能够锻炼自己的动手能力和探究学习的能力，从而使自己获得更好的提高。

本次设计为(32+34+32)m预应力砼连续梁，上部结构采用单箱单室结构，桥面净宽为净31m+2×0.50m护栏。桥梁形式为两幅，设计时只考虑单幅的设计。梁体采用由两片梁组成的双箱单室箱型截面。

预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且难以保证数据准确性，本设计将结合MIDAS软件进行。

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第2章 设计基本资料

1. 桥梁线形布置

第二章 平曲线半径：无平曲线。 第三章 竖曲线半径：无竖曲线。

2.设计标准

跨径32m+34m+32m，施工方法为支架现浇；桥梁布置立面图如图2-1.

立面

12

图2-1桥梁总体布置立面图 设计时速：60公里/小时。 汽车荷载：公路—Ⅰ级。 桥面净宽：32m+2×0.50m护栏。桥梁分为左右两幅。 人行道宽度：2.5m。

桥梁全幅横断面

图 2-2 桥跨总体布置横断面图

3.主要材料

（1）混凝土：预应力混凝土连续梁采用C50混凝土；墩身，系梁，承台采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土

（2）钢筋：非预应力钢筋采用HRB335钢筋，构造钢筋采用HRB235钢筋。

（3）预应力钢绞线：采用符合ASTM-920的低松弛高强钢绞线，直径为15.2mm，截面积为139mm2，标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa。

（4）锚具：采用的锚具具有YM15-16钢绞锚，AMY5-12热轧圆钢筋。 （5）预应力管道：采用预埋金属波纹管成型。 （6）支座：采用GJZ2500系列橡胶支座。

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（7）伸缩缝：采用SFP-160型伸缩缝。

（8）桥面铺装：采用5cm厚C50混凝土和10cm厚的沥青混凝土铺装。

4.施工方式

采用分段支架浇筑的方式，达到设计强度后，张拉预应力钢束并压注水泥浆，待混凝土达到预定强度后拆除支架并拆卸模板，在完成主梁横向接缝，最后进行防护栏及桥面铺装工作。

5.设计计算依据

《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004），以下简称《通规》。 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004），以下简称《工预规》。 《连续梁桥》人民交通出版社，邹毅松，王银辉主编。

6.基本计算数据表

根据《通规》中各条规定，混凝土，钢绞线和钢筋的各项基本数据以及在各阶段的容许值，见表2-1.

表 2-1基本计算数据表

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第3章 设计要点与结构尺寸拟定

3.1设计要点

（1）本设计采用支架现浇施工，一般等截面箱梁直线段可以采用支架施工，支架施工的顺序如图3-1所示。 （2）施工顺序描述如下：

① 施工桩基础，承台与桥墩； ② 搭设支架，立模放样； ③ 预埋预应力波纹管，绑扎普通钢筋，浇筑混凝土； ④ 混凝土强度达到预定强度后开始张拉预应力钢束；

⑤ 拆除支架并脱模；

⑥ 二期自重作用加载，完成全桥工程。

3.2桥梁结构图示 图3-1 施工流程图

该桥为预应力混凝土连续箱梁桥，跨径布置为32m+34m+32m，施工方法为全桥支架现浇。桥跨结构的计算简图如图3-2所示

图 3-2 桥跨结构的计算简图（尺寸单位：cm）

3.3截面形式及截面尺寸拟定

1.分孔长度为32m+34m+32m，现浇长度为31.97m+34m+31.97m，计算长度为31.62m+34m+31.62m。

2.纵截面变化：支点处为实心截面，设置1.5m过渡段从实心截面过渡到单箱单室截面，具体构造如图3-3所示。

图 3-3 纵向截面变化示意图（尺寸单位：cm）

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1.主梁横断面构造图（主梁变化点处，跨中处和主梁支点处），如图3-4所示。 2.梁构造立面与平面见3-5

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本桥截面为箱型截面，截面较多，可通过计算程序进行计算。理论基础采用“梯形分块法”

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第4章 主梁作用效应计算

4.1结构自重作用效应计算

4.1.1一期自重作用效应计算

本桥是采用现浇一次成桥的，施工时结构为二次超静定结构体系，采用力法求解时选取的基本体系如图4-1所示。

图 4-1 内力求解时的力学图式

根据力法方程： 11·X1 12·X2 1p 0

21·X1 22·X2 2P 0

由图乘法可求得各系数和自由项：

11212l l 11 (l1 l2 ) 12

EI23233EI111l 12 l2 2

EI236EI

33

121212121q(l1 l2) 1p (l1 ql1 l2 ql2 )

EI38238224EI由对称性可知： 11 22， 12 21， 1p 2p

q(l1 l2)

1p

解得：X1 X2 1 11 12

(2l1 3l2)6EI

X1 X2 -23931.38 kN·m 最后有：M 1X1 2X2 Mp。

33

4.1.2二期自重作用效应计算

1.二期自重作用集度的确定

二期自重作用集度为桥面铺装集度与防撞护栏的集度之和。 桥面铺装：

4cm混凝土铺装A2=0.81m2

8cm沥青混凝土铺装A2=1.62m2 二期自重作用集度：

g2=防撞护栏+桥面铺装集度 =0.48×

25+0.81×25+1.62×24=71.13kN/m 2.二期自重作用效应计算

仍采用力法求解二次超静定的赘余力，选择支点处弯矩X1，X2作为二次超静定结构的赘

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1 2 用汇总表

4.2汽车荷载作用效应计算 4.2.1冲击系数和折减系数

1.汽车冲击系数计算（见《通规》第4.3.2条的条文说明） 结构基频：

13.616EIcf1

2 l2mc

23.651EIc

f2

2 l2mc

冲击系数 0.1767lnf 0.0157 0.268 2 0.365（适用于1.5Hz f 14Hz） 用于正弯矩效应和剪力效应： 用于负弯矩效应 2.车道折减系数

由图知，应当按单向行驶确定车道数，去掉对应的路肩宽度后，W符合单向四车道宽度，车道横向折减系数为 5.74 3.纵向折减系数

计算跨径27m<150m，不考虑纵向折减。

4.2.2汽车活载效应计算

1.计算原理

在主梁内力影响线最不利布载，可求得主梁最大活载内力，计算公式为： SP=(1+u)·ξ·ζ·（PKyi+qkωi） 式中：Sp---主梁最大活载内力（弯矩或剪力）; (1+u)---汽车荷载冲击系数； ξ------车道折减系数

ζ------汽车荷载横向分布影响的增大系数； PK------车道荷载中均布荷载标准值

ωi-----主梁内力影响线中均布荷载所在范围的面积 2.汽车荷载效应内力计算

车道荷载取值，根据《通规》第4.3.1条，公路-I级的均布荷载标准值qk和集中荷载标准值Pk为：qk=10.5KN/m。

计算弯矩时：Pk=（360-180）/（50-5）x（34-5）+180=296KN 计算剪力效应：PK=296 x1.2=355.2Kn

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-0.28246

-3.025

-3.025d)-1.2796

-2.096

a)

b)

4.063916

-2.07365

-1.116

e)5.931

-1.116

c)

f)

图3-3 各截面弯矩影响线

a)边跨1/4弯矩影响线；b）边跨跨中弯矩影响线；c)边跨3/4弯矩影响线；d)左中支点弯矩影响线；e)中跨1/4弯矩影响线；f)中跨跨中弯矩影响线

0.692378-0.307622-0.592194

c)

-1

1

a)

e)

0.764692-0.2047691

f)

0.50-0.50

g)

b)

d)

图3-4 各截面剪力影响线

a)边跨1/4剪力影响线；b)边跨跨中剪力影响线；c)边跨3/4剪力影响线；d)左中支点左 剪力影响线；e)左中支点右剪力影响线；f)中跨1/4剪力影响线；g)中跨跨中剪力影响线

根据最不利布载原则在各个截面的内力影响线上按《通规》第4.3.1条布载要求布载，可求得汽车在各个截面上的最大弯矩、最小弯矩最大剪力和最小剪力，再考虑冲击系数和车道折减系数后，可得到活载内力。计算结果见表4-2

人群荷载效应内力计算。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/c9li.html