1、兰州交通大学毕业设计摘要预应力混凝土连续箱梁桥结构刚度大，动力性能好，主梁变形挠曲线平缓，有利于高速行车，连续梁在活载作用下，因主梁连续产生支点负弯矩，对跨中正弯矩有卸载作用，其弯矩分布较合理。目前在公路桥梁工程中应用非常广泛。本设计主梁就选用了预应力混凝土连续箱梁，完成了营双高速公路马跑沟河大桥430 m 连续箱梁桥的设计。大桥正跨马跑沟河，为“U”字形河谷，工程地质分区属于冲洪积平原地址区，桥址位于管子沟河道及两岸，河道两岸地势较为开阔。在本次设计中，首先进行了桥址资料和设计标准的阐述，然后确定了预应力混凝土连续箱梁桥为本设计采用的方案，就其进行了结构设计，设计的主要内容有：拟定截面尺寸；
2、计算控制截面的设计内力及其相应的组合值；估算预应力钢筋的数量并对其进行布置，边跨采用 42 根 15.2 的预应力钢绞线，N1 每束 6 根，N2、N3、N4 每束 5 根。在中跨s跨中采用 38 根钢绞线，N1、N2、N3 每束 5 根，N4 每束 4 根；计算主梁截面的几何特征值；承载能力极限状态验算和正常使用极限状态验算；正常使用极限状态下构件抗裂性及变形验算；持久状态下和短暂状态下构件截面应力验算。经检算，设计的桥梁结构安全，合理，并满足现行规范的要求。关键词：预应力、连续箱梁、方案比选兰州交通大学毕业设计AbstractPrestressed concrete continuous
3、box girder bridge structure stiffness, good dynamic performance, deformation of main girder deflection curve is gentle, high speed driving, continuous beam bridge under live load, because the girder continuous generation of negative bending moment of the supporting point, the span is bending moment
4、unloading effect, and the bending moment distribution more reasonable. At present, in the road and Bridge Engineering in a wide range of applications.The design of main girder with prestressed concrete continuous box girder, completed the design of 430m continuous box beam bridge over the Mapaogou r
5、iver from the YingShuang freeway.The bridge is to mount the Mapaogou river, “U “ shaped Valley, engineering geological zoning belongs to the alluvial plain of address area, bridge is located at River and cross pipe ditch, river more open terrain. In this design, the first such material and design st
6、andard paper, and then determined the prestressed concrete continuous box girder bridge for this design USES the scheme, the structure design, the design of the main content: formulation of section size calculation control section; the force and its combination value; estimation of prestressed reinf
7、orcement quantity and its layout, side span with 42root diameter 15.2prestressed steel strand, N1 each bundle of 6 root, N2, N3, N4each bundle of5root. In the span of 38steel strand, N1, N2, N3each beam5, N4 each bundle of 4 root; calculation of girder section geometric characteristic value; normal
8、section and inclined section bearing capacity checking; normal limit condition of crack resistance and deformation calculation; persistent state and transient state under the section stress calculation. By calculating, design of bridge structure safety, reasonable, and meet the current specification
9、.Keywords: prestressed concrete, continuous box girder, scheme comparison and selection兰州交通大学毕业设计目录一、 桥址资料 .6（一） 水文地质资料 .6（二） 主要设计标准 .6（三） 主要材料 .7（四） 桥面铺装 .7（五） 施工方式 .7二、 主梁结构细部尺寸拟定 .7（一） 梁高 .7（二） 底板厚度 .7（三） 顶板厚度 .8（四） 腹板厚度 .8（五） 翼板厚度 .8（六） 横隔板 .8三、 主梁内力计算 .8（一） 有限元模型的建立 .81. 采用迈达斯软件建立的有限元模型 .82. 控制
10、截面几何特性 .9（二） 主梁恒载内力计算 .91. 一期荷载计算 .92. 二期荷载计算 .103. 结构组定义及约束条件 .104. 各施工阶段梁的内力图及各控制截面内力 .11（三） 主梁活载内力计算 .141. 冲击系数计算 .142. 折减系数取值 .153. 荷载横向分布系数计算 .154. 活载内力计算 .19（四） 支座沉降及温度引起的内力计算 .291. 支座沉降 .292. 温度变化引起的内力计算 .30（五） 作用效应组合 .311. 基本组合 .312. 偶然组合 .323. 正常使用极限状态短期效应内力组合 .334. 正常使用极限状态长期效应内力组合 .34四、 预
11、应力钢筋估算及布置 .35（一） 预应力筋估算方法 .351. 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数 .352. 按正常使用极限状态界面压应力要求估算 .36（二）预应力筋估算 .371. 截面特性值 .372. 按正常使用极限状态的正截面抗裂验算要求估算钢束数 .38兰州交通大学毕业设计I3. 按正常使用极限状态界面压应力要求估算钢束数 .384. 估算结果 .39（三） 主梁截面特性值计算 .401. 边跨支点截面几何特性计算 .402. 边跨 1/4 截面几何特性计算 .413. 边跨跨中截面几何特性计算 .414. 中跨支点截面几何特性值计算 .425. 中跨 1/4 截面
12、几何特性计算 .426. 中跨跨中截面几何特性计算 .43五、 主梁验算 .44（一） 承载能力极限状态验算 .441.正截面抗弯承载能力检算 .442. 斜截面抗剪承载能力检算 .45（二）正常使用极限状态验算 .461. 正截面抗裂验算 .462. 斜截面抗裂验算 .48（三） 应力验算 .481. 正截面混凝土压应力验算 .482. 预应力钢筋的拉应力验算 .503. 混凝土主压应力验算 .51（四） 可变荷载作用下主梁挠度验算 .54小结 .1致谢 .2参考文献 .3英文文献 .4兰州交通大学毕业设计- 0 -一、 桥址资料（一） 水文地质资料拟建大桥正跨马跑沟河，为“U”字形河谷，工
13、程地质分区属于冲洪积平原地址区，桥址位于管子沟河道及两岸，河道两岸地势较为开阔。地形较为平坦，河道沟道较深，海拔高程 17281751m 左右，相对高差 23m。沟宽约 180m。设计流量 978 ,河床平sm3时干涸无水，只有在暴雨季节有短暂性洪水。桥梁跨径设置依地形控制，不受流量制约。桥址区地层岩性较为简单，主要有第四系冲洪积粉细砂、黄土、角砾。沟底出露角砾层（稍湿，青灰色，中密多呈棱角、片状，骨料成分以变质砂岩、板岩碎屑为主） 。冲沟两岸出露冲洪积粉细砂（浅黄色，稍湿，中密，具有层理，多与黄土以互层形式出现） ，冲洪积黄土（浅黄色，硬塑-坚硬，土质不均匀，多与粉细砂以互层形式出现） 。（
14、二） 主要设计标准1. 设计荷载：公路 级；-2. 设计洪水频率：1/100。3. 桥面宽：50+1075+75+50+75+1075+50=1200+50+1200=2450cm。4. 设计车道：单幅 4 车道。5. 地震烈度：地震动峰值加速度 0.20g，对应地震烈度为 7 度。6. 桥面横坡：双向 2%横坡。7. 桥面纵坡：0%。（三） 主要材料1. 混凝土：预制主梁、端横梁、跨中横隔板、中横梁、桥面现浇层混凝土均采用C50；桥面铺装采用沥青混凝土。2. 普通钢筋：普通钢筋采用 R235 和 HRB335 钢筋，凡钢筋直径 者，采用m12HRB335 热轧带肋钢；凡钢筋直径 者，采用 R
15、235 钢。m123. 预应力钢筋：预应力钢绞线采用抗拉强度标准值 、公称直径aMPf860pk的低松弛高强度钢绞线。md2.15（四） 桥面铺装采用 8 厚 C50 混凝土桥面现浇层和 10 厚沥青混凝土防水层。c cm兰州交通大学毕业设计- 1 -（五） 施工方式简支转连续施工法。2、 主梁结构细部尺寸拟定（一） 梁高预应力混凝土连续梁桥的中支点主梁高度与其跨径之比通常在 1/151/25 之间，而跨中梁高与主跨之比一般为 1/401/50 之间。当建筑高度不受限制时，增大梁高往往是较经济的方案，因为增大梁高只是增加腹板高度，而混凝土用量增加不多，却能显著节省预应力钢束用量。连续梁在支点和
16、跨中的梁估算值：等高度梁： H=（ ）L，常用 H=（ ）L。15301820变高度（曲线）梁：支点处：H=（ ）L，跨中 H=（ ）L。63150变高度（直线）梁：支点处：H=（ ）L，跨中 H=（ ）L。28而此设计采用等高度的箱梁，取梁高为 160cm，高跨比 ,满足要求。.1H（二） 底板厚度简支转连续施工的连续梁桥跨中正弯矩较大，因此底板不宜过厚；同时支点处也存在负弯矩，需要底板有一定的厚度来提供受压面积。从而底板厚度在在跨内大部分区域设为 18cm，在支点附近处设为 25cm。即底板从距支点 220cm 处至距支点 50cm 处逐渐加厚至 25cm，在距支点 50cm 处至支点厚度
17、 25cm。（三） 顶板厚度确定箱形截面顶板厚度通常主要考虑两个因素：桥面板横向弯矩的受力要求和布置纵向预应力束和横向受力钢筋的构造要求。根据以上要求确定箱梁顶板厚度 18cm。（四） 腹板厚度箱形截面梁一般由两块以上腹板组成，每一块腹板的最小厚度必须满足结构构造及施工中浇筑混凝土的要求，再兼顾考虑连续梁变化规律，腹板宽度除在支点附近区域加宽为 25cm 外，其余均为 18cm。即腹板从距支点 220cm 处至距支点 50cm 处逐渐加厚至 25cm，在距支点 50cm 处至支点厚度 25cm。（五） 翼板厚度兰州交通大学毕业设计- 2 -根据翼板悬臂长度大小，确定翼板根部厚度为 25cm，端
18、部厚度为 18cm。（六） 横隔板横隔梁可以增强桥梁的整体性和良好的横向分布，同时还可以限制畸变；支承处的横隔梁还起着承担和分布支承反力的作用。由于箱形截面的抗扭刚度很大，一般可以比其它截面的桥梁少设置横隔梁，因此横隔板厚设为 20cm。边梁在支点处、距支点3.5m 处、跨中处设置横隔板，一共五道；中梁在支点处、距跨中 3.5m 处、跨中处设置横隔板。三、 主梁内力计算（一） 有限元模型的建立1. 采用迈达斯软件建立的有限元模型采用迈达斯软件建立的有限元模型，如图 3-1 所示。为了简化计算和便于分析，所以按一片中梁建立模型，其中以桥梁轴线为 x 方向，沿 x 轴在平面内逆时针旋转90为 y
19、轴，z 轴与 x 轴和 y 轴所成平面垂直，方向向上。一共建立 97 个节点，96 个单元，每一跨 24 个单元。图 3-1 迈达斯有限元模型2. 控制截面几何特性支点至距支点 0.7m 处：截面面积： 2m351.A抗扭惯矩： 40Ix抗弯惯矩： .y截面中心： z=0.916m21距支点 0.7m 处至距支点 2.2m 处截面呈一次线性变化，其中距支点 0.7m 处截面几何特性值：截面面积： 2m351.A兰州交通大学毕业设计- 3 -抗扭惯矩： 4520.mIx抗弯惯矩： y截面中心： z=0.916m.1距支点 2.2m 处：截面面积： 289.A抗扭惯矩： 450mIx抗弯惯矩： 3
20、.y截面中心： z=0.942m21距支点 2.2m 处至跨中：截面面积： 289.A抗扭惯矩： 450mIx抗弯惯矩： 3.y截面中心： z=0.942m21（二） 主梁恒载内力计算1. 一期荷载计算一期荷载（自重）包括梁的自重，横隔梁及堵头板的自重。（1） 每延米梁重g=1.28926 33.52mkN（2） 横隔梁重本设计每片梁均有 3 片横隔梁，在端部也有堵头板，也按横隔梁处理，故每片梁有 5 片横隔梁，均按集中荷载考虑。横隔梁面积：A=（0.358+0.358+0.342）1.42-0.0770.2-（0.5+0.5+0.4）0.2 =1.207 2m横隔梁重:F=1.2070.22
21、6=6.28kN2. 二期荷载计算二期荷载包括 10cm 厚沥青混凝土防水层（容重 24 kN/m3） ，8cm 后 C50 混凝土现浇层，18cm 厚横向湿接缝（容重 26 kN/m3） ，以及防撞护栏与波形梁护栏。桥面铺装：兰州交通大学毕业设计- 4 -2.40.0826=4.9921gmkN2.40.124=5.762湿接缝： 0.50.1826=2.343gk栏杆： 1424=1.754 mN二期荷载集度 g=4.992+5.76+2.34+1.75=14.842 ，为了保证安全，取 g 为 15mkN.mkN3. 结构组定义及约束条件本设计建立了两个结构组，一个结构组为简支阶段，包含
22、 1 至 23 单元，26 至 47单元，50 至 71 单元，74 至 96 单元；另一个结构组为连续阶段，包含24，25，48，49，72，73 单元。由于本桥是先简支阶段，后连续阶段施工的，所以在简支阶段，相应的节点处设置临时支座，在连续阶段，相应节点处设置永久支座。节点与支座对应关系如表 3-2 所示。表 3-1 节点与支座对应表节点 Dx Dy Dz Rx Ry Rz 支座类型1 0 1 1 1 0 1 永久支座2 1 1 1 1 0 1 临时支座24 0 1 1 1 0 1 临时支座25 1 1 1 1 0 1 永久支座26 1 1 1 1 0 1 临时支座48 0 1 1 1 0
23、 1 临时支座49 0 1 1 1 0 1 永久支座50 1 1 1 1 0 1 临时支座72 0 1 1 1 0 1 临时支座73 0 1 1 1 0 1 永久支座74 1 1 1 1 0 1 临时支座96 0 1 1 1 0 1 临时支座兰州交通大学毕业设计- 5 -其中 Dx，Dy,Dz 表示支座的位移约束，Rx，Ry，Rz 表示支座的转角约束，1 表示约束，0 表示自由。4. 各施工阶段梁的内力图及各控制截面内力（1） 简支阶段第一施工阶段为预制主梁，待混凝上达到设计强度 100%后张拉正弯矩区预应力钢束，并压注水泥浆，再将各跨预制箱梁安装就位，形成由临时支座支承的简支梁状态。弯矩和剪力图详见图 3-2。各控制截面内力详见表 3-3。
