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摘 要
本毕业设计主要是对预应力混凝土连续刚构上部结构进行设计。连续刚构这种桥型结构刚度好、抗震性能好、墩梁固结有利于悬臂施工，减少了大型支座的养护维修和更换。在近二十余年来，随着预应力技术的发展和悬臂施工法的应用，连续刚构桥得到了广泛的应用。
本设计桥梁为跨度（50+70+50）m的预应力混凝土连续刚构，截面形式为单箱双室箱型。桥面宽度为20m,设计荷载标准为公路I级汽车荷载。主梁采用挂篮对称悬臂施工。设计流程如下：
第一步：确定主梁的主要构造和细部尺寸；
第二步：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；
第三步：在Auto CAD中建立计算模型并导入桥梁博士程序中，完成建模过程；
第四步：进行施工阶段内力分析，从而估算出所需纵向预应力筋的数目；
第五步：计算预应力损失及各项次内力，并进行主要截面验算；
最后：绘制工程图及编制说明书。
关键词：预应力混凝土连续刚构桥 悬臂施工 桥梁博士 验算
ABSTRACT
The undergraduate design is mainly about the design of superstructure of pre-stressed concrete continuous rigid frame bridge.This type of structure has many advantages, such as excellent stiffness,high capability to withstand earthquake. At the same time, the fixation between the pier and the girder is of benefit to the cantilever construction and prevents change and maintenance of large-size supports. With the development of technology of pre-stressing and application of cantilever construction, continuous rigid frame bridge has got the extensive application in past 20 years.
This design is a prestressed concrete continuous rigid frame bridge for highway with the span of 50+70+50m. The cross section is the box section with double cell and the width of the deck is 20m. The designed load standard is: highway-Ⅰ。The main girder is constructed by symmetric cantilever equilibrium. The procedure of the design is listed as follows:
Firstly:design the main structural configuration and detail dimensions.
Secondly:pide the girder into construction segments according to the raising ability of the basket.
Thirdly:the model is established in Auto CAD software and then imported into doctorbridge software. Finish the remaining establishment of the model.
Fourthly:According to the internal force of the construction analyzed by the software we can distribute the tendons of the bridge.
Fifthly: calculate the loss of pre-stressing and secondary force, and then check the main cross-section
Finally, draw the engineering design and establish the design manuals.
Keywords: pre-stressed concrete continuous rigid frame bridge;cantilever construction;Doctorbridge;checking computations
目 录
1 工程概况
1.1设计资料
1.1.1设计技术标准
设计荷载：公路-Ⅰ级，人群荷载3.5KN/m2;
桥梁宽度：全桥宽20m=2.5m（人行道及栏杆）+15m（净桥宽）+2.5m（人行道及栏杆）；
设计洪水频率：1/300;
通航标准：通航水位2.44m,设计通航孔底宽40m,高6.5m.
1.1.2材料规格
混凝土规格见表1.1:
钢材
1）预应力钢绞线：符合美国ASTM416-98标准，270K级高强低松弛钢绞线，标准强度，弹性模量=195000MPa,公称直径15.24mm,公称面积140.
2）普通钢筋：钢筋直径≥12mm者为HRB335钢筋，直径≤10mm者为R235钢筋。技术条件必须符合有关规定。
3）其他钢材：钢板、检测管及焊条等，均应符合相应国际规定及满足设计、施工需求。
1.1.3设计依据
《公路桥涵设计通用规范》 （JTG D60-2004）
《公路桥涵地基与基础设计规范》 （JTG D63-2007）
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTG D62-2004）
1.2方案比选
本次桥梁设计从功能、安全、经济与美观的角度通过对拱桥、连续刚构和斜拉桥进行对比，从而得出最佳的桥梁设计方案[1]:
1.2.1从功能方面比较
拱桥：行车平顺、通畅、安全，满足通航要求；在城市景点或旅游地区，为配合当地景观而常采用之；
连续刚构：梁保持连续，无伸缩缝，行车平顺舒适；桥下净空大，可满足通航要求；
斜拉桥：主梁在斜拉索的各点支承作用下，大大增大了其跨越能力，行车性能亦较好，可满足通航要求。
1.2.2从安全方面比较
拱桥：对地基基础要求较高，多孔连续拱桥相互影响，对整体结构不利；建筑高度较高时，对拱桥稳定不利；
连续刚构：采用墩梁固结，提高了结构的刚性；对常年温差、基础变形和日照温度较敏感；
斜拉桥：斜拉桥结构轻巧柔细，在车辆运行、地震和风力作用下，必然会引起桥梁震动，轻则影响行车，行人舒适，重则使桥梁毁坏。
1.2.3从经济方面比较
拱桥：有水平推力的拱桥，对地基基础要求较高，修建时需要有较大的墩、台和良好的地基，从而加大了下部结构的工程量，造价较高；
连续刚构：无须设支座；设计技术成熟，施工简便，无须大型施工设备和工具，可充分降低施工成本；
斜拉桥：属于高次超静定结构，包含着很多设计变量，不仅设计困难，而且施工也较为复杂，并且建成后养护成本高。
1.2.4从美观方面比较
拱桥：形式多样，外形美观；
连续刚构：采用墩梁固结，使桥看起来更加轻巧、简洁和美观；
斜拉桥：外形美观，比例协调，现代感较强。
通过以上三种桥型优缺点的对比：连续刚构为本次最佳设计桥型。桥型比选总体布置图见图1.1、1.2、1.3.
1.3桥跨结构图式及尺寸拟定
1.3.1结构图式
截面形式
为了减小上部结构的自重，达到增加跨度、减少下部结构的工程量、增加截面抗扭刚度的目的，本桥采用单箱双室截面[2].从绝对值来看，支座处的负弯距远大于跨中正弯距，为更好的适应结构内力分布规律，上部结构采用变截面箱形梁。
刚构墩为双薄壁墩[2],利用此墩的柔度形成摆动式支承体系来适应由预加力、荷载、混凝土收缩徐变和温度变化所产生的纵向位移。
墩顶和边跨梁端设置横隔板，墩顶横隔板处设置过人洞。
立面形式
本桥为预应力混凝土连续刚构桥。
本桥跨径组成50+70+50=170m,梁高按二次抛物线变化。
两桥墩取等高，高度为20m.
1.3.2主要尺寸拟定
跨度
桥梁跨度应根据水利部门推荐桥位处主桥主跨径的范围，及主河槽布置桥孔要求，结合桥址处的水文、地质、河道断面、通航要求综合考虑，选出适合于该桥位的跨径。在孔径布置方面，根据国内外已建成的连续刚构桥和P66[3],边跨跨径与主跨跨径之比为0.5~0.8.所以主跨跨径定为70m,边跨跨径定为主跨跨径的0.715倍，即50m.
连续刚构全长为50+70+50=170m.
主梁高度
支点截面梁高：根据P67表2-1-6[3],梁高为1/16~1/20L,取L/18.9,即3.69m.
跨中截面梁高：根据P67表2-1-6[3],梁高为1/30~1/50L,取L/44.1即1.59m.
梁底曲线：根据P67表2-1-6[3],选用二次抛物线。
以跨中梁底为原点，曲线方程为：=-0.00233564X2
箱梁腹板厚度
根据经验公式：腹板总厚度：（m），其中，B为桥面总宽度（m）；L为主跨跨度（m）。同时应满足构造要求：单个腹板厚度t0≥0.15m.
本桥既注重上部结构的轻型化，也注重主拉应力的控制，对腹板尺寸的选定参照国内外一些类似桥梁资料。本桥腹板厚度保持不变，为100cm;悬臂根部保持不变，为60cm;梁肋厚度亦保持不变，为50cm.
箱梁底板厚度[4]
箱形截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位，当采用悬臂施工方法时，梁的下缘特别是靠近桥墩的截面承受很大的压力。箱形截面的底板应提供足够大的承压面积，发挥良好的受力作用。在发生变号弯矩的截面中。顶板和底板上都应各自发挥承压的作用。
1）箱梁支座处：由于0号段底板受力十分复杂，支座处箱梁设置满横隔板，中间预留过人孔道。
2）箱梁根部底板厚度
箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。底板除需符合使用阶段的受压要求外，在破坏阶段还宜保持在底板以内有适当的富余。
本桥选用50cm.
3）箱梁跨中底板厚度
大跨度连续箱梁因跨中弯矩要求底板内需配置一定数量的钢束和钢筋，此时跨中底板厚度取为25cm.
4）其余梁段的底板厚度沿跨径按二次抛物线变化。
箱梁顶板厚度
确定箱形截面顶板厚度一般考虑两个因素：满足桥面板横向弯矩的要求，满足布置纵向预应力钢束的要求。
箱梁断面顶板厚在全梁范围内取为25cm.
主墩一般构造图
桥梁博士建模单元划分图
斜拉桥桥型总体布置图
2 荷载内力计算
2.1恒载内力计算
2.2活载内力计算
2.3温度作用荷载计算
3 预应力钢束设计
3.1估算预应力钢束
3.2预应力钢束的布置
4 预应力损失及有效预应力计算
4.1预应力损失的计算
4.2 有效预应力计算
5 次内力计算
5.1徐变次内力
5.2收缩次内力
5.3预应力次内力
5.4支座不均匀沉降次内力
6 内力组合
6.1承载能力极限状态下的效应组合
6.2正常使用极限状态下的效应组合
7 截面验算
7.1施工阶段截面应力验算
7.2承载能力极限截面强度验算
7.3正常使用阶段截面应力验算
7.3验算结论
8 施工组织设计
8.1主梁分段与施工阶段的划分
8.2主梁施工方法及注意事项
总结
本次毕业设计历时两个多月，在指导老师的悉心指导和自己的努力下，我按时完成了自己的设计任务。
毕业设计是大学四年对所学知识的一次较为系统的复习和应用，同是也是不断积累新知识和工作经验的过程。通过本次设计，不仅有助于自己设计思维的培养，还把以前所学的理论知识与实际情况结合在一起，对以前所学的知识进一步熟悉，为以后的工作和学习打下了坚实的基础。所以在整个设计的过程中，我不断地严格要求自己，认认真真地看书，反反复复地设计，仔仔细细地验算，努力做好大学的最后一次作业。
本次毕业设计的课题是一个三跨的连续刚构，主要运用的设计软件是桥梁博士，这些对我来说都比较陌生，相关的设计规范也不熟悉，所以在做毕业设计的过程中，遇到了相当大的挑战，如今，经过紧张的两个月，这些困难已经变成了宝贵的财富，大大地提高了我的创造和动手能力，为我以后的工作和学习积累下宝贵的经验。
同时本次设计也有很多不足之处，由于时间的关系，很多地方进行了简化。主要原因是由于第一次做一个完整的设计，没有设计和施工经验，在进行前面的设计环节时不能准确的预见后面可能发生的问题，造成返工或滞后，这是本次设计遇到的最大障碍。这也是需要以后工作和学习需要加强和弥补的重点。
总之，通过本次设计，我既学到了知识，也学到了方法，提高了我的综合能力，也为我的大学学习生活划上了圆满的句号。
致 谢
紧张的两个月已经过去了，本次毕业设计已经接近尾声，在这两个多月的时间里，让我受益匪浅。这与学校、指导老师和同学的帮助是密不可分的。
本次毕业设计不仅让我对以前学过的知识进行温习和系统化的整理，也重点培养了我的创新和实践的能力，为我以后的工作和学习打下坚定的基础。
首先我要感谢学校在毕业设计前提供的一个月毕业实习的机会，此次实习让我学到很多在课堂上无法学到的知识，同时也认识到了自己的不足，加强了我对本次毕业设计的重视程度。
其次我要感谢老师的指导，尤其是XX老师，是他让我很快的融入到本次的毕业设计中，尽快地领悟到设计的思路，使我的毕业设计得以的顺利完成，也为我的大学生涯划上了圆满的句号。
另外我要向我的本组同学：XXXXX、XXXXX、XXXXX、XXXXX他们道声衷心的感谢，是与他们的交流让我解决了很多问题，为我顺利完成毕业设计起到了重要的作用。
参考文献
[1] 周念先。桥梁方案比选[M].上海：同济大学出版社，1997.
[2] 江祖明，王崇礼。公路桥涵设计手册-墩台与基础[M].北京：人民交通出版社，1994.
[3] 范立础。桥梁工程（上册） [M] .北京：人民交通出版社，1996.
[4] 范立础。预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1996.
[5] 邵旭东。桥梁工程[M].（第二版）。北京：人民交通出版，2007.
[6] 中华人民共和国交通部。JTG D60-2004 公路桥涵设计通用规范[S].北京：人民交通出版社，2004.
[7] 中华人民共和国交通部。JTG D62-2004 公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计规范 [S]. 北京：人民交通出版社，2004.
[8] 陈忠延。土木工程专业毕业设计指南-桥梁工程分册[M].北京：中国水利水电出版社，2001.
[9] 中华人民共和国交通部。JTG DB-2004 公路桥涵设计规范[S]. 中华人民共和国交通部发布，2004.
[10] 王吕将。悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥[M]. 北京：人民交通出版社，2004.
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