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连续梁桥毕设论文
摘要：
本设计主要是以某大桥作为工程背景，利用Dr.Bridge进行桥梁的结构设计。
设计总长为110m的公路直线预应力混凝土连续梁桥,跨径组成30m+50m+30m，在设计中先用Dr.Bridge建立桥梁模型，然后按照实际情况和规范要求输入设计参数，按照过往工程经验进行预应力钢束布置；最后，调整至验算通过，经分析比较证明该桥设计计算正确，内力分布合理，达到预期的要求，符合设计任务要求。
关键词：
预应力混凝土连续梁桥、有限元模型、配筋设计、内力
Abstract：
Thedesignisundertheengineeringbackgroundofsomebridge,usingtheDr.Bridgesoftwaretodothestructuredesign.TheDesignisaboutatotallengthof110mhighwaylinearprestressedconcretecontinuousbeambridgecomposedof30m+50m+30m.Firstly,usingtheDr.Briagesoftwaretoestablishstructuralmodel,thenaccordingtotheactualsituationandspecificationrequirementstodefinesomerelatedparameters,，afterthat,proceededwiththelayoutsofprestressedreinforcement.Finally,tinkerupthereinforcementuntilthecheckingmeetstotherequirement.Aftercalculationandcheckingofthestress,distortionofmodelunderdeadloadandlivingload,theresultshowthatthedesignisuptothedemands。
Keywords：
prestressedconcretecontinuousbeambridge；finiteelementmodel;
reinforcementsdesign;internalforce
1引言
设计的主要目的是培养学生综合运用所学知识和技能，分析解决实际问题的能力。
通过毕业设计使学生形成经济、环境、市场、管理等大工程意识，培养学生实事求是、谦虚谨慎的学习态度和刻苦钻研、勇于创新的精神。
毕业设计过程中复习以前所学习的专业知识，同时也锻炼了学生将理论运用于实践的能力。
桥梁的设计需要综合考虑各个方面的因素，其中包括桥址处地形、地貌、气象、水文条件、工程地质、以及周围所处的环境等等，除此之外，任何一个设计都必须要考虑的问题就是怎样将经济、实用、美观三者都融于设计之中。
设计主要包括上部结构计算和下部结构计算。
桥梁的结构设计，主要是主梁、桩柱的内力计算、截面配筋、强度验算等。
通过方案比选后确定本桥为连续箱梁桥，桥长140米。
计算过程中主要参考了《公路桥涵设计手册——梁桥（下册）》、《连续梁桥》、《桥梁工程》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）、《桥梁设计常用数据手册》等书籍，其中桥梁结构上的车道荷载布置、超静定连续梁内力分析涉及的所有计算全部由桥梁博士Dr Bridge和Excel辅助计算功能求出和输出原始数据，为下一步的分析和准确计算打下了坚实基础。
接下来的上部主梁和下部墩柱的结构设计计算当中，再以程序精算结果的基础上，充分利用了AutoCAD计算机辅助设计功能和Excel辅助计算功能计算；此次毕业设计除了有详细的计算书外，还按照设计要求绘制了一定量的施工图纸。
总之，通过毕业设计，达到基本知识、基础理论、基本技能和运用知识能力、网络获取知识的能力、计算机应用的能力、外语能力以及文化素质、思想品德素质、业务素质的训练，培养学生运用所学的专业知识和技术，研究、解决本专业实际问题的初步能力。
第一章、设计资料及方案比选
1.1设计概况
1.1.1桥梁概况
昆山市前进路樾河大桥桥址位于昆山市前进西路。
随着昆山市不断开放发展，前进西路成为昆山市商业发展的增长点。
前进西路规划为一条东西走向的干道，樾河大桥除满足交通需求外，还应该具有优美的造型，满足城市景观要求。
所以樾河大桥是一座集交通与景观功能于一身的城市标志性桥梁。
1.1.2技术标准
1．道路等级：
城市干道；
2．设计荷载：
车行道城-A级，人行道及非机动车道3.5kN/m2；
3．设计车道：
双向6车道，两侧设置分隔带和非机动车道，主桥两侧加设人行道及步梯；
4．全桥长：
330m；
5．引桥宽度：
34.5m，其中机动车道21m；
6．主桥宽度：
主桥34.5m，其中机动车道21m，非机动车道两边各3.5m，；
7．设计车速：
50km/h；
8．桥面纵坡：
3％，竖曲线半径2500m，按照主桥跨中对称布置；
9．桥面横坡：
机动车道部分1.5％双向坡，人行道及非机动车道部分1.5％反向坡，在大桥引道上，将横坡由1.5％逐渐变到2.0％，与道路一致；
10．通航要求：
航道等级为5级，净高不小于5米，净宽不小于38米，最高通航水位3.75米（吴淞高程，以下同），最低通航水位2.38米。
1.1.3工程地形地质
1．地形地貌
拟建场地位于昆山市玉山开发区水果批发市场东北侧，昆山市石油仓库西北侧，属长江三角洲冲积平原，地貌单一，地面标高3.233～3.833m，地形较平坦。
2．地基土的构成与特征
勘察场地自然地面以下100m深度范围内均为第四系松散沉积物，一般具水平成层分布特征，根据钻探编录资料及土工试验成果，可分9个工程地质层，11个工程地质亚层，自上而下分述如下：
①素填土：
分布稳定，灰褐～灰黄色，松软，以粘性土为主，含植物根茎。
层厚0.90～l.20m，层底标高1.823～3.033m，该层工程地质性能较差。
②亚粘土：
灰～灰黄色，软塑，含铁锰质氧化斑，夹灰黄色条纹。
厚度1.10～2.00m，层底标高0.253～1.933m，该层工程地质性能一般。
③粘土：
褐黄色，硬塑，含铁锰质结核，灰色条带。
层厚4.40～7.50m，层底标高-7.247～-3.027m。
该层工程地质性能良好。
④亚粘土：
灰黄色，软～流塑，含铁锰氧化斑，粉质含量较高，下部夹薄层亚砂土。
层厚l.00～3.20m，层底标高-8.247～-6.067m。
该层工程地质性能中等。
⑤亚砂土：
灰黄色，稍～中密，饱和，见云母片，以长石、石英为主要矿物，偶夹薄层亚粘土。
层厚4.10～12.00m，层底标高-18.067～-12.347m。
该层工程地质性能中等。
⑥1亚粘土：
灰色，软～流塑，夹薄层亚砂土。
层厚3.10～7.80m，层底标高-22.277～-18.927m。
该层工程地质性能较差。
⑥2亚粘土：
灰色，软塑为主，夹较多的薄层亚砂土。
下部标高-32.367m以下夹碎石，呈棱角状，成分以石英砂岩为主，含量小于3％，一般砾径3～10cm。
层厚10.80～16.00m，层底标高-38.277～-32.567m。
该层工程地质性能一般。
⑦亚砂土：
灰色，中～密实，饱和，少夹薄层亚粘土。
层厚3.50～7.50m，层底标高-40.747～-38.067m。
该层工程地质性能较好。
⑧亚粘土：
灰色，软塑，薄层理发育，局部夹亚砂土，夹少量碎石，成分以石英砂岩为主，含量2％左右，砾径5～8cm，呈次棱角状。
层厚5.20～9.70m，层底标高-49.767～-43.267m。
该层工程地质性能中等。
⑨1粉砂：
青灰色，密实，饱和，以长石、石英、云母为主要矿物，偶夹薄层状亚粘土，夹少量碎石，成分以石英砂岩为主，含量3％左右，最大砾径大于12cm（取出岩心长12cm）。
层厚5.10～10.50m，层底标高-56.367～-50.157m。
该层工程性能较好。
⑨2细砂：
青灰色，密实，饱和，以长石、石英、云母为主要矿物，颗粒分选性差，级配较好，夹少量碎石，含量小于1％，砾径一般小于lcm，成分复杂。
该层勘察未揭穿，控制最大层厚45.95m，工程性能较好。
3．场地水文地质条件
场地地下水分潜水和微承压水及第I承压水。
潜水含水层主要贮存于表层饱和状态的粘性土中，由于其颗粒细小，渗透性较差，富水性较弱，潜水埋藏水位较浅，与地表水联系密切，主要补给来源为大气降水；微承压水赋存于第⑤亚砂土层，富水性一般。
勘察期间钻孔中测得的地下水静止水位标高2.833～2.933m。
第I承压水贮存于⑦亚砂土、⑨1粉砂、⑨2细砂中，水位较低。
各钻孔地下水经现场观测，清澈、透明、无色、无味，据区域水质资料，本地区地表水和地下水对混凝土无腐蚀性。
1.2方案比选
本设计共做了三个方案以供必选，第一方案为预应力混凝土简支梁桥，第二方案为预应力混凝土连续钢构桥，第三方案为预应力混凝土连续梁桥。
以下对各方案在总体布置、孔径布置、桥型及施工方案方面作简要叙述。
（1）预应力混凝土连续梁桥
全桥长110米，采用三跨为30米+50米+30米，桥梁截面采用箱型截面，下部结构采用柱式墩、肋板式台，钻孔灌注桩基础。
图1-1
全桥采用施工方法为全桥采用悬臂浇筑施工法，先浇筑两桥墩，两边采用满堂支架施工，然后从桥墩对称悬臂施工先将两边跨合拢，最后中间合拢。
（2）单塔斜拉桥
该桥是一座城市桥梁，为了减小建筑高度，提高跨越能力，并与周围的景观相协调，也可以采用双索面双预应力独塔混凝土肋板式斜拉桥。
跨径组成为55m+55m。
桥型布置见总体布置图。
全桥长110米，分为两跨对称，塔高46米。
图1-2
本桥采用塔墩固结（主塔固结于承台顶）、塔梁分离的结构体系。
在主梁与索塔之间设有竖向及横向橡胶支座，其中横向支座具有抗震性能。
边墩顶部只设竖向支座。
该斜拉桥属于半漂浮体系。
该桥为公路桥，为了满足净空高度的要求和降低整个工程的造价，宜选用密索体系和建筑高度较矮的主梁结构。
斜拉索在主梁上的标准索距取6m。
主梁在板式断面、槽行断面、双肋式断面中比较选。
为方便施工、降低造价、满足斜拉索的锚固要求，主粮采用双肋式实心截面、预应力混凝土结构。
主梁结构采用挂篮悬臂浇筑施工。
为防止雨水等透过桥面铺装浸入桥面及主梁，引起钢筋和预应力钢筋的锈蚀、降低结构的强度。
桥面铺装采用防水混凝土，同时设排水系统，采用集中排水方式将桥面集水分别从塔墩及边墩处排到地面。
（3）下承式拱桥
单跨下承式拱桥，主跨为等截面抛物线系杆拱，方案不仅能满足设计的基本要求，还以优美的外形为其周围的环境增添了美感，满足长远交通功能，且采用了先进的缆索无支架施工方法，结构合理，工艺成熟。
其不足之处在于拱桥为有推力拱，但对地基的土质要求仍然较高，但本桥位的地质条件十分理想，并且可以在桥墩之间设置系杆来平衡拱桥产生的水平推力。
因此为配合先进的施工方法，还需要有经验丰富且技术合格的施工队伍，在施工组织时应特别注意。
图1-3
拱桥的施工可以根据不同的施工条件采用不同的施工方法，主要有支架施工法、缆索吊装法、平转法、竖转法以及顶推法，以及几种方法综合应用的施工方法。
1.3推荐方案
本次设计为110米预应力混凝土连续梁，桥宽34.5米，其中机动车道21m，非机动车道两边各3.5m。
所以我选择推荐的是连续梁桥的形式。
由于多跨连续梁桥的受力特点，靠近中间支点附近承受较大的负弯矩，而跨中则承受正弯矩，则梁高采用变高度梁，二次抛物线变化。
这样不仅使梁体自重得以减轻，还增加了桥梁的美观效果。
由于预应力混凝土连续梁桥为超静定结构，手算工作量比较大，且准确性难以保证，所以采用有限元分析软件—桥梁博士进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。
施工采用悬臂施工法和满堂支架法结合，具体分为悬臂浇筑和悬臂拼装。
悬臂施工具有很大的优越性。
设计的具体步骤为：
模拟施工步骤，计算出恒载和活载内力；然后根据实际情况确定温度、沉降等荷载，计算内力，然后与恒载活载内力进行正常使用与承载能力组合。
再根据这个内力估算截面的钢束按照一定的要求布置好，模拟施工并考虑预应力的作用，计算出结果之后再进行强度验算和变形验算，这是设计过程的第二次组合，如果合理，则设计可以采用；不合理，则进行调整，继续验算。
预应力混凝土连续梁采用悬臂施工法需在施工中进行体系转换，经过一系列的施工阶段而逐步形成最终的连续梁体系。
在各个施工阶段，可能具有不同的静力体系，其中包括安装单元、拆除单元、张拉预应力、移动挂蓝等工况。
1.4设计规范
1．《公路工程技术标准》（JTJ001-97）
2．《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）
3．《公路桥涵砖石及混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）
4．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）
5．《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）
6．《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
7．《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
8．《公路工程质量检验评定标准》（JTJ071-94）
9．《城市桥梁设计荷载标准》（CJJ77-98）
10．《城市道路设计规范》（CJJ37-90）
11．《城市桥梁设计准测》（CJJ11-93）
12．《市政桥梁工程质量检验评定标准》（CJJ2-90）
13．《工程建设标准强制性条文城市建设部分》（建设部[2000]）
参考书
1）桥梁工程 教材
2）结构设计原理 教材
3）路基路面工程 教材
4）公路勘测设计 教材
5）公路桥涵设计手册 拱桥（上、下），梁桥（上、下），墩台与基础，人民交通出版社1994。
6）斜拉桥设计
第二章、方案简介及上部结构尺寸拟定
2.1主梁截面主要尺寸拟定
（1）截面形式
由国内外已建成桥梁的经验知，连续梁桥通常采用箱形截面。
其抗扭刚度大，能有效地承担正负弯矩，并满足配筋的需要，因此在预应力混凝土连续梁桥中，大多采用箱型截面。
图2-1
（2）主梁高度
从《公路桥涵通用图》中可查的，当跨径接近70米时，主梁最好采用变截面形式，跨中梁高可采用h=（1/12～1/20）L，支点梁高H=（1.5h~1.8h），本桥支座处梁高2.8米，跨中1.6米。
图2-2
（3）顶板
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（或横向预应力束）的构造要求。
由于本桥的桥面又多片箱梁组成，所以跨中中梁和边梁的梁顶板厚度均采用18cm。
而顶板宽度在跨中中梁采用2.4m,在跨中边梁采用2.85m，顶板悬臂端部厚18cm，根部厚度25cm。
（4）底板
在公路混凝土连续梁桥中底板厚度约为梁高的1/10～1/12，此外，底板除承受自身和在外，还承受一定的施工荷载，所以本桥底板厚采用18cm。
底板在箱型内部按线性变化，距离支座1.7m处从18cm按线性变化过度到支座处的25cm。
（5）腹板
腹板的作用是承受截面剪应力和主拉应力，腹板的最小厚度应满足剪贴极限强度的要求，根据《公路桥涵通用图》，本桥的腹板厚度在支座处采用25cm，跨中处采用18cm，腹板开始变化的位置同底板的相同。
（6）其他构造
1、桥面铺装：
为了减轻主桥自重，主桥桥面不设混凝土调平层，在混凝土桥面板上铺设6cm厚沥青混凝土，8cm防水混凝土层，人行道及观景平台还要铺设拼花防滑地砖；在铺设沥青混凝土之前全桥范围喷涂防水涂料。
2、横隔板：
本桥的横隔板采用现浇形式，在边跨的梁端部设置，其大小为25cm×105cm；
2.2本桥的主要材料
1．混凝土：
采用中交新混凝土C45
2.桥面铺装：
主桥部分机动车道及非机动车道采用6cm沥青混凝土铺装；引桥铺装采用8cm钢纤维混凝土调平层和6cm沥青混凝土铺装。
3.钢筋：
普通钢筋采用Ⅱ级钢筋和I级钢筋，技术条件必须符合GBI499-84规定。
第三章、单元的划分
本设计采用桥梁博士进行结构计算分析。
全桥单元划分时考虑结构在施工过程和正常使用阶段控制设计的截面位置，使控制界面位于单元节点处。
本设计中结合施工、使用中结构的受力特性及预应力筋布置，将全桥划分为48个单元、49个节点，两边对称。
表3-1节点坐标表
x坐标
节点号
x坐标
节点号
x坐标
节点号
x坐标
0.1
13
23
25
55
37
87
0.55
14
26
26
56
38
90
1
15
28
27
60
39
93
2
16
30
28
64
40
96
4
17
32
29
67
41
100
6
18
34
30
70
42
101
8
19
37
31
73
43
102
9
20
40
32
76
44
104
10
21
43
33
78
45
106
14
22
46
34
80
46
108
17
23
50
35
82
47
109
20
24
54
36
84
48
109.45
49
109.9
图3-1单元的划分
第四章、配筋设计及配筋结果计算
4.1.预应力筋的估算
预应力混凝土截面配筋，是根据前面两种极限状态的组合结果，确定截面受力的性质，分为轴拉、轴压，上缘受拉偏压、下缘受拉偏压、上缘受拉偏拉、下缘受拉偏拉，上缘受拉受弯和下缘受拉受弯8种受力类型，分别按照相应的钢筋估算公式进行计算。
估算结果为截面上缘配筋和截面下缘配筋，此为截面最小配筋，设计者可根据经验适当放宽。
需要说明的是，之所以称为钢束“估算”，是因为计算中使用的组合结果并不是桥梁的真实受力。
确定钢束需要知道各截面的计算内力，而布置好钢束前又不可能求得桥梁的真实受力状态，故只能称为“估算”。
此时与真实受力状态的差异由以下四方面引起：
①未考虑预加力的作用；②未考虑预加力对徐变、收缩的影响；③未考虑（钢束）孔道的影响；④各钢束的预应力损失值只能根据经验事先拟定。
4.1.1预应力筋的计算原理
根据（JTGD62-2004）规定，预应力梁应满足持久状况承载能力极限状态和持久状况正常使用极限状态下的正截面强度要求，参照主梁配筋按照以下情况估算。
按持久状况承载能力极限状态计算时，正截面强度要求估算钢筋用量，梁体纵向受拉钢筋和截面受压区混凝土同时达到其强度设计值时，梁体处于承载能力极限状态，预应力梁达到受弯极限状态时，根据正截面强度要求，由以下公式可得预应力筋数。
对于仅承受一个方向的弯矩的单筋截面梁，所需预应力筋数量按以下公式计算：
如图4.-1所示：
图4-1正截面强度计算图
（4-1）
（4-2）
由上述两式得:
受压区高度为：
（4-3）
预应力筋数为：
（4-4）
式中，fcd—混凝土抗压设计强度；
fpd—预应力筋抗拉设计强度；
Ap—根预应力筋束的截面积；
b—截面宽度。
若截面承受双向弯矩时，可根据截面上正、负弯矩按上述方法计算上、下缘所需预应力筋数量。
使用荷载下的应力要求。
图4-2使用荷载作用下的应力图
根据（JTGD62-2004）规定，截面上的预压应力应大于荷载引起的拉应力，预压应力与荷载引起的压应力之和应小于混凝土的允许压应力（为0.5），或为在任意阶段，全截面承压时截面上不出现拉应力，同时截面上最大压应力小于允许压应力。
写成计算式为：
对于截面上缘：
（4-5）
（4-6）
对于截面下缘：
（4-7）
（4-8）
其中，
—由预应力产生的应力；
W—截面抗弯模量；
—混凝土轴心抗压标准强度。
项的符号当为正弯矩时取正值，为负弯矩时取负值，且按代数值取大小。
由预应力钢束产生的截面上缘应力和截面下缘应力分为三种情况讨论：
（a）截面上下缘均配有预应力筋和以抵抗正负弯矩，由预应力筋和在截面上下缘产生的压应力分别为：
（4-9）
（4-10）
另外有
（4-11）
（4-12）
一般情况下，由于梁截面较高，受压区面积较大，上缘和下缘的混凝土压应力不是控制因素，为简便计，可只考虑上缘和下缘的拉应力这个限制条件（求得预应力筋束数的最小值）。
从而得出上、下边缘不出现拉应力最少所需的钢束数目为：
上缘：
（4-13）
下缘：
（4-14）其中，Ap—每束预应力筋的面积；
fpd—预应力筋的永存应力（可取0.5—0.75估算）；
e—预应力筋重心离开截面重心的距离；
K—截面的核心距；
A—混凝土截面面积，可取毛截面计算。
（b）只在下缘布置预应力筋
当由上缘不出现拉应力控制时：
（4-15）
当由下缘不出现拉应力控制时：
（4-16）
（c）只在上缘布置预应力筋
当由上缘不出现拉应力控制时：
（4-17）
当由下缘不出现拉应力控制时：
（4-18）
4.1.2上、下缘布置预应力钢束的判别条件
预应力混凝土受弯构件截面配筋的数量不仅与截面承受的弯矩有关，而且还需要考虑截面几何特性的影响，因此，在截面配筋设计时，不应认为只有当截面承受正、负弯矩共同作用时才在截面上、下缘同时配筋，而应当以公式（4-13）、（4-14）为依据，推导出配筋的判别条件。
显然，对于公式（4-13），令n上<0，则可以得到只在下缘配筋的条件：
（4-19）
同理，对于公式（7-14），令n下<0，则可以得到只在上缘配筋的条件：
（4-20）
若公式（4-19）、（4-20）均不能满足，则应在截面的上、下缘同时配筋。
4.2预应力钢束的布置
本设计采用中交新预应力筋：
270K级钢绞线，钢筋直径25mm，设计强度：
Ry=0.75×1860=1395MPa；混凝土的设计强度为32.4MPa。
采用桥梁博士计算，根据以上公式经计算，分别为截面上、下缘最大最小配筋束数。
在实际中先在桥博程序中进行试算，然后看验算是否符合。
本桥中采用预埋波纹管，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（以下简称《预规》）规定,后张法构件预应力直线形钢筋的最小混凝土保护层厚度不应小于其管道直径的1/2。
《预规》9.3.4规定，各主钢筋间横向净距和层与层之间的竖向净距，当钢筋为三层及以下时，不应小于30mm，并不小于钢筋直径；当钢筋为三层以上时，不应小于40mm，并不小于钢筋直径的1.25倍。
对于束筋，此处直径采用等代直径。
同时，《预规》,后张法预应力构件的曲线预应力钢筋的曲率半径钢绞线不应小于4m。
具体布置见图纸。
连续梁预应力钢束的配置不仅要满足《桥规》（TB10002.3—99）构造要求，还应考虑以下原则：
（1）应选择适当的预应力束的型式与锚具型式，对不同跨径的梁桥结构，要选用预加力大小恰当的预应力束，以达到合理的布置型式。
（2）应力束的布置要考虑施工的方便，也不能像钢筋混凝土结构中任意切断钢筋那样去切断预应力束，而导致在结构中布置过多的锚具。
（3）预应力束的
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