大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计.doc

北京交通大学毕业设计（论文）目录学士论文版权使用授权书本学士论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学士论文的规定。特授权北京交通大学可以将学士论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名： 指导教师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日3目录工作日志I1工作日志II8中文摘要25Abstract26第1章 绪论271.1 概述271.2 连续梁拱组合桥梁的国内外研究现状271.3 毕业设计的目的与意义281.3.1 毕业设计目的281.3.2 毕业设计意义28第2章 方案比选292.1 方案比选292.1.1 拱桥方案292.1.2 预应力混凝土连续梁桥292.1.3 连续梁拱组合桥梁302.1.4方案确定312.2 上部结构尺寸拟定312.2.1主梁构造312.2.2拱肋构造33第3章 荷载内力计算343.1 内力计算方法343.2 恒载内力计算363.2.1 自重363.2.2 支座沉降423.3 活载内力计算453.3.1 车辆荷载513.3.2 温度563.4 内力组合61第4章 预应力钢束设计644.1 预应力钢束的估算644.1.1 计算原理644.1.2 预应力钢束估算684.2 纵向预应力钢束的布置704.2.1 纵向预应力钢束受力特点704.2.2 纵向预应力钢束布置原则714.2.3 本桥纵向预应力钢束布置724.3 预应力损失及有效预应力的计算724.3.1 预应力束与管道之间摩擦引起的预应力损失734.3.2 锚具变形、钢束回缩和接缝压缩引起的应力损失744.3.3 混凝土弹性压缩引起的应力损失754.3.4 钢束松弛引起的应力损失764.3.5混凝土收缩和徐变引起的应力损失774.3.6 有效预应力计算79第5章 正截面承载能力计算805.1正截面验算805.1.1取跨中截面825.1.2.取中支点截面82第6章 斜截面抗剪承载力846.1斜截面验算846.1.1 中支点处856.1.2跨中截面处85第7章 截面正应力计算867.1 预加应力、运送及安装阶段结构验算867.1.1预加应力的过程中867.1.2在传力锚固时867.1.3在传力锚固或存梁阶段877.2 运营阶段结构检算88第8章 梁斜截面主拉应力和主压应力908.1 计算原理908.2计算结果91第9章 吊杆的验算93第10章 拱的验算9510.1 截面强度验算9510.2 代表截面的验算9610.2.1拱跨中截面（拱顶截面）9610.2.2拱脚截面97第11章 施工方法99总结与讨论101一、毕业设计总结101二、毕业设计讨论102箱形截面的受力分析102三向预应力体系102箱梁的横向分布计算102箱梁的剪力滞后效应103其它未考虑的因素103附件 外文翻译106附件 外文翻译106北京交通大学毕业设计（论文）工作日志I题目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 专业： 土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 时 间 2010 年 3 月 1 日 至 2010 年 3 月 15 日工作重点 翻译老师给的英文文献资料。自己在学校的电子图书馆里找英文文献，并翻译 翻译工作开始时使用了金山词霸后，结果翻译出来后发现很多句子都是不通顺的，不能表达原文的内容，很多的土木专业词汇也翻译不了。所以就查英文文献中每个不懂的单词，翻看土木工程专业英语书，用自己的话整理翻译内容。其中英文文献中的图表很多，在导师的指导下，知道了翻译中图表的处理方法，完成了规定的翻译工作指导教师意见： 签字： 日期： 题目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 专业： 土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 时 间 2010 年 3 月 16 日 至 2010 年 3 月 31 日工作重点 收集设计所需要的数据与资料在图书馆或者数据库查找相关的文献资料，为后面毕设的进展做好铺垫，完成开题报告中的文献综述。这一阶段开始的时候，不是很有经验，查阅了许多无用的文献资料，不具有针对性。在老师的指导下，后期终于有些成果，完成文献综述。指导教师意见： 签字： 日期： 题目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 专业： 土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 时 间 2010 年 4 月 1 日 至 2010 年 4 月 15 日工作重点 参考同类的设计与规范，对设计的桥梁进行方案比选与尺寸拟定。针对该桥大跨度铁路桥的特点，设计三种合适的方案 1）拱桥方案 2）连续梁桥方案 3）连续梁拱组合桥方案三个方案各有各的特点，分析其特点，找出各自的优缺点进行比较，选出一个适合本桥的最优方案。确定方案之后，参考同类设计与设计规范，对桥梁的主要设计截面进行尺寸的拟定。指导教师意见： 签字： 日期： 题目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 专业： 土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 时 间 2010 年 4 月 16 日 至 2010 年 4 月 30 日工作重点 确定设计中桥梁承受的各种荷载根据桥梁设计规范，确定本桥设计过程中所承受的荷载有哪些。把这些荷载罗列出来，对其加载方式与大小要熟悉，这样对后面的电算与荷载组合有重要作用。指导教师意见： 签字： 日期： 题目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 专业： 土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 时 间 2010 年 5 月 1 日 至 2010 年 5 月 15 日工作重点 用电算程序进行详细结构计算，并进行荷载效应组合进行电算之前，需要先用MIDAS建立模型。建立模型初期，很困难，对软件的不熟悉导致建模过程中出现各种各样的问题。在老师和同学的帮助下，才对这个软件慢慢的有点熟悉。把各种需要计算的荷载加载在模型正确的位置，分别计算出各种荷载作用下截面的内力。如无问题，即可进行荷载效应组合。进行预应力钢筋的估束。指导教师意见： 签字： 日期： 题目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 专业： 土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 时 间 2010 年 5 月 16 日 至 2010 年 5 月 31 日工作重点 按照规范进行各项检算根据荷载效应组合结果，对各个危险截面进行验算。这部分是难点也是重点。指导教师意见： 签字： 日期： 题目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 专业： 土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 时 间 2010 年 6 月 1 日 至 2010 年 6 月 9 日工作重点 绘制结构设计图根据写好的计算书，进行图纸的绘制。难点主要还是在预应力钢筋的绘制。绘制图纸有总体布置图，主梁截面设计图，主梁预应力钢筋布置图及主拱设计图。指导教师意见： 签字： 日期： 157工作日志II题目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 专业： 土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 责任指导教师： 卢文良 指导组组长意见：（重点考察学生的工作日志是否完整，内容是否翔实；责任指导教师的指导工作是否到位等项目，明确是否同意学生参加毕业设计答辩。）是否同意参加答辩： 签字： 日期： 备注：学生毕业设计答辩前，土木工程专业（含铁道工程方向）至少需填报7份工作日志，环境工程专业学生至少需填报8份工作日志，否则不能参加答辩。 任务书题 目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 适合专业： 土木工程 指导教师（签名）： 卢文良 提交日期： 2010 年 1 月 13 日学院： 土建学院 专业： 土木工程 学生姓名：黎奋 学号：06231216毕业设计（论文）基本内容和要求：基本内容：1.结合题目查阅外文资料,并翻译出不少于四万字符的内容；2.进行毕业调研，写出实习总结报告；3.在广泛收集资料的基础上写出开题报告；4.进行桥跨结构的方案比选或方案说明；5.连续梁及拱总体尺寸及截面各部分尺寸确定；6.结构内力计算与组合；7.梁体预应力钢筋及主拱设计；8.按相应的规范进行各项检算并修改设计；9.施工方法的简要说明；10.工程图纸绘制；11.毕业设计文整工作（含说明书、计算书及图纸）。要求：1参考同类设计的基础上，经过比选初步拟定尺寸；2确定桥梁承受的各种作用（荷载）；3用电算程序进行详细结构计算，并进行荷载效应组合；4按铁路规范要求进行各项检算，主要指标为：1)强度安全系数；2）混凝土抗裂性；3）预应力损失计算；4）控制截面各阶段应力检算；5）挠度计算5绘制结构设计图（部分采用AUTOCAD计算机出图）：总体布置图、梁概图、预应力钢筋布置图、普通钢筋布置图、部分构造细节图。毕业设计（论文）重点研究的问题：1各种工况下内力及组合（考虑支座沉降、温度、预应力的影响）2预应力筋布置3截面检算毕业设计（论文）应完成的工作：1 查阅与毕设课题密切相关的文献资料15篇2 将毕业设计论文的研究内容，组织成层次分明、条理清楚、内容充实的论文文稿。依据的主要规范:1铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）2铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB 10002.3-2005）参考资料：1客运专线建设相关文献资料2 结构设计原理相关的书籍期刊3 桥梁类相关期刊如等其他要说明的问题：1直线桥梁2.设计活载：双线铁路活载3整体升降温：25度4基础位移：竖向10毫米5建筑材料：钢筋：HRB335（主筋、箍筋）、Q235（构造钢筋）；钢铰线：；混凝土：C50。题 目： 大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计（90+180+90m） 学院：土建学院 专业：土木工程 学生姓名： 黎奋 学号： 06231216 文献综述：1 概述1.1连续梁拱组合桥梁梁拱组合体系桥是目前发展较快的一种桥型，它是一种经济、实用、美观的桥型，在我国南方某些地区已有一些比较成功的应用实例，但在北方地区应用还很少。连续梁拱组合桥作为一种新型的组合结构，它具有能使拱与梁共同受力特性，既可以充分发挥混凝土拱的优越性，又可避免桥梁墩台承担水平推力。其结构外形轻巧，竖向刚度大，因而比较适用于承受较大竖向荷载的大跨度铁路桥梁。组合桥式结构因具有结构刚度大、动力性能好等优越性，近年来相继在铁路桥梁设计中得到应用与研究 。采用预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱肋组合形成的连续梁拱组合桥，具有较大的竖向刚度和良好的动力性能，特别适合高标准铁路建设的需要。2 连续梁拱组合桥梁的国内外研究现状2.1 梁拱组合桥梁发展从连续刚构按结构体系的发展脉络来看，经历了由简单到复杂的过程，即从简支梁(板)桥一T形刚构桥一悬臂梁桥和连续梁桥一连续刚构桥。其跨越能力较T型刚构桥和连续梁桥大，已成为主跨120300m范围内的首选。1991年葡萄牙建成的主跨跨径250m的Oporto预应力混凝土铁路桥居同类桥型的世界首位。1999年挪威建成的Stolma公路桥主跨跨径达301m，居同类桥型的世界前列，其跨中182 m采用轻质混凝土。2006年中国重庆石板坡长江太桥公路复线桥主跨更是达330m，居同类桥型的世界第一，实现的方案是主跨采用钢筋混凝土箱梁结构。以上的工程实践是不改变连续刚构的桥梁形式，除了对混凝土梁段施加强大的预应力以外，某些桥梁还通过降低部分节段的重量来增大主跨跨越能力。如果把连续刚构作为主体桥梁，柔性拱体系看作梁体的加劲部分，这样演变而成的连续刚构柔性拱组合桥也将是增大跨径的有效桥梁形式。连续刚构桥其变形、内力和应力在结构中起伏较大，应力甚至出现较大的拉应力，其强度、刚度在一些截面处无法满足设计要求。连续刚构柔性拱桥在变形、内力、应力方面变化较均匀，明显改善了主梁对等的连续刚构桥的不足之处，使结构受力较为合理。这是因为刚构桥通过柔性拱加劲后，整体结构的竖向刚度增大，结构性能已不同于单独承力的梁桥与拱桥，而是充分发挥了拱与梁各自的受力特点。这包括：梁体自重主要由主梁部分承担，而二期恒载及活载则由梁、拱共同承担。柔性拱体系起到了一个转换大跨度主跨分布力至拱圈，再至桥梁墩身、基础的作用。2.2桥梁结构分析专用软件和CAD技术自70年代后期以来，我国桥梁结构分析专用软件和CAD技术得到大力开发和应用。其中包括采用有限元法编制的桥梁通用综合程序以及许多桥梁专用程序，实现设计、计算(如DrBridge桥梁博士系统，MIDASCivil程序等)。绘图一体化，大大提高了计算精度和速度，特别是用于大量重复计算、局部应力分析、设计方案优化。大跨径预应力混凝土桥梁的结构分析设计软件开发和推广应用，适应了我国桥梁建设高速发展的需要。3 连续梁拱组合桥梁的研究方法 3.1桥梁的结构特点与施工技术 针对本设计背景，选用镇江京杭运河特特大桥主桥连续梁拱组合结构将部分恒载及活载通过吊杆传至拱肋，由拱肋直接传到主梁根部，拱肋产生的水平推力由主梁承担。本桥为刚性连续梁柔性拱组合结构，主梁采用悬灌施工，梁体自重由主梁承担，二期恒载及活载由梁、拱共同承担，主梁为本桥主要承重结构。采用“先梁后拱”施工方案，以连续梁桥面为工作面，矮支架拼装拱肋钢管后，将拱肋钢管竖向转体就位，施工受力二者相互利用，充分发挥了两种结构的优点。主要施工步骤如下：(1)利用挂篮悬臂浇筑主梁；(2)合拢主梁边孔，拆除临时支墩；(3)合拢主梁中孔；(4)以桥面为工作面，矮支架拼装钢管拱肋；(5)利用桥面塔架及其它设备，使钢管拱肋竖向转体就位，合拢拱顶、固结拱脚；(6)依次灌注拱肋上弦管、下弦管、缀板内混凝土；(7)按指定次序张拉吊杆，调整吊杆力；(8)施工桥面系，调整吊杆力到成桥设计索力，完成全桥施工。3.2桥梁静力计算3.2.1主梁纵向计算主梁纵向按容许出现拉应力不容许开裂的预应力混凝土结构设计。同时，需要计算在ZK活载静力作用下最大挠度和挠跨比。 3.2.2 主梁横向计算主梁横向分无吊杆区和有吊杆区分别计算。无吊杆区沿纵向截取单位长度的主梁梁体，简化成腹板下缘三点支撑的双孔框架，按刚性支撑和弹性支撑包络计算。有吊杆区沿纵向截取一定长度的主梁梁体，简化成腹板下缘三点支承的双孔框架，吊点处加竖向集中力，按刚性支撑和弹性支撑包络计算。主梁横向计算荷载包括恒载、活载、温度变化等，横向温度变化分日照和寒潮两种模式考虑。 3.2.3 拱肋检算拱肋钢管及混凝土正应力计算拱肋正应力(MPa)主力组合 主+附组合上缘下缘上缘下缘钢管最大正应力钢管最小正应力混凝土最大正应力混凝土最小正应力拱肋极限承载力Nu，计算轴力Ni，安全系数在不同力组合下是不一样的，这是需要主意的。余下的吊杆验算与支座反力就不多介绍了，按最不利荷载计算。 33桥梁抗震研究分析方法适用范围评注静力法(19世纪末20世纪40年代)弹性静力法桥台等刚性结构仅对可视为刚体的结构有效，最为简便，但忽略结构动力反应。非线性pushover分析复杂桥梁设计一般不采用，多用于抗震性能评估，可同时计算非线性反应的需求和能力，但其用静力分析代替动力过程，需求计算忽略高阶振型的影响。反应谱法(20世纪4060年代)单振型规则桥梁仅对可视为单自由度振子的结构有效，适用于线弹性反应问题，但无法反映地震动持时影响。多振型复杂桥梁规范采用的主要分析方法，但存在振型组合问题，尚难考虑非一致激励。等效线性化一般用于规则桥梁可估算非线性系统的最大反应，在位移设计中应用广，但仍需更多实践检验。动态时程法弹性复杂桥梁规范采用的主要分析方法，可同时计算弹性结构反应的需求和能力，一般需要依靠计算机程序完成。非线性特别复杂或关键桥梁可以考虑P-效应和材料非线性，可同时计算非线性反应的需求和能力，但计算过程复杂，结果需要分析和校核。从动力学的角度上来看，弹性静力法在理论上存在极大局限性。因为它把结构动力反应特性这一重要因素忽略了。只有当结构可以近似地视为刚体时，弹性静力法才能成立。不过，弹性静力法概念简单，计算公式也简明扼要，因此在实际应用中仍受到欢迎（比如用在桥台和挡土结构的抗震设计中）。弹性反应谱法通过反应谱概念巧妙地将动力问题静力化，使复杂的结构地震反应计算变得简单易行，大大提高了结构的整体抗震设计水平。目前世界各地都把它作为一种基本的分析手段。但反应谱法也存在一些缺陷，例如它无法反映地震动持时和非线性影响。此外，基于弹性反应谱理论的现行设计规范设计方法，往往使设计者只重视结构强度而忽视了结构应具有的非弹性变形能力（即延性）。从理论上讲，动态时程分析法提供了对结构地震反应的最准确计算，而且它还可以同时进行结构在地震动作用下进入塑性后的需求和能力比较。但是，动态时程分析法需要耗费大量的计算时间，需要输入大量的计算数据。因此，只有特别复杂和重要的桥梁，才需要使用动态时程分析方法。从组成结构抗震设计理论的四个方面内容（输入地震动、结构和构件的动力模型、实用的地震反应分析方法以及设计原则）来看，静力理论对这四个方面都作了极大的简化，反应谱理论也进行了较大简化，而动力理论则有比较全面的考虑。静力理论的输入地震动只考虑根据历史震害估计的地震动最大加速度，不要求结构动力模型和地震反应分析，设计原则为常规的静力强度设计原则。反应谱理论的输入地震动也只要求规定地震动的最大加速度，结构假定为弹性，动力分析基本局限于线弹性范围，非线性反应一般通过考虑结构总体的允许延性系数反应，设计原则为常规的静力强度设计或延性设计原则。动力理论的输入地震动要求给出符合场地情况的具有概率含义的加速度时间函数。结构和构件的动力模型更接近实际，包括非线性特性。地震反应分析方法考虑了结构反应的全过程，包括变形和能量耗损的积累。设计原则考虑到多种使用状态和安全的概率保证。可见，在结构抗震设计理论的四个方面，动力理论都有更具体的要求、更明确的规定和更详细的计算。5 结语 梁拱组合桥梁在现代社会中正处于发展的阶段，我国无论在设计、施工、预应力材料和设备上都取得了很大进步和一定成就，然而与国际先进水平仍存在一定差距。今天，我们需要不断地总结经验、吸取教训，在设计理论、设计规范、材料和施工技术上不断完善、不断发展、勇于创新。相信通过大家共同努力，在21世纪一定能将我国大跨度梁拱组合桥梁的设计、施工水平推向更新的高度。主要参考文献：1 姚玲森，桥梁工程，人民交通出版社。2 樊海琳 许惟国，梁拱组合桥考虑柔性拱前后的结构分析比较，四川建筑第28卷1期2008023 潘少冬，连续梁拱组合体系桥应用实践，铁道建筑2006年第10期4 范立础，桥梁抗震，同济大学出版社，19975 王克海，桥梁抗震研究，中国铁道出版，20076 黄晓彬 李涛 吴定俊，大跨度单线铁路连续梁拱桥动力特性分析，铁道标准设计，2009(7)7 申超，大跨度梁拱组合桥施工技术，建材技术与应用420078 王文清，梁拱组合体系桥梁的设计与施工，工程与建设，2007年第21卷第2期9 金成棣，预应力混凝土梁拱组合桥梁设计研究与实践，人民交通出版社，200010 高丽 曹文杰，京沪高铁镇江京杭运河特大桥主桥连续梁拱设计，铁道勘测与设计2008(5)11 预应力工程实例应用手册（桥梁结构篇），中国工业建筑出版社，199612 项海帆 姚玲森，高等桥梁结构理论M，人民交通出版社，200113 Priestley MJN 等著，桥梁抗震设计与加固，人民交通出版社，199714 孙树礼，连续梁拱组合桥梁设计关键技术对策研究，铁道标准设计2005(5)15 李健 辛克贵 张崇厚 叶桢翔 易桂香，梁拱组合体系桥梁的设计实例，河北工程大学学报(自然科学版) 第25卷第1期2008年3月研究方案：1参考同类设计的基础上，经过比选初步拟定尺寸；2确定桥梁承受的各种作用（荷载）；3用电算程序进行详细结构计算，并进行荷载效应组合；4按铁路规范要求进行各项检算，主要指标为：1)强度安全系数；2）混凝土抗裂性；3）预应力损失计算；4）控制截面各阶段应力检算；5）挠度计算5绘制结构设计图（部分采用AUTOCAD计算机出图）：总体布置图、梁概图、预应力钢筋布置图、普通钢筋布置图、部分构造细节图。毕业设计（论文）进度安排：序号毕业设计（论文）各阶段内容时间安排备注收集数据及查阅资料2-3周参考同类设计的基础上，经过比选初步拟定尺寸2-3周确定桥梁承受的各种作用（荷载）2-3周用电算程序进行详细结构计算，并进行荷载效应组合4-5周按铁路规范要求进行各项检算 2-3周绘制结构设计图 2-3周指导教师意见：指导教师签名： 审核日期： 年 月 日中文摘要本次设计的题目是大跨度铁路连续梁拱组合桥梁设计(90+180+90m)。本设计主梁采用预应力混凝土结构，主拱采用钢管混凝土。主梁为变截面箱形梁。本文主要阐述了该桥的设计和计算过程。首先进行桥型方案比选，对主桥进行总体结构设计，然后结构进行内力、预应力筋计算，再进行强度、应力及变形验算。具体包括以下几个部分： 桥型方案比选， 桥型布置，结构各部分尺寸拟定， 选取计算简图， 恒载内力计算， 活载内力计算， 荷载组合， 预应力筋计算， 预应力损失计算， 截面强度验算， 截面应力及变形验算。关键词：预应力混凝土，连续梁拱组合桥，变截面箱形梁AbstractThe Design of long span girder-arch combination railway bridge (90+180+90m) is finished in this paper.The super structure of this bridge is prestressed.The arch section is steel tube filled with concrete.This paper focuses on the design and calculation process of the bridge.First,are compared and the best one is chosed.Second, an general structure design is done.Third, the calculation of the internal force and reinforcing bar of the superstructure is performed. Finally,the strenrth and the defuection are cheeked.The main parts of the design are as the follows,the comparison of several bridge types,the arrangement of the bridge types,the selection of the structutedimensions,the calculation of the internal force of dead load,the calculation of the internal force of movable load,the combination of loads,the arrangement of prestressed tendons,the calculation of the prestressed tendon loss,the check of the section strength,the check of the section stress and deflection.Key words：Prestressed conctete，long span girder-arch combination bridge， Tapered box girder第1章 绪论1.1 概述梁拱组合体系桥是目前发展较快的一种桥型，它是一种经济、实用、美观的桥型，在我国某些地区已有一些比较成功的应用实例。连续梁拱组合桥作为一种新型的组合结构，它具有能使拱与梁共同受力特性，既可以充分发挥混凝土拱的优越性，又可避免桥梁墩台承担水平推力。其结构外形轻巧，竖向刚度大，因而比较适用于承受较大竖向荷载的大跨度铁路桥梁。组合桥式结构因具有结构刚度大、动力性能好等优越性，近年来相继在铁路桥梁设计中得到应用与研究 。采用预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱肋组合形成的连续梁拱组合桥，具有较大的竖向刚度和良好的动力性能，特别适合高标准铁路建设的需要。1.2 连续梁拱组合桥梁的国内外研究现状从连续刚构按结构体系的发展脉络来看，经历了由简单到复杂的过程，即从简支梁(板)桥一T形刚构桥一悬臂梁桥和连续梁桥一连续刚构桥。其跨越能力较T型刚构桥和连续梁桥大，已成为主跨120300m范围内的首选。1991年葡萄牙建成的主跨跨径250m的Oporto预应力混凝土铁路桥居同类桥型的世界首位。1999年挪威建成的Stolma公路桥主跨跨径达301m，居同类桥型的世界前列，其跨中182 m采用轻质混凝土。2006年中国重庆石板坡长江太桥公路复线桥主跨更是达330m，居同类桥型的世界第一，实现的方案是主跨采用钢筋混凝土箱梁结构。以上的工程实践是不改变连续刚构的桥梁形式，除了对混凝土梁段施加强大的预应力以外，某些桥梁还通过降低部分节段的重量来增大主跨跨越能力。如果把连续刚构作为主体桥梁，柔性拱体系看作梁体的加劲部分，这样演变而成的连续刚构柔性拱组合桥也将是增大跨径的有效桥梁形式。 1.3 毕业设计的目的与意义1.3.1 毕业设计目的毕业设计是高等工科院校本科培养计划中的最后一个教学环节，是对四年所学知识的总结与运用。(1)运用学过的基础理论和专业知识，结合工程实际，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其他参考资料，独立地完成预应力混凝土连续梁拱桥上部结构的设计；(2)同时初步掌握桥梁设计的步骤、方法，培养分析问题、解决问题的能力，为以后的继续学习和工作奠定基础。1.3.2 毕业设计意义(1)在老师的指导下，独立完成一座三跨双线预应力混凝土连续梁拱桥上部结构的设计，基本掌握该工程设计的全过程，巩固已学知识。(2)增强考虑问题、分析问题和解决问题的能力，其实践性和综合性无以取代，为以后无论是继续学习还是参加工作都打下了良好的基础。(3)由于预应力混凝土连续梁拱桥为超静定结构，手算工作量较大，且准确性难以保证，所以采用了有限元分析软件MIDAS进行，这样不仅提高了效率，而且准确度也得以提高。同时也更加熟练了计算机辅助设计软件Auto CAD,Excel等的使用。第2章 方案比选2.1 方案比选 根据设计要求，本桥为大跨度铁路桥梁设计（90+180+90m）。跨度较大，为了选出较优的桥梁设计方案，这里对各种适用方案做个对比。桥梁的形式可考虑拱桥、梁桥、梁拱组合桥。 2.1.1 拱桥方案三孔拱桥90m+180m+90m由于拱桥在不等跨分孔时，由于相邻孔的恒载推力不相等，会使桥墩和基础受恒载不平衡推力作用。为改变这种状况，可以利用矢跨比与推力成反比的关系，在相邻两孔中大跨用用较陡的拱，小跨用较坦的拱。拱两端支承处有竖向反力，也有水平推力，由于水平推力，拱内弯矩大大减小。如果形状设计合理，拱主要承受压力，而弯矩，剪力较小。注意到简支梁在均布荷载作用下，梁内弯矩与荷载集度成正比，这限制了简支梁跨度的增加。相比之下，由于拱的受力特性，其跨越能力比梁要大。图2-1拱桥设计方案（单位mm）2.1.2 预应力混凝土连续梁桥三跨连续梁桥90m+180m+90m三跨预应力混凝土箱形截面连续梁桥，跨度90m+180m+90m。尽管变截面在构造和施工上要复杂一些，但其外形流畅，节省材料并可增大桥下净空，是较大跨度梁桥的优选方案。当桥跨增大时，在荷载作用下，连续梁桥的中间支点截面处将承受较大的负弯矩。从绝对值来看，支点负弯矩远大于跨中正弯矩。这样采用变截面梁更能适应内力分布规律。二次抛物线的变化规律与连续梁的弯矩变化规律基本相近，故为常用。预应力混凝土连续梁桥能充分发挥高强材料的特性，具有可靠的强度，刚度和抗裂性能，技术成熟，投资少，耐久性强，养护维修工作量少等特点。图2-2连续梁桥设计方案（单位mm）2.1.3 连续梁拱组合桥梁连续梁拱组合桥梁（90m+180m+90m）该方案是综合上述两方案的另一种方案。连续梁拱组合结构将部分恒载及活载通过吊杆传至拱肋，由拱肋直接传到主梁根部，拱肋产生的水平推力由主梁承担。本桥为刚性连续梁柔性拱组合结构，梁体自重由主梁承担，二期恒载及活载由梁，拱共同承担，主梁为本桥主要承重结构。与同跨度梁桥相比，本桥降低了主梁高度，其外形较为轻巧，美观。同时，由于梁拱的共同作用，连续梁拱组合结构具有较大的竖向刚度和良好的动力性能。图2-3连续梁拱桥设计方案（单位mm）2.1.4方案确定该桥设计以京沪高铁镇江京杭运河为背景，选用各个方案均可，但是根据各种实例加之题目的要求，选用方案三。2.2 上部结构尺寸拟定2.2.1主梁构造根据设计要求，参考京沪高铁镇江京杭运河特大桥主桥连续梁拱设计。该设计跨度与各方面尺寸与本桥有很大相似之处，参考该设计尺寸拟定如下。主梁为预应力混凝土结构，采用单箱双室变高度箱形截面，跨中及边支点处梁高45m，中支点处梁高100m，梁高按圆曲线变化。主梁顶宽142m，中支点处局部顶宽165m；顶板厚042m，中支点处局部顶板厚 102m，边支点处局部顶板厚072m；底宽108m，中支点处局部底宽138m；底板厚度040 1049m，中支点处局部底板厚150m，边支点处局部底板厚085m。腹板采用直腹板，腹板厚分040m、055m、070m三种，中支点处局部腹板厚130m，边支点处局部腹板厚085m。图2-4 跨中截面（单位cm）图2-5 边支点截面（单位cm） 图2-5 中支点截面（单位cm）主梁共设6道横隔板，边支点横隔板厚1.6m，中支点横隔板厚4.0m，中孔两道中间横隔板厚0.4m，各横隔板均设进入孔。主梁于各吊杆处共设17道吊点横梁，吊点梁高分1.5m，1.4m两种，横梁厚0.4m。2.2.2拱肋构造拱肋计算跨度L=I 800m，设计矢高f=360m，矢跨比fL=I：5，拱轴线采用二次抛物线。拱肋为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高度31m。拱肋弦管直径 11m。 图2-6 拱肋截面（单位cm） 吊杆顺桥向间距10m，全桥共设l7组双吊杆。第3章 荷载内力计算3.1 内力计算方法对于大跨度的连续梁拱组合桥梁，当截面的几何尺寸和材料，施工方法确定之后，可根据施工阶段计算出恒载与活载内力。铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范(TB10002.32005)对荷载的分类（表3-1 荷载分类）：表3-1 铁路桥规荷载分类荷载分类荷载名称主力恒载结构自重预加应力砼收缩和徐变的影响土压力静水压力及浮力基础变位的影响活载列车竖向静活载离心力列车竖向动力作用列车活载所产生的土压力人行道荷载附加力制动力或牵引力风力列车横向摇摆力流水压力冰压力温度变化的影响冻胀力特殊荷载地震力船只或排划的撞击力施工荷载 设计中要进行两次荷载组合。第一次荷载组合是为了估算预应力钢束。此时钢束数还未确定，预应力也就无法考虑。由于预应力对混凝土的徐变有很大的影响，故估算钢筋时也不考虑收缩徐变的影响。况且，此时用的几何特性是毛截面特性，所以第一次组合的内力不是桥梁的实际受力状态，仅供估筋参考。第二次荷载组合是根据估束结果确定钢筋的数量和几何特性后，考虑预加力和收缩徐变的影响重新计算的内力。如各项验算都通过，则作为最终结果。如不满足，则调整钢束甚至修改截面后进行验算直到全部截面都通过验算。设计是一个逐次迭代逐次逼近的过程（表3-2 荷载组合系数）。连续梁悬臂施工中要进行体系转换。在各个施工阶段可能具有不同的静力体系，在计算恒载内力时要精确模拟施工过程，反映在结构约束，荷载列阵及总体刚度矩阵等随施工阶段发生变化。桥梁的恒载内力由个施工阶段的内力叠加而成。而活载，温度，支座沉降等内力发生在成桥之后，与施工方法无关。表3-2 荷载组合系数荷载第一次组合（估束）第一次组合（验算）主力组合主力+附加力主力组合主力+附加力结构自重1.01.01.01.0砼收缩和徐变的影响001.01.0列车竖向作用1.01.01.01.0预加应力001.01.0基础变位的影响1.01.01.01.0均匀温度变化01.001.0非均匀温度变化01.001.0人行道荷载(不计入)1.01.01.01.0风力（竖向不计入）1.01.01.01.0列车横向摇摆力（不计入）1.01.01.01.0 采用MIDAS建模，建模原点坐标为（0,0,0），主梁采用变截面组生成，共设37个节点（节点137）36个单元。拱采用建模助手直接生成，分割数量为18，吊杆采用受拉构件，共设19根。模型如图3-1图图3-1计算模型3.2 恒载内力计算主梁的内力计算可分为设计内力计算和施工内力计算两部分。设计内力是强度验算及配筋设计的依据。施工内力是指施工过程中，各施工阶段的临时施工荷载，如施工机具设备（挂篮、张拉设备等）、模板、施工人员等引起的内力，主要供施工阶段验算用。预应力混凝土连续梁桥恒载内力计算与所采用的施工方法有着直接的关系。主梁恒载内力，包括自重引起的主梁自重（一期恒载）内力和二期恒载（如铺装、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力。主梁的自重内力计算方法可分为两类：(1)在施工过程中结构不发生体系转换的，可按荷载集度乘主梁内力影响线面积计算；(2)在施工过程中有结构体系转换时，应该分阶段计算内力。所谓体系转换，是指桥梁结构在最终形成之前，曾经历过以不同的结构体系（如简支、悬臂、连续等）承受当时作用在其上的恒载（结构自重、徐变影响等）的各种施工阶段。若施工中存在体系转换，则按最终体系计算得到的结构恒载产生的内力和变形，就不同于按各阶段的体系计算得到的恒载内力和变形的叠加值。3.2.1 自重混凝土及钢筋材料特性见下表（表33 材料特性表）。表33 材料特性表材料项目