高速铁路预应力连续梁桥（本科毕业设计论文） .docx

目录第1章 绪论11.1 世界高速铁路的发展11.2 高速铁路桥梁的类型及特点21.3 预应力混凝土连续梁的概述3第2章 方案比选及主要尺寸拟定52.1 方案比选简介52.1.1 桥型方案比选简介52.1.2 梁部截面形式选择62.1.3 施工方法的选择72.2 上部结构尺寸拟定92.2.1 梁高的拟定92.2.2 横断面尺寸的拟定92.3 本桥主要材料11第3章 内力计算123.1 荷载规定123.2 荷载内力计算方法133.2.1 计算方法133.2.2 midas/civil简介133.3 计算模型的建立143.3.1 材料和截面的定义143.3.2 单元划分143.3.3 施加约束143.3.4 恒荷载的施加163.3.5 活载的施加163.3.6 温度荷载的施加183.3.7 支座位移荷载的施加183.3.8 定义施工阶段193.4 荷载内力计算结果193.4.1 恒载计算结果193.4.2 活载计算结果203.4.3 温度荷载及支座位移荷载计算结果213.5 内力组合223.6 箱梁毛截面特性计算25第4章 预应力钢筋的估算、钢束的布置及预应力损失估算264.1 预应力筋数量的估算264.2 预应力筋的布置274.3 预应力损失及有效预应力计算274.3.1 由于钢筋管道与钢筋摩擦引起的预应力损失l1284.3.2 锚头变形，钢筋回缩和接缝压缩引起的预应力损失l2284.3.3 混凝土弹性压缩引起的预应力损失l4294.3.4 钢筋松弛引起的预应力损失l5304.3.5 混凝土收缩和徐变引起的应力损失l6304.6 预应力损失的控制措施32第5章 截面强度验算345.1 正截面强度检算355.2 正截面抗裂性验算365.3 运营荷载作用下正截面混凝土应力检算365.3.1 正截面压应力365.3.2 正截面拉压力385.3.3 正截面最大剪应力385.4 斜截面抗裂性检算385.5 运营荷载作用下挠度检算40第6章 预应力混凝土连续梁桥的施工426.1 简支变连续梁桥施工流程426.2 箱梁预制的注意事项426.2.1 梁场的建设436.2.2 钢筋制作及安装436.3 施工注意事项44第7章 结论与展望457.1 结论457.2 展望45参考文献47致谢48附录a：外文资料翻译49a.1 英文49a.2 译文57附录b：有关图纸（见附件）63石家庄铁道大学毕业设计第1章 绪论1.1 世界高速铁路的发展自以日本新干线、法国tgv为代表的高速铁路投入运营以来，高速铁路以安全可靠、技术创新、优质服务等特色为铁路的发展带来了新的机遇，为国民经济的发展带来了巨大动力。高速铁路的成功，有力地促进了国家经济的增长和社会进步，促进了沿线经济发展。目前世界上投入运营的速度不小于250km/h的高速铁路总长达8000km以上，拥有高速铁路的国家和地区主要有德国、法国、西班牙、意大利、荷兰、比利时、英国、日本、韩国、中国内地和台湾。追溯历史，日本是世界上最早发展高速铁路的国家。1964年诞生的新干线，最高运行时速达210公里/小时。“新干线最直接的效益就是缩短了旅客的出行时间，提高了旅行的舒适度，从而刺激了客流，拉动了沿线城市的经济发展。” 欧洲高速铁路建设有一个比较完整的规划，根据这个规划，2020年将形成一个高速铁路10000km，改造既有线15000km，遍及全欧洲并连接主要国家首都的高速铁路网。欧洲是目前高速铁路投入运营最多的地区10。在欧洲，法国是最早拥有高速铁路的国家，其tgv高速列车于2007年创造了578.4公里的最高测试时速。由于安全、准时、快捷、低价，法国高铁成网后便抢占了中短途的航空市场，每年的收入达到15亿欧元。近一两年开始，美国、俄罗斯、巴西等国纷纷制定了规模空前的高速铁路发展计划。即便是法国等“老牌高铁国家”也相继表示，将延长高铁里程、提升高铁品质。预计未来10年，全球高铁里程将至少增加一倍，全球正步入高速铁路发展的黄金年代。近年来，中国在高速铁路领域发展迅速，取得了举世瞩目的成就。我国是目前世界上高铁发展最快、运营里程最长、运营时速最高、在建规模最大、拥有系统技术最全的国家。据铁道部权威信息，中国高速铁路的营业里程已达到7531公里，是全世界高铁运营里程最长、在建规模最大的国家。到2012年，中国铁路营业里程将达到11万公里以上，其中新建高速铁路将达到1.3万公里。届时，中国高速铁路网将初具规模。中国铁路坚持原始创新、集成创新和引进消化吸收再创新相结合，系统掌握了时速250公里和时速350公里及以上速度等级的高速铁路成套技术，构建了具有自主知识产权和世界先进水平的高速铁路技术体系。1.2 高速铁路桥梁的类型及特点高速铁路铁路桥梁的运行速度快，技术标准要求高，站间距离长，且要与周围的环境相协调，要求尽量的减少噪声污染，所以高速铁路铁路对桥梁的要求与普通铁路不同，且高速铁路铁路的参数限制严格，曲线半径大，坡度小，并需要全封闭行车，桥梁建筑物的数量多于普通铁路1。在平原和人口密集的地区，经常选用高架线路；而在山区和丘陵地区，谷架桥会明显增多，因此高速铁路铁路桥梁主要分为三种类型：(1)高架桥：用以穿越既有交通路网、人口稠密地区及地质条件不好的地段。高架桥通常墩身不高，但桥梁很长，往往延伸长达十余公里。(2)谷架桥：用于跨越山谷。跨度较大，墩身较高。(3)跨河桥：跨越河流的一般桥梁。高速铁路的运行速度快，参数限制更高，这使高速铁路桥梁突出特点：(1)桥梁的数量更多。平交道的存在将使列车速度、交通安全和正点运行等均不能得到保证，因此新建高速铁路一般不设置平交道，而设置立交桥。(2)混凝土桥梁多。高速铁路的桥梁需要有高的抗扭刚度、足够的稳定性和耐久性，加之高速铁路要求维护量小，且近几年各国公众对噪声特别反感，因此各国对高速铁路铁路进行了充分细致的研究，不仅中小跨度桥梁采用道砟桥面的钢筋混凝土和预应力混凝土桥梁，而且发展了多种大跨预应力混凝土结构。(3)结构耐久性比较好，桥梁便于检修。国内外大量的桥梁使用经验说明，结构耐久性对桥梁的安全使用和经济性起决定性作用。(4)限制纵向力作用下结构产生的位移，避免桥上无缝线路出现过大的附应力。高速铁路要求一次铺设跨间无缝线路，而桥上无缝钢轨的受力状态不同于路基，结构的温度变化、列车的制动、桥梁的挠曲能使桥梁在纵向产生一定的位移，引起桥上钢轨的附加应力。过大的附加应力会造成无缝线路的失稳，影响行车安全。应此，墩台基础要有足够的刚度，以尽量减少钢轨附加应力和梁轨间的相对位移。(5)结构要有足够大的刚度，为列车提速提供坚实、平顺的行车道。各国高速铁路桥梁基本上都遵守以下原则：(1)采用双线整孔桥梁，主梁整孔制造或分片制造整体连接；(2)初小跨度桥梁外，都采用双线单室箱型截面； (3)加大简支梁的梁高；(4)尽量选用刚度大的结构体系如连续梁桥、刚架、拱桥、斜拉桥等。(6)当今高速铁路的发展，对线路的舒适性要求越来越高，大的刚度是舒适性的保障。(7)高架车站桥较多。(8)全面采用无砟轨道是高速铁路的发展趋势。无砟桥面的优点是：桥上不用上道砟，不用设档砟墙，桥面的宽度可以减小，梁重相应减轻。桥上无砟轨道性能均匀、稳定，维修养护作业少，能节省大量维修养护费用1。1.3 预应力混凝土连续梁的概述连续梁桥是一种常见的体系结构。它具有变形小，结构刚度好，行车平顺舒适，伸缩缝少，抗震能力强，养护简单等优点。它与简支梁桥在构造上的不同之处是：简支梁桥以跨为单元，各跨梁在支点上断开；而连续梁桥则是由若干跨梁组成一联，再由一联或多联组成整桥，各跨梁在支点上连续通过1。连续梁桥是超静定结构，与简支梁桥相比具有以下特点：(1) 在相同条件下，结构内力比静定结构小，且内力状态比较合理。譬如，在均匀荷载作用下弯矩的最大值比简支梁可减少50%，弯矩图面积比简支梁可减少2/3；将连续结构中各部分之间刚度进行合理调整，可最大限度的减少结构内力，减小截面尺寸，达到降低材料消耗的目的;(2) 使结构外形更为合理，譬如，加大连续梁根部梁高，可以减小跨中截面正弯矩，使跨中截面梁高进一步减小，使用更为合理；连续梁结构刚度大，整体性好，桥面连续平顺，伸缩缝少，对行车有利，尤其能适应高速行车。(3) 在基础沉降，温度变化等外因作用下，将引起结构内力的变化。由于普通钢筋混凝土结构存在不少缺点：如过早地出现裂缝，使其不能有效地采用高强度材料，结构自重必然大，从而使其跨越能力差，并且使得材料利用率低。为了解决这些问题，预应力混凝土结构应运而生，所谓预应力混凝土结构，就是在结构承担荷载之前，预先对混凝土施加压力。这样就可以抵消外荷载作用下混凝土产生的拉应力。自从预应力结构产生之后，很多普通钢筋混凝土结构被预应力结构所代替。预应力混凝土连续梁具有以下特点：（1）由于支点负弯矩的卸载作用，跨中正弯矩大大减小，恒载、活载均有卸载作用，跨越能力增大（2）梁内力值可适当调整改变相邻跨比值；采用变高度梁；调整冗力改善受力（3）由于部分梁段存在正负弯矩，预应力效率差（4 ）超静定结构，会有各力产生（5）行车条件好。预应力混凝土连续梁桥由于跨越能力大、施工方法灵活、适应性强、结构刚度大、抗地震能力强、通车平顺性好以及造型美观等优点，目前在世界各地已得到广泛应用。在我国铁路桥梁建设中，1957年建成的北京枢纽东北环线通惠河桥，是我国第一座预应力混凝土连续梁桥，它是在支架上施工的，跨度为26.7m+40.7m+26.7m。目前已建成的多座连续梁桥，跨径超过百米的大桥已有很多座1。第2章 方案比选及主要尺寸拟定2.1 方案比选简介方案比选是桥梁工程设计过程中最基础的工作。唯有通过详细、科学地优选，方能提出合理的设计方案。同样，只有在合理的设计方案基础上才能实现桥梁最优设计。桥梁方案比选桥梁方案初选、比较和确定。方案主要应考虑安全、功能、经济、美观以及与环境的协调，其中以安全和经济最为关键。随着现代化交通事业的迅速发展，对桥梁功能的要求也日益提高。尤其是桥下通航净空要求，在方案比选中具有举足轻重的地位。至于桥梁美观应视经济与环境条件而定13。对于一定的建桥条件，根据侧重点的不同可能会作出基于基本要求的多种不同设计方案。综合分析每一方案的优缺点，最后对桥梁的桥型、施工方法、截面等进行比选选定一个最佳的推荐方案。2.1.1 桥型方案比选简介桥梁的形式有很多种，梁桥、拱桥、刚架桥、吊桥、斜拉桥等。在桥梁设计中，应对桥型进行分析选择：方案一：预应力混凝土连续梁桥预应力混凝土连续梁桥在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力。结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构，整体性好，刚度较大，变性较小。受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法日臻完善和成熟。此方案孔径布置为28m+642m+28m，桥梁总长308m，桥面宽13.4m,施工方法为简支变连续，技术难度较低，桥墩采用圆端形桥墩，结合当地的地质条件，土层较好，基础采用眀挖扩大基础。图1-1 连续梁桥方案布置图（单位：m）方案二：斜拉桥斜拉桥又称斜张桥，属于组合体系桥梁，它的上部结构由主梁、拉索和索塔三种构件组成。斜拉桥是一种桥面体系以主梁承受轴向力（密索体系）或承受弯矩（稀索体系）为主，支撑体系拉索受拉和索塔受压为主的桥梁。拉索的作用相当于在主梁跨内增加了若干弹性支撑，使主梁跨径显著减小，从而大大减小了梁内弯矩、梁体尺寸和梁体重力，使桥梁的跨域能力显著增大，比梁式桥的跨越能力大，是大跨度桥梁的最主要桥型。此方案孔径布置为75m+154m+75m，桥梁总长304m，桥面宽13.4m,施工方法为悬臂施工。图1-2 斜拉桥方案布置图(单位：cm)第一方案比第二方案费用较低，工期上较短，而且连续梁桥造型简洁流畅，技术难度较低，施工难度较小，针对当地地质情况，基础采用眀挖扩大基础。第一方案方案实施性强, 工程造价经济合理。根据当地周围的情况，结合桥梁设计原则，宜选择此方案。2.1.2 梁部截面形式选择梁部截面形式的选择考虑了箱型梁、t型梁等截面。箱梁的顶板及底板都具有较大的受压面积，以适应连续梁桥不断变化的正负弯矩。箱型截面整体性强，横向抗扭刚度大，适应性强。常见的箱形截面形式有：单箱单室、单箱双室、双箱单室、单箱多室、双箱多室等等。单箱单室截面的优点是受力明确，施工方便，节省材料用量，常用于桥宽16m左右的桥梁。t型梁结构受力明确，设计及施工经验成熟,跨越能力大，施工可采用预制吊装的方法，施工进度较快。该方案建筑结构高度较高，由于梁底部呈网状,景观效果差。同时，设计时其帽梁也须设计成预应力钢筋混凝土帽梁，另外存在后期养护维修工作量大的问题。箱形截面是连续体系桥梁的常用截面形式。此外，箱形截面这种闭合薄壁截面抗扭刚度很大；同时，因其都具有较大的面积，所以能够有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋要求；箱形截面具有良好的动力特性；再者它收缩变形数值较小，因而也受到了人们的重视。因此，和t型梁截面相比，本设计选用箱型截面。2.1.3 施工方法的选择目前预应力混凝土连续梁桥的施工方法很多，常用的就有支架就地浇筑施工、悬臂施工、简支连续施工、顶推法施工等。（1）支架就地浇筑施工最早的混凝土连续梁多采用支架就地浇筑，就地浇筑施工就是在连续梁桥的一联各跨全部设置支架，在一联桥施工完成后，各跨同时卸落支架，一次形成设计要求的一联连续梁结构，因此施工过程中也不会产生体系转换，不产生恒载二次矩。支架就地浇筑施工的优点是桥梁整体性好，施工简便可靠，不需要大型起吊设备，并可采用强大预应力体系，大大方便施工。但是这种施工方法施工工期长，需要的支架和模板数量多，费用昂贵，要求有一定的场地，并且受通航的影响1。因此，目前已很少使用，只用于桥墩较低的中、小跨连续梁桥。（2）悬臂施工悬臂施工是从已建成的桥墩顶部开始，对称逐段地沿桥跨方向向两边延伸施工，并通过预应力钢筋的张拉将新建节段集成为整体。施工工程中不须满设支架，为了承受施工荷载产生的不平衡弯矩，需首先将墩和梁临时固结，施工时先形成两端带悬臂的t型刚架，待合龙后才成为连续梁。因此施工过程中存在体系转换。悬臂施工根据施工方法的不同可分为悬臂浇筑和悬臂拼装两种。悬臂浇筑是在桥墩两侧利用挂篮对称浇筑混凝土，待混凝土达到张拉强度后张拉预应力钢筋，而后移动挂篮继续下一段的悬臂浇筑。悬臂拼装是利用吊机将预制件在桥墩两侧对称吊装，张拉预应力筋后使悬臂不断接长。悬臂浇筑法使用于大跨径的预应力混凝土悬臂梁桥、连续梁桥、t型刚构桥、连续刚构桥等结构。其施工特点是无须建立落地支架无须大型起重与运输机具，主要设备是一对能行走的挂篮。挂篮可在已经张拉锚固并与墩身连成整体的梁段上移动，绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土、预施应力都在挂篮上进行。完成本段施工后，挂篮对称向前各移动一节段，进行下一节段施工，如此循序前进，置之悬臂梁段浇筑完成。悬臂拼装法施工是在工厂或桥位附近将梁体沿轴线划分成适当长度的块件进行预制，然后用船或平车从水上或从以建成部分桥上运至架设地点，并用活动吊机等起吊后向墩柱两侧对称均衡地拼装就位，张拉预应力筋。重复这些工序直至拼装完悬臂梁全部块件为止。挂篮悬臂浇筑施工的主要优点为：施工机具少，免去设置支架，不须占有很大预制场地；可以很方便的跨越深谷，逐孔浇筑易于调整和控制梁段位置，提高施工精度。施工可不受外界气候影响，便于施工。悬臂拼装施工的优点为：墩和上部结构可同时进行施工，施工周期较现浇法施工要短；梁体塑性变形小，可减小由此产生的预应力损失；块件集中预制，质量易于保证，适于深谷、水流急的情况。但需要占用较大的预制场地，需要较大的运输和起吊设备。（3）简支连续施工简支梁桥属于单孔静定结构，构造简单，施工方便，其结构尺寸易于设计成系列化和标准化，有利于在工厂内或地上广泛采用工业化施工，组织大规模预制生产，并用现代化的起重设备进行安装。采用装配式的施工方法可以大量节约模板支架木材，降低劳动强度，缩短工期，显著加快建桥速度。然而简支梁桥也存在很大缺点：从运营条件来说，简支梁桥在梁衔接处的挠曲线会发生不利于行车的折点，一般简支梁在梁衔接处设置成伸缩缝或桥面连续，伸缩缝造价较高，易受破坏，又无法避免行车的不舒适性；桥面连续也容易出现破坏，另外简支梁跨中弯矩较大，致使梁的截面尺寸和自重显著增加，需要耗用材料多，这些都是简支梁桥的显著缺点。连续梁桥同简支梁桥相比较而言，其特点差别很大：结构较复杂，当跨径较大时，长而重的构件不利于预制安装施工，而往往要在工费昂贵的支架上现浇，需要工期长。但是连续梁桥无断点，行车舒适，且由于支点负弯矩的存在，使跨中正弯矩值明显减少，从而减少材料用量及结构自重，这些特点是简支梁桥所无法比拟的。其施工特点是先按简支梁规模化施工，后用湿接缝把相临跨的梁块连接成连续梁，从而得到连续梁优越的使用效果。先简支后连续梁桥刚好发挥了上述两种梁桥的优点，克服它们的缺点。优点有以下几点：（1）具有刚度大、变形小、伸缩缝少和行车舒适等优点；（2）简支梁的预应力钢束在工厂进行张拉，而负弯矩区的预应力钢束布置及张拉均在主梁上进行，仅需吊装设备起吊主梁，减少了施工设备，又能避免张拉预应力钢束造成地面上的障碍；（3）预制梁能采用标准构件，进行工厂化统一生产和管理，有利于技术操作，节省了施工时间，缩短工期，提高经济效益。 (4)顶推法施工顶推施工法是在沿桥轴方向的台后设置预制场地，分阶段预制梁体，并从纵向预应力筋将预制节段与已完成的梁体联成整体，然后通过水平千斤顶施力，将梁体向前顶推出预制场地，之后继续在预制场进行下一节段的预制，直至全桥完成。顶推法施工由于顶推力远比梁体自重小，所以顶推设备轻型简便，不需要支架和大型机械设备；施工安全可靠，高空作业少；不影响桥下通航或行车；不需要太多的劳动力，劳动强度低。但是采用顶推法施工也有不足之处：由于顶推过程中各截面正负弯矩交替变化，致使施工临时预应力筋增多，且装拆与张拉繁杂，梁体截面高度比其它施工方法大；受到顶推悬臂弯矩不能太大的限制，使顶推跨径不能太大，只适用于中等跨径的连续梁桥，对于多孔长桥，因工作面所限，顶推过长，施工工期相对较长。综上所述：通过对各种施工方法的比较，本设计中将要采用的施工方案是简支连续施工施工方法，这种桥梁结构集简支梁和连续梁的优点于一身, 既克服了简支梁整体性和受力性差的弱点, 又克服了现浇连续梁对施工现场的较高要求。该方法施工快、简便可靠，行车舒适，后期养护少，技术较为成熟，适于中小跨桥梁的建造。2.2 上部结构尺寸拟定桥梁的可参考已成的同类型桥梁以及相近跨径、桥宽、荷载标准的桥梁截面尺寸，也可以参考相关资料，设计时需要考虑受力需要和构造要求两个因素。2.2.1 梁高的拟定经方案比选后，采用八跨一联连续梁桥，28m+642m+28m，总长为308m，采用单箱单室箱型梁，支座处腹板加厚。梁高根据经验和文献，取4m。梁高不变，与简支连续的施工方法相适应。2.2.2 横断面尺寸的拟定根据要求，高速铁路双车道，上翼缘板宽13.4m，选用单箱单室箱型截面。以便布置预应力束，顶板厚度取38cm；底板厚60cm，支点处截面腹板厚140 cm，跨中截面腹板厚为80 cm，中间腹板厚度呈线性变化；顶部承托尺寸为45cm45cm，底部承托尺寸为45cm45cm。截面如图2-1、图2-2所示：图2-1跨中处截面横截面(单位: m)图2-2支点处截面横截面(单位：m)2.3 本桥主要材料预应力混凝土连续梁采用c50混凝土；预应力钢筋采用17低松弛高强度钢绞线，面积为139mm；墩身采用c40混凝土；普通受力钢筋采用hrb400钢筋；构造钢筋采用r235钢筋。预应力管道采用预埋金属波纹管k=0.0015，=0.20。第3章 内力计算3.1 荷载规定我国现行高速铁路设计规范(试行)(tb10621-2009 j971-2009)中，将荷载分为主力、附加力和特殊荷载。主力包括结构在设计使用期内其值不随时间变化的恒载和由移动荷载引起的活载。具体要求见表3-1。表3-1 铁路桥荷载规定荷载分类荷载主力恒载结构构件及附属设备自重预加应力混凝土收缩和徐变的影响土压力静水压力和水浮力基础变位的影响活载列车竖向静活载公路竖向静活载（需要时）列车竖向动力作用长钢轨伸缩力和挠曲力离心力横向摇摆力列车活载所产生的土压力人行道及栏杆的荷载气动力附加力制动力或牵引力风力流水压力冰压力温度变化的影响冻胀力特殊荷载列车脱轨荷载船只或排筏的撞击力汽车撞击力施工荷载地震力长钢轨断轨力注：1 如杆件的主要用途是承受某种附加力，则计算杆件时，该附加力应按主力考虑； 2长钢轨伸缩力、挠曲力、断轨力及其与制动力或牵引力等的组合，应符合铁路桥上无缝线路设计的有关规定；crts型板式无砟轨道作用力应根据实际情况另行研究； 3 流水压力不与冰压力组合，两者也不与制动力或牵引力组合； 4 列车脱轨荷载、船只或排筏的撞击力、汽车撞击力和长钢轨断轨力，只计算其中一种荷载与主力相组合，不与其他附加力相组合； 5 地震力与其他荷载的组合应符合现行国家标准铁路工程抗震设计规范gb50111的规定；3.2 荷载内力计算方法3.2.1 计算方法本设计在计算内力时采用了有限元分析软件midas/civil。该软件适用于桥梁结构、地下结构、工业建筑、大坝、港口等结构的分析与设计。midas是一种有关结构设计有限元分析软件。midas/civil是为能够迅速、准确地完成类似结构的分析和设计，以填补目前土木结构分析、设计软件市场的空白，而开发的“土木结构专用的结构分析与优化设计软件”。它可以分析象预应力箱型桥梁、悬索桥、斜拉桥等特殊的桥梁结构形式，同时可以做非线性边界分析、水化热分析、材料非线性分析、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析。3.2.2 midas/civil简介midas/civil软件是有限元分析软件中的一种，有以下主要特点：(1)提供刚构桥、板型桥、箱型暗渠、顶推法桥梁、悬臂法桥梁、移动支架(满堂支架)法桥梁、悬索桥、斜拉桥的建模助手。(2)提供菜单、表格、文本、导入cad和部分其他程序文件等灵活多样的建模功能，并尽可能使鼠标在画面上的移动量达到最少，从而使用户的工作效率达到最高。(3)提供桁架、一般梁(边截面梁)、平面应力(平面应变)、只受拉(只受压)、间隙、钩、索、加劲板轴对称、板(厚板/薄板、面内/面外厚度、正交各向异向)、实体单元(六面体、楔形、四面体)等工程实际时所需的各种有限元模型。(4)提供中国、美国、英国、德国、欧洲、日本、韩国等国家的材料和截面数据库，以及混凝土收缩和徐变规范和移动荷载规范。(5)提供静力分析(线形静力分析、热应力分析)、动力分析(自由振动分析、反应谱分析、时程分析)、静力弹塑性分析、动力弹塑性分析、动力边界非线形分析、几何非线形分析(p-delta分析、大位移分析)、优化索力、屈曲分析、移动荷载分析(影响线/影响面分析)、支座沉降分析、热传导分析(热传导、热对流、热辐射)、水化热分析(温度应力、管冷)、施工阶段分析、联合截面施工阶段分析等功能。(6)在后处理中，可以根据设计规范自动生成荷载组合，也可以添加和修改荷载组合。可以输出各种反力、位移、内力和应力的图形、表格和文本。(7)提供静力和动力分析的动画文件；提供移动荷载追踪器的功能，可找出指定单元发生最大内力(位移等)时，移动荷载作用的位置；提供局部方向内力的合力功能，可将板单元或实体单元上任意位置的接点力组合成内力。(8)可在进行结构分析后对多种形式的梁、柱截面进行设计和验算。3.3 计算模型的建立3.3.1 材料和截面的定义按照设计任务书的要求，主梁采用c50混凝土，在midas/civil软件的模型菜单中，选择材料和截面，进行材料和截面的输入，本设计中，采用了等截面设计，支座处截面腹板厚1.4m，跨中处截面腹板厚0.8m，支座到跨中截面腹板呈线性变化。3.3.2 单元划分建立模型时，要尽量使所建模型与实际结构一致。本设计中，根据主梁节段的划分，将沿梁全长共划分了309个节点，308个单元。桥梁模型如图3-1所示。图3-1桥梁模型该桥为八跨连续梁桥，从两端起到中间依次逐孔连续。3.3.3 施加约束该桥为八跨一联连续梁桥，桥梁的约束条件与施工过程有关。从两端起到中间依次逐孔简支变连续，简支梁桥两支座分别是固定支座（约束了x、z方向的移动）和活动支座（约束了z方向的移动）。具体施工过程如图3-2所示。1 413 414 415 426 427 428 309施工阶段一1 29 415 424 281 309施工阶段二1 29 415 416 417 422 423 424 281 309施工阶段三1 29 71 417 422 239 281 309施工阶段四1 29 71 417 418 419 420 421 422 239 281 309施工阶段五1 29 71 113 419 420 197 239 281 309施工阶段六1 29 71 113 155 197 239 281 309施工阶段七图3-2桥梁各施工阶段约束图由于桥梁是对称结构，墩台编号为0-8，取半结构(左半结构)节点号与控制截面对应关系见表3-2表3-2 节点号与控制截面对应关系表节点号控制截面节点号控制截面10墩永久支点92第三跨跨中15第一跨跨中1133墩永久支点291墩永久支点4173墩临时支点4131墩临时支点4183墩临时支点4141墩临时支点134第四跨跨中50第二跨跨中1554墩永久支点712墩永久支点4194墩临时支点4152墩临时支点4204墩临时支点4162墩临时支点3.3.4 恒荷载的施加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。(1)自重荷载对于midas软件，定义自重产生的内力时，首先定义荷载工况名称自重，然后令自重系数中的z=-1，其余两个系数x和y均为零，然后软件会根据单元截面形状和混凝土的密度自动计算出结构的自重。(2)二期荷载根据经验和已有相似资料，可估算二期荷载集度为：q=220kn/m，施加二期荷载需要通过添加连续梁单元荷载来完成，首先定义荷载工况名称二期荷载，然后定义荷载类型为分布荷载，最后定义均布荷载分布的起始点和终点位置，并且将荷载集度一栏都输入-220kn/m (负号代表与z轴正方向相反)即可。3.3.5 活载的施加活载采用z-k活载，荷载的施加通过midas软件中添加移动荷载命令实现。移动荷载定义分四个步骤：(1)定义车道(适用于梁单元)或车道面(适用于板单元)；(2)定义车辆类型；(3)定义移动荷载工况；(4)定义移动荷载分析控制选择移动荷载分析输出选项、冲击系数计算方法和计算参数。图3-3 z-k活载移动荷载的施加方法，对于不同的结构形式有不同的定义方法。对于梁单元，移动荷载定义采用的是车道加载。对梁单元这里又分为单梁结构和有横向联系梁的梁结构，对于单梁结构移动荷载定义采用的是车道单元加载的方式，对于有横向联系梁的结构移动荷载定义采用的是横向联系梁加载的方式。本设计要采用车道单元加载的方式。进入“荷载-移动荷载分析数据”菜单，首先选择移动荷载的规范为中国规范，其次定义车道，选择全梁进行车道的定义，定义两个方向相反的单向车道，梁偏心距分别为2.5m和-2.5m(负号表示在截面中心的右侧)。然后定义标准车辆，选择铁路荷载规范，并选择z-k活载，最后定义移动荷载工况，将两车道与车辆进行组合并定义车道最小为1，最多为2。此外，还必须考虑冲击的影响，本设计采用高速铁路设计规范(试行)(tb10621-2009 j971-2009)的计算方法：列车在竖向活载包括列车竖向动力作用时，该列车坚向活载等于列车静活载乘以动力系(1+)，(1+)按下列公式计算：z-k活载作用下： (3-1)式中，加载长度，其中支座沉降荷载工况功能定义荷载工况，最小支座沉降数量定为1，最大支座觉降数量定为9，从而找到支座沉降所带来的最不利内力。3.3.8 定义施工阶段施工阶段分析模型的阶段是由基本、施工阶段、最后阶段(postcs)组成的。基本阶段是对单元进行添加或删除、定义材料、截面、荷载和边界条件的阶段，可以说与实际施工阶段分析无关，且上述工作只能在基本阶段进行。施工阶段是进行实际施工阶段分析的阶段，在这里可以更改荷载状况和边界条件。最后阶段(postcs)是对除施工阶段荷载以外的其他荷载进行分析的阶段，在该阶段可以将一般荷载的分析结果和施工阶段分析的结果进行组合。最后阶段可以被定义为施工阶段中的任一阶段。定义施工阶段在midas软件中的定义过程是菜单施工阶段分析数据定义施工阶段添加，然后根据每段梁的具体情况把数据录入，每一段施工持续时间为20天，材龄为7天，将荷载和边界条件按具体情况分配。综上，通过对自重荷载、二期荷载、移动荷载、温度荷载以及支座位移荷载的添加，该计算模型基本建立，点击运行进行荷载计算。3.4 荷载内力计算结果3.4.1 恒载计算结果自重引起的结构的内力如图3-5、图3-6所示18280.9 30833.8 26487.5 27503.3 27503.3 26487.5 30833.8 18280.9-50358.1-61835.5 -58877.7 -59803.9 -58877.7 -61835.5 -50358.1图3-5 自重引起的弯矩图(单位：)-4095.5 -8458.5 -8802.2 -8709.7 -8753.8 -8661.3 -9005.0 -7692.5 7692.5 9005.0 8661.3 8753.8 8709.7 8802.2 8458.5 4095.5图3-6 自重引起的剪力图(单位：kn)二期引起全结构的弯矩图和剪力图如图3-7、图3-8所示。10037 17855.8 15370.2 15952.1 15952.1 15370.2 17855.8 10037 -27940.1 -34515 -32820.6 -33351.2 -32820.6 -34515 -27940.1图3-7二期引起的弯矩图(单位：)-2115.7 -4511.5 -4708.3 -4655.4 -4680.6 -4627.7 -4824.5 -4109.14109.1 4824.5 4627.7 4680.6 4655.4 4708.3 4511.5 2115.7图3-8二期引起的剪力图(单位：kn)3.4.2 活载计算结果移动荷载作用在不同位置，对同一单元的影响不同，我们通过midas可以求出移动荷载的弯矩包络图和剪力包络图。移动荷载弯矩包络图和剪力包络图如图3-9、图3-10所示。15786.3 21837.3 22932.6 23528.4 23528.4 22932.6 21837.3 15786.3-22867.8 -27285.2 -27841.2 -28213.5 -27841.2 -27285.2 -22867.83336.2 3886.4 3957.7 4005.8 3998.7 3984.1 3845.4 2536.7图3-9 移动荷载弯矩包络图(单位：)-2536.7 -3845.4 -3984.1 -3998.7 -4005.8 -3957.7 -3886.4 -3336.2图3-10移动荷载剪力包络图(单位：kn)3.4.3 温度荷载及支座位移荷载计算结果温度荷载弯矩图和剪力图如图3-11和图3-12所示。34333 34333图3-11温度荷载弯矩图(单位：) 165.4 13.4 42.6 1226.2-1226.2 -42.6 -13.5 -165.4 图3-12温度荷载剪力图(单位：kn)支座不均匀沉降引起的弯矩图和剪力图见图3-13、图3-14。 -40831 -38951.1 -38481.2 -38390.8 -38481.2 -38951.1 -40831 40831 38951.1 38481.2 38390.8 38481.2 38951.1 40831图3-13支座沉降弯矩图(单位：)1458.3 1899.6 1843.6 1830.3 1830.3 1843.6 1899.6 1458.3-1458.3 -1899.6 -1843.6 -1830.3 -1830.3 -1843.6 -1899.6 -1458.3图3-14支座沉降剪力图(单位：kn)3.5 内力组合铁路桥梁的设计采用容许应力法,不同的荷载组合其安全系数不同，具体规定见铁路桥涵钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土结构设计规范(tb10002.3-2005 j462-2005)表3-4。表3-4 安全系数的取值安全系数类别符号安全系数主力主力+附加力安装荷载强度安全系数纵向钢筋达到抗拉计算强度，受压区混凝土达到抗压极限强度k2.01.81.8非预应力箍筋箍筋达到计算强度k11.81.61.5混凝土主拉应力达到抗拉极限强度k22.01.81.8抗裂安全系数kf1.21.21.1为了进行预应力钢束的计算，需要进行荷载组合，铁路桥梁的承载能力极限状态设计，主要分两个阶段：施工阶段和成桥阶段荷载组合见表3-5表3-5荷载组合单元号施工()主力 ()主加附()100025556.886108.228484.33310649.7411751.2216267.87415278.5816928.9923392.13519443.3921641.5429857.74623144.1725888.8735665.54726385.329675.3340820.86829183.2233017.4045389.09931556.0635933.1849340.991033521.9438440.7952695.441135098.9640558.3655472.221236300.942299.6357686.921337129.4143666.2859343.341437584.4944658.3060444.601537666.1545275.7061025.751637374.3845518.4761052.991736709.1945386.6260528.911835670.5844880.1459456.321934258.5443999.0457838.482032471.442741.6455677.042130295.4241094.2052961.642227712.4739038.6049677.832324704.4436556.7045810.992421253.2133630.4141346.632517342.3230243.2636463.072612967.426390.8831475.75278128.4622073.2826600.60304191.8518561.7622588.853112227.5424615.9128339.493219799.230204.8233786.873326906.8435328.5239368.61续表3-5单元号施工()主力 ()主加附()3433550.4539986.9844635.253539730.0444180.2249608.523645445.647908.2454296.423750701.0151174.9058699.963855510.1953994.1362816.563959888.2456914.8567485.024063850.2759624.6371980.464167411.3761932.2775924.894270586.6563852.8979331.384373387.3465397.7282209.374475814.666567.9384558.384577868.4467363.5186376.934679548.8567784.4687663.834780855.8468794.4589381.794