毕业设计任务书(李兰平)(全括号)最新

1、西 南 交 通 大 学本科毕业设计42+75+42m 京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计年 级：2005 级学 号：20057060姓 名：李兰平专 业：道路工程指导老师：张国林2009 年 6 月西南交通大学本科毕业设计院 系 土木工程系 专 业 道 路 工 程 年 级 2005 级 姓 名 李 兰 平 题 目 42+75+42m 京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计 指导教师评 语 指导教师 （签章）评 阅 人评 语 评 阅 人 （签章）成 绩 答辩委员会主任 （签章） 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计 第 页毕业设计任务书毕业设计任务书班 级 2005 道路 2 班 学生姓名 李

2、兰 平 学 号 20057060 发题日期：2009 年 3 月 2 日 完成日期：2009 年 6 月 19 日 题 目 42+75+42m 京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥设计 1、本设计的目的、意义 经过毕业设计，使学生了解并掌握预应力混凝土连续梁桥设计的基本过程，掌握预应力混凝土连续梁桥设计的基本要素，包括桥型的选择，桥跨尺寸的比选，主要结构尺寸的选择，结构受力计算分析，施工方法选择等。 通过本设计，学生应对预应力混凝土连续梁桥设计有较全面的了解，能独立进行同类型桥梁的计算分析，对预应力混凝土连续梁桥施工方法有一定的了解。 2、学生应完成的任务 完成跨度为 42+75+42m 的铁路预

3、应力混凝土连续梁桥设计，具体任务如下： （1）桥式方案比选，拟定桥梁细部结构尺寸； （2）运用有限元软件进行桥梁结构内力分析计算； （3）预应力钢筋的设计； （4）主要截面检算； （5）编制不少于 15000 字的设计说明书； （6）绘制不少于 16 张 a3 的结构主要施工图。 西南交通大学本科毕业设计 第 i 页3、设计各部分内容及时间分配：（共 18 周）第一部分桥式方案比选，拟定桥梁细部结构尺寸 ( 2 周)第二部分运用有限元软件进行桥梁结构内力分析计算 ( 6 周)第三部分预应力钢筋和普通钢筋的设计 ( 2 周)第四部分主要截面检算 ( 2 周)第五部分编制设计说明书 ( 2 周)第

4、六部分绘制结构主要施工图 ( 2 周)评阅及答辩 ( 1 周)备 注 此毕业设计是在大学期间所学知识的一个检验和总结，通过毕业设计设计可以认识到自己在哪些地方还存在着不足，以便及时充实自己，学到更多的专业知识。 指导教师： 年 月 日审批人： 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计 第 ii 页摘要本设计是一座跨径为 42+75+42m 的京沪高速铁路预应力混凝土连续梁桥（上部结构）的设计。全桥采用 3 跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，线路形式为双线，线间距为 5m；箱梁梁高呈二次抛物线变化，中支点处梁高为 6.6m，边支点和跨中处梁高为 3.8m；考虑到抗弯刚度及抗扭刚度的影响，梁体采用单

5、箱单室箱型截面，桥面宽度为 13.7m，梁底宽度为 6.8m。主梁梁体采用悬臂浇注法施工（挂篮施工） ，对称平衡浇注混凝土；边跨现浇段采用满堂支架法施工。设计过程如下：首先，汇总说明了本设计的设计依据和设计基本资料；重点论述了桥梁方案设计、施工阶段的划分以及梁体结构尺寸的拟定。其次，通过 midas/civil 有限元分析软件，建立简单、合理的有限元模型，分析梁体的受力行为，重点计算了主梁在恒载、活载、附加力作用下的内力效应；并在内力组合下进行了预应力筋的估算，以及预应力筋的配置；同时模型考虑了梁体在温度、基础不均匀沉降、预加力、混凝土收缩徐变作用下引起的次内力效应。对于预应力损失，本设计以顶

6、板束 n8 为例，对其进行了分析和说明。再次，查看了内力组合中几种主要组合作用下的应力效应，并根据规范进行了梁体结构设计验算，包括施工阶段、运营阶段的强度和变形验算。最后，对梁体的主要工程数量进行了统计。关键词：高速铁路；结构设计；预应力混凝土连续梁桥 西南交通大学本科毕业设计 第 iii 页abstractthe design is mainly about a 42+75+42m of p.c.continuous beam bridge (superstructure) used on beijing-shanghai high-speed railway.a three-span p.

7、c.continuous beam structure with variable cross-section is used in this bridge, and the form of the railway is double line which is 5m far away; the height of beam takes quadratic parabola relation, which is 6.6m high at the middle fulcrum, while at the side fulcrum and the mid-span is 3.8m. conside

8、ring the distorting stiffness and the bending stiffness, the girder body adopts single cell and single box, and the width of surface is 13.7m, while the bottom is 6.8m. the method of construction used on this bridge is the cast in place cantilever construction technology (cradle construction), apply

9、ing balanced cantilever construction process, and construction of side span is full scaffold construction.the design process is as follows: first of all, it briefly presents the consideration and basic information of the design, emphasizing on the bridge design scheme, division of construction stage

10、s, and determination of the structural size of girder body.secondly, the design uses midas/civil to establish the finite element model that is reasonable and simple, analyzing the structure behavior of the girder body under loading, especially the internal forces of bridge structure under dead load,

11、 live load and additional force. according to the internal force combination, the evaluated amount of longitudinal tendons can be worked out, and also pre-stressed steel bar is arranged. moreover, the model takes the structural secondary internal forces caused by temperature, the foundation uneven s

12、ubsidence, the pre-stress, and the creep and shrinkage of concrete into consideration. pre-stress is analyzed by taking the pre-stressed steel bar of no.8 for example.thirdly, this design expounds the stress effect under some important combination of the internal force combination. checking calculat

13、ions of structure design, including the calculations of deformation and strength in the construction stage and service stage, are done carefully according to standard. lastly, this article also calculates the approximated amount of work when building the 西南交通大学本科毕业设计 第 iv 页girder body.key words: hig

14、h-speed railway; structure design; p.c.continuous beam bridge 西南交通大学本科毕业设计 第 v 页目录目录第第 1 章章 绪论绪论.11.1 京沪高速铁路概述.11.2 连续梁的发展.11.3 连续梁桥的分类.21.4 预应力混凝土连续梁桥的力学特点和适用范围.2第第 2 章章 设计依据以及设计基本资料设计依据以及设计基本资料.42.1 设计采用规范.42.2 设计基本情况.42.3 设计所用材料及特性值.42.4 设计荷载.5第第 3 章章 桥梁方案以及结构主要尺寸桥梁方案以及结构主要尺寸.73.1 方案简介.73.1.1 桥跨总

15、体布置.73.1.2 施工方法.73.1.3 施工节段的划分.73.2 结构主要尺寸拟定.83.2.1 主、边跨径的拟定.83.2.2 顺桥向尺寸的拟定.93.2.3 横桥向尺寸的拟定.9第第 4 章章 梁体内力计算梁体内力计算.134.1 结构计算简图及其模拟.134.1.1 模型建立原则.134.1.2 结构模型.134.2 恒载内力计算.164.2.1 施工阶段恒载内力计算结果.174.2.2 成桥阶段内力计算结果.20 西南交通大学本科毕业设计 第 vi 页4.3 活载内力计算.224.3.1 活载内力计算方法.224.3.2 冲击系数的计算.234.3.3 移动荷载内力计算结果.23

16、4.4 附加力产生的附加内力计算.254.4.1 风荷载内力计算.254.4.2 制动力产生的内力计算.274.5 温度及支座沉降次内力计算.294.5.1 温度次内力计算.294.5.2 基础不均匀沉降引起的次内力.334.6 内力组合（一）.34第第 5 章章 预应力筋的配置预应力筋的配置.375.1 预应力筋布置原则.375.2 预应力筋的估配计算原理.385.3 预应力筋的实际布置.395.3.1 纵向预应力筋的布置.405.3.2 横、竖向预应力筋的布置.41第第 6 章章 预应力损失、钢束及收缩徐变次内力计算预应力损失、钢束及收缩徐变次内力计算.426.1 预应力损失及有效预应力计

17、算.426.1.1 预应力损失计算原理.426.1.2 预应力损失计算结果.456.2 钢束次内力计算.486.2.1 钢束次内力计算原理.486.2.2 钢束次内力计算结果.496.3 混凝土收缩、徐变引起的次内力计算.496.3.1 收缩、徐变引起的次内力计算原理.496.3.2 收缩徐变次内力计算结果.506.4 内力组合（二）.51 西南交通大学本科毕业设计 第 vii 页6.4.1 内力组合（二）下内力包络图.51第第 7 章章 截面强度及变形验算截面强度及变形验算.537.1 主要设计指标.537.1.1 设计安全系数及各阶段应力控制条件.537.1.2 梁体变形限值.537.2

18、内力组合（二）下应力图.547.2.1 主力组合下梁体应力图.547.2.2 主力+附加力组合下应力图.557.3 截面验算.567.3.1 施工阶段应力.567.3.2 运营阶段应力.587.3.3 支点反力.597.3.4 梁体变形值验算.597.3.5 正截面抗弯验算.597.3.6 斜截面抗剪验算.607.3.7 运营阶段正截面抗裂验算.617.3.8 混凝土压应力验算（运营阶段）.637.3.9 预应力钢筋应力幅验算（运营阶段）.647.3.10 预应力钢筋锚下控制应力验算（传力锚固阶段）.657.3.11 混凝土剪应力验算（运营阶段）.657.3.12 混凝土法向应力验算（传力锚固

19、阶段）.66第第 8 章章 工程数量统计工程数量统计.688.1 混凝土用量.688.2 纵向预应力钢绞线用量.68结论结论.70致谢致谢.72参考文献参考文献.73 西南交通大学本科毕业设计 第 0 页第 1 章 绪论1.1 京沪高速铁路概述2008 年 4 月 18 日 9 时 05 分，温家宝总理在京沪高速铁路开工典礼上宣布，历经十几年讨论、总投资 2209.4 亿元的京沪高速铁路全线开工，并为京沪高速铁路奠基。铁道部预计在 2012 年完成，到时候，人们乘坐京沪高速列车，从北京到上海只要 5 小时。京沪高速铁路是中长期铁路网规划中投资规模最大、技术含量最高的一项工程，也是我国第一条具有

20、世界先进水平的高速铁路，正线全长约 1318km，与既有京沪铁路的走向大体并行，全线为新建双线，设计时速 350km，初期运营时速 300km，最高车速度可达 370km，共设置 21 个客运车站，2011 年年底投入运营。桥梁长度约 1140km，占正线长度 86.5%；隧道长度约 16km，占正线长度1.2%；路基长度 162km，占正线长度 12.3%；全线铺设无碴正线约 1268km，占线路长度的 96.2%。有碴轨道正线约 50km，占线路长度的 3.8%。全线用地总计5000km2（不包括北京南站、北京动车段、大胜关桥及相关工程） 。京沪高速铁路将全线铺设无缝线路。铁路线路、牵引供

21、电、通信信号等基础设施，采取多种减振、降噪、低能耗、少电磁干扰的环保措施。全线实行防灾安全实时监控，运用具有世界先进水平的动力分散型电动车组，由集行车控制、调度指挥、信息管理和设备监测于一体的综合自动化系统统一指挥，以确保实现高速度、高密度、高舒适性、大能力、强兼容、高正点率、高安全性的现代化旅客运输。京沪高速铁路全线实现道口的全立交和线路的全封闭。既方便沿线群众、车辆通行，又可确保高速列车运行安全。全线优先采用以桥代路方式，最大限度节约东部地区十分宝贵的土地资源。1.2 连续梁的发展上部结构由连续跨过三个以上支座的梁作为主要承重结构的桥梁称为连续梁桥。连续梁结构体系最早应用于钢桥。20 世纪

22、初，就建造由小跨度的钢筋混凝土连续梁桥；到 3040 年代，预应力混凝土的材料和工艺得到发展，逐步应用于桥梁工程；由于预应力混凝土技术的应用，克服了钢筋混凝土的缺陷，开创了混凝土桥梁的新纪元；到 50 年代，出现了预应力混凝土连续梁桥；到 70 年代，出现了预应力混凝 西南交通大学本科毕业设计 第 1 页土连续钢构桥。近几十年，伴随着与预应力技术高度一致的悬臂施工法和顶推施工法的创立，使预应力混凝土连续梁桥得到了迅速的发展。例如，我国近 10 余年来所建立的中等和大跨度桥梁中，预应力混凝土连续梁桥占到总数的 75%左右。已建成和即将建成的一批大跨径连续梁桥，其技术复杂，科技含量高，施工难度大，

23、标志着我国桥梁技术已经进入世界先进行列。1.3 连续梁桥的分类混凝土连续梁桥从立面布置来看，有多种形式。按不同的立面布置和构造形式，有多种不同的分类。按照桥梁跨径的相互关系来分：有等跨连续梁和不等跨连续梁；按照桥梁的梁高来分：有等高度连续梁和变高度连续梁；按照下部结构支承体系来分：有普通的单式桥墩、v 型桥墩、双薄壁柱式桥墩；按照受力钢筋来分：有预应力混凝土连续梁桥以及钢筋混凝土连续梁桥；连续梁的跨径布置一般选用不等跨的形式。如果采用等跨布置，则边跨的内力（包括边支墩处梁截面的负弯矩）将控制全桥设计，这样是不经济的。此外，边跨过长，削弱了边跨的刚度，将增大活载在中跨跨中截面处的弯矩变化幅值，增

24、加预应力筋数量。等高连续梁主要是指梁高保持不变，大部分梁端采用相同截面。连续梁采用等高布置，具有构造、制造和施工简便的特点。但是，当桥跨增大时，连续梁桥的中间支点截面处将承受较大的负弯矩。这时候，采用变截面梁高（支点处梁高增大，跨中处梁高减小，其间按照曲线或折线过度）更能适应结构的内力分布规律。另一方面，大跨度连续梁常采用悬臂施工，而变截面梁成桥时的恒载受力状态又和悬臂施工时的内力状态基本吻合。从统计资料看，我国跨度大于 60m 的铁路混凝土连续梁桥，基本上采用变截面形式。1.4 预应力混凝土连续梁桥的力学特点和适用范围连续梁桥在结构重力和汽车荷载等恒、活载作用下，主梁受弯，跨中截面承受正弯矩

25、，中间支点截面承受负弯矩，通常支点截面负弯矩比跨中截面正弯矩大。由于连续梁是超静定结构，温度变化、混凝土收缩徐变、基础变位以及预加力等会使桥梁结构产生次内力。与静定结构相比，有以下不同的特点： 西南交通大学本科毕业设计 第 2 页（1）在结构各部分中内力的大小和抗弯刚度直接相关。因此，若将连续梁中间支承截面的刚度加大（如变高度梁） ，可以调低跨中的正弯矩，使预应力钢筋可以大部分布置在梁的顶部，便于张拉。虽然中间支承处的负弯矩有所增大，但梁的高度也相应增加了，并不导致钢筋的用量增加。另一方面，当超载时，连续梁有可能发生内力重分布，从而提高了整个梁部结构的承载能力。（2）因墩台基础不均匀沉降等影响

26、，将在结构内产生次内力，连续梁桥通常用于桥基较为良好的场合。对于基础不均匀沉降的影响，只要不使结构产生破坏性的裂缝，它所引起的附加内力，由于混凝土的徐变特性，随时间会逐步减小。（3）连续梁在竖直荷载作用下，初制动墩外，桥墩只受轴向的压力。因此，连续梁的桥墩及其基础尺寸，都可以做的小一些。（4）在连续梁等超静定结构中，构件在偏心的纵向预压力作用下，因受弯矩作用而产生弯曲变形。若构件的变形受到约束，则在其支承处必然产生附加的反力，从而导致二次弯矩。二次弯矩的符号和原预加弯矩的符号相反，致使预压力的偏心向重心轴移动，降低预加应力的作用。预应力结构可以有效的避免混凝土的开裂，能充分发挥高强材料的特点，

27、促使结构轻型化，预应力混凝土连续梁桥具有比钢筋混凝土连续梁桥较大的跨越能力，加之它具有变形和缓、伸缩缝少、刚度大、行车平稳、承载能力大、养护简单等优点，所以在近代桥梁建筑中已得到越来越多的应用。预应力混凝土连续梁桥适宜于修建跨径从 30m 到 100 多 m 的中等跨径和大跨径的桥梁。无论是城市桥梁、高架道路、山区高架栈桥，还是跨越江河湖滨的大桥，预应力混凝土连续梁桥都以它独特的魅力，从而取代其他桥型成为优胜方案。 西南交通大学本科毕业设计 第 3 页第 2 章 设计依据以及设计基本资料2.1 设计采用规范（1） 铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.1-2005）（2） 铁路桥涵钢筋混凝土

28、和预应力混凝土结构设计规范 （tb10002.3-2005）（3） 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定铁建设（2005）157 号（4） 铁路桥涵施工规范 （tb10203-2002）（5） 京沪高速铁路设计暂行规定2.2 设计基本情况（1）桥上线路：双线，直线，线间距 5m，2%的双向横坡（2）设计速度：350km/h（3）设计活载：zk 活载（4）牵引类型：电力（5）轨道结构：采用 60kg/m 重型钢轨（6）桥式：主桥桥跨布置为 42+75+42m 预应力混凝土连续梁桥，全长为160.5m （两侧梁端至边支座中心各 0.75m）（7）设计使用年限：正常条件下结构使用寿命 100 年2.3

29、设计所用材料及特性值（1）混凝土：梁体采用 c55 混凝土；混凝土容重：；325kn/m弹性模量：；43.45 10 mpae 线膨胀系数：；51.0 10抗压标准强度：；32.4mpaaf 抗拉标准强度：；2.65mpalf （2）预应力体系梁体按全预应力结构设计，采用纵、横、竖三向预应力钢束。 纵向：梁体纵向预应力筋采用 23-15.2 钢绞线，采用 15-23 锚具锚固，钢绞线公称直径 15.2mm，极限抗拉强度 fpk=1860mpa，其技术标准应符合“gb5224”标准的要求。所采用锚具为 ovm.m15-23，锚垫板型号为 350295180，孔距为 西南交通大学本科毕业设计 第

30、4 页230mm，波纹管外径为 120mm，采用 ycw650a 千斤顶。 横向：梁体横向预应力筋采用 3-15.2 钢绞线，配套扁锚锚固，钢绞线公称直径 15.2mm，极限抗拉强度 fpk=1860mpa，其技术标准应符合“gb5224”标准的要求。 竖向：梁体竖向采用 25 预应力混凝土螺纹钢筋（psb830） ，配套千斤顶张拉，对应锚具锚固，张拉时采用单端张拉的方式，张拉端设在梁顶。其抗拉强度标准值为 fpk=830mpa，钢筋的张拉应力为 346.3kn。（3）普通钢筋普通钢筋采用 q235 弹性模量为 es=210gpa 和 hrb335 弹性模量为es=200gpa，其技术条件应符

31、合现行国家标准钢筋混凝土用热轧光圆钢筋（gb13013）和钢筋混凝土用热轧带肋钢筋 （gb1499）的要求，且 hrb335 钢筋应为未经高压穿水处理过的。2.4 设计荷载（1）恒载 结构构件自重按铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.12005）采用。 二期恒载（附属设施重）二期恒载包括钢轨、道碴、轨枕、防水层、保护层、人行道遮板、挡碴墙、电缆槽竖墙、盖板等重量，本设计参照设计院经验取值，按 198.0kn/m 计算。 基础变位的影响相邻两支点不均匀沉降按 1cm 计算。（2）活载 列车竖向活载必须采用 zk 活载。对于单线或双线的桥梁结构，各线均应计入 zk 活载作用。列车竖向活载加载按

32、照京沪高速铁路设计暂行规定第 6.2.9 条计算。 竖向动力系数zk 标准活载作用下，活载动力系数按京沪高速铁路设计暂行规定第 6.2.10条计算。（3）附加力 西南交通大学本科毕业设计 第 5 页 制动力或牵引力：根据京沪高速铁路设计暂行规定第 6.2.13 条，按列车竖向静活载的 10%计，双线桥采用一线制动力或牵引力。 风力：按铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.12005）第 4.4.1 条计算。 温度作用：按铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（tbl0002.32005）计算，包括均匀温差和日照温差的影响。 西南交通大学本科毕业设计 第 6 页第 3 章 桥梁方案以及结

33、构主要尺寸3.1 方案简介3.1.1 桥跨总体布置本设计采用 3 跨一联预应力混凝土变截面连续梁结构，全长为 160.5m。根据桥下通航净空要求，主跨跨径定为 75m。总体布置详见图 3-1。图 3-1 桥梁立面布置图上部结构根据铁路双线要求并结合京沪高速铁路设计暂行规定 ，梁体截面类型为单箱单室直腹板变截面箱梁，箱梁桥面宽度为 13.7m，梁底宽为 6.8m。3.1.2 施工方法本设计采用悬臂浇注法施工。悬臂浇注是在桥墩两侧对称逐段就地浇注混凝土，待混凝土达到一定强度后张拉预应力束，移动机具模板（挂篮）继续悬臂施工，然后合拢，进行体系转换。它不仅在施工期间不影响桥下通航和行车，同时密切配合设

34、计和施工的要求，充分利用了预应力混凝土承受弯矩能力强的特点，将跨中正弯矩转移为支点负弯矩，提高了桥梁的承载能力。采用悬臂分段浇注法进行桥梁结构施工时总的施工顺序是：先在主墩墩顶灌注临时支座，再在托架上灌注 0 号块；悬臂节段的挂篮现浇，形成两个 t 构；各桥跨间合拢段施工及相应的施工结构体系转换，形成连续梁；最后进行桥面铺装施工。3.1.3 施工节段的划分（1）划分原则 挂篮的承载能力和抗倾覆稳定性。本设计规定，挂篮及湿重控制在 3700以内，节段长度不宜超过 4 m。kn 对大跨径预应力混凝土连续梁，一般顶板预应力筋采用大吨位预应力群锚体系，集中锚固在腹板承托上。对单箱截面，每个截面最多有

35、4 束锚固位置，否则 西南交通大学本科毕业设计 第 7 页就要使用锯齿板或加大截面来满足锚固需要，这样非常不经济，梁段划分时应充分考虑这一因素。 梁段不宜过短，应满足预应力管道弯曲半径和最小直线段的要求。 梁段划分的规格尽量减少，以利于施工。（2）划分结果全桥共划分为 11 个施工阶段，12 个施工节段。各施工阶段所对应的施工节段和各节段的长度详见表 3-1 及图 3-2。表 3-1 施工节段表施工阶段节段号节段长度（）m施工桥梁段 0，1 1，0，1a3，11，3施工桥梁段 2 2，2a3.0，3.0施工桥梁段 3 3，3a3.0，3.0施工桥梁段 44，4a3.5，3.5施工桥梁段 5 5

36、，5a3.5，3.5施工桥梁段 6 6，6a3.5，3.5施工桥梁段 7 7，7a3.5，3.5施工桥梁段 8 8，8a4.0，4.0施工桥梁段 9、边跨现浇段 9，9a，104.0，4.0，4.25施工中合拢桥梁段112.0施工边合拢桥梁段122.0图 3-2 节段划分示意图3.2 结构主要尺寸拟定3.2.1 主、边跨径的拟定根据连续梁的受力特点，大中跨径的连续梁桥一般采用不等跨布置，但多余三 西南交通大学本科毕业设计 第 8 页跨的连续梁桥其中间跨一般采用等跨布置。当采用三跨或多跨的连续梁桥时，为使边跨与中跨的最大正弯矩接近相等，达到经济的目的，边跨取中跨的 0.8 倍为宜，当综合考虑到施

37、工和其他因素时，边跨宜取中跨的 0.50.8 倍。对于预应力混凝土连续梁桥宜取偏小值，以增加边跨刚度，减小活载弯矩的变化幅度，减少预应力筋的数量。若采用过小的边跨，会在边跨支座上产生拉力，需在桥台上设置拉力支座或压重。桥跨布置还与施工方法密切相关。结合上述因素并参照我国茅领江铁路桥（单线，48+80+48m 连续梁）以及日本锦町铁路（双线，44+88+44m 连续梁） ，本桥主跨跨径定为 75m，边跨跨径为主跨的 0.56 倍，即边跨长度为 42m。本桥跨径组成为：双线，42+75+42m；梁端到边支座中心线长为 0.75m，则全联跨径为：。42 2750.75 2160.5m 3.2.2 顺

38、桥向尺寸的拟定连续梁桥支点截面负弯矩绝对值比跨中正弯矩大，采用变截面形式符合受力特点，同时本桥采用悬臂现浇施工，变高度梁与施工阶段内力相适应。从美学角度讲，变高度梁比较有韵律感。变截面梁的梁底线可采用折线、抛物线、圆曲线和正弦曲线等。二次抛物线与连续梁的弯矩变化相适应，最常采用。根据已建成的桥梁资料分析，支点梁高 hs 约为最大跨径的 1/151/20，跨中梁高 h 为支点梁高 hs 的 1/1.61/2.5。铁路桥一般取值较经验范围偏大。本桥主跨中部 10m 梁段和边跨端部 10.25m 梁段为等高梁段，梁高为 3.8m；支点处梁高为 6.6m，除墩顶处梁段外其余梁段梁底下缘以 7 号或 7

39、a 号矮截面为原点，按照二次抛物线变化。2y3.8x /310.8m(x=0 29.5m)3.2.3 横桥向尺寸的拟定根据铁路双线要求并结合京沪高速铁路设计暂行规定中图 6.4.1-1 桥面布置图，本桥中，线路为双线，线间距为 5.0m，挡碴墙内侧净宽 9.40m，桥上人行道栏杆内侧净宽 13.20m，桥面板宽 13.70m；横桥向边支座中心距为 5.6m，中支座中心距为 5.6m；挡碴墙厚 0.20m，高 0.50m；截面选用单箱单室直腹板变截面箱型截面。主梁细部截面尺寸的拟定如图 3-3 所示。 西南交通大学本科毕业设计 第 9 页（1）顶板厚度箱梁顶板厚度要满足布置纵、横预应力筋的构造要

40、求，同时还要满足桥面板横向弯矩的受力要求。不设横向预应力筋时顶板厚度与腹板间距的关系可以参考表 3-2选取。当设有横向预应力筋时，顶板厚度需足够布置预应力筋的套管并留有混凝土注入的间隙。表 3-2 腹板间距与顶板厚度腹板间距（m） 3.5 5.0 7.0 顶板厚度（cm） 18 20 28 本桥设有纵、横、竖三向预应力筋，故箱梁断面顶板厚在全梁范围内均取为40cm，边跨端部处顶板由 40cm 线性变化至 85cm。1/2 跨中截面 1/2 支点根部截面图 3-3 横桥向截面图（2）底板厚度箱型截面的顶板和底板是结构承受正负弯矩的主要工作部位。当采用悬臂法施工时，梁的下翼缘特别是靠近桥墩的截面将

41、承受很大的压力。箱型截面的底板必须提供足够大的承压面积。由于底板的宽度比顶板小得多，底板的厚度要比顶板大，以适应受压要求。墩顶处底板厚度一般为支点梁高的，底板厚度由跨中1/10 1/12向支点逐渐加厚。本桥跨中底板厚度取为 0.45m，支点处截面底板厚度取为 0.80m，边跨端部处底 西南交通大学本科毕业设计 第 10 页板厚由 45cm 线性变化至 90cm，其余梁段的底板厚度以 7 号或 7a 号矮截面为原点，按照二次抛物线 变化。2y = 0.45+x /2486.4 m(x = 0 29.5m)（3）腹板厚度跨中腹板厚度的选定，主要取决于布置预应力筋和浇注混凝土必要的间隙等构造要求，同

42、时考虑到腹板的抗剪作用。一般选择原则如下：腹板内无预应力筋时，可取 20cm；腹板内有预应力筋时，可取；腹板内有预应力筋锚固头时，25 30cm取 35cm。为满足支点较大剪应力要求，墩上或靠近桥墩的箱梁根部腹板需加厚。大跨度桥腹板应采用变厚度形式，从跨中向支点分段线形逐步加厚，变厚段一般为一个节段长。为方便施工，简化内模构造，中、小跨径连续梁桥腹板一般采用等厚度形式。本桥边跨端部处腹板厚度由 40cm 线性变化至 80cm，5 号或 5a 号节段内，腹板由 40cm 线性变化到 75cm，其余腹板厚度为等厚。 1/2 端横隔板 1/2 中横隔板图 3-4 横隔板截面图（4）梗腋梗腋是为了提高

43、截面的抗扭刚度和抗弯刚度，减小扭转剪应力和畸变应力。桥面板支点刚度加大厚，可以吸收负弯矩，从而减小了桥面板的跨中正弯矩。此外，梗腋使力线比较平缓的过度，减小了次应力。 西南交通大学本科毕业设计 第 11 页本桥在顶板和腹板交接处梗腋尺寸为 90cm30cm，在底板和腹板交接处梗腋尺寸为 30cm30cm。（5）横隔板横隔板是为了增加箱梁的整体性，提高梁体的抗扭刚度。本桥在支座处设置横隔板，全联共设置 4 道横隔板，横隔板中部设有人洞，以利于检查人员通过。横隔板的具体结构尺寸见图 3-4。 西南交通大学本科毕业设计 第 12 页第 4 章 梁体内力计算主梁的内力计算，可分为设计和施工内力计算两部

44、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、施工人员引起的内力，主要供施工阶段验算用。把这部分内力和该阶段的主梁自重内力叠加，检验设计的截面尺寸和配筋是否满足施工时的强度和刚度要求，否则应增加临时约束或对截面进行局部临时加固。主梁内力包括恒载内力、活载内力、附加内力（如风力或离心力）计算，以及由于预加力、混凝土收缩、徐变和温度变化等引起的结构次内力计算。将他们按照规范的规定进行组合，从中挑选最大设计内力，依次进行配筋计算和应力验算。预应力混凝土连续梁桥是一种超静定的空间结构体系，受力较为复杂，要精确分析桥

45、梁结构的真实受力是非常困难。本设计的内力计算采用的是桥梁专用有限元分析软件 midas/civil。4.1 结构计算简图及其模拟4.1.1 模型建立原则在使用 midas/civil 分析结构前，必须对桥梁结构进行离散化，建立结构计算图式。结构离散化是结构分析重要的一环，必须遵循一下原则：（1）保证体系的几何不变性。这一点在较复杂的施工体系转换中尤其应注意。同时也应避免与结构受力不符的多余约束；（2）计算模型应尽量符合结构的构造特点和受力特点，对于零号块的处理、支座的处理、横隔板的模拟等应慎重考虑；（3）在合理模拟保证精度的前提下，尽量减少节点数目，以缩小计算规模。因此，一般在一下位置应划分节

46、点： 构件的转折点和截面变化点； 施工分界点、边界处及支座处； 需验算或求位移的截面处； 当出现位移不连续的情况时，例如相邻两位置以铰接形式相连（转角不连续） ，可在铰接处设计两个节点，利用主从约束考虑该连接方式。4.1.2 结构模型考虑上述因素，本设计中，连续梁梁体共建立了 67 个节点，划分为 66 个单元进行有限元分析计算，利用弹性连接中的一般连接来模拟支座高度，主梁节点和支 西南交通大学本科毕业设计 第 13 页座间利用弹性连接中的刚性连接模拟，并进行了施工阶段和结构体系转换的模拟。（1）施工阶段模拟描述施工阶段和节段的划分详见第 3 章（3.1.3 施工节段的划分） ，为了得到与实际

47、相符合的准确的结果，模型按照前述所划分的施工阶段和节段进行了施工阶段的模拟。在各施工阶段，梁体自重在施工阶段 1 激活，阶段外力包括挂篮、湿重、钢束预应力。施工阶段的模拟描述见表 4-1。表 4-1 施工阶段模拟描述施工阶段施工内容描述阶段外力描述总持续时间（天）浇注 1，0， 1a 号节段施工桥梁段 1张拉 1 号段钢束湿重 2、挂蓝1 号段钢束预应力10浇注 2，2a 号节段施工桥梁段 2张拉 2 号段钢束湿重 3、挂蓝2 号段钢束预应力20浇注 3，3a 号节段施工桥梁段 3张拉 3 号段钢束湿重 4、挂蓝3 号段钢束预应力30浇注 4，4a 号节段施工桥梁段 4张拉 4 号段钢束湿重

48、5、挂蓝4 号段钢束预应力40浇注 5，5a 号节段施工桥梁段 5张拉 5 号段钢束湿重 6、挂蓝5 号段钢束预应力50浇注 6，6a 号节段施工桥梁段 6张拉 6 号段钢束湿重 7、挂蓝6 号段钢束预应力60浇注 7，7a 号节段施工桥梁段 7张拉 7 号段钢束湿重 8、挂蓝7 号段钢束预应力70浇注 8，8a 号节段施工桥梁段 8张拉 8 号段钢束湿重 9、挂蓝8 号段钢束预应力80浇注 9，9a 号节段及现浇段施工桥梁段 9及现浇段张拉 9 号段钢束中合拢湿重、挂蓝9 号段钢束预应力90浇注中合拢节段施工中合拢段张拉中合拢段钢束边合拢湿重、挂蓝中合拢段钢束预应力100浇注边合拢节段施工边

49、合拢段张拉边合拢段钢束边合拢段钢束预应力110桥面铺装钢轨、道碴、轨枕、防水层、人行道遮板、挡碴墙、电缆槽竖墙、盖板等二期恒载130收缩徐变阶段无无3780（2）结构体系转换模型模拟了梁体的两次结构体系转换，即一是中合拢完成后主墩由临时固结支 西南交通大学本科毕业设计 第 14 页座转换为球形活动支座，二是边合拢后拆除现浇段满堂支架，完成成桥阶段的体系转换。球形活动支座高度用弹性连接中的一般连接模拟，靠定义其约束方向的刚度来实现。主梁节点和支座节点间利用弹性连接中的刚性连接模拟。图 4-1 至图 4-3示意出了结构计算简图以及结构体系转换过程。表 4-2 至表 4-4 对结构在体系转化过程中和

50、成桥后的边界条件模拟予以说明。 中合拢前计算简图及支座模拟图 4-1 结构计算简图（中合拢前）表 4-2 中合拢前边界条件模拟 边界类型位置主梁节点与支座顶部节点支座顶部节点与支座底部节点支座底部节点边支座弹性连接中刚性连接弹性连接中的一般连接一般支承主墩临时固结弹性连接中刚性连接无支座高度模拟一般支承满堂临时支架弹性连接中刚性连接无支座高度模拟一般支承 中合拢后计算简图及支座模拟图 4-2 结构计算简图（中合拢后）表 4-3 中合拢后边界条件模拟 边界类型位置主梁节点与支座顶部节点支座顶部节点与支座底部节点支座底部节点边支座弹性连接中刚性连接弹性连接中的一般连接一般支承中支座弹性连接中刚性连

51、接弹性连接中的一般连接一般支承满堂临时支架弹性连接中刚性连接无支座高度模拟一般支承 成桥后计算简图及支座模拟图 4-3 结构计算简图（成桥后） 西南交通大学本科毕业设计 第 15 页表 4-4 成桥后边界条件模拟 边界类型位置主梁节点与支座顶部节点支座顶部节点与支座底部节点支座底部节点边支座弹性连接中刚性连接弹性连接中的一般连接一般支承中支座弹性连接中刚性连接弹性连接中的一般连接一般支承（3）荷载模拟模型中模拟了恒载中的构件及附属设备自重、预加力、混凝土收缩徐变、基础变位，活载中的竖向静力活载、列车竖向动力，附加力中的风荷载、制动力以及温度变化的作用。同时也模拟了施工阶段中的挂篮和湿重荷载。各

52、荷载的具体模拟形式及其所属荷载工况类型见表 4-5。表 4-5 各荷载的模拟方式荷载名称荷载工况类型模拟形式自重施工阶段荷载 （cs）在施工阶段 1 激活挂篮施工阶段荷载 （cs）节点荷载湿重施工阶段荷载 （cs）节点荷载预应力施工阶段荷载 （cs）预应力荷载二期横载施工阶段荷载 （cs）梁单元均布荷载整体升温温度荷载 （t）系统温度整体降温温度荷载 （t）系统温度正温梯温度梯度 （tpg）梁截面温度负温梯温度梯度 （tpg）梁截面温度风荷载风荷载 （w）梁单元集中荷载制动力制动力 （brk）梁单元均布荷载4.2 恒载内力计算主梁的恒载内力，包括主梁自重（前期恒载）引起的主梁自重内力和后期恒载

53、（如桥面铺装、人行道、栏杆等）引起的主梁后期恒载内力。主梁自重是在结构中逐步形成的过程中作用于桥上的，因而它的计算和施工方法有密切的关系。预应力混凝土连续梁桥在施工过程中不断有体系转换过程，在计算主梁自重内力时必须分阶段进行。而后期恒载作用于桥上时，主梁结构已经形成最终体系，主梁恒载内力计算就可以直接应用于结构内力影响线。根据铁路桥涵设计基本规范 （tb10002.12005） ，结构构件容重采用；二期恒载包括钢轨、道碴、轨枕、防水层、保护层、人行道遮板、326.0kn/m挡碴墙、电缆槽竖墙、盖板等重量，本设计参照设计院经验取值，按计198.0kn/m 西南交通大学本科毕业设计 第 16 页算

54、。由于预应力混凝土连续梁桥在施工过程中不断有体系转换过程，手算操作难度过大，故本桥采用 midas/civil 桥梁专用软件进行施工阶段和成桥后两阶段恒载内力计算。4.2.1 施工阶段恒载内力计算结果施工阶段内力除包括主梁节段自重外，还应包括施工过程中各施工节段的临时施工荷载，如施工机具（挂篮、张拉设备等） 、模板、施工人员等引起的内力。本桥中，施工荷载仅考虑挂篮荷载以及湿重两种荷载，其中挂篮荷载取值为 100t，考虑到湿重大于构件自重，参照设计院经验范围，湿重取值为下一施工节段自重的 1.06倍。（1）悬臂施工阶段在本桥中，悬臂施工共 9 个阶段，最不利情况为第 9 施工阶段段，即最大悬臂施

55、工阶段。最大悬臂施工阶段的最大负弯矩（绝对值最大）发生在中支点附近，其值为；最大剪力发生在临时固结处，其值为；在满堂现浇52.32 10 kn m41.4 10 kn段，有正弯矩出现，其最大值为。最大悬臂施工阶段恒载作用下的24.32 10 kn m内力（仅示部分截面）见表 4-6，其内力图见图 4-4 和图 4-5。图 4-4 最大悬臂阶段恒载作用下弯矩图（单位：）kn m表 4-6 最大悬臂施工阶段恒载作用下内力位置截面号轴向（）kn剪力-z（）kn弯矩-y（）kn m2-0.31-884.74-203.01边支点3-0.31-559.93122.041/4 边跨8-17.711807.5

56、3-4841.06 西南交通大学本科毕业设计 第 17 页9-29.963144.47-14732.3711-254.005611.23-45273.981/2 边跨12-313.936941.29-67241.1714-774.979630.79-121033.732/3 边跨15-887.1411010.43-152072.18位置截面号轴向（）kn剪力-z（）kn弯矩-y（）kn m200.001851.82-221505.64中支点210.003075.31-223969.2028-328.34-7269.32-73416.811/4 中跨29-268.35-5937.81-50302

57、.96320.19-2131.38-6304.261/2 中跨330.19-816.60-408.30图 4-5 最大悬臂阶段恒载作用下剪力图（单位：）kn（2）中合拢阶段中合拢段浇注完成后，梁体结构进行第一次体系转换。中间两主桥墩由临时固结转换为球形活动支座。中合拢施工阶段的最大负弯矩（绝对值最大）发生在中支点处，其值为；最大正弯矩发生在跨中处，其值为；52.77 10 kn m31.30 10 kn m最大剪力发生在中支点处，其值为。中合拢段主要截面恒载作用下内力41.68 10 kn详见表 4-7（仅示部分截面） ，其内力图见图 4-6 和图 4-7。表 4-7 中合拢施工阶段恒载作用下

58、内力位置截面号轴向（）kn剪力-z（）kn弯矩-y（）kn m2-0.29-838.13-203.01边支点3-0.29-513.32101.078-20.452134.61-6310.921/4 边跨9-32.713472.39-17512.311-268.585940.3-50354.51/2 边跨12-328.547271.08-73475.8 西南交通大学本科毕业设计 第 18 页14-801.149961.22-1294192/3 边跨15-913.3611341.49-161452200-16755.8-277294中支点210-15532.1-26115028-330.91-73

59、14.53-72680.31/4 中跨29-270.79-5980.11-49412.7位置截面号轴向（）kn剪力-z（）kn弯矩-y（）kn m320-0.71308.941/2 中跨330331.321143.63图 4-6 中合拢阶段恒载作用下弯矩图（单位：）kn m图 4-7 中合拢阶段恒载作用下剪力图（单位：）kn（3）边合拢阶段边合拢浇注完成后，拆除满堂支架临时支座，梁体结构进行第二次体系转换。由于桥面铺装还未施工，主梁结构的最终体系并没有形成。边合拢施工阶段的最大负弯矩（绝对值最大）发生在中支点处，其值为；最大正弯矩发生52.68 10 kn m在边支点附近，其值为；最大剪力值为

60、。边合拢阶段恒32.45 10 kn m41.65 10 kn 西南交通大学本科毕业设计 第 19 页载作用下内力（仅示部分截面）见表 4-8，其内力图见图 4-8 和图 4-9。表 4-8 边合拢施工阶段恒载作用下内力位置截面号轴向（）kn剪力-z（）kn弯矩-y（）kn m2-2.02-1660.45-203.71边支点3-2.02-1334.52470.16位置截面号轴向（）kn剪力-z（）kn弯矩-y（）kn m8-18.81931.93 -3158.111/4 边跨9-31.153280.53-13570.411-261.65763.86-45128.21/2 边跨12-321.76