西南交通大学
本科毕业设计（论文）
高速铁路(60+108+60)m 预应力混凝土连续梁桥设计
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2013年 6 月
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毕业设计（论文）任务书
班级学生姓名学号
发题日期：2013年3月 4 日完成日期：2013年6月19日
题目高速铁路(60+108+60)m预应力混凝土连续梁桥设计
1.目的、意义
培养土木工程专业本科毕业生综合应用大学所学的各门基础课和专业课知识，并结合相关设计规范，掌握桥梁设计的基本原理和方法，独立完成一座桥梁的设计工作的能力，熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁专业计算软件的使用所做的设计工作应该满足相关规范的要求。设计计算无误，数据表格化；文整说明简明扼要，条理清晰。通过设计，提高学生分析问题、解决问题的能力，达到桥梁工程设计人员的初步水平，为将来走上工作岗位打下良好的基础。
2.设计基础资料
(1) 设计标准：高速铁路，双线，设计速度350km/h，按ZK荷载设计；无碴轨道。
(2) 桥面布置：桥面宽度12m。线间距5m。建筑限界按净高为7.25m，双线净宽。
(3) 桥面线形：平面为直线，纵坡为平坡，中跨桥面跨中高程为500m。桥面横坡：2%。
(4) 设计基准温度20°C，体系温度变化：±20°C。
(5) 基础变位：相邻墩台基础不均沉降1cm。
(6) 基本风压：500Pa。
其它基础资料见提供的附图（电子版）。
3.设计规范
(1) 《铁路技术管理规程》（铁道部令第29号）
(2) 《铁路桥涵设计基本规范》（－2005）
(3) 《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB ）
(4) 《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（）
(5) 《铁路桥涵砼和砌体结构设计规范》（）
(6) 《铁路桥涵地基和基础设计规范》（）
(7) 《高速铁路设计规范》（试行）(TB 10621-2009)
(8) 《铁路桥涵施工技术规范》（TB10203-2002）
4.材料规格
(1) 主梁混凝土：C55级混凝土；
(2) 主墩混凝土：C50级混凝土；
(3) 预应力钢筋及锚具：预应力钢绞线：符合美国ASTM A416—97A标准，270级高强度低松弛钢绞线，其标准强度fpk=1860Mpa，Ep=×105Mpa，松弛率小于，用于全桥纵向预应力钢束和主桥横桥向预应力钢束及部分竖向预应力钢束。预应力钢筋可选用7-φ、9-φ、12-φ或19-φ高强度低松弛钢绞线(1-φ公称断面面积为140.00mm2)，fpk=1860Mpa；对应锚具分别为YM15-7、YM15-9、YM15-12或YM15-19；对应波纹管直径分别为(内径)φ70、φ80、φ85、φ100mm(外径比内径大7mm)。主梁竖向预应力钢筋采用Φ32 PSB830钢筋，fpk=830Mpa；对应锚具为M34×3(螺距)；对应孔道直径φ43mm，锚垫板边长a = 140mm，相邻锚板中心距离不小于15cm。
(4) 普通钢筋：
受力主钢筋用HRB335钢筋(Φ12～28)，fpk=335MPa；非受力钢筋用Q235钢筋(φ8～20)，fpk =235MPa。
5.设计内容
(1) 总体设计
收集资料，了解大跨度连续梁（刚构）桥的发展现状和计算理论。根据题目给定的跨度尺寸和平面横断面图，布置桥跨；在参考已建桥梁的基础上，拟定主梁、桥墩的截面形式和尺寸，进行结构总体设计。
总体设计内容包括：跨度设计、主梁主墩结构尺寸的拟定、横截面尺寸拟定、桥面的布置和相应设计等，完成总体设计图与总体设计说明。
(2) 内力分析
熟悉有限元结构分析计算和设计软件的原理及使用，包括结构计算图式的确定、单元划分、施工阶段的划分及其对应的内力计算、运营阶段内力计算等。根据拟定的结构尺寸，计算结构及杆件的截面特性和恒载，熟悉结构内力分析的基本原理，采用有限元结构分析计算软件，计算结构的恒载状态。计算ZK荷载、温度效应、静力风荷载作用下的结构最不利内力和变形。对结构在各种荷载作用下的内力进行组合，按《铁路桥涵设计基本规范》（－2005）进行组合。
(3) 预应力钢束设计
对主梁预应力钢束布置进行设计计算，根据相关设计规范应用具体公式和参数；考虑构造要求；具体的计算分析过程描述和表格化数据罗列。
(4) 结构验算
按照预应力混凝土结构设计原理，根据设计规范具体公式和参数，对结构的强度、抗裂、应力、裂缝宽度、变形、自振频率进行验算。
(5) 编制设计说明、完成毕业设计文档。
设计说明和设计图按规定装订，设计计算说明书的内容包括：桥式方案拟定和比较的基本原则、设计思路以及主要结构尺寸拟定原理的综合叙述和阐述；结构主要施工方法选定的叙述；主要设计计算原理和方法的叙述；结构在主要荷载效应（弯矩、剪力、轴力、位移等）下的计算分析过程及具体计算结果和分析。文整格式一般以设计题目为首，按照设计题目、设计任务书、中文和外文摘要、目录、正文、外文资料翻译（包括外文原文及中文翻译）、毕业设计小结，以及毕业实习报告等顺序组织。设计说明书总字数不少于15000字。
(6) 绘制结构设计图
绘制图形及装订顺序如下：设计说明、全桥工程数量汇总表、桥梁总体布置图。
绘制桥梁结构主要构造图：预应力混凝土连续梁和连续刚构桥主梁、中间墩等立面、平面和横断面图，横隔板构造图，主梁分段预应力钢筋布置图(包括纵向立面、平面和各个横断面布置，以及预应力钢筋要素图表等)，施工程序图、结构工程数量等。要求达到A3幅面图纸不少于16张或A2幅面图纸不少于8张(相当于0#图2张)。最好用用A3幅面图纸绘制。
(7) 外文资料翻译
要求选择一篇外文专业科技文献（外文字符不少于10000个）翻译，写出中英文的毕业设计摘要（不少于500汉字）。
6、设计要求
(1) 根据任务书提出完成毕业设计工作计划并报指导教师认可。
(2) 掌握桥梁设计的基本原理和方法。
(3) 熟悉有关设计规范的应用和相关桥梁专业计算软件的使用。
(4) 设计计算无误，数据表格化；文整说明简明扼要，条理清晰；章节编号分明，图、表编号说明清楚；文句通顺，字迹工整，图纸美观；装订成册。
7、参考文献
[1]强士中.桥梁工程（下册），北京：高等教育出版社，2000
[2]范立础主编，桥梁工程（上册），北京：人民交通出版社，2001
[3]范立础主编，预应力混凝土连续梁桥，北京：人民交通出版社，1988
[4]邹毅松、王银辉, 连续梁桥，北京：人民交通出版社，2009
[5]邬晓光、邵新鹏、万振江，刚架桥，北京：人民交通出版社，20017
[6]郑健，中国高速铁路桥梁，北京：高等教育出版社，2001
[7]黄棠、王效通，结构设计原理（上），北京：中国铁道出版社，1997
8、毕业设计各部分内容及时间分配：（共 15 周）
第一部分熟悉毕业设计任务、文献阅读、资料收集；熟悉软件使用；桥跨总体布置选定结构尺寸，确定施工方法； (2周)第二部分结构内力计算、自重产生的徐变次内力计算；恒、活载简单组合、内力包络图； (3周)
第三部分预应力筋估算和布置、预应力损失计算、预应力弹性次内力、徐变次内力、温度次内力、支座沉降次内力计算； (3周)第四部分荷载组合、截面验算、变形检算、工程数量计算； (2周)第五部分编制设计说明书、编制设计图、外文资料翻译； (2周)第六部分毕业实习、编制实习报告、设计说明书和图纸的整理； (1周)第七部分毕业设计检查、完善、制作答辩PPT，毕业设计审查； (1周)评阅及答辩 (1周)
备注：期间有3天在实习
指导教师：年月日
审批人：年月日
摘要
本设计所设计的是高速铁路预应力混凝土连续梁桥，为双线铁路桥梁，主要设计桥梁的上部结构，设计荷载采用ZK活载。
本设计采用预应力混凝土连续梁桥，其孔径布置为60+108+60m，全长为228m。主梁采用变高度变截面的单箱单室箱型截面，主梁的高度变化曲线采用二次抛物线。桥面宽度为12m，中支座梁高9m，中跨跨中梁高5m。主梁采用对称悬臂施工法，边跨现浇段采用满堂支架施工。
本设计使用midas 软件分析，考虑施工过程体系转换和混凝土收缩徐变因素进行恒载内力计算。计算各控制截面内力影响线，并按最不利情况进行加载，求得活载内力包络图。定义基础沉降组，按最不利组合求得基础沉降引起的最不利内力。依据规范选取截面梯度温差模式，并计算温差引起的结构内力。分别按主力组合和主力附加力进行荷载组合，并得到结构组合内力包络图。根据各控制截面内力进行了估束和配筋计算，并绘制了梁体钢束布置图。最后，对各控制截面进行了强度、抗裂性、应力和变形验算，各项检算均满足规范对全预应力结构的要求。
关键词：连续梁；悬臂施工；内力计算；验算；midas
Abstract
This design is a prestressed concrete continuous beam bridge . It is a double line railway . This design mainly designed the superstructure of the bridge. The load for design is the “ZK”live load.
It adopt a prestressed concrete continuous beam bridge with three spans of 60+108+60m ，Its total span is 228m . First , the size of girder is determined；highly variable for the variable beam cross-section single-Box Single girder . And the box girder’s shape likes a second-parabolic curve .The bridge deck is 12m in width , the depth of beam at middle bridge seat is 9m ,and the depth of beam at mid-span is 5m .Balanced cantilever construction method is used in constructing main girder, and the cast-in-situ segment is constructed by full scaffold construction method.
Then the Midas program is used to calculate the internal force caused by dead load of the first stage considering the construction stage ，after imposing the second stage dead load on the complete system . The internal force of the stage is calculated . The internal force influence lines of the control section is calculated ，then the live load is imposed according to the most adverse circumstances to get the Force Envelope .The program is used to determine the most adverse circumstances and calculate the internal force after defining the settlement groups of the temperature load is imposed consider the shrinkage and creep of the concrete . Then combination of load effects is made acoording to the Main force combination and the Main force plus additional force
combination .According to the internal force of control sections the number of per-stressing steel stands is estimated and the per-stressing steel stands are arranged in the bridge . Finally a check is made of the bearing capacity the ability to resist crack and the sterss of the control section ，all the requirements can be met .
Keywords:Continuous beam; balanced cantilever construction; Internal force calculation; Checking computation; Midas
目录
第1章绪论.......................................................... 错误!未定义书签。
设计概述........................................................... 错误!未定义书签。
预应力混凝土连续梁桥概述 ........................................ 错误!未定义书签。
平衡悬臂施工法特点.............................................. 错误!未定义书签。
预应力混凝土连续梁的特点 ........................................ 错误!未定义书签。
毕业设计的目的和意义............................................... 错误!未定义书签。
毕业设计的目的 ................................................. 错误!未定义书签。
毕业设计的意义 ................................................. 错误!未定义书签。
毕业设计的主要内容................................................ 错误!未定义书签。第2章桥跨总体布置和结构主要尺寸.................................... 错误!未定义书签。
设计概述........................................................... 错误!未定义书签。
截面尺寸拟定....................................................... 错误!未定义书签。
主梁梁高......................................................... 错误!未定义书签。
顶板和底板厚度................................................... 错误!未定义书签。
腹板厚度......................................................... 错误!未定义书签。
横隔板........................................................... 错误!未定义书签。
承托 (梗腋) ...................................................... 错误!未定义书签。
箱梁底缘曲线方程................................................... 错误!未定义书签。
构造特点........................................................... 错误!未定义书签。
零号块.......................................................... 错误!未定义书签。
挂篮............................................................ 错误!未定义书签。
合拢段.......................................................... 错误!未定义书签。
主梁分段........................................................... 错误!未定义书签。
节段划分 ....................................................... 错误!未定义书签。
计算图示........................................................ 错误!未定义书签。
施工阶段划分....................................................... 错误!未定义书签。
第3章结构内力计算.................................................. 错误!未定义书签。
恒载内力计算....................................................... 错误!未定义书签。
材料特性........................................................ 错误!未定义书签。
单元特性........................................................ 错误!未定义书签。
施工荷载........................................................ 错误!未定义书签。
二期恒载........................................................ 错误!未定义书签。
计算模型........................................................ 错误!未定义书签。
恒载计算结果.................................................... 错误!未定义书签。
活载内力计算....................................................... 错误!未定义书签。
计算方法......................................................... 错误!未定义书签。
活载动力系数的计算.............................................. 错误!未定义书签。第4章预应力钢束设计................................................ 错误!未定义书签。
预应力钢束估算..................................................... 错误!未定义书签。
计算原理........................................................ 错误!未定义书签。
预应力钢束估算.................................................. 错误!未定义书签。
纵向向预应力钢束布置............................................... 错误!未定义书签。
纵向预应力钢束的受力特点 ........................................ 错误!未定义书签。
纵向预应力钢束布置原则.......................................... 错误!未定义书签。
纵向预应力束的布置.............................................. 错误!未定义书签。
竖向预应力钢束布置................................................. 错误!未定义书签。
横向预应力钢束布置................................................. 错误!未定义书签。
普通钢筋的布置..................................................... 错误!未定义书签。第5章截面特性计算.................................................. 错误!未定义书签。
计算原理........................................................... 错误!未定义书签。
净截面几何特性.................................................. 错误!未定义书签。
换算截面几何特性................................................ 错误!未定义书签。
截面几何特性计算................................................... 错误!未定义书签。第6 章预应力损失及有效应力 ......................................... 错误!未定义书签。
管道摩阻损失....................................................... 错误!未定义书签。
混凝土弹性压缩损失................................................. 错误!未定义书签。
预应力钢筋应力松弛损失............................................. 错误!未定义书签。
混凝土的收缩徐变损失............................................... 错误!未定义书签。
关键截面预应力损失计算............................................. 错误!未定义书签。第7章次内力计算.................................................... 错误!未定义书签。
预加力次内力计算................................................... 错误!未定义书签。
混凝土徐变次内力计算............................................... 错误!未定义书签。
温度次内力计算..................................................... 错误!未定义书签。
温度对结构的影响................................................ 错误!未定义书签。
结构温度场的确定................................................ 错误!未定义书签。
基础沉降次内力计算................................................. 错误!未定义书签。第8章内力组合计算.................................................. 错误!未定义书签。
荷载的分类......................................................... 错误!未定义书签。
荷载分项系数....................................................... 错误!未定义书签。
主力组合........................................................... 错误!未定义书签。
主力+附加力........................................................ 错误!未定义书签。第9章主梁截面验算.................................................. 错误!未定义书签。
强度验算........................................................... 错误!未定义书签。
正截面强度验算.................................................. 错误!未定义书签。
斜截面强度验算.................................................. 错误!未定义书签。
抗裂验算........................................................... 错误!未定义书签。
正截面抗裂验算.................................................. 错误!未定义书签。
斜截面抗裂验算.................................................. 错误!未定义书签。
应力验算........................................................... 错误!未定义书签。
施工阶段应力.................................................... 错误!未定义书签。
预应力钢筋应力验算.............................................. 错误!未定义书签。
运营阶段应力验算................................................ 错误!未定义书签。
刚度验算........................................................... 错误!未定义书签。
竖向挠度验算.................................................... 错误!未定义书签。
梁端转角验算.................................................... 错误!未定义书签。
自振频率验算..................................................... 错误!未定义书签。毕业设计总结......................................................... 错误!未定义书签。致谢 ................................................................ 错误!未定义书签。参考文献 ............................................................ 错误!未定义书签。
第1章绪论
设计概述
预应力混凝土连续梁桥概述
连续梁是一种古老的结构体系，它具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强等优点。在20世纪50年代以前，预应力混凝土连系梁虽然是常被采用的一种体系，但跨径均在百米以下。当时主要采用满堂支架施工，费工费时，限制了它的发展。50年代后，预应力混凝土桥梁采用平衡悬臂施工方法后，加速了它的发展步伐，跨度开始突破100米。虽然跨径太大时是用预应力结构并不总比其它结构好，但是在实际过程中，跨径小于400米时，预应力混凝土桥常常为优胜方案。
平衡悬臂施工法特点
大跨度预应力混凝土连续梁桥的施工方法主要采用平衡悬臂浇筑法，梁体从墩上平衡向两边悬臂现浇伸出。为保持梁体在施工过程中的稳定，梁体临时锚固于墩上或在墩旁立临时支架增设支承点，然后现浇合拢段转换成最后的结构体系。其优点是：施工支架和临时设备少，施工时不影响桥下通航、通车，也不受季节、河道水位的影响。
预应力混凝土连续梁的特点
(1)预应力混凝土充分发挥高强度材料的特性，具有可靠的强度、刚度及抗裂性能。结构在车辆运行中噪音小，维修工作量少。
(2)预应力混凝土连续梁桥的施工方法已经达到相当先进的水平，现代化技术的应用已使它的施工周期大大缩短，显示出巨大的经济效益。
(3)预应力混凝土桥梁适用于各种结构体系，而且还在不断创造出体现预应力技术特点的新型结构体系，因而它的适用范围大，竞争力强。
(4)预应力混凝土连续梁桥可充分利用材料可塑性的特点，在建筑上有丰富多彩的表现潜力，更易达到与周围环境相协调的简洁而美观的型式，实现经济和美观的统一。
毕业设计的目的和意义
毕业设计的目的
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，是对本科四年所学知识的运用与总结。
(1)运用学的基础理论和专业知识，结合工程实例，参考国家有关规范、标准、工程设计图集及其它参考资料，独立地完成预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计工作；
(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。
毕业设计的意义
(1)在老师的指导下，独立完成一座三跨铁路预应力混凝土连续梁桥上部结的设计，基本掌握该工程设计的全部过程，巩固已学专业知识。
(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，为以后继续学习打下了良好的基础。
(3)采用midas桥梁计算程序进行内力分析，这样不仅提高了效率，而且准度也得以提高。同时也更加熟练了计算机辅助设计软件Auto CAD 和 Excel 等的使用.
毕业设计的主要内容
(1)预应力混凝土连续梁桥的构造尺寸、结构形式及其结构静力计算，包括计算恒载内力、活载内力、温度内力、支座沉降引起的内力，混凝土收缩徐变引起的内力等，并进行截面的作用效应组合；
(2)纵向预应力钢筋的估算，布置，调整，优化；
(3)纵向预应力损失计算；
(4)次内力的计算；
(5)施工阶段截面强度，应力的控制验算；
(6)运营阶段截面强度验算，截面应力验算,变形验算；
(7)主要工程数量计算。
第2章桥跨总体布置和结构主要尺寸
设计概述
本设计为高速铁路预应力混凝土连续梁桥上部结构设计，设计跨度60+108+60m。双线，桥面宽度为12m，线间距5m，桥面纵坡为平坡，桥面横坡2%，；桥轴平面线型为直线。主梁采用单箱单室箱型截面，梁高沿桥纵向呈二次抛物线变化。
截面尺寸拟定
主梁梁高
铁路桥桥变截面梁的高跨比H/L，支点截面可取1/12～1/16。支点截面梁高与跨中截面梁高之比可取~。本桥主梁采用单箱单室箱型截面，梁高沿桥纵向呈二次抛物线变化。中跨墩顶梁高9m，高跨比为1/12；中跨跨中梁高5m，支点截面梁高与跨中截面梁高之比为。箱型截面横断面图见下图（左边为中跨支座截面，右边为跨中截面）：