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摘 要
本毕业设计主要是关于预应力混凝土连续梁桥上部结构的设计。预应力混凝土连续梁桥以结构受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、养护工程量小、抗震能力强等优点而成为最富有竞争力的主要桥型之一。
设计过程如下：
首先，进行方案比选，拟订主梁主要构造及细部尺寸，本设计采用箱形梁。主梁的高度呈二次抛物线变化，因为二次抛物线近似于连续梁桥弯矩的变化曲线。
其次，利用桥梁博士软件分析结构的内力（包括永久作用和可变作用的内力计算）。用于计算的内力组合结果也由桥梁博士计算而得，通过内力组合结果估算出纵向预应力筋的数目，然后再布置预应力钢束。
再次，计算预应力损失及二次力，二次内力包括收缩徐变次内力、温度变化次内力。
最后，进行截面强度的验算，包括承载能力极限状态和正常使用极限状态的验算。在正常使用极限状态验算中包括计算截面的混凝土法向应力验算、预应力筋的拉应力验算、截面的主应力计算等等。
关键词：预应力混凝土连续梁桥；二次内力；验算
ABSTRACT
The graduate design is mainly about the design of superstructure of pre-stressed concrete continuous box Girder Bridge . Pre-stressed concrete continuous Girder Bridge become one of main bridge types of the most full of competition ability because of subjecting to the dint function with the structure good, having the small deformation, few of control joint, going smoothly comfort, protected the amount of engineering small and having the powerfully ability of earthquake proof and so on.
The procedure of the design is listed below:
The first step as to dimension the structural elements and details of which it is composed, box birder goes as second-parabolic curve, for second-parabolic curve is generally similar to the change of continuous bridge's bending moments along.
The second step is to use DoctorBridge to analyze internal gross force of the structures （including dead load and lived load）， the internal force composition can be done by using the compute results. According to the internal force composite, the evaluated amount of longitudinal tendons can be worked out, then we can distribute the tendons to the bridge.
The third step is to calculate the loss of pre-stressing and secondary force due to pre-stressing, first dead loads and temperature, bearing displacement, and so on.
The last step is checking the main cross section. the work includes the load-caring capacity ultimate state and the normal service ability ultimate state as well as the main section's being out of shape.
Key Words: Pre-stressed concrete continuous girder bridge; Secondary force ; check.
目 录
1 绪论
1.1 工程背景
近年来，随着株洲市经济建设的迅猛发展，城市中心区域交通日益吃紧。株洲市的交通就成为市民的一块"心病".?交通负荷过重，制约了城市间区域的联系和城市用地开发。增加跨江的通道项目，提高道路设施的通行能力，已成为城市建设的当务之急，新建跨江桥梁迫在眉睫。株洲快速环道某大桥（也称某桥），是该市重点工程，其建成通车，对解决城市中心区域交通拥挤状况作用显著，将为促进株洲和长株潭"金三角"经济发展发挥重要作用。
1.2 预应力混凝土连续梁桥概述
预应力混凝土桥梁是在二战前后发展起来的，当时西欧很多国家在战后缺钢的情况下，为节省钢材，各国开始竞相采用预应力结构代替部分的钢结构以尽快修复战争带来的创伤，预应力混凝土从设计理论、结构形式、结构跨度到施工方法、施工机械都有了飞跃的发展，我国的预应力混凝土结构起步晚，但近年来得到了飞速发展。现在，我国已经有了简支梁、带铰或带挂梁的T构、连续梁、桁架拱、桁架梁和斜拉桥等预应力混凝土结构体系。
预应力混凝土连续梁桥以构造受力性能好、变形小、伸缩缝少、行车平顺舒适、养护工程量小、抗震能力强等而成为最富有竟争力的主要桥型之一。随着预应力技术的发展和不断完善，尤其是悬臂、顶推等先进施工方法的出现，更使预应力混凝土连续梁桥活跃在整个桥梁工程领域，无论是城市桥梁、高架道路、山区高架栈桥，还是跨越江河的大桥，预应力混凝土连续梁桥都以它独特的魅力，而取代其他桥型成为优胜方案。此外，预应力混凝土连续梁桥具有以下特点：1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2）结构造型灵活，可根据使用要求浇筑成各种形状的结构；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产； 6）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围；7）连续梁内力的分布较合理，其刚度大，对活载产生的动力影响较小。混凝土收缩徐变引起的变形也是较小的。
在我国，预应力混凝土连续梁虽然也在不断地发展，然而，要赶超国际先进水平，就必须解决好下面几个课题：
1.发展大吨位的锚固张拉体系，避免配束过多而增大箱梁构造尺寸，否则混凝土保护层难以保证，密集的预应力管道与普通钢筋层迭置又使混凝土质量难以提高。
2.在一切适宜的桥址，设计与修建墩梁固结的连续-刚构体系，尽可能不采用养护调换不易的大吨位支座。
3.充分发挥三向预应力的优点，采用长悬臂顶板的单箱截面，既可节约材料减轻结构自重，又可充分利用悬臂施工方法的特点加快施工进度。
另外，在设计预应力连续梁桥时，技术经济指标也是一个很关键的因素，它是设计方案合理性与经济性的标志。目前，各国都以每平方米桥面的三材（混凝土、预应力钢筋、普通钢筋）用量与每平方米桥面造价来表示预应力混凝土桥梁的技术经济指针。但是，桥梁的技术经济指针的研究与分析是一项非常复杂的工作，三材指标和造价指标与很多因素有关，例如：桥址、水文地质、能源供给、材料供应、运输、通航、规划、建筑等地点条件；施工现代化、制品工业化、劳动力和材料价格、机械工业基础等全国基建条件。同时，一座桥的设计方案完成后，造价指针不能仅仅反应了投资额的大小，而是还应该包括整个使用期限内的养护、维修等运营费用在内。总而言之，一座桥的设计包含许多考虑因素，在具体设计中，要求设计人员综合各种因素，作分析、判断，得出可行的最佳方案。
1.3 方案比选
简支梁桥适合于中小跨径，尤其是适合于建筑高度受到限制和平原区高速公路上的桥梁，某桥位于株洲市，主桥跨径460m,通航要求三级，所以简支梁不适合，而悬索桥适合于特大跨径桥梁，造价高，460m跨径不适合建悬索桥，所以采用预应力混凝土连续梁桥、钢管混凝土拱桥和斜拉桥三个方案，这三种桥型造型美观，适合城市桥梁建设。
1.3.1 预应力混凝土连续梁桥
（1） 成桥经验资料
连续梁的边主跨的比值在0.6~0.8之间，较其它两种桥式比值要大，支点梁高与跨中梁高比值要小，在2.0左右。
（2） 尺寸拟定
在预应力混凝土连续梁桥的设计中分跨、主梁高度、横截面形式和主要尺寸的拟定是方案设计中的关键所在。通过以上资料对比，当主桥采用多跨连续梁时，中间部分采用等跨布置，边跨跨径约为中跨跨径的0.6~0.8倍。当边跨采用主跨径的0.5倍或更小时，则在桥台上要设置拉力支座。当跨径超过60m时，易采用变高梁高度梁，
主梁高度根据统计资料：变高度梁跨中截面h1=（1/30~1/50）L,变高度支点截面h2=
（1/16~1/25）L, h1/h2=2.0~3.0,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，箱梁底板厚度随箱梁负弯矩的增大而逐渐加厚直至墩顶，以适应受压要求。底板厚度约为梁高1/10~1/12.跨中底板内需要配置一定数量的钢索和钢筋，跨中底板厚度一般在25~30cm.腹板应考虑最小厚度，若腹板内有预应力管道布置时，可采用25~30cm.腹板在支点处的最大厚度约为30~60cm[7].
上部结构
孔径布置：
此桥是一座预应力混凝土连续梁桥，跨径组合为80m+3×100m+80m,边中跨比值为0.8,桥下为三级通航，桥总长460m,如图1.1.
顺桥尺寸：
跨中梁高为3.0m,支点梁高6.8m,梁底按二次抛物线变化。
横桥向的尺寸：
截面纵向为变截面，桥面宽18m,采用单箱双室。顶板厚30cm ,取全桥一致，支点处底板厚60cm,跨中厚为30cm,以方便布置预应力钢筋。纵向上，梁底按二次抛物线变化，腹板在距支点四分之一跨度处以4m阶段直线变化。顶部承托采用1:2的比例，高度分别为30cm×60cm;底部采用1:1的比例，高度分别为30cm×30cm.
下部结构
桥墩采用柱式墩，柱式桥墩是目前公路桥梁、桥宽较大的城市桥梁中广泛采用的桥墩形式。这种桥墩既可以减轻墩身重量、节省圬工材料，又比较美观、结构轻巧，桥下通视情况良好，本设计基础采用桩基础。
（3）施工方案
连续梁最成熟的施工方法是挂蓝悬臂浇注的施工方法，为保证施工过程中结构的稳定可靠，采用0号块梁段与桥墩临时固结。
第一步：首先从中间三个墩临时固结开始对称悬臂施工。
第二步：两边跨合拢，释放墩临时固结措施，形成单悬臂梁。
第三步：合拢中跨。
1.3.2 斜拉桥
近年来，随着结构分析的进步、高强材料的施工方法以及防腐技术的发展极大地促进了大跨斜拉桥的发展，此外由于高强钢材、正交异性板、焊接技术的发展及结构分析的进步，斜拉桥体系更是得到了广泛的应用。斜拉桥具有以下特点：1）鉴于主梁增加了中间的斜索支承，弯矩显著减小，与其他体系的大跨度桥梁比较，混凝土斜拉桥的钢材和混凝土用量均较节省；2）借斜索的预压力可以调整主梁的内力，使之分布均匀合理，获得经济效果，并且能将主梁做成等截面，便于制造和安装；3）斜索的水平分力相当于对混凝土梁施加的预压力，借以提高梁的抗裂性能，并充分发挥了高强材料的特性；4）结构轻巧，适用性强。利用梁、索、塔三者的组合变化成不同体系，可适用不同的地形和地质条件；5）便于悬臂法施工和架设，施工安全可靠。它的缺点是：斜拉桥是高次超静定的组合体系，与其他体系梁桥相比较，包含有较多的设计变量，全桥总的技术经济合理性，不宜简单的由结构体积小，重量轻等概念准确表示出来，是选桥型方案和寻求合理设计带来一定困难。索力调整是斜拉桥主梁受力均匀，以达到经济安全的重要措施。
（1） 斜拉桥经验数据
（2） 尺寸拟订
斜拉桥主梁通常为等高度梁。现代斜拉桥都为密索体系，主梁高度越来越小，在选择梁高时，要考虑以下因素：索间距、主梁承受的压力、横梁跨度、索与梁的锚固要求等。主梁为弹性支承多跨连续梁，梁内弯矩决定于弹性支承位移、索间距及梁的刚度，梁的刚度越大，弯矩越大。主梁承受的拉索水平分压力与桥的跨度有关，一般靠墩塔处压力最大，必要时局部加大截面。密索体系有以下优点：有利于降低梁高；便于悬臂法施工、索力小，使锚固构造简单，且便于换索。混凝土主梁索间距取为6~10m, 多数取8m.拉索布置为扇形，为此要拟订拉索锚于塔上的间距。根据主梁的受力要求或为了减小索面积，拉索的竖直分力越大越好，因此应尽量减小拉索在上的间距，一般取为1.6~2.2m,它决定于拉索锚头布置及张拉空间的要求。
上部结构
桥孔径布置：
主跨为单塔对称双跨，可以节省一个塔和基础，缩短斜拉索总长，可取的较好的经济效益。跨度为230m+230m.
顺桥向尺寸：
梁高为3m,为等高粱。
横桥向尺寸：
截面纵向为等截面，桥面宽18m,采用单箱三室截面形式。本桥为塔梁固结体系。
下部结构
桥墩为柱式墩，基础采用桩基础。
（3） 施工方案
本桥施工采用悬臂拼装法。
1.3.3 钢管混凝土拱桥
随着钢管混凝土拱桥的应用推广，我国对钢管混凝土拱桥的研究已取得了相当的成果，钢管混凝土拱桥结构形式丰富多样，桥型美观，它属于刚-混凝土组合结构中的一种，主要用于以受压为主的结构，它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性，同时又利用钢管对核心混凝土的套箍作用，使混凝土处于三向受压状态，从而具有更高的抗压强度和抗变形性能，此外，钢管混凝土拱桥还有以下几方面优点：1）由于钢管混凝土承载能力大，正常使用状态是以应力控制设计，外表不存在混凝土裂缝问题，因而可使主拱圈截面及宽度相对的减小；2）钢管本身相当与混凝土的外摸板，它具有强度高，重量轻，易于吊装或转体的特点，可以先将空管拱肋合龙，再压注管内混凝土，从而大大降低了大跨径拱桥施工难度，省去了支模、拆模等工序，并可适应先进的泵送混凝土工艺。钢管混凝土拱桥的缺点是：钢管和混凝土之间受力不明确，且存在钢管和混凝土之间的脱空现象[8].
（1） 钢管混凝土拱桥经验数据
（2） 尺寸拟订
上部结构
桥孔径布置：
主桥全长460m,80m+300m+80m三跨连续自锚式钢管混凝土拱桥。
顺桥向尺寸：
钢横梁长22m,梁高2m.桥面板由预制∏形钢筋混凝土桥面板和现浇桥面铺装层构成，预制板全高36cm预制板纵向接缝60cm.横向接缝宽50cm.
横桥向尺寸：
桥面宽18m,横向接缝宽50cm.
拱圈布置：
采用中承式双肋悬链线无铰拱，矢跨比1/5,拱轴系数m=2采用四管式拱肋截面，其中外侧、内侧钢管为ф750ⅹ18mm,钢管间的横向平联板总厚600mm,钢管中心距离横向2.4m,纵向4.5m,横撑采用"K"字型。
下部结构
采用高桩承台结构及钻孔桩基础。为了实现主拱拱肋竖转施工，在主拱拱肋与台座间设置了竖转铰。
（3） 施工方案
拱肋采用转体施工。
1.4 小结
根据上节介绍的三种方案绘制表1-4.
通过仔细比较，斜拉桥虽然造型美观，跨越能力强，但养护维修量和工程量大，施工难度大，工期长；钢管混凝土拱桥虽然桥型美观，拱的抗压和抗变形性能好，但主拱混凝土和钢管存在脱空现象，拱圈混凝土和钢管受力不够明确，造价较高；预应力混凝土连续梁桥与钢管混凝土拱桥和斜拉桥相比，其施工方便，养护工程量小，工程量小，造价相对而言较低。所以本设计最终确定选择预应力混凝土连续梁桥方案。
2 细部尺寸拟定
2.1 上部结构尺寸拟定
2.1.1 顺桥向尺寸的拟定
2.1.2 横桥向尺寸的拟定
2.2 基本材料的选用
2.2.1 钢筋
2.2.2 混凝土
2.2.3 锚具
3 上部结构内力计算
3.1 结构计算图
3.2 截面几何特性计算
3.3 永久作用内力计算
3.4 可变作用内力计算
3.5 次内力计算
3.5.1 温度次内力计算
3.5.2 支座沉降次内力计算
3.5.3 收缩徐变次内力
3.6 作用效应组合
3.6.1 正常使用极限状态
3.6.2 承载能力极限状态设计
4 配筋计算
4.1 预应力钢筋估算
4.1.1 材料性能参数
4.1.2 计算原理
4.1.3 预应力钢筋数量的确定
4.2 预应力钢束的布置
5 预应力损失及有效应力的计算
5.1 预应力损失的计算
5.1.1 摩阻损失
5.1.2 锚具变形损失
5.1.3 混凝土的弹性压缩
5.1.4 钢束松弛损失
5.1.5 收缩徐变损失
5.2 预应力损失计算结果
5.2.1 7号钢束计算结果
5.2.2 103号钢束计算结果
6 强度、应力与变形验算
6.1强度验算
6.1.1 截面抗弯承载力
6.1.2 计算结果
6.2 持久状况应力验算
6.2.1 正截面抗裂验算（法向拉应力）
6.2.2 斜截面抗裂验算（主拉应力）
6.2.3 使用阶段预应力混凝土受压区混凝土最大压应力验算
6.2.4 预应力钢筋中的拉应力验算
6.2.5 混凝土的主压应力验算
6 .3 应力验算结果
7 下部结构计算
7.1 单桩构件参数信息
7.2 单桩承载力设计值计算
7.3 单桩承载力验算
7.4 单桩的竖向承载力验算
7.4.1 桩的极限承载力计算
7.4.2 桩的承载力设计值
8 施工方法
8.1 施工方法的选定
8.2 施工流程
8.3 注意事项
9 施工图设计
9.1 概述
9.2 总体布置图
9.3 主梁一般构造图
9.4 主梁预应力钢束构造图
毕业设计总结
在指导老师的悉心指导下，我顺利的完成了毕业设计任务书所要求的各项任务，同时也受益非浅。
通过本次设计，我感觉收获很大，不仅有助于自己设计思维的培养，把以前所学的理论知识与实际结合在一起，对过去所学的知识进一步熟悉，而且为以后的工作、学习打下了结实的基础；四年来，我们所学的土木工程方面的知识面比较宽，对很多设计细节也不甚了解，所以在做桥梁毕业设计时遇到了相当大的困难，要做好毕业设计对我们来说无疑是一次巨大的挑战。
在设计过程中，我学会了如何使用规范，并能熟练的使用桥梁博士进行结构计算，对word、AuToCAD和excel等软件也有了深刻的了解。但由于是第一次做一个相对完整的设计，没有设计经验，没有施工经验，在进行前面的设计环节时出现了一些不当的问题，我会在将来的学习、工作中不断提高，积累经验，增强自己的理论知识，并有效的和实际结合起来。
这次设计也有很多不足的地方，由于对施工过程不是十分了解，有很多地方进行了简化，还有很多地方没有进行设计，比如说桥墩的设计及验算。在做设计的过程中也让我养成了一个查资料的好习惯，对于自己不懂的首先要去找相关的资料来看，不但能够懂得自己要了解的知识，而且也对相关的知识有所了解，扩大了自己的知识面。
通过这次设计，提高了我的综合能力，也为我的大学的学习生活划上了圆满的句号。再次感谢各位老师对我的指导。
致 谢
紧张的三个月已经过去了，此次毕业设计也已经接近尾声了，在这三个多月里我学到了很多东西，让我受益非浅。
在做毕业设计的同时，让我对从前学过的知识又重新温习了一遍，使我对基础知识的掌握有了更感性的认识。同时也让我学到了很多知识，特别是一些桥梁专业的知识，通过毕业设计，将我四年学的东西串起来了，有了一个整体的认识，当然，对于桥梁工程的认识也增加了，尤其是到施工现场看过后，有了更深刻的印象，把原来自己通过读书而想象的东西赋予了实际，感到那样自己会有更深刻的了解。同时，毕业设计也引导我们用新的思维方法去学习，独立的思考，给了我一次锻炼自己的机会，这在以后的学习和工作中都是非常有好处的。另外，此次设计还培养了我的文档编辑能力，图纸绘制能力，文献翻译能力等等
在本次毕业设计中得到了XXX、XXX、XXX等各位老师的大力帮助和指导，以及各位同学的帮助，才使我的毕业设计得以顺利完成，也为我的大学生涯划上了圆满的句号。在此我要向帮助过我的各位老师以及曾给过我帮助的同学道声忠心的感谢，感谢他们不厌其烦的启发、引导，才使我学到了更多的东西。我将一定不辜负老师、学校的期待，在工作岗位上努力表现自己。
参考文献
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