3×30m先简支后连续组合小箱梁桥上部结构设计复核开题报告

1. 研究目的与意义

该桥为国道g102沿线秦皇岛市区某改建工程中的一座桥梁，为(330)m 预应力混凝土简支转连续箱梁，小箱梁梁高采用 1.6m 高，单幅桥宽 12.5m 宽，单幅横向 4 片梁布置，湿接缝 66.7cm，梁间距 3.067m。

桥梁设计荷载为公路－Ⅰ级，结构设计安全等级为一级。

通过对此桥上部结构的设计与复核可以全面锻炼自身对于桥梁工程专业知识的掌握以及综合应用其他与桥梁相关的规范、书籍和软件的能力，满足了应用型大学对我们本科阶段实践锻炼的需要，本人现对该桥的上部结构进行结构复核验算分析。

2. 课题关键问题和重难点

1.由于本次课题是需要进行先简支后连续箱梁桥的结构设计与复核，所以弄明白“先简支后连续箱梁桥”的概念、以及连续梁与简支梁的不同点是连续梁的中间支座附近梁段范围内作用有负弯矩，且跨中梁段的正弯矩比同样条件下的简支梁小。

2.针对已有施工方案，需要进行施工阶段的划分。

3.根据施工程序，利用midas civil正确建立桥梁有限元模型，正确输入有关条件，进行结构的施工阶段受力分析与成桥运营阶段的受力分析。

3. 国内外研究现状（文献综述）

先简支后连续结构既有简支桥梁的施工简便,又有连续桥梁的刚度大、行车舒适等优势,因此在各等级公路中广泛使用。为研究本次桥梁在施工过程中梁体的受力和变形的情况,我将运用midas civil有限元软件,建立不同施工阶段梁体的有限元模型,分析在不同施工阶段梁体的受力与变形。通过之前已有的结果表明:正预应力张拉完后最大负弯矩出现在梁体正弯矩预应力钢束弯起点位置;其次由于反拱作用使得梁体跨中与台座离开,主要靠梁体两端支撑于台座上,只有竖向约束,梁体处于不稳定状态;在负弯矩区预应力张拉前,支点截面会出现拉应力;由双支座向单支座转换的过程中,梁体受力发生重新分布^[1] 。再从简支变连续施工的力学原理,总结出在这种施工工艺下的连续梁桥建造技术优势。针对简支变连续施工的几个主要过程如临时支座安装、负弯矩区预应力张拉、临时支座拆除等进行施工技术总结与要点分析,最后提出简支变连续工艺的施工控制技术,保证该工法下的施工过程结构安全,并达到合理成桥状态^[2] 。

小箱梁桥在运营过程中出现裂缝的概率是极大的，其受影响的因素也有很多，如：二期恒载偏大、重载车辆比例偏大，以及曲线半径较小等。在查阅许多先简支后连续预制小箱梁桥的设计后，我以某城市东部过境高速公路为例，探讨出了该桥型的特点和现行通用图存在的问题。并从提高承载标准、增加梁长适用范围、增加横坡适用范围等多个方面提出了改进措施，可使其适应抵抗的情况，可减少小箱梁桥在运营过程中出现裂缝的概率，使该桥型的适用范围有所扩大^[3] 。

本次毕业设计的项目背景为“引桥上部采用 30m 预应力混凝土（后张）简支转连续箱梁，先简支后结构连续。”通过查阅文献，了解到了某大桥引桥简支转连续组合小箱梁横隔梁的预应力设计情况，分析了施加预应力前后组合小箱梁横隔梁的受力特征。结果表明:若不施加预应力,在汽车荷载作用下组合小箱梁横隔梁下缘拉应力较大,混凝土截面将会开裂;施加设计的预应力后,运营阶段组合小箱梁横隔梁下缘处于受压状态,最小压应力-1.8 mpa,混凝土截面不会开裂^[4] 。另外，此次设计桥型为装配式小箱梁桥，可采用空间有限元法计算荷载横向分布系数，通过查阅并与常用的近似计算方法的理论计算数据、实验实测数据进行了对比。结果表明,简支装配式小箱梁桥跨中荷载横向分布系数采用刚接板梁法与空间有限元法及实测挠度、主梁应力得到的横向分布系数较为接近,适用于小箱梁结构设计;先简支后连续装配式小箱梁桥跨中荷载横向分布系数采用等代刚度法与空间有限元法及实测挠度、主梁应力得到的横向分布系数更为接近;杠杆法计算的支点剪力荷载横向分布系数对以上2种结构体系均适用^[5] 。

4. 研究方案

通过自主视频学习和指导老师提供的意见完成迈达斯软件的学习，并在迈达斯软件中完成此次课题的建模任务。

根据已有图纸，将1）.30m连续箱梁的“跨中横断面”、“1/2边支点横断面”、“1/2中支点横断面”图。2）.箱梁一般构造如“中跨中梁”、“中跨边梁”、“边跨中梁”、“边跨边梁”图。3）.配筋图如“箱梁预应力钢束构造”、“箱梁顶板负弯矩钢束构造”、“普通钢筋构造图”。等比例绘制到cad软件中，因为后期涉及到将cad图导入到midas中，所以需要提前统一长度单位。

翻阅已有图纸和多本规范确定之后有限元建模过程中需要使用到的各个参数，例如：低松弛高强度预应力钢绞线应符合 gb/t5224-2014 的规定，单根钢绞线公称直径 15.2mm，钢绞线公称截面面积为 a＝139mm ² ；标准强度 f _pk =1860mpa，弹性模量 e_p=1.9510 ⁵ mpa。普通钢筋：hrb400 钢筋和 hpb300 钢筋应符合 gb1499.1－2008 和gb1499.2－2007 的规定。

5. 工作计划

由于假期提前故相应的调整工作计划12月15日至1月15日期间学习使用有限元计算软件midas Civil，并争取在2月10号之前根据已有条件建立出大致的小箱梁的模型，在2月20号之前解决一些建模过程中遇到的自身无法解决的问题。计划在2月份结束之前可以呈现出一个完整的、准确的箱梁模型。计划在三月中旬或者下旬可以完成对桥梁进行承载能力极限状态验算：包括抗弯承载力、抗剪承载力验算；进行正常使用极限状态验算，包括结构抗裂验算、挠度验算等；进行持久状况与短暂状况构件的应力验算。在下学期的第8-10周整理并完善毕业设计，形成定稿，并查重通过，在第11-12周毕业设计规范性检查，并准备答辩工作。