鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)論文

1、第1章 設(shè) 計(jì) 資 料1.1 基本資料與設(shè)計(jì)依據(jù)1.1.1 基本數(shù)據(jù)課題容：一、勘察資料： 1建橋理由 普洱市規(guī)劃的需要，建橋后將大大減少市中區(qū)車流量，改善市區(qū)交通。該橋位于普洱市，跨越小黑江。 2河流與水文情況歷史最高水位：1020.8米；通航水位： 995.5米；常年水位： 988.0米；低水位： 979.2米； 3當(dāng)?shù)亟ㄖ牧锨闆r砂石、鋼材均可供應(yīng)。 4氣象情況最高溫度：41；最低溫度：5.1；最大風(fēng)速：43m/s； 5地質(zhì)情況基巖以紫紅色粉砂質(zhì)泥巖和泥質(zhì)砂巖為主，覆蓋層512m。二、橋位橫斷面地形資料樁號(hào) 地面標(biāo)高 樁號(hào) 地面標(biāo)高K1+212.69 1031.60 +328.22 97

2、6.02+225.40 1021.40 +342.23 975.22+228.44 1021.36 +346.23 975.02+231.55 1017.87 +369.26 974.52+236.45 1014.43 +372.26 973.02+244.22 1005.68 +393.29 972.52+249.90 1000.42 +414.62 971.52+255.46 995.10 +422.92 979.02+259.39 993.98 +424.90 981.50+271.75 988.88 +426.19 982.08+274.13 984.87 +428.55 983.43

3、+277.66 982.60 +432.02 987.12+282.41 979.02 +441.74 994.03+306.21 976.02 +457.50 999.19+310.22 976.02 +465.3 1006.50 +473.50 1012.60 +481.20 1021.30 +489.70 1027.91課題任務(wù)要求：對(duì)沙塘壩大橋進(jìn)行設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為： 1設(shè)計(jì)荷載：公路I級(jí)； 2行車道寬：12m+2×1.5m（人行道）； 3通航標(biāo)準(zhǔn)：河通航標(biāo)準(zhǔn)四級(jí)；主要參考文獻(xiàn)（由指導(dǎo)教師選定）：公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)（JTG D602004）公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)（JTG D612

4、005）公路鋼筋混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī) （JTG D622004）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)（JTG D632007）公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)梁橋（上、下冊(cè)）公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)拱橋（上、下冊(cè)）公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)基本資料公路橋涵設(shè)計(jì)手冊(cè)墩臺(tái)與基礎(chǔ)橋梁工程（上冊(cè)）立礎(chǔ)編橋梁工程（下冊(cè)）顧安邦編橋梁施工與組織管理（上、下冊(cè)）黃繩武編12橋梁畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書第2章 橋型方案比選2.1方案比選橋型方案比選是初步設(shè)計(jì)階段的工作重點(diǎn)，同時(shí)也為后續(xù)工作做鋪墊。在此階段先根據(jù)橋址處的河床斷面、水文、地質(zhì)、通航要求等擬定五個(gè)初選方案，將五個(gè)初選方案在米格紙上繪制在米格紙上。再對(duì)這五個(gè)方案進(jìn)行比較，選出三個(gè)推薦方案，再對(duì)比

5、三個(gè)推薦方案，根據(jù)材料用量，施工難易程度、運(yùn)行養(yǎng)護(hù)條件、對(duì)通航的影響等最終選出最合適的橋型。2.1.1 初選方案：（5個(gè)）1. 主橋?yàn)閮艨鐝?14.5m的中承式鋼管混凝土拱橋，引橋?yàn)?4.28m+14.88m的簡(jiǎn)支梁。2.跨徑組合為65m+115.6m+65m的三跨連續(xù)剛構(gòu)橋。3.跨徑組合為65m+115.6m+65m的三跨連續(xù)梁橋。4. 主橋?yàn)閮艨鐝?14.5m的中承式箱肋拱橋，引橋?yàn)?4.28m+14.88的簡(jiǎn)支梁。5.跨徑組合為20m+205m+20m的三跨懸索橋。2.1.2 比選方案：（三個(gè)）方案比選主要依據(jù)施工難易、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟(jì)合理的原則，同時(shí)根據(jù)所在公路的作用、性質(zhì)和將

6、來發(fā)展的要求，按照美觀和有利于環(huán)保的原則設(shè)計(jì)。橋型的選擇要求在技術(shù)上是可靠的，在施工上是切實(shí)可行的。綜上所述，本次設(shè)計(jì)的三個(gè)比選方案如下：方案一：中承式鋼管混凝土拱橋（圖2.1）（1）橋跨布置：主跨為計(jì)算跨徑217m的等截面懸鏈線中承式鋼管混凝土拱橋，凈矢跨比為1/5，凈矢高為43.4m，主跨左邊為14.28m的單跨鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁，主跨右邊為14.88m的單跨鋼筋混凝土簡(jiǎn)支梁。（2）上部結(jié)構(gòu)：主跨的上部結(jié)構(gòu)采用兩片四肢格構(gòu)形的桁架腹桿拱肋通過K字橫撐連成整體。拱肋高為4m，寬為2.5m，弦桿采用1000×22mm的鋼管，灌新C50混凝土，弦平聯(lián)為500×10mm的鋼管，灌

7、新C50混凝土，直腹桿和斜腹桿為500×10mm的鋼管，弦桿、橫聯(lián)管、橫撐、直、斜桿都為新Q345鋼。吊桿橫梁為鋼筋混凝土橫梁，橋面板為鋼筋混凝土空心板梁。（3）下部結(jié)構(gòu)：拱座為重力式的臺(tái)階式拱座，拱上立柱為鋼筋混凝土柱式立柱。簡(jiǎn)支梁的橋墩為雙柱式，與主拱公用拱座作為基礎(chǔ)，橋臺(tái)為重力式橋臺(tái)。（4）受力特征：拱橋主要承受壓力，由于水平推力的作用，使得拱圈中的彎矩大大減小，同時(shí)恒載和活載所產(chǎn)生的力主要由鋼和混凝土組合截面承受。鋼管對(duì)核心混凝土有套箍作用，既能受拉又能受壓，同時(shí)核心混凝土增強(qiáng)了鋼管壁的穩(wěn)定性，使核心混凝土處于三向受力狀態(tài)。（5）施工方法：主拱圈采用懸索吊裝施工，跨中合攏；橫

8、梁采用工廠預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)吊裝，縱梁現(xiàn)場(chǎng)澆注；拱座采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)的重力式拱座；引橋簡(jiǎn)支梁采用現(xiàn)場(chǎng)澆注，；橋臺(tái)采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)的重力式橋臺(tái)。表2.1主要工程數(shù)量表 項(xiàng)目材料上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)合計(jì)拱肋+橫撐吊桿橫梁縱梁拱座橋臺(tái)+立柱+交接墩C50（m³）2020636.39947.7925738.8686.629430C40（m³）994.59994.59鋼筋（T）445.48 663.456886.63754.748086.86鋼絞線(T)52.452.4鋼板(T)943934（6） 綜合評(píng)價(jià)：中承式鋼管混凝土造型獨(dú)特，線形明晰，與當(dāng)?shù)氐匦魏軈f(xié)調(diào)，同時(shí)此處有很高的通航要求，所以采用

9、纜索吊裝施工方法時(shí)，不會(huì)影響通航要求。還有采用鋼管混凝土，可大幅節(jié)省材料：縱梁和橫梁都在工廠預(yù)制，節(jié)約了施工時(shí)間；基礎(chǔ)和拱座都采用明挖基礎(chǔ)，節(jié)省了工程費(fèi)用；同時(shí)在施工中鋼管本身是耐側(cè)壓的模板，省去了支模、拆模等工序，也節(jié)約了時(shí)間。但是對(duì)于鋼管混凝土拱橋的設(shè)計(jì)與施工都沒有具體的規(guī)指導(dǎo)，所以設(shè)計(jì)和施工中都存在一定的問題，譬如管混凝土脫空，鋼管焊接的問題，鋼管的養(yǎng)護(hù)、管混凝土開裂不易查不易補(bǔ)，組合截面受力分析存在誤差等。 圖2.1中承式鋼管混凝土拱橋（尺寸單位：mm）方案二：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋（圖2.2）（1） 橋跨布置：此方案的橋跨布置為65m+115.6m+65m的三跨連續(xù)型剛構(gòu)橋。（2）上

10、部結(jié)構(gòu)：此橋采用二次曲線，主梁采用單箱單室變高度箱梁，箱梁頂板寬15.5m，底板寬7.45m；根部梁高為7.3m，跨中梁高為2.66m；全橋箱梁頂板厚度不變，都為0.245m，腹板不等厚，跨中到根部從0.5m過渡到0.7m；底板為不等厚，由跨中向根部處隨二次曲線y=ax2變化，逐漸變厚，從0.25m漸增加到0.5m；懸出部分長(zhǎng)度一樣，均為4.04m；人行道凈寬1.5m，高0.2m，人行道護(hù)欄采用1.2m*0.25m。（3）下部結(jié)構(gòu)：本方案下部結(jié)構(gòu)采用雙薄壁墩。橫橋向墩總寬為7.455m, 縱橋向墩總寬為7.5m,單個(gè)寬2m,承臺(tái)厚2m，9.479m×9.45m，樁基礎(chǔ)為柱式群樁基礎(chǔ)，

11、四支，單直徑2.5m。橋臺(tái)采用重力式U型橋臺(tái)，基礎(chǔ)全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。（4）受力特征：，它是一種墩梁固結(jié)，采用雙薄壁墩使得順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度大；順橋向抗推剛度小， 對(duì)基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變與地震影響有利。（5）施工方法：對(duì)于主梁施工是采用掛籃懸臂澆筑法，在中間現(xiàn)澆合攏。橋基礎(chǔ)施工采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工，墩身采用滑模施工，橋臺(tái)采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)施工。表2.2 主要工程數(shù)量表 項(xiàng) 目材料上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)合計(jì)主梁橫隔板橋面板與鋪裝墩橋臺(tái) 基礎(chǔ)承臺(tái)C50（m³）11000.1649.33204189.4571374.45359.117882.87C40（m³）599

12、2.7525992.752鋼筋（T）2090.0310.65819.307419.596.225.13450.8鋼絞線(T)208.260208.260預(yù)應(yīng)力鋼筋(T)132.0132.0鋼板(T) 267267瀝青混凝土（m³）320320（6）綜合評(píng)價(jià)：1）連續(xù)剛構(gòu)橋無伸縮縫。行車比較平順、舒適。2）由于墩梁固結(jié)節(jié)省了昂貴的支座費(fèi)用；3）采用雙薄壁墩使得順橋向抗彎剛度和橫橋向抗扭剛度大；順橋向抗推剛度小， 對(duì)基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變與地震影響有利；4）施工中采用懸臂澆筑不會(huì)影響通航要求。除了上述優(yōu)點(diǎn)，還有很多缺點(diǎn): 3）結(jié)構(gòu)剛度、變形、動(dòng)力性能不好，混凝土和鋼材用量都很多，不經(jīng)濟(jì)

13、。4)懸臂施工時(shí)，左右不對(duì)稱，當(dāng)靠近端部時(shí)邊跨要配重來平衡，所以增加了施工難度，同時(shí)基礎(chǔ)施工在水下施工，也增加了施工費(fèi)用和難度。5）抗撞擊能力較弱，承受事故能力不好。圖2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土 連續(xù)剛剛構(gòu)橋（尺寸單位：mm）方案三：預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋（圖2.3）（1） 橋跨布置：此方案的橋跨布置為65m+115.6m+65m的三跨連續(xù)型梁橋。（2）上部結(jié)構(gòu)：此橋采用二次曲線，主梁采用單箱單室變高度箱梁，箱梁頂板寬15.5m，底板寬7.45m；根部梁高為7.3m，跨中梁高為2.66m；全橋箱梁頂板厚度不變，都為0.245m，腹板不等厚，跨中到根部從0.5m過渡到0.7m；底板為不等厚，由跨中向根部

14、處隨二次曲線y=ax2變化，逐漸變厚，從0.25m漸增加到0.5m；懸出部分長(zhǎng)度一樣，均為4.04m；人行道凈寬1.5m，高0.2m，人行道護(hù)欄采用1.2m*0.25m。 （3）下部結(jié)構(gòu)：本方案下部結(jié)構(gòu)采用雙柱式墩，直徑2.5m,承臺(tái)厚2m，4m×4m，樁基礎(chǔ)為雙柱式基礎(chǔ)，直徑2.5m。橋臺(tái)采用重力式U型橋臺(tái)，基礎(chǔ)全部采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。（4）受力特征：，它是一種墩梁分離，主梁連續(xù)的橋梁由于采用連續(xù)體系，全橋在恒載、活載作用下，彎矩分布合理，采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)適用于多種施工方法，提高了施工質(zhì)量，降低了施工費(fèi)用，且結(jié)構(gòu)剛度大,變形小,動(dòng)力性能好，主跨跨徑較大，能滿足通航要求，主梁變形曲線平

15、緩，有利于高速行車，但是對(duì)基礎(chǔ)要求相對(duì)較高，對(duì)基礎(chǔ)沉降，溫度，收縮徐變與地震不利。（5）施工方法：對(duì)于主梁施工是采用掛籃懸臂澆筑法，在中間現(xiàn)澆合攏。橋基礎(chǔ)施工采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)施工，墩身采用滑模施工，橋臺(tái)采用明挖擴(kuò)大基礎(chǔ)施工。表2.3 主要工程數(shù)量表 項(xiàng) 目材料上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)合計(jì)主梁橫隔板橋面板與鋪裝墩，蓋梁橋臺(tái) 基礎(chǔ)承臺(tái)C50（m³）11000.1649.3320650.186472.9711212564.162C40（m³）5992.7525992.752鋼筋（T）2090.0310.65136.23419.533.27.841687.09鋼絞線(T)208.2602

16、08.260預(yù)應(yīng)力鋼筋(T)132.0132.0鋼板(T) 267267瀝青混凝土（m³）320320支座（個(gè)）1616（6） 綜合評(píng)價(jià)：1）連續(xù)梁橋無伸縮縫。行車比較平順、舒適。2）恒載，活載作用下受力均勻，合理；3）采用主梁連續(xù)的結(jié)構(gòu)，使得墩梁交接處產(chǎn)生負(fù)彎矩，有效減少跨中彎矩，減小梁身的工程量。4）施工中采用懸臂澆筑不會(huì)影響通航要求。除了上述優(yōu)點(diǎn)，還有很多缺點(diǎn): 5）結(jié)構(gòu)剛度、變形、動(dòng)力性能不好，混凝土和鋼材用量都很多，不經(jīng)濟(jì)。6)懸臂施工時(shí)，左右不對(duì)稱，當(dāng)靠近端部時(shí)邊跨要配重來平衡，所以增加了施工難度，同時(shí)基礎(chǔ)施工在水下施工，也增加了施工費(fèi)用和難度。7）臨時(shí)支座和永久支座的施

17、工，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用較高。8）抗撞擊能力較弱，承受事故能力不好，對(duì)基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變與地震影響不利。圖2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土 連續(xù)梁橋（尺寸單位：mm）2.2推薦方案比選對(duì)以上三個(gè)比選方案進(jìn)行施工，經(jīng)濟(jì)，受力方面的比較表1.1 各方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較方案類別比較項(xiàng)目第一方案第二方案第三方案主橋跨橋型結(jié)構(gòu)中承式鋼管混凝土拱橋（主跨214.5m）連續(xù)剛構(gòu)橋65m+115.6m+65m連續(xù)梁橋65m+115.6m+65m主拱圈高度4m養(yǎng)護(hù)維修工作量少少少設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)技術(shù)水平國(guó)際先進(jìn)水平，有成橋參考，但不是很多經(jīng)驗(yàn)多，國(guó)際先進(jìn)水平，設(shè)計(jì)理論先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)多，設(shè)計(jì)理論先進(jìn)施工對(duì)通航的影響沒有較小較小施工方法和難易程度纜

18、索吊裝；經(jīng)驗(yàn)成熟，施工簡(jiǎn)單需進(jìn)行深水基礎(chǔ)施工，橋兩端要進(jìn)行大面積的挖方，施工較難需進(jìn)行深水基礎(chǔ)施工，橋兩端要進(jìn)行大面積的挖方，施工較難，支座費(fèi)用高養(yǎng)護(hù)難工 期較短較長(zhǎng)較長(zhǎng)工 程 數(shù) 量混凝土(m)10424.592419618876.914鋼筋、鋼材(t)9020.863849.82086.09鋼鉸線(t)52.4208.26208.26比選結(jié)果優(yōu)選可選可選 經(jīng)過施工難易程度、施工對(duì)通航的影響、造價(jià)等各方面的比較，顯然第一個(gè)方案鋼管混凝土拱橋是最合理方案，故把鋼管混凝土拱橋定為最終方案。其優(yōu)點(diǎn)如下:（1）施工方面來說，采用無支架的纜索吊裝施工方法，不會(huì)影響通航要求，同時(shí)空鋼管架設(shè)吊裝重量輕,又

19、可作為施工支架和填混凝土的模板,因而澆注混凝土?xí)r可省去支模、拆模等工序，施工用鋼量省,工廠化、工業(yè)化水平高,加快了施工的速度，同時(shí)加大了跨越能力。對(duì)于基礎(chǔ)的施工也采用明挖基礎(chǔ)，節(jié)省了工程造價(jià)。（2）鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起支架和模板的作用，在使用階段又是主要的承重結(jié)構(gòu)，因此可以節(jié)省腳手架，縮短工期，減少施工用地，降低工程造價(jià)。（3）受力上來說，首先，鋼管借助填混凝土增強(qiáng)自身的穩(wěn)定性;其次，借助鋼管對(duì)核心混凝土的套箍(約束)作用,使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài),從而使核心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和壓縮變形能力；再次，鋼管本身就是鋼筋，既能受壓又能受拉，所以節(jié)省了鋼筋用量。同時(shí)鋼管混

20、凝土主要承受軸向力，處于三向受力狀態(tài)的混凝土更能適應(yīng)。中承式鋼管混凝土拱橋的總體布置如圖2.4所示。圖2.4 中承式鋼管混凝土拱橋的總體布置圖（尺寸單位：mm）第3章 結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計(jì)3.1 設(shè)計(jì)資料3.1.1設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)1. 橋面寬度：橋面設(shè)2車道，全橋?qū)捊M成為：12m（車行道）+2×0.25m（防撞護(hù)欄）+1.5m（人行道）×2+1.65m（拱肋寬）×2=18.7m。2.荷載等級(jí)：公路-級(jí)。3.橋面橫坡：車行道2%，人行道2%。4.全橋縱坡：0.5%4.通航標(biāo)準(zhǔn)：通航凈空60m×8m。3.1.2材料性能參數(shù)（1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)C50，主要強(qiáng)度指標(biāo)為：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)

21、值 =32.4Mpa， =2.64Mpa 強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 =23.1Mpa, =1.89Mpa彈性模量 Ep=3.45×Mpa強(qiáng)度等級(jí)C40，主要強(qiáng)度指標(biāo)為：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 =26.8Mpa， =2.39Mpa強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 =19.1Mpa, =1.71Mpa彈性模量 Ep=3.25×Mpa強(qiáng)度等級(jí)C30，主要強(qiáng)度指標(biāo)為：強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 =20.1Mpa， =2.01Mpa強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 =14.3Mpa, =1.43Mpa彈性模量 Ep=3.00×Mpa（2）Q345鋼強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：厚度d16mm時(shí)， 抗拉、抗壓和抗彎f=310Mpa,抗剪=180Mpa厚度d>16-35mm

22、時(shí)， 抗拉、抗壓和抗彎f=295Mpa,抗剪=170Mpa厚度d>35-50mm時(shí)， 抗拉、抗壓和抗彎f=265Mpa,抗剪=155Mpa厚度d>50-100mm時(shí)， 抗拉、抗壓和抗彎f=250Mpa,抗剪=145Mpa物理性能：彈性模量：=2.0×Mpa；剪切模量： G=7.9×Mpa線膨脹系數(shù)：質(zhì)量密度 ：3.2 結(jié)構(gòu)尺寸擬訂 在本橋的設(shè)計(jì)過程中，我參閱了羊角烏江一橋和金沙江大橋的尺寸擬定，同時(shí)，參閱了其他與該橋跨徑相當(dāng)?shù)闹谐惺戒摴芑炷料禇U拱橋的細(xì)部尺寸設(shè)計(jì)，借鑒了公路鋼管混凝土橋梁設(shè)計(jì)與施工指南。同時(shí)在指導(dǎo)老師老師的建議指導(dǎo)下，大橋的細(xì)部尺寸擬定如下：3

23、.2.1總體設(shè)計(jì)本橋主跨采用凈跨為214.5 m的中承式鋼管混凝土拱橋，凈矢跨比為1/5.主拱肋為鋼管混凝土弦桿和鋼管腹桿組成的桁架結(jié)構(gòu)。主跨橋面設(shè)柔性吊桿、鋼筋混凝土橫梁、橋面瀝青混凝土。3.2.2 結(jié)構(gòu)構(gòu)造1.主拱肋本橋拱肋采用鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，在上下弦桿鋼管泵送50號(hào)混凝土，弦桿之間鋼板間泵送50號(hào)混凝土，腹桿和弦桿之間的鋼管均為空鋼管，橫撐采用鋼管泵送50號(hào)混凝土，以充分發(fā)揮鋼管混凝土承壓能力強(qiáng)的特點(diǎn)，滿足桁架弦桿受軸向壓力較大的需要。由于鋼管混凝土拱橋設(shè)有很多柔性吊桿，同時(shí)間距都相等且不大，所以荷載接近于均布荷載，所以選擇拱軸系時(shí)盡量靠近1取，然后進(jìn)行優(yōu)選。拱肋全高為4.0m，上下

24、弦桿各為兩根1000 mm×22 mm的Q345鋼管；上、下弦桿兩根并列鋼管間用厚100mm的Q345鋼板；腹桿為500 mm×10 mm的Q345空鋼管。本橋拱腳段拱肋在汛期將有15m左右高度淹沒于水中，考慮到拱肋的防撞和拱肋的構(gòu)造需要，應(yīng)將從橋面至拱腳這段拱肋做成鋼管混凝土實(shí)腹結(jié)構(gòu)，即上下弦管間以鋼腹板連接，腹板間灌注混凝土形成實(shí)腹段。建模期間，由于本人知識(shí)能力有限，將從橋面至拱腳這段拱肋做成鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，即上下弦管間以鋼管連接。兩條拱肋間設(shè)有七道K形空間格構(gòu)橫撐，以保證主拱肋的橫向穩(wěn)定。K形橫撐基本上是均勻分布，間距為24m。主拱肋橫截面構(gòu)造見圖3.1：圖3.1

25、 拱肋橫斷面構(gòu)造圖 （尺寸單位：mm）2.吊桿吊桿共30對(duì)60根，縱向間距5.8m，采用PES7-73平行鋼絞線成品拉索（1524Mpa）,兩端配置相應(yīng)的冷鑄錨，上端為拉端，全部錨于上弦空鋼管處，下端為固定端，錨于鋼筋混凝土空心板梁上。3. 橫梁本橋拱肋橫向中心到中心的距離為14.5m，此即為吊桿橫向間距，因此橫梁計(jì)算跨徑亦為14.5m。橫梁為鋼筋混凝土橫梁，其重力為 2120kN;橫梁全長(zhǎng)為18.9m，端部梁高為1.2m，跨中梁高為1.5m。橫梁外形尺寸見圖3.2.圖3.2 橫梁外形尺寸（尺寸單位：mm）4. 縱梁橋面系拱上連續(xù)縱梁為厚0.4m空心板，兩端簡(jiǎn)支梁為厚0.75空心板。 圖3.3

26、 縱梁外形尺寸（尺寸單位：mm）橋面系主要由行車道梁和橋面鋪裝組成。行車道梁為跨徑5.8m的鋼筋混凝土空心板梁，梁高0.4m，簡(jiǎn)支擱置于橫梁上。（橫梁上安放橡膠支座）。橋面鋪裝為0.1m厚的混凝土+0.1m瀝青混凝土鋪裝層，行車道橫向坡度為2.0%,行道為2.0%,欄桿和扶手均用鋼筋混凝土。5.拱上立柱拱上立柱為鋼筋混凝土的柱式立柱，直徑1.2m,拱上立柱的蓋梁為C50的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高為1.5m。交接墩為立柱式，直徑1.5m。6.拱座由于地質(zhì)條件良好，拱座主要采用實(shí)體式的臺(tái)階式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。第4章 主拱力計(jì)算與組合4.1 主拱結(jié)構(gòu)計(jì)算圖示設(shè)計(jì)時(shí)的拱橋在橋面以下部分為了抵抗船只的撞擊并且

27、防止?jié)q水是的沖擊，所以將這部分做成實(shí)腹段，但是由于我建模的知識(shí)有限，同時(shí)為了節(jié)約時(shí)間，所以全橋都模擬成桿件單元，由于拱腳處的拱座剛度很大，有一定的抗彎能力，所以模擬成無鉸拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，其結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖見圖4.1。圖4.1計(jì)算圖式4.2 主拱肋結(jié)構(gòu)靜力計(jì)算4.2.1.拱軸線的選取拱軸線的選取工作既是尋找合理的拱軸線。所謂合理的拱軸線就是拱肋各控制截面的力比較均勻、接近，且各力峰值較小,恒載壓力線和截面中心線重合的最合適拱軸線。本橋由于有吊桿的存在，同時(shí)間距不大且等距，在運(yùn)營(yíng)階段來說，恒載和活載所產(chǎn)生的力通過吊桿傳給主拱圈，加到拱圈上的力和均布荷載差不多，所以選擇拱軸系數(shù)時(shí)靠近1.0選擇，分別

28、取拱軸系數(shù)1.4、1.5、1.6進(jìn)行建模計(jì)算在成橋狀態(tài)下的彎矩、軸力進(jìn)行比較，對(duì)拱軸系數(shù)進(jìn)行優(yōu)選。表4.1 拱軸系數(shù)1.5位置拱腳1/4跨比值 Y1/410.2425f=43.40.彎矩21252410.0324970503.09950.表4.2 拱軸系數(shù)1.4位置拱腳1/4跨比值 Y1/410.2535f=43.40.23625576彎矩21252355.2535076751.9360.表4.3 拱軸系數(shù)1.6位置拱腳1/4跨比值 Y1/410.2355f=43.40.235841013彎矩21252556.2504949072.0890. 根據(jù)合理拱軸線的選擇原則，手算計(jì)算后判斷有：總的來

29、說，拱軸系數(shù)m=1.5的時(shí)候，拱軸線計(jì)算原則下，(Y1/4/f-m1/4/m)<0.025,滿足條件，所以最終選擇拱軸系數(shù)m=1.5。4.2.2.計(jì)算跨徑和計(jì)算矢高本橋=214.5，fo= /5=42.9m，h=4.0m, =1.5,查“拱橋”表（III）得，0.75011，=0.62501.主拱圈的計(jì)算跨徑和計(jì)算矢高為：L=+h=217m=43.4m4.2.3結(jié)構(gòu)單元的選取和劃分主拱肋為典型的平面桿件系統(tǒng)，在建模之前雪松老師又對(duì)橋博建模進(jìn)行了一次講座，所以我用橋博進(jìn)行拱橋的整體建模，但由于橋博不能表示空間的整體形狀，所以建模時(shí)，取兩片拱肋中的一片的1/2片進(jìn)行建模計(jì)算（拱肋式四肢格構(gòu)形

30、）。雖然在橋面以下的拱肋為實(shí)腹段，但是為了簡(jiǎn)化模型，我把全橋都看成了桿件單元，不過在驗(yàn)算過程中在拱腳段填充混凝土以均布荷載進(jìn)行加載，考慮自重的影響，但不考慮參與受力。腹桿與弦桿處的連接為剛接。在橋博建模之中，如果沒有建橋面系，橋博建成的裸拱上面不能加汽車、人群等活荷載，但是如果加上立柱、橋面等又會(huì)對(duì)主拱的計(jì)算彎矩產(chǎn)生很大的影響，后來在老師的建議下我將橋面、立柱等拱上結(jié)構(gòu)EA、EI進(jìn)行調(diào)整，使它們趨于0（當(dāng)做虛擬橋面考慮）。最后，鋼管拱整體劃分為378個(gè)單元，上下弦管拱劃分為152個(gè)單元，連接上下弦管的腹桿沿拱劃分為144個(gè)單元，橋面劃分為37個(gè)單元，兩邊的拱上立柱拱和蓋梁共劃分為6個(gè)單元，每根

31、吊桿劃分成一個(gè)單元，總共27個(gè)單元。另外橫撐、橫聯(lián)管、橋面鋪裝不劃分單元，以荷載的形式進(jìn)行加載。特別值得一提的是由于是鋼管混凝土橋型，鋼管里面的混凝土?xí)r在拱肋在吊裝合攏之后泵送，在橋博建模過程中將鋼管和混凝土在不同階段施工，最終一組合截面受力，由于過程較復(fù)雜，時(shí)間有限，于是，我并為對(duì)鋼管和混凝土單獨(dú)建模 ，是以組合截面換算為鋼截面進(jìn)行建模，運(yùn)用特殊輸入，模擬為面積一樣，慣性矩一樣的矩形鋼截面來模擬組合截面受力。結(jié)構(gòu)單元離散圖見圖4.2. 圖4.2 拱單元?jiǎng)澐?注:上面數(shù)字代表單元號(hào)，節(jié)點(diǎn)號(hào)。4.2.4施工和營(yíng)運(yùn)階段結(jié)構(gòu)力的計(jì)算鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工階段實(shí)際應(yīng)該大體分為幾個(gè)時(shí)期：第一階段：墩臺(tái)施工。

32、第二階段：纜索吊裝施工，拼裝拱圈鋼管，每支鋼管分段拼裝，合龍，每拼裝一段，階段受力情況均不一樣，合攏后，封鉸。第三階段：拱合龍之后，焊接鋼板和腹桿，形成裸拱結(jié)構(gòu)，受力情況變化，鋼結(jié)構(gòu)承受恒載，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)化，加橫撐結(jié)構(gòu)。第四階段：裸拱施工完畢后，對(duì)主拱鋼管和鋼板泵送混凝土，先下弦再上弦，形成鋼管混凝土裸拱結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)分別承受恒載作用，待混凝土逐漸凝結(jié)，與鋼管結(jié)構(gòu)形成套箍作用，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土共同形成組合結(jié)構(gòu)共同受力。第五階段：吊桿和橫梁施工 。第六階段：縱梁施工，吊桿之間縱梁先簡(jiǎn)支，然后二期施工澆注混凝土，連接形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。第七階段：引橋施工。第八階段：成橋狀態(tài)，未施加二期恒載。第九階

33、段：成橋狀態(tài)，施加橋面鋪裝，人行道，欄桿等。第十階段：考慮混凝土收縮，徐變使用階段：成橋狀態(tài)時(shí)，恒載和活載的力計(jì)算組合，同時(shí)對(duì)鋼管截面進(jìn)行驗(yàn)算。由于知識(shí)有限，時(shí)間不足，在老師的建議下，我沒有對(duì)拱橋的具體施工順序進(jìn)行分析，只對(duì)成橋狀態(tài)，恒載和活載組合作用進(jìn)行了模擬計(jì)算，同時(shí)對(duì)鋼管截面進(jìn)行驗(yàn)算:1.桿件單元材料性質(zhì)和截面特性的處理（1）將鋼和混凝土兩種材料換算成同一種材料，換算公式如下： 式（4.1） 式（4.2） 式（4.3） 式中：混凝土彈性模量（50號(hào)）；鋼彈性模量（Q235鋼）換算材料彈性模量； 鋼面積；混凝土面積； 換算材料面積；混凝土慣矩； 鋼慣矩；換算材料慣矩； 鋼容重；混凝土容重；

34、 換算材料容重； 單根弦管材料和截面特性為:=3.45×MPa, =2.0×Mpa,=×9562=717439.76=×(10002-9562)=67560.24=d4=×9564=6.55694×1011mm4Ig=(D4-d4)=×(10004-9564)=1.29306×1011mm4, 統(tǒng)一理論計(jì)算，取換算材料截面為直徑等于弦桿外徑的圓形截面，則：E=(+)/A =(3.45××717439.76 +2.0××67560.24)/785000=4.8743×

35、MPa =(+)/A =(25×717439.76+78.5× 67560.24)/785000=29.604424kN/m3上式中、D為拱肋鋼管外直徑，d=972mm，D=1000mm，見圖4.3. 圖4.3 拱肋橫斷面建模過程中，由于橋梁博士無法模擬組合截面的實(shí)際過程，我沒有對(duì)實(shí)際施工過程進(jìn)行模擬計(jì)算，只是運(yùn)用特殊輸入，將上下弦的啞鈴形分別取其中心線，模擬成為面積，慣性矩一樣的矩形鋼截面，來代替組合截面模擬計(jì)算，將全橋模擬成平面桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行成橋階段驗(yàn)算。圖4.4：（單位：mm)=1773900=0.931×1011mm4=293300Ig=0.3591011m

36、m4 圖4.4 啞鈴型斷面（外圓直徑1m,管厚22mm,鋼板厚10mm)（單位：mm)E=2.0×MpaA=(+)/E=599297.75I=(+Ig)/A=0.mm4特殊輸入，采用高1500mm，毛截面距中心線750mm的矩形截面，面積599297.75如圖: 圖4.5 特殊輸入截面形狀特征（單位：mm)2.主拱肋的力（1）橋博建模計(jì)算中，施工階段，全橋一次施工完畢，考慮收縮徐變，溫度效應(yīng)。這時(shí)得到上弦桿的拱腳（1號(hào)單元，1節(jié)點(diǎn)、2節(jié)點(diǎn)）、下弦桿拱腳（77號(hào)單元，78節(jié)點(diǎn)、79節(jié)點(diǎn)）、上弦桿拱頂（38號(hào)單元，38節(jié)點(diǎn)、39節(jié)點(diǎn)）、下弦管拱頂（114號(hào)單元，115節(jié)點(diǎn)、116節(jié)點(diǎn)），

37、上弦桿拱L/4跨（19號(hào)單元，19節(jié)點(diǎn)、20節(jié)點(diǎn)），下弦桿拱頂L/4跨（95號(hào)單元，96節(jié)點(diǎn)、97節(jié)點(diǎn)），上弦桿拱3L/8跨（57號(hào)單元，58節(jié)點(diǎn)、59節(jié)點(diǎn)），下弦桿拱3L/8跨（133號(hào)單元，135節(jié)點(diǎn)、136節(jié)點(diǎn)）,上弦桿的L拱腳（39號(hào)單元，77節(jié)點(diǎn)、76節(jié)點(diǎn)）、下弦桿L拱腳（115號(hào)單元，154節(jié)點(diǎn)、153節(jié)點(diǎn)）的彎矩和軸向力；這些力見表4.4。表4.4施工階段，考慮收縮徐變，溫度效應(yīng)后恒載累積力計(jì)算表 序號(hào)項(xiàng)目單元節(jié)點(diǎn)號(hào)1278793839115116彎矩1.816e+0044.901e+0041.639e+0047.018e+0044.563e+0034.754e+0034.392

38、e+0034.961e+003軸向力2.862e+0042.861e+004-6.341e+004-6.352e+004 6.497e+004 6.497e+004 -5.379e+004 -5.379e+004 序號(hào)項(xiàng)目單元節(jié)點(diǎn)號(hào)192096975859135136彎矩-1.837e+003-1.902e+002-2.399e+003-9.834e+0011.707e+0035.464e+0021.873e+0037.114e+001軸向力-2.278e+004-2.283e+0044.173e+0044.168e+004 1.238e+004 1.243e+004 4.784e+003 4

39、.839e+003 序號(hào)項(xiàng)目單元節(jié)點(diǎn)號(hào)7776154153彎矩1.173e+0042.606e+0041.065e+0043.915e+004軸向力1.489e+0041.487e+0043.265e+0043.254e+004 （2）使用階段：在橋博建模過程中，將收縮、徐變影響考慮到了施工階段過程之中，所以在使用階段活載中就不單獨(dú)考慮收縮、徐變的影響，因?yàn)闃虿┮呀?jīng)將這影響計(jì)入到使用效應(yīng)的結(jié)構(gòu)重力效應(yīng)之中了，只單獨(dú)考慮其它活載（溫度、汽車荷載、人群荷載）對(duì)全橋整體結(jié)構(gòu)的影響，這里只對(duì)其對(duì)拱腳、1/4截面、拱頂，3/8截面，L拱腳截面影響進(jìn)行驗(yàn)算。表4.5上弦管拱腳（1號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類型軸力

40、彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）2.862e+004 1.816e+004升溫溫差2.872e+002 4.918e+002降溫溫差-2.599e+002 -4.450e+002汽車MaxM9.053e+003 4.185e+002汽車MinM4.306e+003 -8.101e+003人群MaxM3.853e+002 1.115e+002人群MinM7.508e+001 -9.050e+001表4.6上弦管1/4截面（20號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）-2.283e+004-1.902e+002升溫溫差8.494e+002 5.772e+001降溫溫差-7.685e+00

41、2 -5.221e+001汽車MaxM3.451e+0033.668e+002汽車MinM-1.198e+003-2.596e+002人群MaxM 6.623e+002 5.459e+001人群MinM -2.785e+002 -6.786e+001表4.7上弦管拱頂截面（39號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）6.497e+0044.754e+003升溫溫差-5.469e+002 -2.358e+001降溫溫差4.948e+002 2.133e+001汽車MaxM3.008e+0035.951e+002汽車MinM-2.711e+003-1.580e+002人群MaxM 5

42、.286e+002 7.170e+001人群MinM -5.191e+002 -4.268e+001表4.8上弦管3/8截面（58號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）1.238e+0041.707e+003升溫溫差-2.912e+003 -1.453e+002降溫溫差2.635e+0031.314e+002汽車MaxM3.497e+0033.655e+002汽車MinM-1.250e+003-2.605e+002人群MaxM 6.748e+002 5.441e+001人群MinM -2.958e+002 -6.785e+001表4.9上弦管L拱腳截面（77號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類

43、型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）1.489e+0041.173e+004升溫溫差1.470e+0047.354e+003降溫溫差-1.330e+004-6.654e+003汽車MaxM1.578e+0035.144e+002汽車MinM2.232e+002-9.009e+002人群MaxM 4.790e+002 1.447e+002人群MinM 9.506e+000 -1.179e+002表4.10下弦管拱腳截面（78號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）-6.341e+0041.639e+004升溫溫差-7.486e+002 -7.606e+002降溫溫差6.773e+00

44、2 6.882e+002汽車MaxM2.220e+0033.809e+002汽車MinM2.552e+002-7.330e+002人群MaxM 5.221e+002 9.897e+001人群MinM 6.793e+001 -8.197e+001表4.11下弦管1/4截面（97號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）4.168e+004-9.834e+001升溫溫差-1.045e+003 5.991e+001降溫溫差9.455e+002 -5.420e+001汽車MaxM-2.473e+0034.747e+002汽車MinM3.385e+003-2.635e+002人群MaxM-4

45、.359e+002 6.610e+001人群MinM 8.864e+002 -6.899e+001表4.12下弦管拱頂截面（116號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）-5.379e+0044.961e+003升溫溫差3.091e+002 -3.004e+001降溫溫差-2.797e+002 2.718e+001汽車MaxM-1.618e+0035.599e+002汽車MinM1.683e+003-2.001e+002人群MaxM -2.502e+002 7.223e+001人群MinM 5.451e+002 -5.190e+001表4.13下弦管3/8截面（135號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總

46、力荷載類型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）4.784e+0031.873e+003升溫溫差2.895e+003 -1.512e+002降溫溫差-2.620e+002 1.368e+002汽車MaxM-2.497e+0034.736e+002汽車MinM3.450e+003-2.653e+002人群MaxM -4.416e+002 6.584e+001人群MinM 9.009e+002 -6.925e+001表4.14下弦管L拱腳截面（154號(hào)節(jié)點(diǎn)）的總力荷載類型軸力彎矩結(jié)構(gòu)重力（包括收縮徐變）3.265e+0041.064e+005升溫溫差-1.081e+004 5.405e+003降溫溫差9

47、.785e+003 -4.890e+003汽車MaxM9.534e+0024.565e+002汽車MinM7.729e+002-8.121e+002人群MaxM 2.204e+002 1.278e+002人群MinM2.552e+002 -1.057e+002（3）在計(jì)算節(jié)點(diǎn)的活載力時(shí)，將橫梁看做雙懸臂梁，兩吊桿看做支座，通過杠桿原理求得一根吊桿的橫向分布系數(shù)，然后再進(jìn)行橫向折減和縱向折減。荷載橫向分布系數(shù)：車輛布置圖見圖4.4：圖4.4 車輛荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算圖式（單位：mm）從圖4-4可得出車輛荷載的橫向分布系數(shù)：mc=(1+2+3+4)/2=（0.8793+0.7552+0.6655+

48、0.5414）/2=1.4207人群以均布力的合力的形式布置，見圖4.5:圖4.5 人群荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算圖式（單位：mm）從圖4-5可得出人群的橫向分布系數(shù)=1.076。（4）在<<公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)>>中規(guī)定：車道數(shù)為兩車道時(shí)，車道橫向折減系數(shù)=1(全橋?yàn)殡p向四車道)；計(jì)算跨徑150<L<400時(shí)，縱向折減系數(shù)=0.97（全橋計(jì)算跨徑L=217）.汽車的沖擊系數(shù)根據(jù)公路鋼管混凝土橋梁設(shè)計(jì)與施工指南中的公式計(jì)算：=0.05736+0.0748 式（4.4）式中：鋼管混凝土拱橋的一階豎向頻率。根據(jù)已成橋資料，得到=1.46，代入式（4.4）中，得到1+=1

49、+0.05736×1.46+0.0748=1.164.3 力組合主要有以下三種： A.基本組合（用于承載能力極限狀態(tài)計(jì)算）。永久作用的設(shè)計(jì)值效應(yīng)與可變作用設(shè)計(jì)值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為：式(4.5)式中：承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值;結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，本橋采用1.1;第個(gè)永久作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力不利時(shí)取1.2，對(duì)結(jié)構(gòu)的承載能力有利時(shí)取1.0;第個(gè)永久作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值;汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）的分項(xiàng)系數(shù)，取1.4;汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）的標(biāo)準(zhǔn)值;在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）、風(fēng)荷載外的其他第個(gè)可變作用效應(yīng)的分項(xiàng)系數(shù)，取1

50、.4;在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）、風(fēng)荷載外的其他第個(gè)可變作用效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值;在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）、風(fēng)荷載外的其他第個(gè)可變作用效應(yīng)的組合系數(shù)，由于本橋中除汽車荷載（含汽車沖擊力）外尚有兩種其可變作用參與組合，所以組合系數(shù)取0.7。B作用短期效應(yīng)組合（用于正常使用極限狀態(tài)）。永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為：式（4.6）式中： 作用短期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；第個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)，汽車荷載（不計(jì)沖擊）為0.7，人群荷載為1.0，溫度梯度作用為0.8； 第個(gè)可變作用效應(yīng)的頻遇值。C.作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合（用于正常使用極限狀態(tài)）。永久作用標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)與可變作用準(zhǔn)永久值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達(dá)式為： 式(4.7)式中： 作用長(zhǎng)期效應(yīng)組合設(shè)計(jì)值；第個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值系數(shù)，汽車荷載（不計(jì)沖擊）為0.4，人群荷載為0.4，溫度梯度作用為0.8；第個(gè)可變作用效應(yīng)的準(zhǔn)永久值。各特征截面處的各種組合計(jì)算：表4.15 1節(jié)點(diǎn)作用效應(yīng)基本組合短期效應(yīng)組合長(zhǎng)期效應(yīng)組合最大彎矩組合彎矩（KN.m）2.417E+0041.823E+0041.825E+004軸