沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋）畢業(yè)設(shè)計

1、第1章 設(shè) 計 資 料1.1 基本資料及設(shè)計依據(jù)1.1.1 基本數(shù)據(jù)課題內(nèi)容：一、勘察資料： 1建橋理由 云南普洱市規(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。該橋位于云南普洱市，跨越小黑江。 2河流及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?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 地面標高 樁號 地面標高k1+212.69 1031.60 +328.

2、22 976.02+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 9

3、83.43+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：對沙塘壩大橋進行設(shè)計，其設(shè)計標準為： 1設(shè)計荷載：公路i級； 2行車道寬：12m+21.5m（人行道）； 3通航標準：內(nèi)河通航標準四級；主要參考文獻（由指導(dǎo)教師選定）：公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（jtg d602004）公路圬工橋涵設(shè)計規(guī)范（jtg d6

4、12005）公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范 （jtg d622004）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（jtg d632007）公路橋涵設(shè)計手冊梁橋（上、下冊）公路橋涵設(shè)計手冊拱橋（上、下冊）公路橋涵設(shè)計手冊基本資料公路橋涵設(shè)計手冊墩臺與基礎(chǔ)橋梁工程（上冊）范立礎(chǔ)編橋梁工程（下冊）顧安邦編橋梁施工與組織管理（上、下冊）黃繩武編12橋梁畢業(yè)設(shè)計指導(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)計階段的工作重點，同時也為后續(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初選方案，將五個初選方案在米格紙上繪制在米格紙上。再對這五個方案進行比較，選出三個推薦方

5、案，再對比三個推薦方案，根據(jù)材料用量，施工難易程度、運行養(yǎng)護條件、對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）1. 主橋為凈跨徑214.5m的中承式鋼管混凝土拱橋，引橋為14.28m+14.88m的簡支梁。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. 主橋為凈跨徑214.5m的中承式箱肋拱橋，引橋為14.28m+14.88的簡支梁。5.跨徑組合為20m+205m+20m的三跨懸索橋。2.1.2 比選方案：（三個）方案比選主要依據(jù)施工難易、安全可靠、適用耐久、經(jīng)濟合理的原則，同時根據(jù)所在公路的作用

6、、性質(zhì)和將來發(fā)展的要求，按照美觀和有利于環(huán)保的原則設(shè)計。橋型的選擇要求在技術(shù)上是可靠的，在施工上是切實可行的。綜上所述，本次設(shè)計的三個比選方案如下：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支梁，主跨右邊為14.88m的單跨鋼筋混凝土簡支梁。（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100022mm的鋼管，內(nèi)灌中交新c50混凝土，弦平聯(lián)為50010mm的鋼管，內(nèi)灌中交新

7、c50混凝土，直腹桿和斜腹桿為50010mm的鋼管，弦桿、橫聯(lián)管、橫撐、直、斜桿都為中交新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)：拱座為重力式的臺階式拱座，拱上立柱為鋼筋混凝土柱式立柱。簡支梁的橋墩為雙柱式，與主拱公用拱座作為基礎(chǔ)，橋臺為重力式橋臺。（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，同時恒載和活載所產(chǎn)生的內(nèi)力主要由鋼和混凝土組合截面承受。鋼管對核心混凝土有套箍作用，既能受拉又能受壓，同時核心混凝土增強了鋼管壁的穩(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；橫梁采用工

8、廠預(yù)制，現(xiàn)場吊裝，縱梁現(xiàn)場澆注；拱座采用明挖擴大基礎(chǔ)的重力式拱座；引橋簡支梁采用現(xiàn)場澆注，；橋臺采用明挖擴大基礎(chǔ)的重力式橋臺。表2.1主要工程數(shù)量表 項目材料上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)合計拱肋+橫撐吊桿橫梁縱梁拱座橋臺+立柱+交接墩c50（m）2020636.39947.7925738.8686.629430c40（m）994.59994.59鋼筋（t）445.48 663.456886.63754.748086.86鋼絞線(t)52.4 52.4鋼板(t)943 934（6） 綜合評價：中承式鋼管混凝土造型獨特，線形明晰，與當?shù)氐匦魏軈f(xié)調(diào)，同時此處有很高的通航要求，所以采用纜索吊裝施工方法時，不會影響

9、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)約了施工時間；基礎(chǔ)和拱座都采用明挖基礎(chǔ)，節(jié)省了工程費用；同時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)約了時間。但是對于鋼管混凝土拱橋的設(shè)計與施工都沒有具體的規(guī)范指導(dǎo)，所以設(shè)計和施工中都存在一定的問題，譬如管內(nèi)混凝土脫空，鋼管焊接的問題，鋼管的養(yǎng)護、管內(nèi)混凝土開裂不易查不易補，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）上部結(jié)構(gòu)：此橋采用二次曲

10、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；懸出部分長度相同，均為4.04m；人行道凈寬1.5m，高0.2m，人行道護欄采用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,單個寬2m,承臺厚2m，9.479m9.45m，樁基礎(chǔ)為柱式群樁基礎(chǔ)，四支，單直徑2.5m。橋臺采用重力

11、式u型橋臺，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， 對基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變及地震影響有利。（5）施工方法：對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，橋臺采用明挖擴大基礎(chǔ)施工。表2.2 主要工程數(shù)量表 項 目材料上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)合計主梁橫隔板橋面板及鋪裝墩橋臺 基礎(chǔ)承臺c50（m）11000.1649.33204189.457 1374.45359.117882.87c40（m）5992.752 5992.752鋼筋（t）2090.0310

12、.65 819.307419.596.225.13450.8鋼絞線(t) 208.260 208.260預(yù)應(yīng)力鋼筋(t)132.0132.0鋼板(t) 267 267瀝青混凝土（m）320320（6）綜合評價：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， 對基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變及地震影響有利；4）施工中采用懸臂澆筑不會影響通航要求。除了上述優(yōu)點，還有很多缺點: 3）結(jié)構(gòu)剛度、變形、動力性能不好，混凝土和鋼材用量都很多，不經(jīng)濟。4)懸臂施工時，左右不對稱，當靠近端部時邊跨要配重來平衡

13、，所以增加了施工難度，同時基礎(chǔ)施工在水下施工，也增加了施工費用和難度。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，由跨中向根部處隨二次曲線y=ax2變化，逐漸變厚，從0.25m漸增加到

14、0.5m；懸出部分長度相同，均為4.04m；人行道凈寬1.5m，高0.2m，人行道護欄采用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,承臺厚2m，4m4m，樁基礎(chǔ)為雙柱式基礎(chǔ)，直徑2.5m。橋臺采用重力式u型橋臺，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，降低了施工費用，且結(jié)構(gòu)剛度大,變形小,動力性能好，主跨跨徑較大，能滿足通航要求，主梁變形曲線平緩，有利于高速行車，但是對基礎(chǔ)要求相對較高，對基礎(chǔ)沉降，溫度，收縮徐變

15、及地震不利。（5）施工方法：對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，橋臺采用明挖擴大基礎(chǔ)施工。表2.3 主要工程數(shù)量表 項 目材料上部結(jié)構(gòu)下部結(jié)構(gòu)合計主梁橫隔板橋面板及鋪裝墩，蓋梁橋臺 基礎(chǔ)承臺c50（m）11000.1649.3320650.186 472.9711212564.162c40（m）5992.752 5992.752鋼筋（t）2090.0310.65 136.23419.533.27.841687.09鋼絞線(t) 208.260 208.260預(yù)應(yīng)力鋼筋(t)132.0132.0鋼板(t) 267 267瀝青混凝土

16、（m）320320支座（個）1616（6） 綜合評價：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影響通航要求。除了上述優(yōu)點，還有很多缺點: 5）結(jié)構(gòu)剛度、變形、動力性能不好，混凝土和鋼材用量都很多，不經(jīng)濟。6)懸臂施工時，左右不對稱，當靠近端部時邊跨要配重來平衡，所以增加了施工難度，同時基礎(chǔ)施工在水下施工，也增加了施工費用和難度。7）臨時支座和永久支座的施工，養(yǎng)護費用較高。8）抗撞擊能力較弱，承受事故能力不好，對基礎(chǔ)沉降，溫度、收縮徐變及地震影響不

17、利。 圖2.3 預(yù)應(yīng)力混凝土 連續(xù)梁橋（尺寸單位：mm）2.2推薦方案比選對以上三個比選方案進行施工，經(jīng)濟，受力方面的比較表1.1 各方案的技術(shù)經(jīng)濟比較方案類別比較項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)護維修工作量少少少設(shè)計經(jīng)驗技術(shù)水平國際先進水平，有成橋參考，但不是很多經(jīng)驗多，國際先進水平，設(shè)計理論先進經(jīng)驗多，設(shè)計理論先進施工對通航的影響沒有較小較小施工方法和難易程度纜索吊裝；經(jīng)驗成熟，施工簡單需進行深水基礎(chǔ)施工，橋兩端要進行大面積的挖方，施工較難需進行深水基

18、礎(chǔ)施工，橋兩端要進行大面積的挖方，施工較難，支座費用高養(yǎng)護難工 期較短較長較長工 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、施工對通航的影響、造價等各方面的比較，顯然第一個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，不會影響通航要求，同時空鋼管架設(shè)吊裝重量輕,又可作為施工支架和內(nèi)填混凝土的模板,因而澆注混凝土時可省去支模、拆模等工序，施工用鋼量省,工廠

19、化、工業(yè)化水平高,加快了施工的速度，同時加大了跨越能力。對于基礎(chǔ)的施工也采用明挖基礎(chǔ)，節(jié)省了工程造價。（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。（3）受力上來說，首先，鋼管借助內(nèi)填混凝土增強自身的穩(wěn)定性;其次，借助鋼管對核心混凝土的套箍(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。同時鋼管混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

20、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3.1 設(shè)計資料3.1.1設(shè)計標準1. 橋面寬度：橋面設(shè)2車道，全橋?qū)捊M成為：12m（車行道）+20.25m（防撞護欄）+1.5m（人行道）2+1.65m（拱肋寬）2=18.7m。2.荷載等級：公路-級。3.橋面橫坡：車行道2%，人行道2%。4.全橋縱坡：0.5%4.通航標準：通航凈空60m8m。3.1.2材料性能參數(shù)（1）混凝土強度等級c50，主要強度指標為：強度標準值 =32.4mpa， =2.64mpa 強度設(shè)計值 =23.1mpa, =1.89mpa彈性模量 ep=3.45mpa強度等級c40，

21、主要強度指標為：強度標準值 =26.8mpa， =2.39mpa強度設(shè)計值 =19.1mpa, =1.71mpa彈性模量 ep=3.25mpa強度等級c30，主要強度指標為：強度標準值 =20.1mpa， =2.01mpa強度設(shè)計值 =14.3mpa, =1.43mpa彈性模量 ep=3.00mpa（2）q345鋼強度設(shè)計值：厚度d16mm時， 抗拉、抗壓和抗彎f=310mpa,抗剪=180mpa厚度d16-35mm時， 抗拉、抗壓和抗彎f=295mpa,抗剪=170mpa厚度d35-50mm時， 抗拉、抗壓和抗彎f=265mpa,抗剪=155mpa厚度d50-100mm時， 抗拉、抗壓和抗彎

22、f=250mpa,抗剪=145mpa物理性能：彈性模量：=2.0mpa；剪切模量： g=7.9mpa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)計過程中，我參閱了羊角烏江一橋和宜賓金沙江大橋的尺寸擬定，同時，參閱了其他與該橋跨徑相當?shù)闹谐惺戒摴芑炷料禇U拱橋的細部尺寸設(shè)計，借鑒了公路鋼管混凝土橋梁設(shè)計與施工指南。同時在指導(dǎo)老師張老師的建議指導(dǎo)下，大橋的細部尺寸擬定如下：3.2.1總體設(shè)計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.

23、主拱肋本橋拱肋采用鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，在上下弦桿鋼管內(nèi)泵送50號混凝土，弦桿之間鋼板間泵送50號混凝土，腹桿和弦桿之間的鋼管均為空鋼管，橫撐采用鋼管內(nèi)泵送50號混凝土，以充分發(fā)揮鋼管混凝土承壓能力強的特點，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，所以選擇拱軸系時盡量靠近1取，然后進行優(yōu)選。拱肋全高為4.0m，上下弦桿各為兩根1000 mm22 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 mm10 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

24、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腹段。建模期間，由于本人知識能力有限，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 拱肋橫斷面構(gòu)造圖 （尺寸單位：mm）2.吊桿吊桿共30對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，上端為張拉端，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

25、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，兩端簡支梁為厚0.75空心板。 圖3.3 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

26、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，拱座主要采用實體式的臺階式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。第4章 主拱內(nèi)力計算及組合4.1 主拱結(jié)構(gòu)計算圖示設(shè)計時的拱橋在橋面以下部分為了抵抗船只的撞擊并且防止?jié)q水是的沖擊，所以將這部分做成實腹段，但是由于我建模的知識有限，同時為了節(jié)約時間，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)進行力學(xué)計算，其結(jié)構(gòu)計算簡圖見圖4.1。圖4.1計算

27、圖式4.2 主拱肋結(jié)構(gòu)靜力計算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內(nèi)力比較均勻、接近，且各內(nèi)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，同時間距不大且等距，在運營階段來說，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)時靠近1.0選擇，分別取拱軸系數(shù)1.4、1.5、1.6進行建模計算在成橋狀態(tài)下的彎矩、軸力進行比較，對拱軸系數(shù)進行優(yōu)選。表4.1 拱軸系數(shù)1.5位置拱腳1/4跨比值 y1/410.2425f=43.40.23606912442彎矩21252410

28、.0324970503.09950.23387950318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21252355.2535076751.9360.23887950210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21252556.2504949072.0890.23286950222 根據(jù)合理拱軸線的選擇原則，手算計算后判斷有：總的來說，拱軸系數(shù)m=1.5的時候，拱軸線計算原則下，(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.

29、2.2.計算跨徑和計算矢高本橋=214.5，fo= /5=42.9m，h=4.0m, =1.5,查“拱橋”表（iii）得，0.75011，=0.62501.主拱圈的計算跨徑和計算矢高為：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)，在建模之前張雪松老師又對橋博建模進行了一次講座，所以我用橋博進行拱橋的整體建模，但由于橋博不能表示空間的整體形狀，所以建模時，取兩片拱肋中的一片的1/2片進行建模計算（拱肋式四肢格構(gòu)形）。雖然在橋面以下的拱肋為實腹段，但是為了簡化模型，我把全橋都看成了桿件單元，不過在驗算過程中在拱腳段填充混凝土以均布荷載進行加載，考慮自重的

30、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、橋面等又會對主拱的計算彎矩產(chǎn)生很大的影響，后來在張老師的建議下我將橋面、立柱等拱上結(jié)構(gòu)ea、ei進行調(diào)整，使它們趨于0（當做虛擬橋面考慮）。最后，鋼管拱整體劃分為378個單元，上下弦管拱劃分為152個單元，連接上下弦管的腹桿沿拱劃分為144個單元，橋面劃分為37個單元，兩邊的拱上立柱拱和蓋梁共劃分為6個單元，每根吊桿劃分成一個單元，總共27個單元。另外橫撐、橫聯(lián)管、橋面鋪裝不劃分單元，以荷載的形式進行加載。特別值得一提的是由于是鋼管混凝土橋型，鋼管里

31、面的混凝土時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，時間有限，于是，我并為對鋼管和混凝土單獨建模 ，是以組合截面換算為鋼截面進行建模，運用特殊輸入，模擬為面積相同，慣性矩相同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 拱單元劃分 注:上面數(shù)字代表單元號，節(jié)點號。4.2.4施工和營運階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工階段實際應(yīng)該大體分為幾個時期：第一階段：墩臺施工。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，階段受力情況均不相同，合攏后，封鉸。第三階段：拱合龍之后，焊接鋼

32、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，對主拱鋼管和鋼板內(nèi)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，恒載和活載的內(nèi)力計算組合，同時對鋼管截面

33、進行驗算。由于知識有限，時間不足，在張老師的建議下，我沒有對拱橋的具體施工順序進行分析，只對成橋狀態(tài)，恒載和活載組合作用進行了模擬計算，同時對鋼管截面進行驗算: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）；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； 換算材料容重； 單根弦管材料和截面特性為:=3.45mpa, =2.0mpa,=9562=717439.76=(1000

34、2-9562)=67560.24=d4=9564=6.556941011mm4ig=(d4-d4)=(10004-9564)=1.293061011mm4, 統(tǒng)一理論計算，取換算材料截面為直徑等于弦桿外徑的圓形截面，則：e=(+)/a =(3.45717439.76 +2.067560.24)/785000=4.8743mpa =(+)/a =(25717439.76+78.5 67560.24)/785000=29.604424kn/m3上式中、d為拱肋鋼管內(nèi)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際過程，我沒有

35、對實際施工過程進行模擬計算，只是運用特殊輸入，將上下弦的啞鈴形分別取其中心線，模擬成為面積，慣性矩相同的矩形鋼截面，來代替組合截面模擬計算，將全橋模擬成平面桁架結(jié)構(gòu)進行成橋階段驗算。圖4.4：（單位：mm)=1773900=0.9311011mm4=293300ig=0.3591011mm4 圖4.4 啞鈴型斷面（外圓直徑1m,管厚22mm,鋼板厚10mm)（單位：mm)e=2.0mpaa=(+)/e=599297.75i=(+ig)/a=0.51959751011mm4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

36、征（單位：mm)2.主拱肋的內(nèi)力（1）橋博建模計算中，施工階段，全橋一次施工完畢，考慮收縮徐變，溫度效應(yīng)。這時得到上弦桿的拱腳（1號單元，1節(jié)點、2節(jié)點）、下弦桿拱腳（77號單元，78節(jié)點、79節(jié)點）、上弦桿拱頂（38號單元，38節(jié)點、39節(jié)點）、下弦管拱頂（114號單元，115節(jié)點、116節(jié)點），上弦桿拱l(fā)/4跨（19號單元，19節(jié)點、20節(jié)點），下弦桿拱頂l/4跨（95號單元，96節(jié)點、97節(jié)點），上弦桿拱3l/8跨（57號單元，58節(jié)點、59節(jié)點），下弦桿拱3l/8跨（133號單元，135節(jié)點、136節(jié)點）,上弦桿的l拱腳（39號單元，77節(jié)點、76節(jié)點）、下弦桿l拱腳（115號單元，1

37、54節(jié)點、153節(jié)點）的彎矩和軸向力；這些內(nèi)力見表4.4。表4.4施工階段，考慮收縮徐變，溫度效應(yīng)后恒載累積內(nèi)力計算表 序號項目單元節(jié)點號1278793839115116彎矩1.816e+0044.901e+0041.639e+0047.018e+0044.563e+0034.754e+0034.392e+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 序號項目單元節(jié)點號192096975859135136彎矩-1.837e+003-

38、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 4.839e+003 序號項目單元節(jié)點號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

39、過程之中，所以在使用階段活載中就不單獨考慮收縮、徐變的影響，因為橋博已經(jīng)將這影響計入到使用效應(yīng)的結(jié)構(gòu)重力效應(yīng)之中了，只單獨考慮其它活載（溫度、汽車荷載、人群荷載）對全橋整體結(jié)構(gòu)的影響，這里只對其對拱腳、1/4截面、拱頂，3/8截面，l拱腳截面影響進行驗算。表4.5上弦管拱腳（1號節(jié)點）的總內(nèi)力荷載類型軸力彎矩結(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max

40、m3.853e+002 1.115e+002人群minm7.508e+001 -9.050e+001表4.6上弦管1/4截面（20號節(jié)點）的總內(nèi)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+002 -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號節(jié)點）的總內(nèi)

41、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 5.286e+002 7.170e+001人群minm -5.191e+002 -4.268e+001表4.8上弦管3/8截面（58號節(jié)點）的總內(nèi)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

42、.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號節(jié)點）的總內(nèi)力荷載類型軸力彎矩結(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m

43、axm 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號節(jié)點）的總內(nèi)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+002 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號節(jié)點）

44、的總內(nèi)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-4.359e+002 6.610e+001人群minm 8.864e+002 -6.899e+001表4.12下弦管拱頂截面（116號節(jié)點）的總內(nèi)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

45、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號節(jié)點）的總內(nèi)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.

46、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號節(jié)點）的總內(nèi)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9.785e+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）在計算節(jié)點

47、的活載內(nèi)力時，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+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）在中規(guī)定：車道數(shù)為兩車道時，車道橫向折減系數(shù)=1(全橋為雙向四車道)；計算跨徑150l400

48、時，縱向折減系數(shù)=0.97（全橋計算跨徑l=217）.汽車的沖擊系數(shù)根據(jù)公路鋼管混凝土橋梁設(shè)計與施工指南中的公式計算： =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+0.057361.46+0.0748=1.164.3 內(nèi)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)計算）。永久作用的設(shè)計值效應(yīng)與可變作用設(shè)計值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達式為： 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)計值;結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，本橋采用1.1;第個永久作用效應(yīng)的分項系數(shù)，對結(jié)構(gòu)的承載能

49、力不利時取1.2，對結(jié)構(gòu)的承載能力有利時取1.0;第個永久作用效應(yīng)的標準值;汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）的分項系數(shù)，取1.4;汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）的標準值;在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）、風荷載外的其他第個可變作用效應(yīng)的分項系數(shù)，取1.4;在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）、風荷載外的其他第個可變作用效應(yīng)的標準值;在作用效應(yīng)組合中除汽車荷載效應(yīng)（含汽車沖擊力）、風荷載外的其他第個可變作用效應(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)）。永久作用標準值效應(yīng)與可變作用頻遇值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達式為： 式（4.6）式中： 作用短期效應(yīng)組合設(shè)計值；第個可變作用效應(yīng)的頻遇值系數(shù)，汽車荷載（不計沖擊）為0.7，人群荷載為1.0，溫度梯度作用為0.8； 第個可變作用效應(yīng)的頻遇值。c.作用長期效應(yīng)組合（用于正常使用極限狀態(tài)）。永久作用標準值效應(yīng)與可變作用準永久值效應(yīng)相組合，其效應(yīng)組合表達式為： 式(4.7)式中： 作用長期效應(yīng)組合設(shè)計值；