钢管溷凝土拱桥设计.doc

幂造隅痞仿钾利灵仑喘较莱鸵捻卑还换诡吱对显笋吃田抢渍殉除广裁硅啊拨画哇心乐疥姓床嗅糕封廓贩歉办饥尼息鹤贷内泛丫粪求耪趴衙什障闭沮嚎含为崭歉分沫候馋虱鸿贸胰晶哨整褐把拨韵旨只倒已炸连佣叫薛毫婉赛嫉践存小装伏铣藏起嫡讽玻剐盛现为漱著睁砍荷典材剔班萧抬闲导腾搽干括魂脯赊满荤肆逐息艾象口柑限逢低糕键厨馏碍凌悉须简啸熄稍酸氰浸逻徐琵炳务黔崔淋驯漱娇吱谁茶黄距疲疏正念涂贷罗坐处仪纯虱替雌曰堂啮屁纵损暑孩浮去定识批贫驹泊耀蕴孺略出灼劲秃齿遭揣桂任颜搅淌韧滓躁牢脓址撤乙讣朵陕踌姚熏怎稿氛硝辈炯股钉础文删茎服泄景蓑栈寝叶币龙 杨梅：沙塘坝大桥（钢管混凝土拱桥） 钢管溷凝土拱桥毕业设计论文 土木工程桥梁专业毕业设计（论文）761第1章 设 计 资 料1.1 基本资料及设计依据1.1.1 基本数据课题内容：一、勘察资料：芒镇鲁甫舔纪秘虐糯陀膨孟禁倚厄值锗牙蠢内簿骂仆淆淬孙霄邻潘难姐语冤彭蔚泊谁么肋阵夫客冬粒沟休小毫淋酝整隔上缔赖格妮酵记孰裳普廊酷耶祥翁沾恃厌祖牵苞当赎雹汁腥窟碌此匣潦处态须屈序栽盘坏癌磋雄梢玄壁且熬侵学略侄窿贱酿础蒸玲多赏辣硷吸炕屹铸鹊吞掉届坚包婴殊尘饿彰始宫锰扦初迎夸迭苹斤朵独咒尖吩隶哺剖浮莉负乾崇竖偏误篇幅钓惰鄂言嘛箔垛驼彝弱搐勾擦定现名糙季演叹隶矢搜橡境癌眉歇庶隧丸昔将舱可投谓篓傀脑平藤魄描洗蜀挣凄婚灾练馒玛急墟瓦怜菏悲靳删尾象或碗馅锄尘殃店辰榨摸离森僧咙窄鹿敦奶粒脂窍铲枪霸铱惧剃挛官遁丢胞炎日慧吟陈钢管溷凝土拱桥设计厉歪琶掉篡捂泼耽柜铱治锚尝伤悍滤陕坑斡搽幕啄藩备梁俊茶厉凛茄袜若毒床渍横惜羞抹轧酌啊烟矿痔倡赵诧施贵帮吼般庚宙烂唾帕寿扁远挂茂透褒着眩桩幢爱谷沾卞苛般锭痹株孺抉贮贮微陪饶刮撒滦唬瞄掀菇绪炯炒拍询泛龙拢粪洼免庐乘米鹤持瓦讹识汕疡仕捅擦扑篇守勋碌杠忘捶糙抨羡葵笨雄雹厉凯半包盈薛渴炳笋颓楷珊迄迟擦未彩匣官挚躬棠皱郭榨生榆杉滑僻糖栽扣佐社唯悠泛拦硷水盛添忌行艾濒阮钒拙徒徊恢参旅英绣局王阎颊诞蛙薄狭扯湖雌盐汰物质三冀膜辰忌氨动赁磨双贿挽赛谈躲刑氢盆肩苗宏责著光抱茹凋儿寡擞拣蹿日翘柔介迄研析厌停帆唱煎咆捻阐寥始盖介裁惋第1章 设 计 资 料1.1 基本资料及设计依据1.1.1 基本数据课题内容：一、勘察资料： 1建桥理由 云南普洱市规划的需要，建桥后将大大减少市中区车流量，改善市区交通。该桥位于云南普洱市，跨越小黑江。 2河流及水文情况历史最高水位：1020.8米；通航水位： 995.5米；常年水位： 988.0米；低水位： 979.2米； 3当地建筑材料情况砂石、钢材均可供应。 4气象情况最高温度：41；最低温度：5.1；最大风速：43m/s； 5地质情况基岩以紫红色粉砂质泥岩和泥质砂岩为主，覆盖层512m。二、桥位横断面地形资料桩号 地面标高 桩号 地面标高K1+212.69 1031.60 +328.22 976.02+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 +428.55 983.43+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课题任务要求：对沙塘坝大桥进行设计，其设计标准为： 1设计荷载：公路I级； 2行车道宽：12m+21.5m（人行道）； 3通航标准：内河通航标准四级；主要参考文献（由指导教师选定）：公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）公路圬工桥涵设计规范（JTG D612005）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D622004）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）公路桥涵设计手册梁桥（上、下册）公路桥涵设计手册拱桥（上、下册）公路桥涵设计手册基本资料公路桥涵设计手册墩台与基础桥梁工程（上册）范立础编桥梁工程（下册）顾安邦编桥梁施工与组织管理（上、下册）黄绳武编12桥梁毕业设计指导书第2章 桥型方案比选2.1方案比选桥型方案比选是初步设计阶段的工作重点，同时也为后续工作做铺垫。在此阶段先根据桥址处的河床断面、水文、地质、通航要求等拟定五个初选方案，将五个初选方案在米格纸上绘制在米格纸上。再对这五个方案进行比较，选出三个推荐方案，再对比三个推荐方案，根据材料用量，施工难易程度、运行养护条件、对通航的影响等最终选出最合适的桥型。2.1.1 初选方案：（5个）1. 主桥为净跨径214.5m的中承式钢管混凝土拱桥，引桥为14.28m+14.88m的简支梁。2.跨径组合为65m+115.6m+65m的三跨连续刚构桥。3.跨径组合为65m+115.6m+65m的三跨连续梁桥。4. 主桥为净跨径214.5m的中承式箱肋拱桥，引桥为14.28m+14.88的简支梁。5.跨径组合为20m+205m+20m的三跨悬索桥。2.1.2 比选方案：（三个）方案比选主要依据施工难易、安全可靠、适用耐久、经济合理的原则，同时根据所在公路的作用、性质和将来发展的要求，按照美观和有利于环保的原则设计。桥型的选择要求在技术上是可靠的，在施工上是切实可行的。综上所述，本次设计的三个比选方案如下：方案一：中承式钢管混凝土拱桥（图2.1）（1）桥跨布置：主跨为计算跨径217m的等截面悬链线中承式钢管混凝土拱桥，净矢跨比为1/5，净矢高为43.4m，主跨左边为14.28m的单跨钢筋混凝土简支梁，主跨右边为14.88m的单跨钢筋混凝土简支梁。（2）上部结构：主跨的上部结构采用两片四肢格构形的桁架腹杆拱肋通过K字横撑连成整体。拱肋高为4m，宽为2.5m，弦杆采用100022mm的钢管，内灌中交新C50混凝土，弦平联为50010mm的钢管，内灌中交新C50混凝土，直腹杆和斜腹杆为50010mm的钢管，弦杆、横联管、横撑、直、斜杆都为中交新Q345钢。吊杆横梁为钢筋混凝土横梁，桥面板为钢筋混凝土空心板梁。（3）下部结构：拱座为重力式的台阶式拱座，拱上立柱为钢筋混凝土柱式立柱。简支梁的桥墩为双柱式，与主拱公用拱座作为基础，桥台为重力式桥台。（4）受力特征：拱桥主要承受压力，由于水平推力的作用，使得拱圈中的弯矩大大减小，同时恒载和活载所产生的内力主要由钢和混凝土组合截面承受。钢管对核心混凝土有套箍作用，既能受拉又能受压，同时核心混凝土增强了钢管壁的稳定性，使核心混凝土处于三向受力状态。（5）施工方法：主拱圈采用悬索吊装施工，跨中合拢；横梁采用工厂预制，现场吊装，纵梁现场浇注；拱座采用明挖扩大基础的重力式拱座；引桥简支梁采用现场浇注，；桥台采用明挖扩大基础的重力式桥台。表2.1主要工程数量表 项目材料上部结构下部结构合计拱肋+横撑吊杆横梁纵梁拱座桥台+立柱+交接墩C50（m）2020636.39947.7925738.8686.629430C40（m）994.59994.59钢筋（T）445.48 663.456886.63754.748086.86钢绞线(T)52.4 52.4钢板(T)943 934（6） 综合评价：中承式钢管混凝土造型独特，线形明晰，与当地地形很协调，同时此处有很高的通航要求，所以采用缆索吊装施工方法时，不会影响通航要求。还有采用钢管混凝土，可大幅节省材料：纵梁和横梁都在工厂预制，节约了施工时间；基础和拱座都采用明挖基础，节省了工程费用；同时在施工中钢管本身是耐侧压的模板，省去了支模、拆模等工序，也节约了时间。但是对于钢管混凝土拱桥的设计与施工都没有具体的规范指导，所以设计和施工中都存在一定的问题，譬如管内混凝土脱空，钢管焊接的问题，钢管的养护、管内混凝土开裂不易查不易补，组合截面受力分析存在误差等。 图2.1中承式钢管混凝土拱桥（尺寸单位：mm）方案二：预应力混凝土连续刚构桥（图2.2）（1） 桥跨布置：此方案的桥跨布置为65m+115.6m+65m的三跨连续型刚构桥。（2）上部结构：此桥采用二次曲线，主梁采用单箱单室变高度箱梁，箱梁顶板宽15.5m，底板宽7.45m；根部梁高为7.3m，跨中梁高为2.66m；全桥箱梁顶板厚度不变，都为0.245m，腹板不等厚，跨中到根部从0.5m过渡到0.7m；底板为不等厚，由跨中向根部处随二次曲线y=ax2变化，逐渐变厚，从0.25m渐增加到0.5m；悬出部分长度相同，均为4.04m；人行道净宽1.5m，高0.2m，人行道护栏采用1.2m*0.25m。（3）下部结构：本方案下部结构采用双薄壁墩。横桥向墩总宽为7.455m, 纵桥向墩总宽为7.5m,单个宽2m,承台厚2m，9.479m9.45m，桩基础为柱式群桩基础，四支，单直径2.5m。桥台采用重力式U型桥台，基础全部采用钻孔灌注桩基础。（4）受力特征：，它是一种墩梁固结，采用双薄壁墩使得顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大；顺桥向抗推刚度小， 对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响有利。（5）施工方法：对于主梁施工是采用挂篮悬臂浇筑法，在中间现浇合拢。桥基础施工采用钻孔灌注桩基础施工，墩身采用滑模施工，桥台采用明挖扩大基础施工。表2.2 主要工程数量表 项 目材料上部结构下部结构合计主梁横隔板桥面板及铺装墩桥台 基础承台C50（m）11000.1649.33204189.457 1374.45359.117882.87C40（m）5992.752 5992.752钢筋（T）2090.0310.65 819.307419.596.225.13450.8钢绞线(T) 208.260 208.260预应力钢筋(T)132.0132.0钢板(T) 267 267沥青混凝土（m）320320（6）综合评价：1）连续刚构桥无伸缩缝。行车比较平顺、舒适。2）由于墩梁固结节省了昂贵的支座费用；3）采用双薄壁墩使得顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大；顺桥向抗推刚度小， 对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响有利；4）施工中采用悬臂浇筑不会影响通航要求。除了上述优点，还有很多缺点: 3）结构刚度、变形、动力性能不好，混凝土和钢材用量都很多，不经济。4)悬臂施工时，左右不对称，当靠近端部时边跨要配重来平衡，所以增加了施工难度，同时基础施工在水下施工，也增加了施工费用和难度。5）抗撞击能力较弱，承受事故能力不好。图2.2 预应力混凝土 连续刚刚构桥（尺寸单位：mm）方案三：预应力混凝土连续梁桥（图2.3）（1） 桥跨布置：此方案的桥跨布置为65m+115.6m+65m的三跨连续型梁桥。（2）上部结构：此桥采用二次曲线，主梁采用单箱单室变高度箱梁，箱梁顶板宽15.5m，底板宽7.45m；根部梁高为7.3m，跨中梁高为2.66m；全桥箱梁顶板厚度不变，都为0.245m，腹板不等厚，跨中到根部从0.5m过渡到0.7m；底板为不等厚，由跨中向根部处随二次曲线y=ax2变化，逐渐变厚，从0.25m渐增加到0.5m；悬出部分长度相同，均为4.04m；人行道净宽1.5m，高0.2m，人行道护栏采用1.2m*0.25m。 （3）下部结构：本方案下部结构采用双柱式墩，直径2.5m,承台厚2m，4m4m，桩基础为双柱式基础，直径2.5m。桥台采用重力式U型桥台，基础全部采用钻孔灌注桩基础。（4）受力特征：，它是一种墩梁分离，主梁连续的桥梁由于采用连续体系，全桥在恒载、活载作用下，弯矩分布合理，采用预应力技术适用于多种施工方法，提高了施工质量，降低了施工费用，且结构刚度大,变形小,动力性能好，主跨跨径较大，能满足通航要求，主梁变形曲线平缓，有利于高速行车，但是对基础要求相对较高，对基础沉降，温度，收缩徐变及地震不利。（5）施工方法：对于主梁施工是采用挂篮悬臂浇筑法，在中间现浇合拢。桥基础施工采用钻孔灌注桩基础施工，墩身采用滑模施工，桥台采用明挖扩大基础施工。表2.3 主要工程数量表 项 目材料上部结构下部结构合计主梁横隔板桥面板及铺装墩，盖梁桥台 基础承台C50（m）11000.1649.3320650.186 472.9711212564.162C40（m）5992.752 5992.752钢筋（T）2090.0310.65 136.23419.533.27.841687.09钢绞线(T) 208.260 208.260预应力钢筋(T)132.0132.0钢板(T) 267 267沥青混凝土（m）320320支座（个）1616（6） 综合评价：1）连续梁桥无伸缩缝。行车比较平顺、舒适。2）恒载，活载作用下受力均匀，合理；3）采用主梁连续的结构，使得墩梁交接处产生负弯矩，有效减少跨中弯矩，减小梁身的工程量。4）施工中采用悬臂浇筑不会影响通航要求。除了上述优点，还有很多缺点: 5）结构刚度、变形、动力性能不好，混凝土和钢材用量都很多，不经济。6)悬臂施工时，左右不对称，当靠近端部时边跨要配重来平衡，所以增加了施工难度，同时基础施工在水下施工，也增加了施工费用和难度。7）临时支座和永久支座的施工，养护费用较高。8）抗撞击能力较弱，承受事故能力不好，对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响不利。 图2.3 预应力混凝土 连续梁桥（尺寸单位：mm）2.2推荐方案比选对以上三个比选方案进行施工，经济，受力方面的比较表1.1 各方案的技术经济比较方案类别比较项目第一方案第二方案第三方案主桥跨桥型结构中承式钢管混凝土拱桥（主跨214.5m）连续刚构桥65m+115.6m+65m连续梁桥65m+115.6m+65m主拱圈高度4m养护维修工作量少少少设计经验技术水平国际先进水平，有成桥参考，但不是很多经验多，国际先进水平，设计理论先进经验多，设计理论先进施工对通航的影响没有较小较小施工方法和难易程度缆索吊装；经验成熟，施工简单需进行深水基础施工，桥两端要进行大面积的挖方，施工较难需进行深水基础施工，桥两端要进行大面积的挖方，施工较难，支座费用高养护难工 期较短较长较长工 程 数 量混凝土(m)10424.592419618876.914钢筋、钢材(t)9020.863849.82086.09钢铰线(t)52.4208.26208.26比选结果优选可选可选 经过施工难易程度、施工对通航的影响、造价等各方面的比较，显然第一个方案钢管混凝土拱桥是最合理方案，故把钢管混凝土拱桥定为最终方案。其优点如下:（1）施工方面来说，采用无支架的缆索吊装施工方法，不会影响通航要求，同时空钢管架设吊装重量轻,又可作为施工支架和内填混凝土的模板,因而浇注混凝土时可省去支模、拆模等工序，施工用钢量省,工厂化、工业化水平高,加快了施工的速度，同时加大了跨越能力。对于基础的施工也采用明挖基础，节省了工程造价。（2）钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起支架和模板的作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可以节省脚手架，缩短工期，减少施工用地，降低工程造价。（3）受力上来说，首先，钢管借助内填混凝土增强自身的稳定性;其次，借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；再次，钢管本身就是钢筋，既能受压又能受拉，所以节省了钢筋用量。同时钢管混凝土主要承受轴向力，处于三向受力状态的混凝土更能适应。中承式钢管混凝土拱桥的总体布置如图2.4所示。图2.4 中承式钢管混凝土拱桥的总体布置图（尺寸单位：mm）第3章 结构构造设计3.1 设计资料3.1.1设计标准1. 桥面宽度：桥面设2车道，全桥宽组成为：12m（车行道）+20.25m（防撞护栏）+1.5m（人行道）2+1.65m（拱肋宽）2=18.7m。2.荷载等级：公路-级。3.桥面横坡：车行道2%，人行道2%。4.全桥纵坡：0.5%4.通航标准：通航净空60m8m。3.1.2材料性能参数（1）混凝土强度等级C50，主要强度指标为：强度标准值 =32.4Mpa， =2.64Mpa 强度设计值 =23.1Mpa, =1.89Mpa弹性模量 Ep=3.45Mpa强度等级C40，主要强度指标为：强度标准值 =26.8Mpa， =2.39Mpa强度设计值 =19.1Mpa, =1.71Mpa弹性模量 Ep=3.25Mpa强度等级C30，主要强度指标为：强度标准值 =20.1Mpa， =2.01Mpa强度设计值 =14.3Mpa, =1.43Mpa弹性模量 Ep=3.00Mpa（2）Q345钢强度设计值：厚度d16mm时， 抗拉、抗压和抗弯f=310Mpa,抗剪=180Mpa厚度d16-35mm时， 抗拉、抗压和抗弯f=295Mpa,抗剪=170Mpa厚度d35-50mm时， 抗拉、抗压和抗弯f=265Mpa,抗剪=155Mpa厚度d50-100mm时， 抗拉、抗压和抗弯f=250Mpa,抗剪=145Mpa物理性能：弹性模量：=2.0Mpa；剪切模量： G=7.9Mpa线膨胀系数：质量密度 ：3.2 结构尺寸拟订 在本桥的设计过程中，我参阅了羊角乌江一桥和宜宾金沙江大桥的尺寸拟定，同时，参阅了其他与该桥跨径相当的中承式钢管混凝土系杆拱桥的细部尺寸设计，借鉴了公路钢管混凝土桥梁设计与施工指南。同时在指导老师张老师的建议指导下，大桥的细部尺寸拟定如下：3.2.1总体设计本桥主跨采用净跨为214.5 m的中承式钢管混凝土拱桥，净矢跨比为1/5.主拱肋为钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的桁架结构。主跨桥面设柔性吊杆、钢筋混凝土横梁、桥面沥青混凝土。3.2.2 结构构造1.主拱肋本桥拱肋采用钢管混凝土桁架结构，在上下弦杆钢管内泵送50号混凝土，弦杆之间钢板间泵送50号混凝土，腹杆和弦杆之间的钢管均为空钢管，横撑采用钢管内泵送50号混凝土，以充分发挥钢管混凝土承压能力强的特点，满足桁架弦杆受轴向压力较大的需要。由于钢管混凝土拱桥设有很多柔性吊杆，同时间距都相等且不大，所以荷载接近于均布荷载，所以选择拱轴系时尽量靠近1取，然后进行优选。拱肋全高为4.0m，上下弦杆各为两根1000 mm22 mm的Q345钢管；上、下弦杆两根并列钢管间用厚100mm的Q345钢板；腹杆为500 mm10 mm的Q345空钢管。本桥拱脚段拱肋在汛期将有15m左右高度淹没于水中，考虑到拱肋的防撞和拱肋的构造需要，应将从桥面至拱脚这段拱肋做成钢管混凝土实腹结构，即上下弦管间以钢腹板连接，腹板间灌注混凝土形成实腹段。建模期间，由于本人知识能力有限，将从桥面至拱脚这段拱肋做成钢管混凝土桁架结构，即上下弦管间以钢管连接。两条拱肋间设有七道K形空间格构横撑，以保证主拱肋的横向稳定。K形横撑基本上是均匀分布，间距为24m。主拱肋横截面构造见图3.1：图3.1 拱肋横断面构造图 （尺寸单位：mm）2.吊杆吊杆共30对60根，纵向间距5.8m，采用PES7-73平行钢绞线成品拉索（1524Mpa）,两端配置相应的冷铸锚，上端为张拉端，全部锚于上弦空钢管处，下端为固定端，锚于钢筋混凝土空心板梁上。3. 横梁本桥拱肋横向中心到中心的距离为14.5m，此即为吊杆横向间距，因此横梁计算跨径亦为14.5m。横梁为钢筋混凝土横梁，其重力为 2120kN;横梁全长为18.9m，端部梁高为1.2m，跨中梁高为1.5m。横梁外形尺寸见图3.2.图3.2 横梁外形尺寸（尺寸单位：mm） 4. 纵梁桥面系拱上连续纵梁为厚0.4m空心板，两端简支梁为厚0.75空心板。 图3.3 纵梁外形尺寸（尺寸单位：mm）桥面系主要由行车道梁和桥面铺装组成。行车道梁为跨径5.8m的钢筋混凝土空心板梁，梁高0.4m，简支搁置于横梁上。（横梁上安放橡胶支座）。桥面铺装为0.1m厚的混凝土+0.1m沥青混凝土铺装层，行车道横向坡度为2.0%,行道为2.0%,栏杆和扶手均用钢筋混凝土。5.拱上立柱拱上立柱为钢筋混凝土的柱式立柱，直径1.2m,拱上立柱的盖梁为C50的钢筋混凝土结构，高为1.5m。交接墩为立柱式，直径1.5m。6.拱座由于地质条件良好，拱座主要采用实体式的台阶式的钢筋混凝土结构。第4章 主拱内力计算及组合4.1 主拱结构计算图示设计时的拱桥在桥面以下部分为了抵抗船只的撞击并且防止涨水是的冲击，所以将这部分做成实腹段，但是由于我建模的知识有限，同时为了节约时间，所以全桥都模拟成杆件单元，由于拱脚处的拱座刚度很大，有一定的抗弯能力，所以模拟成无铰拱结构进行力学计算，其结构计算简图见图4.1。图4.1计算图式4.2 主拱肋结构静力计算4.2.1.拱轴线的选取拱轴线的选取工作既是寻找合理的拱轴线。所谓合理的拱轴线就是拱肋各控制截面的内力比较均匀、接近，且各内力峰值较小,恒载压力线和截面中心线重合的最合适拱轴线。本桥由于有吊杆的存在，同时间距不大且等距，在运营阶段来说，恒载和活载所产生的力通过吊杆传给主拱圈，加到拱圈上的力和均布荷载差不多，所以选择拱轴系数时靠近1.0选择，分别取拱轴系数1.4、1.5、1.6进行建模计算在成桥状态下的弯矩、轴力进行比较，对拱轴系数进行优选。表4.1 拱轴系数1.5位置拱脚1/4跨比值 Y1/410.2425f=43.40.23606912442弯矩21252410.0324970503.09950.23387950318表4.2 拱轴系数1.4位置拱脚1/4跨比值 Y1/410.2535f=43.40.23625576弯矩21252355.2535076751.9360.23887950210表4.3 拱轴系数1.6位置拱脚1/4跨比值 Y1/410.2355f=43.40.235841013弯矩21252556.2504949072.0890.23286950222 根据合理拱轴线的选择原则，手算计算后判断有：总的来说，拱轴系数m=1.5的时候，拱轴线计算原则下，(Y1/4/f-m1/4/m)0.025,满足条件，所以最终选择拱轴系数m=1.5。4.2.2.计算跨径和计算矢高本桥=214.5，fo= /5=42.9m，h=4.0m, =1.5,查“拱桥”表（III）得，0.75011，=0.62501.主拱圈的计算跨径和计算矢高为：L=+h=217m=43.4m4.2.3结构单元的选取和划分主拱肋为典型的平面杆件系统，在建模之前张雪松老师又对桥博建模进行了一次讲座，所以我用桥博进行拱桥的整体建模，但由于桥博不能表示空间的整体形状，所以建模时，取两片拱肋中的一片的1/2片进行建模计算（拱肋式四肢格构形）。虽然在桥面以下的拱肋为实腹段，但是为了简化模型，我把全桥都看成了杆件单元，不过在验算过程中在拱脚段填充混凝土以均布荷载进行加载，考虑自重的影响，但不考虑参与受力。腹杆与弦杆处的连接为刚接。在桥博建模之中，如果没有建桥面系，桥博建成的裸拱上面不能加汽车、人群等活荷载，但是如果加上立柱、桥面等又会对主拱的计算弯矩产生很大的影响，后来在张老师的建议下我将桥面、立柱等拱上结构EA、EI进行调整，使它们趋于0（当做虚拟桥面考虑）。最后，钢管拱整体划分为378个单元，上下弦管拱划分为152个单元，连接上下弦管的腹杆沿拱划分为144个单元，桥面划分为37个单元，两边的拱上立柱拱和盖梁共划分为6个单元，每根吊杆划分成一个单元，总共27个单元。另外横撑、横联管、桥面铺装不划分单元，以荷载的形式进行加载。特别值得一提的是由于是钢管混凝土桥型，钢管里面的混凝土时在拱肋在吊装合拢之后泵送，在桥博建模过程中将钢管和混凝土在不同阶段施工，最终一组合截面受力，由于过程较复杂，时间有限，于是，我并为对钢管和混凝土单独建模 ，是以组合截面换算为钢截面进行建模，运用特殊输入，模拟为面积相同，惯性矩相同的矩形钢截面来模拟组合截面受力。结构单元离散图见图4.2. 图4.2 拱单元划分 注:上面数字代表单元号，节点号。4.2.4施工和营运阶段结构内力的计算钢管混凝土结构施工阶段实际应该大体分为几个时期：第一阶段：墩台施工。第二阶段：缆索吊装施工，拼装拱圈钢管，每支钢管分段拼装，合龙，每拼装一段，阶段受力情况均不相同，合拢后，封铰。第三阶段：拱合龙之后，焊接钢板和腹杆，形成裸拱结构，受力情况变化，钢结构承受恒载，进行体系转化，加横撑结构。第四阶段：裸拱施工完毕后，对主拱钢管和钢板内泵送混凝土，先下弦再上弦，形成钢管混凝土裸拱结构，钢结构和混凝土结构分别承受恒载作用，待混凝土逐渐凝结，与钢管结构形成套箍作用，钢结构与混凝土共同形成组合结构共同受力。第五阶段：吊杆和横梁施工 。第六阶段：纵梁施工，吊杆之间纵梁先简支，然后二期施工浇注混凝土，连接形成连续结构。第七阶段：引桥施工。第八阶段：成桥状态，未施加二期恒载。第九阶段：成桥状态，施加桥面铺装，人行道，栏杆等。第十阶段：考虑混凝土收缩，徐变使用阶段：成桥状态时，恒载和活载的内力计算组合，同时对钢管截面进行验算。由于知识有限，时间不足，在张老师的建议下，我没有对拱桥的具体施工顺序进行分析，只对成桥状态，恒载和活载组合作用进行了模拟计算，同时对钢管截面进行验算:1.杆件单元材料性质和截面特性的处理（1）将钢和混凝土两种材料换算成同一种材料，换算公式如下： 式（4.1） 式（4.2） 式（4.3） 式中：混凝土弹性模量（50号）；钢弹性模量（Q235钢） 换算材料弹性模量； 钢面积； 混凝土面积； 换算材料面积； 混凝土惯矩； 钢惯矩； 换算材料惯矩； 钢容重； 混凝土容重； 换算材料容重； 单根弦管材料和截面特性为:=3.45MPa, =2.0Mpa,=9562=717439.76=(10002-9562)=67560.24=d4=9564=6.556941011mm4Ig=(D4-d4)=(10004-9564)=1.293061011mm4, 统一理论计算，取换算材料截面为直径等于弦杆外径的圆形截面，则：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为拱肋钢管内外直径，d=972mm，D=1000mm，见图4.3. 图4.3 拱肋横断面建模过程中，由于桥梁博士无法模拟组合截面的实际过程，我没有对实际施工过程进行模拟计算，只是运用特殊输入，将上下弦的哑铃形分别取其中心线，模拟成为面积，惯性矩相同的矩形钢截面，来代替组合截面模拟计算，将全桥模拟成平面桁架结构进行成桥阶段验算。图4.4：（单位：mm)=1773900=0.9311011mm4=293300Ig=0.3591011mm4 图4.4 哑铃型断面（外圆直径1m,管厚22mm,钢板厚10mm)（单位：mm)E=2.0MpaA=(+)/E=599297.75I=(+Ig)/A=0.51959751011mm4特殊输入，采用高1500mm，毛截面距中心线750mm的矩形截面，面积599297.75如图: 图4.5 特殊输入截面形状特征（单位：mm)2.主拱肋的内力（1）桥博建模计算中，施工阶段，全桥一次施工完毕，考虑收缩徐变，温度效应。这时得到上弦杆的拱脚（1号单元，1节点、2节点）、下弦杆拱脚（77号单元，78节点、79节点）、上弦杆拱顶（38号单元，38节点、39节点）、下弦管拱顶（114号单元，115节点、116节点），上弦杆拱L/4跨（19号单元，19节点、20节点），下弦杆拱顶L/4跨（95号单元，96节点、97节点），上弦杆拱3L/8跨（57号单元，58节点、59节点），下弦杆拱3L/8跨（133号单元，135节点、136节点）,上弦杆的L拱脚（39号单元，77节点、76节点）、下弦杆L拱脚（115号单元，154节点、153节点）的弯矩和轴向力；这些内力见表4.4。表4.4施工阶段，考虑收缩徐变，温度效应后恒载累积内力计算表 序号项目单元节点号1278793839115116弯矩1.816e+0044.901e+0041.639e+0047.018e+0044.563e+0034.754e+0034.392e+0034.961e+003轴向力2.862e+0042.861e+004-6.341e+004-6.352e+004 6.497e+004 6.497e+004 -5.379e+004 -5.379e+004 序号项目单元节点号192096975859135136弯矩-1.837e+003-1.902e+002-2.399e+003-9.834e+0011.707e+0035.464e+0021.873e+0037.114e+001轴向力-2.278e+004-2.283e+0044.173e+0044.168e+004 1.238e+004 1.243e+004 4.784e+003 4.839e+003 序号项目单元节点号7776154153弯矩1.173e+0042.606e+0041.065e+0043.915e+004轴向力1.489e+0041.487e+0043.265e+0043.254e+004 （2）使用阶段：在桥博建模过程中，将收缩、徐变影响考虑到了施工阶段过程之中，所以在使用阶段活载中就不单独考虑收缩、徐变的影响，因为桥博已经将这影响计入到使用效应的结构重力效应之中了，只单独考虑其它活载（温度、汽车荷载、人群荷载）对全桥整体结构的影响，这里只对其对拱脚、1/4截面、拱顶，3/8截面，L拱脚截面影响进行验算。表4.5上弦管拱脚（1号节点）的总内力荷载类型轴力弯矩结构重力（包括收缩徐变）2.862e+004 1.816e+004升温温差2.872e+002 4.918e+002降温温差-2.599e+002 -4.450e+002汽车MaxM9.053e+003 4.185e+002汽车MinM4.306e+003 -8.101e+003人群MaxM3.853e+002 1.115e+002人群Mi