梁桥拱桥斜拉桥比选拱桥设计计算书.docx

摘 要本设计的步骤为：根据设计任务要求，依据现行公路桥梁设计规范,综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了三跨连续梁桥、下乘式钢管混凝土拱桥、独塔双跨式混凝土斜拉桥三个比选桥型。按“实用、经济、安全、美观”的桥梁设计原则，比较三个方案的优缺点。比选后把下承式钢管混凝土拱桥作为主要推荐设计方案，并进行了结构细部尺寸拟定、主梁内力计算、主梁和桥墩配筋设计及控制截面强度、应力验算，活载变形验算等。经分析比较及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。关键词：比选方案;三跨连续梁桥;下承式钢管混凝土拱桥;独塔双跨式混凝土斜拉桥；主要推荐设计方案；结构分析;验算AbstractAbstract: the process of designment：According to the design assignment and the present Highway Bridge Specifications, Take the geological and the landform of the bridge site for further analysis, after preliminary selection, three bridge type schemas are presented, they are Three-span continuous beam bridge, Xia Sheng-type steel arch bridge and Single tower cable-stayed double-span concrete. Comparing their characters comprehensively, the Xia Sheng-type steel arch bridge is selected as the main design scheme by the philosophy of bridge design as “Practicability, Economy, Security, Beauty”. Through drawing up of structures dimension, internal force calculation of dead and living load, prestressed steel design, hypoforce calculation, assessment of prestressing loss, checking computation and pier of key section intension, stress, living load distortion, The conclusion can be drawn that the design is up to the assignment.Key word: Program Comparison ; Three-span continuous beam bridge;Xia Sheng-type steel arch bridge ;Single tower cable-stayed double-span concrete ; the main design scheme for further analysis ; Structure analysis and checking computation目录目录1第一章 前 言1第二章 基本设计资料及技术指标22.1设计依据22.2工程地质条件与评价22.2.1 地形地貌22.2.2 地基土的构成及工程特性22.2.3水文地质条件22.2.4不良地质现象及地质灾害22.3主要技术标准3第三章 桥梁结构设计方案比选43.1设计要求43.1.1设计标准及要求43.1.2主要技术规范43.2.桥型的方案比选43.2.1桥型选取的原则43.2.2入选方案43.3.3 推荐方案说明10第四章 模型设计及计算124.1 桥型与孔跨布置124.2主要技术标准及设计采用规范124.2.1主要技术标准124.2.2设计采用规范124.3桥梁结构设计说明134.3.1上部结构设计说明134.3.2下部结构设计说明134.4桥面工程及其它134.5桥梁结构分析方法144.5.1计算采用程序144.5.2荷载内力组合144.6主要建筑材料14第五章 上部结构计算165.1 桥梁的总体布置165.2 桥底标高165.3 拱肋刚度的取值：165.4 毛截面几何特征计算175.5 拱肋承载力计算：185.6 拱肋稳定系数计算195.7 作用组合195.8 横梁的计算205.8.1按平面静力计算205.9 建立全桥模型215.9.1 建立主拱圈模型225.9.2 矢跨比235.9.3 拱顶和拱脚高度235.10 全桥模型的建立245.11 辽河大桥静力特性分析275.11.1活载作用下主拱内力及应力275.12 辽河大桥动力特性分析335.12.1动力特性的分析方法335.13 全桥验算345.13.1 稳定性验算34第六章 施工阶段分析376.1 加工阶段介绍376.2 施工计算中的钢材应力标准:376.3 施工中关键问题在施工计算中的考虑37第七章 下部结构计算397.1 埋置式桥台设计397.1.1 地基承载力演算447.1.2 基底偏心距演算447.1.3基础稳定性演算447.1.4 沉降计算457.2 桥墩墩柱设计计算46第八章 施工组织设计558.1 编制依据558.2 编制范围558.3 编制原则558.4 工程范围558.5 进度计划安排568.6 劳动力安排568.7 确保工期的措施598.7.1 工期保证措施598.8 施工准备618.8.1项目部组建618.9 施工方案618.9.1 钢管拱桥的施工方法618.9.2 辽河大桥的施工过程638.9.3 辽河大桥施工要点698.9.4 雨季施工其它注意事项698.9.5 安全保证体系708.10 他应说明的事项738.10.1 现场文明施工738.10.2 环境保护73第九章 报价计算75总结与展望76总结76结论76展望76谢辞78第一章 前 言本次设计任务是：沈阳市辽河拱桥设计。桥梁所处河段平顺，河床较平坦。结合桥位的自然地质条件，拟定桥梁全长50米，我采用了钢管拱桥。为了提高工作效率，提高计算精度，使对结构物的受力分析更为符合实际，本次设计上部结构采用Midas/Civil桥梁计算程序进行电算、绘图采用AUTOCAD系统。因为桥梁的规划设计涉及因数很多，因此应根据所设计的桥梁的任务、性质及远景发展需要，按经济、适用及美观的原则进行总体规划和设计，为了在各种不同的桥型方案中选择一种最能满足设计要求的方案，就需要对各种设计方案进行详细的分析和比较，选出最适合的桥型。经过比较，我选择钢管混凝土拱桥作为设计题目。确定桥位之后，根据当地水文、地质、气候、温度等具体情况，合理的拟订桥梁的长度、跨径、孔数、桥面标高、主拱圈的矢跨比等，这些是拱桥总体布置的主要内容。本次设计通过MIDAS建模分析，用CAD完成了：方案比选图、全桥布置图、主跨结构图、横隔梁配筋图、桥面板结构及配筋图并附有桥面系布置图。通过毕业设计，培养了我们综合运用基础理论、基本知识和基本技能分析和解决实际问题的能力，它为我们以后的学习和工作做了很好的准备和铺垫。我将把握此次毕业设计的契机，把我的专业知识的储备和运用所学知识的能力迈上一个新的台阶。在本次设计中，我得到我的指导老师及教研室老师的悉心指导和热诚的帮助，在此我一并表示衷心的感谢，同时也感谢学院领导对我们的督促，以及各位同学对我的关心、帮助。鉴于本人水平有限，设计中的错误和遗漏之处敬请各位老师予以批评指正。时间飞快，设计已接近尾声，回首这段生活，感觉它是生命中一段愉快而充实的时光。更为重要的是，这是理论与实践的一次尝试，是理论指导实践，实践丰富理论的体验。在这个过程中，我获得了最大的锻炼，独立思考能力的提升，同时也巩固了专业技能，为日后投身实践打下坚实基础。忧患永存，不断学习！第二章 基本设计资料及技术指标2.1设计依据1 沈阳市建设局关于沈阳市辽河公路大桥设计的设计函2 沈阳市辽河路道路岩土工程勘察报告3 公路桥涵设计手册-拱桥（刘效尧、赵立成主编）4 桥梁工程（邵旭东）5 基础工程（凌治平、易经武主编）6 北京Midas/Civil有限元分析软件7.4.1版7 桥位勘测设计(高冬光主编)8 桥梁计算示例集(易建国主编)9 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTD62-2004)2.2工程地质条件与评价2.2.1 地形地貌桥址范围为河漫滩，桥区周围地区地形平均，区内地势东高西低，南高北低，海拔在38米57米之间。地形较为平坦、开阔，地貌类型属于河流冲积地貌。2.2.2 地基土的构成及工程特性经钻孔揭露，场地内地层较简单，根据土层的结构、构造、特征及力学性质分为5层，含沙量较少。各岩土体主要物理力学性质指标及承载力取值见岩土工程勘察报告。2.2.3水文地质条件桥址范围内地下水流量中等，地下水类型以第四系松散层孔隙潜水为主，少量风化裂隙水。主要含水层为圆砾层、圆砾层、圆砾层，含水量中等。地下水主要受河道水位影响，地表水主要受大气降水、人工排泄的影响。地表水、地下水的水质良好。根据水文资料和当地建筑经验，桥位处地下水对混凝土及钢筋均无腐蚀性。2.2.4不良地质现象及地质灾害桥址范围内不良地质现象补发育，场地地形较为平坦、开阔，不存在滑坡等不良地质现象。但由于河水流量较大，设计时应充分考虑河流冲刷作用。2.3主要技术标准1 车道数：双向两车道；2 设计行车速度：40km/h；3 设计荷载：公路I级；人群荷载：kN/；4 桥面横坡：行车道1.5%人字形双面坡，人行道1%向内单面坡；5 设计使用年限：设计基准期为100年。第三章 桥梁结构设计方案比选3.1设计要求3.1.1设计标准及要求1 设计荷载：公路-I级，双车道；2 设计车速：40km/h；3 桥面净宽：1m(拱肋及栏杆) +2m(人行道)+0.25m（路缘带）3.75m（行车道）2=14m；4 桥面纵坡：纵坡3.0%，横坡1.5%；5 通航条件：三级航道；3.1.2主要技术规范1 公路工程技术标准JTG B01-2003；2 公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004；3 公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范JTG D62-2004。3.2.桥型的方案比选3.2.1桥型选取的原则1 符合一级公路要求。2 桥梁结构造型简洁轻巧，与拟建桥址处的环境相统一。3 设计方案要保证结构受力合理，技术可靠，施工方便。3.2.2入选方案方案一：变截面连续刚构桥1 桥型布置及孔径划分本方案采用3跨的连续梁桥，不但可以减少建筑高度，适当增大跨径，还可提高行车舒适性，在同时考虑了抗洪水要求后，拟定孔径为：15+20+15=50m，如下图：（单位：m）图 3-1变截面连续刚构桥总体布置中孔的计算跨径为2000cm，而边跨考虑了边横隔板（厚80cm）的影响，取横隔板中心线即支承中心线至梁端距离为2920cm，这是两边孔的计算跨径。由于随着钢支架的采用和支架构件的标准化和装配化，整体式支架现浇在中，小及大跨径桥梁中均有使用，在本方案拟定采用整体式支架现浇的施工方法。这也适合变截面梁的要求，使其曲线线型更易于控制。2 截面形式及截面尺寸拟定(1) 主梁采用变高度的箱型截面，梁高取=2.25m，高跨比为： /L=2.25/10=0.225跨中梁高=1.5m，/=2.25/1.5=3/2。选用箱型截面是因为：1) 箱型截面整体性好，结构刚度大；2) 箱梁的顶板可提供足够面积来布置预应力钢束来承受正，负弯矩；3) 可提供较大的顶板翼缘悬臂，底板宽度相应较窄，可大幅度减少下部结构工程量。采用变高度的箱梁则是为了适应连续梁的内力变化。(2) 截面尺寸由于上下行交通分离式的双幅桥面，每幅桥面宽度为：0.5+8+0.5=9m。取单箱双室的构造断面。根据经验，当顶翼缘板悬臂长度在2.5m以内时，可以不考虑横向预应力筋的布置。为使梁构造简单，取顶板翼缘外悬1.5m，则箱梁的顶板宽度为9.25m。3 考虑布置预应力钢束，普通钢筋及承受轮栽的需要，箱梁顶板厚度一般为20-25cm左右，本设计方案取为25cm。4 根据设计经验资料，设置防撞护栏时，箱梁顶板翼缘端部一般为15-20cm左右，本设计取20cm，而翼缘根部厚度为30cm。5 箱梁底缘曲线方程中孔梁底缘曲线可设置为圆弧线，半立方抛物线等线型。本设计选用二次抛物线。梁底曲线方程为：(3-1)式中：梁底曲线矢高。本桥为2.25-1.5=0.75=75cm梁底曲线跨径。本桥为3000-120-500=2380cm其中，为布置支座特在支座附近梁底设置120cm（支承中线每侧各60cm）的水平段；另外，为美化梁底曲线，在跨中附近梁底设置500cm的水平段（根据跨中对称布置）。梁底曲线局部坐标系如图所示。图 3-2 梁底曲线局部坐标系（单位：cm）6 箱梁底板厚度设置整体支架施工的连续梁桥，中承处的负弯矩较大；同时，考虑到中承处支点反力大，产生在支点截面内剪力大的原因，需要使箱梁底板适当加厚，以提供必需的受压及抗剪面积。而跨中则是正弯矩较大，应避免该区段底板过厚而增加恒载弯矩。因此，就有底板厚度按“中薄边厚”设置的一般规律。需要说明的是，箱梁底板厚度的设置方法很多。其它方法如确定最大，最小厚度后，底板上，下缘均按圆弧线或抛物线设置，都可在实际工程中采用，可依计算简单，防样方便的原则灵活选用。7 腹板宽度从受力方面来说，连梁支点附近承受剪力较大，腹板宜增高加宽；各跨区段承受剪力较小，腹板可适当降低减薄。其过渡方式可选用台阶式或斜直线过渡型。本设计采用斜直线过渡型。且其各区段渐变位置长度均与底板的渐变相对应，即在距中支点（b,c,d,e）1060cm内开始由40cm向30cm过渡，中支点直线段腹板均等厚40cm，其余区段厚度均为30cm，这是中孔的过渡方式。对于边孔，在中支承附近（b,e）与中孔相对称，在距边支承中线460cm处，腹板由30cm加厚至40cm，直至端横梁。8 横隔梁（板）设置在箱梁支承处内设横隔梁，其中桥台处支点上内横梁宽80cm，在中支承处横梁宽120cm，在上图可以看其布置示意图。另外，为增强箱梁的抗扭性能，在跨中均设置宽度为20cm的横隔板。所有横隔板（梁）与箱梁内侧相交处均设置10cm10cm的承托，以利于脱模。方案二：下承式拱桥根据地质地形图，采用下承式拱桥，主拱两边布置桥台，以适合本段地质情况。拟定总体布置图如下图所示。图 3-3下承式钢管拱桥总体布置1 桥型布置及孔径划分采用钢管拱以减少支架、模板，减少构件截面尺寸，使砼和钢材用量降低，从而降低费用，造型美观。拱桥跨径为：50m。拱圈线形采用抛物线。（2）几何截面形式尺寸拟定正桥主拱圈采用双肋式，其主要尺寸如下图所示：肋宽0.8m，肋高2.0m图 3-4 拱肋 单位（cm）2 拱肋间的横向联系大跨径拱桥的横向稳定性是一个突出的问题。对于中下承式拱，有时为加强其横向稳定性，将其两肋倾向而成提篮拱；另外，对于中、下承式拱桥，横向联系的布置受行车空间的限制，因此靠桥面一节的横向间距较大，拱顶附近则可以密些，这种不等间距的问题随失跨比的减小而突出。中承式拱桥中，一部分拱肋在桥面以下，而桥面以上部分受行车空间限制不可能设置很多横撑，桥面下部可采用刚度较大的“k”或“x”式横撑，以加强拱脚段横向刚度，又不至于影响美观。考虑到本桥桥面宽度与跨径之比较大，在桥面上设置5道横梁。拱顶处横撑主要承受肋拱的扭转变形，横撑承受竖向弯矩，增加了对拱肋处的扭转变形的约束，提高稳定性。L/4处的横撑承受附近拱肋的相对错动引起的横向弯矩，对约束拱肋的相对错动有较大作用。3 吊杆吊杆为局部受力构件，其受力大小与主桥的跨径关系不大。吊杆受力中活载占有较大的比例。一般要求吊杆有高的承载能力，稳定的高弹性模量（低松弛），良好的疲劳性能，及耐腐蚀性能。本设计采用615的高强钢丝作为吊杆，钢丝外加PE保护。吊杆两端采用冷铸墩头锚具锚固，张拉端设置在拱肋上，两锚固点均为玻璃钢（grp）罩防护，罩内填充防护剂。吊杆的间距一般应在 （1/10-1/16）l范围内，跨径越大，吊杆间距也应越大。但应注意的是，如果其间距太小，吊杆用量多，外观不美观；间距太大，纵梁弯矩增大，影响经济性。根据以上原则，拟定吊杆间距为5.0m，其与净跨径之比约为1/16。在拱肋与桥面相交处设置的固定横梁采用如普通横梁的截面尺寸，不同的地方在于加强了钢筋连接以及与拱肋的固结，以抵抗此处较大的弯力，剪力。4 桥面系本桥采用纵铺桥面板。在横梁上，现浇混凝土矩形行车道板，其长度为吊杆的间距大小。桥面板铺设完毕，在其上现浇8cm钢筋混凝土铺装层+7cm沥青混凝土。活载经桥面系通过横梁传递给吊杆，再经吊杆传递给主拱肋承受。方案三：独塔预应力斜拉桥该桥是一座城市桥梁，为了减小建筑高度，提高跨越能力，并与周围的景观相协调，采用双索面双预应力独塔混凝土肋板式斜拉桥。跨径组成为60m+60m。桥型布置见总体布置图。图 3-5 独塔预应力斜拉桥总体布置为降低主梁的建筑高度，减小主梁弯矩，斜拉索采用密索体系，扇形布置，梁上索距为6。索塔上的索距为2m、1.5m。为了减小基础的大小及索塔下塔柱的斜度，将非机动车到绕到索塔的外测，即在索塔处将悬臂板加宽。斜拉索采用扇形布置，双索面相互平行。本桥采用塔墩固结（主塔固结于承台顶）、塔梁分离的结构体系。在主梁与索塔之间设有竖向及横向橡胶支座，其中横向支座具有抗震性能。边墩顶部只设竖向支座。该斜拉桥属于半漂浮体系。 该桥为公路桥，为了满足净空高度的要求和降低整个工程的造价，宜选用密索体系和建筑高度较矮的主梁结构。斜拉索在主梁上的标准索距取6m。主梁在板式断面、槽行断面、双肋式断面中比较选。为方便施工、降低造价、满足斜拉索的锚固要求，主粮采用双肋式实心截面、预应力混凝土结构。 主梁结构采用挂篮悬臂浇筑施工。为防止雨水等透过桥面铺装浸入桥面及主梁，引起钢筋和预应力钢筋的锈蚀、降低结构的强度。桥面铺装采用防水混凝土，同时设排水系统，采用集中排水方式将桥面集水分别从塔墩及边墩处排到地面。3.3.3 推荐方案说明1 根据设计构思宗旨，桥型方案应满足结构新颖，受力合理，技术可靠，施工方便的原则。以上所述的三个发；方案基本都满足这一要求。2 结构的外形和受力看，三个方案可以分为梁式桥（方案一）、拱桥（方案二）和斜拉桥（方案三）三种类型。方案一是一座变截面连续刚构桥，其最大优点就在于上部主梁的施工可以与下部基础墩台同时施工,大大缩减了工期。适应二级公路要求，做成上下行主梁分隔式的双幅桥,使行车速度,舒适性都有所提高。但连续梁主梁为等高度截面，外观呈直线型,比较单调乏味，脱离了近些年在各种要求满足情况下增加美观的原则。且公路两端施工时需要部分挖方，增加了不必要的工作。方案二为单跨下承式拱桥，主跨为等截面抛物线系杆拱，方案不仅能满足设计的基本要求，还以优美的外形为其周围的环境增添了美感，满足长远交通功能，且采用了先进的缆索无支架施工方法，结构合理，工艺成熟。其不足之处在于拱桥为有推力拱，但对地基的土质要求仍然较高，但本桥位的地质条件十分理想，并且可以在桥墩之间设置系杆来平衡拱桥产生的水平推力。因此为配合先进的施工方法，还需要有经验丰富且技术合格的施工队伍，在施工组织时应特别注意。方案三是一座独塔斜拉桥，与前两个方案相比，在满足结构、功能等方面的要求的同时，具有很大的美观性，往往会成为一个城市的标志性建筑物。但造价较高，施工工艺较复杂。3 从材料用量来评选，虽然没有具体的工程数量表，但可以通过其受力及施工方法判断三种方案的各种材料用量。第一方案为连续梁桥，混凝土的用量较大，钢筋是用量较小。方案二是钢管混凝土拱桥，混凝土的用量较小，虽然钢材用量较大，但施工时所用钢材很少。方案三为斜拉桥，钢材用量很大，混凝土用量相对较小。4 以施工难度来看，方案一的施工最简单，主梁可在工厂预制，工期可缩短且质量好；在桥墩桥台施工完成后架设并张拉承受负弯矩钢筋即可，工序流程简单明了；施工设备也较普遍。方案二为索缆无支架施工，施工工序较其它两种方案较复杂，技术要求较高，但却省去了支架，不影响通航。方案三在施工时使用挂蓝，逐段安装，施工工艺较高，需要一支素质较高的施工队伍，并且工期较长。三种方法都是可行的，但由于没有施工费用和工期资料，故很难做出全面评价。下面将各项比选内容汇入下表。由表中可以看出方案二，三较优，考虑经济工期等因素，则最终选择方案二的钢管混凝土拱桥。表 3-1方案比选汇总表 项目方案比选条件一二三行车安全较差好好功能及受力较差好好造价低较低高工期较短较短较长养护与维护费用较低较高较高美观差好好施工易一般较难挖方少较多较少第四章 模型设计及计算4.1 桥型与孔跨布置1 主桥设计采用一孔计算跨径为50m的下承式钢管拱桥，主桥全长70m。2 桥面横向布置为： 2m(拱肋及栏杆)+7.5m(两车道)+0.5m（路缘带）+4m(两人行道、栏杆)，桥面全宽14.0m。3 桥面纵坡：纵坡3%，横坡1.5%；4 荷载标准：公路级；5 设计使用年限：设计基准期为100年；6 设计洪水频率：300年一遇；4.2主要技术标准及设计采用规范4.2.1主要技术标准1 道路等级：公路I级；2 车道数：双向两车道；3 设计行车速度：40km/h；4 设计荷载：人群荷载：2.5 kN/；5 桥面横坡：行车道1.5%人字形双面坡，人行道1%向内单面坡。4.2.2设计采用规范1 叶见曙结构设计原理北京.人民交通出版社，20042 邵旭东桥梁工程北京.人民交通出版社，20043 凌治平、易经武基础工程北京:人民交通出版社,20044 中华人民共和国交通部公路工程技术标准（JTG B01-2003）.北京.人民交通出版社，20035 中华人民共和国交通部.公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）.北京.人民交通出版社，20046 中华人民共和国交通部.公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范（JTG D62-2004）.北京.人民交通出版社，20044.3桥梁结构设计说明4.3.1上部结构设计说明本桥结构形式为Lp=50.0m下承式钢管混凝土简支系杆拱桥。拱肋的理论计算跨径为50.0m，计算矢高10.0m，矢跨比1/5，理论拱轴线方程为：Y=4/5X-2/225X2 (坐标原点为理论起拱点)。桥面结构采用横梁体系、整体桥面板，以提高结构的整体刚度。主要结构构造如下：1 拱肋及风撑全桥共设两榀钢管混凝土拱，拱肋截面为横哑铃形，高200cm，宽80cm，钢管壁厚为10mm，采用泵送混凝土顶升灌注。拱肋钢管在拱顶设一组排气孔,在拱座处各设一组进料口,待泵送混凝土完毕后,封死排气孔及进料口。风撑截面为圆形截面，直径D=80cm，钢管壁厚10mm，风撑钢管内不灌混凝土。 2 吊杆每榀拱肋设10根厂制吊杆，吊杆间距为5.0m。吊杆采用PE5-61半平行钢丝成品索，外包双层高密度聚乙烯（PE）护套，配套锚具采用带有纠偏装置的DS(K)7-127镦头锚，吊杆标准强度Ryb =1670MPa，破断力Nb=8162kN，吊杆张拉采用单端张拉，张拉端设于纵梁底部，固定端设于拱肋顶部，吊杆锚垫板上下导管外设加强螺旋筋及钢筋网格，以弥补吊杆锚固对纵梁和拱肋截面的削弱。3 横梁全桥共设14道混凝土空心板横梁。横梁高35cm，宽100cm。4 桥面板：桥面板采用预制矩形板，板厚25cm。4.3.2下部结构设计说明本桥下部结构桥台采用一字形桥台，台身厚100cm。，桥墩高600cm桥承台为700cm宽、200cm厚，桩采用直径100cm的钻孔灌注桩，桩长1200cm。桥台基础采用100cm钻孔灌注桩基础，桩基按端承桩设计。台后接路基挡墙，挡墙采用明挖基础。4.4桥面工程及其它1 桥面铺装及桥面排水机动车道桥面铺装均采用10cm厚沥青混凝土铺装；人行道采用人行道砖铺装。全桥共设8处共16套铸铁桥面排水管，桥面雨水直接排于桥下河道。2 人行道板、路缘石及栏杆人行道板采用10cm钢筋混凝土板，上设2cm厚水泥砂浆压花抹面；路缘石采用现浇C30钢筋混凝土路缘石；人行道栏杆采用不锈钢管。3 伸缩缝在主桥两侧和引桥桥台处各设一道D50型伸缩缝，全桥共设2道。4 支座本拱桥拱肋与桥墩台固结，不设支座。4.5桥梁结构分析方法4.5.1计算采用程序本设计采用Midas/Civil有限元结构分析软件建立的参数化模型。利用Midas/Civil的有限元分析命令就可以实现参数化建模、施加参数化荷载与求解以及参数化后处理结果的显示，从而实现参数化有限元分析全过程。在钢桁架拱桥的结构优化分析过程中可以简单的修改其中的参数达到反复分析各种尺寸、不同荷载大多种设计方案或者序列性产品，极大地提高分析效率，减少分析成本。4.5.2荷载内力组合1 正常使用阶段组合I：一期恒载+二期恒载+砼收缩徐变+预加应力+汽车荷载（含冲击力）。组合：一期恒载+二期恒载+砼收缩徐变+预加应力+汽车荷载（含冲击力）+均匀升降温。2 施工阶段按公路桥规荷载组合进行。4.6主要建筑材料1 钢管拱肋内填充混凝土：C50微膨胀混凝土；2 纵（系）梁混凝土：C50混凝土；3 横梁：C50混凝土；4 桥面板：C40混凝土；5 桥面铺装：C40防水混凝土；6 台身及背墙：C30混凝土；7 承台：C30混凝土；8 桩基：C25水下混凝土 ；9 孔道压浆：水泥浆水灰比不大于0.4，标号不小于C40；10 拱肋钢管及风撑：Q345C型钢材；11 吊杆采用PES561低松弛镀锌高强钢丝，外包双层高密度聚乙烯材料；12 预应力钢筋：纵梁及横梁采用Ryb=1860MPa、符合符合ASTMA416标准要求的j15.24mm的钢绞线，钢绞线弹性模量Ey=1.95105MPa，配以相应规格的OVM锚具，金属波纹管成孔；13 普通钢筋：级钢筋，级钢筋。第五章 上部结构计算5.1 桥梁的总体布置本设计为单孔计算跨径为50.0m的下承式钢管混凝土系杆拱桥。5.2 桥底标高1 桥底标高经计算可取以下各值的最大值：流水净空要求：H1=65.44+1.5=66.94m。2 通航净空要求：通航等级为：（2）级，净高为8m，通航水位为60.13m，则有H2=60.13+8=68.13m。3 两岸通车净空要求：桥面纵坡为3%，所以H3=65.5+4.5+3602%=77.2m。所以采用三者最大值,取为77.2m。矢跨比:采取为矢高为10m，矢跨比为1/5。5.3 拱肋刚度的取值：1 CECS 28:90推荐方法钢管混凝土拱桥由于截面含筋率较高，计算截面刚度时要考虑钢管的影响，钢管混凝土截面的刚度的计算公式如下：（5-1）（5-2）、分别为混凝土的弹性模量、截面面积和惯性矩；、分别为钢管的弹性模量、截面面积和惯性矩。Ec=36.578 kN/，Es=206 kN/。2 JCJ 01-89推荐方法该方法不分受压和弯矩，同一取用一个弹性变形模量，其公式如下：（5-3）其中，为钢管混凝土杆件的弹性变形模量，为含钢率，、分别为混凝土和钢的弹性模量。3 DL 5099-97推荐方法该方法在大量实验的基础上，通过数值计算结果的回归分析给出了拱肋刚度的如下简化计算公式：组合拉压弹性模量：（5-4）比例极限：钢管混凝土抗压屈服极限：（5-5）组合抗弯弹性模量：（5-6）其中，,，为钢材屈服极限，为混凝土抗压强度标准值，为约束效应系数，系数，,。根据相关文献的计算比较结果，方法二不分抗压和受弯，统一取用一个弹性变形模量是不合理的，方法三在计算钢管混凝土构件的刚度时充分考虑了钢管对混凝土的套箍作用。依据方法三得到的轴压刚度往往比实际构件的刚度偏大。方法一和方法三计算出的抗弯刚度比较接近。同时根据方法三和方法一计算出的抗弯刚度比较接近。通过对三种刚度简化计算结果比较分析，认为在计算钢管拱肋刚度时，应以方法一CECS 28：90为准。5.4 毛截面几何特征计算本设计采用分块面积法，计算公式如下：毛截面面积：（5-7）各分块面积对上缘的静矩：（5-8）毛截面重心至梁顶的距离：（5-9）毛截面惯性矩计算公式：（5-10）式中：分块面积；分块面积的重心至梁顶的距离；截面重心至梁顶的距离；各分块对上缘的面积距；分块面积对其自身重心轴的惯性矩。5.5 拱肋承载力计算：按规程CECS28：90验算拱肋的强度。哑铃型拱肋的截面换算面积：式中：A0-格构柱横截面面积；Asi,Aci-分别为第i分肢的钢管横截面面积和核心混凝土的横截面面积;n-肢数；Es-钢材弹性模量。格构柱的整体承载力设计值按下式计算N*=*12*0i（5-11）式中：N0i-格构柱各单肢的轴心受压短柱承载力设计值（5-12）代入上式得：1*-考虑长细比影响的整体承载力折减系数；由于下承式系杆拱桥拱肋的约束介于两铰拱和无铰拱之间，故拱肋的计算长度取0.54L与0.36L之间的值，在此取0.495L=0.49587.83=43.48（m）；构件长细比y=le*/=43.48103/=17.65Iy=2=1.4891012同理 x=176.31;y*=18.7216 则*1=1-0.0575=0.905e*-考虑偏心率影响的整体承载力折减系数；e*=，e0-柱较大弯矩端的轴向压力对格构柱压强重心轴的偏心距，e0=M2/N，其中M为柱两端弯矩中之较大者；h-在弯矩作用平面内的柱肢重心之间的距离；则e*=1.032；格构柱的整体承载力：拱肋承载力满足要求。5.6 拱肋稳定系数计算5.7 作用组合桥梁的结构计算采用车道荷载基本组合，局部计算采用车辆荷载基本组合。结构计算：组合=1.000自重+1.400车道荷载横梁计算：验算组合=1.000自重+1.400车辆荷载车道荷载：公路I级，双车道；汽车荷载横向分布系数：1.2（横向分布系数采用杠杆原理法）；冲击系数按照公桥规4.3.2条计算，结构基频f=1.129，冲击系数=0.05。5.8 横梁的计算横梁的控制截面主要是跨中截面，所以在此对横梁的跨中截面进行计算并与MIDAS软件进行对比。来分析验算MIDAS软件对此次拱桥设计计算的可信性和可行性。5.8.1按平面静力计算1 作用组合计算验算组合=自重(1.000) +车辆荷载(1.400)混凝土横梁计算跨径18.5m，厚700mm，梁高1350mm。2 纵向一列车轮和人群荷载对跨中横梁的计算荷载为(图5-7)：跨中横梁受力影响线的面积=梁上恒荷载：q=12.75=63.5kN/m图5-1 车辆荷载在横梁跨中截面的受载图式3 横向分布的荷载计算图5-8 车辆荷载在横梁跨中截面的作用效应影响线进行四车道折减后P=120.45.320.67=429.15kN，在这里只考虑跨中的最不利情况。M汽=429.150.2518.5=1984.125kNmM静=0.12563.518.518.5=2430.86 kNmM人=0.1251518.518.5=574.22 kNm4 平面计算模型(图5-9、图5-10) 图5-3 车辆荷载平面计算模型图图5-4 车辆荷载和恒荷载平面计算模型图M中=1.41984.125+12430.86=5208.74kNm5.9 建立全桥模型图5-5 沈阳市辽河大桥三维有限元模型图5-6 辽河大桥俯视模型图图5-6 辽河大桥侧面模型图图5-7 辽河大桥正面模型图5.9.1 建立主拱圈模型拱式结构的受力本质是，在竖向荷载作用下，支承处产生竖向反力和水平推力。由于水平推力的存在，使拱内的弯矩和剪力大大减小，主拱圈主要承受压力。因此，选择拱轴线的原则就是要尽可能降低由荷载产生的弯矩值。最理想的拱轴线是使其与拱上各种荷载作用下的压力线吻合，使拱圈截面内只受轴向压力而无弯矩作用，截面应力均匀分布，充分利用材料的强度抗压性能，这样的拱轴线称为合理拱轴线。对于钢析架拱桥而言，钢材具有良好的各向同性性能，可以抵抗很大的拉压应力。因此，其对拱轴线的要求相对降低。在己建成或在建的钢析架拱桥中，拱轴线的形式主要是二次抛物线和圆弧线。本设计的采用二次抛物线拱轴线。5.9.2 矢跨比矢跨比是拱桥的一个特征数据，它不仅影响拱肋的内力，还影响拱桥施工方法的选择。同时，对拱桥的外形能否与周围景物相协调，也有很大关系。通常，砖石、混凝土拱桥和双曲拱桥的矢跨比一般为1/41/8，箱形拱桥的矢跨比一般为1/61/10随着矢跨比的增大，拱的特性越来越显著，反之梁的特性越明显。对于大跨度钢桁架拱桥，为了达到如此大的跨径必然要更加充分的利用拱跨度较大的这一特性，就要适当的增大矢跨比。当然也不是无限制的增大矢跨比，随着矢跨比的增大，拱脚的推力随之增加，对基础的要求更高（有推力拱）或者会增加系梁或系杆的用量（无推力拱）；此外，钢管拱桥在一个恰当的矢跨比，用料才会最经济。因此，选择矢跨比时应综合考虑各种相关因素。5.9.3 拱顶和拱脚高度拱顶与拱脚的高度选择是钢管拱桥设计中的重要参数，它们的选择不