客运专线某3×90m连续钢桁桥初步设计

目录摘要及关键词摘要关键词ABSTRACTANDKEYWORDSABSTRACTKEYWORDS第1章绪论111钢桥的主要特点及适用范围112我国钢桥发展根况113钢桥的主要结构形式2131梁式体系2132拱式体系2133组合体系214本设计的主要研究内容3第2章水文计算521黎湛线某桥位水文计算设计资料522设计水位和通航水位、设计流量5221含特大洪水系列的频率分析计算设计水位、通航水位6222设计水位8223通航水位10224最小二乘法计算设计流量1023桥下孔径1124非粘性土桥下河槽的一般冲刷1225粘性土河滩一般冲刷1326局部冲刷1427桥墩基础埋至深度计算15第3章方案比选1631概述16311桥址概况16312主要技术标准16313桥型选择的基本原则1632连续钢桁梁方案（2243239032224）M16321总体设计16322主桁结构1733预应力混凝土变高度连续刚构桥设计方案（7290909072M）18331总体设计18332梁体设计18333主桥墩设计18334施工方法悬臂法施工1834连续钢桁拱桁梁组合结构100250100M19341总体设计19342横断面设计20343主桁构件设计20344桥墩设计20345施工方法悬臂施工2135桥式方案推荐意见21第4章主桁杆件设计2241概述22411设计资料2242主桁杆件设计方法及过程2343杆件控制内力的计算24431计算模型24432算法设计概述2444矩阵位移法概述2445矩阵位移法具体过程25451结构离散化25452单元分析26453整体分析29454位移边界条件的引入30455求解结构刚度方程30456内力计算3146ZK活载加载的计算3147程序说明3348程序使用说明36481程序使用步骤36482输入数据表格式说明3649主桁杆件截面设计36491截面尺寸拟定36492建立输入数据文件37493截面尺寸设计结果37494截面几何特性计算数据38495主桁杆件主力作用下控制内力41496主桁杆件截面刚度、强度、稳定性检算43497主桁杆件截面疲劳检算50498主桁杆件承载能力以及螺栓数目计算54第5章刚度验算及上拱度设置5751横向及竖向刚度的验算57511横向刚度验算57512竖向刚度验算5752上拱度的设置57521上拱度设计依据57522设置上拱度的几何方法和实际上拱度58第6章桥面系设计6161纵梁设计61611纵梁内力计算61612纵梁截面设计与内力检算64613纵梁的总体稳定与局部稳定检算68614纵梁翼缘焊缝计算70615纵梁与横梁的连接计算7062横梁设计72621中间横梁内力计算7263端横梁内力计算77631、起重横梁内力7764横梁截面设计与强度的检算79641、横梁截面设计与强度检算79642横梁的总体与局部稳定81643横梁翼缘焊缝计算82644横梁与主桁的联接计算82第7章节点板设计83718号节点设计83711弦杆拼接计算83712节点板设计85713节点板强度检算867227号节点设计91721弦杆拼接计算92722节点板设计93723节点板强度检算947353号节点设计100731弦杆拼接计算100732节点板设计101733节点板强度检算102第8章结论108结束语109参考文献110附录111附录1源程序变量和数组说明111附录2主桁杆件计算及各项检算源程序113附录3结构离散图及输入文件136附录4输出数据文件140附录5部分杆件内力图143翻译原文146外文翻译167摘要及关键词摘要本设计介绍了客运专线某390M连续钢桁桥初步设计的设计过程。根据黎湛线某桥位水文计算设计资料进行水文计算，拟定三种桥式方案连续钢桁梁桥、钢桁架拱桥、连续刚构桥，通过从桥梁的经济、适用、美观这几方面对拟定的三种桥式方案进行综合评价，确定最终的方案连续钢梁桥方案。对连续钢桁梁桥主桁进行结构分析，通过编制FORTRAN程序计算主桁受力和位移等结果，拟定杆件截面尺寸，求解恒载活载组合内力作用下杆件的控制内力和节点位移，并对拟定的截面进行强度、刚度、稳定性及疲劳强度的检算。并对钢桁梁桥梁进行刚度检算、预拱度设置、桥面系纵梁横梁设计以及节点板设计。其中，主桁结构的内力分析、截面的各项检算、节点板水平截面控制剪力、桥面系的设计是本设计的主要部分。编制程序是本设计的重点内容，本程序具有对本设计的针对性还不具有广泛应用性。运用CAD绘制图形和运用EXCL绘制图表也是主要工作之一。关键词客运专线高速铁路，连续钢桁梁桥，主桁架，矩阵位移法，刚度检算，预拱度设置，结点板，桥面系ABSTRACTANDKEYWORDSABSTRACTTHISDESIGNISINTRODUCEDA3X90MPDLSTEELTRUSSBRIDGEFORTHEPRELIMINARYDESIGNOFTHEDESIGNPROCESSACCORDINGTOTHELITANGZHANJIANGLINEASITINGHYDROLOGICALDATACALCULATIONDESIGNCALCULATION,HYDROLOGICALTHREEBRIDGETYPECONTINUOUSGIRDERBRIDGE,SCHEMESTEELTRUSSARCHBRIDGE,CONTINUOUSRIGIDFRAMEBRIDGE,THROUGHTHEECONOMY,FROMBRIDGE,BEAUTIFULTHESEASPECTSOFTHETHREEBRIDGETYPECOMPREHENSIVEEVALUATIONSCHEME,THECONTINUOUSGIRDERBRIDGEFINALSOLUTIONSCHEMEMAINTRUSSFORCONTINUOUSSTEELTRUSSSTRUCTURALANALYSIS,FORTRANPROGRAMSCOMPILEDBYTHETRUSSSTRESSANDDISPLACEMENTCALCULATEDRESULTSSUCHASSIZE,BAR,SOLVINGTHELIVELOADCOMBINATIONSUNDERTHEACTIONOFTHEINTERNALFORCEANDDISPLACEMENTCONTROL,ANDTHECROSSSECTIONOFTHESTRENGTH,STIFFNESSANDSTABILITYANDFATIGUESTRENGTHOFINSPECTIONANDTHESTEELTRUSSBEAMBYCALCULATINGANDSTIFFNESS,ARCHBRIDGE,SETTINGBEAMDESIGNANDLONGITUDINALNODEBOARDDESIGNONEOFTHEMAINTRUSSSTRUCTUREANDINTERNALFORCEANALYSIS,THEINSPECTIONSECTION,NODEBOARDLEVELSECTIONCONTROLSHEAR,BRIDGEDESIGNISTHEMAINPARTOFTHEDESIGNTHISDESIGNPROGRAMISTHEMAINCONTENTOFTHISPROGRAM,HASPOINTEDTHISDESIGNISNOTWIDEAPPLICABILITYKEYWORDSPASSENGERDEDICATEDLINESPDL,CONTINUOUSSTEELTRUSSBRIDGE,MAINTRUSS,MATRIXDISPLACEMENTMETHOD,BYCALCULATINGANDRIGIDITY,ADVANCEARCHSETTING,NODEBOARD,BRIDGEDACK第1章绪论11钢桥的主要特点及适用范围钢材是一种抗拉、抗压和抗剪强度均较高的勾质材料。由于钢材的强度高，所以钢桥具有很大的跨越能力。世界上已建造的钢筋混凝土桥拱桥最大跨度为390M，而钢拱桥的最大跨度为518M，悬索桥为1410M。钢桥的构件最适合用工业化方法来制造，便于运输，工地安装的速度快，因此，钢桥的施工期限较短。钢桥在受到破坏后，易于修复和更换。从抢修方而考虑，钢桥也较其他材料制造的桥梁优越。但是，钢材易于锈蚀，需要经常检查和按期油该，故钢桥的养护费用要比石桥和钢筋混凝土桥高。对跨度较小的桥梁40M以下，应尽可能采用钢筋混凝土桥或石拱桥来代替钢桥。对中等跨度和大跨度的桥梁，则应根据技术经济条件进行方案比较，决定是否采购桥方案。12我国钢桥发展根况旧中国特别是清末，由于封建制度的长期统治，大大束缚了我国科学技术的发展，在钢桥发展也极其落后。自1840年鸦片战争，帝国主义为了掠夺我国的资源财富在我国领土上竞相摄取“筑路权”与“贷款权”俄国强行修建东省铁路，德国强行修建胶济铁路；法国强行修建滇超铁路；比、英、德、俄、法诸列强乘我国兴办芦汉铁路、汁洛铁路、沪宁铁路、律浦铁路、正太铁路之机，迫使满清政府向他们贷款。在这一段时期里，我国的钢桥绝大部分是由外国人设计和监造的。旧中国的铁路钢桥建设，由于受到当时的政治、经济和科学技术条件的限制，发展极为缓慢，其中大多数为结构简单的小跨度钢梁，主跨超过100M的只有两座钢桥一是陇海线上的黑石关伊洛河桥，主跨为1287M，另一是津浦线上的跃口黄河桥，主跨为1647M。解放前修建的钢梁大部分由外国制造由我国自己生产的钢梁总量还不到1000T。建国后，钢桥的到很好的发展，产钢量和桥跨长不断得到提高。从1957年建成的武汉长江大桥（公、铁两用桥，正桥为三联，每联为3X128M连续铆接钢桁梁），到1968年建成的南京长江大桥（为公、铁两用桥，上部结构的主要部分由一孔128M的简支钢桁梁和三联3X160M连续钢桁梁组成，主桁杆件采用16锰低合金钢梁桥，用铆钉连接），到1969年建成的成昆线三堆于金沙江桥（为192M的简支铆接钢桁梁），到1970年左右建成的成昆铁路安宁河桥、同模甸二桥、拉旧桥和迎水河桥（均为112M系杆拱栓焊钢桥），和1971年建成的枝城长江大桥（为公、铁两用桥，由一联5X128M和一联4X160血的连续铆接钢桁梁组成），1977年建成的密云水库白河桥，为3X128M连续栓焊钢桁梁，1982年建成的安康汉江桥为176M的斜腿刚构，新中国在钢桥方面的建设见证了我国钢桥技术不断进步。现代一来我国的钢桥建造设计技术早已跨入世界先进行列，不断出现的桥梁就是很好反映我国钢桥建造的建造水平，想武汉长江大桥，南京长江大桥。以下表11是自2000年以后建造的部分钢桥。表11我国2000年后部分钢桥桥名桥型主跨（M）备注上海卢浦公路桥钢拱桥550南京长江三桥钢斜拉桥648润扬长江公路大桥悬索桥1490香港昂船洲公路大桥钢斜拉桥1018苏通长江公路大桥钢斜拉桥1018舟山西堠门公路大桥悬索桥1650重庆朝天门长江公路大桥系杆拱桥552武汉天兴洲长江公铁路大桥钢斜拉桥504四线铁路六线公路南京大胜关公贴路长江大桥钢桁拱336四线铁路两线城铁13钢桥的主要结构形式钢桥可以根据不同的条件要求建成多种形式，其种类比其他材料制造的桥梁更多可分为梁式体系、拱式体系及组合体系。131梁式体系按力学图式分梁式体系又列分为简支梁、式分有板梁桥、估梁桥、箱梁桥、结合梁桥。梁式桥是一种在竖向荷载作用下无水平反力的结构。由于外力（恒载活载）的作用方向与承重结构的轴线接近垂直，故与同样跨径的其他结构体系相比，梁内产生的弯矩最大。132拱式体系按力学因式分拱式体系可分为有推力拱和无推力拱见图12；按拱肋的构造形式分有板式、格式、箱式。拱桥的主要承重结构式拱圈或拱肋。在竖向荷载作用下，桥墩或桥台承受弯矩推力。133组合体系这类桥型包括吊桥相斜拉桥，都是利用高强钢索来承重，吊桥又称悬索桥的承重构件是高强度钢素，恒载轻，跨越能力大。斜拉桥的承至构件是斜拉索和梁，其钢梁可以是板式、格式或箱式，恒载较轻，风动力性能较吊桥好，故发展很快。14本设计的主要研究内容由现代客运专线高速铁路的发展和现行规范技术标准上进行了客运专线某390M连续钢桁梁桥初步设计的设计。本设计的主要内容包括（1）根据已有的黎湛线某桥位水文计算设计资料进行本设计的桥涵水文计算，拟定、比选桥式方案；（2）编制FORTRAN程序对钢桁梁主桁架进行内力分析及截面各项检算，完成对主桁杆件的截面设计；（3）检算桥梁的强度控制应力，疲劳应力、竖向刚度和横向刚度，并根据预拱度理论值设置上拱度；（4）对桥面系进行设计；（5）对主桁杆件的节点连接进行设计。（6）外国文献及其翻译。第2章水文计算21黎湛线某桥位水文计算设计资料A1931年至1992年水位表如表21表211931年至1992年水位表年份水位/M年份水位/M年份水位/M19314761196944031982418219564076197043001983389719574426197144061984417919584356197238461985457919594102197343061986467919614076197444661987376919624196197539561988430919633586197640461989362919644056197740721990392919653946197842021991411919664346197943621992437919674342198043791968459619814076B贵港水文站19611970年流量表如表22表22贵港水文站19611970年流量表年份1961196219631964196519661968QM3/S74406690461075807120919012800C河床断面及地质资料见附图D通航要求二级通航标准E其他资料设计洪水频率1/100；线路标高60M。22设计水位和通航水位、设计流量桥下游800米处为贵港水文站，且桥、站之间无支流汇入，因此本桥水位可利用贵港站的水文资料进行计算。本设计采用以理论频率曲线确定的有关参数为基础选择更为合理的适线法确定最后的理论曲线。适线法的计算步骤第一步按公式，计算，按公式计算。1NIQQ21NIIQCVCV第二步假定若干个，通过求出确定样本数据的经验频率，并将其点在海森SC机率格纸上绘制出若干组理论频率曲线。第三步在这些若干组理论曲线中，目估处吻合最好的一条，该曲线就是用适线法确定的理论频率曲线。从表12知道贵港站谁为资料缺失19321955年的数据且1931为特大洪峰水位，所以本设计采用含特大洪水序列的频率分析方法。221含特大洪水系列的频率分析计算设计水位、通航水位以水位H作为统计对象做统计，贵港水文资料中有连续36年的观测资料和特大洪水资料4年，4年中有3项特大洪水与连续观测资料中的Q重复。，系列中有25年的资料空缺，采用补齐使成为连续系列，利用连续系列求设计流量的方法求解。2211含特大洪水系列考证期，21NT代入数值得219,3,6T。式中考证或调查所及的最远年代；连续系列中的最后年代。122212经验频率估算对于项特大洪水ATMH,1,2PAN式中4对于其余项观测洪水NL11MMLAPN式中重叠项，,。3L6N1,36计算结果如表23表23桥涵水位和经验频率计算按大小次序排列N62年份水位年份水位经验频率19314761193147610021956407619864679003195744261968459600519584356198545790061959410219744466009196140761957442601219624196197144060151963358619694403017196440561980437902019653946199243790231966434619794362026196743421958435602819684596196643460311969440319674342034197043001988430903719714406197343060391972384619704300042197343061978420204519744466196241960481975395619824182050197640461984417905319774072199141190561978420219594102059197943621961407606119804379198140760641981407619564076067198241821977407207019833897196440560721984417919764046075198545791975395607819864679196539460811987376919903929083198843091983389708619893629197238460891990392919873769092199141191989362909419924379196335860972213统计参数估算对于空缺的K项，假定这K项的平均值等于连续系列（不含L项重叠）的平均值，其均方差等于连续系列（不含L项重叠值）的均方差。补齐后，组成连续的计算体系。,12,3IHN计算系列的水位由三部分组成。第一部分特大洪水系列（含重叠的L项）之和1865ATHJJRM第二部分实测系列（不含重叠的L项）之和JH，1136720NHJRHM143LNLJHM式中，为实测系列（不计重叠的项）的平均值。KRK,25NANL第三部分为补齐的项空缺值之和因为，根据KH假定，这项的平均值就是，则有103576KKMIH计算系列125891NIQHKIHR计算系列的平均值I11420ANTIJJJJLNHMN同时可以得到系列变异系数IH221106ANTJJJJLACVHH222设计水位在确定了平均值，变异系数CV后，可用适线法得到一条与经验点配合得最好的理论频率曲线，确定设计水位，由计算得到图21理论频率海森曲线图和表24计算表格得到了百年一遇水位，由设计要求按百年一遇的水位未涉及水位，由上表得百年一遇水位4781M，所以设计水位。4781PHM图21理论频率海森曲线表24水位H频率曲线适线计算表频率（）KP值设计值频率（）KP值设计值001124517330001034304002123512140001014235005121202050001004171010120499360000984108020118493470000974041050116485075000964004100114478180000953964200113470790000923858300112466095000903773500110459697000893718100010845009900087361520001054385995008535592500104434299900823444均值421；CV006CS012223通航水位由GB501392004全国内河通航标准天然河流设计最高通航水位标准，本河流航道等级二级，按洪水重现期为20年确定。所以最高通航水位4596,1060TNHM净空要求米，线路标高米。桥上轨道为无道碴轨道结构，采用纵向承轨台支承钢轨，轨顶至梁顶的高度为045米。桥下平均流速22136/1830/14MPPVMSVSPU，断面平均流速1925/PGQVSW0436MZ一般河流/218所以梁高不得超过358米。224最小二乘法计算设计流量表25水位流量关系的最小法拟合在表22中有19611968年的洪水流量，在点汇到坐标纸上后，在表25中发现在流量Q与H之间存在线性关系，用最小二乘法在表25得H与Q之间的回归式ABQ其中1121,NNXYIIINXIXYIIIILBAYBXYXYHLL相关系数定义21,NXYYIILRLY其中，通过计算得其中32051,049,2036ABR即3205149HQ由设计水位，代入上式得，设计流量。78M317M/QS23桥下孔径图22河床形态断面图设计水位下河宽42036米，河槽宽350米，河槽水深最深处2633米如图22。冲刷系数法（容许冲刷系数）,XGWP14P式中GW桥下供给过水断面面积2COSPXQMWV桥下需要过水断面面积（）3Q172/RADPPVS设计流速，设计流量，水流方向与桥梁轴线之法线间的夹角（）即在建桥前，设计流量通过桥址处过水断面面积，所以2749308MXW14,/7492308/15631/COSXGXGPPXWQVS通航要求为二级航道宽50米，净高10米，已知主槽面积，取园端型桥墩迎水面宽20M，顺水流方向长60M。若按最269835WM槽通航最低要求设计最小跨度50米，桥墩在水中部分最大值为25米，在河中需布置9根桩，经过计算亦能满足2270438925689325653516GXMW槽的要求，可布置最小跨度50米的桥，且桥台设置位置有较大的选择空间，几乎可以满足大部分桥式孔径的要求。24非粘性土桥下河槽的一般冲刷使用641修正式计算一般冲刷3/521/6CMDJQPHQABHE1）计算桥下河槽部分通过的设计流量C21C3Q6982351372068890/PTTWMSCQ天然状态下河槽部分通过的流量1T天然状态下河滩部分通过的流量2）计算单宽流量集中系数DA按平滩水位计算河宽325ZBM168349ZH按平滩水位计算平均水深050152ZDA单宽流量集中系数3）计算河槽桥孔部分的过水净宽按布置4根2米宽6米长的实体圆桩桥墩239023517CJBM4MH）桥下河槽断面上的最大水深。62589635CQ）桥下河槽断面上的平均水深。6与汛期含沙量有关的系数04E。7计算桥墩水流侧向压缩系数1。8）计算桥下一般冲刷后的最大水深3/521/6CMDJQPQHABHE假定一般冲刷线位于砾岩，则0D3/53/521/61/628390217818264CMDJQPHQABHME一般冲刷线标高478295。9）计算桥下河槽的一般冲刷发生后，墩前行进流速1/62/31/62/30484619/PVEDHMS25粘性土河滩一般冲刷使用冲刷公式6/753101TMTJQPLQHBHI桥下河滩部分通过的设计流量111329681372056854/TTPPCCQWQMS17TH桥下河滩的最大水深90628573934TQM桥下河滩的平均水深16TJB河滩部分桥孔的过水净宽（）代入以下数据得到6/76/753153483169194100TMTJQPLHQBHMI18LI其中26局部冲刷使用651修正式计算局部冲刷1计算河床泥沙起动流速0V河床地质情况比较单一几乎都为砾岩，只有少部分黏土，所以取10DM014007201407226381864153/PPHHVDDMS1墩形系数120981K3桥墩计算宽度121BHBM4河床颗粒的影响系数104510450158882KD5墩前泥沙起冲流速0606012237/VVMSB6指数019019252514868DNV7墩前局部冲刷106010608364681975985254373376NBHKBM27桥墩基础埋至深度计算。478126372583M河槽部分桥墩的最低冲刷线标高。5949河滩部分桥墩的最低冲刷线根据铁路桥基底埋置安全值，重要的特大桥，大桥，按设计流量计算下，桥墩埋置深度不小于墩台局部冲刷线下50米，所以河槽桥墩埋置深度；2300H。849584923河滩桥墩埋置深度第3章方案比选31概述311桥址概况本桥为黎湛线双线高速铁路的大桥。桥址处属于平原地貌，地势较为平坦，河床地面相对高差36米左右。桥址处河宽440米，河床地质状况良好，主要地层为砾岩层、黏土层，其中河槽部分主要为砾岩层，河滩部分主要为黏土层，粘土层厚125米左右。312主要技术标准线路等级高速铁路正线数目双线、线间距50米；设计行速度设计最高时速350KM/H，初期运行速度300KM/H桥梁限界符合京沪高速铁路设计暂行规定设计荷载ZK荷载。根据现在国内外的高速铁路的桥梁形式，本设计提出以下三种桥式方案连续钢桁梁桥、连续刚构梁桥、钢桁架拱桥。313桥型选择的基本原则本桥按双线客运专线高速铁路，二级通航要求设计，根据桥位水文、地质、通航、施工条件和工期要求情况，桥式选择考虑以下几个原则（1）受施工条件限制，尽量减少水中部分工程量，宜采用较大跨度的桥梁方案；（2）由于航道按二级同行设计，满足净空要求和线路标高要求，故应该采用梁高较小的桥式；（3）选择工程造价低后期维护费用少的桥式方案，满足结构受力要求；（4）高铁的高速度运行，应该有足够的安全可靠性，后期维修尽可能少，而且维修也应该方便。32连续钢桁梁方案（2243239032224）M321总体设计该桥式如图31，桥跨组合为跨预应力混凝土单箱单室简243M支梁引桥下承式钢桁梁主桥跨预应力混凝土单箱单室简390支梁引桥，桥长420米。图31连续钢桁梁方案纵断面图（单位M）322主桁结构1）横断面布置主桁结构形式根据跨度、线路标高、通航净空、桥址地形、工厂制造、运输、安装、行车条件和维修养护等因素进行技术经济比较确定采用两片三角形桁架，主桁高110M，节间长度10M，主桁中心距11M,两线中心距50M。该种桁架形式适用于大中小各种跨度。与其他类型的桁架相比，三角形桁架的主要优缺点弦杆的规格和大节点个数少；构造简单，用钢量较为经济。2）桥墩与基础主跨桥墩均采用圆端型实体桥墩，顺桥方向2米长85米，采用低承台钻孔灌注桩，桥墩承台面均设于河床面以下，承台长、宽、高分别为7M、6M、2M。3施工方法伸臂法架设钢梁优点1具有较大的竖向刚度和横向刚度。与同等跨度的简支格梁相比，连续衍梁具有较小的挠度，因而其竖向刚度较大；同时，由于连续衍梁的上、下平纵联的横向支撑在各支点处的桥门架上，相当于水平方向的连续衍梁，具有较小的横向挠度，因而也具有较大的横向刚度。另外，连续衍梁的挠度曲线匀倾连续，列车的冲击作用小，有利于高速行车。2采用大跨度连续衍架桥，在用钢量方面，可比同跨度的简支析架桥稍有节省，当跨度大于100M时，大致可省4一7左右。3从抢修要求出发，连续朽架桥因具有多余约束坍塌，较易修复。缺点1连续钢桁梁是外部超静定结构，若因地质不良，基础发生沉陷时，桁梁的杆件产生附加内力。不过，根据研究分析，这种附加内力对基础沉陷并不敏感，当的连续衍梁中间两支点同时沉落10CM时，杆件的附加应力最310M大约21MPA，仅为16MN9钢基本容许应力的105。若出现的不均匀沉陷较大，可用调整支座高度的方法来消除其影响。2连续钢桁架桥的固定支座通常设在中间支点上，使几跨的制动力集中在一个桥墩上，故“制动墩”没有固定支座的桥墩受力很大，增加了桥墩及基础的建设费用。3连续衍架桥的杆件、节点类型多，设计不宜标准化。另外，中间支点承受负反力使支座的设计复杂化。33预应力混凝土变高度连续刚构桥设计方案（7290909072M）331总体设计该方案为桥跨组合为预应力混凝土连续刚构72M9072M桥,桥长414米。见图32图32预应力混凝土变高度连续刚构桥设计方案332梁体设计连续刚构梁体为三向预应力混凝土结构，纵向为全预应力，单箱单室斜腹板箱形截面，全桥箱梁顶宽134M,底宽8M，包括两侧各02M的挡板，双线中心间距为4米，采用标准轨距1435M。1）桥梁高跨桥上轨道为无道碴轨道结构，采用纵向承轨台支承钢轨，轨顶至梁顶的高度为045M，支点截面高跨比1/13，箱梁高为7M，支点截面与跨中截面高度之比采用25，梁高为35M，边跨与中跨的跨度比08,中支点墩底直线段梁长45M，左右边跨直线段长19M。2）箱梁截面桥墩处箱梁顶板厚1M，跨中位置及边跨处厚045M厚，中间线性变化，腹板厚为11M，底板厚由跨中的05M，按线性变化至墩顶梁底板厚的15M。3）横隔板全梁共设13道横隔梁中墩直线处设对称的2道横隔板，边支点处设置厚为16M的端横梁，跨中合龙段设置厚06M的中横隔板。333主桥墩设计1）柱墩形式的确定桥墩为普通钢筋混凝土圆端型截面实体桥墩结构，桥墩与主梁固结，顺桥方向3米，桥轴走向85M。334施工方法悬臂法施工优点（1）减少了昂贵的大跨度桥梁支座和养护的麻烦；（2）梁墩固结可减少墩身及基础的工程数量；（3）利用墩的柔度，减少上部结构的弯矩，从而可降低建筑高度；（4）抗震性能好。缺点预应力混凝土结构重力大，跨越能力有限，采用就地浇筑时，混凝土的质量比较难于控制。图33承台平面图图34墩顶立面图图35跨中梁截面图图36支撑处梁截面图34连续钢桁拱桁梁组合结构100250100M341总体设计该方案的桥跨组合为10250M10钢桁梁钢桁架拱钢桁梁图37连续钢桁拱桁梁组合方案图342横断面设计两侧主桁桁高11M，桁宽11M，节间长度10M；矢跨比1/3，跨中拱肋桁高8M，拱顶至桥面高度80M。中跨钢桁拱拱肋采用变高度N形桁架。两拱肋之间设钢系杆。拱肋与系杆之间采用刚性吊杆连接，吊杆间距10M，吊杆最大长度72M图38桥门架图39支中横联343主桁构件设计主桁构件采用14MNNBQ，板厚1250MM，桥面与联结系构件采用Q345D，板厚1228MM，辅助结构采用Q235B钢。加劲弦和拱肋下弦采用焊接箱形截面，截面高8001100MM，外宽800MM，板厚2050MM；平弦部分弦杆，中弦和拱肋上弦采用焊接H形截面，截面高760L200MM，外宽800MM，板厚1650MM。腹杆采用箱形及H形截面，箱形截面高800L100MM，外宽800MM，板厚2450MM；H形截面高700940MM，外宽800MM，板厚2036MM。系杆采用焊接H形截面，截面高1400MM，外宽800MM，板厚50MM。所有杆件最大长度283M，最大安装吊重35T。全桥共34对吊杆，吊杆长度765M，均采用焊接H形截面，截面宽度800MM，翼缘宽度700920MM，分节段拼接接长。344桥墩设计桥墩采用直径85米的圆形实心桥墩。345施工方法悬臂施工优点自重较轻，施工简便，杆件直接受拉与受压，能充分发挥材料性能。缺点后期对拱肋、吊杆的维修养护工作量较大，费用也较高。35桥式方案推荐意见（1）从结构受力特点钢桁架拱桥中各个杆件基本都是承受拉、压受力，非常适合钢材的特性，整体结构受力最为合理，安全可靠度最高；其次是连续钢桁架梁桥；由于预应力混凝土受徐变等各种应力损失，以及混净土的不稳定影响，连续刚构梁桥在结构受力方便在三种桥式方案中居后。（2）使用维护由用钢量的多少可以看出，钢桁架拱桥后期维修量最大，维修困难也最大；连续刚构梁桥虽然维修较少，省去了更换支座的麻烦，但是一旦发生梁开裂损坏，维修更坏将十分困难；连续钢桁梁桥，由于其杆件的标准化工厂化程度高，后期杆件的更换维修也十分简单。（3）工程造价连续刚构梁桥用钢量最少，桥式最为简洁，材料使用的都是预应力混凝土箱梁造价最低；钢桁架拱桥用钢量最大，且拱墩基础大耗大量混凝土，造价最高；连续钢桁梁桥材料造价居中。（4）美观方面连续刚构桥造型简洁，显得流利爽快，不拖泥带水；钢桁架拱桥造型最为优美，犹如彩虹横跨两岸；连续钢桁架梁桥传统古朴的方式横通大江。（5）施工方面连续钢桁架拱桥施工复杂，技术要求高；连续刚构采用悬臂法施工不干扰通航但工期最长；连续钢桁梁桥施工简便工期最短短，采用伸臂法施工亦不干扰通航。从高速铁路安全的实际需要和长久维修方便的需要，和满足国家快速建设客运专线运营的需要，连续钢桁架梁桥是最合适选择。第4章主桁杆件设计41概述411设计资料根据选定的双线连续钢桁梁桥的方案，确定主要技术指标390M1）结构的基本尺寸计算跨度桥梁全长2712M节间长度10M主桁中心距11M主桁高1100M2）钢材及基本容许应力杆件及构件用Q345QD普通低合金钢；高强度螺栓用40B钢；精制螺栓用ML3；螺母及垫圈用45号优质碳素钢；铸件用ZG25；辊轴用锻钢35。钢材的基本容许应力参照桥规。3）结构连接方式及尺寸连接方式桁梁杆件及构件采用工厂焊接，工地高强度螺栓连接；人行道托架采用精制螺栓连接。连接尺寸焊缝的最小焊脚尺寸参照桥规；高强度螺栓的杆径为22，孔径为D23MM。4）设计恒载主桁32980/PKNM联结系；4桥面系；KP/3062高强度螺栓；234167/PKNM检查设备；MKN/015桥面；P1焊缝。723415083/PKNM,计算主桁恒载时按桥面全宽恒载。1234567105/PPPKN5）活载高速铁路ZK活载，活载标准图式参照京沪高速铁路设计暂行规定。6）设计规范中华人民共和国铁道部2005年铁路桥涵设计基本规范中华人民共和国铁道部2005年铁路桥梁钢结构设计规范中华人民共和国铁道部2003年京沪高速铁路设计暂行规定42主桁杆件设计方法及过程由于连续钢桁梁桥属于超静定结构，其各杆件的内力不仅与荷载相关，还与桥面桥面系、主桁恒载、联结系、高强度螺栓检查设备、焊缝、每线总恒载、各杆件相对刚度有关，因此对于连续钢桁梁桥，首先需要根据经验先拟定各杆件的截面形式和尺寸，根据这些尺寸计算各杆件在内力组合下的控制内力和各节点的位移，然后对各杆件进行刚度、强度、疲劳、稳定等检算。根据检算的结果调整杆件的截面形式和尺寸，然后再重复上面的过程，直到杆件的截面不仅满足强度、刚度和稳定的要求，同时也是最优的，体现设计的经济性。由上面的叙述可知，主桁杆件的设计过程其本质是一个不断试算，不断迭代的过程，其计算工作量相当繁重，因此在本设计中，为保证设计进度以及计算的准确性，我们采用计算机编程来实现整个的设计过程，编程语言采用FORTRAN，计算理论基础为矩阵位移法。图41主桁杆件设计流程图从图41主桁杆件设计流程图中可以得出，在整个设计中有以下几个关键的步骤计算各杆件在荷载组合作用下的控制内力检算各杆件的强度、刚度、稳定和疲劳43杆件控制内力的计算431计算模型本设计为连续钢桁梁桥平面铰接桁架结构，如图42主桁杆件的计算图式由主桁架各杆件的轴线形成图42主桁杆件的计算图式432算法设计概述连续钢桁梁为直线桥，作用在主桁杆件上内力有恒载和ZK活载，计算杆件的内力，首先计算杆件的内力影响线，然后利用影响线进行恒载和活载的加载，各杆件在恒载作用下的内力是一个确定的数值，而对于活载作用的杆件内力却与活载的作用位置有关，进行杆件设计需要得到各个杆件在活载作用小的最大最小内力，然后考虑活载作用下的冲击系数以及活载发展均衡系数的影响进行荷载组合得到各个杆件的控制内力。为了实现上述的计算，我们需要解决以下几个问题各个杆件影响线的计算以及利用影响线进行恒载和活载的加载。所谓杆件轴力的影响线就是当一个指向不变的单位集中荷载沿结构移动时表示该杆件轴力变化规律的图形，因此在得到各个杆件影响线前首先应该计算出杆件在单位荷载作用下的内力，该内力可采用矩阵位移法计算。综上所述，该算法主要包括以下三方面基于矩阵位移法计算单位荷载作用下杆件内力和节点位移；绘制平面桁架的各个杆件的内力影响线和节点位移影响线；基于影响线进行恒载和活载加载计算杆件内力，通过内力组合得到各杆件的控制内力。44矩阵位移法概述用矩阵位移法计算平面桁架时，每个杆件当做一个单元，以结点（单元之间的交点）位移为基本未知数，建立外荷载雨结点位移之间的关系结构刚度方程，求解结构刚度方程得到结点位移，从而计算每根杆件的内力。矩阵位移法的求解步骤（1）结构离散化划分单元，建立整体坐标系和局部坐标系，对结点和单元进行编号，目的是让计算机识别各个单元和结点。局部坐标系沿单元方向，X轴则从轴出发逆时针旋转901度。YX（2）单元分析即建立每个单元的杆端力与杆端位移之间的关系单元刚度方程。（3）整体分析根据结点的平衡，建立结构的外荷载与结点位移的的关系结构刚度方程。（4）求解结构刚度方程，得到结点位移。（5）计算每根杆件的轴力。45矩阵位移法具体过程451结构离散化所谓离散化就是指将主桁结构分解为有限个较小的单元，对于杆件结构一般以一根杆件作为单元；对各单元和结点进行编号，确定结构的整体坐标和局部坐标系，对于各杆件的局部坐标系，在本设计中均由各杆件单元的结点编号较小的一端指向结点编号较大的一端。如图43主桁杆件单元离散图共55个结点，106个单元。图43（A）主桁杆件单元离散图图43（B）主桁杆件单元离散图图43C主桁杆件单元离散图452单元分析4521局部坐标系下的单元分析图44局部坐标系单元图任取一个单元，单元长，抗拉刚度为，两端结点号为，建立局部LEA,IJ坐标系（符号上加一横，表示是局部坐标系下的量），单元两端的力为XY，两端的位移为（如图44局部坐标系单元图）。YIIJJX、IJUV、单元伸长量。因此，ILUV,0JIIJIJEAXYL写成矩阵形式，即41FK其中TIJJXIJJUV04200EEALLKLL其中分别为局部坐标系下单元的杆端力（单元结点力）、FK、杆端位移（单元结点位移）和单元刚度矩阵。式（41）反映了单元的杆端力和杆端位移之间的关系，称为局部坐标系下的单元刚度方程。4522杆端力、杆端位移的坐标转化单元的杆端力除可以用局部坐标系下的分量表示外，还可YIIJJX、以用整体坐标系下的分量表示（如图45坐标转换）。舍单元局YIIJJX、部坐标下的轴与整体坐标系的轴的街角为，则XXA图45坐标转化图SINISIIJJJJJJXCAYC写成矩阵形式，即FT43其中IJJFXYCOSIN0I40COSINITFTI,J,CS,IIJXYAL其中称为整体坐标系下的杆端力（单元结点力）称为坐标系转化矩阵。设结点的坐标为、及杆件长可按下式计算22COS/IN45JIJIJIALLXYT矩阵是正交矩阵，满足如下的关系式146T这样有可得FTF单元的杆端位移处可以用局部坐标系下的分量表示外，还可IJUV、以用整体坐标系下的分量表示（如图46）。IJUV、两者之间的关系为图46整体坐标系下的单元COSINIISISIJJJIUAVV写成矩阵形式，即47T其中称为整体坐标系下的杆端位移（单元结点位移）。IJJUV由式（47）可得T4523整体坐标系下的单元分析将及代入,得FKTFTK引入T48则F49将式42/44代入式（48），得2222COSCSINCOSCSINININ410IISISSISETEEAKL式49反映了整体坐标系下的杆端力与杆端位移之间的关系，称为整F体坐标下的单元刚度方程。称为整体坐标系下的单元刚度矩阵。具有如KK下性质对称性（即），奇异性（即）。IJJIK0K453整体分析就是把与结点位移同方向的结点和在排列起来组成结构的荷载列阵，即121241TXIXYIYPPP其中是结点I沿X,Y方向的荷载。,IXY结构整体分析的目的就是分析的关系。与KP412上式即为结构刚度方程，表述了结构的荷载列阵与位移列阵的关系。P结构刚度DE计算按下规则（1）总刚中的主子块是由结点I的各相关单元的主子块叠加求得，即K。EIIK（2）总刚中的副子块，当为相关结点时即为链接他们的单元的相应IM,得副子块，即；当为非相关结点时即为零子块。EIMIKK454位移边界条件的引入采用对角元素扩大法将对角元素乘以一个大叔（比如），同时将IK10换成。IP10IK121112201012INIIIIINNNNIPKKK上式第个方程为I101012IIIINIK由于较大，故上式可以得到，即。10IK10IIKII这种方法对结构刚度方程改动较少，应用方便，但修改后的元素数量极差憋较大，程序设计时应注意控制计算过程中的舍入误差。455求解结构刚度方程采用高斯一般的线性代数方程组消元法AXP即12112212NNNNAAXP消元从1到循环（第1到次消元）KN,1,2,IKIJIJJIKIIAKIKNP循环结束回代1/1,2,NNIIIJIJXAPXIN按照以上据算步骤编制程序可求解出结点位移456内力计算杆件内力计算按公式COSSINJIJIEANAUAVL46ZK活载加载的计算根据京沪高速铁路设计暂行规定，对与跨度或影响线加载长度大于60M的简支梁和连续结构，采用的ZK活载的标注图式如图47所示。对于单线或双线的桥梁结构，各线均应计入ZK活载作用。设计加载时，活载图示可以任意截取。对于多符号影响线，活载图示可隔开，即在同符号影响线各区段进行加载，中间的异符号影响线区段不加载。图47ZK活载的标注图1）ZK活载的处理在424中我们已经求得各杆件的内力影响线和各结点的位移影响线，要想求得杆件在活载作用下的最大最小内力，显然就是当荷载满布在影响线的负号区域时，杆件的内力最大，满布在影响线的正号区域时，杆件的内力最小。为此设置一列活载列阵从桥头移到桥尾，选择影响线加载的步长为01M，将均布荷载处理成作用点相隔01M的小集中荷载，其等效值为“均布荷载值步长值”，即64KN。处理后的ZK活如图48所示。图48处理后的ZK加载活载2ZK活载的加载方法在活载加载前确定每个单元活载的大小和位置之间的关系，子程序XQ可确定，单元子活载的大小和位置关系，每移动一步只需要知道活载列阵的第一个元素在桥上的位置就可知道整个活载列中每个单元活载在桥的位置，通过判断语句确定加载到桥上的单元子活载，根据活载列中的各个单元的位置与每个杆件影响线的关系进行正负加载任意取用，子程序HUOZAI可求出活载列阵移动中的每一步每一个杆件的活载加载内力，和比较求出每个杆件加载活载的最大最小内力值，并且调用子程序JUHENGXISHU求解和恒载的组合内力。过程如图49程序框架图。图49（A）主桁杆件影响线程序框架图图49（B）程序框架图47程序说明（1）SUBROUTINEIOMJSHY,AA,NM,NJ,NS,IST,IEN,X,Y,IS,VS,H,B1,T1,T2,AA0功能读入并且输出杆件、节点及支撑条件的数据输入参数HY,AA,NM,NJ,NS输出参数IST,IEN,X,Y,IS,VS,H,B1,T1,T2,AA0（2）SUBROUTINEGANJIANHY,XL,NM,AA,H,T1,T2,B1,AA0,AR,AJ,IMX,IMY,RX,RY,BT,HT,LX,LY,LRX,LRY功能计算各个杆件的截面几何性质，并且输出输入参数HY,XL,NM,AA,H,T1,T2