桥梁工程毕业设计（论文）-跨径120m下承式钢管混凝土悬索线拱桥设计.doc

全套图纸加153893706 华东交通大学毕业设计（论文）任务书姓名XXX学号XXX毕业届别2014年专业桥梁工程毕业设计（论文）题目跨径120m下承式钢管混凝土悬索线拱桥设计指导教师XXX学 历博士职 称讲师具体要求： 1熟悉设计资料；2确定桥型方案比选；3结构尺寸拟定，杆件截面几何参数计算；4桥面系验算，包括桥面板计算与配筋验算，横梁计算与配筋验算，纵梁计算与配筋验算；5桥梁博士软件电算模型建立；6施工阶段内力和应力计算；7活载温度作用计算；8作用荷载组合，包括承载能力极限状态设计和正常使用极限状态设计；9各施工阶段、使用阶段强度验算；10拱的稳定性验算；11纵梁和立柱设计。进度安排： 第1周复习拱桥相关知识，熟悉图纸，确定结构尺寸；第2周桥面板、横隔梁计算，配筋；第3周拱轴线相关数据计算；第四周初步计算；第五周桥梁博士电算模型建立；第六周桥梁博士电算模型建立；第七周桥梁博士模型建立；第八周桥梁博士电算计算；第九周桥梁博士电算结果输出；第10周构件强度安全性校核；第11周构件稳定性校核；第12周立柱、纵梁配筋计算；第13周书写计算书；第14周书写计算书、绘图；第15周绘图；第16周整理毕业设计，答辩。 指导教师签字： 2014年 2 月 26日教研室意见： 教研室主任签字： 2014年 2 月26 日题目发出日期2014年2月26日设计（论文）起止时间2014年6月10日附注：华东交通大学毕业设计（论文）开题报告书课题名称跨径120m下承式钢管混凝土悬索线拱桥设计课题来源工程实际课题类型AY导 师XXX学生姓名XXX学 号XXX专 业桥梁工程开题报告内容： 由于设计的是拱桥，所以要查阅和参考关于拱桥之类的书籍，有公路桥涵设计手册-拱桥（上册）；钢管混凝土拱桥；公路桥涵设计通用规范；公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范；教材：桥梁工程（上、下）；桥梁计算示例丛书-拱桥等，准备从手算和电算两个部分进行计算，其中电算以桥梁博士为主。方法及预期目的：方法:1、手算，包括桥型方案比选，拱桥结构尺寸的拟定与步骤，结构内力计算与配筋，其中包括桥面板、横隔梁和纵梁；2、电算，包括撰写单元信息，撰写施工信息，撰写使用信息，撰写结果的概念校核，桥梁博士电算结果输出，构件强度安全性校核，构件稳定性校核。目的： 1、通过该课题设计使我们能综合运用所学课程,系统地巩固基本理论和专业知识；2、培养分析问题和解决问题的独立工作能力；3、提高计算、绘图、查阅文献、使用规范手册和编写技术文件及计算机辅助设计计算等基本技能,使我们了解生产设计的主要内容和要求；4、掌握桥梁设计原则、设计方法、步骤；5、树立正确的设计思想及严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于创新的作风,具体解决大、中、小桥等常见跨度桥梁的设计,为桥梁建设事业服务。 指导教师签名： 日期：2014年2月26日课题类型：（1）A工程设计；B技术开发；C软件工程；D理论研究； （2）X真实课题；Y模拟课题；Z虚拟课题 （1）、（2）均要填，如AY、BX等。华东交通大学毕业设计(论文)评阅书(1)姓名XXX学号XXX专业桥梁工程毕业设计(论文)题目跨径120m下承式钢管混凝土悬索线拱桥设计指导教师评语：得分指导教师签字：年 月 日评阅人评语：得分评阅人签字：年 月 日等级华东交通大学毕业设计(论文)评阅书(2)姓名XXX学号XXX专业桥梁工程毕业设计(论文)题目跨径120m下承式钢管混凝土悬索线拱桥设计答辩小组评语：等级 组长签字：年 月 日答辩委员会意见： 等级 答辩委员会主任签字：年 月 日（学院公章）注：答辩小组根据评阅人的评阅签署意见、初步评定成绩，交答辩委员会审定，盖学院公章。“等级”用优、良、中、及、不及五级制（可按学院制定的毕业设计(论文)成绩评定办法评定最后成绩）。华东交通大学毕业设计（论文）答辩记录姓名XXX学号XXX答辩时间2014年6月11日答辩组成员：答辩记录： 记录人：_ 组长：_ _年_月_日全套图纸加153893706跨径120m下承式钢管混凝土悬索线拱桥设计 专 业： 桥梁工程 学 号：XXX学生姓名：XXX 指导教师：XXX摘要 本毕设是跨径120m，矢跨比为1/5的下承式钢管混凝土拱桥的设计及计算。本桥型是由三座适合地形条件的桥型，通过经济、技术、环境等因素的分析最选定的。在根据工程实例对桥型尺寸拟定后，依次对桥面板、横梁、小纵梁进行计算。1.桥面板使用整体现浇，在判断桥面板是单向板后，采用多个轮载叠加最不利情况进行内力计算，再根据通用规范进行荷载组合，最后进行桥面板配筋并通过配筋验算。2.横梁采用刚性横梁法，计算出横向分布系数，按照横梁影响线布置最不利荷载进行内力计算，再进行荷载组合，最后根据预应力混凝土及钢筋混凝土桥梁规范配置预应力钢筋并通过验算。3.对于小纵梁，依据刚性横梁法和杠杆法分别计算出小纵梁跨中和支点出的活载横向分布系数，再按照简支梁计算出恒载和活载内力，最后进行荷载组合后进行小纵梁配筋，并通过配筋验算。设计中通过桥梁博士选取一片拱肋、主纵梁和吊索建立平面杆系结构模型进行拱桥电算。在按要求输入正确的钢束信息、施工信息和使用信息后，输出各阶段内力、应力和位移的文本，并且通过了承载力极限状态验算、正常使用极限状态验算和钢管混凝土构件验算等。结论：在地形和一级公路荷载条件下，本毕设所设计的下承式悬索线钢管混凝土拱桥符合设计规范要求，并且通过了各项验算，完全可以投入实际使用。关键词：拱桥；钢管混凝土；荷载组合；配筋；内力计算；验算I全套图纸加153893706The design of concrete filled steel tube arch bridge bearingspan suspension line under 120mAbstract The complete set is 120m span, rise span ratio of 1/5 for design and calculation of concrete filled steel tubular arch bridges. The bridge is a bridgeterrain conditions suitable by the three seat, through the analysis of economy,technology, environment and other factors of the selected. According to the engineering example in the bridge geometry, followed on thebridge deck, beam, small beam calculation. 1 Bridge Decks Using cast-in-place, in judging the bridge deck is one-way slab, a plurality of wheel loadsuperposition of the internal force calculation, then the load combinationaccording to the general standard, finally to bridge deck reinforcement and thereinforcement calculation. 2 beams using rigid cross beam method, to calculate the transverse distribution coefficient, calculated in accordance with the most unfavorable load beam internal force influence line layout, then theload combination, finally according to the prestressed concrete and reinforced concrete bridge standard configuration of prestressed reinforced by checking.3 for small beams, based on the rigid crossbeam method and the lever method is used to calculate the small longitudinal beam span and support the live load transverse distribution coefficient, then in accordance with the simply supported beam to calculate the dead load and live load internal force, theload combinations of small longitudinal reinforcement, and the reinforcementcalculation. The design of a piece of arch rib, main beam and cable model plane framestructure is selected by Dr. bridge arch bridge. In the enter the correct steelbeam construction of information, information and using information according to the requirements of each stage, output force, force and displacement of thetext, and through the bearing capacity limit state checking, normal use limit state checking and checking of concrete filled steel tubular members. Conclusion: in the terrain and a road load conditions, the complete set of the design of the suspension line of steel pipe concrete arch bridge meet the design requirements, and through the various checking, can be put into practical use.Keywords: concrete filled steel tube arch bridge; reinforcement; load combination; internal force calculation; calculationVII目录目录摘要IAbstractII目录IV第一章钢管混凝土拱桥简介11.1 钢管混凝土拱桥发展概况11.2 钢管混凝土拱桥优点41.3 钢管混凝土拱桥结构简介51.3.1 结构基本类型51.3.2 拱助截面的构造61.3.3 桥面系7第二章桥型方案比选92.1 根据地形选定三个桥型92.1.1 预应力混凝土简支梁桥92.1.2 预应力混凝土连续梁桥102.1.3 下承式钢管混凝土拱桥112.2 根据经济、技术等方面选定合适的桥型12第三章 结构尺寸拟定133.1 桥面板结构尺寸拟定133.2 纵梁、横梁的尺寸拟定133.3 拱肋的尺寸拟定13第四章结构内力手算和配筋144.1 桥面板计算144.1.1 判断是否是单向板144.1.2 恒载内力计算144.1.3 活载内力计算154.1.4 荷载组合184.1.5 配筋及验算184.2 横梁计算（跨中）204.2.1 横梁主要结构尺寸204.2.2 作用在中横隔梁上的计算荷载204.2.3 绘制中横梁的内力影响线214.2.4 截面活载内力计算214.2.5 截面恒载内力计算234.2.6 横梁内力效应组合244.2.7 横梁配筋244.2.8 承载力极限状态计算254.3小纵梁计算274.3.1 小纵梁计算模型为支承在横梁的连续梁计算步骤如下274.3.2 活载内力计算294.3.3 纵梁荷载效应组合324.3.4 纵梁配筋324.3.5 配筋验算334.4拱肋稳定性验算384.4.1 .纵向稳定性验算384.4.2 横向稳定性验算394.5 大纵梁计算394.5.1 推力计算39第五章桥博电算435.1内力位移计算435.1.1 项目组建立435.1.2 输入总体信息445.1.3 输入单元格信息455.1.4 输入钢束信息535.1.5 输入施工信息575.2 模型正确性判断615.1.1 安装杆件和施加二期恒载阶段永久荷载内力及位移图正确的判断615.2.2成桥后结构重力内力图正确判断665.2.3 成桥后预应力内力位移图正确判断675.2.4 成桥后收缩徐变内力位移图正确判断。685.2.5 荷载横向分布计算结果705.2.6 成桥后各荷载工况的Mmax-Nmin等移动荷载内力图715.3配筋估算83第六章 模型安全性验算906.1大纵梁验算：906.1.1大纵梁使用阶段荷载组合1应力:906.1.2大纵梁使用阶段荷载组合2应力:916.1.3大纵梁使用阶段荷载组合3应力:926.1.4大纵梁使用阶段荷载组合4应力:936.1.5大纵梁使用阶段荷载组合5应力:946.1.6大纵梁使用阶段荷载组合6应力:956.2拱肋主截面验算：966.2.1拱肋主截面使用阶段荷载组合1应力:966.2.2拱肋主截面使用阶段荷载组合2应力:976.2.3拱肋主截面使用阶段荷载组合3应力:986.2.4拱肋主截面使用阶段荷载组合4应力:996.2.5拱肋主截面使用阶段荷载组合5应力:1006.2.6拱肋主截面使用阶段荷载组合6应力:1016.3拱肋副截面验算1026.3.1拱肋副截面使用阶段荷载组合1应力:1026.3.2拱肋副截面使用阶段荷载组合2应力:1036.3.3拱肋副截面使用阶段荷载组合3应力:1046.3.4拱肋副截面使用阶段荷载组合4应力:1056.3.5拱肋副截面使用阶段荷载组合5应力:1066.3.6拱肋副截面使用阶段荷载组合6应力:1076.4拉索验算：1086.4.1拉索使用阶段荷载组合1应力:1086.4.2拉索使用阶段荷载组合2应力:1086.4.3拉索使用阶段荷载组合3应力:1096.4.4拉索使用阶段荷载组合4应力:1106.4.6拉索使用阶段荷载组合6应力:110总结112参考文献113致谢114附表1157.1大纵梁正常使用阶段荷载组合应力1157.1.1大纵梁正常使用阶段荷载组合1应力1157.1.2大纵梁正常使用阶段荷载组合2应力1187.1.3大纵梁正常使用阶段荷载组合3应力1247.1.4大纵梁正常使用阶段荷载组合4应力1277.1.5大纵梁正常使用阶段荷载组合5应力1307.1.6大纵梁正常使用阶段荷载组合6应力1337.2拱肋主截面正常使用阶段荷载组合应力1367.2.1拱肋主截面正常使用阶段荷载组合1应力1367.2.2拱肋主截面正常使用阶段荷载组合2应力1397.2.3拱肋主截面正常使用阶段荷载组合3应力1427.2.4拱肋主截面正常使用阶段荷载组合4应力1457.2.5拱肋主截面正常使用阶段荷载组合5应力1487.2.6拱肋主截面正常使用阶段荷载组合6应力1517.3拱肋副截面正常使用阶段荷载组合应力1547.3.1拱肋副截面正常使用阶段荷载组合1应力1547.3.2拱肋副截面正常使用阶段荷载组合2应力1577.3.3拱肋副截面正常使用阶段荷载组合3应力1607.3.4拱肋副截面正常使用阶段荷载组合4应力1637.3.5拱肋副截面正常使用阶段荷载组合5应力1667.3.6拱肋副截面正常使用阶段荷载组合6应力1697.4拉索正常使用阶段荷载组合应力1727.4.1拉索正常使用阶段荷载组合1应力1727.4.2拉索正常使用阶段荷载组合2应力1747.4.3拉索正常使用阶段荷载组合3应力1757.4.4拉索正常使用阶段荷载组合4应力1767.4.5拉索正常使用阶段荷载组合5应力1777.4.6拉索正常使用阶段荷载组合6应力178附图1798.1大纵梁正常使用阶段荷载组合应力1798.1.1大纵梁正常使用阶段荷载组合1应力1798.1.2大纵梁正常使用阶段荷载组合2应力1808.1.3大纵梁正常使用阶段荷载组合3应力1818.1.4大纵梁正常使用阶段荷载组合4应力1838.1.5大纵梁正常使用阶段荷载组合5应力1848.1.6大纵梁正常使用阶段荷载组合6应力1858.2拱肋主截面正常使用阶段荷载组合应力1878.2.1拱肋主截面正常使用阶段荷载组合1应力1878.2.2拱肋主截面正常使用阶段荷载组合2应力1888.2.3拱肋主截面正常使用阶段荷载组合3应力1908.2.4拱肋主截面正常使用阶段荷载组合4应力1918.2.5拱肋主截面正常使用阶段荷载组合5应力1938.2.6拱肋主截面正常使用阶段荷载组合6应力1948.3拱肋副截面正常使用阶段荷载组合应力1968.3.1拱肋副截面正常使用阶段荷载组合1应力1968.3.2拱肋副截面正常使用阶段荷载组合2应力1978.3.3拱肋副截面正常使用阶段荷载组合3应力1998.3.4拱肋副截面正常使用阶段荷载组合4应力2008.3.5拱肋副截面正常使用阶段荷载组合5应力2018.3.6拱肋副截面正常使用阶段荷载组合6应力203全套图纸加153893706第一章钢管混凝土拱桥简介1.1钢管混凝土拱桥发展概况 1990年中国第一座钢管混凝土拱桥四川的旺苍东河大桥建成，它为跨径110m的下承式预应力钢管混凝土系杆拱桥。由于钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点，又适逢我国大规模的交通基础设施建设时期，钢管混凝土拱桥在我国得以迅速发展。随着数量的增多，跨径与规模也不断增大，分布区域也越来越广。据不完全统计，我国已建和在建的钢管混凝土拱桥均有200多座，其中跨径超过200m的有30多座。1995年，广东汕西大桥是第一座跨径超过200m的钢管混凝土拱桥，也是第一座飞燕式拱桥。飞燕式拱桥通过张拉系杆来平衡主拱所产生的大部分水平推力，大大降低了平原或软基地区拱桥下部与基础的工程量和造价。 图1-1 下承式钢管混凝土拱桥 我国目前仍处于交通基础设施建设的高潮，钢管混凝土拱桥的应用仍在不断发展之中。以下简要介绍几座具有代表的桥梁： 浙江省淳安县（千岛湖）南浦大桥，已于2000年开工兴建，是继广州丫髻沙大桥后又一座跨径超过300m的大跨径钢管混凝土拱桥。该桥为中承式，主跨净为307.94m，净矢跨比1/5，拱轴线拱轴系数m=1.167的悬索链线。为增大宽跨比，将人行道设于拱肋内侧，两拱肋中心距为13.0m。拱肋采用回管全木行式断面，木行高5.2m，宽2.55m。拱肋弦管采用直径 850mm的钢管，壁厚拱顶段为12mm，拱脚段为14mm和20mm。钢管内填C50混凝土。桥面系为钢管混凝土结构，吊杆间距8m。拱桥坐落在岩石地基之上，施工方案为缆索吊装。 2001年年底开工的跨径在300m以上的钢管混凝土有推力的中承拱桥有两座，一座是广西南宁永和大桥，另一座是重庆市巫山县巫峡长江大桥。 图1-2 广西南宁永和大桥总布置图 广西南宁永和大桥，主跨净跨径为338m，拱轴线为四次抛物线。桥面宽35m，其中机动车道净宽16.5m。拱肋中心距为20.5m。拱肋采用回管横哑铃形木形式断面，宽1.78m，拱顶高8m，拱脚截面径向高14m。拱肋弦管采用直径 1220mm，壁厚16mm的钢管，内填C50混凝土。 图1-3 广西南宁永和大桥风景图重庆市巫山县巫峡长江大桥，主跨净跨径460m，净失跨比1/3.8，拱轴线为拱轴系数m=1.55的悬索链线。桥面行车道净宽15m。拱肋采用全木行式断面，拱顶高7m，拱脚截面径向高14m。主拱肋弦管采用直径 1220mm，壁厚22mm的钢管，内填C60混凝土。桥面系为钢筋混凝土结构，吊杆间距12m。它建成后不仅是钢管混凝土中承式拱中跨径最大的，也是钢管混凝土拱桥和钢筋混凝土拱桥中跨径最大的。拱底座坐落在岩石地基之上，设计施工方案为缆索吊装。 图1-4 巫峡长江大桥总布置图 下承式结构中，浙江省杭州市钱江四桥是跨径与规模较大的一座，该桥主桥跨径组合为2x85m+5x85m+190m+2x85m双层桥面，上层通过汽车，下层通过轻轨。 图1-5 杭州钱江四桥风景图杭州钱江四桥(又名复兴大桥) 位于杭州市中心区南部,在钱江一桥下游4. 3 km 处跨越钱塘江,主桥全长1 376 m。桥型方案为双层双主拱的钢管混凝土组合系杆拱,主桥跨径布置按计算跨径为2 85 + 190 +5 85 + 190 + 2 85 m ,其中边跨为下承式系杆拱桥和上承式拱桥的组合,190 m 跨为下承式系杆拱桥和中承式拱桥的组合。上层桥面设置了6 条城市机动车快速行车道,下层桥面中间预留杭州地铁1 号线双向线整体道床,双侧设置公交专用道与行人非机动车道。上下桥面采用同宽设计,分别为26. 4 m(小拱) 和32. 0m(大拱) 。85m跨的结构相当于上承式和下承式的组合结构。190m的跨的结构相当于中承式与下承式的组合结构。190m的跨的拱肋轴线为二次抛物线，矢跨比为1/4。拱肋断面为回管全木行式，木行宽2.6m，高为4.5m。拱肋弦管采用直径 950mm，壁厚20mm的钢管，内填C50混凝土。系梁为2.5m2.5m的箱型断，采用现浇劲性骨架预应力混凝土结构。下层吊杆横梁为预应力混凝土结构，上层吊杆为钢-混凝土叠合梁。85m跨的拱轴线也为二次抛物线，矢跨比为1/7。拱肋断面为单圆管钢管直径为1500mm，壁厚25mm，内填C50混凝土。系梁为2.0m2.5m的箱型断，采用现浇劲性骨架预应力混凝土结构。上下层横梁均为预应力混凝土结构。横梁间距6.1m。钻孔桩基础。设计施工方案为缆索吊装。 图1-6 杭州市钱江四桥总布置图 上承式在钢管混凝土拱桥中修建得不多，主要是受地形地质条件的限制。三峡工程专用公路上的黄柏河大桥河小牢溪大桥均为跨径160m的上承式钢管混凝土拱。 1.2钢管混凝土拱桥优点 将钢管混凝土应用于拱桥中，在力学性能、施工、经济以及美观等方面，表现出很大的优越性，极大促进了拱桥的发展。钢管混凝土同套箍混凝土相同，一方面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；另一方面借助内填混凝土的支撑作用，增强钢管壁的几何稳定性，改变空钢管的失稳模态，从而提高其承载力。二者的结合,充分发挥了两种材料的优点，相互弥补了彼此的不足。钢管混凝土作为一种组合材料具有独特的工作特性：弹性工作而塑性破坏,承载力高而极限压缩变形大。非常适合以偏心受压为主的拱桥。 大跨度钢管混凝土拱桥的发展优势还表现在施工上。修建大跨度拱桥的关键是施工方法。现代拱桥的施工方法已由以往在笨拙的满堂支架上施工发展到无支架施工：诸如缆索吊装法、劲性骨架施工法、悬臂拉索扣挂施工法及转体施工法等。钢管混凝土拱桥的施工过程是先制作和架设空钢管拱肋，然后将混凝土灌入钢管而成桥。这进一步大幅度地减轻拱结构劲性骨架的吊装质量，使上述无支架技术如虎添翼。同时，采用泵灌顶升技术灌注管内混凝土，无需振捣，借混凝土自重挤压密实，工效高质量好。此外钢管除与核心混凝土共同作为结构的主要受力部分外,在施工过程中可以作为支架和浇注管内混凝土的模板，使得施工方便、快捷。 钢管混凝土与钢结构相比,在保持自重相近和承载力相同的条件下，可节省钢材50% ，并节省大量的焊接工作；与普通钢筋混凝土相比，在保持钢材用量相近和承载力相同的条件下，构件的横截面积可减少一半，从而使建筑空间得到加大，混凝土和水泥用量以及构件自重相应减少50% 。另外，钢管混凝土本身的施工特点符合现代施工技术工业化的要求，可大量节约人工费用，降低工程造价。 钢管混凝土拱桥在造型艺术上也有着独特的优点。拱桥是个极富美感的桥型，它的美在于优美的拱曲线孕育着强大的力量，产生一跃而过的力动感和跨越感，令人赏心悦目。钢管混凝土拱桥以优美的弧形拱肋与直线形的梁、立柱（或吊杆）结合，呈现出刚柔并济、韵律优美的绰约风姿。同时，钢管混凝土拱桥在造型上以及拱肋的布置上呈多样化。拱肋截面可以做成哑铃形、三角形、四边形等，拱肋数量可以是单肋拱、双肋拱、三肋拱等，拱肋布置可以是平行桥面布置，与桥面斜交布置，两拱肋在拱顶连接布置等。另外，按车承形式不同拱桥可以布置成上承式、中承式或下承式。这样,可以根据功能和环境的不同采用不同的桥型和拱肋布置，使拱桥在满足功能的要求上，与拱桥所处环境相协调，从而使拱桥更具美感1.3钢管混凝土拱桥结构简介 1.3.1结构基本类型 钢管混凝土拱桥近十余年来在我国发展很快,其结构型式多样,按车承形式可分为上承式、中承式和下承式。调查表明,与我国其他拱桥(如石拱桥、钢筋混凝土拱桥)相比,在钢管混凝土拱桥中,上承式修建得不多,反而中下承式占了主要的地位。在过去的钢管混凝土拱桥桥例统计分析中,上承式一般仅占总数的10%左右。这主要是因为钢筋混凝土拱桥或石拱桥,自重较大,对基础要求高,在城市和平原地区修建,容易由于下部结构与基础的工程量较大而使造价上升而较少采用。而钢管混凝土拱桥由于自重较轻,加上刚架系杆拱等新的结构型式,使得对下部结构与基础的要求降低,因而在城市与平原地区能够得到大量的应用,从而使上承式拱在钢管混凝土拱桥中所占的比例相对于中、下承式下降了。尽管如此,钢管混凝土上承式拱桥有其独特的优越性,因而成为地质条件较好的峡谷和山谷地区具有很强竞争力的桥型。这种桥型构造简单、横向联系容易布置,桥道系支承于立柱上,整体性、横向稳定性均较好。 图1-7 拱桥结构形式 下承式拱桥一般带系杆拱），它主要用在建筑高度受限制的地基条件差的情况下。下承式拱根据是否有支座可以分为有支座的拱梁组合结构和无支座的刚架系杆拱。 拱梁组合桥的拉杆与行车系的纵梁合二为一，属拉弯构件。当其抗弯刚度较小时称为系杆，刚度较大时称为系梁。拱与梁在拱脚处刚结，支承于墩台支座上。这种结构体系，一方面可便拱梁共同承受荷载，从整体上节约材料；另一方面对墩台与基础的要求低。但当跨径增大以后，其施工架设较为困难，因此主要应用于江南水乡河网地区的中小跨径桥梁。 与拱梁组合不同，刚架系杆拱中拱肋与桥墩固结，不设支座，采用预应力钢绞线作为拉杆来平衡拱的推力，拉杆独立于桥面系之外，不参与桥面系手力，而桥面系为局部受力构件。这种结构由于拱和墩连接处为刚结点，属刚架结构，又带有系杆，故称之为刚架系杆拱。 中承式也采用刚架系杆拱的，主要是带悬臂的三跨式，又称飞鸟式或飞燕式，也有称自平衡或自锚式的，最早建成的是广东南海三山西大桥。中承式拱除采用带两个悬臂半拱的无推力的刚架系杆拱外，有相当部分是有推力的结构。它对地形地质条件的要求同上承式拱。但其桥面系有上乘部分，也有下承部分。1.3.2拱助截面的构造 钢管混凝土的显著优点之一是在构件受压时，钢管对混凝土的紧箍力作用使混凝土的受压强度得到提高。因此，含钢率和钢材强度应与混凝土等级相匹配，主要是套箍系数要合适。套箍系数或含钢率太小则钢管对混凝土的紧箍作用不明显。但如果太大，则不经济，因为钢管管壁较厚时，钢管的局部屈曲问题不太突出，填充混凝土的必要性不足，而且钢管的加工也困难。因为有钢管的套箍作用，而且拱式结构常由稳定控制，所以管内混凝土的强度不必要求太高，一般为C40，也有采用C50和C60的。 图1-5 各种拱肋截面图钢管混凝土拱桥的拱助，可分为实体拱助和桁式拱助。实体拱助分单管，哑铃形以及集束式集面。 跨径增大时，应相应增大钢管的直径和壁厚，这既不合理又不经济。适用于跨径80m以内的拱桥。 哑铃形截面由上、下两个钢管通过缀板连接而成，与单管拱助想比，其纵向抗弯刚度大，是中等跨径拱桥一种较为理想的截面形式。 集束型是将钢管桁架改成集束钢管，钢简采用螺栓、电焊以及钢板箍（间距2-3m）连成整体形成拱助，与钢管桁架相比，可节省腹杆，但纵向刚度较大减弱，集成在一起的钢管抗弯刚度小，不利于钢管混凝土性能的发挥。 桁架式界面由上、下肢钢管（又称弦杆、弦管）与腹杆（空钢管）连接而成。桁架式界面根据弦管肢数的不同，有单片桁式、三肢桁式、四肢桁式等。 桁架式截面将承受弯矩的上、下弦杆布置于远离截面中性轴位置，能够用较小的钢管直径取得较大的纵横向抗弯刚度，同时，桁架式结构杆件以承受轴向力为主，能够充分发挥钢管混凝土这种材料的受力特性，因此，桁式截面是大跨度钢管混凝土拱桥常用截面形式。1.3.3 桥面系 大跨径桥梁，如斜拉桥、悬索桥，从功能上看可以认为主结构是为桥面系提供多点支撑以缩短其梁距服务的。国外大量的拱桥，也是以此为设计思想，将桥面系作为连续梁支承与立柱之上或悬吊于吊杆之下。在我国，传统的万板拱的拱上建筑基本上是腹拱。钢筋混凝土拱的拱上建筑多为主柱横梁上架设桥面板。这种以桥梁为主的桥面系结构被沿袭到钢管混凝土之中，它将横梁设置于立柱上或吊杆下，然后纵向铺设桥面板，活截径桥面系通过横梁传给立柱或吊杆，立柱或吊杆将荷截传给拱助。 以桥梁受力为主的桥面系，其整体性较差，刚度也较小，许多钢管混凝土拱桥的桥面系的振型都在较低阶就开始出现就说明了这一点。对于跨径钢管混凝土拱桥这点尤其明显。因此，应加强桥面系整体性与刚度的设计构造措施。设加劲纵梁是有效措施、 对于上承式拱，加劲纵梁通过立柱与拱助形式联合作用，不仅加强了桥面系的整体性与刚度，而且减小了拱助的受力。对于中下承式拱，加劲纵梁将大大提高桥面系的整体性与整体刚度，尤其是横向刚度。加劲纵梁在吊杆或立柱处设置外，还可以根据需要加设。第二章桥型方案比选2.1根据地形选定三个桥型方案编号方案一方案二方案三桥型预应力混凝土简支梁桥预应力混凝土连续梁桥下承式钢管混凝土拱桥跨径340m340m120m2.1.1预应力混凝土简支梁桥 简支梁桥是梁式桥中应用最早，使用最广泛的一种桥型。其结构在垂直荷载的作用下，其支座仅产生垂直反力，而无水平推力的桥梁。它受力简单，梁中只产生正弯矩，适用于T型截面梁这种构造简单的截面形式。由于简支梁桥是静定结构，结构内力不受地形影响，对于地形的要求相对较低。简支梁桥受力明确，理论计算较简单，设计和施工的方法也相当成熟。简支梁桥受正弯矩控制，当跨径增大时，跨中荷载产生的弯矩急剧增大，常用的经济合理跨径在20m以下。跨径增大时，不但钢材耗量大，而且混凝土开裂现象也往往比较严重，影响结构的耐久性。为了提高简支梁的跨越能力，可采用预应力混凝土结构。但是，根据建桥实践，当跨径超过50m后，不但结构笨重，施工困难，经济性也较差。因此，我国桥规明确指出：预应力混凝土简支梁桥的标准跨径不宜大于40m。 图 2-1 预应力简支梁桥图示 尺寸单位（cm）孔径布置：40m+40m+40m，桥长120米，桥宽26m。桥面设有1.5%的横坡，不设纵坡，每跨之间留有4cm的伸缩缝。结构构造：全桥采用等跨等截面预应力T形梁，主梁间距2.4m。预制T梁宽1.8m，现浇湿接缝0.6m，每跨共设10片T梁，全桥共计30片T梁。下部构造：桥墩均采用双柱式桥墩，基础为钻孔灌注桩基础，桥台采用重力式U形桥台。施工方法：主梁采用预制装配式施工方法。2.1.2预应力混凝土连续梁桥连续梁桥是主梁架设在几个桥墩上。在荷载作用时，主梁的不同截面上有的有正弯矩，有的有负弯矩，而弯矩的绝对值均较同跨径桥的简支梁小。这样，可节省主梁材料用量。连续梁桥通常是将35孔做成一联，在一联内没有桥面接缝，行车较为顺适。连续梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁然后互相连接成为连续梁。或者从墩台上逐段悬伸加长最后连接成为连续梁。连续梁桥施工时，可以先将主梁逐孔架设成简支梁，然后连接成为连续梁桥。或者采用了顶推法施工，即在桥梁一端路堤上逐段连续制作梁体逐段顶向桥孔。也可以从桥墩上逐段悬伸加长最后连接成连续梁桥。预应力混凝土连续梁桥造价相对较低，且养护工程量小。但是，景观性差，桥墩数多影响行洪。连续梁桥对基础沉降要求严格，更由于桥联过长，桥上受温度及混凝土收缩徐变的影响产生的纵向位移较大，使伸缩缝及活动支座结构复杂化。连续梁桥主梁内有正弯矩和负弯矩，构造比较复杂。此外，连续梁桥的主梁是超静定结构，墩台的不均匀沉降会引起梁体各孔内力发生变化，所以连续梁一般用于地基条件较好，跨径较大的桥梁上。 图2-2 连续梁桥示意图 尺寸单位（cm） 孔跨布置：40m+40m+40m,桥长78m，桥面宽26m(整体式),设有2m的中间带，面设有1.5%的横坡，其中中间标高高于外侧标高。主梁结构：上部结构为等截面板式梁。下部结构：上、下行桥的桥墩基础是连成整体的，全桥基础均采用钻孔灌注摩擦桩，桥墩为圆端型形实体墩。施工方案：全桥采用悬臂节段浇筑施工法。2.1.3下承式钢管混凝土拱桥拱桥的静力特点是，在竖直何在作用下，拱的两端不仅有竖直反力，而且还有水平反力。由于水平反力的作用，拱的弯矩大大减少。如在均布荷载q的作用下，简直梁的跨中弯矩为qL2/8，全梁的弯矩图呈抛物线形，拱只受轴向压力。设计得合理的拱轴，主要承受压力，弯矩、剪力均较小，故拱的跨越能力比梁大得多。由于拱是主要承受压力的结构，因而可以充分利用抗拉性能较差、抗压性能较好的石料，混凝土等来建造，降低造价，下承式杆系结构拱对地基要求低，可以在地质条件差的地方建桥。钢管混凝土是薄壁圆形钢管内填充混凝土而形成的一种组合材料，它一方面借助内填混凝土增强钢管壁的稳定性。同时又利用钢管对混凝土的套箍作用，使核心混凝土处于三向受压状态，增强混凝土的抗压和变形能力。钢管混凝土除了一般套箍混凝土的强度高、塑性好、重量轻、耐疲劳和耐冲击等特点外还有：1.钢管本身就是耐侧压的模版，因而灌注混凝土，可以省去支模和拆模的工序，并可以适应先进的泵送混凝土的技术。2.钢管本身就是钢筋，它同时具有纵向钢筋和横向箍筋的作用。既能受压又能受拉。3.钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可以起到劲性刚骨架的作用，使用阶段又是主要的承重结构，因此可以省去脚手架。到达缩短工期，减少施工用地，降低工程造价的效果。 图2-3下承式钢管混凝土拱桥 尺寸单位（cm）152.2根据经济、技术等方面选定合适的桥型方案编号方案一方案二方案三桥型预应力混凝土简支梁桥预应力混凝土连续梁桥下承式钢管混凝土拱桥主桥结构特点在垂直荷载作用下仅产生垂直反力，无水平推力，只产生正弯矩，结构设计施工简单，但桥梁跨径较小，外观比较笨重，在大跨径中使用不经济。主梁是连续支承在几个桥墩上。在荷载作用时产生正负弯矩，虽然可以增大跨径，但使桥梁结构复杂化。连续梁桥多孔一联可以增加行车的平顺性，但由于是超静定结构，在温度、徐变和墩台沉降下，容易产生更大的次内力，不利于桥梁稳定。由于水平反力的作用，拱的弯矩减小，设计合理的拱轴，主要承受压力，弯矩剪力较小，适合大跨径。钢管混凝土具有高强度、重量轻、耐冲击、耐疲劳、减少材料使用降低造价等特点。杆系结构拱对地基要求低，可以在地质条件差的地方建桥。设计技术水平经验较丰富，先进水平国内。经验较丰富，先进水平国内。经验较丰富，采用多种先进技术，国际影响力大。建筑造型桥墩较多，造型单调，与周围环境不协调。造型单一，与周围环境不协调，容易产生视觉疲劳。线条优美、大方，与周围环境融为一体，提升城市形象。造价较低较低较低施工技术预制T型构件，由于跨径较大，相对地给装配式施工带来困难。满堂支架法：结构不发生体系转换，不引起恒载徐变二次矩，预应力筋可以一次布置，施工难度一般。转体施工法：对周围的影响较小，将结构分开建造，再最后合拢，可加快工期，适应先进的泵送混凝土技术，部分构件预制安装即可。 考虑到赣江软土地基，和为增加城市内美观的效果，选用下承式钢管混凝土拱桥的设计方案，而且拱桥的设计和施工技术也十分完善，造价比较低。第3章 结构尺寸拟定3.1桥面板结构尺寸拟定（1） 拱桥跨径120m（2） 桥面宽30m： 图3-1 桥面尺寸 尺寸单位（mm）0.3m（护栏）+1m（人行道）+0.95m（绿化带）+1.5（拱肋）+0.5（防撞护栏）+3.53（行车道）+0.5（防撞护栏）+3.53（行车道）+0.5（防撞护栏）+1.5（拱肋）+0.95m（绿化带）+1m（人行道）+0.3m（护栏）（3）桥面板厚度为30cm3.2纵梁、横梁的尺寸拟定（1） 横梁