拱桥毕业设计(DOC)

1、清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计目 录第一章 方案比选 . 11.1 设计原始数据.11.1.1 设计项目基本情况 .11.1.2 设计技术标准 .11.1.3 桥梁设计原则 .21.2 设计方案比选.21.2.1 预应力混凝土梁式桥 .21.2.2 斜拉桥 .31.2.3 钢箱拱桥 .31.3主要材料61.3.1 混凝土 .61.3.2 普通钢筋 .61.3.3 钢板和钢构件 .61.3.4 焊接材料 .61.3.5 吊杆 .71.3.6密封材料.71.4 小结 .7第二章 拟定结构尺寸82.1 桥梁总体布置.82.1.1 桥位布置 .82.1.1 主桥总体布置 .82.1.2

2、桥型及跨径布置 .82.1.3 桥梁宽度及组成 .82.2主要结构尺寸拟定 .92.2.1 拱箱构造 .92.2.2拟定拱轴系数.102.2.3 拱轴线型 .错误！未定义书签。2.2.4 横向联系 .错误！未定义书签。2.2.5 吊杆 .错误！未定义书签。2.2.6 横梁 .错误！未定义书签。2.2.7 纵梁 .错误！未定义书签。2.2.8 桥面板 .错误！未定义书签。2.2.9 桥面系 .错误！未定义书签。2.3 小结.14第三章 斜拉扣挂施工方法介绍和仿真计算15清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计3.1拱桥施工方法简介 .153.2临时扣索初张力 .错误！未定义书签。3.2.1主

3、拱圈分段.153.2.2拱段连接.错误！未定义书签。3.2.3初张力计算.163.3预拱度计算 173.4 小结. .18第四章 结构内力计算分析19194.1 结构内力计算4.1.1 节点坐标 .194.1.2 主拱内力计算 .194.2 成桥状态下主拱内力计算.214.2.1 恒载作用下产生的主拱内力 .214.2.2 主拱温度内力计算 .234.3 活载内力计算.274.3.1 冲击系数的计算 .274.3.2 车道布载及计算 .284.4 荷载组合.334.4.1 承载能力极限状态计算时作用效应组合 .334.4.2 正常使用极限状态计算时作用效应组合 .344.4.3 承载能力极限状

4、态内力344.5 主拱极限承载应力验算.错误！未定义书签。4.6纵梁内力计算 .39第五章 桥面板布置.435.1跨中截面正截面抗弯承载力验算 .435.2斜截面抗剪承载力验算 .45设计总结.47主要参考文献.48致谢.49附表.50附表 I.50附表 II.53附表 III.56附表 IV.59附表 V.62清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计附表 VI.64附表 VII. . . . . . .66附表 VIII. . . . . . . .68附表 IX. . . . . . . .69清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第一章 方案比选1.1 设计原始数据1.1.1

5、设计项目基本情况河床宽约 220m。南岸火星大道已修至浏阳河大堤下，北岸为冲积堆积区，地势较平坦开阔，遍布菜地、池塘。长沙地区属于亚热带季风气候,光明温暖湿润,雨量丰富,年平均气温28.9,年降水量1562mm,年日照1695小时,无霜期272天,春夏之交多暴雨,46月占全年降水量的40%,水网密集,并有小河,水流均汇入浏阳河。长沙春夏之交多暴雨，浏阳河水网密集，上游高山沟谷较多，并有小河，水流均汇入浏阳河，河水涨落较迅速，受大气降雨影响较大，洪水主要了生在春季及夏季，浏阳河水 200年一遇的最高洪水位为 38.60米。经野外地质调查与勘探，桥位区地下水类型主要有潜水和承压水（上层滞水仅局部及

6、地表水体（浏阳河水）桥位处不良地质现象主要为小断层及岩溶，区域地质稳定性一般。场地内地层结构较复杂，不良地质现象较发育，该场地可按村建筑抗震不利地段考虑,场地稳定性一般，可以建筑。1.1.2 设计技术标准1、荷载等级：1） 路面设计荷载：标准轴载：BZZ-1002） 桥梁设计荷载：城 A级，同时满足公路规范：汽车超 20级，挂车120级，人群 4KN/荷载等级要求。2、路线等级：I级城市主干道：城市特大桥；3、机动车设计速度：60km/h；4、通航标准：按级航道标准通航净宽 45米、净空 6米,通航水位按 H20%=36。52米；第 1页 共 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计

7、5、机动车净高：大于等于 4.5米；6、非机动车、行人净高：大于等于 2.8米；7、设计洪水频率：两百年一遇；设计洪水位： H0.5%=38.60米；8、地震裂度：7度设防；9、设计基本风速：一百年一遇 10米高 10分钟平均风速 25.9米。1.1.3 桥梁设计原则1适用性足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保证使用年限，并便于检查和维修。2舒适与安全性上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。3经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。4先进性艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动

8、强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。5美观合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。1.2 设计方案比选1.2.1 预应力混凝土梁式桥预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；34变性较小；5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；6）第 2页 共 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；7）预应力混材料、增大其跨越能

9、力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；8）预应力混凝土梁式桥所采力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。1.2.2 斜拉桥矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索的间距有关。他们适用于大跨、特大跨度桥梁，现在还没有其他类型的桥梁的跨度能超过他们。的拉力，拉索的水平分力使主梁受压，因此塔、梁均为压弯构件。由于斜拉桥的主梁通斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁底直线容易满足通航和排洪要求、动力性能好的优点，发展非常迅速，跨径不断增大。但实际跨度不大，此桥型不予考虑。1.2.3 钢箱拱桥钢箱拱桥的主要特点是： 重量轻、省钢由于箱形梁更能有效地发挥钢板的承载能力，因此，采用正交异

10、性钢桥面板和用薄钢板作梁肋与底板的箱形梁，比桁梁桥节省钢材 20左右，跨径愈大愈节约。并由于上部结构的自重减轻，桥梁下部结构造价一般可降低 515；抗弯和抗扭刚度大这是由闭合空心截面的特性所决定的，在材料数量相同时可较其他截面形式提供更大的抗弯和抗扭刚度，故特别适用于曲线桥和承受较大偏心荷载的直线桥；安装迅速，便于养护箱形梁可以在工厂制成大型安装单元，从而减少工地连接螺栓数量。在施工时便于纵向拖拉或用顶推法架设。箱形梁结构简单，油漆方便，且由于内部为闭合空间，更容易抗锈蚀；第 3页 共 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计适应主拱圈各截面正负弯矩变化的需要；结构新颖，外形简洁、美

11、观。连续梁桥钢箱拱桥图 1-2-1设计方案比选第 4页 共 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计方案比选预应力混泥土连续T梁 预应力混凝土简支梁(第二方案) (第三方案)箱梁节段采用预 便于运输和吊装，施工 桥梁上下部可以同时制，工期及质量都 , 施工,使工期大在缩容易得到保证，简 但跨径较大时就不经济 短,但需要大型的起吊易经济。构造简单，线形简 侧面上看线条明晰，与 跨径一般，线条明晰，洁美观 地形配合，显得美观大 合很不协调。施工方面 由于钢材具有匀质 采用预制T梁,需要大量 预制 T 预制场地需要大量吊装 T便，整体性好受力明确，构造简 适用于跨径1550米的 受力明确

12、,构造简单 , 桥梁，常用跨径为 20 施工方便,适用于中小建桥速度快，工期 40 米,能为车辆提供较 桥梁。及质量都容易得到 为舒适的行驶条件。保证。由于钢材具有强度高、材质均匀、塑性及韧性良好和可焊性好等诸多优点；因此，用钢材建造的桥梁钢桥具有如下特点：(1)梁相比，钢桥构件的截面较小，所以钢桥的自重较轻，最适合于建造大跨度的桥梁。(2)最适合于工业化制造。钢桥构件一般都是在专业化的工厂由专用设备加工制作，不受季节的限制，加工制造速度快、精度高，质量容易得到控制，因而工业化制造程度高。(3).(4)成熟，桥位区覆盖厚度较大,工程地质条件复杂,小断层及岩溶等不良地质现象较发育,且第 5页 共

13、 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计该桥跨径较大,有 138m,结合桥梁设计原则，经比较,钢箱拱桥更加合适,跨径上满足要求，景观与环境协调，对整个工程进度来说不会受其影响，所以采用第一方案(钢箱拱桥) 。1.3 主要材料1.3.1 混凝土桥面预制空心板、桥面砼现浇层采用 C30砼，承台采用 C30砼，桥墩采用 C30砼；桩基础采用 C30砼，拱座采用 C40砼，背墙采用 C30砼。拱座内的混凝土采用 C40的微膨胀混凝土，应具有如下的施工性能：a、流动性好、坍落度衰减慢、初凝时间相对较长、终凝时间相对较短。b、水灰比小于 0.3 12cm18cm,即保证混凝土易性和在硬化过程必

14、须的水份，而不至因水份过多而在封闭箱内形成残留水。c、干缩小且具有微膨胀性。d、水化热低且水化热高峰值发生在混凝土达到一定强度之后，以承受由于水化热产生的温度应力。JTJ041-2000）的有关节规定，避免应发生碱集料反应。1.3.2 普通钢筋钢筋技术标准必须符合GB1499-98的有关规定。1.3.3 钢板和钢构件a、钢箱主体结构、横梁、横撑、纵梁、临时匹配件、拱端钢板、锚具垫板、钢套筒、铜套筒加劲板、拱座预埋钢板、拱段临时连接等均采用Q345D钢材，此钢材应符合GB/T1591-94的要求。1.3.4 焊接材料aGB/T144957-1994GB/T14958-1994的要求。b、焊剂应符

15、合 GB/5293-85的要求。c GB/T5117-85 GB/T5118-85的要求。d、二氧化碳纯度应大于 99.5%。第 6页 共 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计1.3.5 吊杆本桥采用 19j15.24钢铰线作为吊杆，规格全部为 GJ15-19型，钢绞线整束挤压锚索，采用镀锌钢绞线，直径为 15.24mm，标准强度 1860MPA，保护罩与预埋管，防水要求。吊杆锚具采用挤压墩头锚吊杆下端采用可张拉的锚具类型。1.3.6 密封材料35%5MPA，粘结强度5MPA90%，低温柔性-201505010小时。1.4 小结通过方案比选,确定方案为中承式钢箱拱桥,并规定了材料

16、类型。第 7页 共 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第二章 拟定结构尺寸2.1 桥梁总体布置2.1.1 桥位布置保证钢结构主拱圈施工吊装安全将桥中线适当往东侧偏移。2.1.1 主桥总体布置 138m，矢高34.5m，矢跨比 1/4，拱轴系数：1.347。桥面，增强整个桥面的整体刚度。2.1.2 桥型及跨径布置主桥跨径为 138m，矢跨比1/4的中承式钢箱拱桥。桥面以上设置3道钢结构横撑； 9cm厚沥青砼桥面；桥面底层设置 4侧各伸出 5米宽非机动车道、行人通道。图 2-1-1 总体布置图2.1.3 桥梁宽度及组成桥面宽度:设计总宽为:39.8m(含两边各 5.0米人行道);桥

17、面横向布置为:5.0m(人第 8页 共 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计行道+栏杆)+2.0m(吊杆区)+0.4m(间隙+栏杆)+0.75m(隔离带)+3.5m(机动车道 )+23.75m(机动车道)+20.75m(分隔带)+ 23.75m(机动车道)+ 3.5m(机动车道)+0.75m(隔离带) +0.4m(间隙+栏杆) +2.0m(吊杆区)+ 5.0m(人行道+栏杆)图 2-1-2 横截面图2.2主要结构尺寸拟定2.2.1 拱箱构造主拱圈采用钢箱断面,顶板和底板宽度均为 2.110米,箱宽 2.0米(拱箱腹板内轮廓尺寸,以下同),拱脚断面拱箱高度 3.6米(拱箱顶底板内轮

18、廓尺寸,以下同),拱顶断面拱箱高度 2.6米, 高度采用以水平坐标 X轴的二次抛物线变化,拱圈高度变化方程为:h=2.10039910 X +2.642第 9页 共 69页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计拱脚截面拱顶截面图 2-2-1 主拱圈截面图拱箱顶板和底板厚度为30毫米,腹板厚度25,顶底板和腹板上设有纵向加劲板,加劲板采用厚度 16毫米的钢板,高度 160毫米, 500毫米,腹板纵肋间距以 450毫米为主,随着拱箱高度的变化而设调整间距。拱箱横隔板共分三类，第一类为垂直于拱轴线的分布横隔板，采用厚度 16毫米的永久横撑，沿用垂直于拱轴结布置，与横撑的腹板相对应，板厚 16毫

19、米，所有横隔板均根据高度设置了人孔。2.2.2拟定拱轴系数由于悬链线的受力情况较好,又有完整的计算表格可供利用,所以用悬链线作为拱轴线,采用“五点重合法”确定其 m值。由拱顶弯矩为零及结构自重推力的对称条件知,拱顶仅有通过截面重心和自重推力Hg,相应弯矩 Md=0,剪力 Qd=0。第 10页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计x00图 2-2-2空腹式悬链线拱轴线计算图式，得如图，由M 0AM（1）jHfg由得M 0BHy M 0g1414M（2）（3）H 1g4y14将（1）式中的 Hg代入上式，得yM1144fj等截面悬链线拱主拱圈结构自重对 1/4及拱脚截面的弯矩M

20、 M 14j14表（III）-19查得。yy11 求得之后可由式求得 m值。144ff2 2(m 1)yff 1，因 III得半拱悬臂0.24假定 m=1.347,相应的14l 41自重对 截面和拱脚截面弯矩为：4 l2M ()表值k40.253676.981382故：()0.2102319539.80KNmM414第 11页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计0.303676.982M ()0.50136KNmj4图 2-2-3悬链线拱轴计算图示1半拱悬臂集中力荷载对 截面和拱脚截面弯矩为：4M 138527.6274143021.6274143515.12741382

21、8.6274l 413522.1274105698.3KNmM 138566.1274143060.1274143553.6274138247.1274135240.6274l 4128534.1274123227.627485721.1274470579.1KNmM 19539.8105698.3125238.1m14M 55786.3470579.1mjM1142(m 2Mjm mm 0.079与m 之差小于半级，因此取拱轴系数 m=1.347m2.2.3 拱轴线型主拱圈为悬链无铰拱桥面，计算跨径 L=138.0米，计算矢高 f=34.5米，拱轴系数第 12页 共 69 页清华大学长沙火星

22、北路浏阳河大桥拱桥施工图设计m=1.347，拱轴线方程为：fy kx/l)1m1式中 K (m m2 1)2.2.4 横向联系 7设 A用钢箱断面，腹板采用16毫米钢板，顶、底板采用（16）毫米钢板，内设纵向加劲板和横隔板。2.2.5 吊杆本桥共设 16排吊杆，吊杆的纵向间距 6.56.0米，吊杆位于拱面内，短吊杆采用带铰的形式，每个吊杆均由GJ15-19热挤 PE护套。杆长度时，在下端横梁内张拉。2.2.6 横梁主桥横梁共两种结构，分为吊杆横梁和肋间横梁。1 24mm 28mm 16mm 150cm，加劲板厚度 12mm,横梁顶板上设置剪力钉与桥面板现浇段连接。2整个主拱圈设两道肋间横梁，五

23、道横撑，肋间横梁与横撑均通过焊接与主拱圈固结。截面，梁根部高 80cm，上翼板厚 20mm，腹板及下翼板厚 16mm，人行道面板为 8mm，厚带加劲肋钢板。2.2.7 纵梁全桥共设 4道钢纵梁，以增强全桥总体刚度，纵梁为箱形断面形式，中纵梁为724第 13页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计760mm,中纵梁顶底板厚 16mm，腹板厚 。边纵梁为 12576cm，边纵梁顶底板厚16mm，腹板厚16mm，人行道的挑梁，在横梁位置焊接于横梁腹板上，截面形式为箱形，其余位置焊接在边纵梁的腹板上，截面形式为工字形，共同承受人行道荷载。纵梁最后一段做成可伸缩式结构，协调结构变形。

24、2.2.8 桥面板1主桥行车道桥面板全部采用先简支后连续的钢筋混凝土空心板梁，跨度 6m 或6.5m，两跨之间设顺桥向 60cm宽度的湿接缝，与横梁固结，桥面板横向之间联系采用铰缝连接。桥面空心板高度40cm,中板宽度1.24m,边板顶宽1.62m,底宽1.2m,行车道横向共设19块板。两道中纵梁顶面设63cm宽湿接缝，与横梁顶面湿接缝形成井字框架，共同组成钢砼组合桥面。图 2-2-4空心板构造图2人行道采用悬挑钢梁，在横梁梁处为工字形，悬臂根部高 80cm，端部 30cm，悬挑梁间距为 130cm，其间以纵梁连接，间距 120cm,梁高 30cm,人行道板上铺一层 0.8cm厚带肋钢板，人行

25、道板结构为 4.7cm水泥砂浆平层+2.5cm厚麻石火烧板。2.2.9 桥面系为满足双肋板的结构连续主桥桥面采用 12cm钢纤砼+9cm沥青桥面铺装层，内设连续段负弯矩钢筋和防裂钢筋网。主桥设 2道伸缩缝，在主桥即肋间横梁位置各设一道 160型型钢伸缩缝。2.3 小结拟定了桥梁的各个截面，通过计算确定了拱轴系数，并确定了拱轴线型。第 14页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第三章 斜拉扣挂施工方法介绍和仿真计算3.1拱桥施工方法简介钢箱提篮拱桥就是将通常的中(下)承式钢箱拱桥的拱肋绕拱脚连线向桥轴线方向旋转倾斜,甚至在拱顶合龙,形成空间的拱式结构(也称 X形拱)的静力图

26、式,增强横向稳定性,能有效解决施工中面外的稳定性,同时提篮拱形极富美学价值。吊联合斜拉扣挂悬臂拼装施工的钢箱提篮拱桥,其主拱圈一般是在远离桥址的大型钢结构工厂加工制作的,加工制作时,必须通过施工控制的理论计算来确定加工制作的线形;由于受到运输条件和缆索吊装能力的限制 ,加工制作时拱圈必然分段较多,并且单件或预制吊装节段的体积较大、线形复杂、空间定位精度高,通过远距离的交通运输后可能造成拱段接头局部变形,同时为了提高拱段的稳定性和减少空中精确对接的难度 ,必须在施工现场对拱圈进行临时加固处理 (如利用永久风撑或者增加临时风撑 )并按照设计要求进行吊装节段的预拼;对于制作期间的预拱度线形系统误差和

27、已安装拱段的随机误差、焊接变形误差等因素而造成的偏离钢箱拱理想轨迹(线形)问题,可以通过现场变形(过滤温度影响后)与理论值间的定量对比分析后及时反馈调整后续节段接头的定位标高,以保证最后大桥安全、高质量和按期完成。安装过程中的斜拉扣挂扣索索力以及拱段定位标高的确定和横梁定位标高的确定,特别,标高也不允许反复调整;否则,很容易产生钢丝松弛导致索力损失,甚至滑脱而造成质量事故。3.2临时扣索初张力3.2.1主拱圈分段本桥主拱圈根据重量特点共划分为 11 6 F拱段为合拢段，其余 5 10.5米、14.5米、14.0米、312.0米，单根拱肋各拱段的最大重量为 60.95吨。第 15页 共 69 页

28、清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计图 3-1-1主拱圈分段3.2.2拱段连接标调整完毕之前，各拱段之间采用高强螺栓临时连接，以提供调整标高和坐标的余地，用焊接。扣索4扣索3扣索4扣索3扣索2扣索1扣索1扣索1扣索5扣索4扣索2扣索1扣索3扣索2扣索1扣索1扣索3扣索2扣索1扣索1图 3-1-2 主拱圈施工示意图3.2.3初张力计算大跨度桥梁的施工往往是一个非常复杂且不断变化的过程,当采用斜拉扣挂的方式进行施工时,其中扣索的索力确定和预拱度的计算 ,必须采用正装计算法和倒装计算法两种方法反复迭代, MIDAS第 16页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计有限元程序

29、计算。第一阶段扣索初张力计算第一施工段单根拱肋的重量为 30吨,其计算简图如图 3-1-2。F G12F 12.4(t)1经 MIDAS 1预拉力为 12.4吨时，B端下沉 0.3毫米，满足要求。图 3-1-3后续阶段索力计算,结果如表 3-1：表 3-1临时扣索初张力内力-I (tonf) 内力-J (tonf)扣索 1扣索 2扣索 3扣索 4扣索 5恒荷载恒荷载恒荷载恒荷载恒荷载39.0462736.8102446.7789287.0122589.2411738.1202636.0139846.2495086.0625388.493923.3预拱度计算计算模型的建立,是按照施工吊装过程进行

30、的,其过程见图 3-1-2。第 17页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSORDEFORMED SHAPE分析结果X-DIR= 1.847E+0000.00.00.0100080.00.0NODE=262.482E+000150.03.344E+0030.00.00.00.001.902.22.21.41.4CS:最后0.00.0:mm:X: 0.000Y:-1.000Z: 0.000图 3-1-3 拱圈段施工位移图 （mm）表 3-2拱段 B2.1各节段预抬量拱段 C拱段 E2.0预抬量（mm）1.22.52.33.3 小结

31、本拱桥采用的是斜拉扣挂施工。通过施工方法介绍，施工彷真计算，得出了扣索初张力，确定了各节段预抬量。第 18页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第四章 结构内力计算分析4.1 结构内力计算4.1.1 节点坐标全桥共分 172个节点，368个单元，其具体坐标见附表 I。101491557816587175961860519614206234748495051525354 555621222123图 4-1-2主拱计算简图运用 MIDAS有限元计算软件计算，裸拱状态下主拱圈内力图如下：第 19页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilP

32、OST-PROCESSOR自重ST:单位:日期:06/09/2008表示 方向Y:-1.000图 4-1-3主拱自重弯矩图MIDAS/CivilPOST-PROCESSORST:kN日期:06/09/2008图 4-1-4主拱自重剪力图第 20页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/Civil kN: Y:-1.000Z: 图 4-1-5主拱自重轴力图4.2 成桥状态下主拱内力计算4.2.1 恒载作用下产生的主拱内力ST:文件: 成桥单位:日期:06/14/2008表示 方向X:-0.483Y:-0.837图 4-2-1恒载作用下主拱的弯矩图第 21页 共 69

33、 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计表述。MIDAS/Civil kN: Y:-1.000Z: 图 4-2-2恒载作用下主拱的剪力图MIDAS/Civil kN:图 4-2-3恒载作用下主拱的轴力图第 22页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计4.2.2 主拱温度内力计算为合龙温度）高时，称为温度上升，引起拱体膨胀，反之当大气温度比合龙温度低时，称为温度下降。引起拱体收缩。如图 2-11，设温度变化引起拱轴在水平方向的变位为l ,与弹性压缩同样道理，t必然在弹性中心产生一对水平力 Ht。由典型方程得0a)温度变化引起赘余力计算图示0b)温度变化引起拱中的内力图

34、 4-2-4lH tt22l ltt式中：t温度变化值，即最高（或最低）温度与合龙温度之差。温度上升时，t和H 均为正；温度下降时，t和H 均为负。tt材料的线膨胀系数：第 23页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计混凝土或钢筋混凝土结构 =1105混凝土预制块砌体 =0.9105石砌体 =0.8105由温度变化引起拱中任意截面的附加内力为弯矩 H(y y )MH ytt ts1轴向力剪力N H ttQH tt: 图 4-2-5整体升温作用下主拱的弯矩图第 24页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSOR整

35、体升温ST:kN日期:06/09/2008表示 方向Y:-1.000图 4-2-6整体升温作用下主拱的剪力图MIDAS/CivilPOST-PROCESSORST:kN日期:06/09/2008图 4-2-7整体升温作用下主拱的轴力图第 25页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAMST:kN*m:Y:-1.000Z: 0.000图 4-2-8整体降温作用下主拱的弯矩图MIDAS/Civil kN:图 4-2-9整体降温作用下主拱的剪力图第 26页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设

36、计: 图 4-2-10整体降温作用下主拱的轴力图4.3 活载内力计算4.3.1 冲击系数的计算JTJ D6-2004公路桥梁可靠度研究的成果，采用结构的基频来计算桥梁结构的冲击系数。拱桥的基频的计算公式为：f 12 l mc12c式中 l -结构的计算跨径(m)；E -结构材料的弹性模量(N/)；I-结构跨中截面的截面惯性距(m )；4cm-结构跨中处的单位长度质量(kg/m)；c-频率系数；1第 27页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计当主拱为变截面时：r r f212r r f r f124345式中的r R nT 为系数，可按下式计算：iiir R nTiii其中

37、，n为拱厚变化系数，R T 的数值由表4-1查得、ii表4-1 系数R T、 值iiRiTi3.71.734.315.716.30.15346-301995-88在本设计中，取l=138m，E=206000000N/m， I =0.3180756m ，m =15460kg/m，cc由公式计算得 f =0.124HZ ,由新公路桥规可得，冲击系数 = 0.05 。14.3.2 车道布载及计算该桥为双向六车道，每个车道宽 3.1m1、将车道进行正载布载，如图：图 4-3-1正载车道布置拱脚处的反力影响线如下图所示：第 28页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/Ci

38、vilPOST-PROCESSORINFLU. LINE5.43276e-0014.95159e-0014.47042e-0013.98925e-0013.50808e-0013.02691e-0012.54574e-0012.06457e-0011.58340e-0011.10223e-0016.21056e-0021.39886e-002L1kN:-X: 0.000Y:-1.000Z: 0.000图 4-3-2 拱脚处的反力影响线计算得到的内力数据如下图：- 图 4-3-2活载作用下主拱的弯矩包络图第 29页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计: 图 4-3-3活载作

39、用下主拱的剪力包络图: 图 4-3-4 活载作用下主拱的轴力包络图第 30页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计2、将车道进行偏载布载，如图图 4-3-5 偏载车道布置拱脚处的反力影响线如下图所示：MIDAS/CivilPOST-PROCESSOR6.45214e-0015.89617e-0015.34019e-0014.78422e-0014.22825e-0013.67228e-0013.11631e-0012.56034e-0012.00436e-0011.44839e-0018.92422e-0023.36450e-002l13kN日期:06/14/2008-图

40、4-3-6 拱脚处的反力影响线计算得到的内力数据如下图：第 31页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计: 图 4-3-7 活载作用下主拱的弯矩包络图: 图 4-3-8 活载作用下主拱的剪力包络图第 32页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计轴力偏载车道日期:表示 方向 图 4-3-9 活载作用下主拱的轴力包络图4.4 荷载组合4.4.1 承载能力极限状态计算时作用效应组合组合，其基本表达式为：mn S udS S SQj Qjk00Gi GiK1 kCi1j2式中： - 桥梁结构重要性系数，取1.1；0S- 作用效应（其中汽车计入冲击系数）基本组合设

41、计值；- 第i 个永久作用效应的分项系数，取1.2；udQiSS- 第i 个永久作用效应的标准值；GiK- 汽车荷载效应（含冲击系数、离心力）的分项系数，取1.4；- 汽车荷载效应（含冲击系数、离心力）的标准值；1k第 33页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计- 其他第 j 个可变作用效应的分项系数，取 1.4；Qj- 在作用组合中，除汽车荷载效应（含冲击系数、离心力）外的其他可变作用效应的组合项系数，取0.5；承载能力极限状态下主要截面的内力见附表II.C4.4.2 正常使用极限状态计算时作用效应组合1、作用短期效应组合作用短期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用频

42、遇值效应的组合 ,其基本表达式为: mmS S S1j i1j1S式中：-作用短期效应组合设计值；sd-第j个可变作用效应的频遇值，汽车荷载取0.7，其他作用取1.0 ；-第j 个可变作用效应的频遇值；1jS1j Qjk短期效应组合下截面的内力见附表III2、作用长期效应组合作用长期效应组合是永久作用标准值效应与可变作用准永久遇值效应的组合 ,其基本表达式为: mmS S Sld2j i1j1S式中：-作用长期效应组合设计值；ld-第j个可变作用效应的频遇值，汽车荷载取0.4 ，其他作用取1.0 ；-第j 个可变作用效应的频遇值；2 jS2j 长期效应组合下截面的内力见附表 IV4.4.3 承

43、载能力极限状态内力第 34页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM单位:日期:06/09/2008表示 方向Y:-1.000Z: 0.000图 4-4-1 主拱承载能力极限状态弯矩包络图: 图 4-4-2 主拱承载能力极限状态剪力包络图第 35页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAMkN:Y:-1.000图 4-4-3 主拱承载能力极限状态轴力包络图表 4-1 承载能力极限状态最不利组合下关键截面的最大内力值

44、荷载组合承载能力承载能力承载能力承载能力承载能力承载能力承载能力承载能力(kN*m)24277.611811.711811.712299.3212312.4411742.0111742.0124448.61932.62936.46939.79933.97671.131593.1811121718221/4截面 J181/4截面 I18拱脚 J2326294.68第 36页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM1014915816717618519420-1.90245e+004321222123单位:

45、日期:06/09/2008表示 方向Y:-1.000Z: 0.000图 4-4-4 主拱正常使用极限状态弯矩包络图MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM1014915816717618519420321222123CBall: STL ENV_SkN日期:06/09/2008表示 方向X: 0.000Y:-1.000Z: 0.000图 4-4-5 主拱正常使用极限状态剪力包络图第 37页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM轴力-1.71999e+004-1.778

46、02e+004-1.83604e+004-1.89406e+004-1.95209e+004-2.01011e+004-2.06814e+004-2.12616e+004-2.18418e+004-2.24221e+00498765-2.30023e+004-2.35826e+0044321CBall: STL ENV_SkN日期:06/09/2008表示 方向X: 0.000Y:-1.000Z: 0.000图 4-4-6 主拱正常使用极限状态轴力包络图表 4-2 承载能力极限状态最不利组合下关键截面的最大内力值荷载组合正常使用正常使用正常使用正常使用正常使用正常使用正常使用正常使用18892

47、.939684.679684.6710402.5610412.669631.069631.0619024.471/4截面 J6 22149.41 523.71/4截面 I6 21508.32 775.51112171822拱脚 J2322341.01 1214.27第 38页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计4.5 主拱极限承载应力验算拱顶截面面积为 0.2356,拱脚截面为 0.3036，拱顶的根据公式WW W外内hb2W 6算出拱顶截面和拱脚截面的抗弯截面系数W =0.2357m0.2752 m。3,W =脚3顶N M根据公式 A W在拱顶截面，上缘顶板应力为：NA

48、MW23522.8810 12327.631033152.14510 Pa152.145MPa 顶顶顶6上0.23560.2357顶下缘顶板应力为：NAMW23522.8810 12327.63103347.5410 Pa47.54MPa 顶顶顶6上0.23560.2357顶在拱脚截面，上缘顶板应力为：NAMW26319.7610 24216.991033174.6910 Pa174.69MPa 脚脚脚6下0.30360.2752脚下缘顶板应力为：NAMW26319.7610 24216.99103358.3710 Pa58.37MPa 脚脚脚6下脚由于是对称布置，所以取一边的边纵梁和中纵梁。

49、217757767574735655545366653图 4-6-1第 39页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计边纵梁断面中纵梁断面图 4-6-2运用结构力学做出车道荷载对纵梁跨中截面影响线,使车道集中荷载 Pk作用于影响线峰值处,得到车辆荷载对纵梁跨中截面的弯矩最大、最小值，同理，可算出纵梁各个截面的影响线，求出其弯矩值。 图 4-6-3中纵梁跨中弯矩影响线第 40页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM6566676869707176777879808182单位:日期:06

50、/09/2008表示 方向Y:-1.000Z: 0.000图 4-6-4中纵梁弯矩包络图MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM6566676869707176777879808182CBall: STL ENV_SkN日期:06/09/2008表示 方向X: 0.000Y:-1.000Z: 0.000图 4-6-5中纵梁剪力包络图第 41页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM3 CBall: STL ENV_S单位:kN*m日期:06/09/2008表示 方向X:

51、 0.000Y:-1.000Z: 0.000图 4-6-6边纵梁弯矩包络图BEAM DIAGRAM347484950515253 54 55 5657585960616221CBall: STL ENV_SkN日期:06/09/2008X: 0.000Y:-1.000Z: 0.000图 4-6-7边纵梁剪力包络图第 42页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第五章 桥面板布置5.1跨中截面正截面抗弯承载力验算空心板截面换算成等效的工字形截面,可按下式计算 D2bh 按面积相等k k412 D4b h k k按惯性矩相等3643h Dk2 Db k613上翼板厚度下翼板厚度

52、腹板厚度h y h y DDD24f1k1123 h y h y4f2k23bb b b 3fkfbf公路桥规规定，T 形截面梁（内梁）的受压翼板有较宽度 用下列三者中最小值。1 1/3。对连续梁各中间跨正弯矩区段，取该跨计算跨径的0.2倍；边跨正弯矩区段，取该跨计算跨径的 0.27倍；各中间支点负弯矩区段，则取该支点相邻两跨计算跨径之和的 0.07倍。23bb h 。当h /b 1/3时，取（bb h hfhhhf因此，桥面板按其计算宽度b =1m,截面高度 h=450mm。C40混凝土，HRB400级钢f筋。第 43页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计由附表查得 f

53、 =18.4MPa, f =330MPa, =0.53。M=724.38KNmcdsdb为了计算方便,先将空心板截面换算成等效的工字形截面，1y y 212133上翼板厚度下翼板厚度腹板厚度h y h y D 225 30095mm244f1k11233 h y h yD 22530095mm44f2k233bb b b D 45633fkf(1)、空心板采用绑扎钢筋骨架,一层受拉主筋。假设a =40mmsh 45040410mm0(2)、判定 T型截面类型hf b h (h ) )f22cdff0 N6mM该构件属于第二类 T形截面。（3 xC C T12f bxb b) f Afshf2h

54、M f bx(h ) f b b)h (h )M 0 Mf20ducd0cdff0 f cd其中C f h b )C12ffx95724.3810618.4456x(410 )18.4(1000456)95(410 )22整理后得x2820 x 0方程的合适解为第 44页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计 h()xf h () b 0（4f f h b b)A sfff95(10006212mm2现选择 832+42,钢筋面积为 7954mm2230835.84S n30故满足要求。5.2斜截面抗剪承载力验算在有腹筋梁中，箍筋的存在抑制了斜裂缝的开展，使剪压区面积增大，

55、导致了剪压区混凝土抗剪能力的提高。其提高程度与箍筋的抗拉强度和配箍率有关。公路桥规根据国内外的有关试验资料，对配有腹筋的钢筋混凝土斜截面抗剪承载力的计算采用下述半经验半理论的公式： f )fcu,k sv svA sbV V ) p) f330du1230sds式中V斜截面受压端正截面上由作用（或荷载）效应所产生的最大剪力组合设计d值（KN 桥梁结构的重要性系数；0异号弯矩影响系数；1预应力提高系数。对钢筋混凝土受弯构件， =1；22受压翼缘的影响系数，对具有受压翼缘的截面，取;33bmm T形和 I形截面腹板宽度（mm）;第 45页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计h

56、 :斜截面受压端正截面上的有效高度，自纵向受拉钢筋合力点到受压边缘的0距离（mm）;:斜截面内纵向受拉钢筋的配筋率；pf ：混凝土立方体抗压强度标准值（MPAcu,k：箍筋配筋率；svf ：箍筋抗拉强度设计值（MPAsvf ：弯起钢筋抗拉强度设计值（MPAsdA ：斜截面内在同一个弯起钢筋平面内的弯起钢筋总截面面积（mm 2sb 弯起钢筋的切线与构件水平纵向轴线的夹角。：s若符合下式，则不需进行斜截面抗剪承载力的计算，V (0.510 ) f bh30 d2td0取 =1.1,=102V =312.3KN, b =1240mm, h =450mm,查表得， f =1.65MPAd0td1.13

57、13.2345.53KN (0.510 )11.651240450460.4KN3故不需进行斜截面抗剪承载力的计算。第 46页 共 69 页清华大学长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计设计总结近四个月的毕业设计马上就要结束了，这是我们大学之中最后一个也是最重要的 这们的综合运用能力以及解决实际问题的能力。在这半学期里，我们不断学习、不断积累并且不断的提高。这次的毕业设计，是对我这四年来所学的专业 时，我也充分认 识到自身的许多不足：基础知识学得不够扎实，缺乏综合运用及理论联系实际的能力等。这段时间，我查阅了大量的资料，在巩固以前所学知识的同时，也掌握了很多新MIDAS有限元程序，通过学习，达到

58、了能基本使用的水平。按照毕业设计任务书和指导书的要求，我认真、wordexcelautocad、midas等，给我今后从事桥梁工作打下了一定的基础。我决心在以后的工作中，在巩固已有知识的同时不断学习新的理论和工程实践知识，不断充实自己，为社会主义事业做出自己应有的贡献，做一名优秀的桥梁工作者！第 47页 共 69 页长沙火星北路浏阳河大桥拱桥设计主要参考文献1城市桥梁设计准则(CJJ11-93).2公路桥梁设计通用规范(JTGD60-2004).3公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004).4公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85).5 1997.6公路桥涵施工

59、技术规范(JTJ041-2000).7公路桥涵钢筋结构及木结构设计规范(JTJ012-94).8城市道路设计规范(CJJ37-90).9城市桥梁设计荷载标准(JGJ77-98).10叶见曙编结构设计原理人民交通出版社.11公路桥梁设计从书 人民交通出版社.12邵旭东桥梁工程人民交通出版社.13.141999年.15.第 48页 共 69 页长沙火星北路浏阳河大桥拱桥设计致谢本课题在选题及学习过程中得到谢海波老师的悉心指导。谢老师多次询问学习进程，并为我指点迷津，帮助我开拓研究思路，精心点拨、热忱鼓励。谢老师一丝不苟的作风，严谨求实的态度，踏踏实实的精神，不仅授我以文，而且教我做人，对谢老师的感

60、激之情是无法用言语表达的。在此，我向谢老师表示衷心的感谢，感谢他的耐心辅导、谆谆教诲和无私奉献，使我成为具有一定桥梁专业知识的合格大学生！第 49页 共 69 页长沙火星北路浏阳河大桥拱桥设计附表 I 节点坐标X(m)0节点404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869707172737475767778Z(m)28.913426.024322.520318.340513.510.514.627421.127427.627434.127440.627447.127453.627460.127466.12746910.06