河西拱橋計算書

一、設計內(nèi)容〔論文闡述的問題〕1、方案比選。2、推薦方案的橋型布置、一般構造、施工方案等。3、施工階段、使用階段各種作用效應計算。4、承載能力極限狀態(tài)組合、正常使用極限狀態(tài)組合。5、持久狀況、短暫狀況、偶然狀況驗算。6、繪制橋梁結(jié)構的一般構造圖及施工示意圖。7、下部結(jié)構設計：蓋梁、墩柱等的截面尺寸擬定與配筋設計。8、編寫設計計算書。二、設計原始資料〔實驗、研究方案〕(一)設計條件：1、橋梁跨徑布置：自行確定。2、設計荷載：公路I級。3、橋面寬度：25米，雙向4車道。4、橋面橫坡：2%。5、通航要求：無。6、橋梁為直線橋，豎曲線自行確定。7、材料：混凝土：C40、C50；預應力鋼筋：φj15鋼絞線，極限強度1860MPa;普通鋼筋：直徑≥12mm的用HRB400螺紋鋼筋，直徑<12mm的用R235光圓鋼筋；錨具：HVM錨或OVM錨。三、設計完成后提交的文件和圖表〔論文完成后提交的文件〕(一)計算說明書局部：設計計算書一套。由中、英文摘要、設計說明、計算內(nèi)容三局部組成。摘要要寫清設計概況及主要內(nèi)容，設計說明要寫清設計背景、技術指標、采用的標準標準、使用的材料、設計要點、施工方法。計算內(nèi)容的根本原理、公式、參數(shù)取值或來源，以及內(nèi)附主橋上部結(jié)構施工程序示意圖，主要作用效應圖、組合包絡圖、驗算結(jié)果以及施工階段包絡圖、施工預拋高等。(二)圖紙局部：1、橋梁方案比選圖〔包括縱、橫斷面〕。2、推薦方案總體布置圖〔包括立面、平面、橫斷面〕。3、主梁、主墩等一般構造圖。4、橋梁下部結(jié)構構造圖。5、橋梁施工程序示意圖。四、畢業(yè)設計〔論文〕進程安排序號設計〔論文〕各階段名稱日期〔教學周〕1方案比選1~22橋型布置、尺寸擬定3~43結(jié)構建模5~74驗算、調(diào)整8~95結(jié)構穩(wěn)定與動力分析106繪制設計圖紙11~127完善圖紙、編制設計計算書138完善設計計算書、英文翻譯149準備辯論15五、主要參考資料1、葉見曙.結(jié)構設計原理[M].北京：人民交通出版社,2005.2、范立礎.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2000.3、公路橋涵設計通用標準〔JTGD60-2004〕[S].北京：人民交通出版社,2004.4、公路橋涵地基與根底設計標準〔JTGD63-2007〕[S].北京：人民交通出版社,2003.5、公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計標準〔JTGD62-2004〕[S].北京：人民交通出版社,2004.6、公路工程技術標準〔JTGB01-2003〕[S].北京：人民交通出版社,2003.7、公路圬工橋涵設計標準〔JTGD61-2005〕。8、北京邁達斯技術.MIDAS使用手冊[R].2004.9、公路工程混凝土結(jié)構防腐蝕技術標準〔JTG/TB07-01-2006〕[S].北京：人民交通出版社,2006.長安大學畢業(yè)設計〔論文〕開題報告表課題名稱河西大橋設計課題來源自選課題課題類型工程設計指導教師學生姓名學號專業(yè)〔內(nèi)容包括：課題的意義，國內(nèi)外開展狀況，本課題的研究內(nèi)容、方法、手段及預期成果，任務完成的階段安排及時間安排，完成任務所具備的條件因素等?！痴n題意義經(jīng)過大學四年的學習，我們都掌握了一定的橋梁專業(yè)知識，橋梁畢業(yè)設計正是檢測我們收獲寡豐的時候。通過畢業(yè)設計，我們將大學四年所學運用到設計的整個過程中去，既很好的回憶了所學的知識，又鍛煉了我們搜集資料，自主學習，分析問題，解決問題的能力，同時也為以后的工作學習打下了堅實的根底。畢業(yè)設計要求學生關注學術動態(tài)，充分的了解國內(nèi)外橋梁設計的開展現(xiàn)狀及趨勢，并靈活運用大學所學的各門根底課和專業(yè)課知識，結(jié)合相關設計標準，獨立地、系統(tǒng)地、在老師的指導帶著下，完成一個橋梁工程的完整設計流程，將學過的知識融會貫穿為一個整體，并加以升華，從而加強我們橋梁專業(yè)人才的素質(zhì)，完善我們的專業(yè)技能。通過畢業(yè)設計這一長達十七周的教學環(huán)節(jié)，我們的獨立分析問題、解決問題以及實踐動手的能力都得以大大提高，為將來步入工作崗位奠定了堅實的根底。我國橋梁開展我國歷史文化悠久，橋梁建設方面曾經(jīng)也是遙遙領先同期世界各國。我國古代橋梁不但數(shù)量巨大，而且類型豐富多彩，在橋梁史上留下了濃墨重彩的一筆。但是由于封建制度的長期制約，生產(chǎn)力受到大大的束縛。鴉片戰(zhàn)爭后，在外國列強入侵下，中國的橋梁開展受到最大的桎梏。我國疆域遼闊，大小山脈和江河湖泊縱橫交錯，東部沿海，海灣眾多，島嶼星盤羅布。20世紀80年代改革開放以來，國民經(jīng)濟飛速開展，橋梁建設得到重視，得以快速開展，突飛猛進。目前國內(nèi)市場雖然趨近于飽和狀態(tài)，但依舊存在巨大的開展空間。我們已經(jīng)建成了不少到達國際先進水平的橋梁，在跨徑方面，我國建成的各類現(xiàn)代化橋梁在世界橋梁跨徑排名名錄上名列前茅。但是還是存在許多技術難點，不得不得依靠國外，仿造國外橋梁的現(xiàn)象比擬嚴重。所以21世紀初期國內(nèi)的橋梁開展重點還是在外鄉(xiāng)建設。我國橋梁工程主要集中在長江黃河之上。長江黃河貫穿大陸東西，將國土一分為三，對于交通的開展，形成巨大桎梏。雖然現(xiàn)在已經(jīng)建成不少跨江、跨河大橋，但總體來看，數(shù)量還是缺乏，仍需要加快假設。同時，許多橋梁由于使用年限過長、車輛超載、船舶撞擊、養(yǎng)護不夠及時等原因，急需修復甚至重建。這些對于國內(nèi)經(jīng)濟開展帶來巨大影響?？缃?、跨河等大跨度橋梁會在一段時間內(nèi)成為主流。比方2004年的上海長江隧橋工程，該工程是交通部確定的國家重點公路建設規(guī)劃中上海至西安線的重要組成局部。工程起自浦東五號溝，與郊區(qū)環(huán)線相接，經(jīng)長興島，止于祟明陳家鎮(zhèn)，全長約25.5公里。其中，以隧道方式穿越長江南港水域，長約8.9公里；以橋梁方式跨越長江北港水域，長約10.3公里；長興島和崇明島接線道路共長約6.3公里。大跨度橋梁的開展主要目的是解決城市之間的往來交通，讓交通更加便利。東南沿海地區(qū)的局部城市還是在依靠渡輪來解決交通問題。大跨度橋梁的建設，無疑會為這些地區(qū)的居民生活帶來巨大的便利，同時促進該地區(qū)的進一步開展。內(nèi)地一些地區(qū)山區(qū)丘陵較多，同樣也對當?shù)氐慕?jīng)濟開展，帶來巨大的限制，橋梁工程的建設開展，對于當?shù)氐慕?jīng)濟開展可以帶來質(zhì)的飛躍。早在20世紀末，國內(nèi)一些地區(qū)已經(jīng)把大跨度橋梁工程納入了現(xiàn)代交通開展規(guī)劃之中。例如東部沿太平洋海岸線的南北公路干線——在同三線〔黑龍江省沿江至海南省三亞〕上，將通過五個跨海工程來實現(xiàn)真正意義上的南北貫穿，這五個跨海工程分別為：渤海海峽工程、長江口越江工程、杭州灣跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程以及瓊州海峽工程。其中瓊州海峽工程可能成為我國最具有挑戰(zhàn)性的跨海工程之一。海峽寬度約20千米，平均水深可達60米，不得不建造連續(xù)多孔的特大跨度橋梁。另外由于災害性的地震和臺風等災害的頻繁侵襲以及復雜的地質(zhì)條件，這將會使中國橋梁工程師面臨十分嚴峻的挑戰(zhàn)。但是這五個跨海工程一旦完工，南北交通也將得到空前的開展。橋梁結(jié)構計算一直是橋梁工程開展的一個重要難點。雖然各類標準不斷明確，計算方法逐漸優(yōu)化統(tǒng)一，但是由于橋梁在使用過程中受到的荷載情況復雜，多種荷載的組合下共同作用，例如：車輛荷載，水流沖擊力，風荷載，意外的船撞擊，溫差引起的內(nèi)力，地震力等。在計算軟件方面，我國還存在相當大的缺乏，缺少自主研發(fā)的，可以大面積推廣、廣泛使用的計算軟件。目前還是以ANSYS、MIDAS等以有限單元法為計算根底的國外研發(fā)的計算軟件為主。雖然國內(nèi)不少高校和科研機構也在一直大力研發(fā)，但因為早期根底薄弱，市場占有份額小等原因，始終不能有很大的開展。在施工方面，一些特殊的施工器械，由于國內(nèi)的生產(chǎn)工藝等原因，只能從國外訂購，這無疑為中國橋梁工程建設帶來不少困難。同時，對于我國大多數(shù)地區(qū)來說，橋梁建設還沒有滿足根本生產(chǎn)生活需要，還需要大力建設，似的一些新興材料沒方法應用到實際生產(chǎn)過程中，還是以傳統(tǒng)的鋼筋混凝土為主，這也為我國后續(xù)的橋梁開展帶來不小的麻煩。這些都是急需我們轉(zhuǎn)變觀念設法解決的問題。這樣才能使我國從一個橋梁大國變成一個橋梁強國。本課題研究的內(nèi)容和方法、手段及預期成果本課題設計手段為依據(jù)標準要求及橋梁設計理論用電算方法計算具體問題。所用到的工具主要有：MADISCIVIL，AUTOCAD畫圖軟件，圖板，丁字尺，電腦等。內(nèi)容是按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)對給定條件的橋梁進行內(nèi)力計算和配筋設計，并努力使本設計成為滿足平安、實用、經(jīng)濟、美觀、環(huán)保的優(yōu)質(zhì)橋梁。具體分為以下幾個方面：(一)該橋的設計主要有以下幾個方面的內(nèi)容:1．方案的比選(1)根據(jù)設計任務書,確定橋孔的孔徑(2)初擬比選方案橋梁圖式(3)方案評比和優(yōu)選(4)繪制方案圖與編制說明書〔說明內(nèi)容應包括設計任務、編制方案的依據(jù)和原那么、橋梁孔徑計算、比選方案的論證說明等〕2．結(jié)構設計(1)確定橋梁的結(jié)構方案(2)結(jié)構設計計算〔設計內(nèi)容包括：橋梁總體布置、構件尺寸擬定；內(nèi)力計算與組合；配筋設計；截面強度計算與驗算；應力、變形計算與驗算；施工方案設計與相關驗算等〕(3)結(jié)構構造設計內(nèi)容包括：上部結(jié)構〔橋梁主體〕構造、配筋計算及節(jié)點詳圖(4)繪制設計圖紙①橋型方案比擬圖〔縱向立面圖、橫向剖面圖〕②推薦方案總體布置圖〔縱向立面圖、橫向剖面圖、平面圖〕③一般構造包括：橋梁上部結(jié)構〔橋梁主體〕的一般構造圖④鋼筋構造〔鋼筋布置圖〕⑤施工程序圖3．施工主要方法選擇(1)根據(jù)橋梁所處的位置,環(huán)境和施工技術力量配備情況,確定可行的施工方案。(2)施工順序的合理安排及優(yōu)化(3)繪制必要的主要施工工藝流程圖〔二〕設計完成后提交的文件和圖表〔論文完成后提交的文件〕:1.計算說明書局部1〕摘要〔中、英文〕2〕橋型方案比擬3〕推薦方案設計計算①擬定結(jié)構細部尺寸②主要承重構件內(nèi)力計算與荷載組合③主要承重構件配筋設計④主要承重構件驗算4)施工方案說明2.圖紙局部繪制橋梁方案比擬圖〔包括縱、橫斷面〕，推薦方案總體部置圖〔包括縱、橫、平斷面〕。圖幅外框尺寸：90cm×60cm〔粗實線〕橋梁施工程序示意圖。四、畢業(yè)設計〔論文〕進程安排序號設計〔論文〕各階段名稱日期〔教學周〕1參考資料收集與準備12橋型方案比選，外文翻譯2-63結(jié)構設計計算7-124結(jié)構驗算與報告整理135圖紙繪制14-156辯論16五、完成任務所具備的條件要素1.微型計算機2WPS20103Midas軟件4橋梁CAD繪圖軟件〔AutoCAD2007〕，丁字尺5《公路鋼筋混凝土與預應力混凝土橋涵設計標準》〔JTGD62-2004〕6《公路橋涵設計通用標準》〔JTGD60-2004〕7《公路工程技術標準》〔JTB01-2003〕8《公路橋涵設計手冊—橋梁》〔上下冊〕9、公路施工技術標準：JTG200410、橋梁工程〔上、下〕〔范立礎人民交通出版社〕11、結(jié)構設計原理〔葉見曙人民交通出版社〕12、根底工程〔凌志平人民交通出版社〕13、橋梁計算例如集〔人民交通出版社〕14、周念先.橋梁方案比選.同濟大學出版〕指導教師意見及建議：指導教師簽名：年月日注：1、課題來源分為：國家重點、省部級重點、學?？蒲?、校外協(xié)作、實驗室建設和自選工程；課題類型分為：工程設計、專題研究、文獻綜述、綜合實驗。2、此表由學生填寫，交指導教師簽署意見前方可開題。摘要根據(jù)設計任務要求，依據(jù)現(xiàn)行設計標準《公路橋梁設計通用標準》〔JTJD60-2004〕，綜合考慮橋位的地質(zhì)、地形條件，經(jīng)初選后提出了上承式鋼管混凝土拱橋、預應力混凝土連續(xù)剛構橋、獨塔斜拉橋三個比選橋型。按“平安、實用、經(jīng)濟、美觀”的橋梁設計原那么，比擬了三個方案的優(yōu)缺點。經(jīng)比選后，將上承式鋼管混凝土拱橋作為主要推薦設計方案。利用橋梁分析軟件Midas對上承式鋼管混凝土拱橋進行內(nèi)力計算和空間彈性穩(wěn)定分析。根據(jù)《鋼管混凝土拱橋技術規(guī)程》〔DBJ/T13-136——2011〕對其進行主拱承載能力極限狀態(tài)計算、主拱正常使用極限狀態(tài)計算，并對各主要施工階段鋼管應力、穩(wěn)定性進行了驗算。結(jié)果說明該橋梁設計計算方法正確，結(jié)構合理，符合設計任務的要求。最后本文對該橋斜拉懸臂、纜索吊裝的施工方法進行了簡要介紹。關鍵詞：上承式鋼管混凝土拱橋,Midas,驗算,纜索吊裝法AbstractAccordingtotherequirementsofdesignanddesignspecificationsinaccordancewiththecurrent《GeneralCodeforDesignofHighwayBridgesandCulverts》〔JTJD60-2004〕,deck-typeconcrete-filledsteeltubulararchbridge,prestressedconcretecontinuousrigidframeandsingle-pyloncable-stayedbridgearepresentedafterpreliminaryselection,takingtheconditionofthegeologyandthelandformofthebridgesiteintoacount.Aftercomparingtheadvantagesanddisadvantagesofthreeoptionscomprehensivelyaccordingtothephilosophyofbridgedesignas“Security,Practicability,Economy,Beauty”,Thedeck-typeconcrete-filledsteeltubulararchbridgeisselectedasthemaindesignscheme.TheInteralforcesarecalculatedandthespatialelasticstabilityisanalysedbyMidas.Accordingto《TechnicalSpecificationforConcrete-filledSteelTubularArchBridge》〔DBJ/T13-136——2011〕,thispapercalculetesthemainarch’slimitedbearing-capacityandlimitedsevice-capacityandchecksthesteeltubular’sstressandstabilityinthemajorconstructionphases.itisprovedthatthedesignmethodofcalculationiscorrect,,thestructureisreasonable,sothisdesignmeetsthedesignrequirements.Finally,thispaperintroducestheconstructionmethodofcable-stayedcantileverandcable-erected.Keywordsdeck-typeconcrete-filledsteeltubulararchbridge,Midas,structureanalysisandcheckingcomputation,cable-stayedcantileverandcable-erectedmethod目錄第一章概述11.1橋址地形地質(zhì)情況簡介11.2技術標準及采用標準11.2.1技術標準11.2.2采用標準2第二章方案比選22.1方案一：上承式鋼管混凝土拱橋22.1.1橋跨布置22.1.2主拱圈32.1.3橋面系及拱上立柱42.1.4施工42.2方案二：預應力鋼筋混凝土連續(xù)剛構橋42.2.1橋跨布置42.2.2主梁52.2.3根底52.2.4施工62.3方案三：雙索面獨塔斜拉橋62.3.1橋跨布置62.3.2主梁62.3.3主塔72.3.4斜拉索82.3.5根底82.3.6施工82.4方案綜合比選8第三章鋼管混凝土拱橋尺寸擬定及初步設計113.1總體信息113.1.1主要技術指標113.1.2主要材料及要求113.2孔徑布置123.3上部尺寸擬定123.3.1立面尺寸123.3.2橫截面尺寸12第四章荷載內(nèi)力計算134.1計算模型建立134.1.1單元劃分原那么134.1.2橋梁具體單元劃分144.1.3模型邊界模擬144.2全橋施工階段劃分154.3計算荷載174.3.1恒載174.3.2活載174.3.3溫度荷載174.3.4拱座沉降174.3.5收縮徐變174.3.6吊裝索力184.4施工階段恒載內(nèi)力計算184.4.1鋼管拱圈架設完成階段184.4.2灌注管內(nèi)混凝土階段194.4.3成橋階段204.5成橋階段活載內(nèi)力214.6荷載組合234.6.1作用組合及控制要求234.6.2持久狀況234.6.3短暫狀況23第五章結(jié)構驗算295.1拱肋截面參數(shù)和其他計算參數(shù)295.2主拱承載能力極限狀態(tài)設計計算——構件計算305.2.1拱腳截面305.2.2L/8截面325.2.3L/4截面325.2.43L/8截面335.2.5拱頂截面345.3主拱承載能力極限狀態(tài)設計計算——結(jié)構整體計算355.3.1穩(wěn)定系數(shù)355.3.2偏心率折減系數(shù)365.3.3混凝土徐變折減系數(shù)375.3.4初應力度影響系數(shù)375.3.5穩(wěn)定承載力385.4空間彈性穩(wěn)定分析395.5主拱正常使用極限狀態(tài)計算395.5.1拱肋和橋面撓度395.5.2鋼管應力405.6施工階段鋼管應力415.6.1灌注腹腔混凝土階段415.6.2成橋階段，即添加橋面鋪裝、防撞護欄等附屬設施階段42第六章施工方案簡介436.1工程概況介紹436.2確定施工方法446.3施工過程446.3.1鋼管拱節(jié)段預制446.3.2鋼結(jié)構的焊接446.3.3管內(nèi)混凝土制備與泵送446.3.4拱肋節(jié)段吊裝45致謝45參考文獻46附錄46第一章概述1.1橋址地形地質(zhì)情況簡介河西大橋地形地質(zhì)剖面圖如圖一所示。河西大橋需跨越U形河谷。河谷中臨時水位標高為520.80m，設計水位標高為525.80m。無通航要求。河谷兩端里程樁號分別為K0+100m、K0+304m。河谷地質(zhì)情況為：表層3m強風化石灰?guī)r層+5m弱風化石灰?guī)r層+微風化石灰?guī)r。如圖1所示：圖1、地質(zhì)剖面圖1.2技術標準及采用標準1.2.1技術標準1、橋梁跨徑布置：自行確定。2、設計荷載：公路I級。3、橋面寬度：25米，雙向4車道。4、橋面橫坡：2%。5、通航要求：無。6、橋梁為直線橋，豎曲線自行確定1.2.2采用標準〔1〕《公路工程技術標準》JTGB01-2003?！?〕《公路橋涵設計通用標準》JTGD60-2004?！?〕《公路鋼筋混凝土及預應力橋涵設計標準》JTGD62-2004?！?〕《公路橋涵地基與根底設計標準》JTJD63-2007。〔5〕《公路橋梁施工技術標準》JTJ041-2000(JTGB01-2003)?！?〕《鋼管混凝土拱橋技術規(guī)程》〔DBJ/T13-136——2011〕。第二章方案比選橋梁設計需遵循“平安、實用、經(jīng)濟、美觀和環(huán)?！钡母驹敲?。在橋梁方案編制中，主要指標包括：主要材料(普通鋼筋、預應力鋼筋、混凝土)用量、勞動力數(shù)量、全橋總造價、工期、養(yǎng)護費用、運營條件、有無困難工程、特種機具。其目的在于為每個橋式提供全面的技術經(jīng)濟指標，以便相互比擬，科學的從中選定最正確方案。在編制方案中要擬定結(jié)構主要尺寸，并計算主要工程量。設計方案的評價和比擬要全面考慮上述各項指標，綜合分析每一方案的優(yōu)缺點，最后選定一個最正確的推薦方案。在對本橋的設計中，選定三種橋式分別是：上承式鋼管混凝土拱橋；預應力鋼筋混凝土連續(xù)剛構橋；雙索面獨塔斜拉橋。下面分別描述各自橋型特點。2.1方案一：上承式鋼管混凝土拱橋2.1.1橋跨布置本方案全橋長202m=2*13m引橋+150m主橋+2*13m引橋。拱圈跨徑為150m,矢跨比為1/5,拱軸系數(shù)1.543。橋跨布置如圖2所示。圖2、上承式鋼管混凝土拱橋立面圖2.1.2主拱圈主拱圈由四片拱肋構成，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)1.543，上下緣高度為2.8m。截面形式為啞鈴型，上下均為直徑1m，厚度15mm的鋼管。上下肢鋼管圓心距離為1.8m，通過兩片厚度15mm的鋼板連接。內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。如圖3所示：圖3、拱肋斷面尺寸2.1.3橋面系及拱上立柱橋面系為跨徑10m的鋼筋混凝土簡支空心板。橋面鋪裝為10cmC50混凝土現(xiàn)澆層+10cm瀝青混凝土。橋面設2%的雙向橫坡。拱上立柱采用直徑50cm、厚10mm的鋼管，內(nèi)注C50微膨脹混凝土。橋面系構造如圖4所示：圖4、橋面系橫斷面2.1.4施工本橋鋼管拱架設采用斜拉懸臂、纜索吊裝的施工方法。2.2方案二：預應力鋼筋混凝土連續(xù)剛構橋2.2.1橋跨布置全橋為三跨雙幅預應力混凝土變截面連續(xù)剛構。橋孔布置為50m+103m+50m，共203m，邊中跨比值0.485。梁底為2次拋物線，以跨中梁底為原點，曲線方程：Y=-0.0000152X2單幅橋面設單向2％的橫坡。橋跨布置如圖5所示：圖5、連續(xù)剛構立面圖2.2.2主梁〔1〕截面形式：主梁截面采用雙幅單箱單室箱梁結(jié)構，箱底寬7.00m，兩側(cè)翼緣寬2.5m，箱梁頂面全寬為12.00m?？缰薪孛娉叽缫妶D6。圖6、連續(xù)剛構跨中斷面圖2.2.3根底下部結(jié)構為雙柱空心薄壁墩，鉆孔灌注樁根底，橋臺為輕型橋臺。2.2.4施工主梁采用懸臂節(jié)段澆筑施工，墩采用爬模法施工。2.3方案三雙索面獨塔斜拉橋2.3.1橋跨布置本方案采用雙索面獨塔斜拉橋，塔梁墩固結(jié)體系?？鐝讲贾?26+76m，全長202m。橋跨布置如圖7所示。圖7、獨塔斜拉橋立面圖2.3.2主梁主梁采用混凝土斷面，梁肋高1.5m，寬0.8m。橋面寬25m。主梁標準斷面如圖8所示。圖8、主梁橫斷面圖2.3.3主塔主塔采用門形橋塔。橋面以上塔高50米。塔柱及橫梁采用混凝土澆筑，空心薄壁截面，順橋向?qū)?m。塔梁墩固結(jié)體系。如圖9所示：圖9、主塔立面圖2.3.4斜拉索斜拉索采用標準生產(chǎn)的高強度低松弛環(huán)氧涂噴鋼絞線，其標準強度為1860MPa。斜拉索采用雙索面豎琴形布置，每個索面張拉15對拉索。2.3.5根底采用鉆孔灌注樁根底。2.3.6施工主梁采用預制節(jié)段懸臂拼裝的施工方法，主塔采用爬模法施工。2.4方案綜合比選表1、橋梁綜合比選表格比擬工程方案一方案二方案三上承式鋼管混凝土拱橋預應力混凝土剛構橋雙索面獨塔斜拉橋1跨徑布置13+13+150+13+13=202m50+103+50=203m126+76=202m2橋面標高550.00m550.00m550.00m3橋長202m203m202m4受力特點拱肋主要受壓。鋼管本身就是鋼筋，兼有縱向鋼筋和橫向箍筋的作用，既能受壓也能受拉，同時管內(nèi)混凝土的支撐作用使鋼管不易發(fā)生屈曲；核心混凝土由于鋼管套箍作用處于三向受壓狀態(tài)，提高了抗壓強度和抗變形能力；上承式鋼管混凝土拱橋構造簡單、橫向聯(lián)系容易布置，橋面系支撐于立柱上，整體性、橫向穩(wěn)定性和抗震性能均較好。上承式拱橋一般是有推力拱，它對地基的要求較高，適合于地質(zhì)條件較好的峽谷橋位。上承式在鋼管混凝土拱橋中修建的不多，主要是受地形條件的限制。河西大橋地質(zhì)條件能夠滿足上承式鋼管混凝土拱橋的要求。預應力混凝土連續(xù)剛構綜合了連續(xù)梁橋和T型剛構橋的受力特點，上部結(jié)構受力性能同連續(xù)梁橋一樣，而高主墩采用雙支薄壁柔性構造，相對縮短了主跨橋的凈跨徑，減少了箱梁支點負彎矩峰值，使結(jié)構受力更為合理。梁體內(nèi)的軸力隨著墩高的增大而急劇減小。其彎矩分布合理。但屬超靜定結(jié)構，受力復雜根底不均勻沉降將在結(jié)構中產(chǎn)生附加內(nèi)力，因此對橋梁根底要求較高。采用掛籃懸臂澆注施工；不需大量施工支架和大型臨時設備，橋梁施工受力狀態(tài)與運營受力狀態(tài)根本相近。但由于地形限制，邊跨與中跨的比值僅為0.485，邊跨支座處可能需設置抗拉支座。獨塔斜拉橋是斜拉橋體系中采用較為廣泛的形式之一，索面為扇形雙索面傾斜布置，具有很好的抗扭、抗風性能。支撐體系以拉索受拉和索塔受壓為主的；拉索的作用相當于在主梁跨內(nèi)增加了假設干個彈性支承，從而減少梁內(nèi)彎矩、梁體尺寸和梁體自重。而其水平分力可對混凝土主梁產(chǎn)生軸向預壓作用，增強了主梁的抗裂性并節(jié)省了高強鋼材。獨塔斜拉橋適宜做成塔梁墩固結(jié)的剛構體系。7施工鋼管混凝土拱橋中的鋼管最好采用成品管，既經(jīng)濟又有質(zhì)量保證。當受規(guī)格等限制無法采用成品管而需要直接加工一般可委托附近鋼結(jié)構加工能力較強的廠家加工。鋼管混凝土拱橋架設方法主要有懸臂法和轉(zhuǎn)體施工法。懸臂施工法是拱橋無支架施工最重要的方法，它從拱腳處向拱頂處懸臂施工兩個半拱，最后在拱頂進行合龍。轉(zhuǎn)體施工法也是鋼管混凝土拱橋施工的常用用方法，但受到地形限制。采用懸臂施工法，施工機械化程度高，技術先進，施工方法簡便，工藝要求較嚴格。所需機具較少，無需大型設備。兩個墩可以同時進行施工，施工進度快，占用施工場地少，不影響橋下通航和交通。無需支座，節(jié)省大型支座費用。索塔采用液壓自爬模法施工，主梁那么采用懸臂施工法，方法簡便。拉索采用工廠預制，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行安裝。這種施工方法施工速度較快，但是對施工監(jiān)控要求較高，施工技術復雜。8美觀性拱橋弧線線型優(yōu)美，且上承式拱應用在山區(qū)更容易與周圍的環(huán)境相協(xié)調(diào)，從橋兩端接線上通過時能欣賞到拱橋優(yōu)美的造型。上承式鋼管混凝土拱橋一般一孔跨越河谷，具有簡潔之美。線型簡潔明快，與周圍環(huán)境協(xié)調(diào)，橋面視線良好。斜拉橋線條美，力線明確，富有張力。但過多的拉索會對駕駛者造成不良影響。9平安性剛性體系，抗風性能較好，結(jié)構剛度大，整體性、橫向穩(wěn)定性均較好。結(jié)構體系成熟，受力明確。但由于施工的原因和考慮因素不全，在橋梁運營數(shù)年可能后出現(xiàn)跨中持續(xù)下?lián)系默F(xiàn)象柔性體系，抗風穩(wěn)定性相對一般，高次超靜定，平安性較好10運營使用性能屬超靜定結(jié)構，有可靠的強度、剛度及抗裂性能，伸縮縫小，行車舒適。結(jié)構屬于超靜定結(jié)構，使用性能好。結(jié)構剛度大，變形小，主梁變形撓曲線平緩。行車平順，無伸縮縫，平安，造型簡潔美觀，養(yǎng)護工程量小，可滿足交通運輸要求，施工技術成熟，易保證工程質(zhì)量跨度適合于大中跨徑橋梁。施工中需要嚴格的施工監(jiān)控，施工風險也增大，在造價方面也無競爭力。11經(jīng)濟性造價較高造價一般造價較高12推薦方案推薦方案比選方案比選方案第三章鋼管混凝土拱橋尺寸擬定3.1總體信息3.1.1主要技術指標〔1〕道路等級：一級〔2〕橋面中心標高：550.00m。〔3〕橋面凈寬：4*3.75m行車道+2×3.5m應急車道+2*0.5m防撞護欄+2.0m中央分隔帶間隙=25m?！?〕車輛荷載標準：公路I級〔5〕橋梁類型：上承式鋼管混凝土拱橋〔6〕橋面縱坡：2.0%〔7〕橋面橫坡：2.0%〔8〕年最高溫度39度，最低溫度-15度，〔9〕環(huán)境條件：Ⅰ類3.1.2主要材料及要求表2、主要材料計算參數(shù)表材料材料對應的材料特性彈性模量(MPa)材料容重(kN/m3)線膨脹系數(shù)(10-5)C50混凝土3.45×104251鋼絞線1.95×10578.51.2Q3452.06×10578.51.2注：C50混凝土抗壓強度設計值fcd=22.4Mpa，抗拉強度設計值ftd=1.83Mpa.鋼絞線抗拉強度標準值fpk=1860Mpa，抗拉強度設計值fpd=1260Mpa.Q345鋼材的抗壓、抗拉和抗彎強度設計值fd=275Mpa.3.2孔徑布置上承式鋼管混凝土拱橋孔徑布置為2*13m+15*10m+2*13m，橋梁全長202m。橋面標高550.00m，起始里程樁號K0+100m，終止里程樁號K0+302m。如圖10所示：圖10、拱橋立面圖3.3上部尺寸擬定3.3.1立面尺寸主拱圈跨徑為150m,矢跨比為1/5。主拱圈由四片拱肋構成，拱軸線為懸鏈線，拱軸系數(shù)1.543，上下緣高度為2.8m。橋面系為跨徑10m的鋼筋混凝土簡支空心板。拱上立柱采用直徑50cm、厚10mm的鋼管，內(nèi)注C50混凝土。3.3.2橫截面尺寸橋面系為跨徑10m的鋼筋混凝土簡支空心板，高60cm。拱上立柱采用直徑50cm、厚10mm的鋼管，內(nèi)注C50混凝土。如圖11所示：圖11拱橋橫截面尺寸第四章荷載內(nèi)力計算4.1計算模型建立4.1.1單元劃分原那么桿件的起終及轉(zhuǎn)折點和截面的變化點；需要驗算或知道位移的截面處；在構造變化或應力復雜的截面處應增設單元；不同構件的交點處；以順橋向投影長度1m劃分主拱圈單元；對于上承式拱橋，主拱圈為主要受力構件，為簡化模型，將蓋梁、橋面系均做簡化處理。4.1.2橋梁具體單元劃分按照上述桿系單項選擇離散原那么，建立模型如以下圖，節(jié)點744個，單元886個。如下圖：圖12全橋單元劃分示意圖4.1.3模型邊界模擬鋼管混凝土拱橋的主拱圈架設方法為纜索吊裝法。在主拱圈合龍之后、放索之前，要將拱腳固結(jié)，因此涉及到由兩鉸拱到無鉸拱的體系轉(zhuǎn)換。表3、主要邊界條件列表節(jié)點號DXDYDZRxRyRzRW邊界條件11111010主梁鉸接21110000拱座鉸接31110000拱座鉸接41110000拱座鉸接51110000拱座鉸接7401110000拱座鉸接7411110000拱座鉸接7421110000拱座鉸接7431111000拱座鉸接7441111010主梁鉸接7451111110扣點7461111110扣點7471111110扣點7481111110扣點7491111110扣點7501111110扣點7511111110扣點7521111110扣點21111110拱座固結(jié)31111110拱座固結(jié)41111110拱座固結(jié)51111110拱座固結(jié)7401111110拱座固結(jié)7411111110拱座固結(jié)7421111110拱座固結(jié)7431111110拱座固結(jié)注：1表示該方向自由度約束，0表示該方向自由度釋放。由于各施工階段中的臨時鉸接約束數(shù)量過多，未在表中列出。圖13模型邊界示意圖4.2全橋施工階段劃分從吊裝設備、人力配置、地形條件、拱上立柱位置等因素考慮，將每片拱肋空鋼管分五段進行吊裝，即所謂的“五段吊”，邊段拱肋長度為33m,次邊段拱肋長度為30m,合龍段拱肋長度為24m。最大吊裝質(zhì)量約為30噸。具體施工分段如下：表4、施工階段劃分表格第一施工段吊裝右一邊段拱肋第二施工段吊裝右二邊段拱肋第三施工段焊接邊段拱肋橫撐第四施工段吊裝右一次邊段拱肋第五施工段吊裝右二次邊段拱肋第六施工段焊接次邊段拱肋橫撐、K撐第七施工段吊裝右一合龍段第八施工段吊裝右二合龍段第九施工段焊接合龍段橫撐、K撐第十施工段吊裝左一邊段拱肋第十一施工段吊裝左二邊段拱肋第十二施工段焊接邊段拱肋橫撐第十三施工段吊裝左一次邊段拱肋第十四施工段吊裝左二次邊段拱肋第十五施工段焊接次邊段拱肋橫撐、K撐第十六施工段吊裝左一合龍段第十七施工段吊裝左二合龍段第十八施工段焊接合龍段橫撐第十九施工段焊接中間橫撐、K撐第二十施工段將拱腳固結(jié)、放索第二十一施工段灌筑下弦管混凝土第二十二施工段灌筑上弦管混凝土第二十三施工段灌筑腹腔混凝土第二十四施工段拱上立柱1施工第二十五施工段拱上立柱2施工第二十六施工段拱上立柱3施工第二十七施工段拱上立柱4施工第二十八施工段拱上立柱5施工第二十九施工段拱上立柱6施工第三十施工段拱上立柱7施工第三十一施工段橋面系施工第三十二施工段考慮混凝土收縮徐變1000天4.3計算荷載4.3.1恒載一期恒載：按構件實際斷面并考慮構造因素計入。二期恒載：鋪裝層10cm混凝土〔容重γ=25kN/m3〕＋10cm瀝青混凝土〔容重γ=23kN/m3〕+欄桿等。4.3.2活載a.活載計算工況橋梁結(jié)構設計荷載等級為公路-I級，雙向六車道，車道橫向位置按照行車道實際位置加載。b.沖擊系數(shù)計算根據(jù)《鋼管混凝土拱橋技術規(guī)程》〔DBJ/T13-136——2011〕規(guī)定，鋼管混凝土拱橋橋面結(jié)構的汽車荷載沖擊系數(shù)，應按現(xiàn)行《公路橋涵設計通用標準》〔JTGD60〕計算。鋼管混凝土拱橋的汽車荷載沖擊系數(shù)，可按此式計算：u=0.05736f+0.0748,f為鋼管混凝土拱橋的一階豎向頻率；f在無精確計算值時，可按下式進行近似計算：f=133/L,L為鋼管混凝土拱橋跨徑〔m〕。4.3.3溫度荷載計算橋梁結(jié)構因均勻溫度作用引起的效應時，拱肋有效溫度標準值取-15℃～39℃，其中合攏溫度取為12℃，即整體降溫為-27℃，整體升溫27℃。4.3.4拱座沉降根底變位按拱座豎向和順橋向均發(fā)生1cm位移考慮。4.3.5收縮徐變混凝土收縮及徐變采用《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計標準》(JTGD62-2004)第6.2.7條規(guī)定的取值，其中環(huán)境相對濕度0.7；混凝土加載終極齡期1000天。4.3.6吊裝索力由于采用纜索吊裝法進行主拱圈空鋼管的架設，扣索索力的大小對主拱圈變形和內(nèi)力均有較大影響。本模型采用Midas中“未知荷載系數(shù)法”求出扣索索力的影響矩陣，然后根據(jù)影響矩陣進行手動調(diào)整扣索索力，調(diào)整結(jié)果如下表：矩陣進行手動調(diào)整扣索索力，調(diào)整結(jié)果如下表：表5、扣索索力列表一號扣索索力〔KN〕144二號扣索索力〔KN〕209三號扣索索力〔KN〕2124.4施工階段恒載內(nèi)力計算鋼管拱圈架設完成階段在主拱圈合龍完成后，要將拱腳固結(jié)，然后放索，即完成了主拱圈空鋼管的架設。拱圈空鋼管在自重作用下的內(nèi)力圖如下所示。圖13拱圈空鋼管恒載彎矩圖圖13拱圈空鋼管恒載軸力圖4.4.2灌注管內(nèi)混凝土階段在Midas中，啞鈴形鋼管混凝土截面可用施工聯(lián)合截面來模擬。啞鈴型鋼管混凝土主拱計算時，腹腔內(nèi)混凝土不應計入主拱截面受力，而僅計算其自重的影響。灌注混凝土后主拱圈恒載內(nèi)力圖如下。圖14灌注混凝土后拱圈彎矩圖圖15灌注混凝土后拱圈軸力圖4.4.3成橋階段該拱橋計算模型主要研究主拱圈的受力情況，對于橋面系、蓋梁等結(jié)構的受力情況先做簡化處理。這樣，成橋階段主拱圈受力情況見以下圖。圖16成橋后恒載作用下拱圈彎矩圖圖17成橋后恒載作用下拱圈軸力圖表6、施工階段拱圈主要截面內(nèi)力列表位置荷載施工階段軸向(kN)彎矩-y(kN*m)拱腳恒荷載放索-1329.682467.39L/8恒荷載放索-1201.62048.81L/4恒荷載放索-1110.582027.33L/8恒荷載放索-1060.452097.83拱頂恒荷載放索-1049.292151.97拱腳恒荷載灌注腹腔混凝土-3597.982152.13L/8恒荷載灌注腹腔混凝土-3271.461758.82L/4恒荷載灌注腹腔混凝土-3185.812134.643L/8恒荷載灌注腹腔混凝土-3242.842655.99拱頂恒荷載灌注腹腔混凝土-3131.621951.49拱腳恒荷載徐變-7511.632078.06L/8恒荷載徐變-6949.231508.22L/4恒荷載徐變-6525.42119.213L/8恒荷載徐變-6353.952922.34拱頂恒荷載徐變-6063.12291.824.5成橋階段活載內(nèi)力成橋階段活載產(chǎn)生的內(nèi)力包絡圖與控制截面內(nèi)力具體數(shù)值如下所示。圖18彎矩包絡圖圖19軸力包絡圖表7、成橋階段拱肋主要截面內(nèi)力表格位置荷載軸向(kN)彎矩-y(kN*m)拱腳*-13700.392238.81L/8*-12738.921861.97L/4*-11876.792878.53L/8*-11310.223888.19拱頂*-10588.163555.18注：*代表1.0*恒荷載+1.4*移動荷載4.6荷載組合4.6.1作用組合及控制要求本橋主體結(jié)構設計基準期為100年。本次計算采用結(jié)構平安等級為一級，結(jié)構重要性系數(shù)取1.1。采用以可靠度理論為根底的極限狀態(tài)設計方法，按分項系數(shù)的設計表達式進行設計，并考慮以下三種設計狀況及其相應的極限狀態(tài)設計：持久狀況:橋梁建成后承受結(jié)構自重、車輛荷載等持續(xù)時間很長的狀況。該狀況作承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)設計。短暫狀況:橋梁施工過程中承受臨時性作用〔或荷載〕的狀況。該狀況作承載能力極限狀態(tài)設計，必要時才作正常使用極限狀態(tài)設計。偶然狀況:橋梁使用過程中偶然出現(xiàn)的如罕遇地震、船舶撞擊等的狀況。該狀況僅作承載能力極限狀態(tài)設計。持久狀況〔1〕承載能力極限狀態(tài)根本組合：1.1×[〔1.2×恒載+1.0×收縮徐變+0.5×根底變位〕+1.4×汽車〔包含汽車沖擊力〕]。偶然組合：上部結(jié)構計算時暫不考慮；〔2〕正常使用用極限狀態(tài)長期效應組合：恒載+根底變位+收縮徐變+0.4×汽車〔不含汽車沖擊力〕。短期效應組合：恒載+根底變位+收縮徐變+0.7×汽車〔不含汽車沖擊力〕。應力計算組合：恒載+根底變位+收縮徐變+汽車〔包含汽車沖擊力〕。4.6.3短暫狀況恒載+根底變位+收縮徐變+施工荷載按照上面的作用組合，結(jié)合在計算過程中根據(jù)相應的需要共有下述荷載組合，如表4.1所示。表8、荷載組合列表組合名稱狀態(tài)整體升溫整體降溫蓋梁荷載拱座沉降溫度梯度移動荷載恒荷載收縮二次徐變二次說明cLCB1承載能力極限狀態(tài)1.20.51.211根本組合cLCB21.20.51.41.211cLCB31.41.20.51.41.211cLCB41.41.20.51.41.211cLCB51.121.20.51.121.41.211cLCB61.121.20.51.121.41.211cLCB710.5111cLCB810.51.4111cLCB91.410.51.4111cLCB101.410.51.4111cLCB111.1210.51.121.4111cLCB121.1210.51.121.4111cLCB13正常使用極限狀態(tài)11111極限組合cLCB14110.642111短期組合cLCB151110.8111cLCB161110.8111cLCB171110.80.642111cLCB181110.80.642111cLCB19110.367111長期組合cLCB201110.80.367111cLCB211110.80.367111cLCB22111111彈性階段應力驗算組合cLCB231111111cLCB241111111cLCB2511111111cLCB2611111111注：車道荷載中已計入了汽車沖擊力。根據(jù)《公路鋼管混凝土拱橋設計標準》〔JTG/TD65-06-2015〕規(guī)定，f＜1.5Hz時〔由Midas計算得，f=1.240056〕，μ=18/(40+L)=18/(40+150)=0.09。正常使用極限狀態(tài)組合下，短期組合車道荷載分項系數(shù)為0.7/(1+μ)=0.642，長期組合的車道荷載分項系數(shù)為0.4/(1+μ)=0.367。下面給出按以上荷載組合下的主拱圈內(nèi)力圖以及主要截面的內(nèi)力具體值承載能力極限狀態(tài)下荷載根本組合〔cLCB6〕的結(jié)果：圖20CLCB6作用下主拱圈彎矩圖圖21CLCB6作用下主拱圈軸力圖表9、承載能力極限狀態(tài)短期效應組合〔cLCB6)下控制截面內(nèi)力表截面位置荷載軸向(kN)彎矩-y(kN*m)拱腳cLCB6(全部)-15225.91-1870.95L/8-13956.212645.72L/4-13004.254369.513L/8-12336.735483.13拱頂-11420.44-4483.93正常使用極限狀態(tài)下短期效應組合〔cLCB18〕結(jié)果：圖22CLCB18作用下主拱圈彎矩圖圖23CLCB18作用下主拱圈軸力圖表10、正常使用極限狀態(tài)短期效應組合〔cLCB18)下控制截面內(nèi)力表截面位置荷載軸向(kN)彎矩-y(kN*m)拱腳cLCB18(全部)-13286.02-2075.41L/8cLCB18(全部)-12168.671933.67L/4cLCB18(全部)-11313.373672.333L/8cLCB18(全部)-10718.834633.41拱頂cLCB18(全部)-10000.92-3640.04〔3〕正常使用極限狀態(tài)下長期效應組合〔cLCB21〕結(jié)果圖24CLCB21作用下主拱圈彎矩圖圖25CLCB21作用下主拱圈軸力圖表11、正常使用極限狀態(tài)長期效應組合〔cLCB21)下控制截面內(nèi)力表截面位置荷載軸向(kN)彎矩-y(kN*m)拱腳cLCB21(全部)-13160.76-1881.31L/8cLCB21(全部)-12047.531805.93L/4cLCB21(全部)-11199.183533.053L/8cLCB21(全部)-10616.374499.98拱頂cLCB21(全部)-9918.28-3479.27下面給出承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)最不利內(nèi)力組合如下表11、承載能力極限狀態(tài)最不利內(nèi)力組合列表截面位置荷載組合軸力〔KN〕彎矩〔KN*m〕說明拱腳CLCB315225.911870.95軸力最大CLCB614339.805422.49彎矩最大L/8CLCB514126.042726.5軸力最大CLCB514126.042726.5彎矩最大L/4CLCB513166.933557.05軸力最大CLCB613004.254369.51彎矩最大3L/8CLCB512648.714446.17軸力最大CLCB612336.735483.13彎矩最大拱頂CLCB512441.484723.93軸力最大CLCB611662.395470.82彎矩最大表12、正常使用極限狀態(tài)最不利內(nèi)力組合列表截面位置荷載組合軸力〔KN〕彎矩〔KN*m〕說明拱腳CLCB2613425.112223.25軸力最大CLCB2513216.783970.55彎矩最大L/8CLCB2512454.742240.56軸力最大CLCB2512454.742240.56彎矩最大L/4CLCB2511585.233183.82軸力最大CLCB2611439.983909.23彎矩最大3L/8CLCB2511111.853912.28軸力最大CLCB2610833.33838.14彎矩最大拱頂CLCB2510990.293052.39軸力最大CLCB2610294.683578.72彎矩最大第五章結(jié)構驗算5.1拱肋截面參數(shù)和其他計算參數(shù)圖26啞鈴型拱肋斷面尺寸單管的鋼管面積和抗彎慣性矩：啞鈴形拱肋截面的鋼管面積和抗彎慣性矩：混凝土的截面面積及慣性矩：啞鈴形拱肋的混凝土面積和抗彎慣性矩：含鋼率：鋼管混凝土的組合軸壓剛度和抗彎剛度按《鋼管混凝土拱橋技術規(guī)程》〔DBJ/T13-136--2011〕〔以下簡稱《規(guī)程》〕表4.3.4，內(nèi)力、應力、根本動力特性計算時，按《規(guī)程》表4.3.4，穩(wěn)定與變形計算時，5.2主拱承載能力極限狀態(tài)設計計算——構件計算《規(guī)程》第5.2.6條:鋼管混凝土單圓管偏心受壓構件強度承載力應滿足：式中，——偏心率折減系數(shù)，按《規(guī)程》第5.2.7條規(guī)定取值。，，式中，5.2.1拱腳截面由于有限元建模時將啞鈴形截面當做一個梁單元考慮，所以采用《規(guī)程》第5.2.1條進行內(nèi)力分配，獲得組成啞鈴形的鋼管混凝土單圓管構件的內(nèi)力。計算系數(shù)：單肢鋼管混凝土和整個構件截面抗彎剛度之比：因此，根據(jù)下面的公式可以得到分配到兩個肢上的彎矩和軸力設計值：對于彎矩最大組合〔N=14339.8KNM=5422.49KN*m〕:對于軸力最大組合〔N=15225.91KNM=1870.95KN*m〕對于軸力最大組合的一肢：驗算合格。對于彎矩最大組合的一肢：驗算合格。5.2.2L/8截面對于軸力最大組合〔N=14126.04KNM=2762.5KN*m〕:對于軸力最大組合的一肢：驗算合格。最大彎矩組合與最大軸力組合相同，不必驗算。5.2.3L/4截面對于軸力最大組合〔N=13166.93KNM=3557.05KN*m〕:對于彎矩最大組合〔N=13004.25KNM=4369.51KN*m〕對于軸力最大組合的一肢：驗算合格。對于彎矩最大組合的一肢：驗算合格。5.2.43L/8截面對于軸力最大組合〔N=12648.71KNM=4446.17KN*m〕:對于彎矩最大組合〔N=12336.73KNM=5483.13KN*m〕對于軸力最大組合的一肢：驗算合格。對于彎矩最大組合的一肢：驗算合格。5.2.5拱頂截面對于軸力最大組合〔N=12441.48KNM=4723.93KN*m〕:對于彎矩最大組合〔N=11662KNM=5470.82KN*m〕對于軸力最大組合的一肢：驗算合格。對于彎矩最大組合的一肢：驗算合格。5.3主拱承載能力極限狀態(tài)設計計算——結(jié)構整體計算將單圓管拱肋等效成單圓管構件。等效梁柱的計算長度采用無鉸拱的0.36S，等效梁柱的兩端作用力為拱的L/4截面處的彎矩與軸力。對于L/4截面，最大軸力組合為N=13166.93KNM=3557.05KN*m〔CLCB5〕最大彎矩組合為N=13004.25KNM=4369.51KN*m〔CLCB6〕5.3.1穩(wěn)定系數(shù)穩(wěn)定系數(shù)：按第5.3.6條規(guī)定，相對長細比為：啞鈴形柱的長細比按下式計算：鋼管混凝土啞鈴形截面回轉(zhuǎn)半徑拱肋弧長S=165.12m啞鈴形柱的長細比故5.3.2偏心率折減系數(shù)按照《規(guī)程》第5.3.5條：鋼管混凝土啞鈴形的偏心折減系數(shù)按下式計算：對于軸力最大組合N=13166.93KNM=3557.05KN*m對于彎矩最大組合N=13004.25KNM=4369.51KN*m5.3.3混凝土徐變折減系數(shù)鋼管混凝土單圓管截面回轉(zhuǎn)半徑i=0.9080m截面計算半徑r=2i-t=2*0.9080-0.015=1.801m啞鈴形柱的長細比對于L/4截面處，鋼管混凝土啞鈴形偏壓構件，其承受永久荷載引起的內(nèi)力N=6525.4KN對于軸力最大組合：永久荷載引起的軸壓力占全部軸壓力的比例：6525.4/13166.93=0.4956查表5.3.11可得，混凝土徐變折減系數(shù)K1=0.8511對于彎矩最大組合：永久荷載引起的軸壓力占全部軸壓力的比例：6525.4/13004.25=0.5018查表5.3.11可得，混凝土徐變折減系數(shù)K2=0.84965.3.4初應力度影響系數(shù)《規(guī)程》第5.3.12條規(guī)定：鋼管混凝土拱肋穩(wěn)定極限承載力計算中，考慮初拉應力影響時，截面軸心受壓承載力值應乘以初應力度影響系數(shù)。對于架設拱肋并澆筑混凝土施工階段得到的L/4截面的內(nèi)力為：N=3185.81KNM=2134.64KN*m對于軸力最大組合對于彎矩最大組合5.3.5穩(wěn)定承載力《規(guī)程》第5.3.5條：鋼管混凝土啞鈴形偏心受壓構件穩(wěn)定承載力按下式計算：其中：故有，故穩(wěn)定承載力滿足要求。5.4空間彈性穩(wěn)定分析《規(guī)程》第5.3.1條：鋼管混凝土拱橋應進行空間穩(wěn)定性計算，彈性失穩(wěn)特征值應不小于4.0。計算時拱肋截面整體軸壓剛度和彎曲剛度按4.3.4條中變形計算的規(guī)定取值。拱肋截面整體壓縮設計剛度與彎曲設計剛度按以下公式計算：對于穩(wěn)定分析，取按拱腳水平反力影響線布載，縱橋向全跨滿載時拱腳處水平推力最大。用Midas軟件進行屈曲分析，得到一階失穩(wěn)特征值為7.424>4,因此空間彈性穩(wěn)定分析滿足要求。屈曲模態(tài)如圖：圖29拱腳水平推力屈曲模態(tài)5.5主拱正常使用極限狀態(tài)計算5.5.1拱肋和橋面撓度《規(guī)程》第6.0.5條規(guī)定：鋼管混凝土拱橋，按短期效應組合〔汽車荷載不計沖擊系數(shù)〕，消除結(jié)構自重產(chǎn)生的長期撓度后，拱肋在一個橋跨范圍內(nèi)的正負撓度絕對值之和不應大于跨徑的0.001.對于跨徑等于或大于200m的鋼管混凝土拱橋，還宜進行舒適度計算和評價。在短期效應組合作用下，最大撓度為10.3446cm,最小為9.3895cm。最大最小撓度的差值為0.955cm,小于限值L/1000=150/1000=0.15m,滿足要求。如以下圖所示圖30短期效應組合下拱肋最大最小撓度差值曲線圖5.5.2鋼管應力《規(guī)程》第6.0.7條：持久狀況下的鋼管混凝土拱肋的鋼管應力不應大于0.8fy。鋼管應力計算應計入初應力和鋼管混凝土徐變引起的應力重分布。在正常使用極限狀態(tài)最不利截面為拱腳截面，提取出其中的內(nèi)力：軸力最大組合：N=13425.11KNM=2223.25KN*m彎矩最大組合：N=13216.78KNM=3970.55KN*m將軸力和彎矩分別按照軸壓剛度和抗彎剛度進行分配，求得鋼管最外緣應力。對于軸力最大組合〔N=13425.11KNM=2223.25KN*m〕鋼管受到的軸力：鋼管受到的彎矩：那么有：對于彎矩最大組合〔N=13216.78KNM=3970.55KN*m〕鋼管受到的軸力：鋼管受到的彎矩：那么有：鋼管最大應力均小于0.8fy=0.8*345=276MPa,故持久狀況下鋼管混凝土拱肋的鋼管應力驗算滿足要求。5.6施工階段鋼管應力5.6.1灌注腹腔混凝土階段應力驗算控制截面：拱腳截面3L/8截面此時，最不利工況為混凝土還未形成強度，由鋼管承受荷載。拱腳：3L/8：穩(wěn)定驗算該施工階段下其特征值為5.205>4.0,屈曲模態(tài)如圖圖27灌注混凝土完畢主拱圈屈曲模態(tài)5.6.2成橋階段，即添加橋面鋪裝、防撞護欄等附屬設施階段應力驗算控制截面：拱腳截面 3L/8截面此時，混凝土已形成強度，由鋼管混凝土共同承受荷載。鋼管內(nèi)力可根據(jù)下式求得拱腳截面：3L/8截面：穩(wěn)定驗算該施工階段下其特征值為7.631>4.0,屈曲模態(tài)如圖圖28成橋階段主拱圈屈曲模態(tài)第六章施工方案簡介6.1工程概況介紹橋名為河西大橋，橋長204m。該橋主橋為跨徑150m的上承式鋼管混凝土拱橋,引橋為跨徑13m的簡支梁橋。主拱圈為四肢啞鈴形拱肋，矢跨比1/5,矢高30m，拱軸線為m=1.543的懸鏈線。拱肋高2.8m,等截面，拱肋鋼管外圍直徑1m，厚15mm,內(nèi)灌C50混凝土。拱上立柱也為鋼管混凝土柱，外直徑50cm,壁厚15mm,內(nèi)灌C50混凝土。橋面系采用10m簡支空心板。6.2確定施工方法該橋鋼管拱懸臂拼裝采用斜拉懸臂、纜索吊裝施工方案。6.3施工過程6.3.1鋼管拱節(jié)段預制鋼管拱肋制作過程大致可分為：放樣——煨彎、矯形——組拼。在放樣時，要在接頭處加放一定的余量，以保證能夠滿足施工方案的要求，并到達設計要求的精度。鋼管煨彎、鋼管矯形以及鋼管組拼均應在相關規(guī)程下操作，以保證施工質(zhì)量。6.3.2鋼結(jié)構的焊接焊縫質(zhì)量是否滿足設計強度的要求是保證結(jié)構平安的關鍵。對于焊接材料的選擇要根據(jù)相關技術標準進行選擇，焊條、焊絲、焊劑均應符合現(xiàn)行國家標準，不得隨意選擇。焊接完成后要對焊縫進行抽樣檢測。焊縫質(zhì)量檢測分外觀檢測和無損檢測兩種。6.3.3管內(nèi)混凝土制備與泵送鋼管混凝土結(jié)構一般要求管內(nèi)混凝土強度等級在C30以上。對于河西大橋，管內(nèi)混凝土采用C50混凝土，鋼管為Q345.配制C50以上混凝土，宜選用52.5號以上水泥。由于鋼管混凝土施工對混凝土施工和易性要求較高，因此需要在混凝土內(nèi)參加減水劑，以降低用水量和水灰比增大混凝土流動性，提高混凝土的強度與耐久性。為保證管內(nèi)混凝土的密實性，通常需在混凝土內(nèi)參加適量的膨脹劑。如果在混凝土中參加適量的粉煤灰，還能減少水泥用量，減少混凝土的的收縮徐變，增強混凝土性能?；炷帘盟统２捎帽盟晚斏凉补喾?。要保證管內(nèi)混凝土的澆筑質(zhì)量，通常要注意以下幾個方面：首先要減小灌注混凝土時鋼管內(nèi)壁對混凝土的摩阻力，因此在灌注混凝土之前需要用水對鋼管內(nèi)壁進行清理，必要時泵入適量的水泥漿后再開始壓注混凝土，直至拱頂鋼管排漿管排出合格混凝土為止。其次要合理布置振搗系統(tǒng)。對于振搗系統(tǒng)的布置力求操作方便、振搗效果明顯。排氣措施布置。對于向鋼管內(nèi)灌注混凝土這項工作來說，排氣孔的設置是至關重要的。排氣孔的布置不能太疏或太密。太疏，排氣效果不明顯，施工質(zhì)量得不到保證：太密，對鋼管強度削弱太大，不利于結(jié)構的平安，同時，會增大開孔和焊接空口的工作量，經(jīng)濟性亦不強。6.3.4拱肋節(jié)段吊裝1、河西大橋主拱跨徑150米，四片拱肋。拱肋架設方法采用“五段吊”與懸臂組拼的方案。吊裝時相鄰兩片拱肋先后分段吊裝，及時用永久橫撐將已吊裝的兩拱肋節(jié)段連成整體，首先吊裝兩邊段拱肋。就為時，下端頭先對準拱座上標畫的中線落位，然后調(diào)整上端頭標高，使其比設計標高〔包括預拱度〕高出15--30厘米，然后收緊扣索并卡緊。2、邊段吊裝完成后吊裝次邊段。邊段拱肋長度為33m,次邊段拱肋長度為30米，吊裝質(zhì)量約為30噸。在邊段拱肋吊裝就位后，就可開始吊裝次邊段拱肋。待次邊段拱肋吊裝就位后可將其下端頭與邊段拱肋上端頭通過接頭螺栓進行連接。但不能把接頭螺栓擰死。通過扣索調(diào)整次邊段拱肋中線位置，待滿足設計標高要求之后才可將接頭螺栓擰緊。3、合龍前，需要調(diào)整扣索索力，使拱肋線性滿足設計要求〔包括預拱度〕。合龍段拱肋長度為25m,吊裝質(zhì)量為22.7噸。在合攏之前，拱肋懸出局部主要通過扣索索力保持平衡，合龍段吊裝就位后、合龍之后，結(jié)構體系便發(fā)生了變化，顯示出拱的受力特點。在將拱腳處的臨時鉸接撤除、改為固結(jié)之后，便可將扣索撤除，主拱圈架設完成。致謝畢業(yè)設計的順利完成，首先非常感謝我的指導老師王老師。此次畢業(yè)設計是在王老師悉心指導和反復修改下完成的。王老師從一開始就對我們傾注了巨大的精力，每周都會認真檢查我的設計內(nèi)容與進度，提出自己的建議，并耐心的指正我設計中的錯誤。他勤奮嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、誨人不倦的工作作風、平易近人的為師風范都讓我心生敬佩。在此向王老師表示誠摯的敬意！通過這次畢業(yè)設計，我收獲了許多，這是一次對我大學四年學習成果的一次綜合考察。我比擬系統(tǒng)的串連了我大學本科四年所學的知識，深刻感受到了橋梁工程專業(yè)的博大精深，覺得自己存在的差距還很大。在這炎炎夏日工作的幾十天，雖然很辛苦，但是我的收獲也是非常大的。通過反復看書查找相關資料，與同學進行討論，不斷向老師請教，畢業(yè)設計在反復的修改，設計圖紙在不斷的完善中。在老師的指導和同學的幫助下，我通過獨立并較系統(tǒng)的完成一個橋梁的設計，比擬具體的了解了橋梁設計的全過程，在穩(wěn)固已學課程的根底上，培養(yǎng)了自己思考問題、分析問題、解決問題的能力，同時接觸和掌握了一些新的專業(yè)知識和技能。這次畢業(yè)設計為自己提供了一次很好的實踐時機，為我將來的進一步深造和未來工作打下了良好的根底，是我人生中很重要的一次經(jīng)歷，也是一份巨大的收獲。最后，感謝學院的領導和老師在百忙之中為我們細心指導設計，你們辛苦了，衷心地感謝各位老師！參考文獻1.《公路工程技術標準》〔JTGB01-2003〕2.《公路橋涵設計通用標準》〔JTGD60-2004〕3.《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計標準》〔JTGD62-2004〕4.《公路橋涵施工技術標準》〔JTJ/TF50-2011〕5《結(jié)構設計原理》.葉見曙.北京：人民交通出版社6.《橋梁工程》.范立礎.北京：人民交通出版社7.《橋梁工程畢業(yè)設計指南》.向中富.北京：人民交通出版社8.《鋼管混凝土拱橋技術規(guī)程》〔DBJ/T13-136——2011〕9.《橋梁工程軟件midascivil常見問題解答》.邱順冬.北京：人民交通出版社10．《鋼管混凝土拱橋技術標準與設計應用》.陳寶春韋建剛.北京：人民交通出版社11.《鋼管混凝土拱橋》.陳寶春.北京：人民交通出版社附錄一種評估橋梁可持續(xù)性的新方法民用根底設施工程,如橋梁會對與耐久性相關的諸多問題產(chǎn)生重大影響。因此,土木和結(jié)構工程師們設法做出一個耐久性較好的設計是很重要的。本文描述了一個評價橋梁耐久性的新模型。用來評估耐久性的指標是氣候改變、資源利用、損耗、生物多樣性和遺傳、噪音、灰塵、振動、美學、就業(yè)、和商業(yè)、造價、維護費用、和使用者延誤費用。本文也說明了每個指標的目標值并提供了具體的測量方法。本文還給出了一個評估雙向兩車道跨線橋三個備選設計耐久性的案例研究結(jié)果并提供關鍵參數(shù)的輸入細節(jié)。對于既定結(jié)構，將個體影響轉(zhuǎn)化為整體的耐久性得分的方法是本文的特別之處。文章結(jié)尾對進一步提高既選設計耐久性進行了討論。1、介紹自九十年代中期以來，英國政府一直鼓勵建筑業(yè)在各個方面強化可持續(xù)開展的原那么〔Aryaetal,2008;detr,1998),包括材料提取、產(chǎn)品制造、運輸、施工、設計、管理、維修和翻新,拆遷。從可持續(xù)開展目標以及建設行業(yè)復雜影響來看，如此做法的原因是很明顯的。一般來說,可持續(xù)開展是在保護環(huán)境的同時完成經(jīng)濟增長目標,因而，經(jīng)濟效益和環(huán)境效益均可用于社會，不管是現(xiàn)在還是未來。(WCED,1987)。英國建筑行業(yè)奉獻了百分之八的國內(nèi)生產(chǎn)總值并為約三百萬人提供就業(yè)〔DBERR,2008〕。在英國，每年每個男性、女性和孩子要使用大約六噸的建筑材料〔DETR,1998;DTI,2006〕。建筑物的施工、占有空間和維修分別占到了所有二氧化碳排放量的百分之五十、填埋垃圾的百分之三十和消耗水資源的百分之五十〔DBERR,2007〕。這樣就很容易明白了，建筑行業(yè)對可持續(xù)開展進程，所謂的經(jīng)濟、環(huán)境和社會的各個方面均有重大影響，因此英國政府聲稱它是實現(xiàn)可持續(xù)開展的先鋒。根底設施施工,包括一些工程如交通、通信和公用事業(yè)的施工,是建筑行業(yè)很重要的一局部，它卻受到比建筑設計更少的關注〔Willettsetal,2010〕。根據(jù)Willettsetal，出現(xiàn)這種情況的原因是政府認為土木工程部門正在為提供持久的根底設施而開展自己的策略。盡管近些年來一些方針政策出臺了，然而，總體來說，它還未證明對于土木工程師應用這些可持續(xù)開展的原那么到工作中是容易的。這樣，當該領域的很多人易于理解可持續(xù)開展的目標時，當今的時間需要作出哪些改變就不那么明顯了。工程師總是想著既要提高資源利用率、設計要通過開展新型的結(jié)構形式、施工方法。因此，建筑行業(yè)被認為幫助政府滿足各種義務或抱負的關鍵的原因可能是一個障礙。然而，這只能通過測試工程效率是否從造價角度和其他明確的參數(shù)像氣候改變、資源利用和對社會的影響。否那么會有這樣一種危險，那就是工程師繼續(xù)開展那些與已經(jīng)消失的方案相似的被Ugwuetal稱作比喻性質(zhì)的設計，他相信它們是可持續(xù)的，提出那些僅僅通過最小標準的設計，這些標準陳列于時間標準與標準中〔WilliamsandDair,2007〕。橋梁是民用根底設施中常見的結(jié)構，并且可以作為在傳遞什么和工程師努力完成什么之間空白的補充。近些年，關于橋梁耐久性的大量研究得以報道。Martin〔2004〕提出了一個描述混凝土橋梁耐久性的新方法，強調(diào)將之與英國高速公路理事文件〔HighwaysAgency,2001a〕中設計用耐久性保持一致的重要性，以確保一個長期的使用壽命并使保養(yǎng)、維修本錢最小化。橋梁改造后延長使用壽命的能力是一個重要的耐久性問題，因為民用根底設施像橋梁，正常情況下使用壽命要求不止100年。例如，當荷載增加或者橋梁加寬以增加承載能力時，顯然能夠改造橋梁以維持其長期使用性能是令人期望的，而不是撤除重建。從混凝土橋梁設計、施工隊人類生活的影響角度看,Martin(2004)強調(diào)外觀的重要性，以及對環(huán)境造成的危害。Collings(2006)進行了一項關于不同類型橋梁〔梁橋、系桿拱橋和斜拉橋〕在施工和運營期間能量利用與二氧化碳排放的研究，并考慮了三種材料組合〔混凝土、鋼材以及鋼混組合材料〕。他發(fā)現(xiàn)了幫助設計者考慮環(huán)境因素的四大原那么。特別地，為了對環(huán)境負擔有一個實質(zhì)性的影響，將循環(huán)利用材料從低能材料中分出來，防止像繪畫，塑料這樣擁有高能的產(chǎn)品，防止二氧化碳排放，需要替代效勞。Horvath和hendrickson(1998)研究了鋼橋和混凝土橋梁的施工的環(huán)境效應。他們發(fā)現(xiàn)，以新的未加工的鋼筋混凝土為材料的橋梁比鋼橋?qū)Νh(huán)境的危害更小，這主要是由于制作鋼梁過程中消耗了巨大的能量。然而，如果回收的的鋼材或鋼梁能夠再次利用，那么結(jié)果是相反的。利用回收的或已經(jīng)存在的鋼構件有很大的前景然而混凝土是很難再次利用或者循環(huán)使用到更高等級的結(jié)構中。很明顯，一座橋梁的耐久性和建造材料的選擇將要影響它是否在設計壽命之前廢棄。SurreyCountCouncil正在尋找方法監(jiān)控維護橋梁網(wǎng)的環(huán)境效應〔Steeleetal.,2000〕.已發(fā)現(xiàn)，不同的結(jié)構形式需要不同的維護策略并且會對環(huán)境有不同的影響。Steeleetal.(2000)用生命周期評估的方法來比擬一些橋梁設計對環(huán)境的影響，但獲取可靠數(shù)據(jù)的困難已經(jīng)限制了它的使用。橋梁結(jié)構的設計、耐久性、材料選擇、加固和實用性對橋梁結(jié)構的持續(xù)性的重要影響已經(jīng)得到了突出強調(diào)。〔Steele,2004;steeleetal.,2003〕Arya和Vassie(2005)提出了一個簡單的評估比擬混凝土橋梁維護方案效果的偽定量方法。他們發(fā)現(xiàn)需要不斷更新的維修技術會對結(jié)構持續(xù)性產(chǎn)生重要影響。Ugwuetal.(2006a)提出了一個針對民用根底設施連續(xù)性的分析決策模型。多重分析標準和一個分析等級程序用來完善源自關鍵性能指標的模型。這個模型適用橋梁設計的研究〔Ugwuetal.,2006b〕，而且有很多潛在的功能，盡管數(shù)據(jù)來源可靠性要求較高使之受到了限制。這個研究特別強調(diào)人們做決策的全面性。盡管這些研究為設計者提供了有用的信息，但是現(xiàn)有工具和模型很難運用于實踐中因為有些是很復雜的而且有些還不成熟。很多是定性分析的，對于需要精確計算的工程師沒有太大的吸引力。一些主要針對環(huán)境問題。另一些考慮了所有的方面但沒能集合各個方面，這讓從幾個現(xiàn)有的方案中選出最具連續(xù)性的方案很困難。在解決這些問題的過程中，一種新工具得到了開展，那就是結(jié)構連續(xù)評定系統(tǒng)。人們希望這個工具有助于土木工程師進一步重視結(jié)構設計中的連續(xù)性，并且鼓勵更多的工程師將連續(xù)性原那么運用到他們每天的工作中。結(jié)構連續(xù)評定系統(tǒng)主要用于評定橋梁結(jié)構，但是這種方法論運用到其他結(jié)構類型中也是高效且適用的本文介紹結(jié)構連續(xù)評定系統(tǒng)并解釋了連續(xù)性如何通過模型測試。通過一個評定橋梁三個備選方案的案例來展示它的用處。2，結(jié)構連續(xù)評定系統(tǒng)可持續(xù)性指標圖一表示建立用于測試連續(xù)性的指標。這些指標根據(jù)連續(xù)性的關鍵內(nèi)容分為三組——環(huán)境保護、社會和經(jīng)濟。環(huán)境保護包括氣候改變，資源利用，廢棄物和生物多樣性和基因?？沙掷m(xù)性指標經(jīng)濟環(huán)境保護社會經(jīng)濟環(huán)境保護社會就業(yè)和商業(yè)造價維護費用就業(yè)和商業(yè)造價維護費用使用者延誤費灰塵噪音振動美學氣候改變資源利用廢棄物生物多樣性和基因.圖一，結(jié)構連續(xù)評定系統(tǒng)指標社會因素包括灰塵、噪音、振動和美學。經(jīng)濟指標包括就業(yè)和商業(yè)、造價、維護費用以及使用者延誤費用。像氣候改變、資源利用和造價等因素的影響能夠從數(shù)值角度評估。評