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1、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 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
2、轴系数102.2.3 拱轴线型122.2.4 横向联系132.2.5 吊杆132.2.6 横梁132.2.7 纵梁132.2.8 桥面板142.2.9 桥面系142.3 小结.14第三章 斜拉扣挂施工方法介绍和仿真计算153.1拱桥施工方法简介153.2临时扣索初张力153.2.1主拱圈分段153.2.2拱段连接163.2.3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194.1 结构内力计算194.1.1 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
3、 活载内力计算274.3.1 冲击系数的计算27 4.3.2 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 承载能力极限状态内力344.5 主拱极限承载应力验算394.6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. . .
4、. . . . .59附表V. . . . . . . .62附表VI. . . . . . . .64附表VII. . . . . . .66附表VIII. . . . . . . .68附表IX . . . . . . . .69第一章 方案比选1.1 设计原始数据1.1.1 设计项目基本情况火星北路浏阳河大桥位于长沙市火星大道与浏阳河交汇处。桥位属冲洪积阶地地貌，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
5、,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（上层滞水仅局部分布），潜水主要为赋存于圆砾中的孔隙水（具有微承压性），补给来源主要为大气降水及地表水体（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
6、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-100 2） 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；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.
7、1.3 桥梁设计原则1 适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、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 舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。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 先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质
8、量和施工安全。5 美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的景致相协调。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；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4）结构的整体性好，刚度较大，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）结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度
9、，因而大大限制其跨越能力；7）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，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用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，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 斜拉桥斜拉桥的特点是依靠固定与索塔的斜拉索支撑梁跨，梁是多跨弹性支撑梁，梁内弯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。斜拉桥与悬索桥不同之处是，斜拉桥直接锚于主梁上，称自锚体系，拉索承受
10、巨大的拉力，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过拉紧的斜索与塔直接相连，增加了主梁抗弯、抗扭刚度，在动力特性上一般远胜于悬索桥。悬索桥的主缆为承重索，它通过吊索吊住加劲梁，索两端锚于地面，称地锚体系。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
11、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；箱形截面的中性轴大致居中，对于抵抗正负弯矩具有几乎相等的能力，能较好的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、美观。图1-2-1设计方案比选方案比选桥型方案钢箱拱桥(第一方案)预应力混泥土连续T梁
12、(第二方案)预应力混凝土简支梁(第三方案)经济性箱梁节段采用预制，工期及质量都容易得到保证，简易经济。便于运输和吊装，施工速度快，易于更换支座,但跨径较大时就不经济了桥梁上下部可以同时施工,使工期大在缩短,但需要大型的起吊运输设备,费用较高美观性构造简单，线形简洁美观侧面上看线条明晰，与地形配合，显得美观大方跨径一般，线条明晰，但比较单调，与景观配合很不协调。施工方面由于钢材具有匀质性、构件轻的特点，用节段悬拼法很方便；可以较方便的跨越很大跨度，节省施工时间与费用。采用预制T梁,需要大量预制场地需要大量吊装设备，施工工艺复杂预制T型构件，运至施工地点，采用混凝土现浇，将T型梁连接，其特点外型简
13、单、制造方便，整体性好适用性受力明确，构造简单，行车较为舒适。建桥速度快，工期及质量都容易得到保证。适用于跨径1550米的桥梁，常用跨径为2040米,能为车辆提供较为舒适的行驶条件。受力明确,构造简单,施工方便,适用于中小桥梁。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)跨越能力大。由于钢材的强度高，在相同的承载能力条件下；与钢筋混凝土桥梁相比，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
14、，质量容易得到控制，因而工业化制造程度高。 (3)便于运输。由于钢桥构件的自重较轻，特别是在交通不便的山区便于汽车运输. (4)安装速度快。钢桥构件便于用悬臂施工法拼装，有成套的设备可用，拼装工艺成熟，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
15、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、坍落度12cm18cm,即保证混凝土易性和在硬化过程必须的水份，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。采用水泥、砂、石料和水均应符合公路桥涵施工技术规范（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
16、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 a、焊丝应符合（溶化焊用钢丝）GB/T144957-1994和气体保护焊丝GB/T14958-1994的要求。b、焊剂应符合GB/5293-85的要求。c、低碳钢焊接条应符合GB/T5117-85的要求；低合钢焊接条应符合GB/T5118-85的要求。d、二氧化碳纯度应大于99.5%。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
17、线，直径为15.24mm，标准强度1860MPA，保护罩与预埋管，防水罩为防腐油脂，吊杆上、下设减震器，钢绞线的材料和防护应符合现行的相关国家规范要求。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 吊索在拱肋出口处采用聚氨酯密封材料（颜色待定），该材料必须满足以下技术指标；极限伸长率35%，抗拉强度5MPA，粘结强度5MPA，固体含量90%，低温柔性-20，耐热温度150，硬度50，耐老化、紫外线性能良好固化实干10小时。1.4 小结 通过方案比选,确定方案为中承式钢箱拱桥,并规定了材料类型。第二章 拟定结构尺寸2.1 桥梁总体布置2.1.1 桥位布置浏阳河大桥桥位
18、服从长沙市城市总体规划路网规划中的火星北路道路中线走向，为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 主桥总体布置主桥为一跨过河的钢箱拱肋悬链线无铰拱结构，计算跨径138m，矢高34.5m，矢跨比1/4，拱轴系数：1.347。由于横梁较高，横梁间设置钢纵梁，横梁及纵梁顶面设置湿接缝，形成钢砼组合桥面，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；桥面结构采用钢结构横梁，预制吊装空心板钢筋砼梁，桥面铺装采用9cm厚沥青砼桥面；桥面底层设置4道钢结构纵梁，形成井字型骨架，与桥面结合形成钢砼组合结构
19、。两侧各伸出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);桥面横向布置为:5.0m(人行道+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
20、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+2.6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毫米,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,顶、底板纵肋间距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毫米的钢板；第二类横隔板对应于吊杆，每根吊杆上设两片横隔板，第三类横隔板对
21、应于拱圈永久横撑，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。 图2-2-2空腹式悬链线拱轴线计算图式如图，由，得 （1）由得 （2）将（1）式中的Hg代入上式，得 （3）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、可由拱桥表（III）-19查得。求得之后可由式求得m值。假定m=1.347,相应的，因，查
22、拱桥（上册）表III得半拱悬臂自重对截面和拱脚截面弯矩为： 故： 图2-2-3悬链线拱轴计算图示半拱悬臂集中力荷载对截面和拱脚截面弯矩为： =1.426与之差小于半级，因此取拱轴系数m=1.3472.2.3 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m=1.347，拱轴线方程为：式中2.2.4 横向联系为保证拱的横向稳定，在桥范围内共设7道永久横撑，在桥面以下两道横撑之间增设A撑形成框架，除肋间横梁腹板沿垂直设置外，其余横撑腹板均垂直拱轴线。横撑采用钢箱断面，腹板采用16毫米钢板，顶、底板采用12（16）毫米钢板，内设纵向加劲板和横隔板。2.2.
23、5 吊杆本桥共设16排吊杆，吊杆的纵向间距6.5米，6.0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钢铰线组成，采用平行钢铰线成品拉索，外包热挤PE护套。吊杆上、下端锚具均采用挤压墩头锚具，由于拱圈内空间狭小，设计中考虑调整吊杆长度时，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）、吊杆横梁吊杆横梁全部采用全焊式变截面钢板梁，横梁高度随桥面纵坡的变化而变化，采用箱形断面，顶板厚度24mm，底板厚度28mm，腹板厚度16mm，横向加劲板常规间距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）、肋间横梁、
24、横撑整个主拱圈设两道肋间横梁，五道横撑，肋间横梁与横撑均通过焊接与主拱圈固结。在肋间横梁安装处，拱圈外侧设悬臂梁用于支撑人行道肋板梁，悬臂梁采用工字形截面，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724760mm,中纵梁顶底板厚16mm，腹板厚12mm。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
25、可伸缩式结构，协调结构变形。2.2.8 桥面板1）、道桥面板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）、人行道面板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
26、上铺一层0.8cm厚带肋钢板，人行道板结构为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)。此类桥型能改善平行拱的静力图式,增强横向稳定性,能
27、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。钢箱提篮拱桥的施工控制实施是此类桥型安全保质按时建成的关键。对于采用缆索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
28、的预拼;对于制作期间的预拱度线形系统误差和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,可以通过现场变形测量、索力以及应变测试结果(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。本桥采用的是钢箱提篮施工，钢箱提篮拱桥施工控制的关键技术主要体现在主拱圈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,特别是当扣、背索采用钢铰线施工时,客观上要求扣、背索应尽量减少张拉次数,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
29、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个（共6类）施工段，其中F拱段为合拢段，其余5对拱段分别对称，从拱脚到拱顶分段水平长度分别为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。图3-1-1主拱圈分段3.2.2拱段连接由于本拱桥主拱圈采用临时铰接条件下的逐段吊装扣挂方式施工，在拱圈标高和坐标调整完毕之前，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，标高调整完毕后，放松扣挂索，再进行拱脚固结和各段连接，各拱段之间拱箱壁全部采用焊接。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
30、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,工作量十分繁重。这里第一阶段索力用手算，后续阶段采用MIDAS有限元程序计算。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。经MIDAS有限元程序计算，当第一阶段扣索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 临时扣索初张力单元荷载内力-I (tonf)内力-J (tonf)扣索1恒荷载39.0462738.12026扣索2恒荷载36.8102436.01398扣索3恒
31、荷载46.7789246.24950扣索4恒荷载87.0122586.06253扣索5恒荷载89.2411788.493923.3预拱度计算计算模型的建立,是按照施工吊装过程进行的,其过程见图3-1-2。图3-1-3 拱圈段施工位移图 （mm）表3-2 各节段预抬量拱段拱段A拱段B拱段C拱段D拱段E预抬量（mm）1.22.12.52.32.03.3 小结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。图4-1-1 MIDAS
32、模型4.1.2 主拱内力计算拱肋共分44个单元，对称布置，每片22个单元。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：图4-1-3主拱自重弯矩图图4-1-4主拱自重剪力图图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图4-2-1恒载作用下主拱的弯矩图由于主要是计算成桥状态下的主拱内力，以下图片只取成桥状态下的单片拱肋进行表述。图4-2-2恒载作用下主拱的剪力图图4-2-3恒载作用下主拱的轴力图4.2.2 主拱温度内力计算根据热胀冷缩的道理，当大气温度比成拱时的温度（即主拱圈施工合龙时温度，称为合龙温度）高时
33、，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,与弹性压缩同样道理，必然在弹性中心产生一对水平力Ht。由典型方程得a)温度变化引起赘余力计算图示b)温度变化引起拱中的内力图4-2-4式中：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，和均为正；温度下降时，和均为负。 材料的线膨胀系数： 混凝土或钢筋混凝土结构=110 混凝土预制块砌体=0.910 石砌体=0.810由温度变化引起拱中任意截面的附加内力为弯矩 轴向力 剪力 图4-2-5整体升温作用下主拱的弯矩图图4-2-6整体升温作用下主拱
34、的剪力图图4-2-7整体升温作用下主拱的轴力图图4-2-8整体降温作用下主拱的弯矩图图4-2-9整体降温作用下主拱的剪力图图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 冲击系数的计算汽车的冲击系数是汽车过桥时对桥梁结构产生的竖向动力效应的增大系数。冲击作用以车体的振动和桥跨自身的变形和振动。根据新公路桥规（JTJ D6-2004），结合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：式中 l -结构的计算跨径(m)；E -结构材料的弹性模量(N/)； -结构跨中截面的截面惯性距()； -结构跨中处的单位长度质量(kg/m)；-
35、频率系数；当主拱为变截面时： 式中的为系数，可按下式计算：其中，n为拱厚变化系数，、的数值由表4-1查得表4-1 系数、值i12345Ri3.734.316.33461995Ti1.715.70.15-30-88在本设计中，取l= 138m，E= 206000000N/m， =0.3180756m ，=15460 kg/m，由公式计算得=0.124HZ ,由新公路桥规可得，冲击系数 = 0.05 。4.3.2 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：图 4-3-2 拱脚处的反力影响线计算得到的内力数据
36、如下图：图4-3-2活载作用下主拱的弯矩包络图图4-3-3活载作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：图 4-3-6 拱脚处的反力影响线计算得到的内力数据如下图：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基本组合是承载能力极限状态设计时，永久作用标准值效应与可变作用标准值效应的组合，其基本表达式为：式中： - 桥梁结构重要性系数，取1.1；- 作用效应
37、（其中汽车计入冲击系数）基本组合设计值；- 第i 个永久作用效应的分项系数，取1.2；- 第i 个永久作用效应的标准值；- 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；- 在作用组合中，除汽车荷载效应（含冲击系数、离心力）、风荷载外的其他第j 个可变作用效应的分项系数，取1.4；- 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.4.4.2 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遇值
38、效应的组合,其基本表达式为:式中： -作用短期效应组合设计值； -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；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:式中： -作用长期效应组合设计值；-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；长期效应组合下截面的内力见附表IV4.4.3 承载能力极限状态内力图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图4
39、-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单元荷载组合节点位置轴向 (kN)剪力-z (kN)弯矩-y (kN*m)1承载能力拱脚I126311.471602.9824277.65承载能力1/4截面J626756.93669.411811.76承载能力1/4截面I625965.65932.6211811.711承载能力拱顶J1223524.01936.4612299.3212承载能力拱顶I1223523.39939.7912312.4417承载能力1/4截面J1825963.28933.9711742.0118承载能力1/4截面I1826754.8671.1311742.0122承载能力拱脚J2326294.681593.1824448.61图4-4-4 主拱正常使用极限状态弯矩包络图图4-4-5 主拱正常使用极限状态剪力包络图图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单元荷载组合位置轴向 (kN)剪力-z (kN)弯矩-y (kN*m)1正常使用拱脚I1223531217.2718892.935正常使用1/4截面J622149.41523.79684.676正常使用1/4截面I621508.32775.59684.6711正常
