摘 要

钢管混凝土拱桥是大跨度桥梁经常采用的一种桥梁形式，在对汉川市文化街涵闸河桥的设计中，初步比选后采用钢管混凝土拱桥的桥梁形式。确定构件的尺寸，桥梁为下承式系杆钢管混凝土拱桥，桥梁模型的建立采用桥梁工程软件midas Civil，这为桥梁结构的设计分析提供了极大的便利。除了对桥梁结构用midas Civil分析外，还通过手算的方法对桥梁的某些构件进行了具体的设计计算。主要工作如下：

（1）根据所给的建设条件（包括地形地貌、河道水文、气象、地震、地层、水文地质等）、技术标准等，完成桥梁的初步比选、跨径布置、主要构件尺寸拟定。

（2）利用桥梁工程软件midas Civil，建立三维模型。进行具体的桥梁构件设计。

（3）对横梁、桥面板、吊杆、施工阶段等进行手算以验算其合理性。

（4）完成施工图纸的绘制

关键词：钢管混凝土拱桥；下承式拱桥；midas Civil；

Abstract

The concrete-filled steel tubular arch bridge is a kind of bridge form which the long-span bridge is often used. In the design of the Huanchuan River Bridge in Hanchuan City, the bridge of concrete-filled steel tubular arch bridge is adopted.The size of the component is determined, and the bridge is the undercut type concrete-filled steel tubular arch bridge. The bridge model is established by the bridge engineering software midas Civil, which provides great convenience for the design and analysis of the bridge structure. In addition to the analysis of the bridge structure with midas civil, but also by hand calculation of some of the components of the bridge for a specific design calculation:

1.According to the construction conditions given (including topography, river hydrology, meteorology, earthquake, stratigraphy, hydrogeology, etc.), technical standards, complete the bridge of the preliminary comparison, span layout, the main component size.

2.Using the bridge engineering software midas Civil, the establishment of three-dimensional model. To carry out the concrete bridge component design

3.On the beams, bridge panels, boom, construction stage, such as hand to calculate its reasonable.

4.Complete the construction drawing

Keywords: steel truss arch bridge; finite element; key construction conditions

目 录

第1章 绪论 1

1.1 工程概况 1

1.1.1桥形结构布置及特点 1

1.1.2建设条件 1

1.1.3技术标准 2

1.2 设计材料参数 2

第2章 桥梁设计要点 4

2.1.主要构件设计 4

2.2施工方案的选择 4

2.2.1拱架施工法 4

2.2.2转体施工法 5

2.2.3缆索吊装施工 5

2.3.1设计规范 6

2.3.2 设计内容 6

第3章 桥梁的方案设计 7

3.1 桥梁设计的方案比较 7

3.1.1 桥梁设计方案选择的原则 7

3.1.2 初选设计方案说明 7

3.2 结构尺寸的设计 8

第4章 建立桥梁模型 10

4.1 结构尺寸拟定 10

4.1.1 基本材料数据 10

4.1.2 主桥上部构造 10

4.2 迈达斯建模全过程 11

4.2.1 定义材料 11

4.2.2 截面的定义 13

4.2.3 节点和单元的建立 14

4.2.4 边界条件 15

4.2.5 预应力钢束的布置 16

4.3荷载定义 17

第5章 结构内力计算 21

5.1 计算模式 21

5.1.1 结构模型 21

5.1.2 拱肋截面参数和其他参数的计算 21

5.1.3 汽车荷载横向折减系数 22

5.2 设计荷载及荷载组合 22

5.2.1 设计荷载 22

5.2.2 内力计算的结果 23

5.3 截面承载力计算 23

5.3.1 主拱肋承载能力极限状态设计计算 23

5.3.2 拱脚截面 23

5.3.3 L/4截面 24

5.3.4 拱顶截面 24

5.4 拱肋整体计算 25

5.4.1 稳定系数 25

5.4.2 偏心折减系数 25

5.4.3 混凝土徐变折减系数 25

5.4.4 初应力度影响系数 26

5.4.5 稳定承载力 27

5.5 空间弹性稳定分析 27

5.6 主拱正常使用极限状态计算 27

5.6.1 拱肋挠度规定 27

5.6.2 钢管应力计算 28

5.7施工阶段验算 28

5.7.1施工阶段一 28

5.7.2施工阶段二 29

5.7.3施工阶段三 29

第6章 横梁的设计计算与验算 30

6.1恒载产生的内力 31

6.1.1每延米横梁上的恒载g 31

6.1.2恒载产生的内力 31

6.2 车辆荷载产生的内力 31

6.2.1 确定作用在中横隔梁上的计算荷载 31

6.2.2 绘制横隔梁的内力影响线 32

6.2.3 截面内力计算 32

6.3荷载组合 33

6.4横梁截面尺寸与配筋的设计验算 34

6.4.1截面的基本参数 35

6.4.2截面受压区高度 35

6.4.3求所需钢筋面积 35

6.4.4横梁预应力筋的配置 36

6.4.5预应力钢筋的布置 37

第7章 桥面板的计算 38

7.1行车道板的内力计算 38

7.1.1恒载及其内力 39

7.1.2车辆荷载产生的内力 39

7.1.3荷载组合 40

7.2 行车道板的配筋计算 41

7.3行车道板的抗剪验算 41

第8章 系杆的验算 43

8.1系杆张拉顺序 43

8.2系杆应力的确定 43

第9章 吊杆的验算 45

9.1恒载产生内力计算 45

9.2活载产生的内力计算 45

第10章 施工要点 47

10.1上部构造施工安装 47

10.1.1钢管拱片加工制作 47

10.1.2拱肋加工制作工艺要求 47

10.1.3拱肋钢管的焊接质量要求 47

10.1.4拱脚施工和拱肋钢管现场安装 47

10.2上部构造施工其它注意事项 48

10.3其它 49

第11章 总结 50

参考文献 51

致 谢 52

第1章 绪论

1.1 工程概况

1.1.1桥形结构布置及特点

本桥桥位处常水位河宽约67米。经桥型方案比较，建设单位选定，桥型选择为下承式钢管砼拱桥，一跨跨过涵闸河水面，堤顶处桥面高程由建设单位提供的资料，确定为27.2米。本桥采用下承式的钢管拱桥，拱肋中填充高强度的混凝土。桥梁的计算长度为90米，矢高和跨径的比值为1/5；桥梁净宽16米（含行车道和人行道），全宽19.3米，桥梁总长96米，全桥位于直线段。桥型特点：拱肋是采用钢管混凝土构件，在钢管中填充混凝土可以提高混凝土的承载能力，系杆是由钢绞线组成，这种材料的抗拉强度高，随着工程进度的增加，系杆的拉力会不断增加，拱脚处的水平力被系杆抵消掉，故该拱桥桥型可以很好地适应在平原软弱地基上修建，这相对于其他普通拱桥来说，可以减少在地基处理方面的费用。

1.1.2建设条件

桥位区属部湖积平原区，地形平坦开阔，起伏不大，地面高程一般在19.0～29.0（黄海，下同）米之间，涵闸河为人工开挖形成，不通航，主要起灌溉和排污作用；它源于刁汊湖，全长约10公里，刁汊湖正常水位为24.0米。桥位处常水位河宽约67米，两堤间距约125米，桥位区地处亚热带北缘，光照时间很长，冬天寒冷，夏季炎热。一年中没有霜的时期长，每年降雨量充足。汉川市实测最大年降雨量为2262.4毫米（1954年），降雨量集中在4～8月，年最小降雨量749.9mm，历年平均降水量1157.3毫米。根据汉川市气象局提供的气象资料，该市历年平均气温16.1℃，平均相对湿度80%，最高气温38.4℃（1971年7月21日），最低气温-14.3℃（1977年1月30日），根据汉川市（原县志）记载，自1221年至1876年共646年内，共发生地震12次，地震较大的发生在1630年。它的地震烈度为Ⅲ级。根据相关资料显示，这个桥位附近地震基本烈度小于Ⅵ度，所以按照Ⅵ度（地震动峰值加速度系数为0.05）来进行抗震设计。

根据《汉川市文化街桥工程地质勘察报告》，场地内地层自上而下可分为6层，分述如下：