摘 要

全桥长1.746km，分为南北岸引桥两部分，北岸引桥共计4联，南岸引桥共计1联，设计基准期100年， 设计行车速度100km/h 。本设计主要为钢梁设计，包括钢梁截面设计和钢梁荷载设计计算，并简略进行了下部结构的设计。

在钢梁设计中，拟定了钢梁的截面形式、尺寸，并对钢梁内力、反力、应力、挠度和预拱度进行了计算。

主要采取了用CAD和Midas软件建模，依靠模型进行设计的计算方法。

关键词：引桥；钢梁；建模

Abstract

The total length of the bridge is 1.746 km, divided into two parts: the north bank approach bridge, the north bank approach bridge total 4, the south bank approach bridge total 1, the design base period 100 years, the design driving speed 100 km/h.. This design is mainly for steel beam design, including steel beam section design and steel beam load design calculation, and the design of substructure is briefly carried out

In the design of steel beam, the section form and size of steel beam are drawn up, and the internal force, reaction force, stress, deflection and pre-camber degree of steel beam are calculated.

This paper mainly adopts the calculation method of modeling with CAD and Midas software and relying on the model to design.

Keywords: approach bridge; steel beam; modeling

目 录

摘要 …………………………………………………………………………………………1

1概述 ………………………………………………………………………………………2

2主要设计标准 ………………………………………………………………………3

2.1公路梁设计标准 ……………………………………………………………………3

2.2跨座式单轨交通技术标准（规划轨道6号线） ……………………………………3

3主要材料 …………………………………………………………………………………4

3.1钢梁主要材料 ……………………………………………………………………4

3.2桥面板与下部结构主要材料 …………………………………………………………4

4设计要点 ……………………………………………………………………………5

4.1总体设计 ……………………………………………………………………………5 4.2钢梁设计 …………………………………………………………………………5

4.2.1公路钢梁设计 ……………………………………………………………………5

4.2.2公路桥面板设计 …………………………………………………………………8

5钢梁设计计算 …………………………………………………………………………10

5.1设计恒载计算 ………………………………………………………………………10

5.1.1一期恒载计算 ……………………………………………………………………10

5.1.2二期恒载计算 …………………………………………………………………13

5.2活载计算 ………………………………………………………………………13

5.3施工阶段荷载 ………………………………………………………………………13

5.4施工阶段划分 ………………………………………………………………………14

5.5建立成桥模型 ………………………………………………………………………14

5.6各荷载挠度计算 ………………………………………………………………………18

5.7内力反力应力计算 …………………………………………………………………21

5.8预拱度设置 ………………………………………………………………………28

5.9桥面板应力验算 …………………………………………………………………29

5.10钢梁应力验算 ………………………………………………………………………30

5.11钢梁计算结果分析 …………………………………………………………………30

5.12下部结构设计 ………………………………………………………………………30

5.12.1桥墩墩身 ………………………………………………………………………30

5.12.2桥墩横梁 ………………………………………………………………………31

5.12.3基础 ………………………………………………………………………31

5.13附属结构设计 ………………………………………………………………………32

5.13.1支座 ………………………………………………………………………32

5.13.2伸缩缝 ………………………………………………………………………32

6施工方案 ………………………………………………………………………33

1 绪论

本设计为牛田洋大桥水中引桥设计 ，是根据公路桥涵的诸多规范，并参考了桥梁工程和结构力学等相关专业书籍文献进行设计的。

牛田洋大桥水中引桥长度约 1.746km（含跨提区段），按其与主桥的位置关系，可分为北岸水中引桥、南岸水中引桥两个部分；按墩高又可分为高墩区（墩高 30～ 46m）、中墩区（墩高 17～30m）；按水深可分为跨提区、浅水区，南、北岸浅水区常水位最大深度约为2.8m。

2 主要设计标准

2.1 公路梁设计标准

1、设计基准期：100 年

2、设计行车速度：100km/h

3、汽车荷载等级：公路—I 级

4、桥面宽度：水中引桥单幅桥面宽度 17.14m，其中行车道宽（2×3.75 2×3.50）m

5、地震动峰值加速度系数：0.193g（50 年 10%）

6、抗震设防标准：

水中引桥：抗震设防类别为 B 类，抗震设防目标：当承受E1 地震作用（小震，重现期取 100年 63%）时，不发生损坏或无需修复即可可继续使用；承受E2 地震作用（大震，重现期取 50 年 2.5%）时，可发生轻微损伤，无需修复或经简单修复即可继续使用。

7、抗风设计标准：使用阶段设计考虑的强风重现期为 100 年，基本风速为 41.2m/s；施工阶段考虑的强风重现期 10 年，基本风速为 28.9m/s。

8、通航标准：水中引桥无通航要求。最高通航水位为2.873m；最低通航水位-0.88m；

9、船撞力：在最高通航水位情况下，18#、19#桥墩存在被 500t 级船舶撞击的风险，主墩能承受的横桥向最大船撞力为 5.8MN，顺桥向可以承受的船撞力为 2.9MN。

10、设计洪水频率： 1/300。

11、设计水位：设计常水位：2.064m，设计最高水位：4.49m。

2.2跨座式单轨交通技术标准（规划轨道 6 号线）

1、时速：不低于 30km/h；最高运行速度：80km/h。

2、列车荷载：按《跨座式单轨交通设计规范》GB50458-2008 规定取值。暂采用 4 辆编组形式。

3、最大纵坡：6%。

4、最小曲线半径：100m。

5、轨道梁刚度要求：L/800。

6、轨道交通净空：根据《汕头市轨道交通 6 号线系统制式选型适应性分析》报告，轨道交通净空要求为 9.3（宽）×5.0（高）m。

3 主要材料：

3.1 钢梁主要材料

1、钢材

钢梁主体结构采用Q345qD、Q345C和Q500qD等三种材质的钢材：S7、S15、MD、MD1、MD2、M1、M1’、M11、M7、M7’、M17 梁段的顶板、腹板、底板及底板纵向加劲肋均采用 Q500qD的钢材；其余构件均采用 Q345qD的钢材。所使用的 Q345qD和Q500qD钢材。桁架式横隔板和钢梁平联材质采用 Q345C，对于厚度≥30mm 的钢板要求探伤检验。钢板质量的等级要求为一级，且在焊缝区域的200mm以内不能有片状缺陷。

2、剪力钉

所有剪力钉规格为 φ22x250mm，其技术应满足规范要求。

3、焊接材料

焊丝、焊剂和手工焊条应采用与母材相匹配的材料，同时应满足相应的国家标准。CO2 气体保护焊的气体纯度应大于 99.9%。

3.2 桥面板与下部结构主要材料

混凝土：

预制桥面板：C60海工高性能砼

现浇桥面板：C60补偿收缩海工高性能混凝土

桥墩墩身和横梁：C45海工高性能混凝土

承台：C40海工高性能混凝土

承台系梁后浇带：C45 补偿收缩海工高性能混凝土

桩基础：C35 水下海工高性能砼混凝土

海工高性能砼应满足规范的要求，其在空气中 21 天的收缩率小于 2x10 -4（温度（20±2）℃，相对湿度（60±5）%）。

4 设计要点

4.1 总体设计

牛田洋大桥水中引桥长度约 1.746km（含跨提部分），公路交通与轨道交通分层分轨合建。上部结构采用钢-混凝土组合梁，北岸引桥的桥跨布置方案为 50 80 4x70 3x72 11x70=1396m，南岸引桥桥跨布置方案为 5x70=350m；北岸引桥设计包括直线段，南岸引桥设计包括直线段和R=4000m 圆曲线段；为保证轨道交通能预留足够的通行净空，在下部结构的设计中采用分梁共墩方案，墩身设计为空心薄壁墩的形式。

每个桥墩设置球形钢支座、横向弹塑性钢阻尼、纵向粘滞阻尼；一联内中间 1~2 个桥墩球形钢支座设纵向剪力销，在正常使用和承受E1地震荷载工况的作用的时候限制横向的位移，支座仅有纵向可活动；横向均设置了剪力销，在 E2 地震作用下剪力销被剪断，支座横向可活动。

4.2 钢梁设计

4.2.1、公路钢梁设计

钢主梁设计为倒梯形，主要包括无横隔板式断面、桁架式空腹横隔板断面、腹板加劲处断面三种断面形式。钢主梁由上翼缘板、腹板、底板、横隔板构成，在腹板上分布有腹板加劲肋，底板上分布有底板加劲肋。钢梁中心高度为2.98m，在钢梁中心布置有小纵梁。钢梁顶部宽度为11.34m，底部宽度8.0m，腹板倾角约70度。主要有8m和10m的两种梁段。钢梁的普通截面段横隔板为空腹式桁架横隔板，两横隔板之间设置有腹板横肋。主梁横向坡度通过左右侧腹板不同高度设置，钢梁底板横向水平设置。截面结构如图所示：

图2.1钢梁截面图

1）梁段划分

根据钢梁的结构设计与实际施工的便利性考虑，钢梁分为边跨、中跨和墩顶，标准梁段的长度均设计为10m。其中边跨共划分为12个类型，具体包括S1~S7、S11~S15等节段；中跨梁共分为16个类型，具体包括M1~M7、M11~M17、M1’、M7’等节段；墩顶梁段共分为3个类型，包括MD、MD1、MD2等节段；梁段的最大吊装重量为84.1t。

2）构造尺寸

（1）上翼缘板

墩顶梁段上翼缘板宽度为 1.4m，其他梁段上翼缘板宽度为 1.2m，板厚 50mm~70mm。

（2）腹板

钢梁外侧腹板宽度为 2879mm（未扣除顶板厚度，下同），内侧腹板宽度为 3279mm，板厚为 18mm~30mm，受顶推施工的影响，腹板设置 2 道纵向加劲肋，纵向加劲肋采用板式构造，结构尺寸均为 240x20mm。

（3）底板