摘 要

本毕业设计题目为下承式钢管混凝土系杆拱桥，它的跨径是80m。这种桥型构造刚度好、行车平稳舒适、便于养护、抗震性能好。因此，在最近的一些年里，系杆拱桥的应用更加普遍。

本设计首先根据设计经验及构造要求拟定了主梁的主要构造和相关细部尺寸；考虑到桥梁所处的地形地貌，墩身采用了6.9m高的柱式墩；根据地质情况选用摩擦桩作为基础。其次确定施工方法，采用少支架现浇施工。

之后，利用MIDAS/CIVIL软件进行结构有限元分析。根据拟定桥梁尺寸建立桥梁基本模型，进行内力分析、预应力筋的估算与布置以及截面验算。建模时考虑了混凝土收缩徐变、温度、沉降等因素的影响，进行了相关次内力的分析。同时，进行了行车道板、锚下局部承压、桥墩及基础的相关手算。

经过分析验算表明，本次设计计算方法正确，内力分布合理，完成设计任务的要求。

关键词：下承式钢管混凝土系杆拱桥；结构分析；MIDAS/CIVIL

Abstract

The subject of this graduation project is "through concrete-filled steel tubular tied arch bridge". Its span is 80m. The bridge has the advantages of good structural rigidity, stable running, comfort, easy maintenance and good seismic performance, and the consolidation of pier and girder is beneficial to cantilever construction. Therefore, in recent years, the application of tied arch bridge is more common.

The first design according to the design experience and structural requirements to the main girder structure and the size of the details; considering the topography, piers with rectangular thin-wall pier with high 6.9m; according to the geological conditions as the basis for selection of friction pile. Secondly, the construction method is confirmed, and the cast-in-place construction with less support is adopted.

Then, the finite element analysis of structure is carried out by using MIDAS/CIVIL software. According to the size of the bridge, the basic model of the bridge is established. The internal force analysis, the estimation and arrangement of the prestressing force and the calculation of the section are carried out. The influence of concrete shrinkage, creep, temperature and settlement is taken into account when modeling, and the analysis of secondary internal forces is carried out. At the same time, the relevant calculation of the local pressure, the pier and the foundation of the slab, the anchor and the anchor is carried out.

The analysis and calculation show that the design calculation method is correct, the internal force distribution is reasonable, and the design task is completed.

Key words: through concrete-filled steel tube tied arch bridge; cantilever construction; structural analysis; MIDAS/CIVIL

目 录

摘要 II

Abstract III

第1章 桥梁总体设计概况 1

1.1 设计初始资料 1

1.2 桥梁设计的方案比较 1

1.2.1主桥桥型方案的比选 1

1.3 设计基本资料 2

1.3.1 总体设计 2

1.3.2 主要技术指标 3

1.3.3 主要材料 3

1.4 桥梁结构尺寸拟定与设计 4

1.4.1 主桥上部结构拟定 4

1.4.2 拱肋钢管混凝土结构拟定 4

1.4.3 预应力加劲梁结构拟定 5

1.5 主要结构施工流程 5

1.6 MIDAS/CIVIL建模 7

第2章 拱肋内力计算 16

2.1 恒载内力计算 16

2.1.1 概述 16

2.1.2 主跨部分截面几何性质及自重 16

2.1.3 工况 18

2.1.4 MIDAS/CIVIL模型单元参数汇总 19

2.1.5 计算结果汇总 19

2.2 内力组合 21

2.2.1 内力组合原则 21

2.2.2 内力组合结果 23

第3章 钢管混凝土拱肋验算 26

3.1 拱肋强度验算 26

3.1.1 拱肋强度承载力验算 26

3.2 拱肋稳定验算 27

3.2.1 拱肋面内整体稳定验算 27

第4章 构件强度验算 30

4.1 吊杆强度验算 30

4.1.1 概述 30

4.1.2 吊杆内力计算 30

4.1.3 吊杆验算 31

4.2 系杆强度验算 32

4.2.1系杆预应力布置 32

4.2.2系杆内力包络图 38

4.2.3系杆验算 39

4.3 横梁预应力配束及损失估算 41

4.3.1 设计资料 41

4.3.2 横梁尺寸 41

4.3.3 横梁毛截面几何特性 42

4.3.4 主梁内力计算 42

4.3.5 预应力钢束面积的估算及钢束的布置 44

4.3.6 横梁截面几何特性计算 46

4.3.7 钢束预应力损失估算 47

4.3.8 预加应力阶段的正截面应力验算 51

4.3.9 使用阶段的正应力验算 52

4.3.10 使用阶段的主应力验算 53

4.3.11 截面强度计算 55

4.3.12 横梁变形（挠度）计算 57

第5章 桩基础设计 59

5.1 下部结构尺寸拟定 59

5.1.2 墩身尺寸拟定 59

5.1.3 桩基础尺寸拟定 59

5.1.4 承台尺寸拟定 59

5.2 钻孔灌注桩计算 59

5.2.2 桩径桩长拟定 59

5.2.3 基桩根数及平面布置 59

5.2.4 桩截面强度验算 60

第6章 拱脚三维有限元模型 64

6.1建立拱脚模型 64

6.2模型建立步骤简述 64

致谢 72

参考文献 73

桥梁总体设计概况

设计初始资料

本桥位于江苏省北澄子河。北澄子河为规划Ⅱ级航道，通航净空为70*7m，最高通航水位为2.8m。

根据地表工程地质测绘和钻探揭露，桥位区上部覆盖层为第四系全新统冲洪积层粉土、沙土及粘土层。

1. 亚砂土：是介于粘土和砂土之间的一种地基土。它的特征接近粘土，但颗粒较粘土粗，可塑范围较粘土小。厚度5.00m~7.00m。
2. 亚粘土：亚粘土是介于粘土和砂土之间的一种地基土。它的特征接近粘土，但颗粒较粘土粗，可塑范围较粘土小。桥位区均有分布，灰白色，硬塑，刀切面光滑，含铁锰质氧化物，含大量高岭土。厚度1.00～53.70。地基承载力基本容许值280kPa，摩阻力标准值为100kPa。

桥梁设计的方案比较

1.2.1主桥桥型方案的比选

1. 方案一：连续梁桥

图 1-1 连续梁桥跨一般布置图（单位 m）