钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索

1、大连理工大学硕士学位论文钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索姓名：余大胜申请学位级别：硕士专业：港口、海岸及近海工程指导教师：康海贵20051201大连理工大学硕士学位论文摘要钢管混凝土结构作为新型组合材料，在受压时具有非常优异力学性能，施工时钢管本身就是模板和支架，可以省去许多临时设施，而且其耐火性、动力性、稳定性等各项指标都强于普通钢筋混凝土，因而在桥梁建设中得到了广泛应用。钢管混凝土拱桥自年四川旺苍东河大桥建成以来，近几年在我国应用发展很快，然而作为一种应用新材料的桥型，钢管混凝土拱桥的设计理论与施工方法研究目前还相对滞后，跟不上其发展的步伐。拱桥的设计理论还不完善，没有统一的计算方法，现役结

2、构可靠性评定是我国工程界亟待解决的问题。基于可靠度的思想进行结构设计和评价是近几十年来结构工程中的一大进步，但是目前的应用还主要停留在构件可靠度水平，而工程中的结构大都是由许多构件组成的结构体系，如何有效地实现对结构体系进行可靠度分析是近年来可靠度研究的一个热点。本文结合沈阳浑河长青大桥，对桁式中承式钢管混凝土拱桥设计和施工中存在的若干问题进行了研究和探索，得出以下几点结论：（）利用的单元生死法模拟各施工过程阶段，本文采用应力叠加法（也即极限状态设计法）对长青大桥进行了静力计算，在后处理中运用的参数化语言做二次开发，使各荷载步的计算结果实现了累加、排序等处理，得到桥梁的最后计算结果，为可靠度计

3、算提供了静力方面的数据，并为可靠度主要失效模式的判断提供了依据。（）实践表明，运用参数化语言编写可靠度程序计算大型复杂结构，依据静力计算和经验假定结构的主要失效模式，利用其中的响应面分析法使结构不同失效模式的隐式极限状态方程显式化，结合一次二阶矩法得到结构体系可靠度，是种快捷有效的方法，在工程实践中具有很强的实用价值。（）计算表明，假设在该桥拱顶合拢失高误差为一米（占矢高的）时，其静力影响最大的位置出现在拱顶截面；但影响值不大（拱轴线下降米后，其拱项应力较设计拱轴线增大），可是必须重视的是，可靠指标影响较大（由设计拱轴线时的下降到）。关键词：钢管混凝土拱桥：二次开发；大型结构；结构体系可靠度余

4、大胜：钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索】），一删（）五（）（，珊，面，哆，协），也，硒印缸，、，印劬】晰，也即血，也出嘶，也血丘嘶咖出培也时掣砒加访，也协】址，仃也血，薛址汜啪王也觚）虹锄帆印：船晰也】也，伊锄工】色，趾虹行：也也也时廿）咖趾（），锄鲈啪、蛐大连理工大学硕士学位论文，也矾蚰眦】蚰也血廿凸廿（），胁，（），（），础（），吐印时，）工廿（），仃龇锄（），硌哆龇（）印，血也加（），斑，吐妊（丹）：；窨；独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含

5、为获得大连理工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名：簟二：堕日期：星旦：！：大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：金生堕导师签名：彖盈垄止年上月里日一奎垄圣王奎堂堡圭兰

6、垡笙壅绪论概述我国是拱桥的国度，建于公元年彪炳史册的河北赵州桥极大地显示了中华民族的聪明才智。在国外，拱桥的应用也很广泛，在地质和地形有利的条件下，拱桥常因经济、美观和刚度大的优点而中选。传统拱桥要向大跨径发展，遇到的技术难题主要是施工问题。我国桥梁先辈周念先在他最近出版的桥梁方案比选一书中，就不只一次引用了费莱西奈氏所说的“和的拱桥在设计方面难度相差不大，而施工方面的难度差别就非常悬殊”。由于过去采用的传统掩工方法很不便利，加之随着跨径增大，结构自重也明显加大，尤其是为了抵御随之增大的拱脚水平推力，不得不采用工程浩大的墩台支撑体系，从而限制了拱桥的发展。近年来随着拱桥无支架施工方法的应用和发

7、展，计算方法的不断改进，特别是钢管混凝土组合材料的普遍采用，拱桥的跨越能力越来越大。目前钢拱桥已突破（美国新河谷桥，），混凝土拱桥的跨径已达（中国万县长江大桥，），在建的钢管混凝土拱桥的跨度也达到了（巫峡长江大桥）。有人理论推算，钢拱桥的极限跨径可达左右，混凝土拱桥的极限跨径可达左右。拱桥的跨径记录一再被刷新，推动各国学者对该类桥梁设计理论和施工方法进行更深入的研究。钢管混凝土桥梁是我国近年来桥梁建筑发展的新技术，它具有自重轻、强度大、抗变形能力强的特点，比较好地解决了修建桥梁所需的用料省、安装重量轻、施工简便、承重能力大的诸多矛盾，是大跨度拱桥的一种比较理想的结构形式。在钢管混凝土拱桥的建造

8、过程中，由于拱肋第一次形成时仅是空心的钢管拱肋结构，所以，与传统的钢筋混凝土拱肋相，钢管混凝土拱桥就有向大跨径方向发展的可能。此外，由于钢管对管内混凝土的套箍作用，而正是这个套箍作用，使得管内混凝土材料的力学性能得到了充分的发挥，较大幅度地提高了拱肋结构的承载能力。主要基于上述两个原因，钢管混凝土拱桥近年来得到了较为广泛的应用。自年四川旺苍桥建成至今，我国已建和在建的钢管混凝土拱桥已达多座，并不断涌现出许多新的世界纪录，使我国在该类拱桥修筑技术上一直处于世界领先水平。钢管混凝土拱桥的设计方法目前世界各国桥梁设计理论，都在由容许应力状态理论向极限状态理论过渡。极限状态这一概念是苏联在年代提出，现

9、已得到全世界公认。容许应力法与极限状态法余大胜：钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索相比，极限状态法是将笼统的单一安全系数分解为抗力和荷载两方面，并且对不同的抗力和不同的荷载原始数据进行统计分析，这将是最能取得经济效益的做法。由于钢管混凝土拱桥至今还没有专用的设计和施工规程，我国大部分钢管混凝土拱桥强度计算仍然采用的容许应力法，也有少部分设计单位套用建工规程来进行极限状态法计算，对跨度大和重要的桥梁还进行了试验研究来确定设计参数。当采用容许应力法来进行计算时，大多是将钢管与混凝土视为简单的组合，换算为钢筋混凝土截面偏心受压构件，按现行桥规中的钢筋混凝土结构来进行验算。对于桁架拱桥的腹杆和横联杆件等不

10、灌注混凝土的空钢管，则按桥规钢结构的容许应力法来进行验算。其中，相贯线焊连的疲劳设计许多参用美国焊接学会编制的钢结构焊接规范（），同时引用其相对应的焊接要求。这种设计方法没有考虑到钢管对混凝土的套箍力使核心混凝土承载力得以提高的有力作用，因此采用钢筋混凝土容许应力法来设计钢管混凝士拱肋是很保守的，未能充分发挥这种结构的承载能力，这只能作为强度安全的裕量保留在结构中。采用钢管混凝土的极限状态法进行设计时，目前主要借用三本建筑设计规范：一、。前两本属承载力叠加法，即将钢管和混凝土的承载力相叠加，并引入系数考虑钢管的紧箍效应，属半理论半经验公式：而后者采用了“统一理论”，即把钢管混凝土视为一种组合材

11、料。值得指出的是，这种规程适用于工业与民用建筑，根据建筑结构设计统一标准，采用近似概率法，其可靠指标为：对于桥梁结构，颁布的公路工程结构可靠度设计统一标准也采用近似概率法，其相应的可靠指标为且为。因此，如拱桥设计时直接采用上述种设计规程作承载力校核，由于可靠指标不同，不能保证拱桥的安全性”。本论文的静力计算采用承载力叠加法，也即将钢管和混凝土的承载力相叠加，在建模时不考虑钢管的紧箍效应。为了考虑施工对桥梁应力的影响，在璐计算中用单元生死法模拟结构的施工过程。施工过程分别为：（）钢管铰接自重（）；（）钢管铰接温降（）：（）钢管铰接时混凝土自重（）：（）钢管固结、混凝土温度收缩（）；（）安装桥面板

12、和横粱后，桥面板和横粱自重（）：（）汽车、人群荷载（）：（）桥梁的温度下降（）。大连理工大学硕士学位论文为了实现可靠度计算，必须把每次的计算结果在后处理中自动累加起来，在这里利用的参数化语言作二次开发，得到成桥后桥梁主拱肋的计算结果。桥梁体系可靠度的研究现状众所周知，我国的公路工程结构可靠度设计统一标准（）是以单个构件为对象、以可靠度理论为基础的极限状态设计标准制定的，虽然比以前的以安全系数为设计标准有了很大的进步，但其中有待解决的问题还是显而易见的。结构构件可靠度理论已比较成熟和实用，并反映在不少结构设计规范中。英国（，）桥梁规范是较早采用以可靠度为基础的极限状态设计法的规范之一；指出美国桥

13、梁规范（）己从年起全面取代原来的公路桥梁标准设计规范（从）。结构的构件可靠度固然重要，然而由构件组成的结构系统可靠度更为重要。结构系统的失效是由于结构构件的逐步失效而引起的，经验表明，构件的不同失效次序以及由此构成的不同失效模式对结构系统可靠度的预测是有影响的。理论上可以通过搜索所有可能的失效模式而将结构系统表示为一个由并联子系统而串联起来的可靠度分析模型，而每个并联子系统对应种失效模式。然而对于实际结构，这种全部列出彻底计算的方法，计算量太大。现今可接受的方法是采用一些特殊的搜索方法来寻找显著失效模式，而后根据显著失效模式及其相关性估算结构系统可靠度。桥梁的构件（包括支座、伸缩缝）必须满足一

14、定的可靠度要求，然而人们同样关心由构件联结而组成的桥梁的系统可靠度。由于是基于构件可靠度的桥梁规范，建议改进版本应是基于系统可靠度的，要考虑桥梁在路网中的重要性及桥梁尺寸、构件的个数、延性及赘余度。文中还谈到，在第二桥的投标中，曾用系统可靠度方法对几种设计方案进行了评估，如果长的桥是由跨每跨的简支梁桥构成，则系统的失效概率将达到不能容忍的程度。对一座典型的多梁式桥进行了研究，发现单根主梁的可靠度指标就可以确保系统的可靠度指标至少为，在最不利汽车荷载下，仅有两根主梁达到极限状态而其余主梁并未达到，如果构件具有合理的延性，则荷载就可重新分布到这些未到达极限状态的主梁上。构件可靠度与系统可靠度的差异

15、，不仅与桥梁的总体性能有关，而且与主要失效条件下所施加荷载的分布有关。针对怎样布置后张预应力束，才能有效地提高简支钢桁架梁桥的赘余度问题，应用系统可靠度原理，成功地找到了布束方案。研究了一座斜拉桥的主要失效模式，结果发现在所有情况下第一失效模式并不包含斜拉索的失效，而是桥塔或加劲梁形成机构，尽管设计时认为桥塔的设计很保守，这与设计者原本的意余大胜：钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索图相反。如果不是用系统可靠度来发现第一失效模式，设计时就忽视了对这种失效模式的考虑。而另一方面也说明增加斜拉索的强度并不能提高该桥的系统可靠度。因此，系统可靠度有助于设计人员设计出更合理、经济、可靠的结构，也有助于设计者

16、更好地了解结构的总体极限性能。通过屈服线和塑性铰来研究钢筋混凝土粱一板桥的可能失效模式及系统可靠度，并讨论了可靠度对不同活载和材料性质的灵敏度系数。响应面法计算结构可靠度目前，构件及结构点可靠度的计算方法已日趋完善。随着可靠度理论的进一步深入，构件可靠度的计算已不能满足工程实际需要。人们最关心的是由众多构件组成的结构或连续体结构体系的可靠度。对于结构体系来说，体系可靠度由组成该结构的所有元件的极限状态面决定，结构体系的失效区域由所有元件的失效区域并交混合而成，至此，结构可靠度的可靠指标已无确切意义啪。工程中的结构体系可以分为并联、串联及串并联混合体系，但实际上，串联体系和串并联混合体系的失效概

17、率都可以表示为一系列并联体系失效概率的线性组合，因此，只要找到一个精度较高、适用范围较广的并联体系失效概率的计算方法，就可以计算所有结构体系的失效概率。在实际工程的可靠度分析中，经常遇到功能函数没有明确表达式的情况，尤其对于非线性强、缺乏基本变量的统计资料、受力变形的机理相当复杂、几乎不可能采用解析法求得作用效应的显式解的地下结构“；对于非线性明显的大跨径斜拉桥；土侧压力嘲；对于复合材料、结构机理没有定量判断的钢管混凝土桥；对于受海水浸蚀等特殊环境下工作混凝土的耐久性评估问题：铁路明洞土压力条件下的可靠度问题嘲，更有集动荷载、非线性、可靠度于一体的地震条件下疲劳破坏问题。响应面法是求解此类问题

18、的一种有效方法，响应面法需要用近似的二次曲面来模拟实际的极限状态曲面。下面围绕响应面的基本原理对各种构造二次曲面的方法作一总结。响应面法的基本原理响应面法是试验设计和分析中的一个基本方法，它处理几个变量对于一个体系或结构的响应之间不能直接用简单明确的表达式表达的作用关系问题。响应面函数的形式的选取是响应面法的关键步骤，它应满足两方面的要求：一方面，响应面函数数学表达式在基本能够描述真实函数的前提下应尽可能简单，以避免可靠度分析过于复杂；另一方面，应在响应面函数中设计尽可能少的待定系数以减少结构分析的工作量。一般取响应面函数为多项式形式。早期，在可靠度分析时一般取如下的二次多项式形式表示响应面函

19、数大连理工大学硕士学位论文口岛，？如，彳，（）考虑到可靠度分析的目的是求解验算点和可靠指标，使响应面仅在验算点附近与真实功能函数吻合程度较高是很容易实现的，而且还可以对响应面函数进行简化而不会影响分析结果。基于此原因，文献”提出了迭代序列响应面法。其所采用的响应面函数形式如下口，置十工？迭代序列响应面（）年，将其引入可靠度分析中，其思想是选用一个适当的、明确表达的函数来近似代替不能明确表达的函数，也就是通过一系列有限元数值计算来拟合一个响应面以代替未知的、真实的极限状态曲面。它的优点是可以直接利用已经广泛应用的确定性有限元分析程序进行可靠度分析，而无需任何改动。国内外学者在响应面法上做了大量工

20、作：年，以最小二乘法来估算响应面函数中的系数，建立了以试验设计为基础的响应面法；“提出在实验设计响应面法求系数的矩阵中加入对角的加权系数矩阵，达到优化响应面，其无论在整个功能函数的拟合还是在验算点的逼近上都比传统响应面好；年和以插值技术来估算响应面函数中的系数，建立了早期的迭代响应面法：文献”提出的迭代序列响应面法大大提高了计算效率和计算精度；文献“”对迭代序列响应面法中参数的取值进行了讨论。迭代序列响应面法的具体步骤为：假定初始迭代点），”，霹）（一般取各随机变量的平均值）；计算功能函数扛），”，毫”）以及】，”子，“，）的值，求的的珂个点估计值，其中厂为任意值：根据上一步的点估计值插值求解

21、式（）中的待定系数口，岛，（，功，从而得到当前迭代点处功能函数的近似极限状态方程；由一般可靠度的求解方法求解验算点”以及可靠指标“，其中上标表示第七次迭代；计算忙一卢耻哪的值，判断此值是否满足计算精度要求。如果满足则输出失效概率和可靠指标，计算结束；如果条件不满足，则插值求得新的展开点嚣似）仁（¨一牙菩；：；知（一。，余大胜：钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索然后返回第步进行下一次迭代。对于厂的选择，在第一次迭代计算中，文献“”建议取，文献“”建议取；在以后各次迭代计算中，两篇文献都建议取。响应面法运用于工程实际中，也是个不断完善和改进的过程：文献对响应面含交叉项的二次多项式展开讨论，通

22、过保留对可靠度计算影响较大的交叉项改进响应面，与不含交叉项的二次多项式相比，发现计算精度大为提高；文献“”对几何非线性和材料非线性构成的结构通过有限元离散，得到结构可靠度解析式，通过响应面法与型插值有限元结合，编写程序链接有限元一可靠度分析，对体系可靠度的求解从理论和算法的实现上给予系统的阐述，并分别对考虑材料非线性和不考虑材料非线性时结构系统可靠度的改变做了分析；文献“”运用响应面法对风力荷载为控制荷载的高层钢结构塔进行可靠度分析，在风速（“，盯）对结构可靠度的影响作了深入讨论；文献”利用响应面把时间变量引入结构维体系结构抗震可靠度分析；文献”运用迭代序列响应面法对高层结构在地震荷载作用下，

23、以最大位移和最大变形为极限状态进行可靠度分析，得出了没安与安装阻尼系统两种状态时的结构可靠度。当功能函数的曲面在多个区域失效并且在某些失效区域的一个区间内可靠指标比较接近（也即此区间功能函数比较平滑，与中心点近似成圆形曲面），及多个验算点处失效概率比较接近，和跚提出改进的响应面函数；并且就构成响应面函数的各变量在功能函数中对失效概率影响的贡献大小对变量排序，提出当某些变量贡献比较小时用一常数代替变量值，进行可靠度模型转换，这样在一定的精度下有利于可靠度的计算收敛速度。文献。“翻以钢管裂缝为分析对象，以传统的积分方法分析结果作为精确解校核响应面法，就材料非线性和弹塑陛问题展开讨论，发现响应面法用

24、于非线性和弹塑性结构可靠度分析，计算结果令人满意。混合分析法基本原理混合分析法是将、有限元法、肌和重要抽样法各自的优点有效地结合在一起。该方法包括方面的内容：（）采用响应面法近似表达极限状态方程：（）采用有限元法进行确定性分析：（）将和重要抽样法结合起来计算结构可靠度（或失效概率）。目前，通常采用和进行结构失效概率的计算。然而，这些方法中存在一个明显的缺点即无法表明其计算结果的准确性。为了克服这方面的缺点。和大连理工大学硕士学位论文”提出采用重要抽样法去改进跚的估计值。文献“将该方法推广到改进的估计值，具体推导过程可参考文献。”。混合分析法是一种集响应面法、有限元法、一次二阶矩法（）和重要抽样

25、法各自的优点于一起的可靠度分析法。该方法不同于基于响应面上的蒙特卡罗模拟重要抽样法（）。在中的重要抽样法是基于采用响应面法拟合出的近似极限状态方程，当近似极限状态方程与真实极限状态方程误差较大时，叫法将会产生较大误差。而混合分析法中采用的重要抽样技术是基于真实极限状态方程。实旌过程混合分析法的具体实施过程如下：（）采用响应面法构造近似极限状态方程喜（）：（）在已获得近似的结构极限状态方程基础上，应用带有算法的求解结构可靠度指标：（）采用重要抽样法去改进已获得的可靠度指标。和”研究表明响应面法中初始值的选取会明显影响结构失效概率，即初始值选取不同值可能得到不同的失效概率，这是目前响应面法面临的主

26、要问题之一。然而，该问题可以通过混合分析法得到解决。文献。”计算结果表明，采用混合分析法和进行线性或者几何非线性可靠度分析均能获得较好的计算结果。然而，当结构真实的可靠度较大时，采用可能不收敛，而混合分析法能获得较好的计算结果。因为前面的构造的响应面都是一个函数，只是在验算点附近与功能函数拟合较好，文献。”为了克服这一缺点，将功能函数分成几个区域，在不同的区域中用不同的响应面函数拟合，并用于铁路明洞荷载效应统计特征计算中，有效地减少了计算量，并得到满足要求的结果。文献。“提出了神经网络，文献。“。提出了径向基（）网络；模型是、和提出的模糊神经网络。神经网络、径向基（）网络、模糊神经网络等数值计

27、算方法也引入到响应面的模拟中，增加了模拟的精度和计算效率，但现阶段其功能限于计算构件可靠度。与传统的结构可靠度计算方法相比，响应面和神经网络法具有计算时间短，可以用于隐式功能函数，容易运用于复杂结构的特点。对其形式做一些改进，可以运用于非线性、随机性强的可靠度分析。文献。“”提出了利用法计算结构可靠度，由于就具有对连续变量全局最优的特点，所以得到的结果一定是函数的可靠指标：并且与传统所有算法相比，具有如下余大胜：钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索优点：容易实现、计算时间短、结果精确：由于算法是阶算法，计算过程中不需要导数响应面拟合可靠度曲面存在的主要问题有：文献。”在各变量对功能函数的影响不同时依

28、灵敏度从高到低排序，下一步的工作是在功能函数的变量序列中引入灵敏度因子、构造合理的评估方法来评估变量对全局重要性影响的。，乜用响应面对不同类型功能函数拟合，结果表明当功能函数的非线性较强、变量之间的相关性较高时，误差较大，并且在验算点处可靠指标产生振荡。嘲从数理统计的角度解释了响应面法拟合某些可靠度曲面存在不稳定现象：由于响应面是二次多项式曲面，这就隐含了二次曲面模型的刚性和不适应性。工程的基本资料没有引入到响应面中，作为变量区域的限制和作为初始点选择的参考，初始点依然是从变量的平均值开始，大最的研究表明，对不同的结构体系，初始点的选择对计算精度有很大的影响。本论文的运用中的结构可靠性分析模块

29、，选用其提供的试验设计方法中的中心复合设计法（方法：）。中的结构可靠性分析模块是一种成熟的响应面模拟方法，能对任一输出结果变量进行独立的灵敏度分析，在各变量对功能函数的影响不同时依灵敏度从高到低排序，过滤影响因子小的变量。小结本章介绍了钢管混凝土结构的基本原理、特点及设计方法。回顾了可靠度的基本原理及现有的算法，体系可靠度的研究现状和实效模式寻找方面取得的进展。对响应面法拟合体系可靠度的各种设计思想和数学理论基础作了回顾，并对其在工程中的应用作了总结。大连理工大学硕士学位论文拱桥工程概况及计算参数浑河长青大桥位于沈阳市东南郊长青街南端，距原桥址下游约米处。由沈阳市浑河建设委员会于年月至年月期间

30、组织建设，设计单位为辽宁省水利水电勘察设计院，旅工单位为沈阳市市政建设工程公司。该桥年竣工。计算依据及技术资料、沈阳浑河长青桥检测招标任务书；、沈阳浑河长青桥检测合同书；、沈阳市浑河长青大桥工程竣工图纸（部分）；、沈阳市浑河长青桥施工监测报告；、沈阳市浑河长青桥静、动载检测；、公路桥隧设计规范汇编，北京：人民交通出版社，：、钢管混凝土结构设计与施工规程，北京：中国计划出版社，。拱桥概况图长青大桥主桥廿鹊一电余大胜：钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索浑河长青大桥由主桥和引桥组成。主桥由三孔不等跨中承式钢管混凝土拱桥（见照片）组成，长为；拱肋布置在快车道与慢车道之间，为两条分离式平行无铰钢管混凝土拱肋

31、，中心距离为。主桥部分有四个桥墩，即、桥墩，其中北边拱肋由、桥墩支撑；主拱肋由、桥墩支撑；南边拱肋由、桥墩支撑。、桥墩为实体墩，墩体混凝土为，墩帽混凝土为；、桥墩为分体墩，分体墩之间在墩帽处用×实体钢筋混凝土系梁联结。、桥墩基础采用阶梯沉井，长为，宽为，高为，设三道隔墙，并壁厚，沉井采用排水下沉，井内填充片石混凝土，井盖板厚为。、桥墩基础采用根口的钻孔灌注桩，梅花型布置。主桥桥面总宽为，桥面布置为人行道慢车道拱肋快车道拱肋慢车道人行道。主桥主拱净跨径为，计算跨径为，诤矢高为，计算矢高为，净矢跨比为。主拱拱肋由两根留×衄上弦钢管、两根口×】下弦钢管、口×咖

32、竖、斜腹杆及口×横联钢管组成等截面钢桁架，拱肋高，宽，上、下弦钢管内填充混凝土。主桥边拱净跨径为，计算跨径为，净矢高为，计算矢高为，净矢跨比为。边孔拱肋由两根口×上弦钢管、两根口×下弦钢管、口×哪竖、斜腹杆及仁×啪横联钢管组成等截面钢桁架，拱肋高，宽，上、下弦钢管内填充混凝土。主桥桥面系由横梁、门架、实体行车道板组成，采用吊杆作为桥面系的支撑构件，桥面荷载通过吊杆传到拱肋上。吊杆由口×钢绞线构成，主拱共有根吊杆：边拱共有根吊杆。横梁分为、四种型号，其中、型为吊杆横梁，型为穿拱肋横梁，型为简支横粱，主拱共有型横梁根、型横梁根、型横梁根、

33、型横梁根；边拱共有型横梁根、型横梁根、型横梁根、型横梁根。为提高全桥的整体性，两条拱肋通过拱顶横梁、型横梁、型撑及型横梁联系在一起。拱顶横粱设置在拱肋处；型横梁设在接近拱肋处，型横梁由两根口×响钢管及让×衄钢管组成钢桁架，口钢管内填充混凝土；型撑设置在拱脚和型横梁之间，型撑由型钢骨架混凝土组成，断面为眦的箱形。大连理工大学硕士学位论文施工概况本桥主桥拱肋钢桁架采用在工厂制作，现场拼装的旋工方案。半孔拱肋分四段现场拼接成钢桁架再整体起吊至拼装高度。两半孔拱肋空中合拢后拱脚固结，使体系由两铰拱转换为无铰拱，拱肋钢管内的混凝土由两拱脚对称泵送至拱顶。主桥桥面系横梁在设计横梁位置的

34、正下方现场预制，上强度后借助拱肋垂直吊装至设计位置，行车道板在预制场预制，然后安装在横梁上，再焊接端头钢筋，浇注混凝土，使之成为整体连续板。主拱钢管合拢在年月日，合拢时气温高达以上。由于浑河当时为主汛期，管内的混凝土灌注推后至汛期之后、水位降低、便于施工的月份进行，当时的气温为。主拱吊装合拢时，由于准备不足等原因，致使西侧拱肋拱顶部位较原设计低姗，东侧拱肋拱顶部位较原设计低哪。本论文拱顶钢管下降的讨论是基于施工过程主拱肋中出现的误差而展开的。假定东西侧的拱轴线拱顶部位均下降珊，其余节点均匀下降，至拱脚处下降为。静力计算内容及计算假定计算内容、桥梁静力计算依据可靠度设计理论，采用极限状态设计方法

35、；、拱桥主拱在各种工况下的控制点挠度（拱顶、拱肋、拱肋）计算及变形校核；、拱桥主拱在各种工况下的拱顶、拱肋、拱肋、应力计算；、拱桥主拱在各种工况下的拱肋整体纵向稳定性计算；计算假定为简化计算，特做如下假定：、主桥拱轴线按设计拱轴线计算，通过下降拱轴线与设计拱轴线对自重作用影响的计算对比，分析误差范围。、根据现场观测，计算中不考虑主桥纵梁（施工图中有纵梁）。、吊杆参数以上海浦江缆索股份有限公司提供为准。、主桥边拱计算采用以下假定（）横梁和吊杆对称布置；余大胜：钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索（）横梁截面尺寸、材料特性、材料重量；桥面板行车道板截面布置、材料特性、材料重量，铺装层体积、重量；吊杆钢绞

36、线根数、型号、截面面积、材料特性、材料重量等参数均采用主拱参数。、当地月平均气温按委托方认定的气温考虑（详见§）。计算软件、正负号规定及单位计算软件、使用通用的有限元计算软件分别进行三维有限元静力计算和可靠度分析，产生可靠度拟合响应面；、利用语言编写程序，计算结构可靠指标和验算点。正负号规定本报告的方向叙述同实际方向。坐标系采用右手坐标系，每座拱采用单独坐标系统，坐标原点位于拱顶，坐标由北指向南，坐标向上为正方向。挠度：向上为正，向下为负；水平支座反力：推力为正；竖直支座反力：向上为正；弯矩：拱轴下侧受拉为正，上侧受拉为负（影响线直接画在受拉侧）；轴力：受拉为正，受压为负：正应力：受

37、拉为正，受压为负。单位挠度：；弯矩：心力：斟；应力：。大连理工大学硕士学位论文计算参数结构几何及物理参数主要结构形式及建筑物等级主桥：四肢式等截面钢管混凝土无铰拱桥，拱轴线型为悬链线，建筑物等级为一级。引桥：矩形变截面钢筋混凝土无铰拱桥，拱轴线型为悬链线，建筑物等级为一级。设计荷载及作用效应组合设计荷载恒载，汽车一超级，温度荷载，混凝土收缩。作用效应组合组合：恒载汽车一超；组合：恒载汽车一超温降混凝土收缩；组合：恒载汽车一超温升。小结介绍了研究课题的工程背景、计算内容、简化计算合理的假定，计算软件的选择，钢管混凝土拱桥极限状态设计方法设计的主要参数，设计荷载及作用效应组合的确定。为后面的静力计算及可靠度计算提供理论依据，对其实现方法作一概述。余大胜：钢管混凝土拱桥体系可靠度的探索有限元极限状态设计法静力计算本论文以主拱肋的可靠度计算为依据展开讨论体系可靠度，所以静力计算及其相关数据只有主拱肋。为计算桥梁的静力，必须