河西拱桥计算书

一、设计内容〔论文阐述的问题〕1、方案比选。2、推荐方案的桥型布置、一般构造、施工方案等。3、施工阶段、使用阶段各种作用效应计算。4、承载能力极限状态组合、正常使用极限状态组合。5、持久状况、短暂状况、偶然状况验算。6、绘制桥梁结构的一般构造图及施工示意图。7、下部结构设计：盖梁、墩柱等的截面尺寸拟定与配筋设计。8、编写设计计算书。二、设计原始资料〔实验、研究方案〕(一)设计条件：1、桥梁跨径布置：自行确定。2、设计荷载：公路I级。3、桥面宽度：25米，双向4车道。4、桥面横坡：2%。5、通航要求：无。6、桥梁为直线桥，竖曲线自行确定。7、材料：混凝土：C40、C50；预应力钢筋：φj15钢绞线，极限强度1860MPa;普通钢筋：直径≥12mm的用HRB400螺纹钢筋，直径<12mm的用R235光圆钢筋；锚具：HVM锚或OVM锚。三、设计完成后提交的文件和图表〔论文完成后提交的文件〕(一)计算说明书局部：设计计算书一套。由中、英文摘要、设计说明、计算内容三局部组成。摘要要写清设计概况及主要内容，设计说明要写清设计背景、技术指标、采用的标准标准、使用的材料、设计要点、施工方法。计算内容的根本原理、公式、参数取值或来源，以及内附主桥上部结构施工程序示意图，主要作用效应图、组合包络图、验算结果以及施工阶段包络图、施工预抛高等。(二)图纸局部：1、桥梁方案比选图〔包括纵、横断面〕。2、推荐方案总体布置图〔包括立面、平面、横断面〕。3、主梁、主墩等一般构造图。4、桥梁下部结构构造图。5、桥梁施工程序示意图。四、毕业设计〔论文〕进程安排序号设计〔论文〕各阶段名称日期〔教学周〕1方案比选1~22桥型布置、尺寸拟定3~43结构建模5~74验算、调整8~95结构稳定与动力分析106绘制设计图纸11~127完善图纸、编制设计计算书138完善设计计算书、英文翻译149准备辩论15五、主要参考资料1、叶见曙.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社,2005.2、范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,2000.3、公路桥涵设计通用标准〔JTGD60-2004〕[S].北京：人民交通出版社,2004.4、公路桥涵地基与根底设计标准〔JTGD63-2007〕[S].北京：人民交通出版社,2003.5、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准〔JTGD62-2004〕[S].北京：人民交通出版社,2004.6、公路工程技术标准〔JTGB01-2003〕[S].北京：人民交通出版社,2003.7、公路圬工桥涵设计标准〔JTGD61-2005〕。8、北京迈达斯技术.MIDAS使用手册[R].2004.9、公路工程混凝土结构防腐蚀技术标准〔JTG/TB07-01-2006〕[S].北京：人民交通出版社,2006.长安大学毕业设计〔论文〕开题报告表课题名称河西大桥设计课题来源自选课题课题类型工程设计指导教师学生姓名学号专业〔内容包括：课题的意义，国内外开展状况，本课题的研究内容、方法、手段及预期成果，任务完成的阶段安排及时间安排，完成任务所具备的条件因素等。〕课题意义经过大学四年的学习，我们都掌握了一定的桥梁专业知识，桥梁毕业设计正是检测我们收获寡丰的时候。通过毕业设计，我们将大学四年所学运用到设计的整个过程中去，既很好的回忆了所学的知识，又锻炼了我们搜集资料，自主学习，分析问题，解决问题的能力，同时也为以后的工作学习打下了坚实的根底。毕业设计要求学生关注学术动态，充分的了解国内外桥梁设计的开展现状及趋势，并灵活运用大学所学的各门根底课和专业课知识，结合相关设计标准，独立地、系统地、在老师的指导带着下，完成一个桥梁工程的完整设计流程，将学过的知识融会贯穿为一个整体，并加以升华，从而加强我们桥梁专业人才的素质，完善我们的专业技能。通过毕业设计这一长达十七周的教学环节，我们的独立分析问题、解决问题以及实践动手的能力都得以大大提高，为将来步入工作岗位奠定了坚实的根底。我国桥梁开展我国历史文化悠久，桥梁建设方面曾经也是遥遥领先同期世界各国。我国古代桥梁不但数量巨大，而且类型丰富多彩，在桥梁史上留下了浓墨重彩的一笔。但是由于封建制度的长期制约，生产力受到大大的束缚。鸦片战争后，在外国列强入侵下，中国的桥梁开展受到最大的桎梏。我国疆域辽阔，大小山脉和江河湖泊纵横交错，东部沿海，海湾众多，岛屿星盘罗布。20世纪80年代改革开放以来，国民经济飞速开展，桥梁建设得到重视，得以快速开展，突飞猛进。目前国内市场虽然趋近于饱和状态，但依旧存在巨大的开展空间。我们已经建成了不少到达国际先进水平的桥梁，在跨径方面，我国建成的各类现代化桥梁在世界桥梁跨径排名名录上名列前茅。但是还是存在许多技术难点，不得不得依靠国外，仿造国外桥梁的现象比拟严重。所以21世纪初期国内的桥梁开展重点还是在外乡建设。我国桥梁工程主要集中在长江黄河之上。长江黄河贯穿大陆东西，将国土一分为三，对于交通的开展，形成巨大桎梏。虽然现在已经建成不少跨江、跨河大桥，但总体来看，数量还是缺乏，仍需要加快假设。同时，许多桥梁由于使用年限过长、车辆超载、船舶撞击、养护不够及时等原因，急需修复甚至重建。这些对于国内经济开展带来巨大影响。跨江、跨河等大跨度桥梁会在一段时间内成为主流。比方2004年的上海长江隧桥工程，该工程是交通部确定的国家重点公路建设规划中上海至西安线的重要组成局部。工程起自浦东五号沟，与郊区环线相接，经长兴岛，止于祟明陈家镇，全长约25.5公里。其中，以隧道方式穿越长江南港水域，长约8.9公里；以桥梁方式跨越长江北港水域，长约10.3公里；长兴岛和崇明岛接线道路共长约6.3公里。大跨度桥梁的开展主要目的是解决城市之间的往来交通，让交通更加便利。东南沿海地区的局部城市还是在依靠渡轮来解决交通问题。大跨度桥梁的建设，无疑会为这些地区的居民生活带来巨大的便利，同时促进该地区的进一步开展。内地一些地区山区丘陵较多，同样也对当地的经济开展，带来巨大的限制，桥梁工程的建设开展，对于当地的经济开展可以带来质的飞跃。早在20世纪末，国内一些地区已经把大跨度桥梁工程纳入了现代交通开展规划之中。例如东部沿太平洋海岸线的南北公路干线——在同三线〔黑龙江省沿江至海南省三亚〕上，将通过五个跨海工程来实现真正意义上的南北贯穿，这五个跨海工程分别为：渤海海峡工程、长江口越江工程、杭州湾跨海工程、珠江口伶仃洋跨海工程以及琼州海峡工程。其中琼州海峡工程可能成为我国最具有挑战性的跨海工程之一。海峡宽度约20千米，平均水深可达60米，不得不建造连续多孔的特大跨度桥梁。另外由于灾害性的地震和台风等灾害的频繁侵袭以及复杂的地质条件，这将会使中国桥梁工程师面临十分严峻的挑战。但是这五个跨海工程一旦完工，南北交通也将得到空前的开展。桥梁结构计算一直是桥梁工程开展的一个重要难点。虽然各类标准不断明确，计算方法逐渐优化统一，但是由于桥梁在使用过程中受到的荷载情况复杂，多种荷载的组合下共同作用，例如：车辆荷载，水流冲击力，风荷载，意外的船撞击，温差引起的内力，地震力等。在计算软件方面，我国还存在相当大的缺乏，缺少自主研发的，可以大面积推广、广泛使用的计算软件。目前还是以ANSYS、MIDAS等以有限单元法为计算根底的国外研发的计算软件为主。虽然国内不少高校和科研机构也在一直大力研发，但因为早期根底薄弱，市场占有份额小等原因，始终不能有很大的开展。在施工方面，一些特殊的施工器械，由于国内的生产工艺等原因，只能从国外订购，这无疑为中国桥梁工程建设带来不少困难。同时，对于我国大多数地区来说，桥梁建设还没有满足根本生产生活需要，还需要大力建设，似的一些新兴材料没方法应用到实际生产过程中，还是以传统的钢筋混凝土为主，这也为我国后续的桥梁开展带来不小的麻烦。这些都是急需我们转变观念设法解决的问题。这样才能使我国从一个桥梁大国变成一个桥梁强国。本课题研究的内容和方法、手段及预期成果本课题设计手段为依据标准要求及桥梁设计理论用电算方法计算具体问题。所用到的工具主要有：MADISCIVIL，AUTOCAD画图软件，图板，丁字尺，电脑等。内容是按承载能力极限状态和正常使用极限状态对给定条件的桥梁进行内力计算和配筋设计，并努力使本设计成为满足平安、实用、经济、美观、环保的优质桥梁。具体分为以下几个方面：(一)该桥的设计主要有以下几个方面的内容:1．方案的比选(1)根据设计任务书,确定桥孔的孔径(2)初拟比选方案桥梁图式(3)方案评比和优选(4)绘制方案图与编制说明书〔说明内容应包括设计任务、编制方案的依据和原那么、桥梁孔径计算、比选方案的论证说明等〕2．结构设计(1)确定桥梁的结构方案(2)结构设计计算〔设计内容包括：桥梁总体布置、构件尺寸拟定；内力计算与组合；配筋设计；截面强度计算与验算；应力、变形计算与验算；施工方案设计与相关验算等〕(3)结构构造设计内容包括：上部结构〔桥梁主体〕构造、配筋计算及节点详图(4)绘制设计图纸①桥型方案比拟图〔纵向立面图、横向剖面图〕②推荐方案总体布置图〔纵向立面图、横向剖面图、平面图〕③一般构造包括：桥梁上部结构〔桥梁主体〕的一般构造图④钢筋构造〔钢筋布置图〕⑤施工程序图3．施工主要方法选择(1)根据桥梁所处的位置,环境和施工技术力量配备情况,确定可行的施工方案。(2)施工顺序的合理安排及优化(3)绘制必要的主要施工工艺流程图〔二〕设计完成后提交的文件和图表〔论文完成后提交的文件〕:1.计算说明书局部1〕摘要〔中、英文〕2〕桥型方案比拟3〕推荐方案设计计算①拟定结构细部尺寸②主要承重构件内力计算与荷载组合③主要承重构件配筋设计④主要承重构件验算4)施工方案说明2.图纸局部绘制桥梁方案比拟图〔包括纵、横断面〕，推荐方案总体部置图〔包括纵、横、平断面〕。图幅外框尺寸：90cm×60cm〔粗实线〕桥梁施工程序示意图。四、毕业设计〔论文〕进程安排序号设计〔论文〕各阶段名称日期〔教学周〕1参考资料收集与准备12桥型方案比选，外文翻译2-63结构设计计算7-124结构验算与报告整理135图纸绘制14-156辩论16五、完成任务所具备的条件要素1.微型计算机2WPS20103Midas软件4桥梁CAD绘图软件〔AutoCAD2007〕，丁字尺5《公路钢筋混凝土与预应力混凝土桥涵设计标准》〔JTGD62-2004〕6《公路桥涵设计通用标准》〔JTGD60-2004〕7《公路工程技术标准》〔JTB01-2003〕8《公路桥涵设计手册—桥梁》〔上下册〕9、公路施工技术标准：JTG200410、桥梁工程〔上、下〕〔范立础人民交通出版社〕11、结构设计原理〔叶见曙人民交通出版社〕12、根底工程〔凌志平人民交通出版社〕13、桥梁计算例如集〔人民交通出版社〕14、周念先.桥梁方案比选.同济大学出版〕指导教师意见及建议：指导教师签名：年月日注：1、课题来源分为：国家重点、省部级重点、学校科研、校外协作、实验室建设和自选工程；课题类型分为：工程设计、专题研究、文献综述、综合实验。2、此表由学生填写，交指导教师签署意见前方可开题。摘要根据设计任务要求，依据现行设计标准《公路桥梁设计通用标准》〔JTJD60-2004〕，综合考虑桥位的地质、地形条件，经初选后提出了上承式钢管混凝土拱桥、预应力混凝土连续刚构桥、独塔斜拉桥三个比选桥型。按“平安、实用、经济、美观”的桥梁设计原那么，比拟了三个方案的优缺点。经比选后，将上承式钢管混凝土拱桥作为主要推荐设计方案。利用桥梁分析软件Midas对上承式钢管混凝土拱桥进行内力计算和空间弹性稳定分析。根据《钢管混凝土拱桥技术规程》〔DBJ/T13-136——2011〕对其进行主拱承载能力极限状态计算、主拱正常使用极限状态计算，并对各主要施工阶段钢管应力、稳定性进行了验算。结果说明该桥梁设计计算方法正确，结构合理，符合设计任务的要求。最后本文对该桥斜拉悬臂、缆索吊装的施工方法进行了简要介绍。关键词：上承式钢管混凝土拱桥,Midas,验算,缆索吊装法AbstractAccordingtotherequirementsofdesignanddesignspecificationsinaccordancewiththecurrent《GeneralCodeforDesignofHighwayBridgesandCulverts》〔JTJD60-2004〕,deck-typeconcrete-filledsteeltubulararchbridge,prestressedconcretecontinuousrigidframeandsingle-pyloncable-stayedbridgearepresentedafterpreliminaryselection,takingtheconditionofthegeologyandthelandformofthebridgesiteintoacount.Aftercomparingtheadvantagesanddisadvantagesofthreeoptionscomprehensivelyaccordingtothephilosophyofbridgedesignas“Security,Practicability,Economy,Beauty”,Thedeck-typeconcrete-filledsteeltubulararchbridgeisselectedasthemaindesignscheme.TheInteralforcesarecalculatedandthespatialelasticstabilityisanalysedbyMidas.Accordingto《TechnicalSpecificationforConcrete-filledSteelTubularArchBridge》〔DBJ/T13-136——2011〕,thispapercalculetesthemainarch’slimitedbearing-capacityandlimitedsevice-capacityandchecksthesteeltubular’sstressandstabilityinthemajorconstructionphases.itisprovedthatthedesignmethodofcalculationiscorrect,,thestructureisreasonable,sothisdesignmeetsthedesignrequirements.Finally,thispaperintroducestheconstructionmethodofcable-stayedcantileverandcable-erected.Keywordsdeck-typeconcrete-filledsteeltubulararchbridge,Midas,structureanalysisandcheckingcomputation,cable-stayedcantileverandcable-erectedmethod目录第一章概述11.1桥址地形地质情况简介11.2技术标准及采用标准11.2.1技术标准11.2.2采用标准2第二章方案比选22.1方案一：上承式钢管混凝土拱桥22.1.1桥跨布置22.1.2主拱圈32.1.3桥面系及拱上立柱42.1.4施工42.2方案二：预应力钢筋混凝土连续刚构桥42.2.1桥跨布置42.2.2主梁52.2.3根底52.2.4施工62.3方案三：双索面独塔斜拉桥62.3.1桥跨布置62.3.2主梁62.3.3主塔72.3.4斜拉索82.3.5根底82.3.6施工82.4方案综合比选8第三章钢管混凝土拱桥尺寸拟定及初步设计113.1总体信息113.1.1主要技术指标113.1.2主要材料及要求113.2孔径布置123.3上部尺寸拟定123.3.1立面尺寸123.3.2横截面尺寸12第四章荷载内力计算134.1计算模型建立134.1.1单元划分原那么134.1.2桥梁具体单元划分144.1.3模型边界模拟144.2全桥施工阶段划分154.3计算荷载174.3.1恒载174.3.2活载174.3.3温度荷载174.3.4拱座沉降174.3.5收缩徐变174.3.6吊装索力184.4施工阶段恒载内力计算184.4.1钢管拱圈架设完成阶段184.4.2灌注管内混凝土阶段194.4.3成桥阶段204.5成桥阶段活载内力214.6荷载组合234.6.1作用组合及控制要求234.6.2持久状况234.6.3短暂状况23第五章结构验算295.1拱肋截面参数和其他计算参数295.2主拱承载能力极限状态设计计算——构件计算305.2.1拱脚截面305.2.2L/8截面325.2.3L/4截面325.2.43L/8截面335.2.5拱顶截面345.3主拱承载能力极限状态设计计算——结构整体计算355.3.1稳定系数355.3.2偏心率折减系数365.3.3混凝土徐变折减系数375.3.4初应力度影响系数375.3.5稳定承载力385.4空间弹性稳定分析395.5主拱正常使用极限状态计算395.5.1拱肋和桥面挠度395.5.2钢管应力405.6施工阶段钢管应力415.6.1灌注腹腔混凝土阶段415.6.2成桥阶段，即添加桥面铺装、防撞护栏等附属设施阶段42第六章施工方案简介436.1工程概况介绍436.2确定施工方法446.3施工过程446.3.1钢管拱节段预制446.3.2钢结构的焊接446.3.3管内混凝土制备与泵送446.3.4拱肋节段吊装45致谢45参考文献46附录46第一章概述1.1桥址地形地质情况简介河西大桥地形地质剖面图如图一所示。河西大桥需跨越U形河谷。河谷中临时水位标高为520.80m，设计水位标高为525.80m。无通航要求。河谷两端里程桩号分别为K0+100m、K0+304m。河谷地质情况为：表层3m强风化石灰岩层+5m弱风化石灰岩层+微风化石灰岩。如图1所示：图1、地质剖面图1.2技术标准及采用标准1.2.1技术标准1、桥梁跨径布置：自行确定。2、设计荷载：公路I级。3、桥面宽度：25米，双向4车道。4、桥面横坡：2%。5、通航要求：无。6、桥梁为直线桥，竖曲线自行确定1.2.2采用标准〔1〕《公路工程技术标准》JTGB01-2003。〔2〕《公路桥涵设计通用标准》JTGD60-2004。〔3〕《公路钢筋混凝土及预应力桥涵设计标准》JTGD62-2004。〔4〕《公路桥涵地基与根底设计标准》JTJD63-2007。〔5〕《公路桥梁施工技术标准》JTJ041-2000(JTGB01-2003)。〔6〕《钢管混凝土拱桥技术规程》〔DBJ/T13-136——2011〕。第二章方案比选桥梁设计需遵循“平安、实用、经济、美观和环保”的根本原那么。在桥梁方案编制中，主要指标包括：主要材料(普通钢筋、预应力钢筋、混凝土)用量、劳动力数量、全桥总造价、工期、养护费用、运营条件、有无困难工程、特种机具。其目的在于为每个桥式提供全面的技术经济指标，以便相互比拟，科学的从中选定最正确方案。在编制方案中要拟定结构主要尺寸，并计算主要工程量。设计方案的评价和比拟要全面考虑上述各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个最正确的推荐方案。在对本桥的设计中，选定三种桥式分别是：上承式钢管混凝土拱桥；预应力钢筋混凝土连续刚构桥；双索面独塔斜拉桥。下面分别描述各自桥型特点。2.1方案一：上承式钢管混凝土拱桥2.1.1桥跨布置本方案全桥长202m=2*13m引桥+150m主桥+2*13m引桥。拱圈跨径为150m,矢跨比为1/5,拱轴系数1.543。桥跨布置如图2所示。图2、上承式钢管混凝土拱桥立面图2.1.2主拱圈主拱圈由四片拱肋构成，拱轴线为悬链线，拱轴系数1.543，上下缘高度为2.8m。截面形式为哑铃型，上下均为直径1m，厚度15mm的钢管。上下肢钢管圆心距离为1.8m，通过两片厚度15mm的钢板连接。内灌注C50微膨胀混凝土。如图3所示：图3、拱肋断面尺寸2.1.3桥面系及拱上立柱桥面系为跨径10m的钢筋混凝土简支空心板。桥面铺装为10cmC50混凝土现浇层+10cm沥青混凝土。桥面设2%的双向横坡。拱上立柱采用直径50cm、厚10mm的钢管，内注C50微膨胀混凝土。桥面系构造如图4所示：图4、桥面系横断面2.1.4施工本桥钢管拱架设采用斜拉悬臂、缆索吊装的施工方法。2.2方案二：预应力钢筋混凝土连续刚构桥2.2.1桥跨布置全桥为三跨双幅预应力混凝土变截面连续刚构。桥孔布置为50m+103m+50m，共203m，边中跨比值0.485。梁底为2次抛物线，以跨中梁底为原点，曲线方程：Y=-0.0000152X2单幅桥面设单向2％的横坡。桥跨布置如图5所示：图5、连续刚构立面图2.2.2主梁〔1〕截面形式：主梁截面采用双幅单箱单室箱梁结构，箱底宽7.00m，两侧翼缘宽2.5m，箱梁顶面全宽为12.00m。跨中截面尺寸见图6。图6、连续刚构跨中断面图2.2.3根底下部结构为双柱空心薄壁墩，钻孔灌注桩根底，桥台为轻型桥台。2.2.4施工主梁采用悬臂节段浇筑施工，墩采用爬模法施工。2.3方案三双索面独塔斜拉桥2.3.1桥跨布置本方案采用双索面独塔斜拉桥，塔梁墩固结体系。跨径布置126+76m，全长202m。桥跨布置如图7所示。图7、独塔斜拉桥立面图2.3.2主梁主梁采用混凝土断面，梁肋高1.5m，宽0.8m。桥面宽25m。主梁标准断面如图8所示。图8、主梁横断面图2.3.3主塔主塔采用门形桥塔。桥面以上塔高50米。塔柱及横梁采用混凝土浇筑，空心薄壁截面，顺桥向宽3m。塔梁墩固结体系。如图9所示：图9、主塔立面图2.3.4斜拉索斜拉索采用标准生产的高强度低松弛环氧涂喷钢绞线，其标准强度为1860MPa。斜拉索采用双索面竖琴形布置，每个索面张拉15对拉索。2.3.5根底采用钻孔灌注桩根底。2.3.6施工主梁采用预制节段悬臂拼装的施工方法，主塔采用爬模法施工。2.4方案综合比选表1、桥梁综合比选表格比拟工程方案一方案二方案三上承式钢管混凝土拱桥预应力混凝土刚构桥双索面独塔斜拉桥1跨径布置13+13+150+13+13=202m50+103+50=203m126+76=202m2桥面标高550.00m550.00m550.00m3桥长202m203m202m4受力特点拱肋主要受压。钢管本身就是钢筋，兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，既能受压也能受拉，同时管内混凝土的支撑作用使钢管不易发生屈曲；核心混凝土由于钢管套箍作用处于三向受压状态，提高了抗压强度和抗变形能力；上承式钢管混凝土拱桥构造简单、横向联系容易布置，桥面系支撑于立柱上，整体性、横向稳定性和抗震性能均较好。上承式拱桥一般是有推力拱，它对地基的要求较高，适合于地质条件较好的峡谷桥位。上承式在钢管混凝土拱桥中修建的不多，主要是受地形条件的限制。河西大桥地质条件能够满足上承式钢管混凝土拱桥的要求。预应力混凝土连续刚构综合了连续梁桥和T型刚构桥的受力特点，上部结构受力性能同连续梁桥一样，而高主墩采用双支薄壁柔性构造，相对缩短了主跨桥的净跨径，减少了箱梁支点负弯矩峰值，使结构受力更为合理。梁体内的轴力随着墩高的增大而急剧减小。其弯矩分布合理。但属超静定结构，受力复杂根底不均匀沉降将在结构中产生附加内力，因此对桥梁根底要求较高。采用挂篮悬臂浇注施工；不需大量施工支架和大型临时设备，桥梁施工受力状态与运营受力状态根本相近。但由于地形限制，边跨与中跨的比值仅为0.485，边跨支座处可能需设置抗拉支座。独塔斜拉桥是斜拉桥体系中采用较为广泛的形式之一，索面为扇形双索面倾斜布置，具有很好的抗扭、抗风性能。支撑体系以拉索受拉和索塔受压为主的；拉索的作用相当于在主梁跨内增加了假设干个弹性支承，从而减少梁内弯矩、梁体尺寸和梁体自重。而其水平分力可对混凝土主梁产生轴向预压作用，增强了主梁的抗裂性并节省了高强钢材。独塔斜拉桥适宜做成塔梁墩固结的刚构体系。7施工钢管混凝土拱桥中的钢管最好采用成品管，既经济又有质量保证。当受规格等限制无法采用成品管而需要直接加工一般可委托附近钢结构加工能力较强的厂家加工。钢管混凝土拱桥架设方法主要有悬臂法和转体施工法。悬臂施工法是拱桥无支架施工最重要的方法，它从拱脚处向拱顶处悬臂施工两个半拱，最后在拱顶进行合龙。转体施工法也是钢管混凝土拱桥施工的常用用方法，但受到地形限制。采用悬臂施工法，施工机械化程度高，技术先进，施工方法简便，工艺要求较严格。所需机具较少，无需大型设备。两个墩可以同时进行施工，施工进度快，占用施工场地少，不影响桥下通航和交通。无需支座，节省大型支座费用。索塔采用液压自爬模法施工，主梁那么采用悬臂施工法，方法简便。拉索采用工厂预制，运输到现场进行安装。这种施工方法施工速度较快，但是对施工监控要求较高，施工技术复杂。8美观性拱桥弧线线型优美，且上承式拱应用在山区更容易与周围的环境相协调，从桥两端接线上通过时能欣赏到拱桥优美的造型。上承式钢管混凝土拱桥一般一孔跨越河谷，具有简洁之美。线型简洁明快，与周围环境协调，桥面视线良好。斜拉桥线条美，力线明确，富有张力。但过多的拉索会对驾驶者造成不良影响。9平安性刚性体系，抗风性能较好，结构刚度大，整体性、横向稳定性均较好。结构体系成熟，受力明确。但由于施工的原因和考虑因素不全，在桥梁运营数年可能后出现跨中持续下挠的现象柔性体系，抗风稳定性相对一般，高次超静定，平安性较好10运营使用性能属超静定结构，有可靠的强度、刚度及抗裂性能，伸缩缝小，行车舒适。结构属于超静定结构，使用性能好。结构刚度大，变形小，主梁变形挠曲线平缓。行车平顺，无伸缩缝，平安，造型简洁美观，养护工程量小，可满足交通运输要求，施工技术成熟，易保证工程质量跨度适合于大中跨径桥梁。施工中需要严格的施工监控，施工风险也增大，在造价方面也无竞争力。11经济性造价较高造价一般造价较高12推荐方案推荐方案比选方案比选方案第三章钢管混凝土拱桥尺寸拟定3.1总体信息3.1.1主要技术指标〔1〕道路等级：一级〔2〕桥面中心标高：550.00m。〔3〕桥面净宽：4*3.75m行车道+2×3.5m应急车道+2*0.5m防撞护栏+2.0m中央分隔带间隙=25m。〔4〕车辆荷载标准：公路I级〔5〕桥梁类型：上承式钢管混凝土拱桥〔6〕桥面纵坡：2.0%〔7〕桥面横坡：2.0%〔8〕年最高温度39度，最低温度-15度，〔9〕环境条件：Ⅰ类3.1.2主要材料及要求表2、主要材料计算参数表材料材料对应的材料特性弹性模量(MPa)材料容重(kN/m3)线膨胀系数(10-5)C50混凝土3.45×104251钢绞线1.95×10578.51.2Q3452.06×10578.51.2注：C50混凝土抗压强度设计值fcd=22.4Mpa，抗拉强度设计值ftd=1.83Mpa.钢绞线抗拉强度标准值fpk=1860Mpa，抗拉强度设计值fpd=1260Mpa.Q345钢材的抗压、抗拉和抗弯强度设计值fd=275Mpa.3.2孔径布置上承式钢管混凝土拱桥孔径布置为2*13m+15*10m+2*13m，桥梁全长202m。桥面标高550.00m，起始里程桩号K0+100m，终止里程桩号K0+302m。如图10所示：图10、拱桥立面图3.3上部尺寸拟定3.3.1立面尺寸主拱圈跨径为150m,矢跨比为1/5。主拱圈由四片拱肋构成，拱轴线为悬链线，拱轴系数1.543，上下缘高度为2.8m。桥面系为跨径10m的钢筋混凝土简支空心板。拱上立柱采用直径50cm、厚10mm的钢管，内注C50混凝土。3.3.2横截面尺寸桥面系为跨径10m的钢筋混凝土简支空心板，高60cm。拱上立柱采用直径50cm、厚10mm的钢管，内注C50混凝土。如图11所示：图11拱桥横截面尺寸第四章荷载内力计算4.1计算模型建立4.1.1单元划分原那么杆件的起终及转折点和截面的变化点；需要验算或知道位移的截面处；在构造变化或应力复杂的截面处应增设单元；不同构件的交点处；以顺桥向投影长度1m划分主拱圈单元；对于上承式拱桥，主拱圈为主要受力构件，为简化模型，将盖梁、桥面系均做简化处理。4.1.2桥梁具体单元划分按照上述杆系单项选择离散原那么，建立模型如以下图，节点744个，单元886个。如下图：图12全桥单元划分示意图4.1.3模型边界模拟钢管混凝土拱桥的主拱圈架设方法为缆索吊装法。在主拱圈合龙之后、放索之前，要将拱脚固结，因此涉及到由两铰拱到无铰拱的体系转换。表3、主要边界条件列表节点号DXDYDZRxRyRzRW边界条件11111010主梁铰接21110000拱座铰接31110000拱座铰接41110000拱座铰接51110000拱座铰接7401110000拱座铰接7411110000拱座铰接7421110000拱座铰接7431111000拱座铰接7441111010主梁铰接7451111110扣点7461111110扣点7471111110扣点7481111110扣点7491111110扣点7501111110扣点7511111110扣点7521111110扣点21111110拱座固结31111110拱座固结41111110拱座固结51111110拱座固结7401111110拱座固结7411111110拱座固结7421111110拱座固结7431111110拱座固结注：1表示该方向自由度约束，0表示该方向自由度释放。由于各施工阶段中的临时铰接约束数量过多，未在表中列出。图13模型边界示意图4.2全桥施工阶段划分从吊装设备、人力配置、地形条件、拱上立柱位置等因素考虑，将每片拱肋空钢管分五段进行吊装，即所谓的“五段吊”，边段拱肋长度为33m,次边段拱肋长度为30m,合龙段拱肋长度为24m。最大吊装质量约为30吨。具体施工分段如下：表4、施工阶段划分表格第一施工段吊装右一边段拱肋第二施工段吊装右二边段拱肋第三施工段焊接边段拱肋横撑第四施工段吊装右一次边段拱肋第五施工段吊装右二次边段拱肋第六施工段焊接次边段拱肋横撑、K撑第七施工段吊装右一合龙段第八施工段吊装右二合龙段第九施工段焊接合龙段横撑、K撑第十施工段吊装左一边段拱肋第十一施工段吊装左二边段拱肋第十二施工段焊接边段拱肋横撑第十三施工段吊装左一次边段拱肋第十四施工段吊装左二次边段拱肋第十五施工段焊接次边段拱肋横撑、K撑第十六施工段吊装左一合龙段第十七施工段吊装左二合龙段第十八施工段焊接合龙段横撑第十九施工段焊接中间横撑、K撑第二十施工段将拱脚固结、放索第二十一施工段灌筑下弦管混凝土第二十二施工段灌筑上弦管混凝土第二十三施工段灌筑腹腔混凝土第二十四施工段拱上立柱1施工第二十五施工段拱上立柱2施工第二十六施工段拱上立柱3施工第二十七施工段拱上立柱4施工第二十八施工段拱上立柱5施工第二十九施工段拱上立柱6施工第三十施工段拱上立柱7施工第三十一施工段桥面系施工第三十二施工段考虑混凝土收缩徐变1000天4.3计算荷载4.3.1恒载一期恒载：按构件实际断面并考虑构造因素计入。二期恒载：铺装层10cm混凝土〔容重γ=25kN/m3〕＋10cm沥青混凝土〔容重γ=23kN/m3〕+栏杆等。4.3.2活载a.活载计算工况桥梁结构设计荷载等级为公路-I级，双向六车道，车道横向位置按照行车道实际位置加载。b.冲击系数计算根据《钢管混凝土拱桥技术规程》〔DBJ/T13-136——2011〕规定，钢管混凝土拱桥桥面结构的汽车荷载冲击系数，应按现行《公路桥涵设计通用标准》〔JTGD60〕计算。钢管混凝土拱桥的汽车荷载冲击系数，可按此式计算：u=0.05736f+0.0748,f为钢管混凝土拱桥的一阶竖向频率；f在无精确计算值时，可按下式进行近似计算：f=133/L,L为钢管混凝土拱桥跨径〔m〕。4.3.3温度荷载计算桥梁结构因均匀温度作用引起的效应时，拱肋有效温度标准值取-15℃～39℃，其中合拢温度取为12℃，即整体降温为-27℃，整体升温27℃。4.3.4拱座沉降根底变位按拱座竖向和顺桥向均发生1cm位移考虑。4.3.5收缩徐变混凝土收缩及徐变采用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准》(JTGD62-2004)第6.2.7条规定的取值，其中环境相对湿度0.7；混凝土加载终极龄期1000天。4.3.6吊装索力由于采用缆索吊装法进行主拱圈空钢管的架设，扣索索力的大小对主拱圈变形和内力均有较大影响。本模型采用Midas中“未知荷载系数法”求出扣索索力的影响矩阵，然后根据影响矩阵进行手动调整扣索索力，调整结果如下表：矩阵进行手动调整扣索索力，调整结果如下表：表5、扣索索力列表一号扣索索力〔KN〕144二号扣索索力〔KN〕209三号扣索索力〔KN〕2124.4施工阶段恒载内力计算钢管拱圈架设完成阶段在主拱圈合龙完成后，要将拱脚固结，然后放索，即完成了主拱圈空钢管的架设。拱圈空钢管在自重作用下的内力图如下所示。图13拱圈空钢管恒载弯矩图图13拱圈空钢管恒载轴力图4.4.2灌注管内混凝土阶段在Midas中，哑铃形钢管混凝土截面可用施工联合截面来模拟。哑铃型钢管混凝土主拱计算时，腹腔内混凝土不应计入主拱截面受力，而仅计算其自重的影响。灌注混凝土后主拱圈恒载内力图如下。图14灌注混凝土后拱圈弯矩图图15灌注混凝土后拱圈轴力图4.4.3成桥阶段该拱桥计算模型主要研究主拱圈的受力情况，对于桥面系、盖梁等结构的受力情况先做简化处理。这样，成桥阶段主拱圈受力情况见以下图。图16成桥后恒载作用下拱圈弯矩图图17成桥后恒载作用下拱圈轴力图表6、施工阶段拱圈主要截面内力列表位置荷载施工阶段轴向(kN)弯矩-y(kN*m)拱脚恒荷载放索-1329.682467.39L/8恒荷载放索-1201.62048.81L/4恒荷载放索-1110.582027.33L/8恒荷载放索-1060.452097.83拱顶恒荷载放索-1049.292151.97拱脚恒荷载灌注腹腔混凝土-3597.982152.13L/8恒荷载灌注腹腔混凝土-3271.461758.82L/4恒荷载灌注腹腔混凝土-3185.812134.643L/8恒荷载灌注腹腔混凝土-3242.842655.99拱顶恒荷载灌注腹腔混凝土-3131.621951.49拱脚恒荷载徐变-7511.632078.06L/8恒荷载徐变-6949.231508.22L/4恒荷载徐变-6525.42119.213L/8恒荷载徐变-6353.952922.34拱顶恒荷载徐变-6063.12291.824.5成桥阶段活载内力成桥阶段活载产生的内力包络图与控制截面内力具体数值如下所示。图18弯矩包络图图19轴力包络图表7、成桥阶段拱肋主要截面内力表格位置荷载轴向(kN)弯矩-y(kN*m)拱脚*-13700.392238.81L/8*-12738.921861.97L/4*-11876.792878.53L/8*-11310.223888.19拱顶*-10588.163555.18注：*代表1.0*恒荷载+1.4*移动荷载4.6荷载组合4.6.1作用组合及控制要求本桥主体结构设计基准期为100年。本次计算采用结构平安等级为一级，结构重要性系数取1.1。采用以可靠度理论为根底的极限状态设计方法，按分项系数的设计表达式进行设计，并考虑以下三种设计状况及其相应的极限状态设计：持久状况:桥梁建成后承受结构自重、车辆荷载等持续时间很长的状况。该状况作承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。短暂状况:桥梁施工过程中承受临时性作用〔或荷载〕的状况。该状况作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计。偶然状况:桥梁使用过程中偶然出现的如罕遇地震、船舶撞击等的状况。该状况仅作承载能力极限状态设计。持久状况〔1〕承载能力极限状态根本组合：1.1×[〔1.2×恒载+1.0×收缩徐变+0.5×根底变位〕+1.4×汽车〔包含汽车冲击力〕]。偶然组合：上部结构计算时暂不考虑；〔2〕正常使用用极限状态长期效应组合：恒载+根底变位+收缩徐变+0.4×汽车〔不含汽车冲击力〕。短期效应组合：恒载+根底变位+收缩徐变+0.7×汽车〔不含汽车冲击力〕。应力计算组合：恒载+根底变位+收缩徐变+汽车〔包含汽车冲击力〕。4.6.3短暂状况恒载+根底变位+收缩徐变+施工荷载按照上面的作用组合，结合在计算过程中根据相应的需要共有下述荷载组合，如表4.1所示。表8、荷载组合列表组合名称状态整体升温整体降温盖梁荷载拱座沉降温度梯度移动荷载恒荷载收缩二次徐变二次说明cLCB1承载能力极限状态1.20.51.211根本组合cLCB21.20.51.41.211cLCB31.41.20.51.41.211cLCB41.41.20.51.41.211cLCB51.121.20.51.121.41.211cLCB61.121.20.51.121.41.211cLCB710.5111cLCB810.51.4111cLCB91.410.51.4111cLCB101.410.51.4111cLCB111.1210.51.121.4111cLCB121.1210.51.121.4111cLCB13正常使用极限状态11111极限组合cLCB14110.642111短期组合cLCB151110.8111cLCB161110.8111cLCB171110.80.642111cLCB181110.80.642111cLCB19110.367111长期组合cLCB201110.80.367111cLCB211110.80.367111cLCB22111111弹性阶段应力验算组合cLCB231111111cLCB241111111cLCB2511111111cLCB2611111111注：车道荷载中已计入了汽车冲击力。根据《公路钢管混凝土拱桥设计标准》〔JTG/TD65-06-2015〕规定，f＜1.5Hz时〔由Midas计算得，f=1.240056〕，μ=18/(40+L)=18/(40+150)=0.09。正常使用极限状态组合下，短期组合车道荷载分项系数为0.7/(1+μ)=0.642，长期组合的车道荷载分项系数为0.4/(1+μ)=0.367。下面给出按以上荷载组合下的主拱圈内力图以及主要截面的内力具体值承载能力极限状态下荷载根本组合〔cLCB6〕的结果：图20CLCB6作用下主拱圈弯矩图图21CLCB6作用下主拱圈轴力图表9、承载能力极限状态短期效应组合〔cLCB6)下控制截面内力表截面位置荷载轴向(kN)弯矩-y(kN*m)拱脚cLCB6(全部)-15225.91-1870.95L/8-13956.212645.72L/4-13004.254369.513L/8-12336.735483.13拱顶-11420.44-4483.93正常使用极限状态下短期效应组合〔cLCB18〕结果：图22CLCB18作用下主拱圈弯矩图图23CLCB18作用下主拱圈轴力图表10、正常使用极限状态短期效应组合〔cLCB18)下控制截面内力表截面位置荷载轴向(kN)弯矩-y(kN*m)拱脚cLCB18(全部)-13286.02-2075.41L/8cLCB18(全部)-12168.671933.67L/4cLCB18(全部)-11313.373672.333L/8cLCB18(全部)-10718.834633.41拱顶cLCB18(全部)-10000.92-3640.04〔3〕正常使用极限状态下长期效应组合〔cLCB21〕结果图24CLCB21作用下主拱圈弯矩图图25CLCB21作用下主拱圈轴力图表11、正常使用极限状态长期效应组合〔cLCB21)下控制截面内力表截面位置荷载轴向(kN)弯矩-y(kN*m)拱脚cLCB21(全部)-13160.76-1881.31L/8cLCB21(全部)-12047.531805.93L/4cLCB21(全部)-11199.183533.053L/8cLCB21(全部)-10616.374499.98拱顶cLCB21(全部)-9918.28-3479.27下面给出承载能力极限状态和正常使用极限状态最不利内力组合如下表11、承载能力极限状态最不利内力组合列表截面位置荷载组合轴力〔KN〕弯矩〔KN*m〕说明拱脚CLCB315225.911870.95轴力最大CLCB614339.805422.49弯矩最大L/8CLCB514126.042726.5轴力最大CLCB514126.042726.5弯矩最大L/4CLCB513166.933557.05轴力最大CLCB613004.254369.51弯矩最大3L/8CLCB512648.714446.17轴力最大CLCB612336.735483.13弯矩最大拱顶CLCB512441.484723.93轴力最大CLCB611662.395470.82弯矩最大表12、正常使用极限状态最不利内力组合列表截面位置荷载组合轴力〔KN〕弯矩〔KN*m〕说明拱脚CLCB2613425.112223.25轴力最大CLCB2513216.783970.55弯矩最大L/8CLCB2512454.742240.56轴力最大CLCB2512454.742240.56弯矩最大L/4CLCB2511585.233183.82轴力最大CLCB2611439.983909.23弯矩最大3L/8CLCB2511111.853912.28轴力最大CLCB2610833.33838.14弯矩最大拱顶CLCB2510990.293052.39轴力最大CLCB2610294.683578.72弯矩最大第五章结构验算5.1拱肋截面参数和其他计算参数图26哑铃型拱肋断面尺寸单管的钢管面积和抗弯惯性矩：哑铃形拱肋截面的钢管面积和抗弯惯性矩：混凝土的截面面积及惯性矩：哑铃形拱肋的混凝土面积和抗弯惯性矩：含钢率：钢管混凝土的组合轴压刚度和抗弯刚度按《钢管混凝土拱桥技术规程》〔DBJ/T13-136--2011〕〔以下简称《规程》〕表4.3.4，内力、应力、根本动力特性计算时，按《规程》表4.3.4，稳定与变形计算时，5.2主拱承载能力极限状态设计计算——构件计算《规程》第5.2.6条:钢管混凝土单圆管偏心受压构件强度承载力应满足：式中，——偏心率折减系数，按《规程》第5.2.7条规定取值。，，式中，5.2.1拱脚截面由于有限元建模时将哑铃形截面当做一个梁单元考虑，所以采用《规程》第5.2.1条进行内力分配，获得组成哑铃形的钢管混凝土单圆管构件的内力。计算系数：单肢钢管混凝土和整个构件截面抗弯刚度之比：因此，根据下面的公式可以得到分配到两个肢上的弯矩和轴力设计值：对于弯矩最大组合〔N=14339.8KNM=5422.49KN*m〕:对于轴力最大组合〔N=15225.91KNM=1870.95KN*m〕对于轴力最大组合的一肢：验算合格。对于弯矩最大组合的一肢：验算合格。5.2.2L/8截面对于轴力最大组合〔N=14126.04KNM=2762.5KN*m〕:对于轴力最大组合的一肢：验算合格。最大弯矩组合与最大轴力组合相同，不必验算。5.2.3L/4截面对于轴力最大组合〔N=13166.93KNM=3557.05KN*m〕:对于弯矩最大组合〔N=13004.25KNM=4369.51KN*m〕对于轴力最大组合的一肢：验算合格。对于弯矩最大组合的一肢：验算合格。5.2.43L/8截面对于轴力最大组合〔N=12648.71KNM=4446.17KN*m〕:对于弯矩最大组合〔N=12336.73KNM=5483.13KN*m〕对于轴力最大组合的一肢：验算合格。对于弯矩最大组合的一肢：验算合格。5.2.5拱顶截面对于轴力最大组合〔N=12441.48KNM=4723.93KN*m〕:对于弯矩最大组合〔N=11662KNM=5470.82KN*m〕对于轴力最大组合的一肢：验算合格。对于弯矩最大组合的一肢：验算合格。5.3主拱承载能力极限状态设计计算——结构整体计算将单圆管拱肋等效成单圆管构件。等效梁柱的计算长度采用无铰拱的0.36S，等效梁柱的两端作用力为拱的L/4截面处的弯矩与轴力。对于L/4截面，最大轴力组合为N=13166.93KNM=3557.05KN*m〔CLCB5〕最大弯矩组合为N=13004.25KNM=4369.51KN*m〔CLCB6〕5.3.1稳定系数稳定系数：按第5.3.6条规定，相对长细比为：哑铃形柱的长细比按下式计算：钢管混凝土哑铃形截面回转半径拱肋弧长S=165.12m哑铃形柱的长细比故5.3.2偏心率折减系数按照《规程》第5.3.5条：钢管混凝土哑铃形的偏心折减系数按下式计算：对于轴力最大组合N=13166.93KNM=3557.05KN*m对于弯矩最大组合N=13004.25KNM=4369.51KN*m5.3.3混凝土徐变折减系数钢管混凝土单圆管截面回转半径i=0.9080m截面计算半径r=2i-t=2*0.9080-0.015=1.801m哑铃形柱的长细比对于L/4截面处，钢管混凝土哑铃形偏压构件，其承受永久荷载引起的内力N=6525.4KN对于轴力最大组合：永久荷载引起的轴压力占全部轴压力的比例：6525.4/13166.93=0.4956查表5.3.11可得，混凝土徐变折减系数K1=0.8511对于弯矩最大组合：永久荷载引起的轴压力占全部轴压力的比例：6525.4/13004.25=0.5018查表5.3.11可得，混凝土徐变折减系数K2=0.84965.3.4初应力度影响系数《规程》第5.3.12条规定：钢管混凝土拱肋稳定极限承载力计算中，考虑初拉应力影响时，截面轴心受压承载力值应乘以初应力度影响系数。对于架设拱肋并浇筑混凝土施工阶段得到的L/4截面的内力为：N=3185.81KNM=2134.64KN*m对于轴力最大组合对于弯矩最大组合5.3.5稳定承载力《规程》第5.3.5条：钢管混凝土哑铃形偏心受压构件稳定承载力按下式计算：其中：故有，故稳定承载力满足要求。5.4空间弹性稳定分析《规程》第5.3.1条：钢管混凝土拱桥应进行空间稳定性计算，弹性失稳特征值应不小于4.0。计算时拱肋截面整体轴压刚度和弯曲刚度按4.3.4条中变形计算的规定取值。拱肋截面整体压缩设计刚度与弯曲设计刚度按以下公式计算：对于稳定分析，取按拱脚水平反力影响线布载，纵桥向全跨满载时拱脚处水平推力最大。用Midas软件进行屈曲分析，得到一阶失稳特征值为7.424>4,因此空间弹性稳定分析满足要求。屈曲模态如图：图29拱脚水平推力屈曲模态5.5主拱正常使用极限状态计算5.5.1拱肋和桥面挠度《规程》第6.0.5条规定：钢管混凝土拱桥，按短期效应组合〔汽车荷载不计冲击系数〕，消除结构自重产生的长期挠度后，拱肋在一个桥跨范围内的正负挠度绝对值之和不应大于跨径的0.001.对于跨径等于或大于200m的钢管混凝土拱桥，还宜进行舒适度计算和评价。在短期效应组合作用下，最大挠度为10.3446cm,最小为9.3895cm。最大最小挠度的差值为0.955cm,小于限值L/1000=150/1000=0.15m,满足要求。如以下图所示图30短期效应组合下拱肋最大最小挠度差值曲线图5.5.2钢管应力《规程》第6.0.7条：持久状况下的钢管混凝土拱肋的钢管应力不应大于0.8fy。钢管应力计算应计入初应力和钢管混凝土徐变引起的应力重分布。在正常使用极限状态最不利截面为拱脚截面，提取出其中的内力：轴力最大组合：N=13425.11KNM=2223.25KN*m弯矩最大组合：N=13216.78KNM=3970.55KN*m将轴力和弯矩分别按照轴压刚度和抗弯刚度进行分配，求得钢管最外缘应力。对于轴力最大组合〔N=13425.11KNM=2223.25KN*m〕钢管受到的轴力：钢管受到的弯矩：那么有：对于弯矩最大组合〔N=13216.78KNM=3970.55KN*m〕钢管受到的轴力：钢管受到的弯矩：那么有：钢管最大应力均小于0.8fy=0.8*345=276MPa,故持久状况下钢管混凝土拱肋的钢管应力验算满足要求。5.6施工阶段钢管应力5.6.1灌注腹腔混凝土阶段应力验算控制截面：拱脚截面3L/8截面此时，最不利工况为混凝土还未形成强度，由钢管承受荷载。拱脚：3L/8：稳定验算该施工阶段下其特征值为5.205>4.0,屈曲模态如图图27灌注混凝土完毕主拱圈屈曲模态5.6.2成桥阶段，即添加桥面铺装、防撞护栏等附属设施阶段应力验算控制截面：拱脚截面 3L/8截面此时，混凝土已形成强度，由钢管混凝土共同承受荷载。钢管内力可根据下式求得拱脚截面：3L/8截面：稳定验算该施工阶段下其特征值为7.631>4.0,屈曲模态如图图28成桥阶段主拱圈屈曲模态第六章施工方案简介6.1工程概况介绍桥名为河西大桥，桥长204m。该桥主桥为跨径150m的上承式钢管混凝土拱桥,引桥为跨径13m的简支梁桥。主拱圈为四肢哑铃形拱肋，矢跨比1/5,矢高30m，拱轴线为m=1.543的悬链线。拱肋高2.8m,等截面，拱肋钢管外围直径1m，厚15mm,内灌C50混凝土。拱上立柱也为钢管混凝土柱，外直径50cm,壁厚15mm,内灌C50混凝土。桥面系采用10m简支空心板。6.2确定施工方法该桥钢管拱悬臂拼装采用斜拉悬臂、缆索吊装施工方案。6.3施工过程6.3.1钢管拱节段预制钢管拱肋制作过程大致可分为：放样——煨弯、矫形——组拼。在放样时，要在接头处加放一定的余量，以保证能够满足施工方案的要求，并到达设计要求的精度。钢管煨弯、钢管矫形以及钢管组拼均应在相关规程下操作，以保证施工质量。6.3.2钢结构的焊接焊缝质量是否满足设计强度的要求是保证结构平安的关键。对于焊接材料的选择要根据相关技术标准进行选择，焊条、焊丝、焊剂均应符合现行国家标准，不得随意选择。焊接完成后要对焊缝进行抽样检测。焊缝质量检测分外观检测和无损检测两种。6.3.3管内混凝土制备与泵送钢管混凝土结构一般要求管内混凝土强度等级在C30以上。对于河西大桥，管内混凝土采用C50混凝土，钢管为Q345.配制C50以上混凝土，宜选用52.5号以上水泥。由于钢管混凝土施工对混凝土施工和易性要求较高，因此需要在混凝土内参加减水剂，以降低用水量和水灰比增大混凝土流动性，提高混凝土的强度与耐久性。为保证管内混凝土的密实性，通常需在混凝土内参加适量的膨胀剂。如果在混凝土中参加适量的粉煤灰，还能减少水泥用量，减少混凝土的的收缩徐变，增强混凝土性能。混凝土泵送常采用泵送顶升浇灌法。要保证管内混凝土的浇筑质量，通常要注意以下几个方面：首先要减小灌注混凝土时钢管内壁对混凝土的摩阻力，因此在灌注混凝土之前需要用水对钢管内壁进行清理，必要时泵入适量的水泥浆后再开始压注混凝土，直至拱顶钢管排浆管排出合格混凝土为止。其次要合理布置振捣系统。对于振捣系统的布置力求操作方便、振捣效果明显。排气措施布置。对于向钢管内灌注混凝土这项工作来说，排气孔的设置是至关重要的。排气孔的布置不能太疏或太密。太疏，排气效果不明显，施工质量得不到保证：太密，对钢管强度削弱太大，不利于结构的平安，同时，会增大开孔和焊接空口的工作量，经济性亦不强。6.3.4拱肋节段吊装1、河西大桥主拱跨径150米，四片拱肋。拱肋架设方法采用“五段吊”与悬臂组拼的方案。吊装时相邻两片拱肋先后分段吊装，及时用永久横撑将已吊装的两拱肋节段连成整体，首先吊装两边段拱肋。就为时，下端头先对准拱座上标画的中线落位，然后调整上端头标高，使其比设计标高〔包括预拱度〕高出15--30厘米，然后收紧扣索并卡紧。2、边段吊装完成后吊装次边段。边段拱肋长度为33m,次边段拱肋长度为30米，吊装质量约为30吨。在边段拱肋吊装就位后，就可开始吊装次边段拱肋。待次边段拱肋吊装就位后可将其下端头与边段拱肋上端头通过接头螺栓进行连接。但不能把接头螺栓拧死。通过扣索调整次边段拱肋中线位置，待满足设计标高要求之后才可将接头螺栓拧紧。3、合龙前，需要调整扣索索力，使拱肋线性满足设计要求〔包括预拱度〕。合龙段拱肋长度为25m,吊装质量为22.7吨。在合拢之前，拱肋悬出局部主要通过扣索索力保持平衡，合龙段吊装就位后、合龙之后，结构体系便发生了变化，显示出拱的受力特点。在将拱脚处的临时铰接撤除、改为固结之后，便可将扣索撤除，主拱圈架设完成。致谢毕业设计的顺利完成，首先非常感谢我的指导老师王老师。此次毕业设计是在王老师悉心指导和反复修改下完成的。王老师从一开始就对我们倾注了巨大的精力，每周都会认真检查我的设计内容与进度，提出自己的建议，并耐心的指正我设计中的错误。他勤奋严谨的治学态度、诲人不倦的工作作风、平易近人的为师风范都让我心生敬佩。在此向王老师表示诚挚的敬意！通过这次毕业设计，我收获了许多，这是一次对我大学四年学习成果的一次综合考察。我比拟系统的串连了我大学本科四年所学的知识，深刻感受到了桥梁工程专业的博大精深，觉得自己存在的差距还很大。在这炎炎夏日工作的几十天，虽然很辛苦，但是我的收获也是非常大的。通过反复看书查找相关资料，与同学进行讨论，不断向老师请教，毕业设计在反复的修改，设计图纸在不断的完善中。在老师的指导和同学的帮助下，我通过独立并较系统的完成一个桥梁的设计，比拟具体的了解了桥梁设计的全过程，在稳固已学课程的根底上，培养了自己思考问题、分析问题、解决问题的能力，同时接触和掌握了一些新的专业知识和技能。这次毕业设计为自己提供了一次很好的实践时机，为我将来的进一步深造和未来工作打下了良好的根底，是我人生中很重要的一次经历，也是一份巨大的收获。最后，感谢学院的领导和老师在百忙之中为我们细心指导设计，你们辛苦了，衷心地感谢各位老师！参考文献1.《公路工程技术标准》〔JTGB01-2003〕2.《公路桥涵设计通用标准》〔JTGD60-2004〕3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计标准》〔JTGD62-2004〕4.《公路桥涵施工技术标准》〔JTJ/TF50-2011〕5《结构设计原理》.叶见曙.北京：人民交通出版社6.《桥梁工程》.范立础.北京：人民交通出版社7.《桥梁工程毕业设计指南》.向中富.北京：人民交通出版社8.《钢管混凝土拱桥技术规程》〔DBJ/T13-136——2011〕9.《桥梁工程软件midascivil常见问题解答》.邱顺冬.北京：人民交通出版社10．《钢管混凝土拱桥技术标准与设计应用》.陈宝春韦建刚.北京：人民交通出版社11.《钢管混凝土拱桥》.陈宝春.北京：人民交通出版社附录一种评估桥梁可持续性的新方法民用根底设施工程,如桥梁会对与耐久性相关的诸多问题产生重大影响。因此,土木和结构工程师们设法做出一个耐久性较好的设计是很重要的。本文描述了一个评价桥梁耐久性的新模型。用来评估耐久性的指标是气候改变、资源利用、损耗、生物多样性和遗传、噪音、灰尘、振动、美学、就业、和商业、造价、维护费用、和使用者延误费用。本文也说明了每个指标的目标值并提供了具体的测量方法。本文还给出了一个评估双向两车道跨线桥三个备选设计耐久性的案例研究结果并提供关键参数的输入细节。对于既定结构，将个体影响转化为整体的耐久性得分的方法是本文的特别之处。文章结尾对进一步提高既选设计耐久性进行了讨论。1、介绍自九十年代中期以来，英国政府一直鼓励建筑业在各个方面强化可持续开展的原那么〔Aryaetal,2008;detr,1998),包括材料提取、产品制造、运输、施工、设计、管理、维修和翻新,拆迁。从可持续开展目标以及建设行业复杂影响来看，如此做法的原因是很明显的。一般来说,可持续开展是在保护环境的同时完成经济增长目标,因而，经济效益和环境效益均可用于社会，不管是现在还是未来。(WCED,1987)。英国建筑行业奉献了百分之八的国内生产总值并为约三百万人提供就业〔DBERR,2008〕。在英国，每年每个男性、女性和孩子要使用大约六吨的建筑材料〔DETR,1998;DTI,2006〕。建筑物的施工、占有空间和维修分别占到了所有二氧化碳排放量的百分之五十、填埋垃圾的百分之三十和消耗水资源的百分之五十〔DBERR,2007〕。这样就很容易明白了，建筑行业对可持续开展进程，所谓的经济、环境和社会的各个方面均有重大影响，因此英国政府声称它是实现可持续开展的先锋。根底设施施工,包括一些工程如交通、通信和公用事业的施工,是建筑行业很重要的一局部，它却受到比建筑设计更少的关注〔Willettsetal,2010〕。根据Willettsetal，出现这种情况的原因是政府认为土木工程部门正在为提供持久的根底设施而开展自己的策略。尽管近些年来一些方针政策出台了，然而，总体来说，它还未证明对于土木工程师应用这些可持续开展的原那么到工作中是容易的。这样，当该领域的很多人易于理解可持续开展的目标时，当今的时间需要作出哪些改变就不那么明显了。工程师总是想着既要提高资源利用率、设计要通过开展新型的结构形式、施工方法。因此，建筑行业被认为帮助政府满足各种义务或抱负的关键的原因可能是一个障碍。然而，这只能通过测试工程效率是否从造价角度和其他明确的参数像气候改变、资源利用和对社会的影响。否那么会有这样一种危险，那就是工程师继续开展那些与已经消失的方案相似的被Ugwuetal称作比喻性质的设计，他相信它们是可持续的，提出那些仅仅通过最小标准的设计，这些标准陈列于时间标准与标准中〔WilliamsandDair,2007〕。桥梁是民用根底设施中常见的结构，并且可以作为在传递什么和工程师努力完成什么之间空白的补充。近些年，关于桥梁耐久性的大量研究得以报道。Martin〔2004〕提出了一个描述混凝土桥梁耐久性的新方法，强调将之与英国高速公路理事文件〔HighwaysAgency,2001a〕中设计用耐久性保持一致的重要性，以确保一个长期的使用寿命并使保养、维修本钱最小化。桥梁改造后延长使用寿命的能力是一个重要的耐久性问题，因为民用根底设施像桥梁，正常情况下使用寿命要求不止100年。例如，当荷载增加或者桥梁加宽以增加承载能力时，显然能够改造桥梁以维持其长期使用性能是令人期望的，而不是撤除重建。从混凝土桥梁设计、施工队人类生活的影响角度看,Martin(2004)强调外观的重要性，以及对环境造成的危害。Collings(2006)进行了一项关于不同类型桥梁〔梁桥、系杆拱桥和斜拉桥〕在施工和运营期间能量利用与二氧化碳排放的研究，并考虑了三种材料组合〔混凝土、钢材以及钢混组合材料〕。他发现了帮助设计者考虑环境因素的四大原那么。特别地，为了对环境负担有一个实质性的影响，将循环利用材料从低能材料中分出来，防止像绘画，塑料这样拥有高能的产品，防止二氧化碳排放，需要替代效劳。Horvath和hendrickson(1998)研究了钢桥和混凝土桥梁的施工的环境效应。他们发现，以新的未加工的钢筋混凝土为材料的桥梁比钢桥对环境的危害更小，这主要是由于制作钢梁过程中消耗了巨大的能量。然而，如果回收的的钢材或钢梁能够再次利用，那么结果是相反的。利用回收的或已经存在的钢构件有很大的前景然而混凝土是很难再次利用或者循环使用到更高等级的结构中。很明显，一座桥梁的耐久性和建造材料的选择将要影响它是否在设计寿命之前废弃。SurreyCountCouncil正在寻找方法监控维护桥梁网的环境效应〔Steeleetal.,2000〕.已发现，不同的结构形式需要不同的维护策略并且会对环境有不同的影响。Steeleetal.(2000)用生命周期评估的方法来比拟一些桥梁设计对环境的影响，但获取可靠数据的困难已经限制了它的使用。桥梁结构的设计、耐久性、材料选择、加固和实用性对桥梁结构的持续性的重要影响已经得到了突出强调。〔Steele,2004;steeleetal.,2003〕Arya和Vassie(2005)提出了一个简单的评估比拟混凝土桥梁维护方案效果的伪定量方法。他们发现需要不断更新的维修技术会对结构持续性产生重要影响。Ugwuetal.(2006a)提出了一个针对民用根底设施连续性的分析决策模型。多重分析标准和一个分析等级程序用来完善源自关键性能指标的模型。这个模型适用桥梁设计的研究〔Ugwuetal.,2006b〕，而且有很多潜在的功能，尽管数据来源可靠性要求较高使之受到了限制。这个研究特别强调人们做决策的全面性。尽管这些研究为设计者提供了有用的信息，但是现有工具和模型很难运用于实践中因为有些是很复杂的而且有些还不成熟。很多是定性分析的，对于需要精确计算的工程师没有太大的吸引力。一些主要针对环境问题。另一些考虑了所有的方面但没能集合各个方面，这让从几个现有的方案中选出最具连续性的方案很困难。在解决这些问题的过程中，一种新工具得到了开展，那就是结构连续评定系统。人们希望这个工具有助于土木工程师进一步重视结构设计中的连续性，并且鼓励更多的工程师将连续性原那么运用到他们每天的工作中。结构连续评定系统主要用于评定桥梁结构，但是这种方法论运用到其他结构类型中也是高效且适用的本文介绍结构连续评定系统并解释了连续性如何通过模型测试。通过一个评定桥梁三个备选方案的案例来展示它的用处。2，结构连续评定系统可持续性指标图一表示建立用于测试连续性的指标。这些指标根据连续性的关键内容分为三组——环境保护、社会和经济。环境保护包括气候改变，资源利用，废弃物和生物多样性和基因。可持续性指标经济环境保护社会经济环境保护社会就业和商业造价维护费用就业和商业造价维护费用使用者延误费灰尘噪音振动美学气候改变资源利用废弃物生物多样性和基因.图一，结构连续评定系统指标社会因素包括灰尘、噪音、振动和美学。经济指标包括就业和商业、造价、维护费用以及使用者延误费用。像气候改变、资源利用和造价等因素的影响能够从数值角度评估。评