河南某桥梁工程上承式拱桥设计方案(含计算书)

1第一章方案设计与比选洪溪河大桥桥位处，两岸地形自然坡度较缓，地面下3至5米为泥土覆盖层，覆盖层下为砂岩。无水文及通航要求。桥面横坡为：双向2%多年平均气温17.9℃,极端最高气温41.7℃,极端最低气温-3.5℃。1.1.2桥位纵断面资料21.2.1初拟桥型图式根据桥址地形、地质、水文条件和技术标准的要求，拟且各具特色并可能实现的若干个桥型方案图式。共提出了6种桥型图式，归纳起来主孔桥型有上承式立柱式简支腹孔布置的钢筋混凝土箱板拱跨外锚式悬索桥桥、简支梁桥以及连续梁桥。(参见草图)从总体布置，受力合理，技术可靠，施工方便，技术经济等多方面考虑后，选出以下3个图式来编制桥型比较方案.3(1)孔径布置：本方案由两侧引桥和中间主跨组成.孔径布置为：3×16+130+4×16米，全长242米.本桥址地形成V字形，无通航要求，桥面标高与地面最低标高(2)主跨结构构造：主桥采用等截面悬链线无绞拱.主拱圈采用单箱单室截面，箱高2米，总宽为7.88米.拱箱内布设横隔板，横隔板位置除腹拱墩下必须设置外，其余为跨径方向3m设一个横隔板，拱上建筑采用梁式拱上建筑，主梁采用10米预制空心板，两侧引桥为16米装配式预应力混凝土空心板简支梁桥.(3)墩台及基础：采用重力式U型桥台.引桥桥墩采用纵桥向宽度为80厘米的柱式桥墩，拱上立柱为80cm×100cm矩形柱.所有基础均采用钻孔灌注桩基础.(4)施工方案：主跨的箱形主拱圈采用无支架门式缆索吊装施工.主拱圈分为3个箱肋，每个拱肋纵向分为5段进行预制吊装.箱肋间现浇混凝土组合成整体箱.拱(5)主要工程数量表见图中所示.4(1)孔径布置：本方案由三跨连续梁桥直接跨过，没有引桥部分。孔径布置为：63+110+63,全长为236米。整体布置轻盈美观，采用墙式桥墩，纵桥向墩宽为1.8米，由于地形条件而导致两桥墩的高度设计不一样，其刚度满足桥梁的变形要求，采用三跨连续梁桥的形式可以减少桥跨中的弯矩，但其根部负弯矩较大，需要施加预应力来改善其结构受力，由于主梁截面在桥跨方向上随弯矩变化形式改变，使桥梁质量主要集中在根部处，使桥梁整体受力良好，对地质条件要求较低，能适应不良地基。但需(2)主跨结构构造：本桥采用墙式桥墩三跨连续梁体系。梁高和底板厚度均采用抛物线型变化。支点和跨中梁高分别为5米，2米。箱梁中共设4道横隔板，其中两中墩墩顶各设1道，两边桥台支撑处各设1道。(3)墩台及基础：主跨采用立墙式墩，墩高分别为35.1米和29.8米。墩身截面尺寸为1.8m×6m。墩身有足够强度以承受上部构造传递的荷载。桥墩基础均采用柱径为1m的圆形转孔灌注桩基础。两边桥台均为钢筋混凝土重力式U型桥台。(4)施工方案：主跨采用挂篮悬臂浇注法，共设2个挂篮工作面，对称逐段浇注浇筑施工，先在边跨处进行支架浇筑合拢施工，边跨合拢时中跨未合拢段需进行预压(5)主要工程数量表见图中所示.(1)总体布置和结构体系：此方案的桥跨布置为6x40m。桥跨均为标准跨径。5(2)主梁截面：主梁均采用T形截面。40m跨梁高2.5m,与主跨的比值为1/16。桥面宽7+2×2m。主梁混凝土标号为45号。(3)桥墩：桥墩为三柱式桥墩，基础为扩大基础.(4)施工方法：主梁采用预制装配，桥墩采用滑模施工.方案类别比较项目第一方案第二方案第三方案主桥跨桥型结构上承式拱桥简支梁桥×16)米米(主拱圈高度)10m长0.5m高空心板2~5m变高度箱梁2.5m等截面钢箱梁主桥跨结构特点预应力混凝土连标准跨径拱续梁桥，主梁采用单的简支T梁圈采用箱形板式截箱上、双室变高度箱梁，墩身采用为预应力受弯构件混空心薄墩.墩身为柱式桥墩.凝土悬链线拱桥。扩大基础及重力式U型桥台.建筑造型简曲线圆润优美，六跨简支，主梁轻巧拱桥面连续平顺，工程量小，美观，全桥质感均衡.简洁。少少少设计经验水平有较成熟的经验有成熟经验国际先进水平国际水平国内水平主梁采用预制装配式633推荐桥型方案过以上易程度灵悬臂浇注施工，不难过高，施工较困难。工程数量经混凝土(方)高强钢丝 钢筋(kg)短较长短经济，技术比较后，推选第一方案作为推荐桥型方案，其理由如下：1.该桥位地形成V字形，地质情况良好，能够满足拱桥对地基要求较高的要求。桥面标高与地面最低标高高差较大，修建拱桥可以一跨跨过沟谷，避免了修建高大桥墩，减少了下部构造工程量。2.第一方案采用箱肋组合成拱。主拱采用分段预制，缆索吊装的施工技术，吊装重量较小，无须大型吊装设备。主梁采用10米的空心板，采用预制安装。整座桥施工速度较快，工期较短，施工技术成熟。3.第二方案采用主跨为110米的连续梁桥，其预应力筋用量较大，使桥梁造价增大。且因须施加较多预应力，使施工较为复杂，又因运用挂篮悬臂浇注施工，使其工期较长。第三方案采用40m简支梁体系，修建桥墩较多，墩较高，且体积庞大，这样导致其下部构造工程量显著增大，工期较长。主要工程量计算结果表明，第一方案工程量最小。且拱桥施工技术成熟，施工工期较短，施工费用不会太高。这样整座桥造价最省。4.拱桥主要承受轴向压力，不会因为混凝土收缩徐变而导致过大的挠曲，这对于多年后的高速行车有利。且拱桥超载潜力较大，这适应未来交通发展交通量增大较快的要求特点。且其耐久性能较好。综合经济指标较好。7第二章营运阶段主拱圈的设计计算及验算(手算)净7.0附2×2.0m人行道fo/lo=1/5拱圈材料重力密度r1=24kN/m³拱梁顶部盖板为M10浆砌C40混凝土预制板，其余均为C40现浇混凝土，其强度设计值分别为5.84MPa和15.64MPa,砌体Em=22000MPa,C35混凝土弹性模量为3.25×10⁴。拱上建筑采用的是跨径为10m的简支板。8假定拱轴系数m=1.756,yi/4/fo=0.23拱轴线拱脚处切线与水平线交角φs=tan4441.07/1000×1/5=41.612(1994年拱桥手册上册附表(III-2),sinp,=0.6641,cosp,=0.7477拱圈截面如图2.2所示，其几何力学性质如表2.1所示。拱圈截面由C40混凝土浇筑而成，图2.2箱型拱圈截面(尺寸单位：cm)编号面计算(m)换算面分块面积重心至全截距y(m)积矩心轴惯矩1230.1×419560.1×7合计I=I,+I'-Ay,²=0.5057+8.9206-6.截面号cos中φ中12345678拱脚01123451/4跨6789001111注：(1)第7栏为截面重心至截面下缘竖直距离；(2)本表截面半拱分为12段，与《1994年手册》附录图IⅢ-1对照，本表截面号的2倍为《1994年手册》附录图IⅢ-1的截面号，例如本截面号2,相当于附录图IⅢ-1内为截面号4;(3)第2栏自《1994年手册》附表(Ⅲ)-1查得，第4栏自附表(IⅢ)-2y1/4/f。可按下式求得：∑M/4—拱的自重作用下，半拱自重对拱跨1/4点弯矩；∑M,—拱的自重作用下，半拱自重对拱脚的弯矩；计算参见表2.3-2.5。立墙号距拱脚相应y1相应距拱脚(mm)相应0号垫梁墙帽总重墙身横系总重1/4跨弯矩拱脚弯矩力臂弯矩力臂弯矩0合计2)拱圈半拱悬臂自重作用下，1/4跨和拱脚的剪力和弯矩。拱圈截面面积应采用几何截面面积，自《1994年手册》附表(III)-19(6),拱圈半拱悬臂自重作用下1/43)以上计算合计m=1.756时相应yi/4/fo=0.23,计算值0.2329接近该值，所以假设m值是正确的。H=∑M,/f。=514950.6/23.2523=22146.2.5弹性重心位置、弹性压缩系数和拱自重弹性压缩水平推力弹性中心离拱顶距离ys,可自《1994年手册》附表(Ⅲ)-3求得。y,/fo=0.3478,y,=0.3478×fo=8.按《1994年手册》公式(4-18),由于弹性压缩引起的弹性中心的赘余力(推力为正，拉力为负)为：系数μ和μ可自《1994年手册》附表(IⅢ)—9和附表(II)—11求得。(以上计算取每米拱宽，I为弯曲平面内截面惯性矩，A为截面面积，6.2568为表内数据，r为截面绕x轴回转半径，f。为计算矢高)“/(1+μ)=0.01024/(1+0.008509)=0.018749△H=-μ,/(1+μ)H=-0.018749×2212.6.1拱顶截面(12号截面)y=v,-y,=0-8.087=-8.087m[《1994年手册》公式(4—25)]计入弹性压缩的水平推力：轴向力弹性压缩弯矩(△H为弹性压缩水平推力)本例假定拱轴系数符合不考虑弹性压缩的压力线，自重作用下，仅有弹性压缩弯矩。2.6.2拱脚截面(0号截面)计入弹性压缩的水平推力N=H/cosφ=21731.00257/0.7477=29063.7997kN=15.1653×(-0.018749×22146.222.7公路—I级汽车荷载效应拱圈宽度为7m,承载双车道公路—I级汽车荷载。按《公路圬工桥涵设计规范》第5.1.3条，拱上建筑采用墙式墩且活载横桥向布置不超过拱圈以外，可考虑活载均按《通规》条文说明公式(4-7)、(4-8),自振频率计算如下：1—计算跨径：z=116.3282m;E一结构材料弹性模量(N/m²),E=3.25×10⁴MPa=3.25×10'N/m²;6.2568×24=150.163kN/m,换算为质量，其值为=0.7298Hz按(通规)第4.3.2条，当f1<1.5HZ时，冲击系数μ=0.05,据此，汽车均布荷载为1.05×2×10.5=22.05kN/m,集中荷载1.05×2×360=756kN/m,以上荷载用于全2.7.2拱顶截面为了加载公路—I级均布荷载，拱顶截面考虑弹性压缩的弯矩及其相应的轴向力影响线面积，可自《1994年手册》附表(IⅢ)-14(27)查得，其值为：为了加载公路—I级集中荷载，拱顶截面不考虑弹性压缩的弯矩影响线坐标及与其相应的轴向力(拱顶即为水平推力)的影响线坐标可自《1994年手册》附表(Ⅲ)-13(16)和附表(Ⅲ)-12(4)分别查取最大正负弯矩(绝对值)影响线坐标和相应相应的水平推力影响线坐标H,=[表值]×1/f=[表值]×116.328/23.252=[表影响线正弯矩负弯矩均布荷载考虑弹性压缩弯矩影响线面积相应的轴向力影响线面积集中荷载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标(24号截(10号截标(24号截(10号截(1)拱顶截面正弯矩相应是考虑弹性压缩的轴向力N=22.05×37.279=822.002KN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩相应的不考虑弹性压缩的水平推力弹性压缩附加水平推力弹性压缩附加弯矩考虑弹性压缩的水平推力H=H,+△H=877.716-16.456=考虑弹性压缩的弯矩(2)拱顶截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩相应的考虑弹性压缩的轴向力N=22.05×36.38=802.179K集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩相应的不考虑弹性压缩的水平推力弹性压缩附加水平推力弹性压缩附加弯矩H=H,+△H=402.948-7.555=395.393KN.m2.7.3拱脚截面的轴向力影响线面积，可自《1994年手册》附表(Ⅲ)-14(27)查得，其为了加载公路—I级集中荷载，拱脚截面不考虑弹性压缩的弯矩影响线坐标及与其相应的水平推力和左拱脚反力的影响线坐标(拱脚反力不受弹性压缩影响，没有弹性压缩附加力)可自《1994年手册》附表(IⅢ)-13(16)、附表(IⅢ)-12(4)和附表(Ⅲ)-7(4)分别查取最大正负弯矩(绝对值)影响线坐标、相应的水平推力影响坐标和左拱脚反力影响线坐标，其值为：弯矩影响线坐标M=[表值]z=[表表2.7拱脚截面弯矩及其相应的水平推力和左拱脚反力影响线正弯矩负弯矩均布压缩弯矩影响线面积相应的轴力影响线面积9载不考虑弹性压缩弯矩影响线坐标(17′号截面)5(7号截面)相应的水平推力影响线(17号截(7号截面) 相应的左拱脚反力影响线坐标(17'号截面)(7号截面)(1)拱脚截面正弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩Mx=22.05×245.881=5421.6相应是考虑弹性压缩的轴向力N=22.05×51.148=1127.813kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩相应的不考虑弹性压缩的水平推力弹性压缩附加水平推力弹性压缩附加弯矩考虑弹性压缩的水平推力H=H,+△H=17316.18-324.661=16991考虑弹性压缩的弯矩Mma=M'+△M=4442.256-4923.581=481.与M相应的左拱脚反力v,=1.2×756×0.29265=265.4轴向力=16991.519×0.7477+256.492×0.6641=1287(2)拱脚截面负弯矩均布荷载作用下考虑弹性压缩的弯矩相应的考虑弹性压缩的轴向力N=22.05×42.549=938.205kN集中荷载作用下不考虑弹性压缩的弯矩Mmi=-756×7.215=-5454相应的不考虑弹性压缩的水平推力弹性压缩附加水平推力弹性压缩附加弯矩=(23.252-8.087)×(-10考虑弹性压缩水平推力H=H,+△H=5482.512-102.79考虑弹性压缩的弯矩与M相应的左拱脚反力v,=1.2×756×0.93848=851.3轴向力N=Hcosp,+v,sing,=5379.72×0.7477+851.389×0.6641=4587.824kN2.7.4.拱顶、拱脚截面汽车效应标准值汇总正弯正弯负弯Mmin效应力正弯矩负弯矩单位拱顶拱脚弯矩2.8《规范》第5.1.1条第1款拱的强度验算用的人群荷载效应人群荷载分布于拱圈宽度以外，按《规范》5.1.3条，应该考虑人群荷载的不均匀分布。当人群荷载在桥两侧布置时，因为对称加载，全拱宽每米长度荷载强度为4×当人群荷载仅在一侧布置时，因为偏心荷载，拱圈外缘受力强度高，以偏心受压方法，近似地计算如下：取拱圈顺桥向单位长度，拱圈受压面积A=1×7.88=7.88m²,截面弹性抗力矩W=1×1×7.88²/6=10.349m³。竖向力V=2.67KN/m,偏心弯矩M=2.67×4.5=12.015KN.m边缘最大压力强度平均压力强度偏心系数4.4254.425×2.67=11.815kN/m>两侧对称分布强度10.68kN/m,采用11.815KN/m。人群荷载效应，可利用汽车均布荷载效应值乘以11.815/22.05=0.536。人群荷载效应标准值见表2.9效应拱顶拱脚正弯矩Mmax负弯矩Mmin正弯矩Mmax负弯Mmin力弯矩2.9温度作用和混凝土收缩作用效应1)当地历年最高日平均温度为41.7°c,最低日平均温度为-2c,按《通规》第结构升温39.64-15=24.64c,降温20+1.044=21.044℃。按《1994年手册》公式(4-32),温度变化引起的弹性赘余力h,为：式中：α—砌体线膨胀系数，按《规范》表3.3.5-3,a=0.000008;△,—温度变化值，℃;μ—系数，见第5款，μ=0.008509。以上计算为温度变化1c,全拱宽的弹性中心赘余力，温升取正值，温降取负值。按《规范》第5.1.8条，温度作用效应已在上式乘以0.7折减系数。温度下降21.04°c,H,=-21.04×13温度变化引起的截面作用效应见《1994年手册》公式(4-33)、公式(4-34)。拱顶截面温度上升引起的轴向力N,、弯矩M,和剪力v,N,=H:cosφ=324.46×1=324.46kNM,=H(yi-ys)=324.460×(0-8.807)=-2623.拱顶截面温度下降引起的轴向力N,、弯矩M,和剪力v,N,=H,cosφ=-277.055×1=-277.055kNM,=H,(yi-ys)=-277.055×(0-8.807)=-2240.拱脚截面温度上升引起的轴向力n,、弯矩M,和剪力v,N,=H,cosφ=324.460×0.7477=242.599kNM,=H(yi-ys)=324.460×(23.252-8.807)=4920.V,=H,sinφ=324.460×0.6641=215.4拱脚截面温度下降引起的轴向力n,、弯矩M,和剪力v,N,=H,cosφ=-277.055×0.7477=-207.154kNM,=H(yi-ys)=-277.055×(23.252-8.807)=-4201.V,=H,sinφ=-277.055×0.6641=-183.9922)混凝土收缩效应为永久作用效应，其计算方法与温降作用相同。本设计为预制和现浇构件组合体。现设各构件合拢时的平均龄期为90天，这样可以利用《公路预应力混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)表6.2.7计算求得混凝土应变终极值。(t,t。)。设桥梁所处环境的年平均相对湿度为80%。理论厚度为h=2A/u,其u=[7.88+7.88+2+2+6(1.44+1.44+0.96+0.³,相对于降温混凝土收缩在弹性中心赘余力HS上式计算中，按《规范》第5.1.8条规定，混凝土作用效应已乘以0.45。拱顶截面由于混凝土收缩引起轴向力Ns、弯矩Ms、和剪力Vs.M,=H,(y₁-v,)=-155.924×-8.087=1260.957KN拱脚截面由于混凝土收缩引起轴向力Ns、弯矩Ms、和剪力Vs。Ns=Hcosφ=-155.924×0.7477=-116.584KNM,=H(v₁-)=-155.924×(23.252-8.087)=V=Hssinφ=-155.924×0.6641=-103.549KN2.10《规范》第5.1.4条第2款拱的整体“强度-稳定”验算用的荷当拱上建筑的腹拱合拢之后，按《规范》第5.1.1条规定拱上建筑为拱式结构的拱桥计算，可考虑拱上建筑与主拱圈联合作用。在拱上建筑合拢以前，不能考虑拱上由于不考虑拱上建筑与拱圈的联合作用，所以考虑全部永久作用和活载作用验算“强度-稳定”。1).《规范》公式(5.1.4)内，其永久作用水平推力，以第6款第1项，可得计Ng=21731.003/cosp=21731.003/cos21.790°=23403.120KN,其中2).《规范》公式(5.1.4)内，其中汽车均布荷载水平推力拱的推力影响线面积，按《1994年手册》附表(Ⅲ)-14(27),去1/4拱跨处与Mmax相应的H影响线面积Hg=139.873×23.252=3252.327K。轴向力N=3252.327/cos21.790⁰=3502.584kN。3)按《规范》公式(5.1.4),其中汽车集中荷载的水平推力，可按《1994年手册》附表(III)-12(4),取拱顶不考虑弹性压缩的水平推力影响线坐标，即0.23219×,轴向力4)按《规范》公式(5.1.4),其中人群荷载的水平推力，可利用上述第2)项的=1678.476KN,轴向力Np=1678.476/cos21.79°=1807.630KN。5)按《规范》第5.1.4条第2款，轴向力偏心距可取水平推力计算时同一荷载布置的拱跨1/4处弯矩设计值Ma除以轴力设计值Na。假定永久荷载不考虑弹性压缩的自6)按《规范》第5.1.4条第2款，轴向力偏心距可取水平推力计算时同一荷载布置的拱跨1/4处弯矩设计值Ma除以轴力设计值Na。汽车均布荷载作用下，拱跨1/4处正负弯矩影响线面积，按《拱桥手册》附表(III)-14(27)为：(0.00902-0.00984)×1。²=-0.00082×116.328²=-11.096。汽车均布荷载弯矩：×116.328=2.398,弯矩为：M'=2.398×756=1812.888KN,考虑弹性压缩的弯矩为：.m汽车荷载弯矩合计为：温度上升N=324.46/cosφ=324.46/cos21.7温度下降N=-277.055/cosp=-277.055/cos21.79°=温度作用的偏心距计算，可先计算温度作用下1/4跨弯矩，然后除以相应轴向力。温度作用下1/4跨弯矩为：温度上升M=0.7H(yi-yo)=0.7×349.426×(5.348-8.087)=-669.954kN.m温度下降M=—0.7H,(yi-yo)=—0.7×298.374×(5.3488)按第9款第2)项，混凝土收缩赘余力为Hs=-155.924KN,混凝土收缩轴向力N=--155.924/cos21.807°=-167.922KN混凝土收缩作用的偏心距计算，可先计算混凝土收缩作用下1/4弯矩，然后除以相应轴向力。混凝土收缩作用下1/4弯矩为：M=Hs(y,-v,)=-155.924×(5.348-8.807)=427.2.11拱脚截面直接抗剪强度验算用的荷载效应自重产生的左拱脚反力，自表5第4栏及第3款第2)项知，拱上建筑为10377.97KN,拱圈自重为9622.541KN,合计R₁=20000.511kN,自重产生的左拱脚考虑弹性压缩的水平推力，自第6款第1)项可得，Hg=21731.003KNv=R₁cosp,-Hsinp,=21731.003×0.6641-20000.511×0.7477=-522.823kN2.11.2汽车荷载效应汽车荷载考虑弹性压缩的水平推力影响线面积按《1994年手册》附(IⅢ)-14(27),可取拱顶处，与Mmax相应的水平推力的影响线面积和与Mm相应的水平力H影响线面积之和，即(0.06409+0.06255)ײfo=73.702。汽车均布荷载产生的考虑弹性压缩的水平推力为：73.702×22.05=1625.129kN.汽车集中荷载不考虑弹性压缩的水平推力影响线坐标，按《1994年手册》附表(Ⅲ)-12(4),其最大值为：0.23219×lo/fo=0.23219×116.328/23.252=1.162。汽车集中荷载产生的不考虑弹性压缩的水平推力为：H=1.162×756=878.472kN;考虑弹性压缩的水平推力为：汽车荷载考虑弹性压缩的水平推力为：H=1625.129+862.002=2487.131KN汽车均布荷载左拱脚的反力影响线面积，按《1994年手册》附表(Ⅲ)-14(27),可取拱顶处，与M相应的左拱脚反力影响线面积和与M相应的左拱脚反力影响线面积之和，即(0.14553+0.35447)1=58.164,汽车均布荷载产生的左拱脚反力为：汽车集中荷载左拱脚反力影响线坐标，在跨中截面(集中荷载设于跨中截面，为的是与求水平推力时一致)坐标按《1994年手册》附表(IⅢ)-7(4)为0.5。由汽车集中荷载产生的左拱脚反力为：R,=1.2×0.5×756=453.6kN(按《通规》第4.3.1条，集中荷载计算剪力时乘以1.2)。汽车荷载作用下的左拱脚反力为：R,=1282.516+453.6=1736汽车荷载拱脚截面剪力为：v=R₁cOSp,-Hsing,=2487.131×0.6641-1736.12.11.3人群荷载剪力考虑弹性压缩的水平推力影响线面积，按第2)项为73.702,人群荷载考虑弹性压左拱脚反力影响线面积按第2)项为58.164,人群荷载产生的左拱脚反力为：v=R₁cOsφ,-Hsinp,=884.424×0.6641-697.968×2.11.4温度作用效应温度作用效应见第9款第1)项，拱脚温度上升时剪力V€=215.474kN,拱脚温度下混凝土收缩效应见第9款第2)项，拱脚混凝土收缩剪力Vs=-103.549kN.(1)自重N=Hcosφ,+R,sinp,=21731.003×0.7477+20000.511×0.6641(2)汽车荷载N=Hcosp,+R,sinp,=2487.131×0.7477+1736.116×0.6641(3)人群荷载N=Hcosp,+R,sinp,=884.424×0.7477+697.968×0.6641(4)温度上升N=324.460kN温度下降N=-277.055kN(5)混凝土收缩N=-166.584KN(见第9款)1拱圈强度验算按《规范》5.1.4条第1款进行，其作用效应标准值见表2.10表2.10拱圈强度验算作用效应标准值(拱全宽)作用作用效应单位拱顶拱脚正弯矩负弯矩正弯矩负弯矩永久荷载轴向力弯矩汽车荷载轴向力弯矩人群荷载轴向力弯矩温度上升轴向力弯矩温度下降轴向力弯矩混泥土轴向力收缩弯矩2.拱圈整体“强度-稳定”验算按《规范》5.1.4条第2款进行，其作用效应标准值见表2.11。表2.11拱圈整体"强度-稳定"验算作用标准值(拱全宽)效应作用轴向力弯矩永久荷载人群荷载温度上升温度下降混凝土收缩3.拱脚截面直接抗剪强度验算按《规范》4.0.13条计算，其作用效应标准值见表表2.12拱脚截面剪力及其相应的轴向力标准值(全拱宽)效应作用剪力与剪力相应的轴向力(kN)永久荷载人群荷载温度上升温度下降混凝土收缩2.13拱圈截面强度验算拱圈截面强度验算按《规范》5.1.4条第1款规定进行。当按《规范》第4.0.6条计算时，不计长细比β,β,对受压构件承载力的影响，即令β,β,小于3取为3.按《通规》公式(4.1.6-1),结构按承载能力极限状态设计的基本组合为：y。一除汽车作用效应(含汽车冲击力、离心力)外的其他可变作用效应的组合按《规范》公式(4.0.5)计算承载力A——构件截面面积，每米拱宽A=6.2568m²;f——标准层抗压强度设计值，C40混凝土围f。=15.64Mpa—偏心距e和长细比β对受压构件承载力的影响系数，见《规范》第4.0.6、,——分别为x方向和y方向偏心受压构件承载力影响系数；x、y——分别为x方向和，方向截面重心至偏心方向的截面边缘的距离；e、e,——轴向力在x方向和y方向的偏心距，e=0,e,=M/N,其中M为绕x轴的弯矩设计值，N,为轴向力设计值；m——截面形状系数，矩形截面m=8当β、β,小于3时取为3.在截面抗压强度验算中，按《规范》第4.0.5条采用抗压强度设计值换算截面，其几何力学性质计算见表5.1-12。但是，对于；、i,,按《规范》第4.0.6条，应采用弹性模量换算截面，;见表5.1-1及相关计算。编号尺寸几何面积强度比例系数换算面积分块面积重心至底边距离对底边面积矩112130.1×(0.3+0.1)14115160.1×(0.3+0.1)1718换算截面重心至截面底边距离换算截面重心至截面顶边距离y,=2.0-0.990=1.010m由于以抗压强度设计值计算的换算截面重心轴(y。=0.990m)较以弹性模量计算的换算截面重心轴(yb=1.010m,见表5.1-1及其应用)低0.01m。所以前面计算的偏心距应作修正，新的偏心距应为e=e'+0.01m,其中e为前面以弹性模量计算的换算截面偏心距(正弯矩时e为正值，表示在弹性模量换算截面重心轴以上，负弯矩时e为负值，表示以下)。在截面强度验算中，不计β、β,即令β,β,小于3取为3.这样公式(4.0.6-2)、(4.0.6-3)等号右边第二项均为1.0;以上计算中，y值当偏心向上时取y=yt=1.010m,当偏心向下时取y=yb=0.990m。拱顶截面验算由表2.13A和2.13B两表完成，其中表2.13A内n。的结构自重分项系数取1.2,表2.13B内n。的结构自重分项系数取1.0,两表各以较大的轴向力和较大的偏心距对承载力作比较。表2.13A拱顶截面强度验算(拱全宽)作用效应466表2.13B拱顶截面强度验算(拱全宽)作用效应注：上两表计算中，偏心距限值均在《规范》表4.0.9规定范围内。偏心距限值为0.6S=0.6×1=0.6m,以上计算均小于0.6m。承载验算也上两表计算中，Md的结构自重分项系数，凡使弯矩总和绝对值较大者取1.2,反之取1.0.系数取1.2,表2.14B内N。的结构自重分项系数取1.0,两表各以较大的轴向力和较表2.14A拱脚截面强度验算(拱全宽)作用效应表2.14B拱脚截面强度验算(拱全宽)作用效应注：在表2.14A和表2.14B计算中，偏心距均e,符合《规范》表4.0.9规定。偏心距限值为0.6s。重心轴以上0.6s=0.6×1=0.6;以上计算均符合规定。以上两表计算中，M,的结构自重分项系数，凡使弯矩总和绝对值较大者取1.2,反之取1.0。2.14拱圈整体“强度一稳定”验算拱圈整体“强度—稳定”验算应按《规范》第5.1.4条第2款进行。按《规范》第5.1.4条第2款第3)项，如板拱拱圈宽度等于或大于1/20计算跨径时，砌体拱可不考虑横向长细比β,对构件承载力的影响，可令β小于3取为3.拱圈整体“强度一稳定”验算所用作用效应标准值见表11.1.按《规范》公式(4.0.5)验算构件温度上升时承载力N——轴向力设计值，N=1.2×23403A——构件截面面积，每米拱宽A=6.2568m²;f——C40混凝土构件轴心抗压强度设计值，f。=15.64Mpae、e,——轴向力在x方向和y方向的偏心距，e=0,Md=1.2×1137.288+1.0×427.076+1.4×1534.231+1.4×0.7×(-133.152-i、i,——弯曲平面内回转半径，,I、I,分别为绕x轴的、ya——与砂浆强度有关数据，a=0.002β、β,——构件在x方向和，方向长细比，按《规范》公式(4.0.7-1)、(4.0.7-2),当β、β,小于3时取为3.在计算中，板拱拱圈宽度与跨径之比为7.88/116.328=0.068>1/20,可令β,小于3取为3,等号右边第二项均为1.0;又e=0,故。=1.0。i=√i/A=0.7117m,y₆=0.990m,e,=-0.0.049m.β,按《规范》公式(4.0.7-2)符合规定。2)按《规范》公式(4.0.5)验算构件温度下降时承载力温度下降时构件承载力计算步骤同温度上升时承载力计算，参见表5.1-10和本款第1)项，计算如下：Na=1.2×23403.12+1.0×(-155.924)+1.4×4430.595+0.7×1.4(1807.63-277.055)M=1.2×1137.288+1.0×427.076+1.4×[1134.231+0.7×1.4×(-133.152-57Af=0.672×6.2568×15.64×2.15拱脚截面直接抗剪验算2.15.1温度上升按《规范》第4.0.13条，构件直接抗剪承载力按下式验算：v,——剪力设计值，按表12,v=1.0×(-522.823)+1.0×(-103.549)+1.4×353.61+0.f——砌体抗剪强度设计值，f=2.48Mpa,——摩擦系数，μ,=0.7N——垂直于受剪面所谓压力标准值。按表12.N,=29530.61+3012.582+1124.804+324.46-166.5842.15.2温度下降温度下降时构件直接抗剪承载力，可参照第1)项温度上升时构件直接抗剪承v,=1.0×(-522.823)+1.0×(-103.549)+1.4×353.61+0.7×1.4×(65.475-18N=29530.61+3012.582+1124.804-277.055-166.584=33224.357kNroV=1.0×v=-247.465kNv,=1.0×(-522.823)+1.0×(-103.549)+1.4×353.61+0.7×1.4×Nk=29530.61+3012.582+1124.804-166.584第三章空心板的计算3.1.1计算荷载横向分布系数各空心板截面形式简化如下图：桥面板的横向布置如下图所示：横向有11块板，每块宽1.00米，厚0.5米桥面两侧各有2米宽人行道。7、72、7、》和n,。计算见表3.1。Y单位荷载作用位置(i号板中心)123456789123456表中数值按一定比例绘成光滑曲线后，得到1—6号板的荷载横向分布影响线，如图3.3所示：一号板对于一号板：m=1/2(0.152+0.078+0.049+0.027)=0.153对于二号板：mc=1/2(0.175+0.09+0.055+0.030)=对于四号板：m。=1/2(0.154+0.150+0.096+0.051)=0横向分布系数计算结果如下表：梁号汽车挂车人群满人特载车列101002010030100401005010060100701008010090100010001003.1.2计算汽车冲击系数按《公路桥涵通用设计规范》(JTGD60-2004)第4.3.2条进行近似计算，式中：1一结构的计算跨径(m);1=9.6mE一结构材料的弹性模量(N/m²);E=3.35×10⁴MPa=3.35×10¹°N/m²m。一结构跨中处的单位长度质量(kg/m),当换算为重力计算时，其单位应为(Ns²/m²);结构跨中处自重为3.94×24=94.56kN/m,换算为质量，其值为G—结构跨中处延米结构自重(N/m);3.2.1恒载引起的一块板的最大弯矩由(3.3.2款)中计算可得：人行道重159.73kN,桥面铺装重142.8kN故分摊到每块板的荷载集度为：每块空心板自重集度：q₂=(1.00×0故恒载作用下，空心板跨中截面弯矩为3.2.2活载引起的弯矩计算人群荷载引起的边板的跨中弯矩为车辆荷载引起的跨中弯矩(计入冲击系数)3.2.3荷载组合承载能力极限状况组合3.3.1截面等效换算按面积相等按惯性矩相等联立求解可得进一步换算为工字形截面3.3.2配筋计算假设一层受拉主筋，a=50mm,则有效高度h。=500-50=450mm由公式=959.4kN·m>M=468.57kN·m故属于第一类T型截面。由,可得：解得x=54mm<120mm故按第一类T型截面计算。fb,x=fA可得选择7φ28钢筋，面积为4310mm²,钢筋布置如下图3.3.3截面复核a=50mm,则h。=500-50=450mm=1.207fab'h'>fA,故为第一类T形截面受压区高度故可求得截面的抗弯承载力故截面配筋满足要求。第四章施工阶段的验算4.1箱肋吊装配筋验算4.1.1箱肋截面几何要素计算(对单箱)1.箱肋截面几何特性图4.1箱肋截面图(单位：cm)(1)截面面积(2)单箱截面净矩=861929.333cm³=0.8619(3)截面重心轴距箱底的距离(4)截面对水平轴的惯性矩(5)截面抵抗矩(6)截面回转半径(7)截面绕y轴的惯性矩(由CAD图形特性查得)(8)截面抗扭惯矩(近似法)(9)45号混凝土的弹性模量箱肋计算跨径径lo=ln+2ybsinps=115+2×0.6641=116.3282m计算矢高fo=fn+(1-cosφs)yb=23.2523m计算矢跨比fo/lo=23.2523/116.3282=0.2拱轴线长度4.1.2箱肋分段长度计算全跨箱肋按横坐标等分成48段，如图所示图4.2箱肋按横坐标等分48段分点号i0112345678901000全跨箱肋分五段吊装施工，各段长度基本相等。因此，拱脚段I、中间段Ⅱ和拱顶段Ⅲ的长度分别为：4.1.3箱肋分段重力计算按箱肋截面积计算，沿拱轴线每延米重力为：箱肋设置横隔板，平均每3m一块。若把横隔板重力分摊到桥轴线上，则每延米重力为：g"=Aγ=2.00×25×1.00×0.08考虑到箱肋预制误差和街头增加的重量等因素，一般对以上重力增加10%,所以箱肋计算重力应为：gi=(gi+gi")×1.1=(19.19+1.333)×1.1=28.138kN/m箱肋各段吊装重力为：G₁=Sig=25.560×28.138=Gz=Szg=25.500×28.138=G3=Ssg₁=732.770kN/m4.2箱肋吊运内力计算4.2.1箱肋节段吊点位置的确定在吊运箱肋节段时一般设置两个吊点，、它们分别位于距各自节段端头0.207倍节段长度。从箱肋横截面看，在吊点位置的箱肋两副班顶面上各设置一个吊环，这两个吊环之间通过钢丝绳合成一个吊点。施工中通过试吊并调整钢丝绳，使吊点保持在横截面的对称线上，即保持在弯曲平面内。4.2.2箱肋节段吊运内力计算在拱脚段、中间段和拱顶段中选择节段长度较大的拱顶段进行内力计算。动力系数取1.2。4.3箱肋安装过程内力计算在箱肋安装过程中，通常对拱顶段、中间段和拱脚段选择几个主要截面进行内力计4.3.1拱顶段箱肋安装内力计算按简支状态内力的40%计，弯矩为4.3.2中间段箱肋在悬挂状态下的内力计算中间段箱肋的扣点位置如图所示。近似地假定：图4.3中间段箱肋的扣点位置XA=11.633mXB=34.899mS19-A=0.485/0.9929=0.488m△x19~A=0.485m△y19~A=0.065m中间段箱肋的分段重力以及对B点的力矩，见下表分段号i分段区间123456789中间段箱肋的分段重力以及对B点力矩，见上表中间段箱肋在对中间段箱肋作用垂直力VA=0.4Gm/2=0.4×732.770/2=146.5中间段箱肋在自重和va共同作用下的内力=682.853-729.707×0.866024.3.3拱脚段箱肋在悬挂状态下的内力计算拱脚段箱肋悬挂状态如图所示拱脚段箱肋的分段重力以及对0点力矩，见表分段号i分段区间123456789Vo=∑Gi-T2cos65°中间段箱肋对拱脚段箱肋的作用力：Vo=∑G/+Vs-T'zsin(90=654.531+229.944-10124.3.4箱肋的偏心受压强度验算箱肋在安装过程中，中间段、拱脚段均处于偏心受压状态。最不利内力：弯矩Mj=-3625.747kNm,轴向压力Nj=1790.987kN.截面强度验算如下：拱脚段在悬挂状态下，自由长度按双铰拱考虑。因此lo=0.54S1=0.54×25.560=1因,故不考虑偏心距增大系数》箱肋截面受拉边配置钢筋22φ32和2φ22。含筋率为因μ>IⅡ级钢筋最低含筋量μmin=0.15%,故轴向力偏心距不受限制。现按大偏心受压构件计算，取σg=R。由于截面中的受拉钢筋以φ32为主，所以钢筋设计强度采用320MP。在截面强度验算中不计受压钢筋，设受压高度x<0.1m,则X=0.056m,与假设相符由于Ⅱ级钢筋要求混凝土受压界限高度系数ξjg=0.55,ξjg>0.0459,故符合设计要求。4.4裸拱强度及稳定性验算4.4.1箱肋成后的强度及稳定性验算五段箱肋吊装合拢之后，对接头进行处理，攻擂便成为了无铰拱。弹性压缩系数4.4.2拱肋在自重作用下的内力计算见下表序号计算内容单位拱脚拱顶1不计弹性压缩内力弯矩系数2345弹性压缩内力弯矩系数67189应应偏心距m4.4.3截面强度验算从表中可以看出，拱脚截面轴向力最大，它控制权拱截面设计。截面受拉边配置13φ10,含筋率为由于含筋率大于0.05%,施工期间的容许偏心距为【e】=0.7y+0.1y=0.8y±=0.8×0.8771=0.701由于轴向偏心距e。小于容许偏心距，说明截面强度和拱肋的稳定性验算应遵照《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》进行从表中可以看出：偏心距e。随截面位置而变化。为计算纵向力的偏心影响系数，从偏于安全方面考虑，取左拱脚、1/4、拱顶、3/4、右拱脚等五个截面偏心距的绝对值平均数作为计算依据。因此纵向力的偏心影响系数截面强度4.4.4拱的稳定性验算(1)纵向稳定验算此时，拱肋为近似双铰拱，根据桥规(JTGD62—2004)第4.3.7条规定和桥规(JTGD62—2004)第5.3.1条规定因为根据上述规范取。=0.5817,偏安全的考虑，忽略钢筋的计算表明纵向稳定没有问题。(2)横向稳定性验算本桥拟采用单箱合拢，简化方法可近似的将拱箱作为的双铰轴心受压构此桥的失跨比为查桥规(JTGD62-2004)表4-6。得式中：查表得可见，横向稳定性的安全性能够满足。第五章施工组织设计技术比较后，该桥设计为左引桥为3×16m的简支梁，主跨为115m的上承式钢筋混凝土箱形板拱桥，拱上简支桥各向外延伸5m,使拱上建筑为筋混凝土拱座，两边跨桥台同样采用混凝土U型桥台，基础可采用桩基础。该桥断面是一个山谷，呈V字形。地质情况为：地面下3至5米为泥土覆盖层，5.2确定施工方法制订战略部署在峡谷和深水流急的河段上，或在通航的河流上需要满足船只的顺利通行，缆索吊装施工由于具有跨越能力大，水平和垂直运输机动灵活，适应性广，施工比较稳妥装施工。从两拱脚开始，均匀对称向拱顶进行预制吊装，并5.3.1主跨(主拱圈)的施工1.缆索吊装方法和要点缆索吊装施工工序为：在预制场预制拱肋(箱)和拱上结构，将预制拱肋和拱上结构通过平车等运输设备移至缆索吊装位置，将分段预制的拱肋吊运至安装位置；利用扣索对分段拱肋进行临时固定，吊装合拢段拱肋，对各段拱肋进行轴线调整，主拱圈合拢，拱上结构安装。大跨径拱桥吊装，由于每段拱肋较长，重量较大，为使拱肋吊装安全，应尽量采用正吊、正落位、正扣，因此索塔的宽度应与桥宽相适应。拱肋分段安装时，每段拱肋由扣索临时固定在扣架上，此时每段拱肋必须设置风缆。起重索与扣索承重交接时速度不能太快，每次升降应控制在一定范围内，交接过程中对风缆随时进行调整。由于本桥拱肋跨度大于80m,应采用双基肋合拢松索成拱的方式。即当第一根拱肋合拢并校正拱轴线，锲紧拱肋接头缝后，稍松扣索和起重索，压紧接头缝，但不卸掉扣索，待第二根拱肋合拢，两根拱肋横向联系固定好并拉好风缆后，再同时松卸两根拱肋的扣索和起重索。拱肋合拢后，松索过程中必须注意下列事项：(1)前应校正拱轴线位置及各节头高程，使之符合要求。(2)每次松索均应采用仪器观测，控制各接头高程，防止拱肋各接头高程发生非对称变形而导致拱肋失稳或开裂。(3)松索应按照拱脚段扣索、次段扣索、起重索的先后顺序进行，并按比例定长、对称、均匀松卸。(4)每次松索量宜小，各接头高程变化不宜超过1cm。松索至扣索和起重索基本不受力时，宜用钢板嵌塞接头缝隙，再将扣索和起重索放松到不受力，压紧接头缝，拧紧接头螺栓，同时用风缆调整拱肋轴线。调整拱轴线时，除应观测接头高程外，还应兼测拱肋及1/8跨点处高程，使其在允许偏差之内。(5)接头处部件电焊后，方可松索成拱。2.施工工艺流程图：拱座及其基础的施工索塔及其拉索的架设↓↓拱脚段拱肋的吊运↓松索、拱脚段拱肋的悬挂↓中间段拱肋的吊运松索、中间段拱肋的悬挂↓拱顶段拱肋的吊装合拢↓浇注箱肋间填缝及箱顶板↓砌筑拱上立柱及盖梁↓浇注完成桥面系5.3.2边跨及其桥台的施工：两边跨分别为3×16米和4×16米，均是标准跨径，且主梁截面均是由11片空心板组成，拟采用现场预制拼装成桥。1.桥台基础的施工(1).基础的定位放样：根据桥梁中心线和墩台的纵横轴线，推出基础边线的定位点，将设计图上的基础位置准确的设置到桥址上，再放线画出基坑的开挖范围。(2).基坑开挖：桥梁基础处于山坡地段，地势陡峭，小心滑坡等的发生，进行桩基础打桩时要开挖出工作平台以及承台浇筑基坑。(3).基底检验与处理：基坑施工是否符合设计要求，在桩基础打桩和拱座浇筑前应按规定进行检验，检查基底平面位置，尺寸大小，基底标高，基底岩质的均匀性及承载能力等。按《桥涵施工技术规范》规定，检验结果如果不符合设计或规范要求，不得进行基础浇筑，在基础浇筑前对基底进行处理。(4).桥台浇注：由两个主要施工工序组成，一是制作与安装桥台模板；二是混凝土浇注。台身混凝土施工前应将桩基础顶面冲洗干净，凿除表面浮浆，整修连接钢筋。灌注混凝土时，应经常检查模板、钢筋和预埋件的位置和保护层的尺寸，确保位置正确，不发生变形。混凝土施工中，应切实保证混凝土的配合比、水灰比和坍落度等技术性能指标满足规范要求。台身钢筋的绑扎应和混凝土的灌注配合进行。5.3.3边跨主梁的施工预制空心板“出坑”以后，用大型平板车运至桥位处，用穿巷吊机安装就位，浇注桥面系统，完毕。1、拱圈合拢选择在较低气温下进行，合拢时注意两边拱圈位置的对正，确保合拢段的平稳、和谐。2、拱圈施工加载时，应注意对称、均衡、分段、分环，以免拱圈产生过大偏载而5.4.2施工控制为提高控