学位论文钢架拱桥的设计方案Word文档下载推荐.docx

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1.3设计规范及标准

《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62－2004）

《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJD63-2007）

第二章桥式方案比选

2.1概述

桥式方案比选是初步设计阶段的工作重点，一般要进行多个方案比较。

各方案均要求提供桥式布置图，图上必须标明桥垮位置，高程布置，上下部结构形式及工程数量。

对推荐方案，还要提供上下部的结构布置图，以及一些主要的及特殊部位的细节处理图。

设计方案的评价和比较，要全面考虑各项指标，综合分析每一方案的优缺点，最后选定一个符合当前的最佳推荐方案。

有时，占优势的方案还应吸取其他方案的优点进一步加以改进。

在本次设计中，选定三种方案分别是：

●钢筋混凝土刚架拱桥

●钢筋混凝土简支T梁桥

●下承式钢管混凝土拱桥

2.2桥式方案

2.2.1方案一：

钢筋混凝土刚架拱桥

该桥为7.465+52.48+7.465m的三跨现浇钢筋混凝土肋梁式刚架拱桥，总跨径67.41米，主跨净跨径50m，主跨矢跨比为1/8，桥面设计总宽度为9.10米,跨中梁高0.75m，桥面现浇板厚0.20米。

实腹段底部为二次抛物线，其他均为直线杆，桥梁的纵向和横向剖面图见图。

2.2.2方案二：

钢筋混凝土简支T梁桥

该方案为三跨简支梁桥，跨径布置为3×

21.6m,桥梁全长67.43m，采用预制钢筋混凝土T梁，可加快施工速度。

主梁采用20m钢筋混凝土简支T形梁，横断面采用5片T形梁，主梁间距2.2m，T形梁的翼缘构成桥梁的行车道板，主梁之间设置横隔梁，保证桥梁结构的整体刚度。

桥墩采用双柱式桥墩，外形美观、圬工体积小，重量轻。

桥台采用双柱式桥台。

基础采用桩基础。

2.2.3方案三：

下承式钢管混凝土拱桥

该方案为下承式钢管混凝土系杆拱桥，计算跨径60m，桥梁全长67.43m，该桥型为外部静定结构，对基础无水平推力。

适用于软土地基，且跨度较大，桥梁建筑高度小，较大地降低了路堤填土高度，故在运河地段广泛采用。

1）拱肋：

由2片组成，每片为φ1000×

14mm钢管（A3），管内泵送40#微膨胀砼。

两片拱肋间设三道一字型风撑，风撑用φ600×

12mm钢管（A3）。

2）系梁：

共2根，为预应力混凝土矩形截面梁，梁高为1.00m，梁宽为1.20m；

近支点5m处梁高逐渐增大至2.00m。

在墩顶处设牛腿，其上安放板梁。

系梁内配置8束9jφ15.24的高强度钢绞线。

3）吊杆：

每片拱肋有吊杆11根。

吊杆间距为5.0m。

吊杆由36根φ7高强钢丝组成，采用OVM——DM型镦头锚具，外套不锈钢管，并压注微膨胀水泥砂浆，以防钢丝锈蚀。

吊杆上端锚固在拱肋内，下端锚固在系梁内，在系梁底部张拉。

4）横梁与桥面板：

两者形成一体化，横梁呈T形状，底宽0.7m，高0.7m，配置2束7φj15.2钢绞线；

端横梁配4束7φj15.2钢绞线。

桥面板部分现浇，厚度为0.2m，配置纵向预应力束，束间距约1.5m。

2.3桥式方案比较

表2-4方案比选表

方案

一

二

三

桥型名称

下承式钢管混凝土桥

跨径布置（m）

7.465+52.48+7.465

3×

21.6

计算跨径

60

横向坡度

1．5﹪

1.5﹪

受力特点

有推力的高次超静定结构，整体性及刚度相对较大

利用梁的受弯承受外荷载，受力简单明确

拱肋以受压为主，荷载作用于桥面板，并通过横梁和吊杆传递给拱肋。

施工方法及难易程度

采用支架整体现浇施工，工序简单，技术成熟。

预制T梁，利用梁架直接吊装就位，施工速度快。

拱肋采用缆索吊装施工，后泵送混凝土达到强度，但此时混凝土是作为荷载加在钢管上的，对结构受力不利。

工程材料用量

构件较少，质量轻。

钢材用量大，混凝土用量少。

工程造价及后期养护费用

造价低

造价较高，钢管的防护费用比较高，经济性不如前两者好。

安全性

整体性及刚度相对较大，安全

整体性差，安全

发展迅速，但近些年出现的事故较多，吊杆问题突出

美观性

造型轻盈美观

结构美观一般

结构美观

总评

优

一般

较优

推荐方案

比选方案

总结：

经过反复思考和比较，方案二表现突出，符合安全、功能、美观要求，体现了当前的建桥技术水平，能够胜任该地区的交通建设规划要求。

因此确定方案一刚架拱桥为推荐方案。

第三章刚架拱桥的设计

3.1概述

本设计为7.465+52.48+7.465的三跨现浇钢筋混凝土肋梁式刚架拱桥，总跨境67.41米，主跨净跨径50米，矢跨比为1/8，桥面设计总宽度为9.10米,桥面现浇板厚0.20米。

桥梁设计汽车荷载等级为公路1级，人群荷载为3kN/m2。

该桥实腹段底部为二次抛物线，其他均为直线杆，桥梁的纵向和横向剖面图见图1。

该桥拱腿、斜杆部位采用C40混凝土，拱肋、现浇桥面采用C30混凝土，墩承台采用C30混凝土，其余采用C25混凝土。

钢筋：

主筋采用HRB335。

本桥属大型桥梁，设计安全等级为二级，设计基准期为100年；

且主跨采用刚架拱桥，结构受力较为复杂。

为掌握桥梁结构的受力特性，要求对上坪水库大桥的施工过程和运营阶段的受力状况进行分析，以为结构设计提供科学依据，确保设计的安全性和合理性，确保桥梁结构施工及运营安全。

3.2总体设计

a）刚架拱桥立面及横断面图

b）刚架拱桥半立面尺寸图

图3-1上坪刚架拱桥整体布置图

3.3横断面设计

斜杆

截面

拱脚

图3-2构件截面图

3.3其他设计

3.3.1桥面铺装

桥面铺装采用5cm厚沥青混凝土。

3.3.2伸缩缝装置

边、中跨间设5cm伸缩缝

3.4施工要点

1、本桥全部为整体现浇。

施工尽量在低温环境下进行，拱片贺龙温度宜控制在15-20度之间。

2、本桥拱顶预拱度为L/800，实腹段范围内按二次抛物线分配，拱脚范围内按直线变化，施工中的拱片支架应按设置预拱度之后的坐标放样。

3、全桥设两道伸缩缝，施工时注意预埋伸缩缝预埋件。

4、拱桥两端设桥头板，伸缩缝、板厚及配筋均参照拱桥，长度按实际地形，桥面板下基础同路基处理。

第四章内力计算及验算

4.1模型主要计算参数

4.1.1材料及参数

1、混凝土：

拱腿、斜撑部位采用C40混凝土，EC=3.45E+04MPa，

=26.8MPa,

=2.40MPa,容重26KN/m^3；

桥面拱片现浇板、悬臂板采用C30混凝土EC=3.45E+04MPa，

=20.1MPa,

=2.01MPa,容重26KN/m^3；

其它未标注的墩承台及基础均采用C25混凝土，EC=3.45E+04MPa，

=16.7MPa,

=1.78MPa,容重26KN/m^3。

2、钢筋：

主筋采用HRB335（焊条E50）；

箍筋采用R235。

R235：

=195MPa,

=195MPa，ES=2.1E+05MPa

HRB335：

=280MPa,

=280MPa，ES=2.0E+05MPa

4.1.2计算说明与假定

根据公路桥涵设计手册（拱桥），采用弹性支承连续梁简化计算方法计算各拱片的横向分布系数，计算结果见表1。

经计算，采用中拱的荷载横向分布系数桥梁所受活载效应（汽车＋人群）较大，因此，这里偏安全的统一采用中拱横向分布进行分析。

各拱片荷载横向分布计算结果表1

拱号

荷载类型

横向分布系数

备注

边拱

汽车

0.484

2列、不折减

人群

0.778

宽度按全宽1.25m计算

中拱

0.586

0.419

宽度按1.25m计算

横向结构离散后，采用midascivil有限元程序对单片拱肋进行计算。

计算模型如图2。

全桥共划分单元64个，其中上弦杆2×

12＝24个，实腹段12个，斜撑2×

6＝12个，拱腿2×

8＝16个。

按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）4.3.13条规定，“桥面板可与刚架拱片联合作用承受桥上活荷载”，参考公路桥涵设计手册（拱桥），在进行拱片弦杆及实腹段的单元离散建模时，考虑了现浇桥面铺装混凝土的刚度。

建模时考虑了各构件的主要受力钢筋。

其支承条件为拱脚固结，在弦杆两端约束竖向位移。

a）单元编号

b）节点编号

图2刚架拱桥单片拱单元离散计算模型

（1）计算荷载

恒载：

一期恒载按结构自重计入；

二期恒载按护栏1.5kN/m，铺装荷载为6.0kN/m（按5cm沥青混凝土计），作用到单片拱片顶面。

横隔梁按实际体积计算得到重量在各拱片间分配后,作用到纵向相应位置。

汽车荷载：

设计荷载为公路—Ⅰ级，取用中拱横向分布0.586。

汽车荷载冲击系数为1.05。

人群荷载：

3kN/m2，取用中拱横向分布系数0.419。

温度荷载：

取结构整体温差20℃，梯度温差按照《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.3.10.3条50mm沥青混凝土铺装采用，具体见下图3。

升温计算图示降温计算图示

图3竖向梯度温度计算图示

收缩徐变：

按规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004计算，考虑时间为1000天；

地震荷载:

按7度设防，水平地震系数为0.1。

（2）荷载组合

按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.1.6～4.1.8条组合。

结构重要性系数取1.0。

各荷载效应组合的具体情况如下：

1）极限承载能力组合

组合I（基本组合）：

恒载＋汽车＋人群（组合系数恒载1.2，汽车荷载1.4，人群荷载1.12）；

组合II（基本组合）：

恒载＋汽车＋人群＋升温＋温度梯度（组合系数取恒载1.2，汽车1.4，人群、升温及升温梯度为0.84）；

组合III（基本组合）：

恒载＋汽车＋人群＋降温＋温度梯度（组合系数取恒载1.2，汽车1.4，人群、降温及降温梯度为0.84）；

组合IV（偶然组合）恒载＋地震荷载（组合系数取恒载1.2，地震荷载0.67）

2）正常使用阶段组合

组合I（短期组合）：

恒载＋人群＋汽车＋升温＋升温梯度（组合系数取恒载1.0，汽车荷载0.7，人群1.0，温度梯度作用0.8，升温作用1.0）；

组合II（短期组合）：

恒载＋人群＋汽车＋降温＋降温梯度（组合系数取恒载1.0，汽车荷载0.7，人群1.0，温度梯度作用0.8，降温作用1.0）

组合III（长期组合）：

恒载＋人群＋汽车＋升温+升温梯度＋收缩＋徐变（组合系数取恒载1.0，汽车和人群荷载0.4，温度梯度作用0.8，其他荷载1.0）

组合IV（长期组合）：

恒载＋汽车＋人群＋降温＋降温梯度＋收缩＋徐变（组合系数取恒载1.0，汽车和人群荷载0.4，温度梯度作用0.8，其他荷载1.0）

4.2主要计算结果

4.2.1正常使用状态

（1）裂缝宽度验算

考虑长期效应影响后，按照正常使用极限状态短期效应组合计算得到的各截面上下缘的最大裂缝宽度分别如表2和表3所示；

从中可以看出，在上述正常使用极限状态荷载组合I下，根据计算，小结点截面与