【正文】 拱的基礎(chǔ)要放置在自然邊坡穩(wěn)定線內(nèi)，地形地貌，剝蝕中低山地貌，溝壑縱橫，切割深，線路跨越排搞河，為山澗“U”型河谷，坡面陡峻，貴陽端近于直立，廣州端縱坡約45176。，河谷深切，深約60m；排水河縱坡較陡，河床平緩；坡面植被多為低矮灌木、喬木；橋址施工交通條件極其不便。橋址區(qū)無特殊巖土，橋址兩側(cè)為砂質(zhì)板巖夾變質(zhì)粉細(xì)砂巖，上層強(qiáng)風(fēng)化層（W3）淺灰色夾灰深色，其下為弱風(fēng)化層（W2）灰色、青灰色，巖質(zhì)新鮮、質(zhì)地較堅硬，性脆，巖體較完整。由以上地質(zhì)條件以及線路的設(shè)計高程等多因素來確定橋址的位置。 拱軸線的選取拱軸線的選取是拱橋設(shè)計里面的一個重要環(huán)節(jié)，合理的拱軸線對拱橋的合理受力有很大作用，《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB ）中建議設(shè)計拱軸線可以采用恒載壓力線或者恒載及均布全跨的一半列車靜活載的壓力線作為拱軸線，當(dāng)采用懸鏈線時，宜采用較小的m值。目前該設(shè)計暫以圓弧線作為拱軸線，建模求出內(nèi)力以后再加以調(diào)整，拱橋的矢跨比為11/45，滿足《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》，拱橋的矢跨比為1/3~1/7的范圍，本設(shè)計計算矢高f=11m。 立柱位置的選取設(shè)計的題目為145m雙線高速鐵路板拱橋設(shè)計(2立柱)，為了使受力更為合理，兩立柱對稱布置，立柱的位置的選取也是該設(shè)計是否合理的一個重要考慮因素，選取的思路是讓整個梁的正負(fù)彎矩大致相等。拱形式采取無鉸拱，拱頂與梁剛性連接為整體。本設(shè)計立柱的位置選取先采用結(jié)構(gòu)力學(xué)解兩次超靜定，求出反力，在根據(jù)彎矩選擇合理位置，1/2跨簡化計算簡如圖22:圖22 力矩分配法選取立柱的合理支承位置根據(jù)，求出,同時用Midas模擬多種兩立柱的立柱位置，加好邊界和荷載后，通過結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析在選擇合理的立柱位置，最終設(shè)計立柱距梁端18m。 最終橋梁結(jié)構(gòu)布置最后立柱的位置的選取還有Midas建立的模型計算出的內(nèi)力調(diào)整，拱形式采取無鉸拱，拱頂與梁剛性連接為整體。拱橋的總體布置圖23：圖23 拱橋的總體布置 結(jié)構(gòu)截面尺寸擬定 梁的截面尺寸由全國高速雙線鐵路設(shè)計的橋面尺寸基本參照圖24：圖24 高速雙線鐵路設(shè)計的橋面尺寸參照圖本設(shè)計梁的類型選為T形梁，上翼緣寬1220cm，T形梁采用實腹式，梁高暫定為150cm，建模檢算后在進(jìn)行優(yōu)化，上翼緣高20cm，腹板寬900cm。如下圖25：圖25 梁截面尺寸 板拱截面尺寸板拱初定為矩形，截面寬750cm，高120cm，為使施工方便，全拱為等截面。如下圖26：圖26 立柱截面尺寸 立柱截面尺寸立柱截面為矩形截面，寬700cm，高90cm。如下圖27：圖27 立柱截面尺寸立柱頂部上有帽梁結(jié)構(gòu)，墊石與支座放在其上，在Midas里面模擬為矩形橫梁。帽梁的作用是將梁上的荷載均勻的傳至立柱。第3章 建立Midas結(jié)構(gòu)模型 模型各結(jié)構(gòu)節(jié)段劃分 梁體節(jié)段劃分T梁全長70m，立柱到梁端距離18m，跨中與梁的固結(jié)長度為10m，固結(jié)段邊緣到立柱距離為12m，%（沿線路方向），立柱到梁端的18m平均劃分為10個節(jié)段，固結(jié)段邊緣到立柱得12m也平均劃分為10個節(jié)段，跨中固結(jié)段平均劃分為6個節(jié)段。坐標(biāo)原點為1拱腳處。梁體各節(jié)點坐標(biāo)值如下表31：表31 梁體個節(jié)點坐標(biāo)值節(jié)點號X/mY/mZ/m節(jié)點號X/mY/mZ/m1 24 2 25 3 26 4 27 5 28 6 29 7 30 8 31 9 32 10 33 11 34 12 35 13 36 14 37 15 38 16 39 17 40 18 41 19 42 20 43 21 44 22 45 23 46 　　　　47 立柱節(jié)段劃分1立柱高319cm，2立柱高315cm，由于立柱為軸心受壓構(gòu)件，受力情況簡單，為了減小模型的分析時間，所以兩個立柱都平均劃分為兩個節(jié)段，立柱中心距梁端18m。立柱各節(jié)點坐標(biāo)值如下表32：表32 立柱各節(jié)點坐標(biāo)值節(jié)點號X/mY/mZ/m56 57 75 76 91 113 板拱節(jié)段劃分拱橋的拱圈存在一定的彎矩，為偏心受壓構(gòu)件，無鉸拱的拱腳的彎矩和軸力比較大，立柱位置還存在較大的剪力、彎矩和軸力，受力情況復(fù)雜，節(jié)段的劃分也比較詳細(xì)，共劃分為32各節(jié)段，板拱各節(jié)點坐標(biāo)值如下表33：表33 板拱各節(jié)點坐標(biāo)值節(jié)點號X/mY/mZ/m節(jié)點號X/mY/mZ/m86 102 87 103 88 104 89 105 90 106 91 107 92 108 93 109 94 110 95 111 96 112 97 113 98 114 99 115 100 116 101 117 　　　　118 模型單元的建立 材料模型的材料除鋼材外一共有三種（Midas里面沒有考慮鋼材，主要是因為我們的設(shè)計題目為145m 雙線高速鐵路板拱橋設(shè)計(2立柱)，整個結(jié)構(gòu)只配普通鋼筋，沒有預(yù)應(yīng)力鋼束，用Midas建模并運行分析得出內(nèi)力以后通過手算配筋），梁部混凝土采用C55高性能混凝土；帽梁、立柱以及板拱采用C50混凝土；另外還有一種C0的材料，+007kN/，這種材料是為了模擬施工階段梁體的澆筑時支架搭在拱圈上，并且在此時梁體混凝土的強(qiáng)度還沒有達(dá)到承載的強(qiáng)度，降梁體的混凝土支座模擬為荷載加在拱圈上，這種材料就是起到支架的作用。 截面模型中的截面均從CAD圖形中直接導(dǎo)入，先在CAD中將所用截面做好，保存為dxf格式，再在Midas中使用截面特性計算器降所需的CAD截面導(dǎo)入，如圖31：圖31 Midas導(dǎo)入截面過程生成截面，計算截面特性，以供在Midas建立單元時使用（）。將上一步中建好的節(jié)點用各自對應(yīng)的單元連接。模型概圖如下32:圖32 模型概圖 邊界條件本設(shè)計拱橋為無鉸拱，拱腳支承為固結(jié)，在Midas里面模擬為dx，dy，dz；Rx，Ry，Rz全部約束。拱頂與梁體的固結(jié)在模型里面模擬為彈性連接下面的剛性連接，供上的99~105號節(jié)點分別于梁體的22~27號剛性連接；梁體左端只約束dy，dz，Rx；梁體右端也只約束dy，dz，Rx；立柱與梁體的連接，由于立柱上有帽梁，先將帽梁與立柱剛性連接，在梁體下支座位置先建立節(jié)點，將這些節(jié)點與梁上節(jié)點剛性連接，再在帽梁節(jié)點與梁體下支座節(jié)點用只受壓連接模擬實際支座連接起來。一般支承的邊界條件如下表34：表34 一般支承的邊界條件彈性連接里面有剛性連接和只受壓連接兩類，數(shù)量較多，此處不用表格一一列出。 時間依存性材料時間依存性材料主要是考慮混凝土結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，收縮與徐變，本設(shè)計里面主要考慮C55混凝土與C50混凝土的收縮徐變，先添加收縮材料名稱，將其與相應(yīng)的材料連接，最終修改截面的實際厚度，如下圖33：圖33 時間依存性材料添加影響徐變的主要因素主要有持續(xù)應(yīng)力的大小、加載齡期、配合比、施工養(yǎng)護(hù)質(zhì)量、環(huán)境條件對工程結(jié)構(gòu)的影響：對結(jié)構(gòu)的影響主要引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力重分布、增大變形、引起預(yù)應(yīng)力損失等。 結(jié)構(gòu)荷載荷載按時間順序可分為施工階段荷載和運營階段荷載；根據(jù)鐵路橋梁荷載分類有可分為主力、附加力、特殊荷載，以下表35為本設(shè)計所加的荷載分類：表35 本設(shè)計所加的荷載分類荷載分類荷載主力恒載結(jié)構(gòu)構(gòu)件及附屬設(shè)備自重混凝土收縮和徐變的影響基礎(chǔ)變位的影響活載列車豎向靜活載列車豎向動力作用橫向搖擺力附加力制動力或牽引力風(fēng)力溫度變化的影響各項荷載的具體值如下：：混凝土容重按26kN/m計算，模型中定義為施工階段荷載；：無渣線路的二期恒載主要包括橋面鋪裝，軌道板，鋼軌，軌枕，以及管線等，本設(shè)計取134 kN/m計算，模型中定義為施工階段荷載；：對于圬工橋，則是構(gòu)造的式樣、尺寸和當(dāng)?shù)赝饨鐨鉁氐葪l件按照規(guī)范《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB ）附錄E的“鋼筋混凝土、混凝土和砌石矩形截面桿件計算溫度圖解”確定構(gòu)件的計算溫度，外界氣溫根據(jù)橋涵所在地區(qū)按《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB ）附錄F的“全國一月份平均氣溫（）圖和全國七月份平均氣溫（）圖”確定。本設(shè)計地區(qū)為貴廣線，按鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范附錄F查的全年溫差為177。16。：本設(shè)計溫度梯度考慮兩類：一類是沿梁高的日照溫度正梯度為10，一類沿梁寬的寒流溫度負(fù)梯度為5，此溫度梯度的取值圖線路所在緯度有關(guān)，參見《鐵路橋涵混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（TB ）附錄B。：參見《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB ），橫向搖擺力應(yīng)取100kN，作為一個集中荷載取最不利位置加載,本設(shè)計最不利位置為跨中，在跨中沿y方向施加100kN的集中力。：參見《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB ），列車制動力應(yīng)按列車靜荷載的10%計算，雙線橋應(yīng)采用一線的戰(zhàn)制動力或牽引力，本設(shè)計橋面長70m，滿布ZK活載，列車制動力以沿線路方向以均布荷載的形式加載。：參見《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB ），作用在橋梁上的風(fēng)荷載強(qiáng)度可按下式計算： （31）式中：——風(fēng)荷載強(qiáng)度（） ——基本風(fēng)壓值（），一般情況可按《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（－2005）附錄D“全國基本風(fēng)壓值分布圖”，并通過實地調(diào)查核實后采用； ——風(fēng)載體形系數(shù)； ——風(fēng)壓高度變化系數(shù)； ——地形、地理條件系數(shù)。本設(shè)計中采用：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的風(fēng)壓強(qiáng)度，有車時：。其中：，； 。（1）板拱： , （2）立柱： , （3）梁體：有車：等效荷載=+（）無車：等效荷載=+：。所加的靜力荷載工況如下圖34：圖34 靜力荷載工況：本設(shè)計橋梁等級為新建雙線高速鐵路，對基礎(chǔ)的沉降的限制要求嚴(yán)格，并且相互組合，最多4個基礎(chǔ)同時沉降，最少1個基礎(chǔ)發(fā)生沉降，組合圖如下35：圖35 支座沉降組合如下本設(shè)計為雙線高速鐵路，設(shè)計荷載為ZK荷載，我國客運專線采用的ZK活載圖式如下36：圖36我國客運專線采用的ZK活載圖式ZK活載動力系數(shù)計算：參見《鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范》（TB ）。列車豎向荷載包括列車豎向動力作用，該列車豎向活載等于豎向靜荷載乘以動力系，其動力系數(shù)應(yīng)按下列公式計算：（1）鋼筋混凝土、混凝土、石砌的橋跨結(jié)構(gòu)及涵洞、剛架橋，其頂上填土厚度h≤1m（從軌底算起）時，不計列車豎向動力作用。當(dāng)h﹤1m時：式中。L為橋梁跨度。本設(shè)計L=45m，代入上式（2）空腹時鋼筋混凝土拱橋的拱圈和拱肋：式中L——拱橋的跨度（m）；λ——計算橋跨結(jié)構(gòu)的主要桿件時為計算跨徑（m）；對于值承受置部活載的桿件，則按其計算圖式一個或者數(shù)個節(jié)間的長度（m）；?——拱的矢高（m）。本設(shè)計L=45m，λ=45m，?=11m，代入上式（3）參見《高速鐵路設(shè)計規(guī)范（試行）》（TB 106212009 J9712009），考慮列車活載豎向動力的作用時，列車豎向活載等于列車豎向靜活載乘以動力系數(shù)，按下面公式計算：式中，為加載長度，；。本設(shè)計=70m。綜上：計算梁體活載作用時，；計算拱橋的拱圈和拱肋活載作用時，；列車豎向活載必須采用ZK活載。對于單線或雙線的橋梁結(jié)構(gòu)，各線均應(yīng)計入ZK活載作用，加載分為兩車道，雙向往返加載，車道偏心為177。，橋梁跨度為70m，車道組合為最多2個車道同時受荷，最多0個車道同時受荷，加載圖如下37：圖37 ZK活載加載圖 施工階段定義本設(shè)計為雙線高速鐵路拱橋，施工階段的定義相對于大跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋較為簡單，本設(shè)計分為5個施工階段，分別為板拱的施工、立柱與帽梁的施工、梁體施工的搭支架、梁澆筑完成和收縮徐變階段，各施工階段持續(xù)時間與實際時間大致相同，混凝土的齡期取為7天。本設(shè)計的收縮徐變時間考慮為10年時間，實際混凝土的徐變是一個很漫長的過程，甚至可以持續(xù)上百年，但是徐變最快的時期是在最初的半年，以后逐漸減慢，經(jīng)過一段時間后，徐變趨于穩(wěn)定。各施工階