【正文】 少 設(shè)計經(jīng)驗 技術(shù)水平 國際先進(jìn)水平，有成橋參考，但不是很多 經(jīng)驗多，國際先進(jìn)水平，設(shè)計理論先進(jìn) 經(jīng)驗多，設(shè)計理論先進(jìn) 施工對通航的影響 沒有 較小 較小 施工方法和 難易程度 纜索吊裝；經(jīng)驗成熟，施工簡單 需進(jìn)行深水基礎(chǔ)施工，橋兩端要進(jìn)行大面積的挖方，施工較難 需進(jìn)行深水基礎(chǔ)施工，橋兩端要進(jìn)行大面積的挖方，施工較難，支座費(fèi)用高養(yǎng)護(hù)難 工 期 較短 較長 較長 工 程 數(shù) 量 混凝土 (m3) 24196 鋼筋、鋼材 (t) 鋼鉸線 (t) 比選結(jié)果 優(yōu)選 可選 可選 方 案 類 別 比 較 項 目 鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 經(jīng)過施工難易程度、施工對通航的影響、造價等各方面的比較，顯然第一個方案鋼管混凝土拱橋是最合理方案，故把鋼管混凝土拱橋定為最終方案。其優(yōu)點如下 : （ 1）施工方面來說，采用無支架的纜索吊裝施工方法，不會影響通航要求，同時空鋼管架設(shè)吊裝重量輕 ,又可作為施工支架和內(nèi)填混凝土的模板 ,因而澆注混凝土?xí)r可省去支模、拆模等工序，施工用鋼量省 ,工廠化、工業(yè)化水平高 ,加快了施工的速度，同時加大了跨越能力。對于基礎(chǔ)的施工也采用明挖基礎(chǔ)，節(jié)省了工程造價。 （ 2）鋼管本身又是勁性承重骨架，在施工階段可起支架和模板的作用，在 使用階段又是主要的承重結(jié)構(gòu)，因此可以節(jié)省腳手架，縮短工期，減少施工用地，降低工程造價。 （ 3）受力上來說，首先，鋼管 借助內(nèi)填混凝土增強(qiáng)自身的穩(wěn)定性 。其次，借助鋼管對核心混凝土的套箍 (約束 )作用 ,使核心混凝土處于三向受壓狀態(tài) ,從而使核心混凝土具有更高的抗壓強(qiáng)度和壓縮變形能力；再次，鋼管本身就是鋼筋，既能受壓又能受拉，所以節(jié)省了鋼筋用量。同時鋼管混凝土主要承受軸向力，處于三向受力狀態(tài)的混凝土更能適應(yīng)。 中承式鋼管混凝土拱橋的總體布置如圖 所示。 圖 中承式鋼管混凝土拱橋的總體布置圖（尺寸單位： mm） 楊梅：沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋） 10 第 3 章 結(jié)構(gòu)構(gòu)造設(shè)計 設(shè)計資料 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 1. 橋面寬度：橋面設(shè) 2 車道，全橋?qū)捊M成為： 12m（車行道） +2 （防撞護(hù)欄） +（人行道） 2+（拱肋寬） 2=。 ：公路 Ｉ級。 ：車行道 2%，人行道 2%。 ： % ：通航凈空 60m 8m。 材料性能參數(shù) （ 1）混凝土 強(qiáng)度等級 C50，主要強(qiáng)度指標(biāo)為： 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ckf=， tkf= 強(qiáng)度設(shè)計值 cd=, td= 彈性模量 Ep=410Mpa 強(qiáng)度等級 C40，主要強(qiáng)度指標(biāo)為： 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ckf=， tkf= 強(qiáng)度設(shè)計值 cd=, td= 彈性模量 Ep=4Mpa 強(qiáng)度等級 C30，主要強(qiáng)度指標(biāo)為： 強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 ckf=， tkf= 強(qiáng)度設(shè)計值 cd=, td= 彈性模量 Ep=410Mpa （ 2） Q345鋼 強(qiáng)度設(shè)計值： 厚度 d?16mm 時， 抗拉、抗壓和抗彎 f=310Mpa,抗剪fv=180Mpa 厚度 d1635mm 時， 抗拉、抗壓和抗彎 f=295Mpa,抗剪 =170Mpa 厚度 d3550mm 時， 抗拉、抗壓和抗彎 f=265Mpa,抗剪f=155Mpa 厚度 d50100mm 時， 抗拉、抗壓和抗彎 f=250Mpa,抗剪v=145Mpa 物理性能： 彈性模量：Es=5Mpa； 鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 剪切模量： G=410Mpa 線膨脹系數(shù)：/??? 6 ο1210 C 質(zhì)量密度 ：?? 37850kg/m 結(jié)構(gòu)尺寸擬訂 在本橋的設(shè)計過程中，我參閱了羊角烏江一橋和宜賓金沙江大橋的尺寸擬定，同時，參閱了其他與該橋跨徑相當(dāng)?shù)闹谐惺戒摴芑炷料禇U拱橋的細(xì)部尺寸設(shè)計，借鑒了公路鋼管混凝土橋梁設(shè)計與施工指南。同時在指導(dǎo)老師張老師的建議指導(dǎo)下，大橋的細(xì)部尺寸擬定如下： 總體設(shè)計 本橋主跨采用凈跨為 m 的中承式鋼管混凝土拱橋，凈矢跨比為 1/為鋼管混凝土弦桿和鋼管腹桿組成的桁架結(jié)構(gòu)。主跨橋面設(shè)柔性吊桿、鋼筋混凝土橫梁、橋面瀝青混凝土。 結(jié)構(gòu)構(gòu)造 本橋拱肋采用鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，在上下弦 桿鋼管內(nèi)泵送 50 號混凝土，弦桿之間鋼板間泵送 50 號混凝土，腹桿和弦桿之間的鋼管均為空鋼管，橫撐采用鋼管內(nèi)泵送50 號混凝土，以充分發(fā)揮鋼管混凝土承壓能力強(qiáng)的特點，滿足桁架弦桿受軸向壓力較大的需要。 由于鋼管混凝土拱橋設(shè)有很多柔性吊桿，同時間距都相等且不大，所以荷載接近于均布荷載，所以選擇拱軸系時盡量靠近 1 取，然后進(jìn)行優(yōu)選。 拱肋全高為 ，上下弦桿各為兩根φ 1000 mm 22 mm 的 Q345 鋼管；上、下弦桿兩根并列鋼管間用厚 100mm 的 Q345 鋼板；腹桿為φ 500 mm 10 mm 的 Q345 空鋼管。 本 橋拱腳段拱肋在汛期將有 15m 左右高度淹沒于水中，考慮到拱肋的防撞和拱肋的構(gòu)造需要，應(yīng)將從橋面至拱腳這段拱肋做成鋼管混凝土實腹結(jié)構(gòu)，即上下弦管間以鋼腹板連接，腹板間灌注混凝土形成實腹段。建模期間，由于本人知識能力有限，將從橋面至拱腳這段拱肋做成鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，即上下弦管間以鋼管連接。兩條拱肋間設(shè)有七道 K 形空間格構(gòu)橫撐，以保證主拱肋的橫向穩(wěn)定。 K 形橫撐基本上是均勻分布，間距為 24m。 楊梅：沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋） 12 主拱肋橫截面構(gòu)造見圖 ： 圖 拱肋橫斷面構(gòu)造圖 （尺寸單位： mm） 吊桿共 30對 60 根， 縱向間距 ，采用 PES773平行鋼絞線成品拉索（ 1524Mpa） ,兩端配置相應(yīng)的冷鑄錨，上端為張拉端，全部錨于上弦空鋼管處，下端為固定端，錨于鋼筋混凝土空心板梁上。 本橋拱肋橫向中心到中心的距離為 ，此即為吊桿橫向間距，因此橫梁計算跨徑亦為 。橫梁為鋼筋混凝土橫梁，其重力為 2120kN。橫梁全長為 ，端部梁高為 ，跨中梁高為 。 橫梁外形尺寸見圖 . 圖 橫梁外形尺寸（尺寸單位： mm） 鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 4. 縱梁橋面系 拱上連續(xù)縱梁為厚 空 心板，兩端簡支梁為厚 空心板。 圖 縱梁外形尺寸（尺寸單位： mm） 橋面系主要由行車道梁和橋面鋪裝組成。行車道梁為跨徑 的鋼筋混凝土空心板梁，梁高 ，簡支擱置于橫梁上。（橫梁上安放橡膠支座）。 橋面鋪裝為 厚的混凝土 + 瀝青混凝土鋪裝層，行車道橫向坡度為 %,行道為 %,欄桿和扶手均用鋼筋混凝土。 拱上立柱為鋼筋混凝土的柱式立柱，直徑 ,拱上立柱的蓋梁為 C50 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，高為 。交接墩為立柱式，直徑 。 座 由于地質(zhì)條件良好，拱座主要采用實體式的臺階式的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 楊梅：沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋） 14 第 4 章 主拱內(nèi)力計算及組合 主拱結(jié)構(gòu)計算圖示 設(shè)計時的拱橋在橋面以下部分為了抵抗船只的撞擊并且防止?jié)q水是的沖擊，所以將這部分做成實腹段，但是由于我建模的知識有限，同時為了節(jié)約時間，所以全橋都模擬成桿件單元，由于拱腳處的拱座剛度很大，有一定的抗彎能力，所以模擬成無鉸拱結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)計算，其結(jié)構(gòu)計算簡圖見圖 。 圖 計算圖式 主拱肋結(jié)構(gòu)靜力計算 拱軸線的選取工 作既是尋找合理的拱軸線。所謂合理的拱軸線就是拱肋各控制截面的內(nèi)力比較均勻、接近，且各內(nèi)力峰值較小 ,恒載壓力線和截面中心線重合的最合適拱軸線。 本橋由于有吊桿的存在，同時間距不大且等距，在運(yùn)營階段來說，恒載和活載所產(chǎn)生的力通過吊桿傳給主拱圈，加到拱圈上的力和均布荷載差不多，所以選擇拱軸系數(shù)時靠近 選擇，分別取拱軸系數(shù) 、 、 進(jìn)行建模計算在成橋狀態(tài)下的彎矩、軸力進(jìn)行比較，對拱軸系數(shù)進(jìn)行優(yōu)選。 表 拱軸系數(shù) 位置 拱腳 1/4 跨 比值 Y1/4 f= 彎矩 表 拱軸系數(shù) 位置 拱腳 1/4 跨 比值 Y1/4 f= 彎矩 表 拱軸系數(shù) 位置 拱腳 1/4 跨 比值 Y1/4 f= 彎矩 鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 根據(jù)合理拱軸線的選擇原則，手算計算后判斷有：總的來說，拱軸系數(shù) m= 的時候，拱軸線計算原則下， (Y1/4/fm1/4/m),滿足條件，所以最終選擇拱軸系數(shù)m=。 本橋l=， fo= l/5=， h=, =,查“拱橋”表（ III）得，c s j? ?，sin j?=. 主拱圈的計算跨徑和計算矢高為： L=l+hsi j=217m /2 /2cosf h h j??? ?= 結(jié)構(gòu)單元的選取和劃分 主拱肋為典型的平面桿件系統(tǒng)，在建模之前張雪松老師又對橋博建模進(jìn)行了一次講座，所以我用橋博進(jìn)行拱橋的整體建模，但由于橋博不能表示空間的整體形狀，所以建模時，取兩片拱肋中的一片的 1/2 片進(jìn)行建模計算（拱肋式四肢格構(gòu)形）。 雖然在橋面以下的拱肋為實腹段，但是為了簡化模型，我把全橋都看成了桿件單元，不過在驗算過程中在拱腳段填充混凝土以均布荷載進(jìn)行加載，考慮自重的影響，但不考慮參與受力。腹桿與弦桿處的連接為剛接。在橋博建模之中，如果沒有建橋面系，橋博建成的裸拱上面不能加汽車、人群等活荷載，但是如果加上立柱、橋面等又會對主拱的計算彎矩產(chǎn)生很大的影響，后來在張老師的建議下我將橋面、立柱等拱上結(jié)構(gòu) EA、 EI 進(jìn)行調(diào)整，使它們趨于 0（當(dāng)做虛擬橋面考慮）。 最后，鋼管拱整體劃分為 378 個單元，上下弦管拱劃分為 152 個單元，連接上下弦管的腹桿沿拱劃分為 144 個單元，橋面劃分為 37 個單元，兩邊的拱上立柱拱和蓋梁共劃分為 6個單元，每根吊桿劃分成一個單元，總共 27 個單元。另外橫撐、橫聯(lián)管、橋面鋪裝不劃分單元，以荷載的形式進(jìn)行加載。特別值得一提的是由于是鋼管混凝土橋型，鋼管里面的混凝土?xí)r在拱肋在吊裝合攏之后泵送，在橋博建模過程中將鋼管和混 凝土在不同階段施工，最終一組合截面受力，由于過程較復(fù)雜，時間有限，于是，我并為對鋼管和混凝土單獨建模 ，是以組合截面換算為鋼截面進(jìn)行建模，運(yùn)用特殊輸入，模擬為面積相同，慣性矩相同的矩形鋼截面來模擬組合截面受力。結(jié)構(gòu)單元離散圖見圖 . 楊梅：沙塘壩大橋（鋼管混凝土拱橋） 16 圖 拱單元劃分 注 :上面數(shù)字代表單元號，節(jié)點號。 施工和營運(yùn)階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力的計算 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工階段實際應(yīng)該大體分為幾個時期： 第一階段：墩臺施工。 第二階段：纜索吊裝施工，拼裝拱圈鋼管，每支鋼管分段拼裝，合龍，每拼裝一段，階段受力情況均 不相同，合攏后，封鉸。 第三階段：拱合龍之后，焊接鋼板和腹桿，形成裸拱結(jié)構(gòu)，受力情況變化，鋼結(jié)構(gòu)承受恒載，進(jìn)行體系轉(zhuǎn)化，加橫撐結(jié)構(gòu)。 第四階段：裸拱施工完畢后，對主拱鋼管和鋼板內(nèi)泵送混凝土，先下弦再上弦，形成鋼管混凝土裸拱結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)分別承受恒載作用，待混凝土逐漸凝結(jié)，與鋼管結(jié)構(gòu)形成套箍作用，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土共同形成組合結(jié)構(gòu)共同受力。 第五階段：吊桿和橫梁施工 。 第六階段：縱梁施工，吊桿之間縱梁先簡支，然后二期施工澆注混凝土，連接形成連續(xù)結(jié)構(gòu)。 第七階段：引橋施工。 第八階段：成橋狀態(tài)，未施加二 期恒載。 第九階段：成橋狀態(tài)，施加橋面鋪裝，人行道，欄桿等。 第十階段：考慮混凝土收縮，徐變 使用階段：成橋狀態(tài)時，恒載和活載的內(nèi)力計算組合，同時對鋼管截面進(jìn)行驗算。 由于知識有限，時間不足，在張老師的建議下，我沒有對拱橋的具體施工順序進(jìn)行分析，只對成橋狀態(tài)，恒載和活載組合作用進(jìn)行了模擬計算，同時對鋼管截面進(jìn)行驗算 : 鋼管溷凝土拱橋畢業(yè)設(shè)計論文 土木工程橋梁專業(yè)畢業(yè)設(shè)計（論文） 17