第27卷 第9期2010年9月
公 路 交 通 科 技
Journa l of H i gh w ay and T ranspo rtati on R esearch and D eve l op m ent
V ol 127 N o 19
Sep .2010
收稿日期:2010-01-28
作者简介:霍学晋(1983-),男,江苏丰县人,博士研究生,从事大跨度桥梁结构稳定与振动研究1(huoxu eji n @1261co m )
文章编号:1002-0268(2010)09-0073-07
多拱肋蝶形拱桥的稳定及其影响因素研究
霍学晋,蒲黔辉,施 洲
(西南交通大学 土木工程学院,四川 成都 610031)
摘要:多拱肋蝶形拱桥由于拱肋的异化导致结构的受力异常复杂且空间效应明显,拱肋的外倾角、矢跨比、含钢率等各种设计参数均会对该桥型的空间稳定性产生不同程度的影响。以太原市南中环主桥为背景,采用不同的方法对钢管混凝土拱肋进行模拟,并建立全桥空间有限元模型,深入研究了多拱肋蝶形钢管混凝土拱桥的空间稳定性及其影响因素,结果表明:主副拱肋的外倾角对结构稳定性的影响并不明显;存在一个理想的矢跨比值,使得结构的稳定系数最大,结构最为稳定;拱肋的初始缺陷会降低结构的整体稳定性;拱肋刚度的计算方法对稳定系数的影响也较大;增大拱顶附近截面的含钢率有利于增强结构的整体稳定性;拉杆等构件的刚度对结构的稳定性也存在着规律性的影响。关键词:桥梁工程;蝶形拱桥;有限元法;稳定性;外倾角;矢跨比中图分类号:U 448122+2 文献标识码:A
S tudy on S tability and Its Infl u enci n g Factors of Butterfl y -shaped M ult-i ri b A rch Bri d ge
HUO Xue ji n ,P U Q ianhu,i S H I Zhou
(Schoo l of C i v il Eng ineer i ng ,South w est Ji aotong U n i ve rsity ,
Chengdu Sichuan 610031,Ch i na)
Abstr ac:t Due to the a li e nati o n o f arch ri b s of butterfly -shaped mu lt-i r i b arch bridges ,t h e structura l
behav i o rs are particularly co m p licated and spatial effects are obv ious ,the stability o f th is type of bri d ge is re levant to m any desi g n para m eters such as ang le of depressi o n ,rise /span ratio ,steel ra ti o and so on 1Based on the m a i n bri d ge on south-centra l ring street ofT aiyuan city ,the steel p i p e concrete arch ri b sw ere mode led by different m ethods and the spatial fi n ite ele m ent m ode l w as deve l o ped .Then the spatial stab ility and its i n fluenc i n g facto rs of butterfly -shaped concrete -filled stee l tubular m u lt-i rib arch bridges w ere stud ied 1The resu lt indicates tha t (1)the depressi o n ang les o fm ajor and m i n or arch ri b s have little infl u ence on the overa ll stability ;(2)there i s an opti m um rise /span ratio thatm ax i m izes the stability coefficient to m ake the str ucture the m ost stable ;
(3)the i n iti a l i m perfecti o n of ribs can degrade t h e overa ll stab ility ;(4)t h e d ifferent
coefficients o f stab ility w ould be obta i n ed by the different calcu lati o n m ethods of the rigidity o f ribs ;(5)t h e larger stee l ratio of sections near the arch cro w n is helpful to the overa ll stability ;(6)t h e stiffness o f various ele m ents such as the li n k rods affect the stability of structure regularly 1Key wor ds :bridge eng i n eering ;butterfly -shaped arch bri d ge ;finite ele m ent m ethod ;stab ility ;ang le of
depression ;rise /span ratio 0 引言
蝶形钢管混凝土拱桥是一种造型美观的新桥型,拱结构向桥面外倾斜,呈现蝴蝶状,容易与周围环境相互协调。蝶形拱桥最早出现于英国贝德福德(Bed f o r d)城的大奥斯(G reat Ouse)河上,国内
也修建了几座蝶形拱桥
[1]
,但均为双拱肋结构。
太原市南中环主桥的设计采用了空间4拱肋6索面
的蝶形钢管混凝土拱桥桥型,目前尚属国内首例。该桥桥面两侧各有2片向外倾斜的拱肋,内拱为主拱肋,主拱肋外设置副拱肋,主副拱肋通过圆弧形工字钢联接。由于拱肋外倾,2片主拱肋之间
公路交通科技第27卷
不设置横向联接系,通过拉索和主副拱肋之间的联结拉杆共同维持该空间体系的稳定性。对于多拱肋蝶形拱桥空间稳定问题的研究还较少,而该桥型的稳定由于结构的异化必定具有其特殊性,外倾角、矢跨比、钢管混凝土拱肋的含钢率、成桥索力和主梁横向刚度等各种设计参数均会对体系的整体稳定性产生影响,因此,深入探讨各参数对多拱肋蝶形拱桥稳定性的影响及其规律具有较大的工程实用价值。1 工程背景
太原市南中环主桥为钢-混凝土叠合梁组合式系杆拱体系,跨径组合(60+180+60)m ,主桥中跨跨中92m 梁段采用钢-混凝土叠合梁。主拱肋为钢管混凝土构件,由上下2个扁钢管中间加腹板组成哑铃形断面,扁钢管内灌注混凝土,副拱肋为空圆钢管。该桥空间设置六面索,包括主拱肋平面内的主吊索、连接副拱肋和人行道挑臂的副吊索及连接主拱的和桥面中央分隔带的斜拉索。主桥的结构形式及纵向布局见图1和图2
。
2 有限元模型的建立
根据该桥各构件的特点,在进行空间有限元建模时,分别对各构件采用梁单元、只受拉杆单元和
索单元来模拟。混凝土箱梁为分离式三箱结构,三
箱通过横隔板连接为整体,截面形式如图3所示。
采用梁格法来模拟混凝土箱梁,将实际结构的纵向抗弯刚度集中于纵向梁格构件中,横向抗弯刚度集中于横向梁格构件中,同时横梁可以传递平行于横截面的扭矩。钢-混凝土叠合梁横断面在外形上与混凝土箱梁风格一致,同样采用梁格法建模,计算截面刚度时将混凝土截面等效换算成钢截面。主副拱肋均采用空间梁单元模拟,主拱肋在浇注混凝土之前为哑铃形空钢管截面,浇注后为组合截面,其刚度可以采用各种不同的方法来计算,例如,换算截面法、叠合单元法和统一理论法[2]
。主副吊索、斜拉索及系杆索均为只受拉构件,主副吊索和斜拉索需考虑垂度的影响,采用索单元模拟;系杆索模拟为只受拉杆单元。采用空间结构分析软件M i d as C ivil 建立该多拱肋蝶形拱桥的空间有限元模型,全桥共划分4852个单元。
图3 混凝土箱梁截面(单位:mm )
F ig 13 Section of concrete box g i rders (un it :mm )
3 结构稳定性的影响因素分析
多拱肋蝶形钢管混凝土拱桥由于拱肋结构的异化导致受力非常复杂且空间效应明显,而设计资料和研究成果较少,此类桥型的桥面宽度和跨度一般均较大,结构的稳定性受各种设计参数的影响较为明显。太原市南中环主桥的设计主拱肋外倾角为16b ,矢跨比为1/41326,对结构成桥状态进行恒载稳定性分析,得到稳定系数为6197,第1阶失稳模态为拱肋的横向反对称扭转失稳,在此基础上计算各参数下成桥状态结构的整体稳定性,分析拱肋外倾角、矢跨比等参数对结构空间稳定性的影响及其规律。
311 外倾角对结构稳定性的影响
31111 主拱肋外倾角对结构稳定性的影响为了探讨主拱肋的外倾角对蝶形钢管混凝土拱桥稳定性的影响规律,并考虑施工过程对成桥状态结构几何刚度的影响,分别对不同倾角值的成桥结构进行恒载的稳定性分析,计算结果如表1所示。
由表1看出,随着主拱肋外倾角的变化,稳定系数的变化并不大,说明外倾角对结构稳定性的影响较小,设计时外倾角的大小应由结构的静力分析结果和外型比例条件决定。
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第9期霍学晋,等:多拱肋蝶形拱桥的稳定及其影响因素研究
表1 主拱肋外倾角对稳定系数的影响
Tab 11 I n fluen ce of dep ressi on angle of m ajor arch
ribs on stab ility coeff i c ien t
外倾角/(b )0246810稳定系数619856198761983619766196961963外倾角/(b )121416182022稳定系数
61961
61963
61970
61980
61992
61995
蝶形外倾拱肋与平行拱肋相比对拱桥横向稳定
的影响主要有:(1)外倾拱肋在拱顶处肋距加大,使平均宽跨比加大,对横向稳定有利;
(2)
桥道系
恒载及活载传递给拱肋的力不是竖直的,带有倾角,产生水平力,对下承式拱桥,拉索所产生的水平分力则对拱肋的侧倾产生约束作用,增强了结构的稳定性。
31112 副拱肋外倾角对结构稳定性的影响
保持主副拱肋的矢跨比为设计值,并考虑施工过程对成桥状态结构几何刚度的影响,不同的副拱肋倾角下结构的稳定系数计算结果如图4所示。
图4 副拱肋外倾角对稳定系数的影响曲线F i g 14 Inf l uence of depression an gle of m i nor arch
ribs on stab ility coeff i c ien t
结果表明,存在某个副拱肋倾角值使得结构的稳定系数达到最大,但整体上随着倾角的变化,稳定系数的变化并不大,副拱肋外倾角达到36182b 时,稳定系数值相比最大值只减小了2114%,因此副拱肋外倾角对结构稳定性的影响较小。312 矢跨比对结构稳定性的影响
太原市南中环主桥的内侧主拱肋的钢管混凝土截面全高315m ,设计矢跨比为1/41326,外侧的副拱肋采用直径为113m 的空圆钢管,壁厚25mm,平面内设计矢跨比为1/31346,主副拱肋的拱轴线均为二次抛物线。主拱肋截面刚度较大,
是主要的拱结构,主副拱肋通过拉杆联接组成空间的稳定体系。主拱肋截面形式如图5所示。
31211 主拱肋矢跨比对结构稳定性的影响
保持主拱肋外倾角等参数为设计值,稳定系数随着主拱肋矢跨比的变化曲线如图6所示。
由图6看出,当主拱肋矢跨比较小时,结构的稳定系数随着矢跨比的增大而增大,当矢跨比增大
到某一值时,稳定系数达到最大,结构最为稳定,矢跨比继续增大,稳定系数呈现下降趋势。这是由于矢跨比的减小使得拱肋的轴向压力增大,而轴压力与构件的几何刚度成反比,致使拱肋的整体切向刚度降低,结构的稳定性能下降。当矢跨比大于理想稳定矢跨比值时,随着矢跨比的增大斜拉索在主拱肋面内的分力不断增大,使得拱肋轴向压力没有减小反而增大,导致结构的稳定性出现下降趋势。计算表明在外倾角和构件刚度不变的情况下,存在某一理想矢跨比值使得蝶形钢管混凝土拱桥最为稳定,因此在设计时主拱肋的矢跨比应尽量接近该值。
另外随着主拱肋矢跨比的增大斜拉索在主拱肋面内的分力对轴向压力的影响越来越大,达到理想稳定矢跨比时,结构的第1阶失稳模态发生突变,由面外反对称扭转失稳转变为面外对称扭转加横向水平位移失稳,如图7和图8所示。
31212 副拱肋矢跨比对结构稳定性的影响
副拱肋主要通过副吊索向人行道挑臂传递拉力,
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公路交通科技第27
卷
保证挑臂结构的受力安全,与主拱肋相比截面刚度较小,但由于拉杆的连接,结构的整体稳定性也会受到副拱肋矢跨比的影响,其规律如图9
所示。
图9 副拱肋矢跨比的影响曲线F i g 19 Inf l uence of rise /span ratio of m i nor
arch ribs on stab ility coeff icien t
由图9看出,副拱肋矢跨比对稳定的影响与主拱肋矢跨比相似,存在一个理想矢跨比值,使得结
构的稳定系数达到最大,矢跨比小于该值时,稳定系数随着矢跨比的增大而增大,但和主拱肋矢跨比的影响曲线相比,曲线较为平坦,稳定系数的变化不大。矢跨比较大时,稳定系数随着矢跨比的增大
而减小,且下降较为明显。这是因为,由于副拱肋
的外倾角较大,副吊索在副拱肋平面内的分力随着副拱肋矢跨比的增大而增大,使得拱肋切线刚度减小,降低了结构的稳定性,另外矢跨比的增大消弱了主副拱肋之间连接拉杆的作用,不利于两拱肋之间的传力,降低了该空间体系的整体性,使其稳定性下降。
31213 拱肋的初始缺陷对稳定性的影响
主副拱肋在施工过程中,不可避免地会出现因初始安装及拱轴线的弹性压缩而导致的结构初始缺陷。另外为了最终达到成桥理想状态,施工过程中需设置施工预拱度,也会造成拱肋的初始缺陷。在外荷载作用下主拱肋的内力除了轴向压力外,初始缺陷引起的附加弯矩和扭矩所占比重较大,结构的变形呈非线性状态而使结构的稳定承载能力降低。将拱肋弹性失稳第一阶模态的3%位移作为初始缺陷,计算主副拱肋不同矢跨比时结构成桥状态的恒载稳定系数及其规律如图10和图11所示。
比较图6和图10,考虑主拱肋的初始缺陷后,成桥状态的恒载稳定系数在不同的主拱肋矢跨比时均小于不考虑初始缺陷时的值,由图10看出考虑主拱肋的初始缺陷在设计矢跨比时结构成桥状态的恒载稳定系数为6101,减小了1318%。副拱肋考虑初始缺陷后,稳定系数也存在相似的规律性,由图11看出考虑副拱肋的初始缺陷在设计矢跨比时结构成桥状态的恒载稳定系数为6107,相比不考虑初始缺陷的减小了1219%,主拱肋的初始缺陷对稳定的影响略大于副拱肋的影响。因此在进行蝶形拱桥稳定性分析时,需计入初始缺陷的影响。
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第9期霍学晋,等:多拱肋蝶形拱桥的稳定及其影响因素研究
313 主拱肋刚度对稳定性的影响
31311 主拱肋刚度的选取方法对稳定性的影响
在钢管混凝土拱桥稳定计算中,最关键的部分就是钢管混凝土拱肋刚度的选取,拱肋刚度的计算方法主要有:换算截面法、叠合单元法和统一理论法
[2]
。换算截面法是基于刚度等效的原则,将钢管
混凝土面积按抗压刚度等效原则换算成钢管的面积,然后由基本方法计算钢管混凝土构件的刚度。叠合
单元法是将钢管混凝土截面分成混凝土和钢管两部分,考虑钢管和混凝土纵向应变的协调,得到构件刚度。统一理论法的基本思路是将钢管混凝土换算成一种材料,分别选定钢材和核心混凝土在复杂受力状态下比较正确的本构关系,运用平衡条件和变形协调条件将两者的本构关系合成构件的组合关系,在组合关系中包含了紧箍效应,然后建立内外力平衡条件和变形协调条件,求出内力(或应力)与应变的关系。
下面针对该蝶形钢管混凝土拱桥各个主要的施工阶段及成桥状态分别采用3种方法计算稳定系数,结果如表2所示。
表2 拱肋刚度不同计算方法的稳定性分析T ab 12 Analysis of stability by calcu l a ti ng rigidity of
r i bs w ith d ifferen t m ethod s
工况阶段换算截面法
叠合单元法统一理论法拆除主拱支架191701817420106安装主吊索221992*********拆除主梁支架9165819510156安装拉杆351493511638123拆除副拱肋支架10104916910174现浇桥面板10189919511149施工桥面铺装713771027143成桥
7106
6197
7115
结果表明,换算截面法和叠合单元法得到的各个施工阶段和成桥状态的结构恒载稳定系数整体上较统一理论法要小,这是由于统一理论法考虑了核心混凝土的套箍作用,可见拱肋刚度计算方法的选取对于整体稳定系数的影响较大,叠合单元法的计算结果整体上偏于安全,可在实际的结构设计中应用。
31312 主拱肋截面含钢率对稳定性的影响
核心混凝土在钢管的套箍作用下,其性能发生了质的变化,抗压组合弹性模量E sc 可表示为
[4]
:E sc =1122@10
-3
+01728f y
E s f y sc ,(1)
式中,E s 、f y 分别表示钢材的弹性模量和屈服点;f y
sc 为
钢管混凝土轴心受压组合强度标准值,公式为:
f y
sc =(11212+B N +C N 2
)f ck ,
(2)
式中,B 、C 是与材料有关的常数;N 为钢管混凝土构件的套箍系数,与截面含钢率A (钢管截面面积与混凝土截面面积之比)成正比;f ck 为混凝土的强度指标。
钢管混凝土的组合强度指标主要与钢材的屈服强度f y 、混凝土的强度指标f ck 及含钢率A 有关,当钢材型号和混凝土标号选定后,钢材的屈服强度f y 和混凝土的强度指标f ck 就随之确定,因此钢管混凝土的组合强度指标只和含钢率A 有关,由式(1)和式(2)可知随着含钢率A 的增大,钢管混凝土构件的组合弹性模量和构件截面刚度均变大,使结构稳定性增强。因此,结构的稳定性与拱肋截面含钢率的大小直接相关。
太原市南中环主桥的主拱肋在距拱顶45m 范围内,拱肋截面的扁钢管及腹板的设计壁厚均为25mm,含钢率为01126,为了满足拱脚的受力要求,主拱肋截面的钢板厚度在拱脚附近加大,扁钢管设计壁厚为30mm ,腹板为35mm,含钢率为01154。保持拱肋截面填充混凝土面积不变,分别计算拱顶和拱脚附近截面含钢率的变化对结构整体稳定性的影响,结果如图12所示。
图12 含钢率对稳定系数的影响曲线
F i g 112 In fl u ence of stee l ratio on stab ility coefficient
图12示出,增大拱顶和拱脚附近截面的含钢率,结构的稳定系数均有增大的趋势,这和理论分析结果相一致。拱顶附近截面的含钢率对稳定的影响较大,拱脚附近截面的影响曲线较为平坦,对稳定的影响较小,因此拱脚附近加大钢管的截面积可主要根据受力变化的要求来确定。
31313 钢管内混凝土对稳定性的影响
空钢管在轴心压力的作用下,管壁上存在凸凹缺陷,容易出现局部失稳,钢管内灌注混凝土可以增强薄壁钢管的稳定性,并且构件刚度的增大也使得结构的整体稳定性增强。表3示出了空钢管、灌注上端钢管和上下端钢管均灌注混凝土3种情况下结构的整体稳定系数。
由表3可见,上下端钢管内灌注混凝土后,结构的整体稳定性相比空钢管时提高了2412%,只灌注上端钢管,其稳定性也比空钢管时有所提高。
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表3 钢管内混凝土对稳定性的影响
Tab 13
Influence of concrete i n steel tubes on structural stability
空钢管
灌注上端灌注上下端
稳定系数5161
6143
6197
314 成桥索力对稳定性的影响
太原市南中环主桥主副拱肋外倾,为了使结构受力合理和增强整体稳定性,空间设置了六面索,包括主拱肋平面内的主吊索、连接副拱肋和人行道挑臂的副吊索及连接主拱肋和桥面中线的斜拉索,全桥共设11对斜拉索,12m 设置一对,副吊索和斜拉索一一对应,主拱肋平面内设置25对主吊索,6m 一对。在成桥设计索力作用下,结构的整体稳定系数为6197,变化成桥索力分别计算结构的稳定系数,各索力的大小对结构整体稳定性的影响规律如图13
所示。
图13 成桥索力对稳定系数的影响曲线Fig 113
Influence of cab le force of co m ple ti on stage on stab ility coe ff icien t
由图13可见,成桥恒载的稳定系数与各索力值
的大小基本上呈线性相关关系,索力越大稳定性越差。这主要是因为随着索力的增大,拱肋所受的轴压力增大,导致结构的整体切向刚度减小,稳定性随之降低。另外三类索中主拱肋平面内的主吊索对结构稳定的影响最大,但与矢跨比相比,成桥索力对稳定的影响较小,因此结构的整体稳定性主要取决于拱肋自身的结构形式和截面特性。
315 其他构件刚度对稳定性的影响
蝶形钢管混凝土拱桥构造复杂,除了主拱肋刚度外,副拱肋、连接主副拱肋的拉杆、主梁横隔板等构件的刚度均会对结构成桥状态的整体稳定性产生影响,其规律如图14所示。
由图14可见,成桥状态结构的稳定系数随着各构件刚度的增大而增大,并近似为线性相关。由于该蝶形拱桥的第1阶弹性失稳模态为拱肋的面外反对称扭转失稳,因此空间拱体系自身的刚度对结构稳定性的影响较大。图14所示的结果中,副拱肋和连接主副拱肋的拉杆刚度对稳定性的影响较大,主梁横向刚度的影响相对较小。连接主拱肋和副拱肋
的拉杆刚度越大,空间拱的整体性越强,结构的稳
定性越好。
图14 构件刚度对稳定系数的影响曲线Fig 114 Inf l uence of stiffness of struc tural ele m en t
on stab ility coeff i c ien t
4 结论
多拱肋蝶形钢管混凝土拱桥的空间稳定性与各种设计参数有关,如外倾角、矢跨比、拱肋刚度的选取、张拉索力和主梁横向刚度等。主副拱肋的外倾角对结构稳定性的影响均不明显。拱肋的矢跨比对稳定性的影响较大,且蝶形拱桥存在一个理想的矢跨比值,使得结构的稳定系数最大,结构最为稳定,该值可由结构的空间稳定性分析得到。拱肋的初始缺陷会降低结构的整体稳定性,因此在进行蝶形拱桥的稳定性分析时,需计入主副拱肋初始缺陷的影响。拱肋刚度计算方法的选取对于整体稳定系
数的影响较大,叠合单元法计算结果整体上偏于安全,可在实际的结构设计中应用。增大主拱拱顶附近截面的含钢率有利于增强结构的整体稳定性。另外成桥索力的大小与副拱肋、拉杆、主梁横隔板等构件的刚度均对结构的整体稳定性存在规律性的影响,这些规律在结构的优化设计中具有较大的实用价值。
参考文献:R eferences :
[1] 李健,辛克贵,张崇厚,等1梁拱组合体系桥梁的设
计实例[J]1河北工程大学学报:自然科学版,2008,
25(1):5-81
L I Jian ,X I N K egu,i ZHANG Chonghou ,et a l 1D esi gn o f Bea m A rch Co m bi na tion Br i dg e [J]1Journa l o f H ebei U n i versity o f Eng ineer i ng :N a t ura l Sc ience Ed iti on ,
2008,25(1):5-81
[2] 钟善桐1钢管混凝土结构[M ]13版1北京:清华大
学出版社,2003:
34-2821
ZHONG Shantong 1Concrete F illed S tee l T ube S tructures [M ]13rd ed 1Be iji ng:T si nghua U niversity P ress ,2003:34-2821
[3] 陈宝春1钢管混凝土拱桥[M ]12版1北京:人民交
通出版社,2007:
640-8061
C H E N Baochun 1Concrete F illed Stee lT ube A rch Br i dg es
78
第9期霍学晋,等:多拱肋蝶形拱桥的稳定及其影响因素研究
[M]12nd ed1Be ijing:Chi na Communicati ons Press,
2007:640-8061
[4]黄侨1桥梁钢)混凝土组合结构设计原理[M]1北
京:人民交通出版社,2004:139-2031
HUANG Q iao1D esi gn Pr i nc i ple o f Stee l-concrete
Composite Bridge Structures[M]1Be ijing:Chi na
Comm un i cati ons P ress,2004:139-2031
[5]樊启武,钱永久,黄道全1拱肋刚度的选取对钢管混
凝土拱桥稳定计算的影响[J]1公路交通科技,
2008,25(3):75-781
FAN Q i wu,Q IAN Yong ji u,HUANG D aoquan1Infl uence
of S tee-l concrete P i pe A rch R i b R ig i dity on Stab ility of
Concre te-fill ed Steel Tube Bridge[J]1Journal of
H i ghway and T ransporta ti on R esearch and D eve l op m en t,
2008,25(3):75-781
[6]杨美良,李传习,赵冰,等1钢管混凝土拱桥空间稳
定分析[J]1中南公路工程,2004,29(4):79
-821
YANG M e iliang,L I Chuanx,i ZHAO B i ng,e t al1Spatial
Stab ility Ana l ys i s o f CFST A rch B ri dge[J]1Central
South H i gh w ay Eng ineer i ng,2004,29(4):79-821 [7]李征,亓路宽,宋建永,等1钢筋混凝土拱桥参数化
建模及特征值屈曲分析[J]1公路交通科技,2007,
24(4):113-1161
L I Zheng,Q I Lukuan,SONG Ji anyong,et al1M ode li ng
w ith P ara m eters and E i genva l ue Buckli ng Ana l ys i s of
R e i nforced Concrete A rch Br i dges[J]1Journal of
H ighway and T ransporta ti on R esearch and D eve l op m en t,
2007,24(4):113-1161
[8]颜全胜,骆宁安,韩大建,等1大跨度拱桥的非线性
与稳定分析[J]1华南理工大学学报:自然科学版,
2000,28(6):64-681
YAN Q uansheng,LUO N i ng an,HAN D a jian,e t a l1
N on li near it y and Stability Ana l ys i s for a Long-span A rch
Br i dge[J]1Journa l o f South Ch i na U n i versity o f
T echno l ogy:N atura l Sc i ence Ed iti on,2000,28(6):
64-681
[9]谢尚英,钱冬生1混凝土拱桥在施工阶段的非线性稳
定分析[J]1西南交通大学学报,1999,34(1):
32-351
X IE Shangy i ng,Q I AN D ongsheng1N on-li near Stability
A na l ysis o f a Concrete A rch Br i dge on Its Constructi on
S tage[J]1Journal o f South w est Ji aotong U n i v ers it y,
1999,34(1):32-351
[10]李玲瑶,陈政清,葛耀君1钢管混凝土拱桥拱肋横撑
对动力和稳定性的影响[J]1公路交通科技,2008,
25(3):70-741
L I L i ngy ao,C HEN Zhengq i ng,GE Y aojun1E ffects o f
A rch R i b Cro ssbars on D yna m ic and Stab ilizati on
Character istics o f Concrete F ill ed S teel T ubular A rch
Br i dge[J]1Journa l o f H i ghway and T ranspo rtati on
R esearch and D eve l op m ent,2008,25(3):70-741 [11]陈淮,孙应桃1斜靠式拱桥拱肋倾角变化对稳定性能
的影响[J]1铁道科学与工程学报,2009,6(1):
21-241
C HEN H ua,i S UN Y i ngtao1V ariationa l Slop i ng A ng le o f
A rch R i b In fluenced on t he Stab ility of D ouble X-shaped
A rch Br i dg e[J]1Journal o f R a il w ay Science and
Eng i neer i ng,2009,6(1):21-241
[12]罗涛1营口辽河公路大桥稳定性能研究[J]1公路交
通科技,2009,26(3):105-1091
LUO T ao1R esearch on Stability o f L i aohe R iver H i gh w ay
Br i dge in Y i ngkou[J]1Journa l of H ighway and
T ransportati on R esearch and Deve l op m ent,2009,26
(3):105-1091
(上接第72页)
[11]陈淮,张云娜1施加横向预应力加固装配式空心板桥
研究[J]1公路交通科技,2008,25(10):58-621
C H E N H ua,i ZHANG Y unna1R esea rch on Streng t heni ng
F abr i cated H oll ow S lab B ridge by Apply i ng T ransverse
P restress[J]1Journa l of H i ghway and T ransportation
R esearch and Deve l op m ent,2008,25(10):58-621 [12]邹旭岩1碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥承载力
研究[D]1郑州:郑州大学,20091
ZOU X uyan1Study o f Bear i ng Capac ity of P restressed
Concrete H o ll ow Slab B ri dge Streng thened w it h CFRP
Sheets[D]1Zhengzhou:Zhengzhou U niversity,20091
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长安大学拱桥课程设计 电子版 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
悬链线箱形拱桥课程设计任务书 1．设计资料 设计荷载： 公路Ⅰ级，人群荷载m 2. 矢跨比1/4 桥宽 +9+ 拱顶填土包括桥面的平均高度'd h ＝ 净跨径： 0l =45m+3*5=60m; 合拢温度：10o c 最高月平均温度 30o c 最低月平均温度 0o c 2.主要构件材料及其数据 桥面铺装为 8cm 钢筋混凝土（4γ＝25 KN/m 3）+6cm 沥青混凝土（2γ＝23 KN/m 3） 拱顶填土材料容重1γ＝ KN/m 3 护拱及拱腔为1号石灰砂浆砌筑片石，2γ＝23 KN/m 3 腹拱圈为C30混凝土预制圆弧拱，3γ＝ KN/m 3 腹拱墩为C30钢筋混凝土矩形截面排架式墩，4γ＝25 KN/m 3 主拱圈为C40钢筋混凝土箱形截面，5γ＝ KN/m 3 3.设计依据 1． 交通部部标准《公路桥涵设计通用规范（JTGD60－2004）》； 2． 交通部部标准《》； 3． 交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D60－2004》；
二、拱圈截面的几何要素的计算 （一）主拱圈横截面设计 三、确定拱轴系数 上部结构构造布置 上部结构构造布置如下图所示： 图上部结构构造尺寸（单位：cm ） 主拱圈 假定m=，相应的y ?/f =，f 0/l 0=1/4，查《拱桥》(上册)表(III)-20(6)得： sin φj =，cos φj =，φj =50?09'" 主拱圈的计算跨径和计算矢高： l =l 0+2y 下sin φj =85+2××= f =f 0+y 下(1?cos φj )=+×(1?= 拱脚截面的水平投影和竖向投影 x =Hsin φj =×= y =Hcos φj =×= 将拱轴沿跨径24等分，每等分长86.2973 3.59572424 l l m ?= ==，每等分点拱轴线的纵坐标f f y y ????? ??=11(其中?? ? ???f y 1由拱桥 (Ⅲ)-1查得),相应的拱背曲面坐标?cos 11 上 y y y -='，拱腹曲面坐标? cos 11 下y y y +=''。具体数值见下表： 表主拱圈几何性质表
96m系杆拱桥拱肋拼装施工技术 发表时间：2017-07-13T11:35:44.517Z 来源：《基层建设》2017年第8期作者：曹守明[导读] 摘要：系杆拱桥将拱与梁两种基本结构形式组合在一起共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，其上部结构拱肋的拼装过程关系整个受力体系以及预埋件位置的精确度，本文对以上方面进行详细阐述，对类似工程有一定的借鉴作用。 中铁十四局集团第四工程有限公司山东省济南市 250002 摘要：系杆拱桥将拱与梁两种基本结构形式组合在一起共同承受荷载，充分发挥梁受弯、拱受压的结构性能和组合作用，其上部结构拱肋的拼装过程关系整个受力体系以及预埋件位置的精确度，本文对以上方面进行详细阐述，对类似工程有一定的借鉴作用。 关键词：系杆拱桥；拱肋；安装；施工张唐铁路高各庄跨京沈高速及前冯各庄跨机场路主跨均为1-96m系杆拱桥，其上部拱肋的计算跨度为96m，矢跨比f/l=1:5，拱肋矢高19.013m，拱肋采用二次抛物线线型。拱肋平面内拱肋中心线方程为：Y=-1/120x2+4/5X(m)。拱肋在横桥向内倾8°，呈提篮式，拱顶处两拱肋中心距7.256m。拱肋横断面采用哑铃形等截面，截面高度h=2.7m， 1 钢管拱拱肋划分设计 拱肋之间设一道一字撑和四道K撑。一字撑及K撑的横撑采用外径1.0m的圆形钢管组成，K撑的斜撑采用外径0.8m的圆形钢管组成，钢管内均不填充混凝土。拱肋钢管采用Q345qE钢材，钢管直径为1.0m，由厚20mm的钢板卷制而成，每根拱肋的两钢管之间用δ=20mm的腹板连接。每隔一段距离，在圆形钢管内设加劲箍，在两腹板中设置加劲拉筋。拱管内灌注C55补偿收缩混凝土。其与桥面靠吊杆相连，共设吊杆13对。拱肋设计分段划分为拱脚GL1(4段)、GL2-GL4(各4段)、GL5(2段)、横撑(5根)、斜撑(8根)，总重量约331吨，其中拱肋约300吨。 2 吊装前准备工作 2.1 吊机的选择及相关站位 现场配置1台120t汽车吊在地面进行拱脚吊装作业，根据设计图纸要求拱脚安装结束后将拱脚与系梁一起进行混凝土浇筑，系梁达到设计强度后进行后续各分段拱肋的吊装。 拱肋吊装采用120t汽车吊将1台70t汽车吊和1台40t平板运梁车吊至混凝土桥面上，之后70t汽车吊与平板运梁车在系梁桥面上协同作业进行钢管拱块体吊装。因汽车吊吊装杆件过程中混凝土桥面为点受力，为保证施工安全，吊车支腿站位于混凝土系梁桥面隔板位置。 2.2 施工场地处理 拱脚安装时，运梁车、吊车将站位于桥墩一侧进行现场运输和吊装作业。因此，桥墩两侧约需15米宽作业通道要碾压平整并夯实，满足现场施工作业条件，地面吊装作业时设置围挡将施工区域与行人、车辆分开。 2.3 各杆件的存放 ⑴拱肋节段和构件的存放场地要求地基坚实、平整、通风且具有排水设备。支撑处有足够承载力，不允许构件存放期间出现不均匀沉降。 ⑵拱肋节段及构件在存放场地存贮和运输时，应按拼装顺序编号，并按吊运顺序安排位置，不允许多层堆放。 ⑶构件存放应制定相应于构件特征的具体措施，防止倾斜，歪倒和使构件产生永久变形。按种类、拼装顺序码放整齐，杆件要放在枕木或混凝土垫块上，防止被水浸泡。 ⑷保管拱肋的场地，应有足够的承载力，同时选择在清洁干净、排水通畅的地方，远离产生有害气体或粉尘的物体。在场地上要清除杂草及一切杂物，保持钢管拱干净，存放区域要留有吊车、运输车通道。 ⑸不得与酸、碱、盐、水泥等对钢材有侵蚀性的材料堆放在一起。雨天注意关闭防潮，经常保持适宜的储存环境。 3 临时支架 在系梁混凝土桥面上采用Φ400mm×10mm钢管为立柱搭设临时支架，搭设总体原则为：在拱肋节段接口处搭设框架式临时支架，平面尺寸为2500mm×3000mm，立柱钢管间采用∠100mm×10mm，支架下端封板焊接于桥面板预埋件上，支架上端设置横梁I32a，横梁上部放置调节装置，作为标高调整系统。支架具体尺寸及布置按拱段重量、尺寸、与底面高差以及所处位置来确定。为方便操作人员施工，在每组钢管立柱上焊接供人员上、下用的带有钢筋防护圈防护措施的爬梯。 3.1 临时支架简图
下承式拱桥设计计算书 一、设计资料 1设计标准 设计荷载：汽车-20级，挂车-100，人群荷载3.0kN/M2。桥面净宽：净-9m+和附2?1.0m人行道拱肋为等截面悬链线矩形拱,矩形截面高为2.2m,宽为1.0m 。净跨径：l=110m 净矢高：f=22m 净矢跨比: f l= 1/5 2主要构件材料及其数据 桥面铺装：10cm厚C50混凝土，γ1 =25kN/m3; 2cm沥青砼桥面铺装,材料容重 γ =23kN/m3; 2 桥面板：0.5m厚空心简支板，C30级钢筋砼γ3 =25kN/m3; γ =25 kN/m3; 主拱圈、拱座：C40级钢筋砼矩形截面， 4 γ=18kN/m3拉杆：HDPE护套高强度钢丝束，上端为冷铸锚头，下端为穿销铰。 5 3 计算依据 1）中华人民共和国交通部标准《公路桥涵设计通用规范》人民交通出版社，1985年。 2）中华人民共和国交通部标准《公路桥涵设计手册—拱桥》上、下册，人民交通出版社，1978年。 3)中华人民共和国交通部标准，《公路桥涵地基与基础设计规范》，人民交通出版社，JTJ024-85 二、主拱圈截面几何要素的计算 （一）主拱圈横截面尺寸如图1所示
图1 拱圈横断面构造（尺寸单位：cm ） （二）主拱圈截面几何性质 截面积： 1.8 2.0 3.6A =?= 绕肋底边缘的静面矩： 2.0 1.8 1.0 3.6S =??= 主拱圈截面重心轴 y 下=S A =1.0m y 上= y 下=1.0m 主拱圈截面绕重心轴的惯性矩 3 211 1.8 1.201212 2.0x bh I =?=??= 主拱圈截面绕重心轴的回转半径 w 0.577r = = = （三）计算跨径和计算矢高 计算跨径: j ?=45.039、j d =2.2m 、d d =1.8m L =0L sin 90 2.2sin 45.039J j d ?+=+= 计算矢高: 0 cos 2 2 j j j f d d f ?= +-= 三、 主拱圈的计算 （一）拱轴系数的确定 吊杆及拱圈构造如图2
等截面悬链线空腹式圬工拱桥 设计计算书 专业：道路与桥梁工程 课程：《桥梁工程》课程设计 学号： 学生： 指导教师： 日期： 桥梁工程课程设计任务书
一、设计容及要求 1、拟定各部分尺寸及所用材料 2、选定拱轴系数 3、拱圈弹性中心及弹性压缩系数 4、永久荷载力计算（结构自重、混凝土收缩） 二、设计原始资料 跨径50米等截面悬链线圬工拱桥计算 桥面净空：净---7+2×0.75m。 设计荷载：公路I级荷载，人群3.0KN/m。 三、设计完成后提交的文件和图表 1、设计说明书 2、图纸：桥梁总体布置图，平、纵、横。 四、主要参考资料 1．《公路桥涵设计通用规》（JIJ021一89）人民交通 2．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》（JIJ023一85）人民交通3．《桥梁工程概论》亚东，西南交通大学； 4．《桥梁工程》玲森，人民交通； 5．《混凝土简支梁（板）桥》易建国，人民交通； 6. 《桥梁计算示例集》易建国，人民交通。 五、课程设计成果装订顺序 1．封面 2．设计任务书 3．目录 4．正文 5．设计总结及改进意见 6. 参考文献 7. 图纸或附表
目录 1、设计资料 (4) 1.2 材料及其数据 (4) 2、主拱圈计算 (5) 2.1 确定拱轴系数 (5) 2.2 拱轴弹性中心及弹性压缩系数 (11) 2.3 主拱圈截面力计算 (11) 2.4 主拱圈正截面强度验算 (14) 2.5主拱圈稳定性验算 (16) 2.6主拱圈裸拱强度和稳定性验算 (17) 2.6.1.弹性中心的弯矩和推力 (17) 2.6.2截面力 (17)
1、设计资料 1.1 设计标准 1. 设计荷载 公路I 级，人群20.3m kN 。 2.跨径及桥宽 净跨径050l m =，净矢高0f 10m =，净矢跨比5 100=l f 。 桥面净空为净720.75m +?，B 8.5m =。 1.2 材料及其数据 1. 拱上建筑 拱顶填料厚度，m h d 5.0=，包括桥面系的计算厚度为m 736.0，平均重力密度3120m kN =γ。 拱上护拱为浆砌片石，重力密度3223m kN =γ。 腹孔结构材料重力密度3324m kN =γ。 主拱拱腔填料为砂、砾石夹石灰炉渣黄土，包括两侧侧墙的平均重力密度 3419m kN =γ。 2. 主拱圈 M10砂浆砌MU40块石，重力密度3524m kN =γ。 极限抗压强度26500m kN R j a =。 弹性模量25200000800m kN R E j a m == 拱圈设计温差为C ?±15。 3. 桥墩 地基土为中等密实的软石夹沙、碎石，其容许承载力[]20500m kN =σ。基础与地基间的滑动摩擦系数取5.0=μ。
箱肋拱桥施工工艺 一、工程概况： 大桥主桥部分（即37#墩至48#）上部结构为箱拱肋施工。主桥主跨（40#墩至43#墩）为94m箱肋拱。拱轴系数为1.543，净矢跨比为1/6，主拱圈由八个等截面高1.8m、宽1.5m的单箱组合成四条分离式拱肋，半幅桥的两肋之间由横系梁连接，拱肋采用三段预制安装，最大吊重620kN。主桥边跨（除主跨以外）共8跨均为70m箱肋拱，拱轴系数为1.543，静矢跨比为1/7，最大吊重480kN。主拱圈由八个等截面高1.5m、宽1.5m的单箱组合成四组分离式拱肋，半幅桥的两肋之间由横系梁连接，拱肋采用三段预制安装。 主桥上部结构箱肋拱的预制分东、西两岸同时预制，其中东岸梁场负责预制三个主跨（40#墩至43#墩）及三个边跨（37#至40#墩）的箱肋拱，共布置六个预制台座，三个为主跨（94m跨）预制台座，三个为边跨（70m跨）预制台座，东岸梁场共需预制144段箱肋拱圈。西岸梁场负责五个边跨（43#墩至48#墩）箱肋拱的预制，共布置六个台座，需预制120段箱肋拱圈。 二、编制依据： 1．大桥招标文件；
2．施工组织设计； 3．《施工图设计》 4．《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-89； 5．《公路工程质量检验评定标》JTJ071-98； 三、施工材料 箱肋拱施工材料主要包括钢材及混凝土两大类。钢材分Ⅰ级钢筋、Ⅱ级钢筋及A 钢板和少量预埋型钢，其中Ⅱ级钢筋用量最多。 3 混凝土材料包括水泥、粗细骨料，外加剂及拌合用水，全桥各跨箱肋拱混凝土设计标号均为C40。所有上述施工材料均应由物资部门统一备料，要做到备料充分及时，而且要保质保量，所有进场材料均应由试验、检测人员按照规定分批抽检合格后方可投入施工，发现不合格产品应坚决不予使用，以确保箱肋拱预制的内在质量。 1．水泥 ①水泥采用株洲水泥厂生产的525#水泥，水泥应符合国家现行标准，并附有株洲水泥厂的水泥品质试验报告等合格证明文件。 ②水泥进场后应分批进行检查验收，检验合格后方可投入使用。 ③水泥在运输和存放时，应防止受潮，不同出厂日期的水泥应分别存放，水泥如受潮或存放时间超过3个月，应重新做试验，若检验结果达不到强度要求则不予使用。
潜江河大桥计算书 1．基本信息 1.1.工程概况 祥和路位于安庆市新城中心区，是安庆市城市规划中一条重要的东西走等主要城市道路交叉。顺安路至潜江路之间路基按38米设计，本桥——潜江河大桥位于顺安路和潜江路之间。 本桥位于规划河流潜江沟上，潜江沟规划河底宽度45m，上口宽度80~100m，设计采用1×60m下承式钢管混凝土系杆拱跨越。 1.2.技术标准 （1）设计荷载：公路－Ⅰ级，人群荷载集度3.5kN/m2。 （2）桥面横坡：双向1.5％。 （3）桥梁横断面：2×[4.5m(人行道)+4.5 m(非)+2.5m(隔离带)]+15m(车)=38m(全宽)。 （4）地震动峰值加速度0.1 g（基本烈度7度），按8度抗震设防。 （5）环境类别：I （6）年平均相对湿度：70% （7）竖向梯度温度效应：按现行规范规定取值。 （8）年均温差：按升温20℃。 （9）结构重要性系数：1 1.3.主要规范 《城市桥梁设计准则》（CJJ 11－93） 《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60－2004) 《桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01－2008) 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JT GD62-2004) 《公路桥涵地基与基础设计规范》(JT GD63-2007)
《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011） 《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008） 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86） 《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28：90） 《钢管混凝土结构技术规范》（DBJ 13-51-2003）福建省地方标准 《钢结构设计规范》（GB 50017-2003） 其他相关的国家标准、规范 1.4.结构概述 桥梁横向布置：4.5m（人行道）+4.5m（非机动车道）+2.5m（隔离带）+15m（机动车道）+2.5m（隔离带）+4.5m（非机动车道）+4.5m（人行道），桥梁总宽38m。采用1×60m下承式钢管拱结构，计算跨径60m，矢跨比1/4。拱肋采用D=150cm，t=2cm单圆形钢管，内灌微膨胀混凝土；系梁采用150cm×180cm预应力混凝土结构，系梁在拱脚位置加宽到200cm，加高到240cm宽；端横梁采用360cm×190cm双室箱梁，腹板厚度50cm；中横梁采用底宽65cmT梁，梁高135cm；桥面板厚25cm。系梁、横梁及桥面板采用整体支架现浇，结构整体性好；吊杆间距4m，采用新型低应力防腐拉索PESFD7-109；横向设五道风撑，风撑D=80cm，t=16mm钢管。 1.5.主要材料及材料性能 （1）混凝土：C50，重力密度γ=26.0kN/m3，弹性模量为Ec=3.45×104MPa； （2）钢管混凝土：Q345C钢管，内部填充C50微膨胀混凝土，计算内力时，刚度直接叠加；计算挠度与一类稳定时，考虑混凝土折减，折减系数0.8。 （3）预应力钢筋：弹性模量E p=1.95×105MPa，松驰率ρ＝0.035，松驰系数ζ＝0.3； （4）锚具：锚具变形、钢筋回缩取6mm（一端）； （5）金属波纹管：摩擦系数：ｕ＝0.25；偏差系数：κ＝0.0015；
目录 一、设计背景 (1) （一）概述 (1) （二）设计资料 (1) 1、设计标准 (1) 2、主要构件材料及其参数 (1) 3、设计目的及任务 (2) 4、设计依据及规范 (2) 二、主拱圈截面尺寸 (4) （一）拟定主拱圈截面尺寸 (4) 1、拱圈的高度 (4) 2、拟定拱圈的宽度 (4) 3、拟定箱肋的宽度 (4) 4、拟定顶底板及腹板尺寸 (4) （二）箱形拱圈截面几何性质 (5) 三、确定拱轴系数 (6) （一）上部结构构造布置 (6) 1、主拱圈 (6) 2、拱上腹孔布置 (7) （二）上部结构恒载计算 (8) 1、桥面系 (8) 2、主拱圈 (8) （三）拱上空腹段 (9) 1、填料及桥面系的重力 (9) 2、盖梁、底梁及各立柱重力 (9) 3、各立柱底部传递的力 (9) （四）拱上实腹段 (9) 1、拱顶填料及桥面系重 (9) 2、悬链线曲边三角形 (10) 四、拱圈弹性中心及弹性压缩系数 (12) （一）弹性中心 (12) （二）弹性压缩系数 (12) 五、主拱圈截面内力计算 (13) （一）结构自重内力计算 (13) 1、不计弹性压缩的恒载推力 (13) 2、计入弹性压缩的恒载内力 (13) （二）活载内力计算 (13) 1、车道荷载均布荷载及人群荷载内力 (13) 2、集中力内力计算 (15) （三）温度变化内力计算 (17) 1、设计温度15℃下合拢的温度变化内力 (18) 2、实际温度20℃下合拢的温度变化内力 (18)
（四）内力组合 (19) 1、内力汇总 (19) 2、进行荷载组合 (19) 六、拱圈验算 (21) （一）主拱圈正截面强度验算 (21) 1、正截面抗压强度和偏心距验算 (21) （二）主拱圈稳定性验算 (22) 1、纵向稳定性验算 (22) 2、横向稳定性验算 (22) （三）拱脚竖直截面(或正截面)抗剪强度验算 (22) 1、自重剪力 (22) 2、汽车荷载效应 (23) 3、人群荷载剪力 (24) 4、温度作用在拱脚截面产生的内力 (24) 5、拱脚截面荷载组合及计算结果 (25) 七、裸拱验算 (26) （一）裸拱圈自重在弹性中心产生的弯矩和推力 (26) （二）截面内力 (26) 1、拱顶截面 (26) 2、1 4 截面 (26) 3、拱脚截面 (26) （三）强度和稳定性验算 (27) 八、总结 (28) 九、参考文献 (29)
拱桥拱肋现浇施工方案比选 一、概述 重庆合川双龙湖大桥位于合川至武胜公路上，为四肋空腹式钢筋混凝土拱桥。全桥为三个连续等跨拱组成，全长159.6m，宽13.2m，单向纵坡2%，正拱斜置。拱肋设计净跨径40m，计算跨径40.6487m，净矢高8m，计算矢高8.1280m，矢跨比1/5，拱肋主体为0.75m×0.95m，拱脚处高1.1m，在3米范围内平滑过渡到标准截面，拱轴系数2.24，拱肋间9条0.45m×0.60m 横系梁连接。设计荷载为汽车-20级，挂车-100。拱肋主体形式见图一。 现拟就该桥关键工序——拱肋施工中的拱架施工、拱肋现浇的方案比选等作一一介绍，仅供参考、指正。 二、拱架型式的选择 (一) 拱架选择: 根据施工现场和项目部实际情况，初步选定满樘木拱架（即支柱式木拱架）、三铰钢桁式拱架和撑架式拱架的三种型式，其优缺点见表1。 表一:各型拱架优缺点对照表 拱架型式优点缺点 满樘 木拱架 1．安装、拆卸方便。 2．无需大型起吊设备。 3．施工精度易控制。 4．结构简单、稳定性好。 5．对桥墩、台水平分力小。 1．净空越高时，木材需要量越大，且木材回收率低。2．只适应于河滩和流速小、不受洪水危胁、不通航的河道。 3．节点多，制作安装用工多，引起拱架变形因素多。 三铰 钢桁式 拱架 1．拱架脚受力于桥墩（台），不受净空、桥下基础状况及水流限制。 2．拱架桁片为标准型，根据现场情况拼装，可周转使用。 3．承受荷载能力大，受力结构简单。 1．需缆索吊装设备安装，存在一定的吊装难度。2．拱架材料一次性投入高，若租用，租金较贵。 3．纵向静定结构，横向抗倾覆能力较差。 4．对桥墩、台的水平分力较大。 撑架式 拱架 1．对桥墩水平分力小。 2．净空越高，较满樘式拱架越省材料。 3．对桥下水流、通航限制条件较小。 1．需进行撑架基础处理，费用较高。 2．稳定性较差。 3．材料需要量较高，搭设所需时间较长。 而本工程的实际情况为： 1．第一、第二跨净空较高（最大达30米），桥下主要为淤泥和耕植土，且在第二跨有一水库泄洪河道，水流流量、水位不稳定。 2．第三跨桥下净空较低，桥下为亚粘土土质，偶见石块，稳定性较好。
目录 一、说明............................................ 错误!未定义书签。 主要技术规范................................. 错误!未定义书签。 结构简述...................................... 错误!未定义书签。 材料参数..................................... 错误!未定义书签。 设计荷载..................................... 错误!未定义书签。 荷载组合..................................... 错误!未定义书签。 计算施工阶段划分............................. 错误!未定义书签。 有限元模型说明............................... 错误!未定义书签。 二、主要施工过程计算结果............................ 错误!未定义书签。 张拉横梁第一批预应力张拉工况................. 错误!未定义书签。 张拉系梁第一批预应力工况..................... 错误!未定义书签。 拆除现浇支架工况.............................. 错误!未定义书签。 架设行车道板工况............................. 错误!未定义书签。 张拉第二批横梁预应力束工况................... 错误!未定义书签。 二期恒载加载工况............................. 错误!未定义书签。 三、成桥状态计算结果................................ 错误!未定义书签。 组合一计算结果............................... 错误!未定义书签。 组合二计算结果............................... 错误!未定义书签。 组合三计算结果............................... 错误!未定义书签。 组合四计算结果............................... 错误!未定义书签。 组合五计算结果............................... 错误!未定义书签。 四、变形结算结果.................................... 错误!未定义书签。 五、全桥稳定性计算结果.............................. 错误!未定义书签。 六、运营状态一根吊杆断裂状态计算结果................ 错误!未定义书签。 各荷载组合作用下计算结果..................... 错误!未定义书签。 持久状况承载能力极限状态验算.................. 错误!未定义书签。 全桥稳定性计算结果............................ 错误!未定义书签。
2015桥梁工程课程设计任务书 空腹式等截面悬链线无铰拱设计 一、设计资料 1．设计标准 设计荷载：汽车荷载公路－I 级，人群荷载3.5kN/m2 桥面净空净－8+2×(0.75m+0.25 m)人行道+安全带 净跨径L0＝50ｍ 净高f0＝10m 净跨比f0/L0＝1/5 2．材料数据与结构布置要求 拱顶填料平均厚度(包括路面，以下称路面)hd＝0.5m，材料容重γ1＝22.0kN/m3 主拱圈材料容重(包括横隔板、施工超重)γ2＝25.0kN/m3 拱上立柱（墙）材料容重γ2＝25kN/m3 腹孔拱圈材料容重γ3＝23kＮ/m3 腹孔拱上填料容重γ4＝22kN/m3 主拱圈实腹段填料容重γ1＝22kN/m3 本桥采用支架现浇施工方法。主拱圈为单箱六室截面，由现浇30号混凝土浇筑而成。拱上建筑采用圆弧腹拱形式，腹拱净跨为5m，拱脚至拱顶布置6跨。 3．设计计算依据 交通部部颁标准《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60－2004) 交通人民出版社 交通部部颁标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62－2004) 交通人民出版社 交通部部颁标准《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005) 交通人民出版社 《公路设计手册-拱桥(上)》人民交通出版社，2000.7 二、课程设计内容 1. 确定主拱圈截面构造尺寸，计算拱圈截面的几何、物理力学特征值； 2. 确定主拱圈拱轴系数m 及拱上建筑的构造布置和几何构造尺寸； 3. 结构恒载计算； 4. 主拱结构内力计算(永久作用、可变作用)； 5. 温度变化、混凝土收缩徐变引起的内力； 6. 主拱结构的强度和稳定计算； 7. 拱上立柱(墙)的内力、强度及稳定性计算；
钢管混凝土拱桥拱肋安装工艺 摘要：根据桥梁拱肋实际安装情况，对拱肋岸上段、水上段安装分别进行详细介绍，主要分析吊装中存在难点、重点、疑点，提出响应的施工保证措施，并在文中对提出注意事项，该施工保证拱肋安装的安全与精确性，供类似工程参考。 关键词：钢管混凝土拱桥拱肋安装 1 概述 现在我国处于交通基础设施建设的高潮，钢管混凝土拱桥以钢管与砼共同作用，增强了抗荷能力，横截面尺寸响应减小，从而减轻了上部构造的自身重量、减小基础应力，达到节省材料、增大跨度的作用，其桥型将不断的发展与应用。拱桥拱肋安装是钢管混凝土拱桥施工中最为复杂、风险最高的过程，该施工过程关系到整个桥梁的施工成败。以主桥为下承式钢管混凝土系杆拱桥为例，主桥计算跨径115m，矢跨比为1/4.8，拱肋采用哑铃型钢管混凝土，截面高3.0m，每个钢管外径1.3m。 2拱桥拱肋安装工艺 2.1岸上拱肋按装 陆上段拱肋可在岸上先行安装就位，减少跨中过河段的重量，降低吊装难度。岸上拱肋在拱脚浇筑之后拼接，在拱脚混凝土浇筑后，开始安装岸上拱肋。 2.1.1支架搭设 岸上拱肋段长度分别为22/30m，为在拱肋安装后不发生偏移，设两个支撑墩。在支撑点支撑墩采用4根φ60钢管作为支撑立柱，基础为4×4×0.8m的扩大基础。 钢管顶端放置拱肋的支撑钢板，支撑钢板采用2cm钢板焊制而成。现场放样调整支撑钢板位置及接触点的高程，确保支撑点位置与拱肋钢管相吻合。 2.1.2底模施工 系杆支架搭设完毕后，在纵向贝雷上搁置10#槽钢，调整好底模标高，在工字钢上放置三排双拼10#槽钢，纵梁上每30cm放置10×10×1.5m方木，上铺宽0.3m，厚5cm木板，木板间距20cm，再在其上铺设1.5cm竹胶板作面板。 2.1.3系杆劲性骨架施工 底模施工完毕后，即可进行劲性骨架的拼装。
鲁东大学本科毕业设计 1 设计说明 本设计是根据设计任务书的要求和《公路桥规》的规定,对六苏木二桥进行方案比选和设计的。对该桥的设计，本着“安全、经济、美观、实用”的八字原则，本文提出四种不同的桥型方案：方案一石拱桥，方案二为简支梁桥，方案三为斜拉桥，方案四为钢构桥。 1.1设计标准 1.1.1 设计标准 公路—Ⅱ级汽车荷载，人群荷载3kN/m 2 1.1.2 跨径及桥宽 净跨径600=l 米，净矢高120=f 米，净矢跨比5/1/00=l f 桥面净宽为 净7+2×(0.5防护栏+1.5m 人行道) =0B 11m 1.2材料及其数据 1.2.1 拱上建筑：主（腹）拱顶填土高度 c h =0.5m 拱圈材料重力密度 3 1/25m KN =γ 拱上护拱为浆砌片石容重 3 2/23m KN =γ 腹孔结构材料容量 33/24m KN =γ 拱腔填料单位容重 34/20m KN =γ 1.2.2 主拱圈： M10砂浆砌60号块石 容重35/25m KN =γ 极限抗压强度 23/10064.52.122.4m KN Mpa R j a ?=?= 极限直接抗剪强度 23/1030.030.0m KN Mpa R j j ?== 弹性模量 26/103.7500m KN R E j a ?== 拱圈设计温差为 ±15℃ 1.2.3 桥台: M5砂浆砌30号片石、块石 容重36/23m KN =γ 极限抗压强度 23/105.2m KN R j a ?= 极限直接抗剪强度 23/1024.0m KN R j j ?= 基础为15号片石混凝土 37/24m KN =γ 台后填砾石土，夯实。 内摩擦角 ?=35? 填土容重 38/18m KN =γ 1.3设计依据 (1)交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》，（JTG D60-2004）2004年。简称《通规》； (2)交通部部标准《公路圬工桥涵设计规范》（JTG D61-2005）2005年，人民交通出版社，《规范》； (3)《公路设计手册-拱桥》上下册，人民交通出版社，1978。简称《拱桥》。
目录 1.设计依据与基础资料 (1) 1.1标准及规范 (1) 1.1.1标准 (1) 1.1.2规范 (1) 1.1.3参考资料 (1) 1.2主要尺寸及材料 (1) 1.2.1主拱圈尺寸及材料 (1) 1.2.2拱上建筑尺寸及材料 (2) 1.2.3桥面系 (2) 2.桥跨结构计算 (2) 2.1确定拱轴系数 (2) 2.2恒载计算 (4) 2.2.1主拱圈恒载 (4) 2.2.2拱上空腹段恒载 (5) 2.2.3拱上实腹段的恒载 (6) 2.3验算拱轴系数 (7) 2.4拱圈弹性中心及弹性压缩系数 (8) 2.4.1弹性中心计算 (8) 2.4.2弹性压缩系数 (8) 3.主拱圈截面内力计算 (8) 3.1恒载内力计算 (8) 3.1.1不计弹性压缩的恒载推力 (8) 3.1.2计入弹性压缩的恒载内力 (8) 3.2汽车荷载效应计算 (9) 3.3人群荷载效应计算 (12) 4.荷载作用效应组合 (13) 5.主拱圈正截面强度验算 (14) 6.拱圈总体“强度－稳定”验算 (16)
等截面悬链线板拱式圬工拱桥 1.设计依据与基础资料 1.1标准及规范 1.1.1标准 跨径：净跨径m L 600=, 净矢高m f 100=,6 100=L f 设计荷载：公路—II 级汽车荷载，人群荷载 桥面净宽：净7+20.75m 人行道。 1.1.2规范 《公路工程技术标准》JTG B01-2003 《公路桥梁设计通用规范》JTG D60-2004（以下简称《通规》） 《公路圬工桥涵设计规范》JTG D61-2005（以下简称《圬规》） 1.1.3参考资料 《公路桥涵设计手册》拱桥上册（人民交通出版社 1994）（以下简称《手册》） 1.2主要尺寸及材料 半拱示意图 图1-1 1.2.1主拱圈尺寸及材料 主拱圈采用矩形截面，其宽度m B 9=，厚度m D 3.1=，采用M10砂浆砌筑MU50粗
悬链线拱桥拱肋施工测量计算及控制技术 、研究背景 漯河市太行山路澧河大桥位于漯河市区西南部，起点位于太行山路澧河北岸河堤，终点位于澧河南岸河堤，与澧河河道基本正交。两端桥头与南北两侧的现有道路衔接。大桥全长297.02m （20m空心板+3X 64m上承式箱型肋式拱桥+4X 20m空心板），桥面全宽30m大桥形象图附下： 澧河大桥采用单孔净跨60m的箱型钢筋混凝土上承式拱，共3跨，净矢跨比为1/6，主拱轴线为无铰悬链线，拱轴系数m= 1.926 o拱肋为等截面钢筋混凝土箱形结构，横桥向共4道箱肋（每幅桥2道）。箱肋1.4m等高度，顶底板总宽3.5m。拱肋拱顶预拱度为=L/800=7.5cm，其余各点预拱度按照二次抛物线进行分配。 该拱桥跨径、矢高都较大，因是跨河施工，现场控制难度也较大，浇筑方案变更为现浇后，需在现场测量控制的要点、难点、精度等都大大增加，可以说该桥的拱肋测量控制为大桥测量中重点。为了确保工期和工程质量，在减少投入新仪器设备的前提下提高测量效率和精度，我部提出并制定了悬链线拱肋测量计算及控制技术方案。 、研发过程 (一)项目方案选择 拱肋施工前期进行调研，了解分析其他同行同类工程施工的技术方案，结论
如下：类同拱桥施工大多进行工厂预制，现场吊装的预制拱肋施工；测量采用价格高昂的gps卫星定位仪器；专业拱肋测量人员费用较高，这些对工程的成本控制都不大不利。经过在现场踩点和模拟测量后，我部确定采用传统的布设控制点，利用现有全站仪和编程计算器进行拱肋测量控制。 (二)项目方案要点 1、用excel软件编制程序表格计算拱肋数据，再在现场测放1:1地胎大样，比 照大样对拱肋上的各种模板进行加工制作； 2、在卡西欧4850计算器上编制拱肋施工测量程序，用以配合拓普康102N 全站 仪进行现场测量控制； 3、用autocad软件绘制1:1比例拱肋图，来复核验算编好的excel表格程序及在卡西欧 4850上编好的测量程序。同时还可以辅助计算拱肋上不宜计算的数据。 三、项目内容简介 (一)内业计算 1. 拱肋计算主要数学模型： 拱轴悬链线计算公式：Y=f/(m-1)*(ch(k* E )-1) 拱轴预拱度计算公式：△ F二△ f (1-4X 2/L2) 拱轴任一点水平倾角：? =argtg(2fKshK E /L/(m-1)) 其中：拱轴系数m=1.926 计算矢高f=10.141 预拱度△ f=0.075 计算跨径L=60.843 系数k=ln (m+ m* m 1 )系数E =X/(L/2)
YTHG波纹钢拱桥 ---结构受力计算书 益通管业股份
波纹钢拱桥涵计算书 参考依据： 本计算书依据《公路桥涵设计通用规》（JTG D60—2004）、交通部《公路工程技术标准》(JTG B01—2003)、《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283—1999)、《公路涵洞设计细则》（JTG/T D65-04—2007）《公路桥涵用波形钢板》（JT/T710—2008）《公路涵洞通道用波纹钢管（板）》（JT/T 791—2010）.蒙《公路波纹钢管（板）桥涵设计与施工规》等规定的原则、有关规定及国外波纹管有关标准进行计算。 项目基本情况如图
本项目为跨径8000mm,矢高4000mm，拱顶半径4000mm的钢波纹板拱桥填土高度8.5-9.5m， 采用波纹剖面：波距*波高 380mm*140mm 活载：汽车I级荷载；地震加速速度峰值0.2 回填土类型：I类 回填土压实度：标准普氏密度的90%-95%； 回填土重度：γ=19KN/m3； 回填土割线模量：Es=12Mpa； 波形钢板材料：Q345，屈服强度fy=310Mpa； 波纹钢板的壁厚：T=7mm Dh=8000+147=85147mm (中性轴)； Dv=8000+147==85147mm (中性轴)； 一、保护层最小厚度（Hmm） 取下列各值中的最大值： （1）0.6m； （2)Dh 6 ( Dh Dv )0.5 =1.36m (3)0.4(Dh Dv )2=0.4m 以上数据表明，最小填土不小于1.36米，本项目填土8.5-9.5米，满足要求二、恒载推力T D
0.5(1.00.1)D s T C W =-=958.85KN/m 回填土重量 W =A f ﹒γ﹒D ﹒(H +0.1075D ) =1606.74KN/m 2 其中：f A ——考虑结构起拱效应的土压力增大系数；可按规选用1.2； γ ——土的容重（kN/m 3）； H ——波纹钢板桥涵顶部填土高度（m ）； D ——跨径（m ）。 刚度系数 1000C s v s E D EA ==0.0539 其中： A ——单位长度的波纹钢板截面积（mm 2/mm ）；按壁厚7mm ，查表得A 为9.08mm 2/mm ， ,s E E ——波纹钢板材和土体的弹性模量200000和12(MPa)； 表1 f A ——考虑结构起拱效应的土压力增大系数表
精心整理 悬链线箱形拱桥课程设计任务书 1．设计资料 设计荷载：公路Ⅰ级，人群荷载3.5KN/m2. 矢跨比1/4桥宽1.5+9+1.5 拱顶填土包括桥面的平均高度' d h＝0.5m 净跨径： l=45m+3*5=60m; 合拢温度：10o c 最高月平均温度30o c 最低月平均温度0o c 2.主要构件材料及其数据 桥面铺装为8cm 拱顶填土材料容重 1 γ＝ 护拱及拱腔为123KN/m3 3 3 4 γ＝25KN/m3 5 γ＝25.5KN/m3 3.设计依据 1．交通部部标准《公路桥涵设计通用规范（JTGD60－2004）》； 2．交通部部标准《公路圬工桥涵设计规范—JTGD61--2005》； 3．交通部部标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTGD60－2004》；
二、拱圈截面的几何要素的计算 （一）主拱圈横截面设计 三、确定拱轴系数 3.1上部结构构造布置 上部结构构造布置如下图所示： 图3.1上部结构构造尺寸（单位：cm ） 3.1.1主拱圈 假定m=2.514，相应的y ?/f =0.215，f 0/l 0得： sin φj =0.76774，cos φj =0.64076，φj 主拱圈的计算跨径和计算矢高： l =l 0+2y 下sin φj =85+2×0.8449×0.f =f 0+y 下(1?cos φj x =Hsin φj =1.65× y =Hcos φj 将拱86.2973 3.59572424 l l m ?= ==，每等分点拱轴线的纵坐标y =1拱桥(Ⅲ)-1查得),相应的拱背曲面坐标? cos 11上 y y y -='，拱腹曲面坐标? cos 11下y y y + =''。具体数值见下表： 表3.1主拱圈几何性质表
目录 目录 ............................................................................................................................................. I 第一章前言 .. (1) 第二章基本设计资料及技术指标 (1) 2.1设计依据 (1) 2.2工程地质条件与评价 (1) 2.2.1 地形地貌 (1) 2.2.2 地基土的构成及工程特性 (1) 2.2.3水文地质条件 (1) 2.2.4不良地质现象及地质灾害 (1) 2.3主要技术标准 (2) 第三章桥梁结构设计方案比选 (3) 3.1设计要求 (3) 3.1.1设计标准及要求 (3) 3.1.2主要技术规范 (3) 3.2.桥型的方案比选 (3) 3.2.1桥型选取的原则 (3) 3.2.2入选方案 (3) 3.3.3 推荐方案说明 (9) 第四章模型设计及计算 (11) 4.1 桥型与孔跨布置 (11) 4.2主要技术标准及设计采用规范 (11) 4.2.1主要技术标准 (11) 4.2.2设计采用规范 (11) 4.3桥梁结构设计说明 (12) 4.3.1上部结构设计说明 (12) 4.3.2下部结构设计说明 (12) 4.4桥面工程及其它 (12) 4.5桥梁结构分析方法 (13)
4.5.2荷载内力组合 (13) 4.6主要建筑材料 (13) 第五章上部结构计算 (15) 5.1 桥梁的总体布置 (15) 5.2 桥底标高 (15) 5.3 拱肋刚度的取值： (15) 5.4 毛截面几何特征计算 (16) 5.5 拱肋承载力计算： (17) 5.6 拱肋稳定系数计算 (18) 5.7 作用组合 (18) 5.8 横梁的计算 (19) 5.8.1按平面静力计算 (19) 5.9 建立全桥模型 (20) 5.9.1 建立主拱圈模型 (21) 5.9.2 矢跨比 (22) 5.9.3 拱顶和拱脚高度 (22) 5.10 全桥模型的建立 (23) 5.11 辽河大桥静力特性分析 (26) 5.11.1活载作用下主拱内力及应力 (26) 5.12 辽河大桥动力特性分析 (32) 5.12.1动力特性的分析方法 (32) 5.13 全桥验算 (33) 5.13.1 稳定性验算 (33) 第六章施工阶段分析 (36) 6.1 加工阶段介绍 (36) 6.2 施工计算中的钢材应力标准: (36) 6.3 施工中关键问题在施工计算中的考虑 (36) 第七章下部结构计算 (38) 7.1 埋置式桥台设计 (38)
课程设计---拱桥结构设计计算说明书 《桥梁工程》 课程设计 专业：姓名：班级： **** ** ****** 第1页 桥梁工程课程设计───── ………................................................. …………………… 拱桥结构设计计算说明书 一．课程设计的目的 1. 培养学生综合运用所学桥梁工程理论知识，解决钢筋混凝土拱桥结构的设计和计算问题，掌握钢筋混凝土拱桥结构分析和计算的理论与方法。 2. 强调规范在桥梁结构设计中的重要性，培养学生运用专业理论知识和专业规范进行桥梁结构设计的能力。 3. 进一步提高学生绘制桥梁工程施工图、使用计算机的能力。 二．课程设计的内容 1. 确定主拱圈截面构造尺寸，计算拱圈截面的几何、物理力学特征值； 2. 确定主拱圈拱轴系数 m 及拱上建筑的构造布置和几何构造尺寸； 3. 结构恒载计算； 4. 主拱结构内力计算(永久作用、可变作用) ； 5. 温度变化、混凝土收缩徐变引起的内力； 6. 主拱结构的强度和稳定计算； 7. 拱上立柱(墙) 的内力、强度及稳定性计算； 8. 绘制 1～2 张相关施工图。 装……………………………………………………………………………………………………... 订 三．课程设计的时间
时间：两周；安排在理论课结束之后。 四．课程设计的方法 1．独力思考，继承与创新 设计时要认真查阅和阅读参考资料，继承前人的设计成果和经验，根据课程设计的具 体要求，大胆改进和创新。 2．结合和参考本指导的算例，进行拱桥结构的设计计算，掌握拱桥的计算理论和设 计内容与方法。 线 五．课程设计的步骤 1．设计准备：了解设计任务书，明确设计要求、设计内容、设计步骤；通过查阅教 科书和相关设计资料，了解设计的理论和方法；准备好设计所需资料、工具书、工具软件；拟好设计计划。 2．设计实施：根据课程设计任务书的要求，参考设计指导书和教科书，确定设计的 主要内容、计算顺序；根据相关计算理论，计算和填写相关图表的内容。使用图表给出计 算结果和结构的相关验算结果。 3．汇总设计成果：课程设计计算书，课程设计要求绘制的工程图纸。六．拱桥课程 设计计算 第2页 空腹式等截面悬链线无铰拱设计 一．设计题目 空腹式等截面悬链线无铰拱设计二．设计资料 1．设计标准 设计荷载：汽车荷载公路－I 级，人群荷载3.5kN/m2 桥面净空净－ 7+2×(1.25m+0.25 m)人行道+安全带净跨径 L 0＝80ｍ净高 f 0＝13.3m 净跨比f 0/L0＝1/6 2．材料数据与结构布置要求 拱顶填料平均厚度(包括路面，以下称路面)h d ＝0.5m ，材料容重γ1＝22.0kN/m3 主拱圈材料容重(包括横隔板、施工超重)γ2＝25.0kN/m3 拱上立柱（墙）材料容重γ2＝25kN/m3 腹孔拱圈材料容重γ3＝23k Ｎ/m3 腹孔拱上填料容重γ4＝22kN/m3 主拱圈实 腹段填料容重γ1＝22kN/m3