橋梁工程畢業(yè)論文--雙線高速鐵路板拱橋設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1-45m雙線高速鐵路板拱橋設(shè)計(jì)(2立柱) </p><p>　　年 級(jí)： 2 0 0 7 級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　姓 名： <

2、;/p><p>　　專 業(yè)： 橋 梁 工 程 </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　2011年 6 月</p><p>　　院 系 土 木 工 程 系 專 業(yè) 橋 梁 工 程 </p><p>　　年

3、 級(jí) 姓 名 </p><p>　　題 目 1-45m 雙線高速鐵路板拱橋設(shè)計(jì)(2立柱) </p><p><b>　　指導(dǎo)教師</b></p><p>　　

4、評(píng) 語(yǔ) </p><p>　　指導(dǎo)教師 (簽章)</p><p><b>　　評(píng) 閱 人</b></p><p>　　評(píng) 語(yǔ)

5、 </p><p>　　評(píng) 閱 人 (簽章)</p><p>　　成 績(jī) </p><p>　　答辯委員會(huì)主任 (簽章)</p><p>　　年 月 日</p>&

6、lt;p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　班 級(jí) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) </p><p>　　發(fā)題日期： 2011 年 3 月 1 日 完成日期： 2011 年 6月 12 日</p><p>　　題 目

7、 1-45m 雙線高速鐵路板拱橋設(shè)計(jì)(2立柱) </p><p>　　1、本論文的目的、意義 學(xué)生在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)之前，已對(duì)公共基礎(chǔ)課程、專業(yè)基礎(chǔ)</p><p>　　課程及專業(yè)課程進(jìn)行了有序的分階段學(xué)習(xí)，對(duì)工程結(jié)構(gòu)已建立起了從設(shè)計(jì)原理到設(shè)計(jì)方法及施工方法的基本知識(shí)結(jié)構(gòu)，但還缺少綜合的系統(tǒng)的運(yùn)用這些知識(shí)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題的鍛煉機(jī)會(huì)。本設(shè)

8、計(jì)以新建高速鐵路拱橋?yàn)楸尘?，讓學(xué)生在老師的指導(dǎo)下系統(tǒng)的完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算和檢算的全過(guò)程。通過(guò)本設(shè)計(jì)可鞏固學(xué)生對(duì)材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理、橋梁工程等知識(shí)的掌握，提高學(xué)生分析和解決問(wèn)題的能力；同時(shí)可讓同學(xué)對(duì)橋梁工程的認(rèn)識(shí)更加清晰，全面；通過(guò)對(duì)有限元軟件、繪圖軟件及辦公自動(dòng)化軟件的大量使用培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力。

9、 </p><p>　　2、學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù) </p><p>　?。?）相關(guān)資料收集及外文翻譯； </p><p>　?。?）橋跨總體布置及擬定橋梁細(xì)部結(jié)構(gòu)尺寸

10、； </p><p>　?。?）運(yùn)用Midas件進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析計(jì)算和變形分析； </p><p>　　（4）截面鋼筋配筋設(shè)計(jì)； </p><p>　?。?）主要截面配筋檢算；

11、 </p><p>　　（6）主要截面抗裂檢算； </p><p>　?。?）編制畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)說(shuō)明書； </p>&

12、lt;p>　?。?）繪制橋跨布置圖和鋼筋圖； </p><p>　　3、論文各部分內(nèi)容及時(shí)間分配：（共 16 周）</p><p>　　第一部分 相關(guān)資料收集及外文翻譯 ( 2 周) </p><p>　　第二部

13、分 整體橋跨布置以及截面尺寸擬定 ( 1 周) </p><p>　　第三部分 建立Midas結(jié)構(gòu)模型并調(diào)整修改模型 ( 3 周)</p><p>　　第四部分 結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計(jì)算與變形分析 ( 2 周) </p><p&

14、gt;　　第五部分 橋跨結(jié)構(gòu)截面配筋 ( 2 周)</p><p>　　第六部分 圖紙的繪制 ( 2 周)</p><p>　　第七部分 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書編制 ( 2 周)</p>&l

15、t;p>　　評(píng)閱及答辯 ( 2 周)</p><p>　　備 注 </p><p>　　指導(dǎo)教師： 年 月 日</p><p&g

16、t;　　審 批 人： 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是關(guān)于高速鐵路拱橋的設(shè)計(jì)，目前我國(guó)的高速鐵路快速發(fā)展，設(shè)計(jì)施工水平以處于世界先進(jìn)水平。我國(guó)西南地區(qū)地質(zhì)復(fù)雜，河流縱橫，在一些多山地區(qū)拱橋是有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)的。本設(shè)計(jì)拱橋的設(shè)計(jì)跨度為45m，設(shè)計(jì)為新建高速雙線無(wú)石碴

17、鐵路，線路中心線距離4.8m，橋軸線為直線，設(shè)計(jì)縱坡為-0.15%，橋面橫坡為2％人字排水坡，設(shè)計(jì)荷載為ZK活載。由于拱橋的跨度較小，拱橋的施工方法為滿堂支架法。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用橋梁工程軟件Midas建立全橋結(jié)構(gòu)模型并進(jìn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及變形分析，先把橋跨結(jié)構(gòu)分為各若干節(jié)段，在Midas里面用相應(yīng)的材料建立單元，并在上面施加相應(yīng)的荷載，添加邊界條件和施工階段，調(diào)整運(yùn)行模型得到相應(yīng)的內(nèi)力和變形。用電子表

18、格整理內(nèi)力，再根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理和相應(yīng)規(guī)范進(jìn)行截面的配筋檢算，最后繪制相關(guān)的設(shè)計(jì)圖紙。</p><p>　　設(shè)計(jì)過(guò)程中，多次運(yùn)用計(jì)算和繪圖的輔助軟件，特別是涉及到大量的數(shù)字運(yùn)算，采用手算比較繁瑣，而且準(zhǔn)確性得不到保證，這時(shí)Excel電子表格對(duì)大量數(shù)據(jù)的重復(fù)處理效率非常有用，本設(shè)計(jì)在Midas的內(nèi)力整理和截面配筋檢算的計(jì)算過(guò)程中，都采用了Excel輔助工具完成。設(shè)計(jì)圖紙主要包括橋跨結(jié)構(gòu)的整體布置圖和結(jié)構(gòu)的鋼筋布

19、置圖，繪制時(shí)主要用Auto-CAD繪圖軟件完成相關(guān)圖紙的繪制。</p><p>　　關(guān)鍵詞：雙線高速鐵路 板拱橋 滿堂支架施工 有限元分析</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This graduate design is mainly about the design of the two-line

20、 rapid transit railway arch bridge. The development of rapid transit railway in our country is very fast at present. The geology in southwest of China is great complex, and the advantage of arch bridge is reveal in this

21、mountainous and river area. The span of arch bridge is 45 m in my graduate design . this new rapid transit railway design for the two ballastless track lines .the distance of two centerline4.8m, The axes of this bridg<

22、;/p><p>　　This design adopts the bridge analytical software—Midas Civil. It establishs a full-bridge structure model and analysis the internal force and deformation. First, it divided bridge span structure into

23、 several segment, Establish units with the appropriate materials and imposed relevant loads on it. Add boundary conditions and the construction stage, adjustment of the operating model of the relative internal forces and

24、 deformation. Finishing internal forces with spreadsheet .and use the theory des</p><p>　　Because this design involving a great deal of numerical calculation, it's too tedious to work by hand and the acc

25、uracy assuranced hardly. I used many strong soft-wares: Auto-CAD ,Word and Excel etc.which also advanced the design efficiency and precision.in my graduate design, the main software to design and check the reinforcement

26、of the cross-section is Excel spreadsheet, the main drawing software is Auto-CAD.</p><p>　　Key word: two-line rapid transit railway arch bridge full support method Finite Element Analysis</p>

27、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p><b>　　1.1 概述1</b></p><p>　　1.1.1 拱橋的發(fā)展歷史及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)1</p><p>　　1.1.2 現(xiàn)代拱橋的發(fā)展3&

28、lt;/p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)基本資料5</p><p>　　1.2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)5</p><p>　　1.2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)6</p><p>　　第2章 主要尺寸擬定7</p><p>　　2.1 主要材料參數(shù)7</p><p>　　2.2 橋跨結(jié)構(gòu)平面的總體布置7<

29、/p><p>　　2.2.1 橋面高程及縱坡確定7</p><p>　　2.2.2 拱腳位置確定8</p><p>　　2.2.3 拱軸線的選取8</p><p>　　2.2.4 立柱位置的選取9</p><p>　　2.2.5 最終橋梁結(jié)構(gòu)布置9</p><p>　　2.3 結(jié)構(gòu)截面尺寸

30、擬定10</p><p>　　2.3.1 梁的截面尺寸10</p><p>　　2.3.2 板拱截面尺寸11</p><p>　　2.3.4 立柱截面尺寸11</p><p>　　第3章 建立Midas結(jié)構(gòu)模型12</p><p>　　3.1 模型各結(jié)構(gòu)節(jié)段劃分12</p><p>

31、　　3.1.1 梁體節(jié)段劃分12</p><p>　　3.1.2 立柱節(jié)段劃分13</p><p>　　3.1.2 板拱節(jié)段劃分13</p><p>　　3.2 模型單元的建立14</p><p>　　3.2.1 材料14</p><p>　　3.2.2 截面14</p><p>　

32、　3.3 邊界條件15</p><p>　　3.4 時(shí)間依存性材料16</p><p>　　3.5 結(jié)構(gòu)荷載16</p><p>　　3.6 施工階段定義21</p><p>　　3.7 模型修改調(diào)整22</p><p>　　第4章 結(jié)構(gòu)內(nèi)力 變形分析24</p><p>　　4.1

33、 荷載組合24</p><p>　　4.2 結(jié)構(gòu)的內(nèi)力24</p><p>　　4.2.1 梁體的內(nèi)力24</p><p>　　4.2.2 板拱的內(nèi)力28</p><p>　　4.2.3 施工階段作用下板拱內(nèi)力32</p><p>　　4.2.4 立柱的內(nèi)力33</p><p>　　

34、4.2.5 帽梁的內(nèi)力35</p><p>　　4.2.6 拱橋整個(gè)結(jié)構(gòu)反力36</p><p>　　4.3 結(jié)構(gòu)的變形37</p><p>　　4.3.1 梁體豎向變形37</p><p>　　4.3.2 梁體橫向變形39</p><p>　　第5章 結(jié)構(gòu)截面配筋及檢算41</p><

35、p>　　5.1 鐵路橋跨結(jié)構(gòu)截面配筋原則41</p><p>　　5.1.1 受彎構(gòu)件截面受力的幾個(gè)階段41</p><p>　　5.1.2 按容許應(yīng)力法計(jì)算的基本假定42</p><p>　　5.1.3 截面換算原理44</p><p>　　5.1.4 鋼筋種類及其布置原則44</p><p>　　5

36、.2 梁體截面配筋45</p><p>　　5.2.1 T形截面梁配筋原理45</p><p>　　5.2.2 梁體正截面抗彎配筋47</p><p>　　5.2.3 梁體斜截面抗剪配筋58</p><p>　　5.2.3 梁體斜筋及構(gòu)造配筋60</p><p>　　5.3 板拱截面配筋61</p&g

37、t;<p>　　5.3.1 偏心受壓截面梁配筋原理61</p><p>　　5.3.2 板拱截面配筋及檢算65</p><p>　　5.3.3 板拱斜截面抗剪配筋70</p><p>　　5.3.3 板拱穩(wěn)定性驗(yàn)算72</p><p>　　5.3.4 板拱斜筋及構(gòu)造配筋73</p><p>　　

38、5.4 立柱截面配筋73</p><p>　　5.4.1 軸心受壓截面梁配筋原理74</p><p>　　5.4.2 軸心受壓截面梁配筋75</p><p>　　5.4.3 立柱穩(wěn)定性驗(yàn)算75</p><p>　　5.4.4 立柱截面配筋結(jié)果76</p><p>　　5.5 帽梁截面配筋76</p&g

39、t;<p>　　第6章 橋跨結(jié)構(gòu)裂縫檢算78</p><p>　　6.1 受彎構(gòu)件裂縫產(chǎn)生原因78</p><p>　　6.2 受彎構(gòu)件裂縫計(jì)算原理78</p><p>　　6.3 受彎構(gòu)件裂縫計(jì)算79</p><p><b>　　結(jié) 論83</b></p><p>&l

40、t;b>　　致 謝84</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)85</b></p><p><b>　　附 錄86</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b&g

41、t;</p><p>　　1.1.1 拱橋的發(fā)展歷史及結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)</p><p>　　拱是一種自然與合適的結(jié)構(gòu)型式，它總是令人賞心悅目而且清晰地表達(dá)出它的功能。拱極易融入環(huán)境和滿足大眾的審美習(xí)慣與需求。著名的結(jié)構(gòu)專家林同炎曾經(jīng)說(shuō)過(guò)“拱是結(jié)構(gòu)也是建筑”。英語(yǔ)中的“建筑(architecture)”一詞可能是由“拱(arch)”衍生而來(lái)。因此，拱受到廣大橋梁設(shè)計(jì)師的喜愛。在現(xiàn)代橋梁設(shè)計(jì)中，許

42、多拱橋的方案往往因其建筑學(xué)方面的意義而被選中。與此同時(shí)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造型的追求，促使拱結(jié)構(gòu)的形式不斷變化與翻新，也出現(xiàn)了結(jié)構(gòu)異化的現(xiàn)象。</p><p>　　拱，作為一種結(jié)構(gòu)，在荷載作用下主要承受軸向壓力，用拱圈或拱肋作為主要承重結(jié)構(gòu)的橋梁稱為拱橋。顯然，受壓性能極好的石拱橋是歷史上最先發(fā)展的橋梁之一。在古代，拱橋起源于模仿石灰?guī)r溶洞中天然形成的“天生橋”。據(jù)說(shuō)美索不達(dá)米亞（Mesopotamia）中亞底格里斯河和

43、幼發(fā)拉底河流域間的古王國(guó)，現(xiàn)今伊拉克所在地）人，曾在古羅馬人建造石拱橋以前的 2000 多年，就造過(guò)這種橋梁。我國(guó)隋朝開皇十五年至大業(yè)元年間（公元 595~605年），由匠人李春在現(xiàn)河北省趙縣建成一座跨越河的石拱橋（圖1-1）至今著名于世。該橋初稱趙州石橋，后稱安濟(jì)橋，為一空腹式單孔圓弧石拱橋，全部用石灰?guī)r石塊建造，全長(zhǎng) 50.83m，凈跨37.02m，矢高7.23m，矢跨比（矢高與跨徑之比）小于1/5，橋面寬 9m，行車道縱坡 6.5

44、%。拱由 28個(gè)石拱（窄拱）并列組成，每個(gè)拱圈石厚約1.03m，長(zhǎng)約1.0m，寬在拱頂處為0.25m，部分拱石在趨近拱趾處逐漸放寬，使整個(gè)拱圈在拱趾處有較大寬度。在拱圈上壓有一層厚0.16~0.3m的護(hù)拱石，并列圈每隔一段距離設(shè)有鐵拉條和鉤石，有利于各列圈石共同受載，不致解體。在大拱圈之上，每側(cè)設(shè)有</p><p><b>　　圖1-1 趙州橋</b></p><p>

45、;　　拱橋的另一種明顯優(yōu)勢(shì)是其造型美觀，許多著名拱橋甚至成為一個(gè)城市，一個(gè)地區(qū)的旅游景點(diǎn)，不少風(fēng)景區(qū)還專門配置各式拱橋裝點(diǎn)景色。這是因?yàn)楣皹蚩勺龀筛鞣N和周圍景觀協(xié)調(diào)的曲線樣式，或用連拱入波浪，體現(xiàn)一種韻律；或大拱、小拱巧妙搭配，在變化中蘊(yùn)含協(xié)調(diào)；或大拱、小拱相疊，從層次上表現(xiàn)柔和之美、曲線之美；也有的工程師匠心獨(dú)運(yùn)將橋做成異形拱，使之既具備交通功能，有事一座城市雕塑和造型，以顯現(xiàn)創(chuàng)作者對(duì)城市或靈氣、或精神、或展望的想象。各種橋型都可以做

46、的很美，單像拱橋這樣變化之多、適應(yīng)性之強(qiáng)是其他橋型所不能比的。</p><p>　　拱橋還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是其構(gòu)造簡(jiǎn)單，尤其是中、小跨徑圬工拱橋，不需要大型設(shè)備和復(fù)雜技術(shù)，建橋技術(shù)容易掌握，有利于廣泛應(yīng)用。對(duì)于大跨徑拱橋，近來(lái)轉(zhuǎn)體施工法和勁性骨架拱的應(yīng)用，使其建造過(guò)程比同跨徑其他橋型（如斜拉橋、懸索橋）容易便捷。</p><p>　　拱橋的主要缺點(diǎn)就是其自重大，相應(yīng)的水平推力也比較大，增加了下

47、部結(jié)構(gòu)的工程量；此外，工程師精心設(shè)計(jì)的拱軸線可以使拱處于很理想的受力狀態(tài)，但當(dāng)基礎(chǔ)發(fā)生變形和沉降時(shí)所產(chǎn)生的附加內(nèi)力是很大的，因此拱橋?qū)A(chǔ)的要求比其他橋型嚴(yán)格，通常拱腳都要置于很可靠的基礎(chǔ)上，例如整體性較好的巖石上。拱腳水平推力還可以產(chǎn)生另一個(gè)不良后果，即多空連拱的中間墩，其左右拱的水平推力是相互平衡的，一旦一空出問(wèn)題，其他孔也會(huì)因?yàn)樗搅Σ黄胶舛嗷摹９皹虻钠渌攸c(diǎn)如建造高度較大，施工時(shí)常需搭支架等也使某些種類的拱橋建設(shè)受到一定的

48、限制。</p><p>　　對(duì)于拱橋的這些優(yōu)缺點(diǎn)，在建橋時(shí)還應(yīng)結(jié)合橋址處的地質(zhì)地理特點(diǎn)及其他環(huán)境因素，進(jìn)行多方面，多方案的綜合比較。謹(jǐn)慎的決定選擇哪種樣式的橋梁。一般來(lái)說(shuō)，在地質(zhì)條件的山區(qū)，中、小跨徑的拱橋是最具有競(jìng)爭(zhēng)力的；在地質(zhì)條件較差或平原地區(qū)也常選擇無(wú)推力拱的方案。</p><p>　　1.1.2 現(xiàn)代拱橋的發(fā)展</p><p>　　隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，拱橋

49、的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代的結(jié)構(gòu)型式也愈來(lái)愈多。</p><p>　　按照常用的拱橋分類方法有三種：</p><p>　　（1）按照承重結(jié)構(gòu)與橋面系之間的位置關(guān)系，又可分為上承式拱橋、中承式拱橋和下承式拱橋；</p><p>　　（2）結(jié)構(gòu)型式劃分有：板拱橋、雙曲拱橋、箱形拱橋、肋拱橋、剛架拱橋、系桿拱橋；</p><p>　?。?）。

50、按照建橋材料（主要是針對(duì)主拱圈使用的材料）可以分為圬工拱橋、鋼筋混凝土拱橋、鋼拱橋、鋼管砼拱橋等；</p><p><b>　　1、石拱橋</b></p><p>　　現(xiàn)代石拱橋是圬土拱橋中的一支。石拱橋具有施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、因地制宜、就地取材等優(yōu)點(diǎn)，因此在歷史上是最早出現(xiàn)一種拱橋，并且到20世紀(jì)仍然有其生命力?，F(xiàn)代石拱橋的特征是跨徑大，拱上建筑為空腹式，其立面展示

51、出視覺上通透，感覺上輕型。 </p><p><b>　　2、鋼筋混凝土拱橋</b></p><p>　　自從1824年波特蘭水泥問(wèn)世，1850年出現(xiàn)鋼筋混凝土以來(lái)，作為重要的結(jié)構(gòu)材料，在橋梁工程中得到廣泛運(yùn)用，產(chǎn)生了多種結(jié)構(gòu)型式的鋼筋混凝土拱橋。</p><p>　　鋼筋混凝土拱橋的主要結(jié)構(gòu)型式有：雙曲拱橋、箱形拱橋、桁架拱橋、剛架拱橋。&l

52、t;/p><p><b>　　（1）雙曲拱橋</b></p><p>　　1964 年江蘇省無(wú)錫縣建橋工程隊(duì)因地制宜，就地取材，繼承傳統(tǒng)的拱橋技術(shù)，創(chuàng)造了中國(guó)獨(dú)有的雙曲拱橋。其中：</p><p>　　湖南省長(zhǎng)沙湘江大橋，全長(zhǎng)1532 米由8 孔跨徑76 米和9 孔跨徑50米雙曲拱，是修建最成功的雙曲拱橋，主跨150 米的河南省前河大橋，是中國(guó)最大

53、跨徑的雙曲拱橋。 </p><p><b>　?。?）箱型拱橋</b></p><p>　　箱型拱橋是大跨徑鋼筋混凝土拱橋的一種比較經(jīng)濟(jì)、合理的型式。1979 年建成的主跨150 米的四川省宜賓馬鳴溪金沙江大橋，是國(guó)內(nèi)用纜索吊機(jī)吊裝施工的跨度最大的鋼筋混凝土箱型拱橋；1989 年建成主跨200 米的重慶市涪陵烏江大橋，是一座用中國(guó)獨(dú)創(chuàng)的轉(zhuǎn)體施工建成的特大跨鋼筋混凝土

54、箱型拱橋；</p><p>　　1997 年建成的重慶市萬(wàn)縣長(zhǎng)江大橋，采用了鋼管混凝土勁性骨架，建成了420 米單孔上承式箱形拱橋，該橋是目前世界上跨徑最大的鋼筋混凝土拱橋。</p><p><b>　?。?）剛架拱橋 </b></p><p>　　鋼筋混凝土剛架拱橋是20 世紀(jì)七十年代發(fā)展起來(lái)的一種新的輕型鋼筋混凝土拱橋。其特點(diǎn)是從簡(jiǎn)化拱上建

55、筑著眼，利用斜撐將橋面位于拱的1/4跨徑處的最不利荷載傳至拱腳，以改善主拱的受力。鋼筋混凝土剛架拱橋特別適用于中小跨徑橋梁。</p><p>　　1985 年建成的廣東省清遠(yuǎn)北江大橋，是中國(guó)規(guī)模最大的鋼筋混凝土剛架拱橋，該橋全長(zhǎng)1058.04米，由3×45 + 8×70 + 4×45米共15孔剛架拱組成；1993年建成的江西省德興東安江太白大橋，將鋼筋混凝土剛架拱橋的跨徑提高到130

56、米。</p><p><b>　　3、鋼拱橋</b></p><p>　　國(guó)外大跨度拱橋中，鋼拱居多。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，目前世界上跨度超過(guò)300m鋼拱橋有15余座，其中主跨超過(guò)500m的有3 座。早在1932年修建的澳大利亞悉尼港拱橋，跨度503m至今仍為世界上跨度最大的公鐵兩用鋼拱橋。1977年修建的美國(guó)新河公路拱橋，跨度為518.2m，該橋橋面在新河峽谷水面以上267m

57、，是世界上通航凈空最高者之一。近年來(lái)我國(guó)的鋼拱橋的發(fā)展很快，相繼建成了幾座大跨度的鋼拱橋。1969 年建成的四川攀枝花渡口大橋 ，跨徑為180米；2003年建成的主跨550m上海蘆浦大橋，居當(dāng)時(shí)世界同類橋梁之首，被譽(yù)為“世界第一鋼拱橋”。</p><p><b>　　4、鋼管混凝土拱橋</b></p><p>　　1937年和1939年，前蘇聯(lián)建成了兩座跨徑分別為11

58、0m和140m的鋼管混凝土拱橋。此后的相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，世界范圍內(nèi)未見有這種橋梁修建的報(bào)道。1990年，中國(guó)第一座鋼管混凝土拱橋——旺蒼東河大橋在四川建成。由于鋼管混凝土拱橋具有材料強(qiáng)度高、施工方便、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)，又適逢我國(guó)大規(guī)模的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)期，鋼管混凝土拱橋便在我國(guó)得到迅速的發(fā)展。隨著數(shù)量的增多，跨徑與規(guī)模也不斷增大，分布區(qū)域也越來(lái)越廣。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)己建和在建的鋼管混凝土拱橋已達(dá)200余座。已建的鋼管混凝土拱橋中，跨徑最大

59、的是2000年建成的廣州丫髻沙大橋，主跨跨徑達(dá)360m。從結(jié)構(gòu)類型來(lái)看，上承式中跨徑最大的是主跨為288m的重慶奉節(jié)梅溪河橋；中承式有推力的跨徑最大的是主跨為308m的浙江省淳安縣(千島湖)南浦大橋；中承式無(wú)推力的是主跨360m的廣州丫髻沙大橋，下承式剛架系桿拱跨徑最大的是跨徑為280m的湖北武漢的漢江三橋，下承式無(wú)推力跨徑最大的是主跨150m的天津彩虹橋。我國(guó)目前仍處于交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的高潮，鋼管混凝土拱橋的應(yīng)用仍在不斷發(fā)展之中。在建

60、的大跨徑與大規(guī)模的鋼管混凝土拱橋有廣西南寧永和大橋(338m)、另</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)基本資料</p><p>　　1.2.1 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)</p><p>　　橋梁布置： 45m雙線高速鐵路板拱橋設(shè)計(jì)(2立柱) ；</p><p>　　橋梁等級(jí)：新建雙線高速鐵路；</p><p>　　結(jié)構(gòu)自重

61、：混凝土容重按26kN/m計(jì)算；</p><p>　　二期恒載：按134kN/m計(jì)算；</p><p>　　橫向搖擺力：以100kN的集中力加在結(jié)構(gòu)的最不利位置；</p><p>　　列車制動(dòng)力：以橋梁靜荷載的10%計(jì)算；</p><p>　　橫向風(fēng)力：參見《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）4.1.1；</p&g

62、t;<p>　　活載：Z-K標(biāo)準(zhǔn)荷載；</p><p>　　系統(tǒng)溫度荷載：整體升溫為16°,整體降溫為-16°；</p><p>　　溫度梯度荷載：日照溫度正梯度10°（梁高方向），寒流溫度負(fù)梯度-5°（梁寬方向）；</p><p>　　支座沉降：拱腳支點(diǎn)-0.005m，梁端支點(diǎn)-0.005m；</p>

63、;<p>　　橋面寬度：總寬12.2m，1.6+2.1+4.8+2.1+1.6；</p><p>　　橋梁坡度：縱坡-0.15%（沿線路方向） 橫坡±2.0%。；</p><p>　　1.2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)</p><p>　　《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）</p><p>　　《鐵路橋

64、涵混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002.3-2005）</p><p>　　《鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002.4-2005）</p><p>　　《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002.5-2005）</p><p>　　《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》（TB 10621-2009 J971-2009）</p>

65、;<p>　　第2章 主要尺寸擬定</p><p>　　2.1 主要材料參數(shù)</p><p>　　梁部混凝土：采用C55高性能混凝土；</p><p>　　帽梁、立柱：采用C50混凝土；</p><p>　　板拱：采用C50混凝土；</p><p>　　鋼筋：主筋：HRB335</p>&l

66、t;p>　　構(gòu)造鋼筋：HRB335</p><p><b>　　箍筋：HPB235</b></p><p>　　HPB235鋼筋在主力或主力+附加力作用下，容許應(yīng)力分別取130MPa和160MPa；受力筋及構(gòu)造鋼筋為HRB335，母材及縱向加工的閃光對(duì)接焊接接頭主力或主力+附加力作用下，容許應(yīng)力分別取180MPa和230MPa；參見《鐵路橋涵混凝土與預(yù)應(yīng)力混凝土

67、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10002.3-2005）5.2.2；設(shè)計(jì)最后考慮鋼筋和混凝土強(qiáng)度的充分利用，梁體C55混凝土，其它結(jié)構(gòu)的混凝土也由C45混凝土提高到C40混凝土。受力鋼筋采用28，22，箍筋為12，其他構(gòu)造鋼筋為20。</p><p>　　2.2 橋跨結(jié)構(gòu)平面的總體布置</p><p>　　2.2.1 橋面高程及縱坡確定</p><p>　　由DK106+2

68、00～DK187+800的線路詳細(xì)縱斷面圖來(lái)確定和計(jì)算出排水河兩岸的線路高程。再由排水河縱斷面圖上確定出線路里程和對(duì)應(yīng)的高程左岸：里程DK172+020m，高程522.04m；右岸：里程DK1723+105m，高程521.91m。線路的設(shè)計(jì)縱坡i=-0.15%。路詳細(xì)縱斷面見圖2-1：</p><p>　　圖2-1 路詳細(xì)縱斷面</p><p>　　2.2.2 拱腳位置確定</p&

69、gt;<p>　　由45m的跨徑和自然邊坡穩(wěn)定線，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(yáng)端近于直立，廣州端縱坡約45°，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(wú)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（

70、W2）灰色、青灰色，巖質(zhì)新鮮、質(zhì)地較堅(jiān)硬，性脆，巖體較完整。由以上地質(zhì)條件以及線路的設(shè)計(jì)高程等多因素來(lái)確定橋址的位置。</p><p>　　2.2.3 拱軸線的選取</p><p>　　拱軸線的選取是拱橋設(shè)計(jì)里面的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，合理的拱軸線對(duì)拱橋的合理受力有很大作用，《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）中建議設(shè)計(jì)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

71、載的壓力線作為拱軸線，當(dāng)采用懸鏈線時(shí)，宜采用較小的m值。</p><p>　　目前該設(shè)計(jì)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(jì)基本規(guī)范》中5.2.1規(guī)定，拱橋的矢跨比為1/3~1/7的范圍，本設(shè)計(jì)計(jì)算矢高f=11m。</p><p>　　2.2.4 立柱位置的選取</p><p>　　設(shè)計(jì)的題目為1-45m雙線

72、高速鐵路板拱橋設(shè)計(jì)(2立柱)，為了使受力更為合理，兩立柱對(duì)稱布置，立柱的位置的選取也是該設(shè)計(jì)是否合理的一個(gè)重要考慮因素，選取的思路是讓整個(gè)梁的正負(fù)彎矩大致相等。拱形式采取無(wú)鉸拱，拱頂與梁剛性連接為整體。本設(shè)計(jì)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(jiǎn)化計(jì)算簡(jiǎn)如圖2-2:</p><p>　　圖2-2 力矩分配法選取立柱的合理支承位置</p><p&

73、gt;　　根據(jù)，求出,同時(shí)用Midas模擬多種兩立柱的立柱位置，加好邊界和荷載后，通過(guò)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析在選擇合理的立柱位置，最終設(shè)計(jì)立柱距梁端18m。</p><p>　　2.2.5 最終橋梁結(jié)構(gòu)布置</p><p>　　最后立柱的位置的選取還有Midas建立的模型計(jì)算出的內(nèi)力調(diào)整，拱形式采取無(wú)鉸拱，拱頂與梁剛性連接為整體。拱橋的總體布置圖2-3：</p><p>　　

74、圖2-3 拱橋的總體布置</p><p>　　2.3 結(jié)構(gòu)截面尺寸擬定</p><p>　　2.3.1 梁的截面尺寸</p><p>　　由全國(guó)高速雙線鐵路設(shè)計(jì)的橋面尺寸基本參照?qǐng)D2-4：</p><p>　　圖2-4 高速雙線鐵路設(shè)計(jì)的橋面尺寸參照?qǐng)D</p><p>　　本設(shè)計(jì)梁的類型選為T形梁，上翼緣寬122

75、0cm，T形梁采用實(shí)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2-5：</p><p>　　圖2-5 梁截面尺寸</p><p>　　2.3.2 板拱截面尺寸</p><p>　　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2-6：</p><p>　　圖

76、2-6 立柱截面尺寸</p><p>　　2.3.4 立柱截面尺寸</p><p>　　立柱截面為矩形截面，寬700cm，高90cm。如下圖2-7：</p><p>　　圖2-7 立柱截面尺寸</p><p>　　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，矩形截面尺寸擬定為1.5m×1.5m。帽梁

77、的作用是將梁上的荷載均勻的傳至立柱。</p><p>　　第3章 建立Midas結(jié)構(gòu)模型</p><p>　　3.1 模型各結(jié)構(gòu)節(jié)段劃分</p><p>　　3.1.1 梁體節(jié)段劃分</p><p>　　T梁全長(zhǎng)70m，立柱到梁端距離18m，跨中與梁的固結(jié)長(zhǎng)度為10m，固結(jié)段邊緣到立柱距離為12m，梁體縱坡-0.15%（沿線路方向），立柱到梁

78、端的18m平均劃分為10個(gè)節(jié)段，固結(jié)段邊緣到立柱得12m也平均劃分為10個(gè)節(jié)段，跨中固結(jié)段平均劃分為6個(gè)節(jié)段。坐標(biāo)原點(diǎn)為1#拱腳處。梁體各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值如下表3-1：</p><p>　　表3-1 梁體個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值</p><p>　　3.1.2 立柱節(jié)段劃分</p><p>　　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(jiǎn)單，為了減

79、小模型的分析時(shí)間，所以兩個(gè)立柱都平均劃分為兩個(gè)節(jié)段，立柱中心距梁端18m，立柱上有1.5m高的帽梁。立柱各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值如下表3-2：</p><p>　　表3-2 立柱各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值</p><p>　　3.1.2 板拱節(jié)段劃分</p><p>　　拱橋的拱圈存在一定的彎矩，為偏心受壓構(gòu)件，無(wú)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

80、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(diǎn)坐標(biāo)值如下表3-3：</p><p>　　表3-3 板拱各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值</p><p>　　3.2 模型單元的建立</p><p><b>　　3.2.1 材料</b></p><p>　　模型的材料除鋼材外一共有三種（Midas里面沒(méi)有考慮鋼材，主要是因?yàn)槲覀兊?/p>

81、設(shè)計(jì)題目為1-45m 雙線高速鐵路板拱橋設(shè)計(jì)(2立柱)，整個(gè)結(jié)構(gòu)只配普通鋼筋，沒(méi)有預(yù)應(yīng)力鋼束，用Midas建模并運(yùn)行分析得出內(nèi)力以后通過(guò)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，其材料的彈性模量很大為為7.00e+007kN/ ，這種材料是為了模擬施工階段梁體的澆筑時(shí)支架搭在拱圈上，并且在此時(shí)梁體混凝土的強(qiáng)度還沒(méi)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

82、材料就是起到支架的作用。</p><p><b>　　3.2.2 截面</b></p><p>　　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(jì)算器降所需的CAD截面導(dǎo)入，如圖3-1：</p><p>　　圖3-1 Midas導(dǎo)入截面過(guò)程</p><p&

83、gt;　　生成截面，計(jì)算截面特性，最后保存為.sec截面，以供在Midas建立單元時(shí)使用（在Midas導(dǎo)入.sec截面是注意要輸入截面的各項(xiàng)參數(shù)）。將上一步中建好的節(jié)點(diǎn)用各自對(duì)應(yīng)的單元連接。模型概圖如下3-2:</p><p>　　圖3-2 模型概圖</p><p><b>　　3.3 邊界條件</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)拱橋?yàn)闊o(wú)鉸拱

84、，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(hào)節(jié)點(diǎn)分別于梁體的22~27號(hào)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(diǎn)，將這些節(jié)點(diǎn)與梁上節(jié)點(diǎn)剛性連接，再在帽梁節(jié)點(diǎn)與梁體下支座節(jié)點(diǎn)用只受壓連接模擬實(shí)際支座連接起

85、來(lái)。一般支承的邊界條件如下表3-4：</p><p>　　表3-4 一般支承的邊界條件</p><p>　　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。</p><p>　　3.4 時(shí)間依存性材料</p><p>　　時(shí)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(jì)里面主要考慮C55混凝土與C

86、50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(shí)際厚度，如下圖3-3：</p><p>　　圖3-3 時(shí)間依存性材料添加</p><p>　　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(duì)工程結(jié)構(gòu)的影響：對(duì)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。</p><p><

87、;b>　　3.5 結(jié)構(gòu)荷載</b></p><p>　　荷載按時(shí)間順序可分為施工階段荷載和運(yùn)營(yíng)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3-5為本設(shè)計(jì)所加的荷載分類：</p><p>　　表3-5 本設(shè)計(jì)所加的荷載分類</p><p>　　各項(xiàng)荷載的具體值如下：</p><p>　　1.自重：混凝

88、土容重按26kN/m計(jì)算，模型中定義為施工階段荷載；</p><p>　　2.二期：無(wú)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(jì)取134 kN/m計(jì)算，模型中定義為施工階段荷載；</p><p>　　3.整體升降溫：對(duì)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(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）附錄E的“鋼筋混凝土、混凝土

89、和砌石矩形截面桿件計(jì)算溫度圖解”確定構(gòu)件的計(jì)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(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）附錄F的“全國(guó)一月份平均氣溫（ ）圖和全國(guó)七月份平均氣溫（ ）圖”確定。本設(shè)計(jì)地區(qū)為貴廣線，按鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范附錄F查的全年溫差為±16 。</p><p>　　4.溫度梯度荷載：本設(shè)計(jì)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

90、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(jì)規(guī)范》（TB 10002.3-2005）附錄B。</p><p>　　5.橫向搖擺力：參見《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）4.3.8條，橫向搖擺力應(yīng)取100kN，作為一個(gè)集中荷載取最不利位置加載,本設(shè)計(jì)最不利位置為跨中，在跨中沿y方向施加100kN的集中力。</p><p>

91、　　6.列車制動(dòng)力：參見《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）4.3.7條，列車制動(dòng)力應(yīng)按列車靜荷載的10%計(jì)算，雙線橋應(yīng)采用一線的戰(zhàn)制動(dòng)力或牽引力，本設(shè)計(jì)橋面長(zhǎng)70m，滿布ZK活載，列車制動(dòng)力以沿線路方向以均布荷載的形式加載，經(jīng)計(jì)算取7.0kN/m。</p><p>　　7.橫向風(fēng)力：參見《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）4.4.1條，作用在橋梁上的風(fēng)荷載強(qiáng)度可按下式

92、計(jì)算： </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中： ——風(fēng)荷載強(qiáng)度（）</p><p>　　——基本風(fēng)壓值（），一般情況可按《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB10002.1－2005）附錄D“全國(guó)基本風(fēng)壓值分布圖”，并通過(guò)實(shí)地調(diào)查核實(shí)后采用；</p><p><b>　　——風(fēng)載體

93、形系數(shù)；</b></p><p>　　——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；</p><p>　　——地形、地理?xiàng)l件系數(shù)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中采用：標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的風(fēng)壓強(qiáng)度，有車時(shí)： 。</p><p>　　其中： 在橋墩是為0.9，其他構(gòu)件為1.3；</p><p><b>　　為1.0。</b>

94、;</p><p>　?。?）板拱： , 等效均布荷載為0.936KN/m</p><p>　?。?）立柱： , 等效均布荷載為0.936KN/m</p><p>　?。?）梁體：有車：等效荷載=2.43kN/m+（-0.607kN /m）</p><p>　　無(wú)車：等效荷載=0.81kN/m+0.607kN /m</p>

95、<p>　　8.施工階段模擬支架荷載：強(qiáng)度未充分發(fā)展的梁體混凝土自重模擬為在支架上的均布荷載為-36.7kN/m。</p><p>　　所加的靜力荷載工況如下圖3-4：</p><p>　　圖3-4 靜力荷載工況</p><p><b>　　9.基礎(chǔ)沉降：</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)橋梁等級(jí)為新建雙線

96、高速鐵路，對(duì)基礎(chǔ)的沉降的限制要求嚴(yán)格，該設(shè)計(jì)的兩拱腳和梁端的支座沉降均取-0.005m，并且相互組合，最多4個(gè)基礎(chǔ)同時(shí)沉降，最少1個(gè)基礎(chǔ)發(fā)生沉降，組合圖如下3-5：</p><p>　　圖3-5 支座沉降組合如下</p><p><b>　　10.列車活載</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)為雙線高速鐵路，設(shè)計(jì)荷載為ZK荷載，我國(guó)客運(yùn)專線采

97、用的ZK活載圖式如下3-6：</p><p>　　圖3-6我國(guó)客運(yùn)專線采用的ZK活載圖式</p><p>　　ZK活載動(dòng)力系數(shù)計(jì)算：</p><p>　　參見《鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范》（TB 10002.1-2005）4.3.5條。列車豎向荷載包括列車豎向動(dòng)力作用，該列車豎向活載等于豎向靜荷載乘以動(dòng)力系 ，其動(dòng)力系數(shù)應(yīng)按下列公式計(jì)算：</p><p

98、>　　（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(shí)，不計(jì)列車豎向動(dòng)力作用。當(dāng)h﹤1m時(shí)： </p><p>　　式中 。L為橋梁跨度。本設(shè)計(jì)L=45m，代入上式</p><p>　?。?）空腹時(shí)鋼筋混凝土拱橋的拱圈和拱肋：</p><p>　　式中L——拱橋的跨度（m）；</p><p>

99、;　　λ——計(jì)算橋跨結(jié)構(gòu)的主要桿件時(shí)為計(jì)算跨徑（m）；對(duì)于值承受置部活載的桿件，則按其計(jì)算圖式一個(gè)或者數(shù)個(gè)節(jié)間的長(zhǎng)度（m）；</p><p>　　?——拱的矢高（m）。本設(shè)計(jì)L=45m，λ=45m，?=11m，代入上式</p><p>　?。?）參見《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范（試行）》（TB 10621-2009 J971-2009）7.2.7條，考慮列車活載豎向動(dòng)力的作用時(shí)，列車豎向活載等于列

100、車豎向靜活載乘以動(dòng)力系數(shù) ， 按下面公式計(jì)算：</p><p>　　式中， 為加載長(zhǎng)度，其中 時(shí)按3.61m計(jì)算； 的計(jì)算值小于1.0時(shí)，取1.0。</p><p>　　本設(shè)計(jì) =70m，計(jì)算結(jié)果 的計(jì)算值小于1.0，取1.0。</p><p>　　綜上：計(jì)算梁體活載作用時(shí)， ；計(jì)算拱橋的拱圈和拱肋活載作用時(shí)， ；</p><p>　　列車豎

101、向活載必須采用ZK活載。對(duì)于單線或雙線的橋梁結(jié)構(gòu)，各線均應(yīng)計(jì)入ZK活載作用，加載分為兩車道，雙向往返加載，車道偏心為±2.4m，車道寬1.435m，橋梁跨度為70m，車道組合為最多2個(gè)車道同時(shí)受荷，最多0個(gè)車道同時(shí)受荷，加載圖如下3-7：</p><p>　　圖3-7 ZK活載加載圖</p><p>　　3.6 施工階段定義</p><p>　　本設(shè)計(jì)為

102、雙線高速鐵路拱橋，施工階段的定義相對(duì)于大跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋較為簡(jiǎn)單，本設(shè)計(jì)分為5個(gè)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(shí)間與實(shí)際時(shí)間大致相同，混凝土的齡期取為7天。本設(shè)計(jì)的收縮徐變時(shí)間考慮為10年時(shí)間，實(shí)際混凝土的徐變是一個(gè)很漫長(zhǎng)的過(guò)程，甚至可以持續(xù)上百年，但是徐變最快的時(shí)期是在最初的半年，以后逐漸減慢，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，徐變趨于穩(wěn)定。各施工階段所激活與鈍化的單元、荷載、邊

103、界如下表3-6：</p><p>　　表3-6 各施工階段所激活與鈍化的單元 荷載 邊界</p><p>　　運(yùn)行前的不顯示施加荷載的模型如圖3-8，從圖中可以看到整個(gè)模型的布置，單元的分配等，</p><p>　　圖3-8運(yùn)行前的模型概圖</p><p>　　3.7 模型修改調(diào)整</p><p>　　按上述步驟建

104、好模型以后，接下來(lái)就是運(yùn)行模型，運(yùn)行是判斷所建模型是否成功的關(guān)鍵一步驟，有的模型運(yùn)行時(shí)間很長(zhǎng)，影響模型運(yùn)行的因素主要有單元?jiǎng)澐值脑敿?xì)程度、施工階段步驟的多少和移動(dòng)荷載分析等。本設(shè)計(jì)模型較為簡(jiǎn)單，節(jié)段劃分較合理，施工步驟也較少，但是在模型運(yùn)行的時(shí)候也出現(xiàn)了很多警告，經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，才將模型調(diào)通。出現(xiàn)問(wèn)題主要有以下幾個(gè)方面：</p><p><b>　　1.邊界條件問(wèn)題</b></p>

105、<p>　　在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的期間，也和很多做其他橋型設(shè)計(jì)的同學(xué)，一起討論、分析和解決問(wèn)題，里面出問(wèn)題的地方很多都是在邊界條件上。一方面就是結(jié)構(gòu)的約束不夠，少了dx，dy，dz中的某一項(xiàng)，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)在某一個(gè)方向上面可以自由的移動(dòng)，運(yùn)行的時(shí)候出現(xiàn)很多displace之類的警告；另一方面就是結(jié)構(gòu)的約束過(guò)多，與結(jié)構(gòu)的實(shí)際邊界情況不相符，施加荷載以后使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很大的次內(nèi)力，給截面配筋和檢算的時(shí)候帶來(lái)誤導(dǎo)，以上就是在建模工程中邊界條件

106、這一塊常發(fā)生的問(wèn)題。如下圖3-8：</p><p>　　圖3-8 邊界條件問(wèn)題警告</p><p><b>　　2.施工階段問(wèn)題</b></p><p>　　施工階段的定義（特別是大跨度的多節(jié)段施工的梁橋）很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且檢查的時(shí)候很難發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。里面的問(wèn)題也大致分為兩個(gè)方面：一方面是單元、荷載、邊界激活和鈍化的時(shí)間先后問(wèn)題，有的時(shí)候甚至出

107、現(xiàn)這種問(wèn)題，就是在這個(gè)階段激活了某個(gè)邊界條件，但是此階段這個(gè)邊界所加位置的單元都還沒(méi)有激活，這類問(wèn)題看似簡(jiǎn)單，但在檢查的時(shí)候也很難發(fā)現(xiàn)。另一方面就是組的定義問(wèn)題，包括結(jié)構(gòu)組，荷載組，邊界組和鋼束組，組的定義的時(shí)候常出現(xiàn)的問(wèn)題就是容易把某個(gè)單元和節(jié)點(diǎn)定義掉，讓某個(gè)單元和節(jié)點(diǎn)成為孤立的對(duì)象。在建模過(guò)程中如果使用復(fù)制或者是鏡像單元節(jié)點(diǎn)時(shí)常出現(xiàn)這類問(wèn)題，檢查是發(fā)現(xiàn)這類的難度較大。</p><p>　　第4章 結(jié)構(gòu)內(nèi)力 變

108、形分析</p><p><b>　　4.1 荷載組合</b></p><p>　　橋梁鐵路荷載主要分為主力，主+附，主+特三種組合，本設(shè)計(jì)主要考慮主力組合和主+附組合，為了使荷載組合更接近實(shí)際情況，主+附組合時(shí)附加力只按一個(gè)方向?yàn)橹魇┘樱葯M向風(fēng)力與列車制動(dòng)力不同時(shí)組合。本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)組合具體荷載組合如下：</p><p>　　主力：恒荷載+Z

109、K活載+橫向搖擺力+支座沉降+徐變二次+收縮二次；</p><p>　　主+附1：主力+整體升溫+梁日照溫度梯度+橫向風(fēng)力；</p><p>　　主+附2：主力+整體降溫+梁日照溫度梯度+橫向風(fēng)力；</p><p>　　主+附3：主力+整體升溫+梁寒流溫度梯度+橫向風(fēng)力；</p><p>　　主+附4：主力+整體降溫+梁寒流溫度梯度+橫向風(fēng)力

110、；</p><p>　　主+附5：主力+整體升溫+梁日照溫度梯度+列車制動(dòng)力；</p><p>　　主+附6：主力+整體降溫+梁日照溫度梯度+列車制動(dòng)力；</p><p>　　主+附7：主力+整體升溫+梁寒流溫度梯度+列車制動(dòng)力；</p><p>　　主+附8：主力+整體降溫+梁寒流溫度梯度+列車制動(dòng)力；</p><p&g

111、t;<b>　　主力包絡(luò)：</b></p><p>　　主+附包絡(luò)：包括主+附（1~8 ）</p><p>　　內(nèi)力取梁體與拱在主力和主+附最不利組合的內(nèi)力，梁體為受彎構(gòu)件，由彎矩M與剪力Q控制；拱為偏心受壓構(gòu)件，由彎矩M與軸力N控制；梁體與拱在不同組合下的支座反力。立柱為軸心受力構(gòu)件，由軸力N控制。ZK活載注意要乘以相應(yīng)的動(dòng)力系數(shù)。</p><p

112、><b>　　4.2 結(jié)構(gòu)的內(nèi)力</b></p><p>　　4.2.1 梁體的內(nèi)力</p><p>　　內(nèi)力主要包括軸力(Fx)、剪力(Fz)、彎矩(My)、扭矩(Mx)，本設(shè)計(jì)扭矩只按構(gòu)造配筋，不通過(guò)計(jì)算。</p><p>　　1.主力作用下梁體內(nèi)力</p><p>　　本設(shè)計(jì)主力組合主要包括：恒荷載（除預(yù)應(yīng)力

113、、收縮和徐變之外，在各施工階段激活和鈍化的所有荷載均保存在該工況下）、ZK活載、橫向搖擺力、支座沉降、徐變二次、收縮二次。梁體為受彎構(gòu)件，由彎矩My與剪力Fz控制，本設(shè)計(jì)扭矩只按構(gòu)造配筋，不通過(guò)計(jì)算。</p><p>　　梁截面為T形梁，在立柱支點(diǎn)附近的負(fù)彎矩較大，在立柱到梁端之間和立柱到拱頂固結(jié)中間處的正彎矩較大。梁體在主力荷載組合下最大正彎矩和最小負(fù)彎矩的彎矩圖4-1：</p><p>