长岩100m上承式钢筋混凝土箱型拱桥设计.doc

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1、-_长岩长岩 100m100m 上承式钢筋混凝土箱型拱桥设计上承式钢筋混凝土箱型拱桥设计摘要摘要根据当地工程实际的水文地质条件和施工技术指标，总结国内外钢筋混凝土拱桥的建设经验和实际运用，综合比较桥型方案选择完成 100m 上承式钢筋混凝土箱型拱桥设计。选择良好的天然地基基础，采用索揽预制分段吊装完成主拱圈的拼接，在拱圈上现浇施工底梁、立柱、安装盖梁，桥面用标准的预制空心板梁，再将各段现浇成一个整体。按照已有的拱桥建筑技术和经验，根据拱桥跨径、矢高计算合理拱轴系数，运用 midas 软件建立拱桥模型，进行细部截面形式确定和尺寸拟定，计算m并导出设计标准的弯矩和轴力值。进行截面配筋计算和承载力校

2、核，检验细部截面尺寸、配筋、内力组合值、裂缝宽度是否满足设计安全，根据现有的规范来分析设计方法的正确性、内力分布的合理性及材料的充分利用，制定出一个比较合理、安全可靠、基本满足各项综合技术指标的设计方案。拱桥的历史悠久且造型美观，能够充分发挥圬工材料的抗压性能和节省材料，合理分配内力等优点，非常适合于中小跨径的桥梁建设，伴随起吊设备和架桥机的发展，缩短了建桥的工期。关键词：钢筋混凝土拱桥；midas 建模；预制吊装；配筋与验算-_The long rock span of 100m on the desk of reinforced concrete box arch bridge desig

3、nAbstractAccording to the local engineering and construction of hydro-geological conditions Technical indicators summarize the experience and practical application of domestic and foreign construction of reinforced concrete arch bridge, comprehensive comparison bridge - program selection complete th

4、e 100m Reinforced Concrete Box Arch Bridge. Choose a good foundation natural foundation, using precast segments hoisting rope embrace complete the main arch of the stitching on the bottom arch cast beams, columns, beams cover installation, deck with a standard hollow beam, and then each section cast

5、 as a whole.In accordance with the existing bridge building techniques and experience, according to the arch span, rise high computing with rational arch axis coefficient, using midas software to build arch model for detailed cross-sectional form and size is determined to develop, calculate and desi

6、gn criteria derived moment and axial force values . Sectioned reinforcement calculation and bearing capacity checking, testing detailed cross-sectional dimension, reinforcement, internal force combination of values, crack width design meets safety, according to the existing norms to analyze the corr

7、ectness of the design process, rationality and material internal force distribution full use of, and work out a more reasonable, safe, reliable, integrated technical indicators meet the basic design.A long history of bridge history and beautiful shape, give full play to the compressive strength of m

8、asonry materials and saving material, a reasonable allocation of internal forces, etc., it is very suitable for small and medium-span bridge construction, with the development of lifting equipment and erecting machine, shortening the duration of the bridge.Key word：Reinforced concrete arch bridge；mi

9、das Modeling；Prefabricated lifting；Configuring reinforcement and checking-_目录目录摘要摘要.I IAbstractAbstract.IIII第一章第一章 设计内容设计内容.1 11.1 设计任务 .11.1.1 基本资料.1 1.1.2 设计思路.21.2 荷载和作用力 .21.2.1 永久作用 .2 1.2.2 可变作用 .2 1.1.3 偶然作用.2第二章第二章 方案比选方案比选.4 42.1 方案比选原则.42.2 桥型方案拟定.42.3 桥梁方案对比 .7第三章第三章 拱圈计算拱圈计算.8 83.1 设计标准及

10、数据 .83.2 主拱圈内力计算 .93.2.1 主拱圈横截面设计 .9 3.2.2 合理拱轴线的确定方法.9 3.2.3 合理拱轴系数 m 的计算一般步骤.123.3 计算合理拱轴系数 m.133.4 主拱圈的截面特性计算 .153.5 上部结构恒载计算 .183.5.1 桥跨恒载内容 .19 3.5.2 截面尺寸拟定与计算 .19第四章第四章 迈达斯建模迈达斯建模.2626-_4.1 迈达斯建模坐标 .274.2 Midas 建模计算 .304.2.1 Midas 建模过程 .30 4.2.2 各种工况组合 .32 4.2.3 midas 导出数据 .33 4.2.4 荷载组合计算.35第

11、五章第五章 主拱圈配筋与验算主拱圈配筋与验算.39395.1 最不利荷载值.405.2 按截面最不利荷载配筋 .415.2.1 拱脚最不利情况.43 5.2.2 典型截面最不利情况验算.47第六章第六章 立柱配筋与验算立柱配筋与验算.53536.1 求横向分布系数.546.2 计算冲击系数.566.3 活载内力计算 .566.4 配筋计算.58第七章第七章 盖梁计算与验算盖梁计算与验算.64647.1 活载计算内容 .657.1.1 对称布置荷载 .65 7.1.2 非对称布置荷载.65 7.1.3 活载计算.667.2 恒载计算 .717.2.1 盖梁自重 .71 7.2.2 空心板自重.7

12、2 7.2.3 支点截面恒载、活载计算.72 7.2.4 跨中截面恒载、活载计算.72 7.2.5 支点剪力计算.73 7.2.6 内力组合.737.3 截面配筋设计与承载力校核.747.3.1 正截面抗弯承载力验算.76-_7.3.2 斜截面抗剪.76 7.3.3 裂缝宽度验算.77总结总结.7777致谢致谢.7878参考文献参考文献.7979-_第一章第一章 设计内容设计内容1.1 设计任务本学期的毕业设计论文是为了帮助我们的毕业生们较为全面地巩固和深化学到的课程知识的运用，掌握和理解公、铁路中的桥梁设计和拱桥的相关构造情况，掌握拱桥设计的手算计算及桥博或 midas 软件的操作步骤及方法

13、，学会如何快速运用资源去查阅规范中的技术资料与经验总结，重点强化基本理论与实际技能训练，升华到具体问题具体分析和解决问题的思维和动手能力。同时在完成好课题设计的具体实践过程中，把握桥梁的整个初步设计、计算的方法与原理、领会建桥中的特点要求及特点。1.1.1 基本资料基本资料 为加强长岩县界的经济贸易和联系，准备在通往县城的河流一处修建一座大桥。拟建桥梁位于贵州省安顺市长岩县城外 500m 处的护城河上，根据勘探单位的调查和当地的水文资料显示，该河长度大约 13000m，平均河宽 120m，其中最宽处 210m，最窄处河宽 90m。为了节约投资成本和修建位置方便交通，经过可行性调查的批准报告，决

14、定将桥拟建于河宽 100m 处的城西门 450m 的位置。该处地质情况如下：有四层地层组成，第一层为覆盖较厚的岩石地基，厚度约5.5m；第二层为粒径大于 0.075 的砂性土，厚度为 3.2m；第三层为 71/44拱桥规范建议值 1/51/83.2.2 合理拱轴线的确定方法合理拱轴线的确定方法运用推导公式计算合理拱轴线 m 的确定方法如下过程：-_计算示意图 3-2已知 ygHxM可得 gHxM y 二阶导数，得jgdgmgHxgdxyd122 2) 1(mfdg rrfdgjg将（2）代入到（1），得 3)1(22 ymfgHdggHdggHrfdgdxyd-_=lx=dxdldldx22即

15、可得到 42 22 lddx将（4）代入（3），得到=22ddyymHgl Hglgdgd122 假令=2k12 mfHglgd=fHglgd2 12mfk则，原式可写成 =22ddyykHglgd22 =22ddyfkmfk221解得 = 为悬链线方程。y11chkmf已知 =， =chx2xxeelx2假令 =1，则 =，=f11chkmfk1ln2mm所以，只需确定了 、 、，则悬链线方程可确定。flmy-_因此，宜采用“五点重合法”,用以来求出最优的拱轴系数值。m已知 =(1-1) 41M41yHg=（1-2）jMfHg所以，可得到 =41MMj41yf当=时，可得=2141yf 12

16、1 1chkmf移项，得 1221241 yfm由以上公式可知：倘若系数的值变化大，那么就会越来越小，则曲线就会越陡峭；拱轴m41y倘若系数的值变化小，那么就会越来越大，则曲线就会越平滑。拱轴m41y-_3.2.3 合理拱轴系数合理拱轴系数 m 的计算一般步骤的计算一般步骤0mm 是否假定m布置拱上建筑计算和jM 41M=41MM41yf推导得出 12212 41yfm取 m 值m=m0-_3.3 计算合理拱轴系数 m首先假定 m=1.756,相应=0.23，矢跨比为。查拱桥（上册）fy4/1 51表（）-20（4），得到=0.66408，jsin=0.74768.jcos拱轴计算的示意图 3

17、-3主拱圈的和：l计算跨径f计算矢高myffmylljojo 227.2074766.01898.020cos119268.101898.066408.02100sin2 下下计算的与：拱脚截面水平投影x竖向投影ymHymHx 3458.174766.08.1cos1953.166408.08.1sinjj 将拱轴沿分，每等分长是 ：等跨径24,2164.42419268.101 24mll纵坐标： 每等分拱轴 ,1-1fy值表所得到与之对应的位置的坐标值为：；拱背cosy1上yy -_计算得到相应的拱腹坐标值：。 cosy1上yy 3.4 主拱圈的截面特性计算主拱圈的横截面简图：腹拱截面图

18、3-4拱脚加厚截面图 3-5接头腹板加厚截面图 3-6-_拱圈截面值计算截面面积计算 A：. a 2270. 604. 004. 021808. 008. 021836. 172. 1436. 109. 08 . 88 . 1mA绕箱底边缘静面距 S：. b)(63.58)04.03158.1(04.0218)22.008.031(08.02128.136.172.1428.136.109.08.88.1213222mS截面惯性矩 Ix：. c)(3012. 4)04. 031898. 058. 1 (04. 0218)08. 031898. 0(08. 021802. 036. 172. 1

19、12102. 036. 109. 01218 . 18 . 88 . 112142222222mIx故有m8282.027.603.4898.027.663.5AIrmASyx w下经过计算，将计算结果汇总于下表之中。-_主拱圈几何性质计算 表 3-2截面号xyf1ycoscos下y cos下yy050.59631.000020.22700.74771.201119.0259146.38030.910218.41060.76691.171017.2396242.16430.825316.69390.78561.143015.5509337.94830.746215.09360.80391.11

20、7113.9765433.73230.671313.57880.82151.093212.4856529.51630.601312.16290.83841.071011.0919625.30030.535810.83820.85471.05079.7876721.08430.47489.60280.86521.03798.5649816.86830.41798.45250.87021.03197.4205912.65230.31626.39640.88491.01485.3816108.43630.23104.67240.91190.98483.6876114.22030.19243.8917

21、0.92400.97182.9198120.00000.00000.00001.00000.8980-0.8980-_立柱高度计算：由于主拱圈的拱顶与计算坐标的原点在同一标高，墩中线的横坐标以及xl各墩自中线主拱拱背到立柱的高度为：=+h1y cos11上y立柱高度计算 表 3-3立柱号(m)xlkllx2xlk1mf1 号451.1630.88941.034326.75532 号351.1630.69170.804526.75533 号251.1630.49410.574626.75534 号151.1630.29650.344826.75535 号51.1630.09880.114926.

22、7553立柱号1chk1ytancos1 柱高（m)h1 号0.584415.63480.75581.253515.40612 号0.34149.13520.54991.14129.00793 号0.16974.54030.37321.06744.47954 号0.061.60610.21631.02311.58525 号0.00660.17690.07081.00250.1746-_3.5 上部结构恒载计算上部结构又称为桥跨结构，上部结构恒载由自身的重力产生。hAG3.5.13.5.1 桥跨恒载内容桥跨恒载内容桥跨恒载主要有：（1）主拱圈（2）立柱与横系梁（3）横隔板（4）盖梁（5）桥面铺装

23、层（6）空心桥面板桥跨结构恒载计算如下：桥梁横断面 图 3-14横断面图 1:100尺寸标注单位：cm-_3.5.23.5.2 截面尺寸拟定与计算截面尺寸拟定与计算（1）主拱圈模型图单元号：94 节点号：95 主拱圈模型 图 3-7主拱圈材料尺寸 表 3-4主拱圈尺寸ArL表（）-19（6）单位m2KN/m3m-数值6.2725101.192680.55086主拱圈的重力、弯矩值： KNlAp 2726.873819268.1012527.655086.0619120 表 KNlAM796.5071619268.1012527. 64112638. 046192241表 KNlAMj3862.

24、21031519268.1012527.64152408.0461922表（2）横隔板I.一般每块横隔板的板厚度宜为 0.060.08m，为了考虑设计偏重安全原则，板厚取 0.08m，靠拱脚一块为实心板，其余为空心板。II.由于接头两相邻横隔板之间为薄弱环节，以及第一块的横隔板到两边拱-_脚的截面之间的箱底板和两侧板之间均加厚至 0.1m。纵断面图 纵断面图一般截面横隔板断面 图 3-8接头、拱脚横隔板断面 图 3-9（3）横隔板计算过程：-_ KNrdApA47.1742608.01.24m1.208.04217.06.008.022104.0221958.136.12222横隔板材料尺寸

25、表 3-5横隔板尺寸ArdP单位m2KN/m3mKN数值2.1260.0817.47（4）立柱与横系梁I.立柱与横系梁的尺寸拟定如下：-_立柱与横系梁截面尺寸 图 3-10II 立柱计算过程如下： KNhrKNhr778.518008. 92596. 1AP432.864406.152596. 1AP11号立柱：号立柱：KNhr293.274479. 42596. 1AP1号立柱：KNhrKNhr930.22476.02596.1AP002.118585.12596.1AP11号立柱：号立柱：（5）横系梁尺寸横系梁自重：KNhr8.1242.5252.18.0AP单根立柱自重 表 3-6立柱尺

26、寸abArhP单位mmm2KN/m3mKN号立柱1.41.41.962515.4061 864.329号立柱1.41.41.96259.0079 518.778号立柱1.41.41.96254.4795 274.293号立柱1.41.41.96251.5852 118.000号立柱1.41.41.96250.4746 22.930-1798.33（6）盖梁计算I.盖梁尺寸拟定：-_盖梁截面尺寸 图 3-11KNAP 4 .653 25222 . 02 . 025236. 0259.102522 . 1hr.盖梁计算过程：（7）柱脚系梁I.柱脚系梁尺寸拟定：柱脚系梁截面尺寸 图 3-12II.柱

27、脚系梁计算过程如下： KNAP3.146258.8665.0hr(8)空心桥面板及铺装I.空心桥面尺寸拟定：空心板梁截面尺寸 图 3-13II.空心桥面板及铺装计算过程：-_重力集度： mkNAAg/25.1532412517.5rr2211注明：因满足构造要求，拱顶至桥面底面高度 h=1.8m，已知盖梁高度mh2 . 1故，立柱的计算高度需加高。m6 . 02 . 18 . 1h KNP4.322516.26.0经过上述对桥面空心板、盖梁、立柱、底梁等结构自重力的计算，将它们简化成集中力模型作用于拱圈上。结构自重力 表 3-7桥面铺装L铺装层立柱 1-1立柱 1-2集中力 Pg（KN/m ）

28、(m)P(KN)P(KN)P(KN)立柱集中力 1153.25101532.5831.929831.929立柱集中力 2153.25101532.5831.929831.929立柱集中力3153.25101532.5831.929831.929立柱集中力4153.25101532.5831.929831.929立柱集中力5153.25101532.5831.929831.929立柱P盖梁横系梁柱脚系梁合计： 集中力 P P(KN)P(KN)P(KN)P(KN)P(KN)立柱集中力132.4621.4124.8146.34121.259立柱集中力232.4621.4124.8146.33431.

29、156立柱集中力332.4621.4124.8146.32943.186立柱集中力432.4621.4124.8146.32631.602-_立柱集中力532.4621.4124.8146.32480.257选取拱圈的典型截面计算弯矩大小，分别选取截面、拱脚（最大负弯矩）。41立柱至拱顶的水平距离 表 3-81/4 截面拱脚 立柱到跨中距离力臂（L/4-Lx)力臂(L/2-Lx)1 号45m5.596342 号35m15.596343 号25m0.2981725.596344 号15m10.2981735.596345 号5m20.2981745.59634结构自重产生的弯矩 表 3-9项目自

30、重P(KN)1/4 截面拱脚（L/4-Lx)力矩(KN*m)(L/2-Lx)力矩(KN*m)主拱圈8738.273 /50716.796 /210315.386 1 号立柱4121.259 /5.5963423063.965 2 号立柱3431.156 /15.5963453513.476 3 号立柱2943.186 0.29817877.570 25.5963475334.790 4 号立柱2631.602 10.2981727100.681 35.5963493675.385 5 号立柱2480.257 20.2981750344.674 45.59634113090.632 -_M243

31、45.732 /129039.721 /568993.634 由，与假定值=0.23，二者相差-2324303. 0634.568993721.12903941 JMMfy4/10.0024303。根据公式=1.651。12.232330. 01 211221224/1 fym所以=6% .756. 1651. 1756. 1m第四章第四章 迈达斯建模迈达斯建模为了得到主拱圈的标准弯矩、标注轴力，运用 midas 建模输出结果。GkMGkN4.1 迈达斯建模坐标迈达斯半跨建模坐标 表 4-1节点号xyz1-50.596340-20.227098 2-49.70-19.441335 3-48.8

32、0-18.672094 4-47.90-17.922294 5-470-17.191614 6-46.10-16.479742 7-450-15.634774 8-43.90-14.816906 9-42.80-14.025616 10-41.70-13.260398 11-40.60-12.520762 12-39.50-11.806236 13-38.40-11.116363 14-37.30-10.450702 15-36.10-9.751641 -_16-350-9.135247 17-33.90-8.541799 18-32.80-7.970917 19-31.70-7.422236

33、 20-30.60-6.895406 21-29.50-6.390088 22-28.40-5.905961 23-27.30-5.442715 24-26.10-4.960822 续表 4-125-250-4.540294 26-23.90-4.139774 27-22.80-3.759006 29-20.60-3.055763 30-19.50-2.732838 31-18.40-2.428766 32-17.30-2.143352 33-16.10-1.853056 34-150-1.606078 35-13.90-1.377231 36-12.80-1.166371 37-11.70-

34、0.973361 38-10.60-0.798078 39-9.50-0.640410 40-8.40-0.500257 41-7.30-0.377529 42-6.10-0.263425 43-50-0.176890 44-40-0.113165 45-30-0.063636 46-20-0.028276 47-10-0.007068 -_48000.000000 4910-0.007068 5020-0.028276 5130-0.063636 5240-0.113165 5350-0.176890 546.10-0.263425 557.30-0.377529 568.40-0.5002

35、57 续表 4-1579.50-0.640410 5810.60-0.798078 5911.70-0.973361 6012.80-1.166371 6113.90-1.377231 62150-1.606078 6316.10-1.853056 6417.30-2.143352 6518.40-2.428766 6619.50-2.732838 6720.60-3.055763 6821.70-3.397746 6922.80-3.759006 7023.90-4.139774 71250-4.540294 7226.10-4.960822 7327.30-5.442715 7428.40

36、-5.905961 7529.50-6.390088 7630.60-6.895406 7731.70-7.422236 7832.80-7.970917 -_7933.90-8.541799 80350-9.135247 8136.10-9.751641 8237.30-10.450702 8338.40-11.116363 8439.50-11.806236 8540.60-12.520762 8641.70-13.260398 8742.80-14.025616 续表 4-18843.90-14.833791 89450-15.634774 9046.10-16.479742 91470

37、-17.191614 9247.90-17.922294 9348.80-18.672094 9449.70-19.441335 9550.596340-20.227098 4.2 Midas 建模计算4.2.14.2.1 MidasMidas 建模过程建模过程在 Midas 建模过程中为了得到可靠的设计标准值，运用各种组合工况下. a的荷载系数，按 范公路圬工桥涵设计规)200561(JTGD第8 . 1 . 5：条规定应折减系数为 0.；基础变位效5混凝土效应折减系数为 0.4；收缩徐变5效应折减系数为：整体升温乘以 0.7，整体降温乘以 0.7，对采温度温度梯度用不用考虑取折系数的作用；

38、减-_汽车折减：拱顶至截面为 0.7，拱脚为荷载效应l41正弯矩系数正弯矩系数0.9，截面至拱脚采用。l41正弯矩系数内插求得荷载组合各项系数 表 4-2. b按承载力极限状态设计表达式（基本组合）根据为效应与效应，其组合基本组合永久作用设计可变作用设计效应组合有：效应表达式 minjQjdCkQGidGudminjQjkQjCkQQGikGudSSSSSSSS12ii0012i1i00折减系数 u1分项系数 u2收缩徐变0.45结构重要性系数1基础位移0.5混凝土结构重力1.2拱顶正弯矩0.7汽车荷载效应1.4L/8 正弯矩0.7混凝土收缩徐变1L/4 正弯矩0.7基础变位作用0.53L/8 正弯矩0.733汽车荷载拱脚正弯矩0.9整体升温0.7有两种荷载组合（除汽车荷载外）0.7整体降温0.7温度梯度1-_式中：-；uds计值基本组合效应的组合设承载能力极限作用下的-