摘 要

拱桥与梁桥的区别不仅在于外形，更重要的是在受力性能方面。由力学知识可知，在竖向荷载的作用下，梁在支承处将受到竖向反力的作用，而拱在竖向荷载作用下，支承处同时受到竖向和水平反力的共同作用。由于水平反力作用，拱承受的弯矩将比相同跨径的梁小很多，从而处于主要承受轴线压力的状。拱桥的主要优点表现为跨越能力大、节省材料、耐久性好、外观美观、构造简单。

本次设计的内容为苗家坪大理河72m铁路桥设计。在桥型方案确定以后，依据现行铁路桥梁设计规范，综合考虑桥位的地质、地形条件，并参照已建同类型桥梁的设计，进行各部分构件截面尺寸的初步拟定。通过建立合理的计算模型，利用MIDAS软件对该桥进行计算模型的建立。通过初步计算，在满足安全、适用、经济的前提条件下，进行截面尺寸优化设计；根据整体受力计算中主梁内力组合结果和钢筋配束情况对预应力混凝土梁进行正常使用极限状态和承载能力极限状态的设计检算。

通过本次设计过程并辅以文献资料使我对系杆拱桥有了进一步的认识。这种新型结构桥型具有造型美观、景观协调、技术先进、经济性好、施工简便等优点。该桥型有望成为主流桥型之一，有待得到进一步的发展。

关键词：钢管混凝土系杆拱桥 高速铁路 MIDAS 设计检算 主流桥型

Abstract

The difference between the arch and girder bridge is not only appearance, what is more important in the aspect of mechanical performance. By knowledge of mechanics, under the action of vertical load, the beam in the bearing will be subject to the effect of vertical reaction force, and the arch was under the vertical load, bearing in the combination of vertical and horizontal force. Due to the effect level reaction, the arch beam under bending moment will span the same ratio of much smaller, which in the main axis under pressure. The arch of the main advantages of great spanning capacity, saving material, good durability, beautiful appearance, simple structure.

He content of the undergraduate course graduation design to tell railway 72m steel tube concrete arc bridge bridge.After the scheme in the bridge, on the basis of the existing railway bridge design code, considering the bridge of the geology, terrain conditions, and the reference of the same type bridge design, the preliminary plan of component section size. Through the preliminary calculation, in the premise of safe, applicable, economic condition, the section size optimization design; According to the results of stress calculation in the whole girder internal force combination and arrangement of the prestressed concrete beams bearing capacity limit state and serviceability limit states design is checked.

Through the design process supplemented by literature on arc bridge had the further understanding as a whole. This new type of bridge structure with beautiful modelling, landscape coordination, advanced technology, good efficiency, convenient construction, etc. The bridge is expected to become one of the main bridge, remains to be further development.

Key Words: Steel Tube Concrete Arc Bridge; MIDAS; High-speed railway; Design Calculation;Emainstream Bridge

目录

摘要…………………………………………………………………………………I

ABSTRACT………………………………………………………………………II

第一章 概述 1

1.1引言 1

1.2工程概况与背景 3

1.3钢管混凝土拱桥的特点 4

1.4设计技术标准 6

1.5本桥采用材料 6

1.6设计规范 7

第二章 钢管混凝土系杆拱桥构造设计 8

2.1总体设计 8

2.2主拱圈设计 9

2.2.1拱肋截面 9

2.2.2横撑构造 10

2.2.3主梁截面 10

2.2.4吊杆构造 11

2.2.5边界条件 12

2.3方案比选 12

第三章 荷载内力及内力计算 14

3.1设计荷载及荷载组合 14

3.1.1永久荷载 14

3.1.2可变荷载 14

3.1.3附加力 14

3.1.4荷载组合 14

3.2计算方法 15

3.3模型的建立 15

3.4荷载组合内力及包络图 16

3.4.1拱肋截面内力计算分析 16

3.5次内力计算 31

3.5.1温差应力计算 31

3.5.2风荷载应力计算 32

3.5.2吊杆索力计算 33

第四章 预应力钢束的估算与布置 34

4.1材料性能参数 34

4.2预应力钢筋及普通钢筋数量的确定及布置 34

4.2.1主梁预应力钢筋数量的确定及布置 34

4.2.2中横梁钢筋数量的确定及布置 36

4.3预应力损失计算 38

4.3.1摩阻损失 38

4.3.2锚具变形损失 39

4.3.3混凝土的弹性压缩 40

4.3.4钢束松弛损失 41

4.3.5混凝土收缩、徐变损失 42

4.3.6有效预应力的计算 43

第五章 截面强度验算 45

5.1基本理论 45

5.2拱肋的稳定性验算 45

5.3主梁承载能力极限状态验算 49

5.3.2中纵梁承载能力极限状态验算 51

5.3.3横梁承载能力极限状态验算 54

5.3.4边横梁承载能力极限状态计算 56

5.4正常使用极限状态计算 57

5.4.1中纵梁正截面抗裂验算 57

5.4.2中纵梁斜截面抗裂验算 58

5.4.3横梁正截面抗裂验算 59

5.4.4横梁斜截面抗裂验算 60

5.4.5边横梁正截面抗裂验算 61

5.4.6边横梁斜截面抗裂验算 61

第六章 桥墩及桩基础初步设计 63

6.1支座 63

6.2桩基础设计 63

上部为钢管混凝土系杆拱桥，荷载为纵向控制设计。 63

6.3桥墩尺寸设计 64

参考文献 65

致谢 66

第一章 概述

1.1引言

1.1.1下承式系杆拱桥的介绍

下承式系杆拱桥较多的做成两片拱架结构，或者做成单承重面拱架结构；当桥面宽度较大时，有时设置三片拱架，或者做成分离的两幅系杆拱桥。该桥型一般都是正交布置的结构形式。由于近年来公路等级的提高，路线线形技术要求也相应提高了，使路线与河道经常形成斜交的情况，对于40m跨径以内的桥梁，根据需要，一般可以把桥梁布置成与路线一致的斜交结构形式，像斜板梁桥、斜T梁桥及斜组合箱梁桥等。更大跨径时，斜支承连续梁桥及斜连续刚构桥等也可采用，并已有一些这方面的桥例，在拱式体系中，有斜上承式肋拱桥。斜石拱桥等形式。这些构造处理可以缩短桥长、路桥连接顺畅、减小全桥工程量、节约造价。而当路线与河道为斜交时，从总体上考虑采用系杆拱桥结构形式时，譬如主跨要求较大而又不需做边跨、通航要求较高、桥面标高受到限制等时，若斜交正做，则肯定要加大桥梁跨径，这样使得系杆及桥面加长，桥面板及内横梁数量增加，吊杆数也要增多，拱肋跨度必然加大；同时由于跨径变大，使得结构内力增大，材料用量增多；且支座设计吨位变大，加大下部结构造价。因此，斜系杆拱桥这种结构形式便应运而生了。

1.1.2系杆拱桥的承载特点

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