主跨120m钢箱提篮拱桥设计

论文总字数：32940字

摘 要

钢箱系杆拱桥具有自重轻、跨越能力强、造型优美、施工快捷等特点，我国拥有世界上单跨跨径最大的钢箱系杆拱桥——卢浦大桥。

本设计是中承式钢箱系杆拱桥设计，跨径为120m，桥宽为37m，矢高为25 m。拱肋是钢箱截面，吊杆连接在纵梁上，纵梁内设有系杆。设计主要包含以下内容：

1、从系杆拱桥的结构特点出发，对钢箱系杆拱桥进行概念设计，根据经验拟定了桥梁基本尺寸；

2、运用Midas/Civil桥梁计算软件建了该桥的有限元模型，进行了各类荷载工况的分析验算、施工阶段分析、稳定性验算以及特征值分析，并给出了结构关键部位在最不利荷载组合下的受力状态，经过校核之后最终确定了结构尺寸；

3、依据相关设计规范，绘制了结构图纸和施工阶段图纸，包括该桥整体、局部尺寸和系杆、吊杆尺寸、施工经过等。

得出主要结论如下：

1、分析及验算表明：该桥概念设计可行，计算方法正确，所设计拱桥的内力分布合理，应力与变形满足各极限状态的要求，能够达到设计任务的各项要求，可以指导施工；

2、下承式钢箱系杆拱桥具有足够的强度和整体刚度以及显著的空间受力特点。必须重视其整体稳定性、温度荷载效应和施工顺序；

3、本设计结构设计图纸可供同类型桥梁施工和设计参考。

关键词：中承式钢箱系杆拱桥;方案比选;有限元分析;静力分析;施工阶段分析;稳定性验算;特征值分析.

120m span steel box tied arch bridge design

Abstract

Steel box tied arch bridge with a light weight, spanning ability, sleek, fast construction and other characteristics, China has the world's largest single span of Steel Box Tied Arch Bridge - Lupu Bridge.

This design is the steel box tied arch design, span of 120m, the bridge width 37m, height 25 m. Arch is a steel box section boom attached to the stringer, stringers are equipped with tie rod. Design mainly includes the following:

1, From the structural characteristics of Tied Arch Bridge of view, the steel box tied arch bridge conceptual design, based on the experience developed bridge basic dimensions;

2, Use Midas / Civil calculation software bridge built bridge finite element model was analyzed checking, construction stage analysis of various types of load cases, checking the stability and eigenvalue analysis, and shows the structure of the key parts in the most force state unfavorable load combination, after checking finalized the structure size;

3, According to the relevant design specifications, draw the structural drawings and construction drawings phase, including the bridge as a whole, the local dimension and tie bar, boom dimension, through construction and the like.

The main conclusions are as follows:

1, Analysis and check showed that: the bridge design concept feasible, the calculation method is correct, rational distribution of internal forces of arch design, stress and deformation limit state to meet all the requirements to achieve the requirements of the design task, can guide the construction;

2, Through steel box tied arch bridge with sufficient strength and rigidity as well as a significant overall spatial mechanical characteristic. We must pay attention to its overall stability, temperature effects and the construction sequence loading;

3, The design of structural design drawings for the same type of bridge construction and design.

Key words: steel box tied arch bridge; Alternatives; finite element analysis; static analysis; construction stage analysis; stability computations; eigenvalue analysis.

目 录

1. 方案比选 - 1 -

1.1 设计要求 - 1 -

1.1.1 概述 - 1 -

1.1.2 遵循的技术标准、规范 - 1 -

1.1.3 桥址区工程地质条件 - 2 -

1.1.4 桥梁设计原则 - 2 -

1.2 设计方案比选 - 3 -

1.2.1 预应力混凝土梁式桥 - 3 -

1.2.2 斜拉桥 - 3 -

1.2.3 钢箱型提篮拱桥 - 3 -

1.2.4 比选和结论 - 4 -

1.3 主要材料 - 6 -

1.3.1 混凝土 - 6 -

1.3.2 普通钢筋 - 7 -

1.3.3 钢材 - 7 -

1.3.4 焊接材料 - 7 -

1.3.5 吊杆 - 8 -

1.3.6 其他材料 - 8 -

1.4 小结 - 8 -

2. 构造尺寸 - 9 -

2.1 桥梁总体布置 - 9 -

2.1.1 主桥结构布置 - 9 -

2.1.2 跨径布置 - 9 -

2.1.3 桥梁宽度及组成 - 9 -

2.2 主要结构尺寸 - 10 -

2.2.1 拱箱构造 - 10 -

2.2.2 隔板 - 10 -

2.2.3 拱轴线型 - 13 -

2.2.4 横向联系 - 13 -

2.2.5吊杆 - 13 -

2.2.6纵梁 - 13 -

2.2.7 横梁和横撑 - 14 -

2.2.8 桥面板 - 15 -

2.2.9 桥面铺装 - 15 -

2.2.10 伸缩缝 - 15 -

2.2.11 系杆 - 15 -

2.3 小结 - 16 -

3. Midas/Civil建模 - 17 -

3.1 有限元分析 - 17 -

3.2 Midas/Civil软件简介 - 17 -

3.3 材料定义 - 17 -

3.4 截面定义 - 18 -

3.5 建立单元 - 19 -

3.6 边界条件 - 22 -

3.7 添加自重、二期恒载 - 23 -

3.8 定义预应力钢束 - 23 -

3.9 温度荷载 - 25 -

3.10 移动荷载 - 25 -

3.10.1 理论分析 - 25 -

3.10.2 在Midas/Civil模型中添加移动荷载 - 26 -

3.11 组定义 - 28 -

3.12 小结 - 29 -

4. 施工方法介绍和仿真计算 - 30 -

4.1 拱桥施工方法简介 - 30 -

4.1.1 悬臂施工法 - 30 -

4.1.2 缆索吊装法 - 30 -

4.1.3 转体施工法 - 30 -

4.1.4 组合施工法 - 30 -

4.2 本桥施工方案 - 31 -

4.3 施工过程分步与Midas/Civil施工阶段分析 - 31 -

4.3.1 主拱圈分段 - 32 -

4.3.2 拱段的连接 - 32 -

4.3.3 添加拱肋施工阶段 - 32 -

4.3.4 添加吊杆、主纵梁和主跨横梁施工阶段 - 34 -

4.3.5 进行第一次预应力和吊杆的张拉 - 35 -

4.3.6 添加边跨横梁与其他纵梁施工阶段 - 35 -

4.3.7 第二次预应力张拉 - 36 -

4.3.8 添加桥面板和桥面铺装 - 36 -

4.3.9 第三次预应力张拉 - 38 -

4.4 施工方法 - 39 -

4.5 施工过程 - 39 -

5.结构静力计算分析 - 42 -

5.1 荷载组合 - 42 -

5.1.1承载能力极限状态计算时作用效应的组合 - 42 -

5.1.2 正常使用极限状态计算时作用效应组合 - 43 -

5.2 拱肋计算 - 44 -

5.2.1平面静力计算 - 44 -

5.2.2 单元分布与材料 - 48 -

5.2.3 恒载作用下产生的主拱内力 - 49 -

5.3 横梁计算 - 50 -

5.4 主纵梁应力 - 51 -

5.5 中纵梁应力 - 52 -

5.6 次纵梁应力 - 52 -

5.7 横撑应力 - 53 -

5.8 桥面板应力 - 53 -

5.9 吊杆应力 - 54 -

5.10 小结 - 55 -

6. 结构稳定及动力特性分析 - 56 -

6.1 稳定分析 - 56 -

6.1.1 稳定性验算理论 - 56 -

6.1.2 裸拱肋稳定性分析 - 56 -

6.1.3 成桥阶段稳定性分析 - 57 -

6.2成桥阶段特征值分析 - 59 -

6.3 小结 - 62 -

7. 总结与展望 - 63 -

7.1 设计总结 - 63 -

7.2 主要创新点 - 63 -

7.3 难点 - 63 -

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