论文总字数：54641字

摘 要

梁拱组合桥梁是梁桥和拱桥的结合体，兼有两者的特点。对于60-200m跨径内的桥梁，梁拱组合体系造价低廉、施工难度小,是最具有竞争力的桥型之一。本设计为三跨布置梁拱组合桥方案。在设计过程中，首先在桥梁方案比选结果的基础上，对尺寸截面等进行了初步设计。然后，运用Midas 设计软件，对桥梁方案进行了建模和计算。计算内容主要包括承载能力极限状态和正常使用极限状态下，拱肋、主梁、吊杆构件的应力位移状态是否符合相关规范的要求。经分析、比较及验算表明该设计计算方法正确，内力分布合理，符合设计任务的要求。

关键词：梁拱组合桥；施工设计；箱梁；混凝土箱型拱肋

Abstract

Abstract：the beam-arch composite bridge is a combination of beam bridge and arch bridge and mixes features of them. For the span between 60m and 120m, it costs lower and its construction methods is mature, so that the beam-arch composite bridge is one of the most competitive birdges. This design is a beam-arch composite with 3 spans. In the design process, I designed the cross-section and dimensions based on the result of project selection.Then, with the help of Midas, I built the model and computed it. The calculations mainly include stress and displacement of arch rib, the main beam and suspenders under ultimate limit state and serviceability limit state, and checked if the results meet the requirements of the relevent specification. Through the analysis, comparison and calculation,the result shows that the design calculation method is proper, the internal force distribution is reasonable and the design is up to the assignment.

Key: the beam-arch composite bridge; construction desigh; box grider; concrete box arch

目录

绪论 1

1.方案比选 4

1.1设计要求 4

1.1.1工程概况 4

1.1.2主要技术指标 4

1.1.3设计依据 4

1.1.4设计比选原则 5

1.2设计方案比选 6

1.2.1方案设计 6

1.2.2方案比较 8

1.3最终选取方案 9

1.4小结 9

2.方案设计 10

2.1使用规范 10

2.2技术标准 10

2.3材料选取及设计参数 10

2.3.1混凝土 10

2.3.2钢筋 11

2.3.3其他材料 12

2.4构造尺寸 12

2.4.1 跨径布置 13

2.4.2构件尺寸 13

2.5小结 14

3.Midas模型建立 15

3.1 计算理论——未知荷载系数法 15

3.2定义材料特性值 15

3.3定义截面特性 16

3.4建立节点与单元 18

3.5边界条件 19

3.6静力荷载定义 20

3.7成桥阶段索力确定 21

3.8移动荷载定义 22

3.9小结 23

4.成桥阶段内力计算分析 24

4.1恒载内力计算 24

4.1.1 主梁及拱肋内力计算 24

4.1.2 吊杆内力计算 34

4.2活载内力计算 40

4.2.1 主梁及拱肋内力计算 40

4.2.2 吊杆内力计算 45

4.3荷载组合 49

4.3.1 承载能力极限状态计算时作用效应的组合 49

4.3.2 正常使用极限状态计算时作用效应的组合 50

4.4小结 53

5.预应力布置 54

5.1纵向预应力布置原理 54

5.1.1按承载能力极限计算 54

5.1.2使用荷载下的应力要求 54

5.2纵向预应力的布置 55

5.3小结 57

6.结构验算 58

6.1Midas自动组合 58

6.2结构计算 59

6.2.1承载能力极限状态 59

6.2.2正常使用极限状态 61

6.3小结 64

7.施工方案 65

7.1连续梁施工 65

7.1.1混凝土梁桥施工方法 65

7.1.2本桥施工方案 65

7.2拱肋施工 70

7.3吊杆安装 70

7.4桥面铺装 71

7.5伸缩缝施工 71

7.6雨季施工措施 72

7.7冬季施工措施 73

7.7.1加强原材料的保温 73

7.7.2混凝土的拌和原材料加热 73

7.7.3混凝土浇筑措施 73

7.7.4混凝土养护 73

7.7.5拆模要求 74

8.总结与展望 75

8.1总结 75

8.2心得 75

8.3展望 75

参考文献 76

致谢 77

绪论

1. 概述

拱桥是一种古老的桥型，古代以石拱桥为主，跨径一般较小。近代以来，随着科技的发展，混凝土拱桥由于新的施工技术的出现，比如悬臂浇筑、转体施工等，使这种古老的桥型重新进入大跨度桥梁方案的竞争行列。

但是，由于拱桥的拱脚有较大的水平推力，它对温度变化及地基变形特别敏感，所以一些跨越河流的桥梁的应用往往受到限制；而连续梁桥正好避免了拱桥的这一缺点，若能有效结合两种桥型，定有良好的效果。因此，近年来提出了一系列梁拱组合桥梁，以梁式桥为外部条件，拱的水平推力由水平预应力束承担，避免了传统混凝土拱桥建造所承担的风险。

1、梁拱组合桥优点：

（1）结构受力合理。它将受压的拱和受弯和水平力的梁组合起来共同受力，充分发挥各自作用，进而减少材料和造价。

（2）对地基适应能力强。拱肋推力由系梁预应力平衡，上部结构对下部不产生或仅有很小的水平推力，对地基要求低，适应于在软土地基上建造。

(3)建筑高度低。由于吊杆系梁或行车道板的受力相当于弹性支承连续梁，其梁高远低于相同跨径的桥梁，有利于降低桥梁高度，桥长和造价。

(4)施工方法多。梁拱组合桥的施工方法有很大的选择余地，特别是钢管混凝土的使用，使施工方法大为简化，无支架施工，少支架施工和转体施工显著降低了对通航的影响。

(5)造型美观。拱桥不仅是建筑，更像一一件艺术，而将梁和拱组合，形式更为多种多样，造型灵活，十分具有现代性。

2、梁拱组合桥存在的问题

梁拱组合桥体系桥梁在国内的研究还不够成熟，在设计和施工方面还存在很多未解决的问题，主要如下所示：

（1）该桥型受力独特，还需要设法更充分地发挥其受力性能。

（2）结构主要参数的选取及其对结构内力影响的问题缺少相应的研究资料参考指导。

（3）在不断变化的施工荷载作用下，结构构件的收缩、徐变问题所引起的结构内力重分布和钢材与混凝土的内力重分布问题，及其对其桥梁结构的长期影响。

（4）该桥型由于跨径增大而出现的稳定性问题。

（5）由于预应力对内力影响较无规律，如何配置预应力也成为一个问题。

3、梁拱组合桥的发展现状

梁拱组合桥梁不但解决了软土地基上建造桥梁的困难，而且其受力的合理性，材料的充分利用性，和造型的美观让它受到建设人员的青睐；随着研究深入，桥梁分析理论的完善和分析手段的进步，这种结构的发展非常迅速。

（1）设计理论的不断完善和发展以及计算机技术的普及和应用，使复杂的梁拱组合桥结构的计算和分析越来越精确，已开始从平面杆系结构向空间结构过渡，各种强大的软件能够对收缩徐变及温度变化、稳定等问题进行模拟比较分析，对施工起到了良好的指导作用。

（2）梁拱组合桥正向大跨径迈进。

（3）可用钢管混凝土等作为拱肋材料，使结构材料的潜能得以充分发挥，使结构更轻巧，承载能力更大。

（4）施工方法多样性。

1. 毕业设计的目的与意义

这次毕业设计的完成对我有重大的意义，我收获了很多知识。

首先，梁拱组合桥可以查阅和参考的资料比较少，同时我们在本科学习阶段只是初步了解了桥梁知识，并没有涉及到桥梁的设计过程，对我来说是个很大的挑战，考验了我的自学能力和快速学习能力。这次锻炼很大的提高我的个人能力，为我今后无论学习还是就业都打下了很好的基础。

第二，整个设计计算过程相对真实的桥梁设计无论是精度还是内容覆盖面都有很大的差距，但是仍然模拟了一个相对完整的设计过程，包含了建模、成桥情况下极限荷载分析、施工阶段分析、稳定性分析等，具有完整性和综合性，是对我们本科阶段学习的力学知识、结构知识的以及自学的软件知识的一次细致全面的考察。

第三，通过桥梁设计，我对桥梁有了更全面的认识，将现实和理论很好的考虑和结合，综合运用各种知识，在梳理所学知识同时，不断学习新知识，受益匪浅。

最后，整个设计过程时间充裕，内容充实，过程复杂，是一个不断出现问题解决问题再出现新问题的过程，非常好的锻炼了我的意志。

1.方案比选

1.1设计要求

1.1.1工程概况

该项目位于台湾省台中市雾峰区，从北向南跨过乾溪直通921地震教育园区。流域内地质条件复杂，大多为砂岩、页岩，河流含沙量大。河道宽120m，无通航要求，桥梁主跨跨度选择80m左右。

1.1.2主要技术指标

（1）道路等级：某城市快速主干道公路；

（2）主线设计车速：80km/h；

（3）桥梁荷载等级：公路-I级；

（4）桥面坡度：行车道双向2%横坡；纵坡0.5%；

（5）标准桥面宽度：0.5m（护栏） 2.5m(非机动车道) 7.5m（车道） 3.0m（中间分隔带） 7.5m（车道） 2.5m(非机动车道) 0.5m（护栏）=24.0m；

（6）桥梁设计安全等级：二级，结构重要性系数；

（7）结构设计基准期：100年；

（8）9度抗震设计、10度抗震设防，设防地震动峰值加速度：0.4g；

（9）环境类别：I类；

（10）设计洪水频率：1/100；

（11）主桥跨径：80m ； 桥下净高≥12m。

1.1.3设计依据

[1] 顾安邦.《桥梁工程》.人民交通出版社.2007；

[2] 许孔核，陈雷雷.《对梁拱组合结构中常见问题的探讨》.2011；

[3] 徐晓东，汪俊.《梁拱组合体系桥梁的结构设计特点》.2009；

[4] 刘振宇.《大跨度梁拱组合桥梁结构优化分析》.2006；

[5] 卢彭真.《某下承式连续梁拱组合结构分析》；

[6] 邱顺冬.《桥梁工程软件Midas Civil常见问题解答》[M]. 北京.人民交通出版社.2007；

[7] 交通部.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）.人民交通出版社.2004；

[8] 交通部.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D60－2004）.人民交通出版社.2004；

[9] 《中华人民共和国交通部颁布行业标准》. 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)

1.1.4设计比选原则

（1）安全可靠

①所设计的桥梁结构在强度、稳定和耐久性方面应有足够的安全储备。

②防撞栏杆应具有足够的高度和强度，人与车流之间应设防护栏，防止车辆撞人人行道或撞坏栏杆而落到桥下。

③对于交通繁忙的桥梁，应设计好照明设施，并有明确的交通标志，两端引桥坡度不宜太陡，以避免发生车辆碰撞等引起的车祸。 ④对于河床易变迁的河道，应设计好导流设施，防止桥梁基础底部被过度冲刷；对于通行大吨位船舶的河道，除按规定加大桥孔跨径外，必要时设置防撞构筑物等。 ⑤对修建在地震区的桥梁，应按抗震要求采取防震措施；对于大跨柔性桥梁，尚应考虑风振效应。

（2）适用耐久

①桥面宽度能满足当前以及今后规划年限内的交通流量。

②桥梁结构在通过设计荷载时不出现过大的变形和过宽的裂缝。

③桥跨结构的下方要有利于泄洪、通航(跨河桥)或车辆(立交桥)和行人的通行(早桥)。

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