1、清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计目 录第一章 方案比选 . 11.1 设计原始数据11.1.1 设计项目基本情况 .11.1.2 设计技术标准 .11.1.3 桥梁设计原则 .21.2 设计方案比选 .21.2.1 预应力混凝土梁式桥 .21.2.2 斜拉桥 .31.2.3 钢箱拱桥 .31.3 主要材料 .61.3.1 混凝土 .61.3.2 普通钢筋 .61.3.3 钢板和钢构件 .61.3.4 焊接材料 .61.3.5 吊杆 .71.3.6 密封材料 71.4 小结 7第二章 拟定结构尺寸 .82.1 桥梁总体布置 .82.1.1 桥位布置 .82.1.1 主桥总体布置 .
2、82.1.2 桥型及跨径布置 .82.1.3 桥梁宽度及组成 .82.2 主要结构尺寸拟定 .92.2.1 拱箱构造 .92.2.2 拟定拱轴系数 .102.2.3 拱轴线型 122.2.4 横向联系 132.2.5 吊杆 132.2.6 横梁 132.2.7 纵梁 132.2.8 桥面板 142.2.9 桥面系 142.3 小结.14第三章 斜拉扣挂施工方法介绍和仿真计算 15清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计3.1 拱桥施工方法简介 153.2 临时扣索初张力 153.2.1 主拱圈分段 .153.2.2 拱段连接 .163.2.3 初张力计算 .163.3 预拱度计算 173
3、.4 小结. 18第四章 结构内力计算分析 194.1 结构内力计算 .194.1.1 节点坐标 194.1.2 主拱内力计算 194.2 成桥状态下主拱内力计算 214.2.1 恒载作用下产生的主拱内力 214.2.2 主拱温度内力计算 234.3 活载内力计算 274.3.1 冲击系数的计算 274.3.2 车道布载及计算 284.4 荷载组合 334.4.1 承载能力极限状态计算时作用效应组合 334.4.2 正常使用极限状态计算时作用效应组合 344.4.3 承载能力极限状态内力 344.5 主拱极限承载应力验算 394.6 纵梁内力计算 39第五章 桥面板布置 .435.1 跨中截面
4、正截面抗弯承载力验算 435.2 斜截面抗剪承载力验算 45设计总结 47主要参考文献 .48致谢 .49附表. 50附表 I. . 清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计.50附表 II . . . . . . 53附表 III. . . . . . . 56附表 IV. . . . . . 59附表 V. . . . . . .62附表 VI. . . . . . 64附表 VII. . . . . .66附表 VIII. . . . . . 68附表 IX . . . . . . .69清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第一章 方案比选1.1 设计原始数据1.1.1
5、设计项目基本情况火星北路浏阳河大桥位于长沙市火星大道与浏阳河交汇处。桥位属冲洪积阶地地貌，河床宽约 220m。南岸火星大道已修至浏阳河大堤下，北岸为冲积堆积区，地势较平坦开阔，遍布菜地、池塘。长沙地区属于亚热带季风气候,光明温暖湿润,雨量丰富,年平均气温 28.9,年降水量 1562mm,年日照 1695 小时,无霜期 272 天,春夏之交多暴雨,46 月占全年降水量的 40%,水网密集,并有小河,水流均汇入浏阳河。长沙春夏之交多暴雨，浏阳河水网密集，上游高山沟谷较多，并有小河，水流均汇入浏阳河，河水涨落较迅速，受大气降雨影响较大，洪水主要了生在春季及夏季，浏阳河水 200 年一遇的最高洪水位
6、为 38.60 米。经野外地质调查与勘探，桥位区地下水类型主要有潜水和承压水（上层滞水仅局部分布） ，潜水主要为赋存于圆砾中的孔隙水（具有微承压性） ，补给来源主要为大气降清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 1 页 共 69 页水及地表水体（浏阳河水）桥位处不良地质现象主要为小断层及岩溶，区域地质稳定性一般。场地内地层结构较复杂，不良地质现象较发育，该场地可按村建筑抗震不利地段考虑,场地稳定性一般，可以建筑。1.1.2 设计技术标准1、荷载等级：1） 路面设计荷载：标准轴载：BZZ-1002） 桥梁设计荷载：城 A 级，同时满足公路规范：汽车超 20 级，挂车120 级，人群 4
7、KN/荷载等级要求。2、路线等级：I 级城市主干道：城市特大桥；3、机动车设计速度：60km/h；4、通航标准：按级航道标准通航净宽 45 米、净空 6 米,通航水位按 H20%=36。52 米；5、机动车净高：大于等于 4.5 米；6、非机动车、行人净高：大于等于 2.8 米；7、设计洪水频率：两百年一遇；设计洪水位： H0.5%=38.60 米；8、地震裂度：7 度设防；9、设计基本风速：一百年一遇 10 米高 10 分钟平均风速 25.9 米。1.1.3 桥梁设计原则1适用性桥上应保证车辆和人群的安全畅通，并应满足将来交通量增长的需要。桥下应满足泄洪、安全通航或通车等要求。建成的桥梁应保
8、证使用年限，并便于检查和维修。2舒适与安全性现代桥梁设计越来越强调舒适度，要控制桥梁的竖向与横向振幅，避免车辆在桥上振动与冲击。整个桥跨结构及各部分构件，在制造、运输、安装和使用过程中应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性。3经济性设计的经济性一般应占首位。经济性应综合发展远景及将来的养护和维修等费用。清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 2 页 共 69 页4先进性桥梁设计应体现现代桥梁建设的新技术。应便于制造和架设，应尽量采用先进工艺技术和施工机械、设备，以利于减少劳动强度，加快施工进度，保证工程质量和施工安全。5美观一座桥梁，尤其是座落于城市的桥梁应具有优美的外形，应与周围的
9、景致相协调。合理的结构布局和轮廓是美观的主要因素，决不应把美观片面的理解为豪华的装饰。应根据上述原则，对桥梁作出综合评估。1.2 设计方案比选1.2.1 预应力混凝土梁式桥预应力混凝土梁式桥具有以下主要特征：1）混凝土材料以砂、石为主，可就地取材，成本较低；2）结构造型灵活，可模型好，可根据使用要求浇铸成各种形状的结构；3）结构的耐久性和耐火性较好，建成后维修费用较少；4）结构的整体性好，刚度较大，变性较小；5）可采用预制方式建造，将桥梁的构件标准化，进而实现工业化生产；6）结构自重较大，自重耗掉大部分材料的强度，因而大大限制其跨越能力；7）预应力混凝土梁式桥可有效利用高强度材料，并明显降低自
10、重所占全部设计荷载的比重，既节省材料、增大其跨越能力，又提高其抗裂和抗疲劳的能力；8）预应力混凝土梁式桥所采用的预应力技术为桥梁装配式结构提供了最有效的拼装手段，通过施加纵向、横向预应力，使装配式结构集成整体，进一步扩大了装配式结构的应用范围。1.2.2 斜拉桥斜拉桥的特点是依靠固定与索塔的斜拉索支撑梁跨，梁是多跨弹性支撑梁，梁内弯矩与桥梁的跨度基本无关，而与拉索的间距有关。他们适用于大跨、特大跨度桥梁，现在还没有其他类型的桥梁的跨度能超过他们。斜拉桥与悬索桥不同之处是，斜拉桥直接锚于主梁上，称自锚体系，拉索承受巨大的拉力，拉索的水平分力使主梁受压，因此塔、梁均为压弯构件。由于斜拉桥的主梁通过
11、拉紧的斜索与塔直接相连，增加了主梁抗弯、抗扭刚度，在动力特性上一般远胜于悬索桥。悬索桥的主缆为承重索，它通过吊索吊住加劲梁，索两端锚于地面，称地锚体系。斜拉桥具有施工方便、桥型美观、用料省、主梁高度小、梁底直线容易满足通航清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 3 页 共 69 页和排洪要求、动力性能好的优点，发展非常迅速，跨径不断增大。但实际跨度不大，此桥型不予考虑。1.2.3 钢箱拱桥钢箱拱桥的主要特点是： 重量轻、省钢由于箱形梁更能有效地发挥钢板的承载能力，因此，采用正交异性钢桥面板和用薄钢板作梁肋与底板的箱形梁，比桁梁桥节省钢材 20左右，跨径愈大愈节约。并由于上部结构的自重
12、减轻，桥梁下部结构造价一般可降低 515；抗弯和抗扭刚度大这是由闭合空心截面的特性所决定的，在材料数量相同时可较其他截面形式提供更大的抗弯和抗扭刚度，故特别适用于曲线桥和承受较大偏心荷载的直线桥；安装迅速，便于养护箱形梁可以在工厂制成大型安装单元，从而减少工地连接螺栓数量。在施工时便于纵向拖拉或用顶推法架设。箱形梁结构简单，油漆方便，且由于内部为闭合空间，更容易抗锈蚀；箱形截面的中性轴大致居中，对于抵抗正负弯矩具有几乎相等的能力，能较好的适应主拱圈各截面正负弯矩变化的需要； 结构新颖，外形简洁、美观。清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 4 页 共 69 页钢 箱 拱 桥连 续 梁
13、 桥钢 筋 混 凝 土 简 支 梁 桥图 1-2-1 设计方案比选方案比选清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 5 页 共 69 页桥型方案 钢箱拱桥(第一方案)预应力混泥土连续 T梁(第二方案)预应力混凝土简支梁(第三方案)经济性 箱梁节段采用预制，工期及质量都容易得到保证，简易经济。便于运输和吊装，施工速度快，易于更换支座,但跨径较大时就不经济了桥梁上下部可以同时施工,使工期大在缩短,但需要大型的起吊运输设备,费用较高美观性 构造简单，线形简洁美观侧面上看线条明晰，与地形配合，显得美观大方跨径一般，线条明晰，但比较单调，与景观配合很不协调。施工方面 由于钢材具有匀质性、构件轻的
14、特点，用节段悬拼法很方便；可以较方便的跨越很大跨度，节省施工时间与费用。采用预制 T 梁,需要大量预制场地需要大量吊装设备，施工工艺复杂预制 T 型构件，运至施工地点，采用混凝土现浇，将 T 型梁连接，其特点外型简单、制造方便，整体性好适用性 受力明确，构造简单，行车较为舒适。建桥速度快，工期及质量都容易得到保证。适用于跨径 1550 米的桥梁，常用跨径为2040 米,能为车辆提供较为舒适的行驶条件。受力明确,构造简单,施工方便,适用于中小桥梁。由于钢材具有强度高、材质均匀、塑性及韧性良好和可焊性好等诸多优点；因此，用钢材建造的桥梁钢桥具有如下特点：(1)跨越能力大。由于钢材的强度高，在相同的
15、承载能力条件下；与钢筋混凝土桥梁相比，钢桥构件的截面较小，所以钢桥的自重较轻，最适合于建造大跨度的桥梁。(2)最适合于工业化制造。钢桥构件一般都是在专业化的工厂由专用设备加工制作，不受季节的限制，加工制造速度快、精度高，质量容易得到控制，因而工业化制造程度高。(3)便于运输。由于钢桥构件的自重较轻，特别是在交通不便的山区便于汽车运输.(4)安装速度快。钢桥构件便于用悬臂施工法拼装，有成套的设备可用，拼装工艺成熟，清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 6 页 共 69 页桥位区覆盖厚度较大,工程地质条件复杂,小断层及岩溶等不良地质现象较发育,且该桥跨径较大,有 138m,结合桥梁设计
16、原则，经比较,钢箱拱桥更加合适,跨径上满足要求，景观与环境协调，对整个工程进度来说不会受其影响，所以采用第一方案(钢箱拱桥) 。1.3 主要材料1.3.1 混凝土桥面预制空心板、桥面砼现浇层采用 C30 砼，承台采用 C30 砼，桥墩采用 C30 砼；桩基础采用 C30 砼，拱座采用 C40 砼，背墙采用 C30 砼。拱座内的混凝土采用 C40 的微膨胀混凝土，应具有如下的施工性能：a、流动性好、坍落度衰减慢、初凝时间相对较长、终凝时间相对较短。b、水灰比小于 0.3、坍落度 12cm18cm,即保证混凝土易性和在硬化过程必须的水份，而不至因水份过多而在封闭箱内形成残留水。c、干缩小且具有微膨
17、胀性。d、水化热低且水化热高峰值发生在混凝土达到一定强度之后，以承受由于水化热产生的温度应力。采用水泥、砂、石料和水均应符合公路桥涵施工技术规范 （JTJ041-2000）的有关节规定，避免应发生碱集料反应。1.3.2 普通钢筋钢筋技术标准必须符合 GB1499-98 的有关规定。1.3.3 钢板和钢构件a、钢箱主体结构、横梁、横撑、纵梁、临时匹配件、拱端钢板、锚具垫板、钢套筒、铜套筒加劲板、拱座预埋钢板、拱段临时连接等均采用 Q345D 钢材，此钢材应符合 GB/T1591-94 的要求。1.3.4 焊接材料a、焊丝应符合（溶化焊用钢丝）GB/T144957-1994 和气体保护焊丝GB/T
18、14958-1994 的要求。b、焊剂应符合 GB/5293-85 的要求。c、低碳钢焊接条应符合 GB/T5117-85 的要求；低合钢焊接条应符合 GB/T5118-85的要求。清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 7 页 共 69 页d、二氧化碳纯度应大于 99.5%。1.3.5 吊杆本桥采用 19j15.24 钢铰线作为吊杆，规格全部为 GJ15-19 型，钢绞线整束挤压锚索，采用镀锌钢绞线，直径为 15.24mm，标准强度 1860MPA，保护罩与预埋管，防水罩为防腐油脂，吊杆上、下设减震器，钢绞线的材料和防护应符合现行的相关国家规范要求。吊杆锚具采用挤压墩头锚吊杆下端采
19、用可张拉的锚具类型。1.3.6 密封材料吊索在拱肋出口处采用聚氨酯密封材料（颜色待定） ，该材料必须满足以下技术指标；极限伸长率35%，抗拉强度5MPA，粘结强度5MPA，固体含量90%，低温柔性-20，耐热温度150，硬度50，耐老化、紫外线性能良好固化实干10 小时。1.4 小结通过方案比选,确定方案为中承式钢箱拱桥,并规定了材料类型。清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 8 页 共 69 页第二章 拟定结构尺寸2.1 桥梁总体布置2.1.1 桥位布置浏阳河大桥桥位服从长沙市城市总体规划路网规划中的火星北路道路中线走向，为保证钢结构主拱圈施工吊装安全将桥中线适当往东侧偏移。2.
20、1.1 主桥总体布置主桥为一跨过河的钢箱拱肋悬链线无铰拱结构，计算跨径 138m，矢高 34.5m，矢跨比 1/4，拱轴系数：1.347。由于横梁较高，横梁间设置钢纵梁，横梁及纵梁顶面设置湿接缝，形成钢砼组合桥面，增强整个桥面的整体刚度。2.1.2 桥型及跨径布置主桥跨径为 138m，矢跨比 1/4 的中承式钢箱拱桥。桥面以上设置 3 道钢结构横撑；桥面结构采用钢结构横梁，预制吊装空心板钢筋砼梁，桥面铺装采用 9cm 厚沥青砼桥面；桥面底层设置 4 道钢结构纵梁，形成井字型骨架，与桥面结合形成钢砼组合结构。两侧各伸出 5 米宽非机动车道、行人通道。图 2-1-1 总体布置图2.1.3 桥梁宽度
21、及组成清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 9 页 共 69 页桥面宽度:设计总宽为:39.8m(含两边各 5.0 米人行道);桥面横向布置为:5.0m(人行道+栏杆)+2.0m(吊杆区)+0.4m(间隙+栏杆)+0.75m(隔离带)+3.5m(机动车道)+23.75m(机动车道)+20.75m(分隔带)+ 23.75m(机动车道)+ 3.5m(机动车道) +0.75m(隔离带) +0.4m(间隙+栏杆) +2.0m(吊杆区)+ 5.0m(人行道+栏杆)图 2-1-2 横截面图2.2 主要结构尺寸拟定2.2.1 拱箱构造主拱圈采用钢箱断面,顶板和底板宽度均为 2.110 米,箱宽
22、2.0 米(拱箱腹板内轮廓尺寸,以下同),拱脚断面拱箱高度 3.6 米(拱箱顶底板内轮廓尺寸,以下同),拱顶断面拱箱高度 2.6 米, 高度采用以水平坐标 X 轴的二次抛物线变化,拱圈高度变化方程为:h=2.10039910 +2.642X清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 10 页 共 69 页拱 脚 截 面 拱 顶 截 面单 位 ()图 2-2-1 主拱圈截面图拱箱顶板和底板厚度为 30 毫米,腹板厚度 25 毫米,顶底板和腹板上设有纵向加劲板,加劲板采用厚度 16 毫米的钢板,高度 160 毫米,顶、底板纵肋间距 500 毫米,腹板纵肋间距以 450 毫米为主,随着拱箱高度
23、的变化而设调整间距。拱箱横隔板共分三类，第一类为垂直于拱轴线的分布横隔板，采用厚度 16 毫米的钢板；第二类横隔板对应于吊杆，每根吊杆上设两片横隔板，第三类横隔板对应于拱圈永久横撑，沿用垂直于拱轴结布置，与横撑的腹板相对应，板厚 16 毫米，所有横隔板均根据高度设置了人孔。2.2.2 拟定拱轴系数由于悬链线的受力情况较好,又有完整的计算表格可供利用,所以用悬链线作为拱轴线,采用“五点重合法”确定其 m 值。由拱顶弯矩为零及结构自重推力的对称条件知,拱顶仅有通过截面重心和自重推力Hg,相应弯矩 Md=0,剪力 Qd=0。清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 11 页 共 69 页00
24、x悬 链 线图 2-2-2 空腹式悬链线拱轴线计算图式如图，由 ，得 0AM（1）jgMHf由 得0B11440gy（2）14gMH将（1）式中的 Hg 代入上式，得（3）1144jyf等截面悬链线拱主拱圈结构自重对 1/4 及拱脚截面的弯矩 、 可由拱桥14Mj表（III）-19 查得。14求得 之后可由式 求得 m 值。14yf142(1)yf假定 m=1.347,相应的 ，因 ，查拱桥 （上册）表 III 得半拱悬140.f4fl臂自重对 截面和拱脚截面弯矩为：142()kAlM表 值故： 1420.5367.981()0.3195.804KNm清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图
25、设计第 12 页 共 69 页20.367.9813()0.5678.304jMKNm图 2-2-3 悬链线拱轴计算图示半拱悬臂集中力荷载对 截面和拱脚截面弯矩为：144138527.6302.674135.274138.6274.98.lMKNm441.6.1350.627412853.72.6752174059.1l KNm149805938.61jMKNm412()jm=1.4260.79与 之差小于半级，因此取拱轴系数 m=1.347m2.2.3 拱轴线型主拱圈为悬链无铰拱桥面，计算跨径 L=138.0 米，计算矢高 f=34.5 米，拱轴系数清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图
26、设计第 13 页 共 69 页m=1.347，拱轴线方程为： 1(2/)1fychkxlm式中 (KIn2.2.4 横向联系为保证拱的横向稳定，在桥范围内共设 7 道永久横撑，在桥面以下两道横撑之间增设 A 撑形成框架，除肋间横梁腹板沿垂直设置外，其余横撑腹板均垂直拱轴线。横撑采用钢箱断面，腹板采用 16 毫米钢板，顶、底板采用 12（16）毫米钢板，内设纵向加劲板和横隔板。2.2.5 吊杆本桥共设 16 排吊杆，吊杆的纵向间距 6.5 米，6.0 米，吊杆位于拱面内，短吊杆采用带铰的形式，每个吊杆均由 GJ15-19 钢铰线组成，采用平行钢铰线成品拉索，外包热挤 PE 护套。吊杆上、下端锚具
27、均采用挤压墩头锚具，由于拱圈内空间狭小，设计中考虑调整吊杆长度时，在下端横梁内张拉。2.2.6 横梁主桥横梁共两种结构，分为吊杆横梁和肋间横梁。1） 、吊杆横梁吊杆横梁全部采用全焊式变截面钢板梁，横梁高度随桥面纵坡的变化而变化，采用箱形断面，顶板厚度 24mm，底板厚度 28mm，腹板厚度 16mm，横向加劲板常规间距150cm，加劲板厚度 12mm,横梁顶板上设置剪力钉与桥面板现浇段连接。2） 、肋间横梁、横撑整个主拱圈设两道肋间横梁，五道横撑，肋间横梁与横撑均通过焊接与主拱圈固结。在肋间横梁安装处，拱圈外侧设悬臂梁用于支撑人行道肋板梁，悬臂梁采用工字形截面，梁根部高 80cm，上翼板厚 2
28、0mm，腹板及下翼板厚 16mm，人行道面板为 8mm，厚带加劲肋钢板。2.2.7 纵梁全桥共设 4 道钢纵梁，以增强全桥总体刚度，纵梁为箱形断面形式，中纵梁为清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 14 页 共 69 页724760mm,中纵梁顶底板厚 16mm，腹板厚 12mm。边纵梁为 12576cm，边纵梁顶底板厚 16mm，腹板厚 16mm，人行道的挑梁，在横梁位置焊接于横梁腹板上，截面形式为箱形，其余位置焊接在边纵梁的腹板上，截面形式为工字形，共同承受人行道荷载。纵梁最后一段做成可伸缩式结构，协调结构变形。2.2.8 桥面板1） 、道桥面板主桥行车道桥面板全部采用先简支后
29、连续的钢筋混凝土空心板梁，跨度 6m 或6.5m，两跨之间设顺桥向 60cm 宽度的湿接缝，与横梁固结，桥面板横向之间联系采用铰缝连接。桥面空心板高度 40cm,中板宽度 1.24m,边板顶宽 1.62m,底宽 1.2m,行车道横向共设 19 块板。两道中纵梁顶面设 63cm 宽湿接缝，与横梁顶面湿接缝形成井字框架，共同组成钢砼组合桥面。 中 板 边 板图 2-2-4 空心板构造图2） 、人行道面板人行道采用悬挑钢梁，在横梁梁处为工字形，悬臂根部高 80cm，端部 30cm，悬挑梁间距为 130cm，其间以纵梁连接，间距 120cm,梁高 30cm,人行道板上铺一层 0.8cm厚带肋钢板，人行
30、道板结构为 4.7cm 水泥砂浆平层+2.5cm 厚麻石火烧板。2.2.9 桥面系为满足双肋板的结构连续主桥桥面采用 12cm 钢纤砼+9cm 沥青桥面铺装层，内设连续段负弯矩钢筋和防裂钢筋网。主桥设 2 道伸缩缝，在主桥即肋间横梁位置各设一道 160 型型钢伸缩缝。2.3 小结拟定了桥梁的各个截面，通过计算确定了拱轴系数，并确定了拱轴线型。清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 15 页 共 69 页第三章 斜拉扣挂施工方法介绍和仿真计算3.1 拱桥施工方法简介钢箱提篮拱桥就是将通常的中(下)承式钢箱拱桥的拱肋绕拱脚连线向桥轴线方向旋转倾斜,甚至在拱顶合龙,形成空间的拱式结构(也称
31、 X 形拱)。此类桥型能改善平行拱的静力图式,增强横向稳定性,能有效解决施工中面外的稳定性,同时提篮拱形极富美学价值。钢箱提篮拱桥的施工控制实施是此类桥型安全保质按时建成的关键。对于采用缆索吊联合斜拉扣挂悬臂拼装施工的钢箱提篮拱桥,其主拱圈一般是在远离桥址的大型钢结构工厂加工制作的,加工制作时,必须通过施工控制的理论计算来确定加工制作的线形;由于受到运输条件和缆索吊装能力的限制,加工制作时拱圈必然分段较多,并且单件或预制吊装节段的体积较大、线形复杂、空间定位精度高,通过远距离的交通运输后可能造成拱段接头局部变形,同时为了提高拱段的稳定性和减少空中精确对接的难度,必须在施工现场对拱圈进行临时加固
32、处理(如利用永久风撑或者增加临时风撑)并按照设计要求进行吊装节段的预拼;对于制作期间的预拱度线形系统误差和已安装拱段的随机误差、焊接变形误差等因素而造成的偏离钢箱拱理想轨迹(线形)问题,可以通过现场变形测量、索力以及应变测试结果(过滤温度影响后)与理论值间的定量对比分析后及时反馈调整后续节段接头的定位标高,以保证最后大桥安全、高质量和按期完成。本桥采用的是钢箱提篮施工，钢箱提篮拱桥施工控制的关键技术主要体现在主拱圈安装过程中的斜拉扣挂扣索索力以及拱段定位标高的确定和横梁定位标高的确定,特别是当扣、背索采用钢铰线施工时,客观上要求扣、背索应尽量减少张拉次数,标高也不允许反复调整;否则,很容易产生
33、钢丝松弛导致索力损失,甚至滑脱而造成质量事故。3.2 临时扣索初张力3.2.1 主拱圈分段本桥主拱圈根据重量特点共划分为 11 个（共 6 类）施工段， ，其中 F 拱段为合拢段，其余 5 对拱段分别对称，从拱脚到拱顶分段水平长度分别为 10.5 米、14.5 米、14.0米、312.0 米，单根拱肋各拱段的最大重量为 60.95 吨。清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 16 页 共 69 页拱 段拱 段拱 段 拱 段 拱 段 拱 段拱 段 拱 段 拱 段 拱 段拱 段图 3-1-1 主拱圈分段3.2.2 拱段连接由于本拱桥主拱圈采用临时铰接条件下的逐段吊装扣挂方式施工，在拱圈标
34、高和坐标调整完毕之前，各拱段之间采用高强螺栓临时连接，以提供调整标高和坐标的余地，标高调整完毕后，放松扣挂索，再进行拱脚固结和各段连接，各拱段之间拱箱壁全部采用焊接。 扣 索 1 扣 索 1扣 索 2扣 索 1扣 索 3扣 索 2扣 索 1 扣 索 2扣 索 1扣 索 3扣 索 2扣 索 1扣 索 4扣 索 3扣 索 2扣 索 1扣 索 4扣 索 5扣 索 3扣 索 1扣 索 2 扣 索 4扣 索 3扣 索 2扣 索 1扣 索 5扣 索 4扣 索 3扣 索 2扣 索 1图 3-1-2 主拱圈施工示意图3.2.3 初张力计算大跨度桥梁的施工往往是一个非常复杂且不断变化的过程,当采用斜拉扣挂的方式
35、进行施工时,其中扣索的索力确定和预拱度的计算,必须采用正装计算法和倒装计算法两种方法反复迭代,工作量十分繁重。这里第一阶段索力用手算，后续阶段采用清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 17 页 共 69 页MIDAS 有限元程序计算。第一阶段扣索初张力计算第一施工段单根拱肋的重量为 30 吨,其计算简图如图 3-1-2。110.52.7FG4()t经 MIDAS 有限元程序计算，当第一阶段扣索 1 预拉力为 12.4 吨时，B 端下沉0.3 毫米，满足要求。图 3-1-3后续阶段索力计算,结果如表 3-1：表 3-1 临时扣索初张力3.3 预拱度计算计算模型的建立,是按照施工吊装过
36、程进行的,其过程见图 3-1-2。单元 荷载 内力-I (tonf) 内力-J (tonf)扣索 1 恒荷载 39.04627 38.12026扣索 2 恒荷载 36.81024 36.01398扣索 3 恒荷载 46.77892 46.24950扣索 4 恒荷载 87.01225 86.06253扣索 5 恒荷载 89.24117 88.49392清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 18 页 共 69 页0. 2.1 2.5 1.9 2.5 2.1 0. 1.4 .2 .4 . 0. 0.0. 0. 0.203 2.0 0.12 0.00. 0.23 0. 2.0MIDAS/C
37、ivlPOT-REOREF HAP件 件 件 件X-DIR=1.847E+0NOE0Y-I-.693-1D=2Z-IR-1.8E+0NOE6CMB.=2.4D15件 件 3.4E+03STAGE:cs8C: 件 件件 件MAX :15IN件 件 :件 件 WER件 件 m件 件 :06/14208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 3-1-3 拱圈段施工位移图 （mm）表 3-2 各节段预抬量拱段 拱段 A 拱段 B 拱段 C 拱段 D 拱段 E预抬量（mm） 1.2 2.1 2.5 2.3 2.03.3 小结本拱桥采用的是斜拉扣挂施工。通过施工方法介绍，施工彷真计算，得出了扣索初张力，确
38、定了各节段预抬量。清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 19 页 共 69 页第四章 结构内力计算分析4.1 结构内力计算4.1.1 节点坐标全桥共分 172 个节点，368 个单元，其具体坐标见附表 I。图 4-1-1 MIDAS 模型4.1.2 主拱内力计算拱肋共分 44 个单元，对称布置，每片 22 个单元。 1514132110987654321 232120191817167 6616059585756554535251504948图 4-1-2 主拱计算简图运用 MIDAS 有限元计算软件计算，裸拱状态下主拱圈内力图如下：清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第
39、 20 页 共 69 页MIDAS/CivlPOT-PREORBE IGM件 件 -y1.2357e+0268910.e-47+01.95e2-23.1e+0-69723.25e-81+04.763e2-9ST: 件 件MAX 13IN:件 件 件 件件 件 :k*m件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-1-3 主拱自重弯矩图 MIDAS/CivlPOT-PREORBE IGM件 件 -z5.34e+016.9e247+011.58e0-4.9e+015841-2.7e396+0-4.53e1ST: 件 件MAX 45IN:1件 件 件 件件 件 :k件 件 06/
40、9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-1-4 主拱自重剪力图清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 21 页 共 69 页MIDAS/CivlPOT-REORBE IGM件 件-1.4302e+0396-.5817e+03-.634892-1.05e+036-.9237185e+03-.04621ST: 件 件MAX20IN :1件 件 件 件件 件 :k件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-1-5 主拱自重轴力图4.2 成桥状态下主拱内力计算4.2.1 恒载作用下产生的主拱内力 MIDAS/CivlPOT-PREORBE IGM件 件 -y
41、6.730e+035854.e39+032.56e1480.0e+0-65621.8e3-27+03.649e-813ST: 件 件MAX 12IN:8件 件 件 件件 件 :k*m件 件 06/14208件 件 -件 件X:-.83Y0.7Z:.259图 4-2-1 恒载作用下主拱的弯矩图清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 22 页 共 69 页由于主要是计算成桥状态下的主拱内力，以下图片只取成桥状态下的单片拱肋进行表述。 MIDAS/CivlPOT-REORBE IGM件 件 -z9.4320e+2765.14293e+02.570-8.43e+0125722-.966031
42、e+0-7.25294ST: 件 件MAX21IN :件 件 件 件件 件 :k件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-2-2 恒载作用下主拱的剪力图 MIDAS/CivlPOT-REORBE IGM件 件-1.790e+04526-.8119e+04-.53487-1.9206e+0454-.87201e+04-.586ST: 件 件MAX1IN :20件 件 件 件件 件 :k件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-2-3 恒载作用下主拱的轴力图清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 23 页 共 69 页4.2.2 主拱温度内
43、力计算根据热胀冷缩的道理，当大气温度比成拱时的温度（即主拱圈施工合龙时温度，称为合龙温度）高时，称为温度上升，引起拱体膨胀，反之当大气温度比合龙温度低时，称为温度下降。引起拱体收缩。如图 2-11，设温度变化引起拱轴在水平方向的变位为 ,与弹性压缩同样道理，tl必然在弹性中心产生一对水平力 Ht。由典型方程得 0a)温度变化引起赘余力计算图示 w0b)温度变化引起拱中的内力图 4-2-42ttlHtlt式中： 温度变化值，即最高（或最低）温度与合龙温度之差。温度上升时，t和 均为正；温度下降时， 和 均为负。tt tt材料的线膨胀系数：清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 24 页
44、 共 69 页混凝土或钢筋混凝土结构 =1105混凝土预制块砌体 =0.910石砌体 =0.8105由温度变化引起拱中任意截面的附加内力为弯矩 1()tttsMHyy轴向力 costtN剪力 inttQ MIDAS/CivlPOST-PREORBE IGAM件 件 -y1.0682e+049753.8413e06527+3.04e036732.85e+09120.0e0-1876+33.20e-46543ST: 件 件 件 件MAX 1IN:2件 件 件 件件 件 :k*m件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-1.0Z:.图 4-2-5 整体升温作用下主拱的弯矩图清华大学 长沙火星北
45、路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 25 页 共 69 页MIDAS/CivlPOT-PREORBE IGM件 件 -z7.84953e+0262.16e3579+022.408e11.e+0-2407823.569e-1+0.42e2-78953ST: 件 件 件 件MAX 1IN:2件 件 件 件件 件 :k件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-2-6 整体升温作用下主拱的剪力图 MIDAS/CivlPOT-PREORBE IGM件 件2.68719e+025.3e100+0-1.2e2345-.8e+02712-5.39e66+0-7.4e2832ST: 件 件 件
46、 件MAX 12IN:件 件 件 件件 件 :k件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-2-7 整体升温作用下主拱的轴力图清华大学 长沙火星北路浏阳河大桥拱桥施工图设计第 26 页 共 69 页MIDAS/CivlPOT-REORBE IGM件 件 -y4.654e+03321.8700e+0-.92287563-3.0e+04-6.52873713e+0-9.06824ST: 件 件 件 件MAX2IN :1件 件 件 件件 件 :k*m件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-2-8 整体降温作用下主拱的弯矩图 MIDAS/CivlPOT-REORBE IGM件 件 -z7.84953e+0262.163579e+022.408-7.1359e+0124082-.67951e+0-.423278ST: 件 件 件 件MAX2IN :1件 件 件 件件 件 :k件 件 06/9208件 件 -件 件X:.Y-10Z:.图 4-2-9 整体降温作用下主拱的剪力图
