摘 要

钢管混凝土拱桥由于具有承载力高、塑性和韧性好、施工方便、经济效果好和地基适应性强等优点，是发展前景广阔的一种组合桥梁结构。目前钢管混凝土拱桥在我国已经历了十余年的发展，无论是其应用规模还是跨径增长的速度都是惊人的。相对而言我国建设钢管混凝士拱桥的技术已经达到国际先进水平，我国对钢管混凝十拱桥的理论研究也取得了很多成果。

本论文根据任务书要求设计飞燕式系杆钢管混凝土拱桥。飞燕式系杆钢管混凝土拱桥美观且受力合理, 但该种桥型设计参数较多, 各参数相互关联, 给设计工作带来了困难。首先进行初步设计，即拟定所选方案桥型的具体尺寸以及相关参数。主拱拱轴线L=168.0m，矢跨比f/L=1/3.500，抛物线。副拱拱轴线L=130.0m，矢跨比f/L=1/6.268m，抛物线。边拱拱轴线L=55.0m，矢跨比f/L=1/7.237，抛物线。最重要的是主拱肋的截面尺寸，都是根据规范和相关的参考资料来拟定。然后就要进行结构计算，这其中最为关键的便是建模，最后的计算是否正确，在很大程度上取决于模型建得是否正确。本论文利用“迈达斯”软件计算，将建好的模型图导入软件，并将计算好的模型参数赋给模型结构单元。添加约束后模型就宣告建立完成，进入计算阶段。最后利用软件就可计算出结构各控制截面的内力。完成上述工作后，便要进行结构验算，对于拱桥最重要的就是要验算拱圈截面承载力与拱圈的整体稳定性。

随着材料的运用和施工技术的不断进步，可以预见在不远的将来，飞燕式钢管混凝土拱桥将会应用越来越广泛。

关键词：钢管混凝土拱桥；飞燕式拱桥；有限元；结构计算

Abstract

Concrete filled steel tubular arch bridge with high bearing capacity, good plasticity and toughness, construction is convenient, economic effect is good, and the foundation and the advantages of strong adaptability is one of the promising prospects combination bridge structure. At present, the concrete filled steel tube arch bridge in our country has experienced more than 10 years of development, both in its scale and the speed of growth models is staggering. Relatively in our country construction of steel tube concrete arch bridge and the technology has reached the international advanced level, our country of steel pipe concrete arch bridge theory research is also made a lot of progress.

In this paper according to the specification requirements design swallow type bracing concrete-filled steel tube arch bridge. Swallow type bracing concrete-filled steel tube arch bridge is beautiful and reasonable force, but this kind of bridge design parameters is more, the parameters related, brought difficulties to design work. First carries on the preliminary design, the size for the selected scheme of bridge and the related parameters. The main arch arch axis L = 168.0 m, rise-span ratio of f/L = 1/3.500, parabola. Deputy arch arch axis L = 130.0 m, rise-span ratio f/m, L = 1/6.268 parabola. Side arch arch axis L = 55.0 m, rise-span ratio f/L = 1/7.237, parabola. The most important thing is that the section size of main arch ribs, are proposed according to specification and related resources. And then be a structural calculation, this is one of the most critical modeling, the final calculation is correct, to a large extent depends on the model built is correct. In this paper by using "Midas" software calculation, good model diagram will be built into the software, and calculates the good model parameter is assigned to model structure unit. Add constraint model was set up after the completion, entered into the phase of computing. Finally using the software can calculate the structure internal force of the control section.After the completion of the work, the structure will have to be checking for the most important thing is to bridge checking the overall stability of the arch and the arch section bearing capacity.

With the constant progress of the use of materials and construction technology, in the near future, foreseeable swallow type of concrete-filled steel tube arch bridge will be applied more and more widely

Keywords: concrete filled steel tubular arch bridge; Swallow type arch bridge; Finite element; Structural calculation

目录

第1章绪论 1

1.1 钢管混凝土拱桥概述 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3飞燕式钢管混凝土拱桥的优缺点 2

1.4飞燕式钢管混凝土拱的展望 2

1.5 小结 3

第2章设计基本情况说明 4

2.1工程概况 4

2.2设计依据 4

2.3主要技术标准 5

2.4设计规范及标准 5

第3章 全桥结构构造 7

3.1总体构造 7

3.2主拱圈构造 7

3.3副拱圈构造 8

3.4边拱构造 9

3.5吊杆构造 10

3.6横撑构造 11

3.7连杆构造 12

3.8 主梁与边梁构造 13

第4章 有限元模型的建立 15

4.1定义材料及截面 15

4.2建立全桥节点 15

4.3建立单元 15

4.4施加边界条件 15

4.5施加荷载 15

4.6截面配筋 16

4.7施加施工阶段 16

第5章 计算分析 17

5.1拱肋内力计算分析 17

5.2拱肋应力验算 22

5.3主梁应力 32

5.4位移计算 33

第6章 施工概述 41

6.1下部结构施工 41

6.2 上部结构施工 41

6.2.1边跨施工 41

6.2.2拱肋及主梁施工 42

第7章 结论与展望 45

7.1 结论 45

7.2 展望 45

参考文献 46

附录 47

致谢 48

第1章绪论

1.1 钢管混凝土拱桥概述

从古代开始，为了跨越高山河流，先人们就开始了造桥工作，从使用藤蔓、原木到使用石料，桥梁的发展不断进步，衍生出各类桥梁，其中拱桥的使用可以从三千多年开始算起，因为拱桥不仅外形优美，而且承载能力大，还可以就地取材，这极大的方便了拱桥的修建，因此从古代到现代，拱桥在桥梁的建设使用中长盛不衰。拱桥是一种在竖向荷载作用下会产生巨大的水平推力的桥梁，这个受力特点减轻了结构的跨中弯矩，使得拱肋截面以受压为主，这样就可以充分发挥材料的受力特性。事物都有两面性，在充分发挥材料性能的同时，也会因为桥台承受巨大的水平而对地基要求较高。这样就会限制住拱桥的使用和发展，为了解决这一问题，系杆拱桥应运而生，系杆拱桥是由于系杆的存在，会抵消掉巨大的水平推力，从而使得拱桥的修建的地基要求降低，极大的促进了拱桥的使用和发展。在解决地基问题后，同时随着社会和时代的发展，桥梁跨径越来越大，而钢管混凝土材料，不仅抗压能力强，而且会减轻整个结构自重，这样使得拱桥的跨径增大，所以钢管混凝土拱桥使用越来越多，施工技术也越来越成熟，在城市建设中，桥梁还需要造型美观，具有时代气息，而飞燕式系杆钢管混凝土拱桥就是符合这些特征的桥型，在我国的应用越来越多。

1.2 国内外研究现状

桥梁一般由上部结构与下部结构组成，上部结构主要是桥跨结构，下部结构主要是桥墩和桥台。根据桥梁的的受力特点、建筑材料以及施工条件，一般可以将桥梁分为梁式桥、拱式桥、钢架桥、悬索桥、斜拉桥、组合体系桥梁。

拱桥主要承重结构是拱圈，而且在竖向荷载作用下，由于桥台承受水平推力，这使得拱圈承受的弯矩变小，相比同跨径的梁来说，拱的弯矩和变形要小的多，所以一般采用混凝土等材料来建造，充分发挥材料的特性。随着钢材的应用越来越广，将钢管与混凝土结合使用后，其效果大于混凝土或者钢管的效果，因此钢管混凝土拱桥随之诞生，而且钢管混凝土拱桥外观上更加轻便优美。我国在建的钢管混凝土拱桥分为上承式拱桥、中承式拱桥、下承式拱桥。