摘 要

近年来随着我国经济快速增长，各行各业都呈现出欣欣向荣的繁荣气象，桥梁工程作为使未来世界相互联系更加紧密的沟通枢纽，其建设发展也随着工业水平的提高和科学技术的突破而突飞猛进。因此，为了以后能够成为一名出色的桥梁设计师，我们必须落实理解桥梁设计过程，并且能够基于桥梁设计规范对桥梁结构进行初步设计和验算。

本次设计笔者根据设计任务书中所给的设计资料，对桥梁设计展开了研究，具体内容包括以下五方面：

1. 参考国内外大跨径桥梁的修建现状及发展趋势，结合黄陵洞大桥的桥址断面资料和桥位地质资料等，对此水库大桥初步拟定三个可行方案：钢筋混凝土拱梁组合桥、地锚式悬索桥和单塔非对称式斜拉桥。通过方案比选后，本设计选用钢筋混凝土拱梁组合桥。
2. 根据构造要求及经验对该桥进行结构尺寸拟定和设计：主拱截面采用单箱三室的钢筋混凝土箱形结构，主拱圈采用等截面悬链线形式，拱上梁桥是工字形钢梁和预制平板组合的结构，桥墩采用钻孔灌注桩群桩基础，桥台采用U形重力式。
3. 采用软件Midas对该桥梁进行建模和施工阶段划分，根据输入的静力荷载工况和移动荷载工况自动生成荷载组合，运行分析后，按不同组合荷载工况对结构进行内力计算。
4. 通过主拱圈截面的控制内力对主拱进行配筋计算，普通钢筋的配置根据弯矩包络图计算布置。
5. 使用软件Civil Designer对主拱进行RC设计验算，首先手动选用梁截面类型，然后增加挠度与预拱度组合，自动生成荷载组合并替换，最后选择主拱构件并按梁截面进行分析验算。如果分析验算结果不符合要求则应不断调整截面尺寸和钢筋的布置直到合格为止。经过运行分析，得出的验算结果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：钢筋混凝土拱梁组合桥；箱形结构；等截面悬链线；结构计算；RC设计

Abstract

In recent years, with the rapid growth of China's economy, all walks of life are showing a thriving and prosperous atmosphere. As a communication hub to make the future world more closely connected, the construction and development of bridge engineering is also advancing rapidly with the improvement of industrial level and the breakthrough of science and technology. Therefore, in order to become an outstanding bridge designer in the future, we must implement the understanding of the bridge design process, and be able to carry out the preliminary design and checking calculation of the bridge structure based on the bridge design specifications.

According to the design data given in the design specification, the author of this design has carried out research on bridge design, including the following five aspects:

（1）Referring to the construction status and development trend of long-span bridges at home and abroad, combined with the bridge site section data and bridge site geological data of Huanglingdong bridge, three feasible schemes are preliminarily proposed for the reservoir bridge: reinforced concrete arch beam composite bridge, ground anchored suspension bridge and single tower asymmetric cable-stayed bridge. After the scheme is compared and selected, this design chooses the composite bridge of reinforced concrete arch beams.

（2）According to the construction requirements and experience, the structural dimensions of the bridge are drawn and designed: The main arch section adopts the reinforced concrete box structure with single box and three chambers, and the main arch ring adopts the form of constant cross-section catenary. The beam bridge on the arch is a combination of I-shaped steel beam and prefabricated plate. The pier adopts the bored pile group pile foundation, and the abutment adopts the U-shaped gravity type.

（3）Midas software was used to model and divide the construction stage of the bridge, and the load combination was automatically generated according to the static load condition and the moving load condition. After operation analysis, the internal force of the structure was calculated according to the different combination load conditions.

（4）The reinforcement of the main arch is calculated by controlling the internal force of the section of the main arch ring, and the configuration of the ordinary reinforcement is calculated and arranged according to the moment envelope diagram.

（5）The software CivilDesigner was used for RC design checking calculation of the main arch. Firstly, the beam section type was selected manually, then the combination of deflection and precamber was added, and the load combination was automatically generated and replaced. Finally, the main arch components were selected and analyzed and calculated according to the beam section.If the analysis results do not meet the requirements, the size of the section and the layout of the reinforcement should be adjusted until qualified.After operation analysis, the results show that the calculation method is correct and the distribution of internal force is reasonable, which meets the requirements of the design task.

Key words: Reinforced concrete arch beam composite bridge; Keywords box structure; constant section catenary; structural calculation; RC design

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景、目的及意义 1

1.2 桥梁设计国内外研究现状分析 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 2

1.3 设计的基本内容 3

第2章 方案比选 4

2.1 设计资料 4

2.1.1 路线资料 4

2.1.2 桥址纵断面图 4

2.1.3 设计水位 5

2.1.4 桥位工程地质 5

2.1.5 气象资料 5

2.1.6 其他资料（见技术图纸和设计资料说明） 5

2.1.7 技术资料 5

2.2 初拟方案 6

2.2.1 钢筋混凝土拱梁组合桥 6

2.2.2 地锚式悬索桥 7

2.2.3 单塔非对称式斜拉桥 8

2.3 方案比较及最优方案的选定 10

第3章 结构尺寸拟定和设计 11

3.1 上部结构构造设计 11

3.1.1 主拱 11

3.1.2 拱上建筑 12

3.1.3 桥面铺装 13

3.2 下部结构构造设计 13

3.2.1 桥墩构造 14

3.2.2 桥台设计 16

第4章 结构计算 17

4.1 建立模型 17

4.1.1 定义结构材料 17

4.1.2 定义结构截面 18

4.1.3 定义节点和单元 24

4.1.4 定义边界条件 26

4.1.5 定义静力荷载工况 29

4.1.6 定义移动荷载工况 30

4.1.7 定义荷载组合 32

4.1.8 定义施工阶段 33

4.2 内力计算 38

4.2.1 恒载内力计算 38

4.2.2 组合荷载内力计算 44

第5章 结构配筋 53

5.1 配筋原则 53

5.2 主拱配筋 53

5.2.1 普通钢筋 53

5.2.2 配筋设计 53

第6章 主拱截面验算 55

6.1 持久状况承载能力极限状态 57

6.1.1 持久状况正截面抗弯验算 57

6.1.2 持久状况斜截面抗剪验算 58

6.1.3 持久状况正截面抗压验算（RC梁） 59

6.1.4 持久状况正截面抗拉验算（RC梁） 59

6.1.5 支反力计算 60

6.2 持久状况正常使用极限状态 61

6.2.1 使用阶段裂缝宽度验算 61

6.2.2 挠度验算及预拱度 62

6.3 短暂状况应力验算 63

6.3.1 混凝土边缘压应力验算 63

6.3.2 受拉钢筋应力验算 63

6.3.3. 中性轴主拉应力验算 63

第7章 结论 65

参考文献 66

致谢 67

第1章 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

建设桥梁工程，是人类智慧的结晶。早在遥远的古代，人类就开始设想创造安装一种合理的结构能跨越江河湖海使行人顺利通行，但由于受到施工材料、施工技术及设计方法等各方面的限制，古代桥梁的使用寿命和跨径长度往往都不能满足人们美好出行的需求。近代以来随着锻铁技术的发展，钢筋与钢丝大量被使用在建筑中，钢材和混凝土组成的复合材料抗拉抗压强度和各项性能指标都大大提高，而且随着现代工业水平的发展和科学技术的不断突破，诸如悬臂施工法、顶推法、移动模架法和逐跨架设法等先进施工方法也相继出现，使桥梁工程建设的步伐突飞猛进起来^[1]。为了成为一名匹配未来桥梁设计要求的优秀桥梁工程设计师，我们应该在当今施工材料和施工技术的条件下，通过计算机建模分析等方法尽可能地综合安全、经济、适用和美观多方面因素设计出最优方案。

作为本专业的一名学生，我一直认为我们首先要做的是积累扎实的理论基础，从而为日后参与工程实践能够学以致用做足准备，所以在大学四年期间我认真学习专业课程，争取打好专业基础。现在的我即将毕业，面临教学计划中综合程度最高的毕业设计环节，我必须尝试将理论知识运用于实际，不断提高分析问题和解决问题的能力，在设计过程中建立正确的设计概念，这既是检验我学习成果的时刻，也是提高我结合理论知识做好实际工作的能力的一次机会。我的毕业设计题目为：宜昌某水库大桥设计，我希望能够通过本次设计熟悉桥梁工程设计全过程，巩固和加深我在大学四年里所学习到的专业知识，增强对各种桥型的力学特点、构造特点以及适用范围的了解，基本掌握结合桥梁设计规范针对设计资料提出安全、适用、美观和经济的桥梁方案。该地地形为深沟U形，适合布置拱桥或者索桥。但由于相对一般索桥其跨径较小，考虑经济效益的话拱桥更为合适。在设计过程中，首先进行的方案比选有助于积累我们根据设计资料初步选定合适桥型的经验。其后进行的尺寸设计和建模分析有助于培养我们对实际桥梁结构简化分析和运用计算机辅助设计的能力。最后的验算复核过程则能够培养我们严谨认真、仔细负责的设计习惯。