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1、. . 1-45m双线高速铁路板拱桥设计毕业论文目 录第1章绪论11.1 概述11.1.1 拱桥的发展历史及结构受力特点11.1.2 现代拱桥的发展31.2 设计基本资料51.2.1 主要技术标准51.2.2 设计依据6第2章主要尺寸拟定72.1 主要材料参数72.2 桥跨结构平面的总体布置72.2.1 桥面高程及纵坡确定72.2.2 拱脚位置确定82.2.3 拱轴线的选取82.2.4 立柱位置的选取92.2.5 最终桥梁结构布置92.3 结构截面尺寸拟定102.3.1 梁的截面尺寸102.3.2 板拱截面尺寸112.3.4 立柱截面尺寸11第3章建立Midas结构模型123.1 模型各结构节
2、段划分123.1.1 梁体节段划分123.1.2 立柱节段划分133.1.2 板拱节段划分133.2 模型单元的建立143.2.1 材料143.2.2 截面143.3 边界条件153.4 时间依存性材料163.5 结构荷载163.6 施工阶段定义213.7 模型修改调整22第4章结构内力变形分析244.1 荷载组合244.2 结构的内力244.2.1 梁体的内力244.2.2 板拱的内力284.2.3 施工阶段作用下板拱内力324.2.4 立柱的内力334.2.5 帽梁的内力354.2.6 拱桥整个结构反力364.3 结构的变形374.3.1 梁体竖向变形374.3.2 梁体横向变形39第5章
3、结构截面配筋及检算415.1 铁路桥跨结构截面配筋原则415.1.1 受弯构件截面受力的几个阶段415.1.2 按容许应力法计算的基本假定425.1.3 截面换算原理445.1.4 钢筋种类及其布置原则445.2 梁体截面配筋455.2.1 T形截面梁配筋原理455.2.2 梁体正截面抗弯配筋475.2.3 梁体斜截面抗剪配筋585.2.3 梁体斜筋及构造配筋605.3 板拱截面配筋615.3.1 偏心受压截面梁配筋原理615.3.2 板拱截面配筋及检算655.3.3 板拱斜截面抗剪配筋705.3.3 板拱稳定性验算725.3.4 板拱斜筋及构造配筋735.4 立柱截面配筋735.4.1 轴心
4、受压截面梁配筋原理745.4.2 轴心受压截面梁配筋755.4.3 立柱稳定性验算755.4.4 立柱截面配筋结果765.5 帽梁截面配筋76第6章桥跨结构裂缝检算786.1 受弯构件裂缝产生原因786.2 受弯构件裂缝计算原理786.3 受弯构件裂缝计算79结论83致谢84参考文献85附录86 / 第1章 绪论1.1 概述1.1.1 拱桥的发展历史及结构受力特点拱是一种自然与合适的结构型式,它总是令人赏心悦目而且清晰地表达出它的功能。拱极易融入环境和满足大众的审美习惯与需求。著名的结构专家林同炎曾经说过拱是结构也是建筑。英语中的建筑一词可能是由拱衍生而来。因此,拱受到广大桥梁设计师的喜爱。在
5、现代桥梁设计中,许多拱桥的方案往往因其建筑学方面的意义而被选中。与此同时,对建筑结构造型的追求,促使拱结构的形式不断变化与翻新,也出现了结构异化的现象。拱,作为一种结构,在荷载作用下主要承受轴向压力,用拱圈或拱肋作为主要承重结构的桥梁称为拱桥。显然,受压性能极好的石拱桥是历史上最先发展的桥梁之一。在古代,拱桥起源于模仿石灰岩溶洞中天然形成的天生桥。据说美索不达米亚Mesopotamia中亚底格里斯河和幼发拉底河流域间的古王国,现今伊拉克所在地人,曾在古罗马人建造石拱桥以前的 2000 多年,就造过这种桥梁。我国隋朝开皇十五年至大业元年间公元 595605年,由匠人李春在现XX省赵县建成一座跨越
6、河的石拱桥图1-1至今著名于世。该桥初称赵州石桥,后称安济桥,为一空腹式单孔圆弧石拱桥,全部用石灰岩石块建造,全长 50.83m,净跨37.02m,矢高7.23m,矢跨比矢高与跨径之比小于1/5,桥面宽 9m,行车道纵坡 6.5%。拱由 28个石拱窄拱并列组成,每个拱圈石厚约1.03m,长约1.0m,宽在拱顶处为0.25m,部分拱石在趋近拱趾处逐渐放宽,使整个拱圈在拱趾处有较大宽度。在拱圈上压有一层厚0.160.3m的护拱石,并列圈每隔一段距离设有铁拉条和钩石,有利于各列圈石共同受载,不致解体。在大拱圈之上,每侧设有两个小拱,可以减轻桥的自重,并增加泄洪面积,也使桥面平缓,便于通行。该桥虽在1
7、300余年中经受多次洪水及地震,至今安然无恙,公认为世界现存最早、跨度最大、造型最新的石拱桥。除赵州石桥外,我国著名的石拱桥还有的卢沟桥建成于1192年,长265m,宽8m,由11孔石拱组成,XX的宝带桥相传在唐代建造,全长317m,由53个连续石拱组成等。古罗马人认为桥是由于神的感召力量才存在的,因而他们将建造石拱桥的任务委托给由大祭士马克西姆斯Maximus为首的一个教士阶层来建造。古罗马时代石拱桥的拱圈呈半圆形,拱石要经过仔细地切割和凿磨,并单凭石块自身的重力将拱圈挤紧,拱石的缝隙间不填砂浆。由于尚不能修建深水基础,当时石拱桥墩的宽度与拱的跨度比大多为1/31/2。这种桥多半在施工时有临
8、时支架,直到加上拱顶石使全拱形成一个结构后,才将临时支架撤除。这时所建的跨河石拱桥,只有较窄的车道,并且桥下不能通航,往往因为桥身含拱圈和桥墩阻水面积过大,而被洪水所冲毁。今天, 英国西约克郡的威柯勒桥就是一座早在1800年前建造成的,类似古罗马人砌筑的石拱桥。西班牙境内还有一座建成于公元98年的6孔石拱桥,名为阿尔坎塔拉Alcantana桥,它的桥墩建造在岩石上,中间两孔跨度各为28m,桥面高出谷底 52m。图1-1 赵州桥拱桥的另一种明显优势是其造型美观,许多著名拱桥甚至成为一个城市,一个地区的旅游景点,不少风景区还专门配置各式拱桥装点景色。这是因为拱桥可做成各种和周围景观协调的曲线样式,
9、或用连拱入波浪,体现一种韵律；或大拱、小拱巧妙搭配,在变化中蕴含协调；或大拱、小拱相叠,从层次上表现柔和之美、曲线之美；也有的工程师匠心独运将桥做成异形拱,使之既具备交通功能,有事一座城市雕塑和造型,以显现创作者对城市或灵气、或精神、或展望的想象。各种桥型都可以做的很美,单像拱桥这样变化之多、适应性之强是其他桥型所不能比的。拱桥还有一个优点就是其构造简单,尤其是中、小跨径圬工拱桥,不需要大型设备和复杂技术,建桥技术容易掌握,有利于广泛应用。对于大跨径拱桥,近来转体施工法和劲性骨架拱的应用,使其建造过程比同跨径其他桥型如斜拉桥、悬索桥容易便捷。拱桥的主要缺点就是其自重大,相应的水平推力也比较大,
10、增加了下部结构的工程量；此外,工程师精心设计的拱轴线可以使拱处于很理想的受力状态,但当基础发生变形和沉降时所产生的附加内力是很大的,因此拱桥对基础的要求比其他桥型严格,通常拱脚都要置于很可靠的基础上,例如整体性较好的岩石上。拱脚水平推力还可以产生另一个不良后果,即多空连拱的中间墩,其左右拱的水平推力是相互平衡的,一旦一空出问题,其他孔也会因为水平力不平衡而相互毁坏。拱桥的其他特点如建造高度较大,施工时常需搭支架等也使某些种类的拱桥建设受到一定的限制。对于拱桥的这些优缺点,在建桥时还应结合桥址处的地质地理特点及其他环境因素,进行多方面,多方案的综合比较。谨慎的决定选择哪种样式的桥梁。一般来说,在
11、地质条件的山区,中、小跨径的拱桥是最具有竞争力的；在地质条件较差或平原地区也常选择无推力拱的方案。1.1.2 现代拱桥的发展随着生产力的不断发展,拱桥的设计和施工技术的不断进步,现代的结构型式也愈来愈多。按照常用的拱桥分类方法有三种：1按照承重结构与桥面系之间的位置关系,又可分为上承式拱桥、中承式拱桥和下承式拱桥；2结构型式划分有：板拱桥、双曲拱桥、箱形拱桥、肋拱桥、刚架拱桥、系杆拱桥；3。按照建桥材料主要是针对主拱圈使用的材料可以分为圬工拱桥、钢筋混凝土拱桥、钢拱桥、钢管砼拱桥等；1、石拱桥现代石拱桥是圬土拱桥中的一支。石拱桥具有施工简单、造价低廉、因地制宜、就地取材等优点,因此在历史上是最
12、早出现一种拱桥,并且到20世纪仍然有其生命力。现代石拱桥的特征是跨径大,拱上建筑为空腹式,其立面展示出视觉上通透,感觉上轻型。2、钢筋混凝土拱桥自从1824年波特兰水泥问世,1850年出现钢筋混凝土以来,作为重要的结构材料,在桥梁工程中得到广泛运用,产生了多种结构型式的钢筋混凝土拱桥。钢筋混凝土拱桥的主要结构型式有：双曲拱桥、箱形拱桥、桁架拱桥、刚架拱桥。1双曲拱桥1964 年XX省XX县建桥工程队因地制宜,就地取材,继承传统的拱桥技术,创造了中国独有的双曲拱桥。其中：XX省XX湘江大桥,全长1532 米由8 孔跨径76 米和9 孔跨径50米双曲拱,是修建最成功的双曲拱桥,主跨150 米的XX
13、省前河大桥,是中国最大跨径的双曲拱桥。2箱型拱桥箱型拱桥是大跨径钢筋混凝土拱桥的一种比较经济、合理的型式。1979 年建成的主跨150 米的XX省XX马鸣溪金沙江大桥,是国内用缆索吊机吊装施工的跨度最大的钢筋混凝土箱型拱桥；1989 年建成主跨200 米的XX市XX乌江大桥,是一座用中国独创的转体施工建成的特大跨钢筋混凝土箱型拱桥；1997 年建成的XX市XX长江大桥,采用了钢管混凝土劲性骨架,建成了420 米单孔上承式箱形拱桥,该桥是目前世界上跨径最大的钢筋混凝土拱桥。3刚架拱桥钢筋混凝土刚架拱桥是20 世纪七十年代发展起来的一种新的轻型钢筋混凝土拱桥。其特点是从简化拱上建筑着眼,利用斜撑将
14、桥面位于拱的1/4跨径处的最不利荷载传至拱脚,以改善主拱的受力。钢筋混凝土刚架拱桥特别适用于中小跨径桥梁。1985 年建成的XX省XX北江大桥,是中国规模最大的钢筋混凝土刚架拱桥,该桥全长1058.04米,由345 + 870 + 445米共15孔刚架拱组成；1993年建成的XX省德兴东安江太白大桥,将钢筋混凝土刚架拱桥的跨径提高到130米。3、钢拱桥国外大跨度拱桥中,钢拱居多。据资料统计,目前世界上跨度超过300m钢拱桥有15余座,其中主跨超过500m的有3 座。早在1932年修建的澳大利亚悉尼港拱桥,跨度503m至今仍为世界上跨度最大的公铁两用钢拱桥。1977年修建的美国新河公路拱桥,跨度
15、为518.2m,该桥桥面在新河峡谷水面以上267m,是世界上通航净空最高者之一。近年来我国的钢拱桥的发展很快,相继建成了几座大跨度的钢拱桥。1969 年建成的XXXX渡口大桥,跨径为180米；20XX建成的主跨550mXX芦浦大桥,居当时世界同类桥梁之首,被誉为世界第一钢拱桥。4、钢管混凝土拱桥1937年和1939年,前苏联建成了两座跨径分别为110m和140m的钢管混凝土拱桥。此后的相当长时间内,世界范围内未见有这种桥梁修建的报道。1990年,中国第一座钢管混凝土拱桥旺苍东河大桥在XX建成。由于钢管混凝土拱桥具有材料强度高、施工方便、造型美观等优点,又适逢我国大规模的交通基础设施建设时期,钢管混凝土拱桥便在我国得到迅速的发展。随着数量的增多,跨径与规模也不断增大,分布区域也越来越广。据不完全统计,我国己建和在建的钢管混凝土拱桥已达200余座。已建的钢管混凝土拱桥中,跨径最大的是20XX建成的XX丫髻沙大桥,主跨跨径达360m。从结构类型来看,上承式中跨径最大的是主跨为288m
