元坝大桥设计

2012届桥梁工程专业毕业设计
目录
摘要 (I)
ABSTRACT (II)
第1章设计资料 (1)
1.1基本资料及设计依据 (1)
1.11元坝大桥设计资料 (1)
第2章桥型方案比选 (3)
2.1方案比选 (3)
2.1.1初选方案 (3)
2.1.2比选方案 (3)
2.2推荐方案比选 (7)
第3章结构构造设计 (9)
3.1设计资料 (9)
3.1.1设计标准 (9)
3.1.2材料性能参数 (9)
3.2结构尺寸拟定 (10)
3.2.1总体设计 (10)
3.2.2拱轴系数的确定 (10)
3.2.3结构构造 (10)
第4章主拱内力计算及组合 (13)
4.1主拱结构计算图示 (13)
4.2主拱肋结构静力计算 (13)
4.2.1合理的拱轴线 (13)
4.2.2计算跨径、计算矢高和、标准跨径和标准矢高 (13)
4.2.3结构单元的选取和划分 (13)
4.2.4施工和营运阶段结构内力的计算 (14)
4.3内力组合 (22)
第5章主拱结构验算 (28)
5.1主拱肋钢管混凝土弦杆极限承载力计算 (28)
郑建勇：元坝大桥设计
5.2主拱结构验算 (31)
5.3主拱竖向刚度验算 (46)
5.4主拱横向稳定性验算 (47)
第6章桥面板计算 (48)
6.1桥面板计算 (48)
6.1.1恒载内力计算 (48)
6.1.2 活载内力计算 (48)
6.1.3主梁桥面板的配筋 (50)
第7章施工组织设计 (51)
7.1 工程概况介绍 (51)
7.1.1工程项目的特征 (51)
7.1.2 建设地区特征 (51)
7.2 确定施工方法制订战略部署 (51)
7.3 施工组织设计 (51)
7.3.1 主跨（主拱圈）的施工 (51)
7.3.2桥台的施工： (54)
7.4 施工注意事项 (55)
7.4.1拱肋施工注意事项： (55)
7.4.2焊缝连接注意事项： (55)
7.4.3施工控制 (56)
7.4.4 施工要求及安全 (56)
结束语 (57)
谢辞 (58)
参考文献： (59)
2012届桥梁工程专业毕业设计
摘要
钢管砼是将混凝土填充到钢管内形成的一种组合结构材料,试验和实践证明,这种材料具有强度高、韧性好、耐疲劳、抗冲击等优点。

同时,在施工中钢管可作为劲性骨架,又可以起到混凝土模板的作用,施工非常方便,快捷,从而可以缩短工期,降低工程造价,在桥梁建设中得到广泛使用。

根据地形和地质条件，我设计的元坝大桥是一座中承式钢管混凝土拱桥，矢跨比为1/4.5，据最合理拱轴线的选择原则，拱轴线被确定为抛物线。

设计中对钢管混凝土桥进行了结构设计，然后进行结构验算，最后进行了施工方案设计。

关键词：元坝大桥；钢管混凝土拱；结构设计；结构验算；施工方案
郑建勇：元坝大桥设计
ABSTRACT
The steel pipe concrete arched bridge is restricted application in the Southern Anhui mountainous area the primary factor is the steel pipe refractory,the component transportation natural environment condition bad,the large-scale prefabricated component is not easy to arrive the bridge site,adds certain regions environmental factor influences,causes the steel pipe concrete arched bridge construction,to maintain and to service into the main question.The article mainly narrated the steel pipe concrete arched bridge several job practice,has carried on the analysis to each kind of job practice suitable condition and the technical main point,refers for the colleague.
According to the topography and geological conditions, I designed an arch bridge which the net span is 197m, span ratio is 1/4.5. According to the most reasonable choice of the principle of the arch axis ,the arch axis was identified as a parabola Design of steel pipe concrete bridge structure was designed, then the structure calculation, finally has carried on the design of construction scheme.
KEY WORDS：yuanba bridge; concrete filled steel tube arch bridge; structural design; structural analysis; construction scheme
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第1章设计资料
1.1基本资料及设计依据
1.11元坝大桥设计资料
所属路等级：二级公路。

位于直线段。

设计荷载：公路—Ⅱ级。

设计车速：40km/h。

桥梁宽度：1m（人行道，含栏杆）+9m（行车道）+1m（人行道，含栏杆）=11 m。

气温：最高气温41.7℃，最低气温-3.5℃，年均气温17.9℃。

地震烈度：小于Ⅵ度，按Ⅵ度设防。

最大风速：27.0m/s。

设计洪水频率：1/100。

设计水位：300米（水库水位变化范围：265～300米）。

桥梁设计标高：由线路决定。

其中：K7+185处设计标高315.565米，K7+433处设计标高316.805米，其间按+0.5%的坡度变化。

桥轴断面：见下表1。

桥桥轴断面表表1
注：桥轴线与水库岸坡基本垂直。

桥位地质情况：自上而下为1.5米覆盖层、完整基岩（灰岩）。

郑建勇：元坝大桥设计
课题内容：
1．进行元坝大桥方案设计与比选；
2．元坝大桥结构设计以及施工方法确定；
3．元坝大桥结构分析、计算与验算；
3．元坝大桥施工组织设计；
4．编制元坝大桥设计计算书以及毕业设计文件。

课题任务要求：
1.在给定的桥位上拟定6～8个初步方案，从中优选出2～3个方案进行技术经济比较，提出推荐方案；针对2～3个比较方案绘制桥型置图和比较方案；
2.针对推荐方案，进一步细化结构尺寸，结合采取的施工方法，开展相应的结构内力分析、计算和配筋，并绘制构造图、配筋图至少各1张；
3.进行施工组织设计，绘制施工图至少1张；
4.除桥梁主要承重结构的结构分析与验算外，对桥墩，或桥台，或桥面板进行选择性设计；
5.结构分析、计算采用手算和电算相结合的方式进行；图纸采用手绘的同时，采用计算机绘制不少于3张；
7.按规定要求完成相应的计算书和毕业设计文件。

主要参考文献（由指导教师选定）：
1．《桥梁工程》等专业教材；
2．有关桥梁设计技术标准、规范、指南、手册等；
3．周念先.桥梁方案比选.同济大学出版社；
4. 向中富主编.《桥梁工程毕业设计指南》.人民交通出版社.2010；
5．相关桥梁设计、施工书籍；
6．阅读相关科技论文不少于15篇（桥梁建设、国外桥梁、2005－2011
全国桥梁学术会议论文集以及相关外文期刊等）。

2012届桥梁工程专业毕业设计
第2章桥型方案比选
2.1方案比选
2.1.1初选方案
1、主桥计算跨径为200m的中承式钢管混凝土拱桥。

2、跨径组合为65m+120m+65m的三跨连续刚构桥。

3、跨径组合为60m+110m+60m的三跨连续梁桥。

4、跨径为60m+120m+60m的三跨悬索桥。

5、跨径为60m+120m+60m的三跨斜拉桥。

2.1.2比选方案
方案一：中承式钢管混凝土拱桥（图2.1）
图2.1中承式钢管混凝土拱桥（尺寸单位：mm）
（1）桥跨布置：主跨位计算跨径200m的等截面悬链线下承式钢管混凝土，矢跨比为1/4.5，矢高为44.44m。

（2）上部结构：主跨的上部结构采用两片四肢格构的桁架腹杆拱肋通过横撑连成整体。

拱肋高为4m，宽为2m,弦杆采用Φ800X16mm的钢管，内灌C50混凝土，弦平联为φ600×14mm的钢管，内灌C50混凝土，直腹杆和斜腹杆为φ400×10mm的钢管，弦杆、横联管、横撑、直、斜杆都为Q345钢。

吊杆横梁为钢筋混凝土横梁，桥面板为钢筋混凝土空心板梁。

（3）下部结构：拱座为重力式的台阶式拱座，桥台为重力式桥台，与主拱公用拱座作为基础。

郑建勇：元坝大桥设计
（4）受力特征：拱桥主要承受压力，由于水平推力的作用，使得拱圈中的弯矩大大减小，同时恒载和活载所产生的内力主要由钢和混凝土组合截面承受。

钢管对核心混凝土有套箍作用，既能受拉又能受压，同时核心混凝土增强了钢管壁的稳定性，使核心混凝土处于三向受力状态。

（5）施工方法：主拱圈采用悬索吊装施工，跨中合拢；横梁采用工厂预制，现场吊装，纵梁现场浇注；拱座采用明挖扩大基础的重力式拱座；桥台采用明挖扩大基础的重力式桥台。

表2.1主要工程数量表
（6）综合评价：中承式钢管混凝土造型独特，线形明晰，与当地地形很协调，同时此处水位很高，所以采用缆索吊装施工方法时，不会受水位变化影响施工进度。

还有采用钢管混凝土，可大幅节省材料；纵梁和横梁都在工厂预制，节约了施工时间；基础和拱座都采用明挖基础，节省了工程费用；同时在施工中钢管本身是耐侧压的模板，省去了支模、拆模等工序，也节约了时间。

但是对于钢管混凝土拱桥的设计与施工都没有具体的规范指导，所以设计和施工中都存在一定的问题，譬如管内混凝土脱空，钢管焊接的问题，钢管的养护、管内混凝土开裂不易查不易补，组合截面受力分析存在误差等。

方案二：预应力混凝土连续刚构桥（图2.2）
2012届桥梁工程专业毕业设计
图2.2 预应力混凝土连续刚刚构桥（尺寸单位：mm）
（1）桥跨布置：此方案的桥跨布置为65m+120m+65m的三跨连续型刚构桥。

（2）上部结构：此桥采用二次曲线，主梁采用单箱单室变高度箱梁，箱梁顶板宽11m，底板宽7m；根部梁高为7m，跨中梁高为2.5m；全桥箱梁顶板厚度不变，都为0.3m，腹板不等厚，跨中到根部从0.4m过渡到0.8m；底板为不等厚，由跨中向根部处随二次曲线y=ax^2变化，逐渐变厚，从0.3m渐增加到0.9m；悬出部分长度相同，均为2.5m；人行道净宽1m。

（3）下部结构：本方案下部结构采用双薄壁墩。

横桥向墩总宽为6m, 纵桥向墩总宽为7m,单个宽2m,承台厚3.5m，10.05m×10.05m，桩基础为柱式群桩基础，四支，单直径2.5m。

桥台采用重力式埋置式桥台，基础全部采用钻孔灌注桩基础。

（4）受力特征：，它是一种墩梁固结，采用双薄壁墩使得顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大；顺桥向抗推刚度小，对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响有利。

（5）施工方法：对于主梁施工是采用挂篮悬臂浇筑法，在中间现浇合拢。

桥基础施工采用钻孔灌注桩基础施工，墩身采用滑模施工，桥台采用明挖扩大基础施工。

表2.2 主要工程数量表
郑建勇：元坝大桥设计
（6）综合评价：1）连续刚构桥无伸缩缝。

行车比较平顺、舒适。

2）由于墩梁固结节省了昂贵的支座费用；3）采用双薄壁墩使得顺桥向抗弯刚度和横桥向抗扭刚度大；顺桥向抗推刚度小，对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响有利；4）施工中采用悬臂浇筑不会影响通航要求。

除了上述优点，还有很多缺点: 3）结构刚度、变形、动力性能不好，混凝土和钢材用量都很多，不经济。

4)悬臂施工时，左右不对称，当靠近端部时边跨要配重来平衡，所以增加了施工难度，同时基础施工在水下施工（水库不能放水施工时），也增加了施工费用和难度。

5）抗撞击能力较弱，承受事故能力不好
方案三：预应力混凝土连续梁桥（图2.3）
图2.3 预应力混凝土连续刚刚构桥（尺寸单位：mm）
(1)桥跨布置：此方案的桥跨布置为60m+110m+60m的三跨连续型刚构桥。

(2)上部结构：此桥采用二次曲线，主梁采用单箱单室变高度箱梁，箱梁顶板宽11m，底板宽6m；根部梁高为6m，跨中梁高为2.5m；全桥箱梁顶板厚度不变，都为0.3m，腹板不等厚，跨中到根部从0.4m过渡到0.8m；底板为不等厚，由跨中向根部处随二次曲线y=ax^2变化，逐渐变厚，从0.3m渐增加到0.9m；悬出部分长度相同，均为2.5m；人行道净宽1m。

（3）下部结构：本方案下部结构采用双薄壁墩。

横桥向墩总宽为6m, 纵桥向墩总宽为6m,单个宽2m,承台厚3.5m，10.05m×10.05m，桩基础为柱式群桩基础，四支，单直径2.5m。

桥台采用重力式埋置式桥台，基础全部采用钻孔灌注桩基础。

（4）受力特征：，它是一种墩梁分离，主梁连续的桥梁由于采用连续体系，全桥在恒载、活载作用下，弯矩分布合理，采用预应力技术适用于多种施工方法，提高了施工质量，降低了施工费用，且结构刚度大,变形小,动力性能好，主跨跨径较大，能满足通航要求，主梁变形曲线平缓，有利于高速行车，但是对基础要求相对较高，对
基础沉降，温度，收缩徐变及地震不利。

（5）施工方法：对于主梁施工是采用挂篮悬臂浇筑法，在中间现浇合拢。

桥基础施工采用钻孔灌注桩基础施工，墩身采用滑模施工，桥台采用明挖扩大基础施工。

表1.3 主要工程数量表
（6）综合评价：1）连续梁桥无伸缩缝。

行车比较平顺、舒适。

2）恒载，活载作用下受力均匀，合理；3）采用主梁连续的结构，使得墩梁交接处产生负弯矩，有效减少跨中弯矩，减小梁身的工程量。

4）施工中采用悬臂浇筑不会影响通航要求。

除了上述优点，还有很多缺点: 5）结构刚度、变形、动力性能不好，混凝土和钢材用量都很多，不经济。

6)悬臂施工时，左右不对称，当靠近端部时边跨要配重来平衡，所以增加了施工难度，同时基础施工在水下施工，也增加了施工费用和难度。

7）临时支座和永久支座的施工，养护费用较高。

8）抗撞击能力较弱，承受事故能力不好，对基础沉降，温度、收缩徐变及地震影响不利。

2.2推荐方案比选
对以上三个比选方案进行施工，经济，受力方面的比较,见表2.1
方案比选表表2.1
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经过施工难易程度、桥梁与环境的搭配、造价等各方面的比较，显然第一个方案钢管混凝土拱桥是最合理方案，故把钢管混凝土拱桥定为最终方案。

其优点如下:（1）施工方面来说，采用无支架的缆索吊装施工方法，不会因为水位变化而影响施工，同时空钢管架设吊装重量轻,又可作为施工支架和内填混凝土的模板,因而浇注混凝土时可省去支模、拆模等工序，施工用钢量省,工厂化、工业化水平高,加快了施工的速度，同时加大了跨越能力。

对于基础的施工也采用明挖基础，节省了工程造价。

（2）钢管本身又是劲性承重骨架，在施工阶段可起支架和模板的作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可以节省脚手架，缩短工期，减少施工用地，降低工程造价。

（3）受力上来说，首先，钢管借助内填混凝土增强自身的稳定性;其次，借助钢管对核心混凝土的套箍(约束)作用,使核心混凝土处于三向受压状态,从而使核心混凝土具有更高的抗压强度和压缩变形能力；再次，钢管本身就是钢筋，既能受压又能受拉，所以节省了钢筋用量。

同时钢管混凝土主要承受轴向力，处于三向受力状态的混凝土更能适应。

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第3章结构构造设计
3.1设计资料
3.1.1设计标准
1. 桥梁宽度：1m （人行道，含栏杆）+9m （行车道）+1m （人行道，含栏杆）=11m 。

2.荷载等级：公路-II 级。

3.桥面横坡：车行道2%，人行道2%。

4.全桥纵坡：0.5% 3.1.2材料性能参数
（1）混凝土
强度等级C50，主要强度指标为：
强度标准值 =32.4Mpa ， =2.64Mpa 强度设计值 =23.1Mpa, =1.89Mpa
弹性模量 Ep=3.45×Mpa 强度等级C40，主要强度指标为：
强度标准值 =26.8Mpa ， =2.39Mpa 强度设计值 =19.1Mpa, =1.71Mpa
弹性模量 Ep=3.25×Mpa 强度等级C30，主要强度指标为：
强度标准值 =20.1Mpa ， =2.01Mpa 强度设计值 =14.3Mpa, =1.43Mpa
弹性模量 Ep=3.00×Mpa （2）Q345钢 强度设计值：
厚度d 16mm 时， 抗拉、抗压和抗弯f=310Mpa,抗剪f v =180Mpa 厚度d>16-35mm 时， 抗拉、抗压和抗弯f=295Mpa,抗剪f v =170Mpa 厚度d>35-50mm 时， 抗拉、抗压和抗弯f=265Mpa,抗剪f v =155Mpa 厚度d>50-100mm 时， 抗拉、抗压和抗弯f=250Mpa,抗剪f v =145Mpa 物理性能：
弹性模量E s =2.10×510Mpa
ck f tk f cd f td f 4
10ck f tk f cd f td f 4
10ck f tk f cd f td f 4
10
10
剪切模量 G=7.9×410Mpa
线膨胀系数 /α=⨯-6ο1210C
质量密度 ρ=37850kg/m
质量密度 ：
3.2结构尺寸拟定
3.2.1总体设计
本桥主跨采用净跨为197.3 m 的中承式钢管混凝土拱桥，净矢跨比为1/4.5.主拱肋为钢管混凝土弦杆和钢管腹杆组成的桁架结构。

主跨桥面设柔性吊杆、钢筋混凝土横梁、桥面沥青混凝土。

3.2.2拱轴系数的确定
拱轴线的选取工作既是寻找合理的拱轴线。

所谓合理的拱轴线就是拱肋各控制截面的内力比较均匀、接近，且各内力峰值较小,恒载压力线和截面中心线重合的最合适拱轴线。

本桥由于有吊杆的存在，同时间距不大且等距，在运营阶段来说，恒载和活载所产生的力通过吊杆传给主拱圈，加到拱圈上的力和均布荷载差不多，所以选择拱轴轴线为抛物线。

3.2.3结构构造
1.主拱肋
本桥拱肋采用钢管混凝土桁架结构，在上下弦杆钢管内泵送50号混凝土，弦杆之间用钢管连接，腹杆和弦杆之间的钢管均为空钢管，横撑采用钢管内泵送50号混凝土，以充分发挥钢管混凝土承压能力强的特点，满足桁架弦杆受轴向压力较大的需要。

由于钢管混凝土拱桥设有很多柔性吊杆，同时间距都相等且不大，所以荷载接近于均布荷载，所以选择拱圈线形为抛物线形。

拱肋全高为4.0m ，上下弦杆各为两根φ800 mm ×16 mm 的Q345钢管；上、下弦杆两根并列钢管间用φ600 mm ×12 mm 的Q345空钢管；腹杆为φ400 mm ×10 mm 的Q345空钢管。

两条拱肋间设有五道H 形空间格构横撑，以保证主拱肋的横向稳定H 形横撑基本上是均匀分布，间距为24m,主拱肋横截面构造见图3.1：
ρ=3
7850k g /m
11
·
图3.1 拱肋横断面构造图 （尺寸单位：cm ）
2.吊杆
吊杆共30对60根，纵向间距8m ，采用PES7-73平行钢绞线成品拉索（1864Mpa ）,两端配置相应的冷铸锚，上端为张拉端，全部锚于上弦空钢管处，下端为固定端，锚于钢筋混凝土空心板梁上。

3.
横梁
本桥拱肋横向中心到中心的距离为13.2m ，此即为吊杆横向间距，因此横梁计算
跨径亦为13.2m 。

横梁为钢筋混凝土横梁，其重力为 2120kN;横梁全长为14.2m ，端部梁高为1.5m ，跨中梁高为1.2m,横梁外形尺寸见图
3.2
图3.2 横梁外形尺寸（尺寸单位：cm ）
4. 纵梁桥面系
拱上连续纵梁为厚0.6m 空心板,纵梁外形尺寸见图
3.3
图3.3 纵梁外形尺寸（尺寸单位：cm ）
桥面系主要由行车道梁和桥面铺装组成。

行车道梁为跨径9m 的钢筋混凝土空心板梁，梁高0.6m ，简支搁置于横梁上。

（横梁上安放橡胶支座）。

桥面铺装为0.1m厚的混凝土+0.1m沥青混凝土铺装层，行车道横向坡度为2.0%,行道为2.0%,栏杆和扶手均用钢筋混凝土。

5.拱上立柱
拱上立柱为钢筋混凝土的柱式立柱，直径1.0m,拱上立柱的盖梁为C50的钢筋混凝土结构，高为1.5m。

6.拱座
由于地质条件良好，拱座主要采用实体式的台阶式的钢筋混凝土结构
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13
第4章主拱内力计算及组合
4.1主拱结构计算图示
全桥都模拟成杆件单元，由于拱脚处的拱座刚度很大，有一定的抗弯能力，所以模拟成无铰拱结构进行力学计算，其结构计算简图见图4.1。

图4.1结构计算简图
4.2主拱肋结构静力计算
4.2.1合理的拱轴线
本桥由于有吊杆的存在，同时间距不大且等距，在运营阶段来说，恒载和活载所产生的力通过吊杆传给主拱圈，加到拱圈上的力和均布荷载差不多，所以选择拱轴轴线为抛物线。

4.2.2计算跨径、计算矢高和、标准跨径和标准矢高
本桥L=200ｍ,f=L/5=44.44m ，h=4.0m, ,计算得，0.6644，=0.7474. 主拱圈的标准跨径和标准矢高为：
=L-h =197m
f o =f-h/2+h j ϕcos /2=43.77m 4.2.3结构单元的选取和划分
我用的midas 建的模，建模时建出了空间整体形状，全桥都采用杆件系统，全桥划分为1368个单元，钢管拱整体划分为1118个单元，上下弦管拱划分为432个单元，连接上下弦管的腹杆沿拱划分为651个单元，风撑划分为35个单元，纵梁划分为104个单元，横梁划分为100个单元，两边的拱上立柱划分为4个单元，每根吊杆划分成一个单元，总共42个单元。

另外桥面铺装不划分单元，以荷载的形式进行加载。

特别值得一提的是由于是钢管混凝土桥型，钢管里面的混凝土时在拱肋在吊装合拢之后泵送，在midas
建模过程中将钢管和混凝土在不同阶段施工，最终一组合截面受力，
cos j ϕ=s i n j ϕ s i n j ϕ
因此成桥状态我用的是组合截面，施工时用的是联合截面来模拟。

模型单元图见图4.2
图4.2模型单元简图
4.2.4施工和营运阶段结构内力的计算
钢管混凝土结构施工阶段实际应该大体分为几个时期：
第一阶段：墩台施工。

第二阶段：缆索吊装施工，拼装拱圈钢管，每支钢管分段拼装，合龙，每拼装一段，阶段受力情况均不相同，合拢后，封铰。

第三阶段：拱合龙之后，焊接钢板和腹杆，形成裸拱结构，受力情况变化，钢结构承受恒载，进行体系转化，加横撑结构。

第四阶段：裸拱施工完毕后，对主拱钢管和钢板内泵送混凝土，先下弦再上弦，形成钢管混凝土裸拱结构，钢结构和混凝土结构分别承受恒载作用，待混凝土逐渐凝结，与钢管结构形成套箍作用，钢结构与混凝土共同形成组合结构共同受力。

第五阶段：吊杆和横梁施工。

第六阶段：纵梁施工，吊杆之间纵梁先简支，然后二期施工浇注混凝土，连接形成连续结构。

第七阶段：成桥状态，未施加二期恒载。

第八阶段：成桥状态，施加桥面铺装，人行道，栏杆等。

第九阶段：考虑混凝土收缩，徐变
使用阶段：成桥状态时，恒载和活载的内力计算组合，同时对钢管截面进行验算。

由于知识有限，时间不足，在向老师的建议下，我没有对拱桥的具体施工顺序进行分析，而是对施工程序进行了简化具体如下：
第一阶段：钢管拱一次成架,包含风撑、立柱。

第二阶段：对主拱钢管灌注混凝土，形成钢管混凝土裸拱结构，钢结构和混凝土
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结构分别承受恒载作用，待混凝土逐渐凝结，与钢管结构形成套箍作用，钢结构与混凝土共同形成组合结构共同受力。

第三阶段：吊杆横梁施工。

第四阶段：纵梁施工，吊杆之间纵梁先简支，然后二期施工浇注混凝土，连接形成连续结构。

第五阶段：成桥状态，施加桥面铺装，人行道，栏杆等 第六阶段：考虑混凝土收缩，徐变。

使用阶段：成桥状态时，恒载和活载的内力计算组合，同时对钢管截面进行验算。

1.杆件单元材料性质和截面特性的处理
（1）将钢和混凝土两种材料换算成同一种材料，换算公式如下：
式（4.1） 式（4.2） 式（4.3） 式中：—混凝土弹性模量（50号）；—钢弹性模量（Q345钢） —换算材料弹性模量； —钢面积；
—混凝土面积； —换算材料面积； —混凝土惯矩； —钢惯矩； —换算材料惯矩； —钢容重；
—混凝土容重； —换算材料容重；
单根弦管材料和截面特性为:
E c =3.45×410MPa, E g =2.06×510Mpa,
A c =2/4πd =π×/42768=4632472mm
A g =22()/4ππ-=D d ×22（800-768）/4=394082mm
I c =4/64768/64170771.2545410mm ππ=⨯=⨯d
Ig=44()/64(768)/64445480030290.6710mm ππ-=⨯-=⨯D d /c γ=325kN m , /γ=g 376.98kN m
取换算材料截面为直径等于弦杆外径的圆形截面，则：
2/48/4502655200ππ==⨯=A D 2mm
4/64/64201061.945480010mm ππ==⨯=⨯I D ()/44.7945610MPa =+=⨯E E A E A A c c g g 3()/29.075/γγγ=+=A A A kN m c c g g
E I EI E I cc gg +=E A EA E A cc g g
+=A A c c g g A
γγγ+=E c E g E A g A c A I c I g I g γc γγ
上式中d、D为拱肋钢管内外直径，见图4.3.
D=800mm ｄ=768mm
图4.3 拱肋横断面
2.主拱肋的内力
（一）第一阶段，拱肋合拢后，上弦杆、下弦杆都未灌注，这时得到所有单元和节点的内力，因为两边桁架拱内力对称，对比后发现上弦杆内力都比下弦杆内力大，所以这里仅列出上弦杆中内力较大的弦杆的拱脚处（106单元，106节点）、拱上横梁处（110单元，110节点）、拱4/L处（1372单元,721节点）、拱3L/8处（1376单元，725节点）、拱顶（131单元，132节点）、拱5L/8处（138单元，726节点）、拱3L/4处（1381单元，730节点）、拱L端拱上横梁处（154单元，154节点处）、拱L处（157单元，158节点）；这些内力见表4.1。

表4.1
（二）第二阶段，拱合拢后，上下弦管充混凝土，但未凝固，只考虑自重，不考虑受力。

这时得到的上弦杆拱脚处（106单元，106节点）、拱上横梁处（110单元，110节点）、拱4/L处（1372单元,721节点）、拱3L/8处（1376单元，725节点）、拱顶（131单元，132节点）、拱5L/8处（138单元，726节点）、拱3L/4处（1381单元，730节点）、拱L端拱上横梁处（154单元，154节点处）、拱脚L处（157单元，158节点）；这些内力见表4.2
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表4.2
(三)第三阶段，上、下弦管混凝土参与受力，安装吊杆横梁后。

这时得到的上弦杆拱脚处（106单元，106节点）、拱上横梁处（110单元，110节点）、拱4/L处（1372单元,721节点）、拱3L/8处（1376单元，725节点）、拱顶（131单元，132节点）、拱5L/8处（138单元，726节点）、拱3L/4处（1381单元，730节点）、拱L端拱上横梁处（154单元，154节点处）、拱脚L处（157单元，158节点）；这些内力见表4.3
表4.3
（四）第四阶段，安装完纵梁后。

这时得到的上弦杆拱脚处（106单元，106节点）、拱上横梁处（110单元，110节点）、拱4/L处（1372单元,721节点）、拱3L/8处（1376单元，725节点）、拱顶（131单元，132节点）、拱5L/8处（138单元，726节点）、拱3L/4处（1381单元，730节点）、拱L端拱上横梁处（154单元，154节点处）、拱脚L处（157单元，158节点）；这些内力见表4.4
4.4
表
106节点）、拱上横梁处（110单元，110节点）、拱4/L处（1372单元,721节点）、拱
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3L/8处（1376单元，725节点）、拱顶（131单元，132节点）、拱5L/8处（138单元，726节点）、拱3L/4处（1381单元，730节点）、拱L端拱上横梁处（154单元，154节点处）、拱脚L处（157单元，158节点）；这些内力见表4.5
表4.5
（六）第六阶段，使用阶段：在midas建模过程中，将收缩、徐变影响考虑到了施工阶段过程之中，但在使用阶段活载中还要单独考虑收缩、徐变的影响，因为midas 并未将这影响计入到使用效应的结构重力效应之中了，而且还要考虑其它活载（温度、汽车荷载、人群荷载）对全桥整体结构的影响，这里只对其一个上弦杆对拱L拱脚、拱L端拱与横梁相交截面、3L/4截面、5L/8截面、拱顶截面和一个下弦杆L拱脚截面3L/4截面、拱顶截面进行验算。

各截面在荷载下的总内力表
表4.6上弦管拱脚L（158号节点）的总内力
注：弯矩是使拱肋下缘受拉时为正，拱的轴向力压为正。

18。