桁架拱桥设计

下弦杆为受压杆件，一般以靠近支点的压力最大，向跨中逐渐减少，下弦杆所受压力可以按全部由混 凝土承受，所以下弦杆一般按构造配筋，纵向钢筋直径不小于12mm,纵向钢筋与混凝土侧面的净距不小于 凝土承受，所以下弦杆一般按构造配筋，纵向钢筋直径不小于12mm,纵向钢筋与混凝土侧面的净距不小于 25mm，箍筋直径不小于6mm，箍筋间距应不小于纵向钢筋直径的15倍，或构件横截面的较小尺寸，并且 25mm，箍筋直径不小于6mm，箍筋间距应不小于纵向钢筋直径的15倍，或构件横截面的较小尺寸，并且 不小于400mm。 不小于400mm。 上弦杆一般也为受压杆件，但因在局部荷载作用下杆件受弯，故应按受弯杆件考虑，端节点上弦杆有 可能受拉，并且局部受弯是最大的，因此端上弦杆是控制设计的主要杆件。腹杆中受压杆件，也仅按构造 配筋，受拉杆件仅按轴心受拉杆件配筋，考虑拉力全部由受拉钢筋承受，并沿轴线或平行于轴线布置， 实腹为压弯杆件，按计算的几个截面配筋。 要加强靠近实腹段节点内短腹杆两端侧面的局部配筋，因为此处次应力较大，在桁架拱片的拱脚也应 加强配筋。 具体的钢筋设置可按结构设计原理及有关规范进行。 由于是钢筋混凝土构件，按规范要求，需进行承载能力极限状态和正常使用极限状态计算。 施工阶段配筋及应力校核，施工阶段配筋及应力计算，按弹性阶段进行，即按容许应力法，截面符合 平截面假定，受压区混凝土的法向应力图形为三角形，受拉区出现裂缝后，受拉区混凝土不参加工作，拉 应力全部由钢筋承受。
十 一 抗风和抗震计算： 根据桥址，查询当地气象资料，确定计算参数， 并按《公路工程抗震设计规范》 并按《公路工程抗震设计规范》的要求，进行抗震设 计。 十二 稳定计算： 由于桁式结构的杆件以承受轴力为主这一特点， 对必要杆件进行整体和局部稳定计算。 下图为一桁架拱桥的图片
营运阶段配筋设计时，弯起钢筋与梁轴线的夹角按 450布置，第一排斜钢筋距支座的距离为h/2，以后每 布置，第一排斜钢筋距支座的距离为h/2，以后每 排斜筋末端弯折点与前一排斜筋的弯起的重合。如下 图所示：
六 使用阶段的正应力验算：
使用阶段预应力损失已全部完成，因此有效预应 力很小，对于全预应力混凝土构件，在使用荷载作用 下，受拉区的法向应力（扣除全部预应力损失）应符 合规范规定。 七 施工阶段的正应力验算： 这一阶段主要承受预加力和构件自重的作用，此 时预加力非常大，而外荷载最小，应力计算公式按规 范采用，并且应符合规范规定的限值。 八 变形和裂缝验算： 规范规定，钢筋混凝土（以及预应力混凝土）桁 架式，以汽车荷载计算的上部构造最大挠度，不应超 过计算跨径的1/800。 过计算跨径的1/800。
桁架拱桥设计
桁架拱桥在力学性能的优点可通过空间结构分析，模 型试验和实桥静，动载试验，证明桁式组合拱桥具有 良好的稳定性能和抗风，抗震性能。 桁架拱桥由于拱上建筑联合作用好，且受力比较均匀， 所以，各杆件均可能采用较小的尺寸，从而减小工程 数量和结构自重。 桁架拱桥与桁架伸臂的施工方法相配合，在结构杆件 和材料的有效利用方面，将等到比较理想的结果。 下面是桁架拱桥的主要设计步骤：
二. 结构布置: 结构布置:
（1）根据地理条件确定桥梁净跨径L0 ）根据地理条件确定桥梁净跨径L （2）根据地形和地质条件及桥下净空要求，通过技术经济比较来确定净矢跨比f0/L0 ）根据地形和地质条件及桥下净空要求，通过技术经济比较来确定净矢跨比f 一般为1/6—1/10之间 矢跨比小，水平推力大，矢跨比大，则水平推力小, 一般为1/6—1/10之间 ，矢跨比小，水平推力大，矢跨比大，则水平推力小, 但是自 重增加，地质较差时可采用较大的矢跨比以减少水平推力，相反可以采用较小的矢 跨比。 (3) 桥面纵横坡： 按照规范要求确定桥面纵坡与横坡。
（3）预应力引起的附加内力计算：
计算各杆件由于预应力引起的附加力。
（4）荷载组合：
根据规范要求对各内力进行荷载组合，根据《桥规》 根据规范要求对各内力进行荷载组合，根据《桥规》规定，构件按极限状态设计的 原则是：荷载效应不利组合的设计值小于或等于结构抗力效应的设计值，即
r0s≤R(fd,ad)
五 . 配筋计算： 配筋计算：
营运阶段强度校核，假定受压区混凝土应力达到抗压强度设计值，受弯，大偏心受压，大
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偏心受压构件的受拉钢筋达到抗拉设计强度，受拉区 混凝土不参加工作，拉应力全部由钢筋承受。 斜截面应力和强度主要计算原则和公式： （1）施工阶段配筋设计时： 当σz1 ≤0.25R1b时，主拉应力全部由混凝土承受，抗 剪钢筋按构造要求设置； 当σz1 ＞1.3R1b时，应加大截面尺寸或提高混凝土标 号。 （2）营运阶段配筋设计时： 同样按规范要求进行配筋，且箍筋的最小配筋率采用 光圆钢筋 µKmin=0.0018
实腹段截面尺寸根据桁架截面尺寸而定
（2）各杆件计算长度及几何特性值：
根据选择的下弦杆及上弦杆轴线形状，画出轮廓图，确定各节点的坐标及各 杆件的长度，并计算确定的各截面的几何特性值。
四. 拱片内力计算： 拱片内力计算：
根据拱架的受力特性进行简化计算，桁架拱外部为一次超静定结构，内部为各结 点刚结的高次超静定结构。
（1）怛载内力计算：
桥面系怛载包括：桥面现浇混凝土层，行车道板，人行道路板，悬臂挑梁，栏杆等 质量总和。换算为拱片自重线性荷载，横向联结系以集中力形式作用于相应位置的上弦
节点上。一孔桁件段总重，实体段总重和横向联系总重之和即是每片拱片总重，换 算为桁架片每米怛重。
（2） 活载内力计算：
活载内力计算采用计算出每根杆件的轴向力与杆端弯矩影响线，以及实腹段每个截 面的轴力和弯矩影响线后，再将活载按最不利位置布置计算出内力。 由于是超静定结构，须计算横向分布系数m与冲击系数µ 由于是超静定结构，须计算横向分布系数m与冲击系数µ按《公路桥涵设计通用 规范》 JTJ021—89）查得。 规范》（JTJ021—89）查得。 计算出的活载内力须乘以横向分布系数及冲击系数
钢筋混凝土构件的裂缝宽度，按照下列公式计算：
δfmin =C1C2C3σ /E (30+d)/(0.28+10µ)
g g
计算出来的裂缝宽度应符合规范规定。 九 局部承压计算： 对于构件的局部区段属于局部承压构件的须进行 局部承压计算，并按规范规定的公式进行计算，并进 行抗裂强度计算，并符合规定。 十 动力计算： 由于钢筋混凝土结构除承受静荷载外，还承受动 荷载，动荷载将产生桥梁振动，产生惯性力，使结构 杆件的应力增大，在一定条件下，应力增大会导致桥 梁结构的破坏。
三. 尺寸拟定: 尺寸拟定:
确定桁架拱片形式，有斜杆式 ,竖杆式和桁架拱肋式，各有优缺点，根据实际情 况选取，以此确定桁架的片数与间距，双车道桥面板一般取出3 况选取，以此确定桁架的片数与间距，双车道桥面板一般取出3 ～ 4片。下弦杆轴线 一般取二次抛物线或m值较小的悬链线。实腹段长度一般取为L 一般取二次抛物线或m值较小的悬链线。实腹段长度一般取为L1=（0.3 ～ 0.5）L0 0.5）
一 .设计标准及依据：
（1）设计标准： 根据设计条件确定设计荷载与桥面净空 （2）依据设计规范： 交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》 交通部部标准《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）2004年。 D60-2004）2004年。 简称《桥规1 简称《桥规1》 《公路桥涵设计通用规范》JTJ021—89 公路桥涵设计通用规范》JTJ021— 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》TJT023—85 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》TJT023— 《公路设计手册-拱桥》上下册，人民交通出版社，1978。简称《拱 公路设计手册-拱桥》上下册，人民交通出版社，1978。简称《 桥》 （3）材料规格： 确定混凝土强度等级及钢筋规格（包括普通钢筋及预应力筋）
（1）杆件尺寸的拟定：
跨中实腹段截面总高度H=K（ 跨中实腹段截面总高度H=K（20+0.015L0）㎝ 。L0为净跨径，K汽 为净跨径，K 车载荷等级确定。 下弦杆截面高度H=（1/80～1/100） 下弦杆截面高度H=（1/80～1/100）L0 对于中小跨径取较大值，对 于较大跨径取较小值。 下弦杆截面宽度B=（ 下弦杆截面宽度B=（1/1.5 ～ 1/2）L0 一般常用跨径常 1/2） 取0.25 ～ 0.5m。 0.5m。 下弦杆最大节间长度一般不超过5m。 下弦杆最大节间长度一般不超过5m。 当采用空心桥面板时上弦杆可采用矩形截面，当采用微弯板桥面 时，宜有凸字形截面。 上弦截面高度可取（1/90～1/100） 上弦截面高度可取（1/90～1/100）L0 上弦杆节间长度入=(1/8 上弦杆节间长度入=(1/8 ～1/12)L0 一般情况下下弦杆的刚度大于上弦杆的刚度。 腹杆多为矩形截面 ，截面高度一般为下弦杆截面高度的1/1.5 ～1/2，腹杆截面的宽 ，截面高度一般为下弦杆截面高度的1/1.5 1/2，腹杆截面的宽 度也可与上下弦杆的宽度相同，也可小于其值。