目录第1章绪论 (1)1.1 选题的背景与意义 (1)1.2 铁路拱桥设计施工技术研究现状 (2)1.3 本文主要工作内容及其意义 (3)1.3.1 本文主要工作内容 (3)1.3.2 本文工作意义 (3)第2章钢管混凝土拱桥构造简介 (4)2.1 钢管混凝土拱桥的组成及结构 (4)2.2 钢管混凝土结构的特点 (5)2.3 构件构造 (5)第3章劲性骨架和扣索系统的仿真分析 (7)3.1 工程背景 (7)3.1.1桥址概况 (7)3.1.2主要技术标准 (7)3.1.3线路资料 (7)3.1.4地质资料 (8)3.1.5水文资料 (8)3.1.6气象资料 (8)3.1.7立交资料 (9)3.1.8通航资料 (9)3.1.9本桥采用参考图号 (9)3.1.10孔跨布置 (9)3.1.11墩台及基础 (10)3.1.12主桥1-140m上承式拱桥设计 (10)3.2 劲性骨架施工过程基于MIDAS的模型建立 (14)3.2.1 MIDAS软件的基本介绍 (14)3.2.2 劲性骨架和扣索基于MIDAS的仿真模型 (14)3.2.3扣塔结构基于MIDAS的仿真模型 (24)第4章混凝土浇筑基于MIDAS软件的仿真分析 (28)4.1 工程简介 (28)4.2 混凝土拱圈浇筑基于MIDAS的模拟 (29)4.2.1 结构建模 (29)4.2.2 结果分析 (30)第5章拱上立柱浇筑基于MIDAS软件的仿真分析 (35)5.1 工程简介 (35)5.2 拱上立柱施工基于MIDAS的模拟 (36)5.2.1 结构建模 (36)5.2.2 结果分析 (36)第6章桥面施工及桥面荷载基于MIDAS软件的仿真分析 (38)6.1 桥面施工 (38)6.1.1 工程简介 (38)6.1.2 桥面施工过程基于MIDAS的模拟 (38)6.2运营阶段车辆荷载 (40)6.2.1 工程简介 (40)6.2.2 车辆荷载基于MIDAS的模拟 (40)第7章结论与展望 (44)7.1 结论 (44)7.2进一步研究的设想和建议 (44)参考文献 (45)致谢 (46)附录A (47)附录B (89)第1章绪论1.1 选题的背景与意义拱桥，由于造型美观，受力性能优越，历史文化内涵丰富，历来是我国桥梁结构的一种主要桥型。
拱桥的发展和其它桥梁一样，始终受力学、材料科学和施工技术的制约。
到公元18世纪，工业革命中钢铁的发展以及波特兰水泥的发明和钢筋混凝土的出现引发了桥梁的技术革命。
拱桥上部结构轻型化是拱桥发展的关键，而钢管混凝土结构解决了拱桥材料高强化和拱圈施工轻型化的两大难题，得到了迅速的应用推广。
钢管混凝土拱桥技术日益提高，是拱桥的发展方向。
世界上最早修建的钢管混凝土拱桥是上世纪30年代前苏联建造的跨越列宁格勒涅瓦河的跨度为101m拱梁组合体系桥和位于西伯利亚跨度为140m的析肋拱桥。
以后又出现了曾创下世界记录的跨度为390m的前南斯拉夫KRK大桥。
然而，钢管混凝土拱桥的真正发展是在90年代的中国。
1990年建成的四川宜宾南门金沙江大桥为标志系中承式劲性骨架混凝土肋拱桥，跨度240m，居当时中承式拱桥世界第一；1995年广东省建成了跨度200m的南海三山西中承钢管混凝土拱桥、居钢管混凝土拱桥世界第一。
1996年建成的广西邕宁邕江大桥跨度选312m，把中承式劲性骨架混凝土拱桥世界记录提高了72m；四川万县长江大桥就是劲性骨架混凝土拱桥，该桥跨度420m，把上承式拱桥的世界记录由南斯拉夫KRK大桥的390m提高了30m.。
这些跨度记录和取得的设计施工经验及科研成果说明，目前我国拱桥已面跃居世界拱桥先进行列。
随着经济建设的迅速发展，我国城市交通的桥梁建设亦进入迅速发展时期。
为改善城市交通，加强与周围地区的联系，人们日益要求跨越江河、海湾和山谷，建造安全、经济和轻盈美观的大跨桥梁。
为此，除需要改进桥梁设计计算的理论和方法外，还需要改进架桥的施工技术和发展高强轻质的新结构材料。
拱桥的施工大致可以归纳为两大类：有支架施工和无支架施工。
有支架施工主要用于中小跨径的石拱桥和钢筋混凝土拱桥(现浇混凝土拱桥及混凝土预制块砌筑的拱桥)；无支架施工主要用于大跨度拱桥。
常用的无支架施工方法有：悬臂施工法、缆索吊装施工法和转体施工法等。
钢管混凝土正是这种高强轻质且便于施工的高效结构材料，其单位质量的承载力与钢材接近，甚至可能比钢材还要强；其钢管兼具安装架设阶段的劲性骨架、灌注混凝土阶段的模板和钢筋、以及运营阶段对核心混凝土的套箍约束等多种功能，较全面地解决了桥梁结构所要求的用料省、安装重量轻、施工简便、承载能力大等诸多矛盾。
所以钢管混凝土被公认为是建造大跨度拱桥的一种比较理想的结构材料。
同时，本课题以在建的向莆铁路某钢管拱特大桥为依托，对大跨度钢管拱桥的设计、施工方法进行研究，所使用的设计计算方法和相应的施工技术都属于当前国内铁路拱桥的主流方向，对该课题的研究学习，对我们今后的学习和工作具有重要意义，对实际工程的建设也具有一定的参考价值。
1.2 铁路拱桥设计施工技术研究现状根据国内外大跨度拱桥设计与施工的经验，劲性骨架在修建拱桥时既是便利的施工受力结构，采用钢管混凝土结构作弦杆后，强度与稳定性都较易得到保证；又是成桥后理想的受力结构．不浪费材料。
因此，劲性骨架施工适用于特大跨度拱桥施工，在铁路桥梁中应用广泛。
在我国，铁路劲性骨架混凝土拱桥由于铁路拱桥的荷载特点、结构型式和安装方法形成了钢管结构制作与安装工艺的复杂性和特殊性, 形成了铁路钢管拱桥整个施工工艺的核心。
如何简化铁路拱桥劲性骨架的设计和施工成为当前研究的热点和难点。
铁路大跨度钢管混凝土拱桥就目前情况看, 结构的制作和安装工艺具有“高、难、新”的特点, 施工时, 必须充分利用工厂制作的优势条件, 重点放在结构工地焊接质量的保证和安装精度的控制上, 围绕它, 要形成制作安装工艺和质量保障系统。
施工方法是大跨径拱桥最关键的技术。
我国钢管混凝土拱桥的空钢管拱肋架设由以往的满堂支架上施工发展到无支架施工。
目前我国拱桥主要施工方法有：转体施工法、缆索吊装法、支架施工法、悬臂拼装法等。
转体法施工可减少大量的高空作业，施工安全、质量可靠，节省较多的临时支架，并可大幅度的减少对桥下交通的干扰，是具有明显技术、经济效益的一种桥梁施工方法。
转体法施工有平面转体、竖向转体和平竖结合转体三种。
缆索吊装施工是目前拱桥劲性骨架施工的主要方法之一。
其工序大致包括：拱肋的预制、拱肋的移运和吊装、主拱圈的安装、拱上建筑施工、桥面结构施工等。
缆索吊车由塔架、主索、牵引索、起重索、起重小车(行车)和风缆等构成。
有支架施工常用满堂拱架、墩梁拱架、拱式拱架等。
其优点是比较简单，但占用大量器材。
我国现有常备式钢拱架有两种：工字梁拱式拱架和桁架式拱架。
另外还可以用其它制式构件组拼拱式拱架。
特别常见的是利用军用器材，这种器材具有结构简单、拼组方便、适应性强、机械化作业程度要求低等特点。
悬臂施工法施工要点是：将拱圈(肋)、立柱与纵、横梁对称地分成几段，加上临时斜拉(压)杆、上弦杆预先组成桁式框架，用拉杆或缆索锚固于台后，然后用扒杆或吊车向跨中逐段悬臂施工，最后在拱顶合龙成拱。
以上四种方法各有利弊，在实际中，要综合分析选择实现工程效益的最优的一种。
1.3 本文主要工作内容及其意义1.3.1本文主要工作内容以在建的向莆铁路某钢管拱特大桥为依托，对大跨度钢管拱桥的设计、施工方法进行研究。
本课题主要针对悬臂拼装法进行施工技术分析。
因此，本文主要研究以下几个问题：(1)劲性骨架施工过程基于MIDAS软件的模型建立(2)混凝土浇筑（四环六面法）基于MIDAS软件的模型建立(3)拱上立柱施工基于MIDAS软件的模型的简化和计算(4)桥面部分及桥面荷载基于MIDAS软件的模型的简化和计算1.3.2本文工作意义本课题以在建的向莆铁路某钢管拱特大桥为依托，对大跨度钢管拱桥的设计、施工方法进行研究，所使用的设计计算方法和相应的施工技术都属于当前国内铁路拱桥的主流方向，对该课题的研究学习，对我们今后的学习和工作具有重要意义，对实际工程的建设也具有一定的参考价值。
本文在系统的介绍了铁路劲性骨架混凝土拱桥概况之后，采用悬臂拼装法施工，使用目前应用广泛的通用大型有限元分析软件MIDAS 对工程实际施工的全过程进行模拟和分析，得出一些结论，对实际施工和相关研究具有一定的参考价值。
第2章钢管混凝土拱桥构造简介钢管混凝土用在拱桥上有两种形式：一是直接用做主拱结构，即钢管混凝土拱桥；二是利用钢管混凝土作为劲性骨架，然后围绕骨架浇筑混凝土，把骨架作为混凝土的钢筋骨架，不再拆除。
后者严格来讲应该称为钢筋混凝土劲性骨架拱桥，而本文研究的即是此类型拱桥。
2.1 钢管混凝土拱桥的组成及结构钢管混凝土拱桥由钢管混凝土拱肋、立柱或吊杆、横撑、行车道系、下部构造等组成。
钢管混凝土拱肋是主要的承重结构，它承受桥上的全部荷载，并将荷载传递给墩台和基础。
钢管混凝土拱桥结构轻盈，恒载集度比较均衡，因此拱轴系数比较小，一般在1.167~2.24之间，跨径小者取大值，跨径大者取小值，矢跨比在14~18之间比较合理。
拱轴线采用悬链线或二次抛物线。
根据行车道的位置，钢管混凝土拱桥亦分为上承式、中承式及下承式三种情况。
本课题研究的是上承式拱桥的悬拼施工。
图2-1 上承式拱桥正面图2.2 钢管混凝土结构的特点(1)构件承载力大大提高①由于钢管内混凝土处于三向受压状态，因此不但提高了承载力，而且还增加了极限压缩应变，这是钢管混凝土结构承载力提高的根本原因。
②薄壁钢管在轴心压力作用下，管壁上存在凸凹缺陷，因而有稳定控制的承载力较低。
对于钢管混凝土构件，钢管保护了混凝土，使其三向受压，而混凝土又保证了薄壁钢管的局部稳定，相互弥补了彼此的缺点，充分发挥了彼此的有点，因而承载力提高。
(2)具有良好的塑性和韧性试验表明，当含钢率大于4%时，钢管混凝土柱在破坏阶段，柱长可以压缩到原长的23，完全无脆性破坏的性质。
由于钢管中混凝土已由脆性破坏转为塑性破坏因而整个构件呈现弹性工作、塑性破坏的特征。
(3)结构自重和造价均较低与钢结构相比钢管混凝土柱可节约钢材50%左右，造价亦可降低。
与钢筋混凝土柱相比，节约混凝土约80%，减轻自重约70%，而耗钢量和造价基本相等。
(4)施工简单，缩短工期①与钢结构柱相比，零部件少，焊缝短，构造简单。
②与钢筋混凝土柱不同，钢管混凝土柱的钢管即为模板，免除了支模、绑扎钢筋和拆模等工序。
节约材料并可有效缩短工期。
(5)防腐、防火性能好①由于管内有混凝土存在，钢管的可锈蚀面积减少50%，仅需作外部防锈。
可采用刷漆、镀锌或镀铝等方法进行防锈处理，防腐工艺简单。