单跨30m上承式钢管混凝土拱桥设计50m Single-span Concrete Filled Steel TubularArch Bridge Design摘要近几十年来，随着科学技术的进步，国民经济的蓬勃发展，国家基础设施建设规模的不断扩大，我国桥梁建设取得了举世瞩目的成就，桥梁建筑技术也有了很大的进展。
其中钢管混凝土系杆拱桥是近年来我国桥梁建设新发展的桥型，具有强度大，自重轻，抗变形能力强的特点。
钢管混凝土结构在桥梁上的应用，同时解决了高强度材料的应用和施工的不方便两大难题，因而，钢管混凝土系杆拱桥在我国得到了迅速的发展。
现在钢管混凝土拱桥向着更大跨径、更大规模方向发展，同时应用区域和范围也不断扩大，在建的重庆朝天门大桥（钢桁架系杆拱）的跨径已达到552m，比上海卢浦大桥长2m，成为新的同类桥型世界之最。
此次设计是一50m钢筋混凝土柔性系杆拱桥，桥全长54m，桥面净宽9+2×0.5m，矢跨比采用1/5，采用二次抛物线形式拱肋，拱肋截面为哑铃型，设计荷载为公路一级，双向四车道。
运用Midas Civil软件完成建模和施工阶段受力分析。
取分析数据作为结构设计的依据。
通过此次设计，对桥梁设计的全过程有一个从概念上到实际上的了解，加深对桥梁设计规范的掌握程度，同时也学会了运用桥梁软件Midas Civil。
关键词：钢管混凝土；Midas Civil；上承式拱桥ABSTRACTIn recent decades，our country economy stability increases and the scientific technology develops quickly，more investment is put into the fundamental facilities，we accomplish a lot of great construction of bridges and a large improvement also be made in bridge construction technology.In our country，concrete fitted steel tubular (CFST) arch bridge is a new technique accompanied with bridge construction recently which are light deadweight，high strength and high resistance to deformation. It has solved two difficult of application and erection of high strength material in arch bridge. The CFST arch bridge has being developed quickly in our country. Now CFST arch bridge toward more and morelarge-scale direction, but also regional and scope of application expanded, Chaotianmen Bridge under construction (steel tied arch truss) the span has reached 552m, compared with the Lupu Bridge length2m, a new kind of bridge in the world. The design is a 50m flexible reinforced concrete arch bridge, bridge length 54m, bridge clear width 9 +2 × 0.5m, span ratio is 1 / 5, with parabolic arch forms, arch cross section for the dumbbell type, design load for the road level, two-way four lanes. Complete the modeling software using Midas Civil and Mechanical Analysis of the construction phase. Analysis of data taken as a basis for structural design. With this design, bridge design process from concept to a practical understanding of the mastery of bridge design specifications, but also learned to use bridge software Midas Civil.Key words：concrete fitted steel tubular (CFST) arch bridge；Midas Civil；through arch目录第1章钢管拱桥发展概况 (1)1.1钢管混凝土拱桥的发展概况 (1)1.2钢管混凝土拱桥的特点 (2)1.3上承式结构拱桥简介 (2)第2章Midas Civil软件的介绍 (3)第3章建模过程 (5)3.1桥梁设计基本参数的选取 (5)3.1.1拱肋材料及尺寸 (5)3.1.2主梁材料及基本构造 (6)3.1.3立柱与横向连接 (7)3.1.4盖梁于横梁的基本构造 (7)3.2利用Midas Civil软件的建模过程 (8)3.2.1材料的基本设定 (8)3.2.2截面的定义 (10)3.2.3节点的建立 (13)3.2.4单元的建立 (16)3.2.5边界条件的定义 (19)3.2.6荷载工况的定义 (20)3.2.7二期荷载的布置 (25)3.2.8自重转化为质量 (27)3.2.9荷载转化质量 (27)3.3运行结果 (28)3.3.1周期与振型 (28)3.3.2梁单元受力情况 (30)3.3.3显示反力 (31)3.3.4显示应力 (31)3.3.5显示影响线 (32)第4章检算过程 (34)4.1内力作用组合 (34)4.1.1作效应用组合基本原理 (34)4.1.2冲击系数 (34)4.1.3 主梁内力作用组合 (35)4.1.4 拱肋内力作用效应组合 (35)4.2 主梁内力计算 (37)4.2.1普通钢筋的估算及布置......................................................... 错误！未定义书签。
4.3正截面承载力的计算 (38)4.3.1正截面承载力1/2截面处换算： (38)4.3.2正截面承载力1/4截面处换算： (38)4.3.3正截面承载力拱脚截面处换算： (39)4.4斜截面抗剪承载力计算 (39)4.5主梁预拱度计算 (41)4.5.1荷载短期效用作用下主梁挠度验算 (41)4.5.2预拱度的设置 (42)4.6拱肋计算 (42)4.6.1正截面应力计算 (42)4.6.2变形计算 (43)4.6.3拱肋预拱度计算 (43)毕业设计总结 (45)致谢 (46)参考资料及设计规范 (47)外文资料及译文 (49)毕业设计任务书 (57)设计进度计划表 (63)第1章钢管拱桥发展概况1.1钢管混凝土系杆拱桥的发展概况世界上最早修建的钢管混凝土拱桥是20世纪30年代前苏联建造的跨越列宁格勒涅瓦河跨度为100m的拱梁组合体系桥和位于西伯利亚跨度为140m的桁肋拱桥[1]。
系杆拱桥起源于十九世纪末的欧洲，1858年奥地利人兰格尔(Josef Langer) 申报了刚性梁柔性拱的系杆拱桥专利，强调拱肋和吊杆之间铰接构造，拱肋只承受轴向力，不承受弯矩，这就是现代系杆拱桥的早期形式。
随后，尼尔森(Q.F.Nelsen)提出了用斜吊杆代替兰格尔梁中的竖吊杆，大幅度提高了系杆拱桥刚度。
因此，斜吊杆形式的系杆拱桥又被称为尼尔森体系。
二战以后，德、日、美等国对已有桥型进行了一定的研究与实践[9]。
1962年德国建成了世界上第一座提篮形拱肋的费马恩松德(Fehirnamsund)桥，主跨248.4m，矢高43m，桥面宽21m，单线铁路与三车道公路并行。
1968年日本建成了第一座尼尔森一洛斯（Nelsen一Rohse)体系桥——主跨110m 的安岐桥，在此后的二十多年中，先后修建了10多座200m左右跨度的提篮形拱肋的尼尔森洛斯体系桥梁，其中1991年7月建成的新滨寺桥，跨度达到了254m，成为了世界上最大跨度的尼尔森一洛斯体系桥梁[13-14]。
在我国，钢管混凝土拱桥真正的发展是在 20 世纪 90 年代的中国。
我国第一座钢管混凝土拱桥是 1990 年建成的四川旺苍东河大桥，跨径 110m，据不完全统计，十多年来在我国己建的和在建的钢管混凝土拱桥约有 200 多座，其中跨径超过 200m 的有 30 多座。
1995 年，广东三山西大桥是第一座跨径超过200m 的钢管混凝土拱桥，也是第一座飞燕式拱桥。
飞燕式钢管混凝土拱桥通过张拉系杆来平衡主拱所产生的大部分水平推力，大大降低了平原或软基地区拱桥下部与基础的工程量与造价，且造型美观在我国得到了迅速发展，相继建成的有武汉市江汉五桥、江苏徐州京杭运河特大桥、南昌市生米特大桥等。
尤其是建成于 2000 年跨径组合 76+360+76 的丫髻沙大桥，把这一桥型，也可以说把钢管混凝土拱桥的跨径推上了一个新的台阶。
近几年来，设计者对拱肋结构进行了更进一步研究，拱肋截面形式有了进一步的发展如:单圆形、哑铃形、多肢析式、横哑铃析式和箱肋式等；施工方法也逐步成熟，主要有支架法、一般吊装法、转体吊装法、转体施工法和斜拉扣挂法。
钢管混凝土系杆拱桥技术在我国得到了突飞猛进的发展[15-19]。
1.2钢管混凝土拱桥的特点拱桥作为压弯结构，随着跨径的增大，高强材料的应用受到稳定问题的制约，钢筋混凝土和预应力混凝土拱桥由于自重较大，施工架设问题较为突出。
而钢管混凝土拱桥由于受力过程中钢管和混凝土共同作用，充分发挥了两种材料的特性，有效的解决了材料高强度和施工架设的两大问题。
钢管混凝土拱桥的跨越能力较钢筋混凝土拱桥有了较大的提高，除了具有钢筋混凝土拱桥的优点外，还具有以下优点[1] 、[2-7]。
(l)受力合理。