图5-3 车辆荷载平面计算模型图
图5-4 车辆荷载和恒荷载平面计算模型图
M中=1.4×1984.125+1×2430.86=5208.74kN·m
5.9 建立全桥模型
图5-5 沈阳市辽河大桥三维有限元模型
图5-6 辽河大桥俯视模型图
图5-6 辽河大桥侧面模型图
图5-7 辽河大桥正面模型图
5.9.1 建立主拱圈模型
1． 桥面铺装及桥面排水 机动车道桥面铺装均采用10cm厚沥青混凝土铺装；人行道采用人行 道砖铺装。全桥共设8处共16套铸铁桥面排水管，桥面雨水直接排于桥 下河道。 2． 人行道板、路缘石及栏杆 人行道板采用10cm钢筋混凝土板，上设2cm厚水泥砂浆压花抹面； 路缘石采用现浇C30钢筋混凝土路缘石；人行道栏杆采用不锈钢管。 3． 伸缩缝 在主桥两侧和引桥桥台处各设一道D50型伸缩缝，全桥共设2道。 4． 支座 本拱桥拱肋与桥墩台固结，不设支座。
5.5 拱肋承载力计算：
按规程CECS28：90验算拱肋的强度。 哑铃型拱肋的截面换算面积： 式中：A0----格构柱横截面面积； Asi,Aci----分别为第i分肢的钢管横截面面积和核心混凝土的横截 面面积; n----肢数； Es----钢材弹性模量。 格构柱的整体承载力设计值按下式计算
N*=*12*0i （5-11）
（5-6）
其中，,，为钢材屈服极限，为混凝土抗压强度标准值，为约束效应 系数，系数，,,。 根据相关文献的计算比较结果，方法二不分抗压和受弯，统一取用 一个弹性变形模量是不合理的，方法三在计算钢管混凝土构件的刚度时 充分考虑了钢管对混凝土的套箍作用。依据方法三得到的轴压刚度往往 比实际构件的刚度偏大。方法一和方法三计算出的抗弯刚度比较接近。 同时根据方法三和方法一计算出的抗弯刚度比较接近。通过对三种刚度 简化计算结果比较分析，认为在计算钢管拱肋刚度时，应以方法一 《CECS 28：90》为准。
图5-1 车辆荷载在横梁跨中截面的受载图式
3． 横向分布的荷载计算
图5-8 车辆荷载在横梁跨中截面的作用效应影响线
进行四车道折减后P=120.4×5.32×0.67=429.15kN，在这里只考虑跨中 的最不利情况。 M汽=429.15×0.25×18.5=1984.125kN·m M静=0.125×63.5×18.5×18.5=2430.86 kN·m M人=0.125×15×18.5×18.5=574.22 kN·m 4． 平面计算模型(图5-9、图5-10)
4.5桥梁结构分析方法 4.5.1计算采用程序
本设计采用Midas/Civil有限元结构分析软件建立的参数化模型。利 用Midas/Civil的有限元分析命令就可以实现参数化建模、施加参数化荷 载与求解以及参数化后处理结果的显示，从而实现参数化有限元分析全 过程。在钢桁架拱桥的结构优化分析过程中可以简单的修改其中的参数 达到反复分析各种尺寸、不同荷载大多种设计方案或者序列性产品，极 大地提高分析效率，减少分析成本。
y *===18.72>16
则*1=1-0.0575=0.905
* e ----考虑偏心率影响的整体承载力折减系数； * e =，e0----柱较大弯矩端的轴向压力对格构柱压强重心轴的偏心距，
e0=M2/N，其中M为柱两端弯矩中之较大者；
h----在弯矩作用平面内的柱肢重心之间的距离； 则e*==1.032； 格构柱的整体承载力： 拱肋承载力满足要求。
5.4 毛截面几何特征计算
本设计采用分块面积法，计算公式如下： 毛截面面积：
（5-7）
各分块面积对上缘的静矩：
（5-8）
毛截面重心至梁顶的距离：
（5-9）
毛截面惯性矩计算公式：
（5-10）
式中：——分块面积； ——分块面积的重心至梁顶的距离； ——截面重心至梁顶的距离；
——各分块对上缘的面积距； ——分块面积对其自身重心轴的惯性矩。
5.8 横梁的计算
横梁的控制截面主要是跨中截面，所以在此对横梁的跨中截面进行 计算并与MIDAS软件进行对比。来分析验算MIDAS软件对此次拱桥设 计计算的可信性和可行性。
5.8.1按平面静力计算
1． 作用组合计算 验算组合=自重(1.000) +车辆荷载(1.400) 混凝土横梁计算跨径18.5m，厚700mm，梁高1350mm。 2． 纵向一列车轮和人群荷载对跨中横梁的计算荷载为(图5-7)： 跨中横梁受力影响线的面积= 梁上恒荷载：q=12.7×5=63.5kN/m
为合理拱轴线。对于钢析架拱桥而言，钢材具有良好的各向同性性 能，可以抵抗很大的拉压应力。因此，其对拱轴线的要求相对降低。在 己建成或在建的钢析架拱桥中，拱轴线的形式主要是二次抛物线和圆弧 线。本设计的采用二次抛物线拱轴线。
4.5.2荷载内力组合
1． 正常使用阶段 组合I：一期恒载+二期恒载+砼收缩徐变+预加应力+汽车荷载（含冲 击力）。 组合Ⅱ：一期恒载+二期恒载+砼收缩徐变+预加应力+汽车荷载（含 冲击力）+均匀升降温。
2． 施工阶段 按公路桥规荷载组合进行。
4.6主要建筑材料
1． 2． 3． 4． 5． 6． 7． 8． 9． 10． 11． 钢管拱肋内填充混凝土：C50微膨胀混凝土； 纵（系）梁混凝土：C50混凝土； 横梁：C50混凝土； 桥面板：C40混凝土； 桥面铺装：C40防水混凝土； 台身及背墙：C30混凝土； 承台：C30混凝土； 桩基：C25水下混凝土 ； 孔道压浆：水泥浆水灰比不大于0.4，标号不小于C40； 拱肋钢管及风撑：Q345C型钢材； 吊杆采用PES5—61低松弛镀锌高强钢丝，外包双层高密度聚乙烯 材料； 12． 预应力钢筋：纵梁及横梁采用Ryb=1860MPa、符合符合 ASTM·A416标准要求的Φj15.24mm的钢绞线，钢绞线弹性模量 Ey=1.95×105MPa，配以相应规格的OVM锚具，金属波纹管成孔； 13． 普通钢筋：Ⅰ级钢筋，Ⅱ级钢筋。
（5-3）
其中，为钢管混凝土杆件的弹性变形模量，为含钢率，、分别为混 凝土和钢的弹性模量。 3． 《DL 5099-97》推荐方法 该方法在大量实验的基础上，通过数值计算结果的回归分析给出了
拱肋刚度的如下简化计算公式： 组合拉压弹性模量：
（5-4）
比例极限： 钢管混凝土抗压屈服极限：
（5-5）
组合抗弯弹性模量：
5.6 拱肋稳定系数计算 5.7 作用组合
桥梁的结构计算采用车道荷载基本组合，局部计算采用车辆荷载基 本组合。结构计算：组合=1.000×自重+1.400×车道荷载 横梁计算：验算组合=1.000×自重+1.400×车辆荷载 车道荷载：公路—I级，双车道； 汽车荷载横向分布系数：1.2（横向分布系数采用杠杆原理法）； 冲击系数按照《公桥规》4.3.2条计算，结构基频f=1.129，冲击系数 =0.05。
（JTG D62-2004）》.北京.人民交通出版社，2004
4.3桥梁结构设计说明 4.3.1上部结构设计说明
本桥结构形式为Lp=50.0m下承式钢管混凝土简支系杆拱桥。拱肋的 理论计算跨径为50.0m，计算矢高10.0m，矢跨比1/5，理论拱轴线方程 为：Y=4/5X-2/225X2 (坐标原点为理论起拱点)。桥面结构采用横梁体 系、整体桥面板，以提高结构的整体刚度。主要结构构造如下： 1． 拱肋及风撑 全桥共设两榀钢管混凝土拱，拱肋截面为横哑铃形，高200cm，宽 80cm，钢管壁厚为10mm，采用泵送混凝土顶升灌注。拱肋钢管在拱顶 设一组排气孔,在拱座处各设一组进料口,待泵送混凝土完毕后,封死排气 孔及进料口。风撑截面为圆形截面，直径D=80cm，钢管壁厚10mm，风 撑钢管内不灌混凝土。 2． 吊杆 每榀拱肋设10根厂制吊杆，吊杆间距为5.0m。吊杆采用PE5-61半平 行钢丝成品索，外包双层高密度聚乙烯（PE）护套，配套锚具采用带有 纠偏装置的DS(K)7-127镦头锚，吊杆标准强度Ryb =1670MPa，破断力 Nb=8162kN，吊杆张拉采用单端张拉，张拉端设于纵梁底部，固定端设 于拱肋顶部，吊杆锚垫板上下导管外设加强螺旋筋及钢筋网格，以弥补 吊杆锚固对纵梁和拱肋截面的削弱。 3． 横梁 全桥共设14道混凝土空心板横梁。横梁高35cm，宽100cm。 4． 桥面板：桥面板采用预制矩形板，板厚25cm。
5.3 拱肋刚度的取值：
1． 《CECS 28:90》推荐方法 钢管混凝土拱桥由于截面含筋率较高，计算截面刚度时要考虑钢管 的影响，钢管混凝土截面的刚度的计算公式如下：
（5-1） （5-2）
、、分别为混凝土的弹性模量、截面面积和惯性矩；、、分别为钢 管的弹性模量、截面面积和惯性矩。Ec=36.578 kN/，Es=206 kN/。 2． 《JCJ 01-89》推荐方法 该方法不分受压和弯矩，同一取用一个弹性变形模量，其公式如 下：
4.2主要技术标准及设计采用规范 4.2.1主要技术标准
1． 2． 3． 4． 5． 道路等级：公路I级； 车道数：双向两车道； 设计行车速度：40km/h； 设计荷载：人群荷载：2.5 kN/㎡； 桥面横坡：行车道1.5%人字形双面坡，人行道1%向内单面坡。
4.2.2设计采用规范
1． 2． 3． 4． 叶见曙《结构设计原理》北京.人民交通出版社，2004 邵旭东《桥梁工程》北京.人民交通出版社，2004 凌治平、易经武《基础工程》北京:人民交通出版TG B01-2003）》.北 京.人民交通出版社，2003 5． 中华人民共和国交通部.《公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）》.北京.人民交通出版社，2004 6． 中华人民共和国交通部.《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范
式中：N0i----格构柱各单肢的轴心受压短柱承载力设计值
（5-12）
代入上式得： * 1 ----考虑长细比影响的整体承载力折减系数； 由于下承式系杆拱桥拱肋的约束介于两铰拱和无铰拱之间，故拱肋 的计算长度取0.54L与0.36L之间的值，在此取 0.495L=0.49587.83=43.48（m）； 构件长细比 * 3 y=le /=43.4810 /=17.65 Iy=2=1.4891012 同理 x=176.31;