第四章模型设计及计算4.1 桥型与孔跨布置1．主桥设计采用一孔计算跨径为50m的下承式钢管拱桥，主桥全长70m。
2．桥面横向布置为：2m(拱肋及栏杆)+7.5m(两车道)+0.5m（路缘带）+4m(两人行道、栏杆)，桥面全宽14.0m。
3．桥面纵坡：纵坡3%，横坡1.5%；4．荷载标准：公路Ⅰ级；5．设计使用年限：设计基准期为100年；6．设计洪水频率：300年一遇；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．道路等级：公路I级；2．车道数：双向两车道；3．设计行车速度：40km/h；4．设计荷载：人群荷载：2.5 kN/㎡；5．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．叶见曙《结构设计原理》北京.人民交通出版社，20042．邵旭东《桥梁工程》北京.人民交通出版社，20043．凌治平、易经武《基础工程》北京:人民交通出版社,20044．中华人民共和国交通部《公路工程技术标准（JTG B01-2003）》.北京.人民交通出版社，20035．中华人民共和国交通部.《公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）》.北京.人民交通出版社，20046．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（JTG D62-2004）》.北京.人民交通出版社，20044.3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。
4.3.2下部结构设计说明本桥下部结构桥台采用一字形桥台，台身厚100cm。
，桥墩高600cm桥承台为700cm宽、200cm厚，桩采用直径100cm的钻孔灌注桩，桩长1200cm。
桥台基础采用Φ100cm钻孔灌注桩基础，桩基按端承桩设计。
台后接路基挡墙，挡墙采用明挖基础。
4.4桥面工程及其它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。
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。
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．钢管拱肋内填充混凝土：C50微膨胀混凝土；2．纵（系）梁混凝土：C50混凝土；3．横梁：C50混凝土；4．桥面板：C40混凝土；5．桥面铺装：C40防水混凝土；6．台身及背墙：C30混凝土；7．承台：C30混凝土；8．桩基：C25水下混凝土；9．孔道压浆：水泥浆水灰比不大于0.4，标号不小于C40；10．拱肋钢管及风撑：Q345C型钢材；11．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。
第五章 上部结构计算5.1 桥梁的总体布置本设计为单孔计算跨径为50.0m 的下承式钢管混凝土系杆拱桥。
5.2 桥底标高1．桥底标高经计算可取以下各值的最大值： 流水净空要求：H1=65.44+1.5=66.94m 。
2．通航净空要求：通航等级为：Ⅳ－（2）级，净高为8m ，通航水位为60.13m ，则有H2=60.13+8=68.13m 。
3．两岸通车净空要求：桥面纵坡为3%，所以H3=65.5+4.5+360×2%=77.2m 。
所以采用三者最大值,取为77.2m 。
矢跨比:采取为矢高为10m ，矢跨比为1/5。
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：s s c c A A E A E E += （5-1）s s c c I I E I E E +=（5-2）c E 、c A 、c I 分别为混凝土的弹性模量、截面面积和惯性矩；s E 、s A 、s I 分别为钢管的弹性模量、截面面积和惯性矩。
Ec=36.578 kN/3m ，Es=206 kN/3m 。
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：])1[(85.0s c x E E E ρρ+-=（5-3）其中，x E 为钢管混凝土杆件的弹性变形模量，ρ为含钢率，s E 、c E 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：scpscpsc f E ε=（5-4）比例极限：(0.192/2350.488)scp y scy f f f =+ 钢管混凝土抗压屈服极限：2(1.212)scp ck f B C f ξξ=++（5-5）组合抗弯弹性模量：2scm sc E K E =（5-6）其中，0.1759(/235)0.974y B F =+,0.1038(/20)0.0309ck C f =-+，y f 为钢材屈服极限，ck f 为混凝土抗压强度标准值，/()s y c ck A f a f ξ=∙为约束效应系数，系数βααβ++⋅++=1111ss s n n K ，s c E n E =,s c I I β=,s c A A α=。
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。
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：∑=j A A（5-7）各分块面积对上缘的静矩：i i i y A S =（5-8）毛截面重心至梁顶的距离：∑=)/(i i s A S y（5-9）毛截面惯性矩计算公式：[]2)(s i i i y y A I I -+=（5-10）式中：A ——分块面积； i y ——分块面积的重心至梁顶的距离；s y ——截面重心至梁顶的距离； i S ——各分块对上缘的面积距；i I ——分块面积对其自身重心轴的惯性矩。
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：)7(mm 245489.71654)(1111926.1061053.45104/2.+59269.0744)(/2110=⋅=+=∑∑nci s c nsi A E E A A 式中：A 0----格构柱横截面面积； A si ,A ci ----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；E s ----钢材弹性模量。
格构柱的整体承载力设计值按下式计算N *=ϕ*1ϕ2*∑=ni N10i（5-11）式中：N 0i ----格构柱各单肢的轴心受压短柱承载力设计值)1(0ζζ++=c c i A f N（5-12）0.74966.15422.4315/11119259269.0744/===Cc S y A f A f ζ 代入上式得：(KN)5210460.N i =ϕ1*----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=0.495⨯87.83=43.48（m ）；构件长细比 λy =l e */A I ÷=43.48⨯103/7167.24528914890000÷=17.65 I y =2()4008001200400442212164/⨯+⨯+⨯⨯⨯ππ=1.489⨯1012104410493.112642400800⨯=+⨯⨯=πx I同理 λx =176.31;λy *=⎪⎭⎫ ⎝⎛+d l 2216λ=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯+8.0565.172216=18.72>16则ϕ*1=1-0.05751672.18-⨯=0.905ϕe *----考虑偏心率影响的整体承载力折减系数； ϕe *=he 0211-，e 0----柱较大弯矩端的轴向压力对格构柱压强重心轴的偏心距，e 0=M 2/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ϕe *=5079.0211⨯-=1.032；格构柱的整体承载力：(KN)28303=N >(KN)101.218=106.5221.0320.905=max 15410**1*⨯⨯⨯⨯⨯=∑=ni ieNN ϕϕ 拱肋承载力满足要求。