钢管混凝土系杆拱空间结构计算书
一、设计依据
1、交通部部颁《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)； 2、交通部部颁《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)； 3、交通部部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)；
4、交通部部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)； 5、交通部部颁《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)； 6、交通部部颁《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)； 7、交通部部颁《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)； 8、中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS-28:90)；
9、建设部部颁《钢结构设计规范》（GB50017-2003）； 10、Dr.Bridge系统--<<桥梁博士>>V3.1版； 11、Midas Civil 6.7.1空间有限元分析软件
二、技术指标
1、路线等级：高速公路，按双向6车道计算； 2、计算行车速度100公里/小时；
3、半幅桥面宽度：0.5米(护栏)+11.5米（行车道）+0.5米(护栏)=12.50米；
5、设计荷载：公路-Ⅰ级； 6、结构重要性系数：1.1；
7、桥孔布置：跨径60米系杆拱桥；
8、桥面采用单向横坡2%（由横梁倾斜形成）； 9、护栏类别：采用三横梁护栏，护栏底座宽50厘米
三、材料参数
1、混凝土：
a、系梁采用C50混凝土：
轴心抗压标准强度fck=32.4Mpa，抗拉标准强度ftk=2.65Mpa 弹性模量Ec=3.45×104Mpa。容重2.6t/m3；
b、沥青混凝土铺装8厘米，按9厘米计入受力，容重2.3t/m3； c、整体化混凝土采用10厘米C50混凝土，容重2.6 t/m3； 2、钢材：
a、预应力钢绞线：采用15.20Ⅱ级松弛钢绞线束
标准强度fpk=1860 Mpa，弹性模量Ep=1.95×105 Mpa。公称面积140mm2，张拉控制应力1330Mpa；
塑料波纹管摩阻系数μ=0.17，孔道偏差摩阻系数k=0.0015，一端锚具变形δ=6mm，松弛系数ζ=0.3(低松弛)；
b、锚具：预应力钢绞线采用OVM型锚具或其它成型锚具；
c、拉索及锚具：中系梁吊杆采用OVM PES(FD) 7-109成品拉索，边系
梁吊杆采用OVM PES(FD) 7-55成品拉索，外包双层HDPE保护套（黑色+彩色），锚具采用与拉索配套的OVM LZM系列冷铸墩头锚。 抗拉强度标准值fpk=1670Mpa, 抗拉强度设计值fpd=1140Mpa； 抗压强度设计值fpd’=410Mpa, 弹性模量Ep=2.05×105Mpa； 钢丝束公称面积38.48mm2；
d、拱肋及主要结构钢材：Q345C钢，其技术性能符合国家标准《低合金
高强度结构钢》GB/T1591规定。
抗拉、压强度设计值fa=310Mpa, 弹性模量Es=2.06×105Mpa； 质量密度 ρ=78.5kN/m3,线膨胀系数 αs=1.2×10-5/℃； 3、普通钢筋
采用HRB335钢筋。 4、伸缩装置：
桥台两侧均采用D80型伸缩缝装置，缝宽6cm。 5、支座：待计算后确定。
四、结构形式及结构尺寸
桥梁结构形式采用下承式钢管混凝土系杆拱桥，计算跨径60米，桥梁全长62.6米，拱轴线形式采用二次抛物线，矢跨比f=1/5,设计时采用三拱肋整幅设计。桥梁结构主要由钢管混凝土拱肋、预应力混凝土系梁、横梁、吊杆，桥面板及桥面系组成。 1、系梁：
? 中系梁采用矩形断面，中系梁跨中尺寸（高x宽）：1.62mx1.8m； 梁端尺寸（高x宽）：2.35mx2.0m；
梁端变化段长度：2.719m；
? 边系梁采用矩形断面，边系梁跨中尺寸（高x宽）：1.75mx1.0m 梁端尺寸（高x宽）：2.35mx1.2m；
梁端变化段长度：2.533m；
2、拱肋：采用钢管混凝土结构，断面采用圆端形，中拱肋：竖向高度
1.55m，横向宽度1.2m；边拱肋：竖向高度1.2m，横向宽度0.9m。钢管由14mm厚的Q345C钢板卷制焊接管，内灌C50微膨胀混凝土（抗压强度设计值fcd=23.5Mpa,抗拉强度设计值ft=2Mpa, Ec=3.45×104Mpa），形成钢管混凝土结构。
3、横梁： 横梁为预应力混凝土结构，端横梁高1.54m，宽1.99m，其中悬臂
长0.34m，悬臂端部高0.3m，悬臂根部高0.45m；中横梁为梁肋宽0.6米的“十”型梁，高为1.37m；边、中横梁均设启口放置桥面板，横梁采取现浇方式，钢束一次张拉成型；
4、风撑：采用钢管结构，断面采用圆形，0.65m，钢管由14mm厚的Q345C
钢板卷制焊接而成。
5、桥面板：桥面板采用25cm的实体预制板； 6、上部具体尺寸见一般构造图。 7、钢束型号及布置见附页。
五、单元离散 因1/100<((EI)
拱
/(EI)系)<100,本次计算按刚性系杆刚性拱考虑，系杆与
拱肋视为刚性连接。
? 全桥共划分583个单元, 518个节点:
梁单元550个：1to52、343to394号单元为边系梁单元，157-238号
单元为中
系梁单元，53to156、239to342号单元为横梁单元，395to581为拱
肋单元；506to509、582to583为风撑单元；
桁架单元33个：407to412、431to436、443to448、455to460、
467to475为吊杆单元。
? 单元划分见附页。
? 坐标系说明：x坐标轴为桥的纵向，y坐标轴为桥的横向，z坐标轴为桥
的竖向。 ? 永久约束见下表： 节点 2 52 146 226 320 370 Dx √ Dy √ √ Dz √ √ √ √ √ √ Rx Ry Rz 注：Dx、Dy、Dz指x、y、z方向的平动自由度，Rx、Ry、Rz指绕x、
y、z方向的转动自由度，表中有“√”指限制该方向的自由度。 ? 临时约束：
①、在安装吊杆阶段之前，将吊杆与系梁相交点限制它Dz方向的自由
度；吊杆安装之后去掉此约束；
②、在分段吊装拱肋时，分段处设置限制Dz方向自由度的约束，拱圈
合拢后去掉此约束； ? 计算模型说明：
①、吊杆采用“桁架单元”模拟；
②、拱肋钢管和混凝土采用“施工阶段联合截面”模拟，分别在第二、三施工阶段施工钢管，第四施工阶段施工钢管内混凝土；
③、时间依存材料（收缩徐变）中“构件理论厚度”采用“修改单元依存材料特性值”自动计算，钢管内混凝土未考虑收缩徐变；
④、横梁重量（模型内横梁长度是边系梁中心和中系梁中心间的距离，多计了）采用“截面特征值调整系数”修正横梁重量； ⑤、移动荷载计算采用“横向联系梁法”计算；
⑥、移动荷载工况分边肋2列车（就是在距离边系梁中心线2.65米和5.75米布置两列车），边肋3列车（就是在距离边系梁中心线2.65米、5.75米和8.85米布置三列车），中肋6列车（就是在距离中系梁中心线两侧各2.4米、5.5米和8.6米布置六列车）；
六、施工阶段划分
1、施工方案：
本桥系杆拱采用“先梁后拱”的施工方法施工，即先在支架上现浇加劲纵梁及横梁，而后架设钢管拱肋，泵送管内混凝土成拱，拆除临时支架，再施工吊杆，现浇桥面板,施工桥面铺装及护栏成桥。详细施工步骤见“施工流程图”。
2、计算中按8个施工阶段和1个使用阶段划分： ? 第一施工阶段 施工内容：
a、浇注中系梁、边系梁、中横梁、端横梁； b、张拉中、边系梁预应力钢束N1-N2、N5-N6； c、施加中系梁实心段荷载（均布载）； d、张拉端横梁钢束、中横梁钢束； 施工时间：28天
中系梁实心：0.74*26=19.24 KN/m
? 第二施工阶段 施工内容：
a、架设拱圈临时支撑，分段吊装焊接钢拱圈； 施工时间：10天 ? 第三施工阶段 施工内容：
a、钢拱圈合拢，拆除拱圈临时支撑，安装风撑单元； 施工时间：10天 ? 第四施工阶段 施工内容：
a、浇注拱圈内混凝土； 施工时间：10天 ? 第五施工阶段
钢管混凝土系杆拱空间结构计算书
