80m跨径铁路钢管混凝土拱桥设计与结构分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

目前中国高速铁路快速发展，为保证高速铁路在高速度运行时的乘坐舒适性和安全性，以及易于维修养护，采用全封闭的行车、立体交叉、大曲线半径、铺设经过优化设计并适应高速行车要求的跨区间线路，强调对结构变形和沉降、结构动力特性的严格控制。桥梁是道路中既重要有复杂的组成部分，不但在工程规模上占道路总造价的大部分，而且通常是交通运输的关键点，其通行能力和承载能力是确保全线通畅的关键。高速铁路桥梁相对于普通铁路桥梁来说，具有更大的刚度、更小的变形、更好的动力特性。同时，在重视桥梁景观设计，体现时代特色，提升铁路工程的品质方面有了长足的进步。伴随着线路曲线半径的增大，高速铁路与既有交通网小角度的交叉难以避免，使得桥梁的跨度增加。对于中小跨度的桥梁来说，梁桥结构自重较高，跨越能力相比于拱桥较小，并且还需要大量的钢材和水泥；斜拉桥虽然受力合理，施工也较为方便，抗震能力强，并且跨度也能满足要求，但就整体造价而言，斜拉桥确实不合理；悬索桥对于大跨度桥梁更显优势，相比之下，拱桥跨越能力较大、桥面至梁底结构高度小、动力性能好、美观大方、施工对既有交通烦扰小的特点，在线路小角度斜交跨越城市干道、高速公路、通航河流时，具有独特的优势。拱桥中又分为板拱桥、肋拱桥、箱形拱桥、钢管混凝土拱桥和桁架拱桥。钢管混凝土除具有一般套箍混凝土的强度高、塑性好、质量轻、耐疲劳、耐冲击外，还有以下优点：(1)钢管本身就是耐侧压得模板，因而浇注混凝土时，可省去支模、拆模等工序；（2）钢管本事就是钢筋，它兼有纵向钢筋和横向箍筋的作用，既能受压，也能受拉；（3）钢管本身是劲性承重骨架，在施工阶段可起劲性钢骨架的作用，在使用阶段又是主要的承重结构，因此可以节省脚手架，缩短工期，减少施工用地，降低工程造价。因此钢管混凝土拱桥极具竞争性。本文通过给定的资料，初步确定结构尺寸，对桥梁上下部结构施工和成桥进行分析，验证多种情况下桥梁的状态。对其在施工过程中进行的试验研究提供理论基础，为今后研究设计起到抛砖引玉的作用。

2. 研究的基本内容与方案

根据设计任务要求，依据现行铁路桥梁设计规范，设计出80m钢管混凝土拱梁组合桥设计方案并进行初步设计。首先进行的是方案比选工作，在连续梁桥、连续钢构桥、下承式钢管拱桥及上承式钢筋混凝土肋拱桥中比选出最优桥型。然后初步拟选结构尺寸，计算出拱肋截面参数和其他计算参数；确定外力作用类型和作用组合，并结合规范算出拱顶，1/4截面及拱桥处内力。紧接着按照规范验算拱肋强度包括拱脚截面强度，1/4截面强度及拱顶强度。拱肋面内稳定承载力计算包括稳定系数、偏心率折减系数、混凝土徐变折减系数、初应力影响系数及稳定承载力计算。由于本桥采用提篮拱结构，主拱空间弹性稳定分析也必不可少，可通过Midas软件进行屈曲分析。最后验算在正常使用下极限应力状态，包括桥面绕度和钢管应力。本文中结构自重考虑结构一期恒载，二期恒载，其中二期恒载考虑桥面铺装、人行道、防撞栏杆以及桥面其他附属设施。拱桥模型用Midas来建立，其中钢管混凝土拱肋采用组合截面进行模拟。边界条件中，拱脚、下端固结、桥面端部只考虑竖向支承。

3. 研究计划与安排

第 1~1周：外文阅读与翻译。主要包括：

a.阅读有关外文文献

b.翻译与设计任务有关的文章，

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 尹春燕.82.5m下承式钢管混凝土提篮拱桥结构设计[j].铁道标准设计，2013（01）.

[2] 赵亮.兰渝铁路96m下承式钢管混凝土拱桥设计[j].铁道标准设计，2013（12）.

[3] 张仁根.大跨度钢管混凝土拱桥设计研究［d］.杭州：浙江大学硕士学位论文，2008.