307+100+30.7m鋼桁拱橋 長(zhǎng)江路大橋計(jì)算書(shū)

1、.京杭運(yùn)河常州市區(qū)段改線(xiàn)工程施工圖設(shè)計(jì)長(zhǎng)江路大橋復(fù)核計(jì)算書(shū)2005年3月一、 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)采用規(guī)范1、 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1）道路等級(jí)：城市主干道路；（2）荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路-1級(jí)，人群荷載：3.5kN/m2；（5）平縱曲線(xiàn)：本橋位于直線(xiàn)段，橋面最大縱坡：3%；（6）橋面橫坡：行車(chē)道2%人字坡；（7）地震：無(wú)資料。2、 設(shè)計(jì)采用規(guī)范（1）公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）（2）公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004)（3）公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ024-85)（4）公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ025-86)（5）公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ004-89）（6）

2、城市橋梁設(shè)計(jì)準(zhǔn)則(JTJ11-93)（7）城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)(CJJ77-98)（8）鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50215-95）（9）參考規(guī)范鐵路鋼橋制造及驗(yàn)收規(guī)范（TB10212-98）二、 橋梁總體布置1、 橋型與孔跨布置主橋采用1聯(lián)（30.7+100+30.7）m鋼桁拱橋，主橋全長(zhǎng)161.4m。2、 橋梁橫斷面布置橋梁橫斷面布置為：1.5m(人行道、欄桿)+3.0m（非機(jī)動(dòng)車(chē)道）+2.0m(拱肋及吊桿區(qū)，含防撞護(hù)攔)+23.0m(機(jī)動(dòng)車(chē)道)+2.0m（拱肋及吊桿區(qū)，含防撞護(hù)攔）+3.0m（非機(jī)動(dòng)車(chē)道）+1.5m(人行道、欄桿)，橋面全寬36.0m。三、 橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、 上部結(jié)構(gòu)

3、設(shè)計(jì)本橋上部結(jié)構(gòu)采用連續(xù)鋼桁拱結(jié)構(gòu)，兩片承重主桁間距為25m，主桁間距遠(yuǎn)大于橋梁寬跨比1/20的要求，通過(guò)合理的系桿與橋面結(jié)構(gòu)布置，具有良好的橫向剛度。主跨拱圈矢高20m，矢跨比接近1/4，拱腳在橋面以下高度為6m；邊跨計(jì)算跨度30m，平弦鋼桁梁主桁高度9.5m。桁梁和拱肋的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)間距為5m。弦不分上下弦桿、拱部分上下弦桿、加勁弦桿、系桿均采用箱形截面，橫梁采用工字形截面、設(shè)有縱橫加勁肋，吊桿、腹桿及平縱聯(lián)均采用工字形截面。橋面板主要采用鋼筋混土形板，邊跨機(jī)動(dòng)車(chē)道部分為了增加壓重而采用矩形截面鋼筋混凝土板，人行道部分全橋均采用槽形板。2、 下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本橋下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，9

4、、10號(hào)墩樁徑1.5m，8、11號(hào)墩樁徑1.2m。四、 圖紙中存在的問(wèn)題本橋采用鋼結(jié)構(gòu)，雖然造價(jià)較高，但結(jié)構(gòu)新穎美觀。總體來(lái)說(shuō)設(shè)計(jì)文件圖表清晰，各種設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)取值合理，結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸較為優(yōu)化。這種結(jié)構(gòu)在國(guó)外的高速鐵路橋梁上采用較為普遍，其主要受力特點(diǎn)是橫豎向剛度大、穩(wěn)定性好，國(guó)內(nèi)目前在京滬高速鐵路南京長(zhǎng)江大橋上采用此方案，但還未實(shí)施。本次計(jì)算復(fù)核所收到的圖紙不全，主要缺橋面系、施工方法及施工步驟、全橋主要工程數(shù)量表、和設(shè)計(jì)說(shuō)明的圖紙。從收到的圖紙來(lái)看，有以下問(wèn)題：1、主桁結(jié)構(gòu)總圖中的上平聯(lián)、拱桁下平聯(lián)及橋門(mén)架設(shè)計(jì)圖與相應(yīng)的詳圖相矛盾。2、端橋門(mén)架設(shè)計(jì)圖中的QM1-3及QM1-4桿件圖與數(shù)量表中

5、的尺寸不符。3、桿件圖二十六中的N2鋼板厚應(yīng)為16mm。4、橋面板未鋪到伸縮縫處，只到端橫梁的一半處，從端橫梁中心到伸縮縫處的設(shè)計(jì)圖紙沒(méi)有。五、 主要設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)1、 鋼桁拱均采用Q345q鋼，彈性模量為2.1×105Mpa，其計(jì)算容重取鋼材實(shí)際容重的1.18倍（按現(xiàn)有圖紙合計(jì)全橋總的用鋼量為：1870.3噸），為92.38kN/m3。構(gòu)件名稱(chēng)單位重量弦桿kg380193.2斜桿kg90377.2豎桿kg127205.8橫梁kg482244.8托架kg124349上平聯(lián)kg147839.7普通下平聯(lián)kg116159下平縱聯(lián)（拱）kg124085.3加勁弦下平聯(lián)kg45857.6加勁弦

6、橫聯(lián)kg22285.8A節(jié)點(diǎn)kg48915E節(jié)點(diǎn)kg83106.6M4M6節(jié)點(diǎn)kg12043系桿節(jié)點(diǎn)kg23078端橋門(mén)架kg16425A6處橋門(mén)架kg10054E8至E9間橋門(mén)架kg16086全橋合計(jì)kg1870305全橋合計(jì)(計(jì)入2%螺栓重）kg1907711.12、 鋼筋混凝土容重：25kN/m3；3、 橋面鋪裝瀝青混凝土容重為22 kN/m3，由于本次復(fù)核計(jì)算時(shí)沒(méi)有橋面鋪裝及其它橋面系的圖紙，所以暫定為8cm厚的瀝青混凝橋面鋪裝。4、 人行道、欄桿、防撞墻等也沒(méi)有圖紙，按下表取值：項(xiàng)目斷面面積每延米重單位m2kN/m人行道混凝土0.3047.6人行道地磚0.06251.25鋼欄桿0.6

7、防撞墻0.3087.75、 活載：本橋采用的活載等級(jí)為：公路-1級(jí)；人群荷載：按照城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)取值：2.4kN/m2；非機(jī)動(dòng)車(chē)道也是人群荷載控制。沖擊系數(shù)：按城市橋梁設(shè)計(jì)荷載標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定計(jì)算。6、 溫度力：鋼材線(xiàn)脹系數(shù)為0.000012，本次計(jì)算暫不考慮溫度力。7、 基礎(chǔ)不均勻沉降：相鄰兩橋墩基礎(chǔ)不均勻沉降值取1cm，本次計(jì)算暫不考慮。8、 地震力荷載按公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范采用反應(yīng)譜理論計(jì)算。由于地震無(wú)資料，本次計(jì)算只算出自振頻率。六、 二期恒載在橫梁及托架上的分布按照以上取值，可以計(jì)算出二期恒載（包括人行道、欄桿、防撞墻、橋面鋪裝）分配到各橫梁及托架上的集中力和均布力如下（其中P為集中力

8、，q為均布力）：TO托架荷載類(lèi)型數(shù)值（kN,kN/m）位置x1x2附注P1.50 0.1250 欄桿q27.19 0.0000 1.5000 人行道q16.84 1.50 5.00 非機(jī)動(dòng)車(chē)道P19.25 4.75 防撞墻T1T16托架荷載類(lèi)型數(shù)值（kN,kN/m）位置x1x2附注P3.00 0.1250 欄桿q54.37 0.0000 1.5000 人行道q33.67 1.50 5.00 非機(jī)動(dòng)車(chē)道P38.50 4.75 防撞墻橫梁H0荷載類(lèi)型數(shù)值（kN,kN/m）位置x1x2附注P19.25 0.7500 防撞墻q33.12 0.70 24.30 機(jī)動(dòng)車(chē)道P19.25 24.25 防撞墻橫

9、梁H1荷載類(lèi)型數(shù)值（kN,kN/m）位置x1x2附注P38.50 0.7500 防撞墻q66.24 0.70 24.30 機(jī)動(dòng)車(chē)道P38.50 24.25 防撞墻橫梁H2荷載類(lèi)型數(shù)值（kN,kN/m）位置x1x2附注P38.50 0.7500 防撞墻q53.39 0.70 24.30 機(jī)動(dòng)車(chē)道P38.50 24.25 防撞墻橫梁H3H16荷載類(lèi)型數(shù)值（kN,kN/m）位置x1x2附注P38.50 0.7500 防撞墻q40.55 0.70 24.30 機(jī)動(dòng)車(chē)道P38.50 24.25 防撞墻七、 計(jì)算模型采用空間計(jì)算模型，對(duì)主橋鋼桁拱分別進(jìn)行了靜力計(jì)算、穩(wěn)定計(jì)算及自震特性計(jì)算。為了比較準(zhǔn)確地掌

10、握結(jié)構(gòu)的受力狀況，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的安全性，對(duì)結(jié)構(gòu)分別按梁?jiǎn)卧拌旒軉卧⒛Ｐ湍M計(jì)算。計(jì)算采用MIDAS/Civil Ver 5.9.0有限元結(jié)構(gòu)分析軟件。共有462個(gè)節(jié)點(diǎn)，887個(gè)單元。機(jī)動(dòng)車(chē)、非機(jī)動(dòng)車(chē)及人群活載均按最不利影響線(xiàn)加載。八、 結(jié)構(gòu)離散圖九、 橋梁自振特性分析自振分析中橋梁的二期恒載轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)集中質(zhì)量，其自振周期見(jiàn)下表：模態(tài)號(hào)頻率頻率周期容許誤差(rad/sec)(cycle/sec)(sec)18.730 1.389 0.720 1.86E-1629.695 1.543 0.648 7.56E-16310.152 1.616 0.619 5.52E-16412.439 1.980

11、0.505 3.67E-15513.455 2.141 0.467 2.20E-15613.527 2.153 0.465 9.32E-16714.872 2.367 0.422 8.66E-14817.791 2.832 0.353 2.58E-11921.305 3.391 0.295 6.88E-061021.891 3.484 0.287 3.98E-03前三階振形如下：1、振形一：2、振形二：3、振形三：十、 穩(wěn)定性分析從得彈性穩(wěn)定分析來(lái)看，本橋的整體穩(wěn)定性較好。模態(tài)特征值容許誤差118.575 2.56E-06220.639 4.10E-13321.149 4.96E-041、 失

12、穩(wěn)模態(tài)一：2、 失穩(wěn)模態(tài)二：3、 失穩(wěn)模態(tài)三：十一、 主要計(jì)算結(jié)果（一） 按梁?jiǎn)卧?jì)算按梁?jiǎn)卧?jì)算，等于在計(jì)算中計(jì)入了節(jié)點(diǎn)剛性在主桁桿件中引起的次應(yīng)力。鋼材的容許應(yīng)力為：=1.45×210=304.5MPa1、上弦桿：max=196.7MPa，min=-245.2MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，所有構(gòu)件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。2、下弦桿：max=273.1MPa，min=-324.8MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，拱腳E6E7弦桿應(yīng)力超限，不滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，其它桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。3、豎桿：max=230.1MPa，min=-703.5MPa（其中拉應(yīng)力

13、為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，邊跨加勁弦E4M4及E5M5豎桿應(yīng)力超限，不滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，這主要是因?yàn)榇藘筛Q桿長(zhǎng)度太短，次內(nèi)力太大而引起的。其它桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。4、斜桿：max=226.4MPa，min=-173.4MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，各桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。但應(yīng)注意A7M6桿的穩(wěn)定性。5、系桿：max=294.8MPa，min=118.1MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，各桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。6、吊桿：max=362.9MPa，min=100.2MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖， E8M8吊桿應(yīng)力超限，不滿(mǎn)足強(qiáng)度要求

14、，這主要是因?yàn)闂U件長(zhǎng)度太短，次內(nèi)力太大而引起的。其它桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。7、橫梁：max=73.4MPa，min=-212.4MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，各桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。（二） 按梁?jiǎn)卧?jì)算鋼材的容許應(yīng)力為：= 210MPa1、上弦桿：max=128.0MPa，min=-195.2MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，所有構(gòu)件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。2、下弦桿：max=164.7MPa，min=-207.6MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，弦桿強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，但E11E12弦桿應(yīng)力富余值太小。3、豎桿：max=194.1MPa，min=-16

15、4.4MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，各桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。4、斜桿：max=193.1MPa，min=-132.3MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，各桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。但應(yīng)注意A7M6桿的穩(wěn)定性。5、系桿：max=196.7MPa，min=103.4MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，各桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。6、吊桿：max=148.2MPa，min=103.2MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖，各桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。7、橫梁：max=44.6MPa，min=-235.0MPa（其中拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)），具體位置見(jiàn)下圖

16、，H1橫梁應(yīng)力不滿(mǎn)足要求，其它橫梁強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。（三） 結(jié)論及修改意見(jiàn)通過(guò)以上計(jì)算及對(duì)比可以看出：1、 拱腳E6E7弦桿應(yīng)力超限，不滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，建議將桿件板厚加大。2、 E11E12弦桿應(yīng)力富余值太小，建議將桿件板厚加大。3、 邊跨加勁弦E4M4及E5M5豎桿應(yīng)力超限，不滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，這主要是因?yàn)榇藘筛Q桿長(zhǎng)度太短，次內(nèi)力太大而引起的?？梢栽跐M(mǎn)足截面正應(yīng)力的情況下修改桿件截面，減小其抗彎剛度，或者可以以鉸接的方式和節(jié)點(diǎn)相連。4、 雖然斜桿各桿件強(qiáng)度滿(mǎn)足要求，但由于A7M6桿受壓較大，而其長(zhǎng)度又最長(zhǎng)，所以應(yīng)注意A7M6桿的穩(wěn)定性。5、 以梁?jiǎn)卧?jì)算時(shí)，E8M8吊桿應(yīng)力超限，不滿(mǎn)足強(qiáng)度要求，這主要是因?yàn)?/p>