新焦門大橋計(jì)算書拱橋

1、一、 結(jié)構(gòu)概述新蕉門大橋工程C線主橋推薦方案采用鋼管混凝土自錨式下承系桿桁架拱橋。主橋跨度組成：160+260+160m，由兩片平行拱肋組成，三跨連拱組成一片。中拱高65m，邊拱高32m。中拱設(shè)10道、邊拱設(shè)5道“K”撐，以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定。拱肋由四根直徑900mm的鋼管（內(nèi)灌砼）通過徑向肢管連接，構(gòu)成高500cm，寬250cm的桁式肋。主梁采用15m高的鋼桁梁結(jié)構(gòu)，桁式為有豎桿的三角形桁架，節(jié)間長(zhǎng)度為10米，主桁弦桿和腹桿采用箱形截面，其余斜桿和副桁桿件采用H形截面。上層承受公路汽車荷載；下層承受城市輕型軌道荷載。主墩承臺(tái)尺寸為25.50x18.8m，承臺(tái)厚度為4.0m，邊墩承臺(tái)尺寸為11.

2、0x11.0m，承臺(tái)厚度為3.5m。樁基均采用鋼筋混凝土鉆孔灌注樁。單個(gè)中墩采用12根2.8m的鉆孔樁，單個(gè)邊墩采用4根2.5m的鉆孔樁。設(shè)計(jì)基本荷載：（1）公路：按汽-超20設(shè)計(jì)。（2）人群：按設(shè)計(jì)。（3）輕軌：?jiǎn)尉€每節(jié)豎向靜活載為6軸車，軸重11t，影響線加載時(shí)按四節(jié)編組和作用在雙線來確定。（4）荷載組合：1.2倍恒載+1.4倍（汽-超20+人群）+1.4倍輕軌荷載。其中，公鐵組合時(shí)，公路活載折減0.75。進(jìn)行影響線加載，得到最不利荷載組合下，結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，應(yīng)力，位移，模態(tài)，穩(wěn)定等結(jié)果。二、 計(jì)算模型設(shè)計(jì)計(jì)算分析采用通用有限元分析軟件進(jìn)行。將全橋離散成梁、桿和實(shí)體單元。對(duì)拱肋按“鋼管混凝土統(tǒng)

3、一理論”計(jì)算材料特性，所有桿件都計(jì)及初始內(nèi)力的影響。各單元類型及數(shù)量見表1。鋼管混凝土拱橋方案的有限元模型如圖15所示。表1 FEM分析模型單元類型及數(shù)量表單元類型構(gòu)件名稱數(shù)量梁?jiǎn)卧袄?，桁架橫、縱梁，各類撐桿，墩等。5545桿單元吊桿，系桿106實(shí)體單元拱腳處鋼筋砼節(jié)點(diǎn)168圖1 FEM分析模型（1）圖2 FEM分析模型（2）圖3 FEM分析模型（3）圖4 FEM分析模型（4）圖5 FEM分析模型（5）由于結(jié)構(gòu)跨度大，結(jié)構(gòu)中存在的大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)，桿件中彎矩與軸力相互影響效應(yīng)，使得結(jié)構(gòu)幾何非線性對(duì)結(jié)構(gòu)受力分析結(jié)果存在一定的影響。為了保證結(jié)構(gòu)的安全，本計(jì)算考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性影響。三、 靜力分析本

4、設(shè)計(jì)計(jì)算的目的在于表明方案整體設(shè)計(jì)的合理性和安全性，并沒有對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)各個(gè)細(xì)部進(jìn)行詳細(xì)的內(nèi)力、應(yīng)力分析。結(jié)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸見相應(yīng)的方案設(shè)計(jì)圖紙。拱肋控制截面內(nèi)力應(yīng)力見表2。結(jié)構(gòu)在恒載及最不利活載組合作用下的變形如圖6所示。表3列出了中孔及邊孔橋面撓度值。圖6 結(jié)構(gòu)撓度圖表2 主拱拱肋內(nèi)力應(yīng)力計(jì)算結(jié)果截面軸力（N）最大應(yīng)力（Pa）最小應(yīng)力（Pa）邊拱0-0.14356E+08-0.39416E+08-0.37331E+08-0.14351E+08-0.35227E+08-0.37318E+08-0.33534E+07-0.78179E+07-0.87202E+07-0.33495E+07-0.959

5、91E+07-0.87101E+07L/4-0.90215E+07-0.23197E+08-0.23459E+08-0.92281E+07-0.24457E+08-0.23997E+08-0.53721E+07-0.13915E+08-0.13970E+08-0.55419E+07-0.14762E+08-0.14411E+08L/2-0.13201E+08-0.34576E+08-0.34328E+08-0.12966E+08-0.35448E+08-0.33717E+08-0.17737E+07-0.47226E+07-0.46123E+07-0.20960E+07-0.59260E+07

6、-0.54505E+07中拱0-0.10899E+07-0.45371E+08-0.44679E+08-0.12441E+07-0.44413E+08-0.44734E+08-0.30034E+08-0.15434E+08-0.16334E+07-0.29954E+08-0.15764E+08-0.16197E+07L/4-0.96116E+07-0.21337E+08-0.22551E+08-0.97299E+07-0.20332E+08-0.22797E+08-0.14786E+08-0.17659E+08-0.18474E+08-0.14915E+08-0.16429E+08-0.186

7、91E+08L/20.34502E+070.13392E+08-0.11050E+070.29837E+070.13507E+08-0.28533E+06-0.25476E+08-0.35299E+08-0.40075E+08-0.25724E+08-0.41133E+08-0.40466E+08說明：每片拱肋由四根鋼管砼構(gòu)成，對(duì)應(yīng)截面上有四組內(nèi)力和應(yīng)力。表3橋面撓度計(jì)算結(jié)果中孔撓度值（m）邊孔撓度值（m）恒載0.7370.363最不利活載組合0.1470.087四、 模態(tài)分析在靜力分析模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。計(jì)算大橋主橋的前9階振型頻率見表4。振型圖見716。表4 模態(tài)分析計(jì)算結(jié)果階次頻率

8、(Hz)10.2024120.2839230.3178240.3653850.5603460.6442870.793380.9029690.90492圖7 第1階振型圖8第2階振型圖9 第3階振型圖10 第4階振型圖11 第5階振型圖12 第6階振型圖13 第7階振型圖14 第8階振型圖15 第9階振型五、 穩(wěn)定分析穩(wěn)定計(jì)算只分析成橋運(yùn)營(yíng)階段，并考慮結(jié)構(gòu)幾何非線性的影響。全橋處于最不利活載組合時(shí)，通過計(jì)算得到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定系數(shù)為4.308。第一階屈曲結(jié)構(gòu)變形圖如圖16所示。圖16 第一階結(jié)構(gòu)屈曲變形圖六、 結(jié)論按“鋼管混凝土統(tǒng)一理論”計(jì)算得到拱肋截面極限抗壓承載能力為：3.14×（0.9/2）2×32.5×106+3.14×0.9×0.02×340×1063.1×107N.m。大于拱肋在荷載作用下的軸力0.30034E+08Pa。如考慮鋼管對(duì)砼的緊箍效應(yīng)，其承載力將更大。拱肋強(qiáng)度滿足。在最不利活載組合作用下