支井河大橋匯報(bào)資料

1、支井河特大橋設(shè)計(jì)(shj)匯報(bào)共五十八頁一、項(xiàng)目(xingm)概述 地理位置： 支井河特大橋位于巴東縣野三關(guān)鎮(zhèn)支井河村，滬蓉國道主干線湖北省宜昌至恩施(n sh)高速公路榔坪高坪段。 共五十八頁 橋型結(jié)構(gòu)形式(xngsh)： 主橋?yàn)?-430米上承式鋼管混凝土拱橋，橫跨支井河峽谷，橋梁全長(zhǎng)545.54米。共五十八頁 主拱圈計(jì)算跨徑：430m 計(jì)算矢高：78.18m 矢跨比為1/5.5 兩個(gè)(lin )拱肋間中心距：13m共五十八頁 主拱圈斷面采用鋼管(gnggun)混凝土與鋼管(gnggun)（箱）組成的桁式斷面，斷面高度從拱頂6.5米變化到拱腳13.0米。共五十八頁橋面(qio min)系

2、宜昌岸引橋：1-36m預(yù)應(yīng)力砼箱梁 恩施岸引橋：2-27.3m預(yù)應(yīng)力砼箱梁 主橋：19.1m+19X21.4m+19.1m 預(yù)應(yīng)力砼小箱梁，先簡(jiǎn)支后連續(xù) 橋面(qio min)鋪裝：9cm瀝青砼+6cm水泥砼共五十八頁 技術(shù)設(shè)計(jì)階段作了鋼-混結(jié)合梁方案比選： 1、工程(gngchng)數(shù)量上，結(jié)合梁較預(yù)應(yīng)力砼小箱梁： 混凝土減少1674立方米， 鋼材增加1353噸。 2、 從使用及耐久性上結(jié)合梁不如小箱梁：撓度大，鋼混結(jié)合面抗剪弱，壽命低，養(yǎng)護(hù)上結(jié)合梁更不如小箱梁，故不推薦采用鋼-混結(jié)合梁方案。共五十八頁 拱肋寬度(kund)：4.0m 主鋼管直徑： 1200mm 管壁厚:35mm， 30mm

3、， 24mm; 鋼管內(nèi)填充 50號(hào)高強(qiáng)砼共五十八頁二、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)規(guī)范 （一）、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn). 公路等級(jí)：高速公路(o s n l)。. 設(shè)計(jì)行車速度：80公里/小時(shí)。. 路基寬度： 24.5米。. 設(shè)計(jì)荷載：汽車超20級(jí),掛車120。設(shè)計(jì)洪水頻率： 1/300。地震烈度：VI度，按VII度設(shè)防。共五十八頁（二）、技術(shù)規(guī)范：(1). 部標(biāo)準(zhǔn)公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (JTJ 001-97) (2). 部標(biāo)準(zhǔn)公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTJ 004-89) (3). 部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范 (JTJ 021-89) (4). 部標(biāo)準(zhǔn)公路磚石及混凝土橋涵 設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTJ 022-85)(5). 部標(biāo)準(zhǔn)

4、公路鋼筋砼及預(yù)應(yīng)力砼 橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTJ 023-85) (6). 部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵地基(dj)與基礎(chǔ) 設(shè)計(jì)規(guī)范 (JTJ 024-85)共五十八頁(7). 部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范 (JTJ 041-2000) (8). 部標(biāo)準(zhǔn)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ025-86）(9).鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)、 施工及驗(yàn)收規(guī)程（JGJ82-91）(10).建筑(jinzh)鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程 （JGJ81-2002）(11).鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 （TB10002.2-99）(12).工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)鋼管砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程（CECS28：90）(13).國家標(biāo)準(zhǔn)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5、規(guī)范 （GB50017-2003）共五十八頁（三）、設(shè)計(jì)依據(jù)(1).關(guān)于上海至成都國道主干線湖北省宜昌至恩施公路初步設(shè)計(jì)的批復(fù)交公路發(fā)2004271號(hào)。(2). 支井河大橋初步設(shè)計(jì)文件。(3). 支井河大橋工程地質(zhì)詳勘報(bào)告。（湖北省神龍地質(zhì)工程勘察院編）。(4). 支井河大橋西岸巖基變形穩(wěn)定性研究報(bào)告（武漢大學(xué)水利水電學(xué)院編）。(5). 支井河特大橋(d qio)技術(shù)設(shè)計(jì)文件。共五十八頁 目前該橋拱座基礎(chǔ)(jch)混凝土已開始澆筑，主拱肋鋼管（箱）已制作完成并在工廠進(jìn)行了預(yù)拼裝，下面為工廠的部分照片。共五十八頁主鋼管(gnggun)的橫連共五十八頁組拼主拱肋片共五十八頁三、鋼管混凝土的基本(j

6、bn)性能 鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成的構(gòu)件，鋼管混凝土軸心受壓時(shí)產(chǎn)生緊箍效應(yīng)，是鋼管混凝土具有特殊性能(xngnng)的基本原因。共五十八頁 鋼管混凝土構(gòu)件在軸心壓力作用下，鋼管和核心混凝土都處于(chy)三向應(yīng)力狀態(tài)下，與單向受壓時(shí)不同，其性能發(fā)生了改變。共五十八頁 在三向應(yīng)力狀態(tài)（縱向受壓而環(huán)向受拉）下，鋼材的屈服強(qiáng)度fy降低(jingd)，而極限應(yīng)變卻增大；隨著緊箍力的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度提高，彈性模量也提高，塑性變形能力也大大增加。共五十八頁 用作受壓構(gòu)件的鋼管混凝土，由于鋼管對(duì)混凝土的緊箍作用，使混凝土的抗壓強(qiáng)度大大提高，而且還由脆性(cuxng)材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧希?/p>

7、基本性能起了質(zhì)的變化。共五十八頁 薄壁鋼管(gnggun)的承載力決定于薄壁的局部穩(wěn)定，屈服強(qiáng)度常得不到充分利用。用作鋼管(gnggun)混凝土?xí)r，內(nèi)部存在混凝土，提高了薄壁管的局部穩(wěn)定性，其屈服強(qiáng)度可以充分利用。共五十八頁鋼管(gnggun)混凝土軸心受壓時(shí)N-全過程關(guān)系曲線 圖中a1點(diǎn)是開始產(chǎn)生(chnshng)緊箍力的點(diǎn)(泊松比c=s)，這時(shí)鋼管的縱向應(yīng)力稍低于比例極限fp。a點(diǎn)相應(yīng)于鋼管應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)fp，過a點(diǎn)后，進(jìn)入彈塑性階段。共五十八頁 a2點(diǎn)時(shí)管內(nèi)核心混凝土縱向應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck；a2點(diǎn)和b點(diǎn)處軸力相差約5%左右。 b點(diǎn)時(shí)鋼管的應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)屈服點(diǎn)fy，進(jìn)入塑流，直至c點(diǎn)開始進(jìn)入

8、強(qiáng)化(qinghu)階段，到d點(diǎn)時(shí)鋼管應(yīng)力強(qiáng)度達(dá)強(qiáng)度極限fu而進(jìn)入破壞面。共五十八頁四、支井河大橋設(shè)計(jì)(shj)理論依據(jù) 本橋在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中按國內(nèi)慣例采用了兩種計(jì)算理論： 1、彈性應(yīng)力疊加法，主要用于施工過程的安全控制，并為后期的施工監(jiān)控提供理論計(jì)算參考。 2、極限承載力法，用于評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的總體(zngt)安全度。共五十八頁 在應(yīng)力疊加法中，控制部位為拱腳下弦桿鋼管應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力包含了恒載、活載、溫度、混凝土收縮(shu su)徐變、風(fēng)力。共五十八頁 在這些應(yīng)力分項(xiàng)中，徐變是按外露混凝土的系數(shù)計(jì)算(j sun) 的。 實(shí)際上，鋼管混凝土的徐變系數(shù)要遠(yuǎn)小于這個(gè)值，只是目前沒有規(guī)范可依據(jù)，計(jì)算時(shí)仍

9、采用一般混凝土的徐變計(jì)算方法。共五十八頁 按照目前應(yīng)力疊加理論(lln)，鋼管應(yīng)力采用彈性疊加法，完全不考慮鋼管混凝土作為組合材料的受力機(jī)理，相當(dāng)于鋼管與混凝土完全分離，這只適用應(yīng)力水平較低或空鋼管的情況，在施工過程中用應(yīng)力來控制是合理的。共五十八頁 但以此來評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)的安全度缺乏依據(jù)，這種方法的實(shí)質(zhì)是以局部點(diǎn)的單向應(yīng)力水平來評(píng)判整體結(jié)構(gòu)的安全性，是不盡合理的，也無法體現(xiàn)鋼管混凝土的作為組合材料的受力性能，按此設(shè)計(jì)(shj)將造成不必要的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)。共五十八頁 國內(nèi)鋼管混凝土已有的規(guī)范都采用極限承載力理論（交通部的規(guī)范尚在報(bào)批中）。 我們?cè)诒緲蛟O(shè)計(jì)中，采用了中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)

10、設(shè)計(jì)與施工規(guī)程、中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程，按兩本規(guī)范分別做了計(jì)算分析，結(jié)果表明，考慮荷載組合后的內(nèi)力還沒有達(dá)到規(guī)范值，尚有一定的富裕度，應(yīng)該說，設(shè)計(jì)考慮的安全(nqun)度是足夠滿足要求的。共五十八頁五、計(jì)算結(jié)果(一）、計(jì)算方法及假定 1. 恒載考慮了結(jié)構(gòu)自重、橋面系重量。并考慮混凝土的收縮徐變。系統(tǒng)(xtng)變化溫度按30度計(jì)算。 2. 拱圈、豎腹桿、斜腹桿、立柱、蓋梁及橋面系均采用空間梁?jiǎn)卧?3. 將鋼管與混凝土模擬為兩種材料，在節(jié)點(diǎn)處耦合。 4全橋共化分了4622個(gè)單元，2011個(gè)節(jié)點(diǎn)。靜力分析運(yùn)用MIDAS軟件，動(dòng)力及穩(wěn)定性分析運(yùn)用ANSYS軟件。 共五十

11、八頁結(jié)構(gòu)(jigu)有限元模型1 共五十八頁結(jié)構(gòu)(jigu)有限元模型2共五十八頁（二）、施工階段(jidun)的劃分 按照應(yīng)力疊加法進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮(kol)施工階段如下：1主拱合龍，形成無鉸拱。2灌注1號(hào)鋼管混凝土。3灌注2號(hào)鋼管混凝土。4灌注3號(hào)鋼管混凝土。5灌注4號(hào)鋼管混凝土。6灌注.5號(hào)鋼管混凝土。7灌注6號(hào)鋼管混凝土。8灌注7號(hào)鋼管混凝土。9灌注.8號(hào)鋼管混凝土。10安裝蓋梁。11安裝主梁。12橋面鋪裝。共五十八頁（三）、靜力計(jì)算結(jié)果（1）應(yīng)力主要(zhyo)計(jì)算成果：主弦鋼管(gnggun)的壓應(yīng)力（Mpa）施工階段位置拱頂合攏澆1砼澆8砼橋面鋪裝收縮徐變完成內(nèi)側(cè)下弦鋼管拱腳-4

12、7.2-67.0-129.1-197.1-228.1L/8-41.2-58.0-113.7-175.7-202.9L/2-53.6-77.4-129.9-187.9-222.2L3/8-42.7-55.8-91.9-134.5-153.7拱頂-38.6-53.0-78.8-113.7-133.6共五十八頁使用階段位置恒載+汽車+升溫+風(fēng)力恒載+汽車+降溫+風(fēng)力恒載+掛車內(nèi)側(cè)下弦鋼管拱腳-260.4 -260.6 -240.9 L/8-215.4 -216.4 -210.1 L/2-237.6 -222.5 -231.3 L3/8-174.8 -149.1 -162.0 拱頂-152.0 -12

13、4.6 -138.8 共五十八頁混凝土的壓應(yīng)力(yngl)（Mpa）施工階段位置澆8砼安裝主梁橋面鋪裝收縮徐變完成內(nèi)側(cè)上弦鋼管拱腳-7.8-12.8 -16.3 -12.2 L/8-5.9-11.0 -13.1 -10.0 L/2-7.3-12.9 -15.4 -11.6 L3/8-7.9-14.3 -17.8 -13.1 拱頂-9.6-15.6 -18.9 -13.7 內(nèi)側(cè)下弦鋼管拱腳-8.3-15.3 -20.0 -13.3 L/8-5.8-12.9 -16.5 -11.9 L/2-5.0-11.4 -14.8 -11.0 L3/8-3.4-8.4 -10.6 -8.2 拱頂-2.9-7.

14、2 -8.9 -6.9 共五十八頁使用階段位置恒載+汽車+升溫+風(fēng)力恒載+汽車+降溫+風(fēng)力恒載+掛車內(nèi)側(cè)上弦鋼管拱腳-21.2 -13.9-15.0L/8-12.8 -10.5-10.8L/2-12.4 -12.7-12.9L3/8-13.6 -15.8-14.7拱頂-14.0 -16.9-15.2內(nèi)側(cè)下弦鋼管拱腳-18.4 -21.5-16.0L/8-12.7 -15.6-13.2L/2-12.2 -12.4-12.6L3/8-10.4 -8.8-9.6拱頂-9.1 -7.3-8.1共五十八頁 從上面的計(jì)算結(jié)果可看出，按應(yīng)力疊加法，在考慮收縮徐變的影響下，使用階段，主拱圈鋼管的最大壓應(yīng)力達(dá)到

15、(d do)260.6Mpa,鋼材距其設(shè)計(jì)強(qiáng)度320Mpa尚有一定的距離。共五十八頁 在施工階段過程中，鋼管的初應(yīng)力最大值為136.6 Mpa0.6f=180 Mpa,能夠滿足要求（參照DL/T 5085-1999鋼-混凝土組合(zh)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)程 中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。共五十八頁 實(shí)際上，在以往的鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)過程中，在施工階段，按應(yīng)力疊加法進(jìn)行計(jì)算。成橋后，按照內(nèi)力(nil)疊加法進(jìn)行計(jì)算。如果在成橋后繼續(xù)按照應(yīng)力疊加法進(jìn)行計(jì)算，往往造成不經(jīng)濟(jì)。共五十八頁位 置軸力N(TONF)對(duì)應(yīng)彎矩M(TONFM)承載力NU(TONF)外側(cè)下弦鋼管拱腳5240.9 155.6 6457.2

16、 L/84098.1 143.5 6566.7 L/23317.5 52.0 5966.3 L3/82224.1 37.6 6021.2 拱頂1420.2 117.0 5044.7 恒載+汽車+降溫(jing wn)+風(fēng)力作用下內(nèi)力組合 (2)內(nèi)力主要(zhyo)成果:共五十八頁從上面的結(jié)果看出，在不利荷載組合(zh)下，結(jié)構(gòu)的軸力最大組合(zh)值為5240.9 tonf6457.2 tonf,能夠滿足要求，并有23%的富余度。共五十八頁位 置軸力N(tonf)對(duì)應(yīng)彎矩M(tonfm)計(jì)算fsc (M pa)承載力fsc(Mpa)外側(cè)下弦鋼管拱腳5239.4 146.4 53.2168.55

17、 L/84081.8 217.7 44.36 68.55 L/23308.3 51.0 31.62 57.35 L3/82219.3 35.9 21.25 57.35 拱頂1420.1 31.4 15.07 57.35 恒載+汽車(qch)+降溫+風(fēng)力作用下的承載力 從上面的結(jié)果可看出,能夠滿足規(guī)范要求(yoqi),并有28%的富余量.共五十八頁（四）、動(dòng)力(dngl)計(jì)算結(jié)果自振頻率(pnl)表格 模態(tài)號(hào)振型頻率(赫茲)1主拱圈面外對(duì)稱0.2192主拱圈面內(nèi)反對(duì)稱0.4703主拱圈面外反對(duì)稱0.5844主拱圈面內(nèi)對(duì)稱0.7175主拱圈面外對(duì)稱0.9626最高排架面外反對(duì)稱振動(dòng)1.0237最高

18、排架面外對(duì)稱振動(dòng)1.0658最高排架面外反對(duì)稱振動(dòng)1.1249主拱圈扭轉(zhuǎn)振動(dòng)1.20210主拱圈面內(nèi)反對(duì)稱1.283共五十八頁第一(dy)階振型 第二(d r)階振型鋼管砼拱橋面外和面內(nèi)一階計(jì)算頻率 自振頻率與已建成的橋相比，基本適當(dāng)，表明整體剛度滿足要求。 橋名主跨拱橋類型基頻（Hz）面外面內(nèi)梅溪河大橋288m上承式鋼管砼桁架拱0.200.45巫峽長(zhǎng)江大橋460m中承式鋼管砼桁架拱0.170.35支井河特大橋430m上承式鋼管砼桁架拱0.220.47丫髻沙大橋360m中承式鋼管砼桁架拱0.330.44深圳北站大橋150m下承式鋼管砼桁架系桿拱0.330.55共五十八頁（五）、穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果施

19、工階段及使用階段、活荷載作用下的整體結(jié)構(gòu)彈性穩(wěn)定(wndng)系數(shù)如下表：各個(gè)階段的穩(wěn)定系數(shù)均大于4，支井河特大橋穩(wěn)定性能滿足(mnz)規(guī)范要求。 計(jì)算工況穩(wěn)定安全系數(shù)失穩(wěn)模態(tài)拱頂合攏12.8面外失穩(wěn)澆注混凝土110.2面外失穩(wěn)澆注混凝土28.7面外失穩(wěn)澆注混凝土37.8面外失穩(wěn)澆注混凝土47.4面外失穩(wěn)澆注混凝土57.2面外失穩(wěn)澆注混凝土66.7面外失穩(wěn)澆注混凝土76.3面外失穩(wěn)澆注混凝土86.4面外失穩(wěn)全部澆注完成后(未上立柱之前)7.0面外失穩(wěn)安裝蓋梁6.4面外失穩(wěn)安裝主梁6.3面外失穩(wěn)全橋施工加載完成（成橋狀態(tài)）6.4面外失穩(wěn)全橋布滿活荷載（使用狀態(tài)）5.7面外失穩(wěn)1、一類穩(wěn)定：共五十

20、八頁2、二類(r li)穩(wěn)定： 通過第二類穩(wěn)定分析，可以得出：1、恒載自重作用下的二類穩(wěn)定系數(shù)(xsh)為1.9984。2、在100年一遇風(fēng)荷載作用下穩(wěn)定系數(shù)為2.298 。3、在全橋車輛布載情況下穩(wěn)定系數(shù)為9.105。4、在左半跨加載和右半跨加載情況下穩(wěn)定系數(shù)分 別為8.298和8.435。5、在半幅全跨加載條件下穩(wěn)定系數(shù)為11.878。共五十八頁（六）、CFD數(shù)值風(fēng)洞(fn dn)模擬計(jì)算結(jié)果 根據(jù)公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范，支井河大橋橋位處的基本風(fēng)速取為28.0m/s；橋面(qio min)高度處的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速為29.8m/s，主梁的靜陣風(fēng)風(fēng)速為42.3m/s。 通過風(fēng)荷載分析，可以得到在10

21、0年一遇的風(fēng)荷載作用下，主拱跨中最大的側(cè)向位移為0.432m，主拱跨中最大豎向位移為0.058m；1/4拱位置處最大側(cè)向位移為0.319m，豎向位移為0.0314m；主梁跨中最大側(cè)向位移為0.4596m，最大豎向位移為-0.0687m。共五十八頁1#拱肋截面(jimin)0攻角下流場(chǎng)粒子圖 共五十八頁2#拱肋截面0攻角下流(xili)場(chǎng)粒子圖 共五十八頁3#拱肋截面0攻角下流(xili)場(chǎng)粒子圖 共五十八頁4#拱肋截面0攻角下流(xili)場(chǎng)粒子圖 共五十八頁主梁截面(jimin)0度攻角下流場(chǎng)粒子圖 共五十八頁（七）、主拱座的局部(jb)分析 計(jì)算分析按三維實(shí)體單元(dnyun)，采用ANS

22、YS軟件分析，主要分析拱座與基巖交接面的應(yīng)力狀況，最不利荷載下拱角內(nèi)力組合見下表：位置上弦鋼管下弦鋼管項(xiàng)目軸力(tonf)相應(yīng)彎矩(tonf.m)軸力(tonf)相應(yīng)彎矩(tonf.m)恒載235144.6365395.7恒載+汽車275165.7406926.8恒載+汽車+升溫3335140.0369285.6恒載+汽車+降溫3962129.3444688.8恒載+掛車338944.8373958.3共五十八頁拱座三維有限元模型(mxng) SX方向應(yīng)力(yngl)云圖 SY方向應(yīng)力云圖 SZ方向應(yīng)力云圖 共五十八頁不利荷載組合(zh)下的拱腳內(nèi)力(MPa)位置正應(yīng)力剪應(yīng)力主應(yīng)力項(xiàng)目SXSY

23、SZSXYSYZSXZ123恒載壓應(yīng)力4.012.610.7551.700.1610.1730.2820.7524.34拉應(yīng)力1.020.3530.2060.0250.1550.1721.140.2040.144恒載+汽車壓應(yīng)力4.142.680.7751.750.1640.1740.2870.7724.45拉應(yīng)力0.990.360.2220.0260.1640.1741.160.2200.125恒載+汽車+升溫壓應(yīng)力3.952.60.741.680.1580.1690.2730.7424.28拉應(yīng)力0.940.360.200.0260.1580.1691.130.2050.116恒載+汽車+降溫壓應(yīng)力4.212.780.7941.800.1700.1740.2890.7914.56拉應(yīng)力0.9130.3730.2370.0280.1700.1741.190.2340.110恒載+掛車壓應(yīng)力4.052.640.7671.740.1650.1730.2800.7644.41拉應(yīng)力 0.970.3670.2120.0270.1650.1731.130.2060.148通過計(jì)算結(jié)果可得知，地基各個(gè)方向的應(yīng)力值平均值都在1.3Mpa左右，局部出現(xiàn)壓應(yīng)力最大值為4.21Mpa，