瀏陽河第六大橋下部結構計算書

瀏陽河第六大橋

下部支撐墩柱仿真分析

長沙理工大學

瀏陽河第六大橋監(jiān)控部

2015年3月

目錄

1工程概況..........................................................3

2材料計算參數(shù)......................................................4

3有限元模型建立....................................................5

3.1單元離散......................................................5

3.2計算荷載......................................................6

3.3邊界條件......................................................9

3.4計算工況......................................................9

4計算結果分析.....................................................10

4.1Z1#?Z4#、4#?6#墩計算........................................16

4.27#墩計算.....................................................18

5臨時墩L5#計算...................................................19

5.1單元離散...................................................19

5.2計算荷載...................................................20

5.3邊界條件...................................................20

5.4計算結果...................................................21

6下部支撐墩改善方案模型建立.......................................24

6.1單元離散.....................................................24

6.2計算荷載....................................................25

6.3邊界條件.....................................................27

6.4計算工況.....................................................27

7改善方案計算結果整理.............................................28

7.1Z1#?Z4#、4#?6#墩計算........................................33

7.27#墩計算.....................................................34

8改善方案后臨時墩L5#計算.........................................35

9小結.............................................................39

附表1各墩的反力和摩擦力/kN......................................................................................40

下部支撐墩柱仿真分析

1工程概況

全橋在預制底模范圍內(nèi)共設Zl#、Z2#、Z3#三個滑道支撐墩，在預制平臺與

5#墩之間，設置Z4#鋼筋混凝土臨時墩，在5#墩和6#墩之間設置鋼管臨時墩L5#。

主跨施工時，先在主橋位南側滑道支撐墩Z1#?Z3#區(qū)域搭設預制平臺，主梁預制

完畢后進行頂推。各跨跨徑布置為(3X9+2X19.5+2X30+39)m,如圖1.1所示。

滑道支撐墩Z1#?Z3#,臨時墩Z4#和主墩4#?7#截面尺寸如圖1.2?1.5所示。

圖1.1墩柱布置圖(m)

圖1.2Z1#?Z3#墩柱截面尺寸(m)圖1.3Z4#墩柱截面尺寸(m)

圖1.45#和6#墩柱截面尺寸(m)

圖1.54#和7#墩柱截面尺寸(m)

2材料計算參數(shù)

1.Z1#?Z4#墩柱以及4#墩采用C30混凝土，5#?7#墩柱采用C40混凝土。材

料參數(shù)如表2.1和2.2所示。

表2.1C30混凝土材料參數(shù)表

彈性E3.0e4MPa

泊松比0.2

軸心抗壓強度標準值20.1MPa

軸心抗拉強度標準值2.01MPa

軸心抗壓強度設計值13.8MPa

軸心抗拉強度設計值1.39MPa

混凝土容重26kN/m3

線膨脹系數(shù)1.00e-05

表2.2C40混凝土材料參數(shù)表

彈性E3.25e4MPa

泊松比0.2

軸心抗壓強度標準值26.8MPa

軸心抗拉強度標準值2.4MPa

軸心抗壓強度設計值18.4MPa

軸心抗拉強度設計值1.65MPa

混凝土容重26kN/m3

線膨脹系數(shù)1.00e-05

2.豎向鋼筋采用HRB335,材料參數(shù)如表2.3所示。

表2.3鋼筋HRB335材料參數(shù)表

叫酎生E2.0e5MPa

泊松比0.3

抗壓強度標準值335MPa

抗拉強度標準值335MPa

抗拉強度設計值280MPa

抗壓強度設計值280MPa

線膨脹系數(shù)1.20e-05

3.鋼管臨時墩L5#采用Q235鋼材和砂礫的組合材料。材料參數(shù)如表2.4和

2.5所示。

表2.4Q235鋼材材料參數(shù)表

彈性E2.06e5MPa

泊松比0.3

抗彎強度設計值215MPa

抗拉強度設計值215MPa

抗壓強度設計值215MPa

抗剪強度設計值125MPa

線膨脹系數(shù)1.20e-05

表2.5砂礫材料參數(shù)表

彈性E2.1e4MPa

泊松比0.2

容重18kN/m3

線膨脹系數(shù)1.00e-05

3有限元模型建立

3.1單元離散

下部支撐墩仿真模型主要分為兩部分進行計算。（Z1#?Z4#墩及4#?6#墩）作

為整體采用有限元軟件MIDASCIVIL2012建立，有限元模型如圖3.1所示。7#

墩與其他墩子水平向受力沒有聯(lián)系，在整體模型中得出其最不利工況進行驗算。

模型中，臨時墩和主墩均采用空間梁單元模擬，Z1#?Z4#墩之間的工字鋼連接，

4#墩與6#墩之間的鋼管均采用桁架單元進行模擬，5#墩與6#墩之間的水平拉索

采用只受拉桁架單元進行模擬。各墩劃分為1個單元，模型共16個節(jié)點，15個

單元。

圖3.1支撐墩有限元模型圖

根據(jù)施工專項方案，臨時墩L5#采用12根直徑800mm，中間4根采用10mm

壁厚，其他壁厚8mm的鋼管樁，樁內(nèi)回填密實砂礫作為支撐。在仿真分析中，

根據(jù)剛度等效的原則，把臨時墩L5#等效為如下材料和截面形式：

￡,=1.15xlO5A/PaA=2.45x0.6=1.47m2/=—x2.45x0.63=0.044bn4

12

3.2計算荷載

1.自重：臨時墩、主墩的重量由程序根據(jù)毛截面計算；

2.墩頂豎向反力N：在頂推過程中，主梁對墩柱產(chǎn)生的豎向壓力

3.水平力：

①主梁與橋墩相對運動產(chǎn)生的動摩擦力f，大小為墩頂豎向反力與摩擦系數(shù)

的乘積，f=Nxp,方向與頂推前進方向一致，摩擦系數(shù)根據(jù)施工專項方案取

0.06

②水平千斤頂?shù)耐屏，總大小為頂推梁段的總重量與(摩擦系數(shù)+坡度)的

乘積。本橋為雙向坡度，過臨時墩L5#前坡度為3.414%,以后為-2.146%。按照

千斤頂最大行程的80%平均分派到各千斤頂上進行試算。

各工況所需總推力大小如表3.1所示。

表3.1各工況總推力大小

工況總推力(kN)

第一梁段預制694

第二梁段預制1562

第三梁段預制2427

第四梁段預制3038

第五梁段預制3220

頂推第一梁段總推力：F=307x24x(0.06+0.03414)=694yWV

頂推第二梁段總推力：F-307x54x(0.06+0.03414)=1562kN

頂推第三梁段總推力：F=84x307x(0.06+0.03414)=2427kN

頂推第四梁段總推力：

F=99x307x(0.06+0.03414)+15x307x(0.06-0.03414)=3038M

頂推第五梁段總推力：

F=93x307x(0.06+0.03414)+45x307x(0.06-0.03414)=3220M

根據(jù)專項施工方案，擬在臨時墩Z4#墩、5#墩、6#墩安裝水平千斤頂。5#、

6#墩各安裝一臺ZLD-100自動連續(xù)頂推裝置，Z4#墩安裝2臺ZLD-100自動連

續(xù)頂推裝置，共計4臺自動連續(xù)頂推千斤頂。按此方案結合不同工況所需的總頂

推力大小，在結構仿真分析時，各墩水平千斤頂出力大小如表3.2和圖3.2?3.8

所示。

表3.2各千斤頂推力大小說明表

工況Z4#(kN)5#(kN)6#(kN)

第一梁段預制-694

第二梁段預制-1562

第三梁段預制-1600-827

第四梁段預制-1800-1000-238

第五梁段預制-1800-1000-420

圖3.2第一梁段預制?過5#墩

圖3.3過5#墩?第二梁段預制

-1562^

圖3.4第二梁段?第三梁段預制

圖3.5第三梁段預制?過6#墩

圖3.6過6#墩?第四梁段預制

圖3.7第四梁段預制?第五梁段預制

,635.0

圖3.8第五梁段預制?頂推138m

3.3邊界條件

墩底邊界條件按固結模擬，即約束墩底節(jié)點的DX、DY、DZ、RX、RY、

RZo其中，“DX、DY、DZ”分別表示節(jié)點平動自由度，“RX、RY、RZ”分別表

示節(jié)點轉動自由度。如圖3.9所示。

圖3.8墩底邊界示意圖

3.4計算工況

以上部結構整體計算為基礎，根據(jù)本橋頂推施工工藝流程，此次下部支撐墩

柱仿真計算工況與頂推整體計算工況相同。工況具體見表3.3（以1m為一個計

算步長，共頂推138m,劃分147個計算工況）。

表3.3頂推工況說明表

工況序號工況編號工況名稱工況說明

1CS1施工階段1預制第1段主梁

2?16CS2?C16施工階段2?施工階段16整體向前頂推l~15m

17CS17施工階段17導梁過5號墩

18?25CS18-C25施工階段18?施工階段25整體向前頂推16?23m

26CS26施工階段26預制第2段主梁

27?48CS27?C48施工階段27?施工階段48整體向前頂推24?45m

49CS49施工階段49導梁過Z4號墩

50?57CS50?C57施工階段50?施工階段57整體向前頂推46?53m

58CS58施工階段58預制第3段主梁

59?80CS59-C80施工階段59?施工階段80整體向前頂推54?75m

81CS81施工階段81導梁過6號墩

82?90CS82?C90施工階段82?施工階段90整體向前頂推75?83m

91CS91施工階段91預制第4段主梁

92?120CS92?C120施工階段92?施工階段120整體向前頂推84~113m

121CS121施工階段121預制第5段主梁

122CS122施工階段122整體向前頂推114m

123CS123施工階段123導梁過7號墩

124?147CS124-C147施工階段124?施工階段147整體向前頂推115?138m

4計算結果分析

合計

?ZlW*(kN?m)

「n一「nTrrr「「r廠門一一-r廠rrriTi-rrri一門一門一廠廠!

HnmnTnwv-mw-TT1

Slavo離

O-sc&n

S-ewamUwi

22s$v*ssMs

博

二

MI

施工階阿步驟勤段:步驟）

圖4.1Z1#墩彎矩工況圖/kN?m

圖4.2Zl#墩軸力工況圖/kN

A￡96

gSS

tsMS

a

-

#iI

施工階段/鰥黝段:步驟）

圖4.3Z2#墩彎矩工況圖/kNm

s

芨

圖

m

3

二

3-m二-

Tm1HTTJT

、8

oEs?S￡s_l6三s2em9

zss22ln=m2E

Kqs￡a￡-r6g5I2

s恁

?

￡o?潭*v??9

sss?-s)--2

亙

￡言s0

's22s一S

*一

*

三

「

一

1VTVlWnmnHnnHT$5n-TnvTnnnn1nnnnmnV-wmvTW一WTvn

96M￡z-

2SsW￡sssSg=s22oa

SSews邕￡M-n-

屯-r

2KuM=ssss鼻we￡CJ

?35Ms32-wsaess?2emW蘭iIwe

工I

2MssWSwMsMx

個

石

施工階戰(zhàn)/步驟⑹1根:步驟）

圖4.5Z3#墩彎矩工況圖/kN-m

合計

R力（則

施工階段/步驟勖段:絆）

圖4.6Z3#墩軸力工況圖/kN

圖4.7臨時墩Z4#墩彎矩工況圖/kN?m

■Z4轉方(kN)

s

圖

。

於

導

等

三

二

s2962>OEsB/zfIl96sS8TE9§ZbZ0S96Zs8三28ICSE9

SE?iZ;zss?99HB88666O-2二2222

?

?

?

s￡*第

，

sX3s**■ns2??HH;;，.H，SHI-

2S葷

零

EWe*隼S9SC

wW營

z-ssM3s5sS2s§￡-SS管§?aS?SsV

-建營

.■§2.S3SM2M2SS3

*3漆

一,X

備?2

施工階段/步驟黝限:螂）

圖4.8臨時墩Z4#墩軸力工況圖/kN

合計

4??(kN?m)

TlwTTm■T1inrTVTT7TT

6VSO二.ZbZ0E9

Zm2Aw6

H?99m688866

￡S9ssz

Ma&WSS222S_

S_XSS2MsXSSxES2E23w

?

I!!li!l!ihl!§

保

施工階段/瓣儆段:步緊）

圖4.94#墩彎矩工況圖/kN?m

■4專;7(kN)

丁

——

—

——

——

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

—

」

—