中承式鋼管混凝土組合拱橋計(jì)算書

中承式鋼管混凝土組合拱橋計(jì)算書

一、概述

河最高水位達(dá)173.22m,橋址區(qū)水面最大寬度達(dá)175m。經(jīng)初步設(shè)計(jì)方案比較后，

推薦采用單孔中承式鋼管混凝土組合拱，橋梁總長192.0mo

二、計(jì)算依據(jù)

2.1《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB01-2003)

2.2《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)

2.3《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD62-2004)

2.4《公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ022-85)

2.5《公路巧?工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD61-2005)

2.6《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)

2.7《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(CECS28:90)

2.8《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》(JCJ01-89)

2.9《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及臉收規(guī)范》(GB50205-2001)

2.10《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)

2.11《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG/TD60-01-2004)

2.12《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ004-89)

三、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

3.1設(shè)計(jì)荷載等級：城市B級(公路-II級)，人群2.5kN/m2

3.2設(shè)計(jì)行車速度：40km/h

3.3橋面凈空：人行道2.2501(含欄桿)+分隔帶2(11+行車道9川十分隔帶2巾+人行

道2.25m(含欄桿),橋面總寬17.5m

3.4橋面橫坡:雙向2.0%

3.5橋面鋪裝：行車道采用平均10cm厚的混凝土調(diào)平層和3cm厚的混凝土磨

耗層，人行道采用平均8cm厚的混凝土調(diào)平層和5cm厚的干漿砌毛面花面巖

3.6橋位處氣溫：最低-9.3℃,最高43.1℃;拱肋合攏溫度15?25℃

3.7庫區(qū)設(shè)計(jì)水位標(biāo)高:173.22m

3.8地震峰值加速度：0.05g;特征周期：0.35s

3.9設(shè)計(jì)洪水頻率：1/100

四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1橋型及構(gòu)造

橋梁為總長192.0m的單孔中承式鋼管混凝土組合拱，拱肋計(jì)算跨徑為129.5m,

計(jì)算矢高為37.0m。橋面以上部分采用鋼管及空間四肢式桁架結(jié)構(gòu)，拱肋寬1.55m,

跨中拱肋高2.5m,肋間中距11.0m。下弦軸線為拱軸系數(shù)m=1.543的懸鏈線，為了

滿足受力要求，下弦從拱腳向上到1/8L處橫向用鋼板將鋼管平聯(lián)成啞鈴型；上弦軸

線為懸鏈線與圓曲線的組合曲線，其中懸鏈線部分與下弦軸線平行，圓曲線部分伸

入邊孔，在橋臺處與邊孔軸線匯交，半徑R二84.794m。上、下弦管分別為0351X12mm

和0351X16mm的16Mn鋼管，其內(nèi)部灌注C50微膨脹混凝土。邊孔為計(jì)算跨徑23.8m,

計(jì)算矢高8.5m的懸鏈線半拱，拱軸系數(shù)m=1.167,鋼筋混凝土箱形截面，箱高1.2m,

寬2.0m,拱頂腹板厚25cm,頂?shù)装搴?5cm,截面由拱腳附近立柱處向拱腳處腹板厚

度由25cm直線漸變到50cm,頂?shù)装逵?5cm漸變到60cm。吊桿處上、下平聯(lián)均為兩

個(gè)25號16Mn槽鋼和兩個(gè)20mm厚16Mn鋼板相焊接的組合截面，其余所有平聯(lián)和腹

桿均為（t）152X8mm的16Mn空鋼管，在邊孔處分離的上、下弦管通過支撐桿相聯(lián)，支

撐桿采用Ql52X8mm的16Mn鋼管，內(nèi)灌水泥砂漿，外包成30cmX30cm的矩形。預(yù)

拱度在拱頂取值均為=0.15m,其余各點(diǎn)按拋物線從拱頂?shù)戒撹旒芟孪夜苠^固點(diǎn)分

配。兩條拱肋間共設(shè)置7道一字鋼管風(fēng)撐，間距144m,足以保證拱肋合攏后施工階

段與營運(yùn)時(shí)期的穩(wěn)定安全。為了便于養(yǎng)護(hù)、避免水流浸蝕，橋面以下的拱肋外包混

凝土，邊孔采用鋼筋混凝土箱形截面的半孔雙肋拱橋，頂端支承于橋臺處。鋼桁架

下弦管錨固在混凝土墩帽的預(yù)埋鋼板上，上弦管錨固在邊孔拱肋的臺口處。

4.2橫梁、帽梁

吊桿處橫梁4#?20#為預(yù)制預(yù)應(yīng)力綱筋混凝土工字梁，高120cm,翼板寬80cm,

腹板厚35cm,全橋共需15片，吊裝重量為25.3t;邊孔腹孔墩帽梁為現(xiàn)澆鋼筋混凝

土T形梁，高120cm,翼板寬80cm,腹板厚50cm;

4.3吊桿

全橋需要15對吊桿，縱向間距為7.2m。吊桿采用帶有PE+PU（白色）管防護(hù)的

190s15.2mm的柔性拉桿，兩端采用OVM錨具15-19固定于上弦管平聯(lián)頂面及橫梁底，

與混凝土接觸部分用Q168X8mm的下導(dǎo)管，并作有防水及封端設(shè)施。

4.4橋面系

行車道板采用預(yù)制鋼筋混凝土T形梁，除1#?4#、20#?23#之間共6孔為跨徑

9.4m外，其余18孔均為7.2m跨徑，全橋需預(yù)制T梁240片。為提高橋面系的整體

穩(wěn)定性，在預(yù)制的T形梁橫向接頭之間，預(yù)留了現(xiàn)澆混凝土接縫。除4#、20#橫梁（伸

縮縫處）上的T梁下設(shè)置滑板支座外，5#?19#T梁下均不設(shè)支座，0#?3#、21#?24#

帽梁上設(shè)橡膠支座。

4.5下部構(gòu)造

橋墩采用鋼筋混凝土門式實(shí)體墩，并在其后加以傾斜以承受上部結(jié)構(gòu)傳來的推

力，為了增大穩(wěn)定性，橋墩建成后在其周圍進(jìn)行填土。腹孔立柱采用80cmX120cm

的矩形鋼筋混凝土截面。橋臺采用輕型橋臺，根據(jù)地形條件，將橋臺前墻與耳墻直

接生根于橋臺處承臺，并將耳墻前伸進(jìn)行擋土?；A(chǔ)采用摩擦樁，橋臺樁基為6根

01.2m,橋墩樁基為9根Q1.5m,全橋共30根樁基。在計(jì)算摩擦樁時(shí)，偏安全的不

考慮人工填土的摩擦力，只計(jì)入原地面線以下天然土的摩擦力。若成孔后有不良地

質(zhì)存在，須另行認(rèn)真處理，實(shí)際樁長根據(jù)現(xiàn)場成孔情況另行確定。

4.6材料

鋼管內(nèi)混凝土：C50微膨脹混凝土（膨脹率4.5?5.0X10-4）

吊桿下橫梁：C40混凝土

邊孔拱肋、主孔外包混凝土段：C40混凝土

邊孔立柱、帽梁：C30混凝土

橋面T梁、濕接縫：C30混凝土

橋面調(diào)平層：C30纖維網(wǎng)混凝土

墩身、橋臺、承臺：C30混凝土

樁基礎(chǔ)：C25混凝土

拱肋鋼桁架的弦管、腹桿、平聯(lián)等均采用16鎰無縫綱管及型鋼，軸向抗壓應(yīng)力

[<r]=200MPa,彎曲應(yīng)力[bw]=210MPa,屈服點(diǎn)340MPa,其性能應(yīng)符合國標(biāo)相應(yīng)要求。

五、計(jì)算內(nèi)容

上部結(jié)構(gòu)計(jì)算包括對主拱圈鋼管混凝土桁架、邊孔、吊桿橫梁、帽梁、吊桿及

橋面T梁進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力計(jì)算，并進(jìn)行持久狀況承載能力極限狀態(tài)和持久狀況正常

使用極限狀態(tài)下內(nèi)力、應(yīng)力驗(yàn)算，并對拱肋鋼管混凝土桁架進(jìn)行施工階段應(yīng)力及內(nèi)

力驗(yàn)算，以及施工和運(yùn)營階段穩(wěn)定性臉?biāo)恪?/p>

下部結(jié)構(gòu)計(jì)算包括橋墩承載力、穩(wěn)定性計(jì)算及樁基承載力和樁頂位移計(jì)算。

5.1主拱圈鋼管混凝土桁架計(jì)算

5.1.1模型建立

采用橋梁專用有限元計(jì)算程序Midas/CiviI進(jìn)行建模，拱肋鋼管混凝土及橫撐

采用梁單元模擬，腹桿、平聯(lián)采用梁單元模擬，邊孔、橋面T梁均采用梁單元模擬，

啞鈴型處鋼板用板單元模擬，吊桿采用桁架單元模擬。全橋模型共有單元2738個(gè)，

節(jié)點(diǎn)1302個(gè)，整體模型如圖5-1-1所示，拱肋鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)離散圖見附錄一。

圖5-1-1全橋有限元尸算模型

計(jì)算溫度荷載時(shí)，取合龍溫度為20°C,成橋運(yùn)營階段按升溫25°C,降溫25°

C考慮。計(jì)算拱腳變位時(shí)，按單側(cè)主墩向外發(fā)生1cm水平位移和0.5cm的豎向，立移考

慮。計(jì)算時(shí)只考慮了拱肋下弦混凝土段、邊孔及邊孔帽梁混凝土的收縮徐變，未計(jì)

入鋼管內(nèi)混凝土的收縮徐變。

5.1.2施工階段計(jì)算分析

1、施工階段劃分：本橋施工及過程主要?jiǎng)澐譃?個(gè)階段，具體如表577所示:

表577施工階段劃分表

施工

安裝的構(gòu)件施力口荷載邊界條件

階段

1吊裝合攏鋼桁架、橫撐，支架澆注邊孔結(jié)構(gòu)自重管端固結(jié)

2全橋?qū)ΨQ澆注管內(nèi)混凝土混凝土濕重、施工荷載管端固結(jié)

3現(xiàn)澆下弦管拱腳混凝土及肋間橫梁所加構(gòu)件自重管端固結(jié)

4對稱安裝吊汗、橫梁及橋面系所加構(gòu)件自重橋面約束

5施工橋面鋪裝二期恒載管端固結(jié)

6成橋運(yùn)營5年活載、溫度、基礎(chǔ)變位管端固結(jié)

2、施工階段應(yīng)力驗(yàn)算

表5-1-2弦管施工階段應(yīng)力計(jì)算表單位：MPa

節(jié)點(diǎn)澆管內(nèi)外包吊裝橫梁

截面位置截面位置空鋼管橋而鋪裝

號混凝土混凝土橋面系

鋼管5.0916.0114.4714.8912.73

管端1

管內(nèi)脛0.000.00-0.17-0.16-0.48

下弦拱腳鋼管7.197.9620.2712.0511.39

14

對應(yīng)處管內(nèi)腔0.000.001.720.550.46

鋼管4.922.757.392.692.62

上1/8L21

管內(nèi)殮0.000.000.67-0.06-0.10

弦

鋼管-4.93-12.74-9.65-29.97-41.82

管1/4L28

管內(nèi)殮0.000.000.452.554.30

鋼管-10.87-21.54-19.41-51.11-71.01

3/8L34

管內(nèi)金0.000.000.31-4.34-7.25

鋼管-14.80-28.21-26.24-83.53-119.56

1/2L41

管內(nèi)殮0.000.000.29-7.87-13.00

鋼管-9.74-11.21-18.40-31.00-38.20

管端114

管內(nèi)或0.000.000.22-1.64-2.69

鋼管-5.38-11.68-15.20-45.40-64.30

1/8L121

管內(nèi)於0.000.000.17-4.23-6.96

鋼管-8.48-19.45-13.60-38.50-53.40

下1/4L128

管內(nèi)腔0.000.000.15-3.61-5.87

弦

鋼管-4.06-12.11-8.13-22.80-31.20

管3/8L134

管內(nèi)校0.000.000.12-2.10-3.37

鋼管-4.47-13.39-11.30-28.50-38.10

1/2L141

管內(nèi)脛0.000.000.16-2.30-3.66

鋼管-14.30-29.52-40.40-97.90-133.00

Max123

管內(nèi)被0.000.000.33-7.91-13.00

拱肋鋼管混凝土桁架在施工和運(yùn)營階段，均認(rèn)為材料處于線彈性階段，且符合

平截面假定及虎克定律，不考慮應(yīng)力、內(nèi)力重分布，因而內(nèi)力、應(yīng)力計(jì)算均采用應(yīng)

力疊加法進(jìn)行計(jì)算，并對其進(jìn)行施工階段、正常使用極限狀態(tài)以及承載能力極限狀

態(tài)三項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行臉?biāo)恪２捎萌菰S應(yīng)力法進(jìn)行控制，容許應(yīng)力值采用210MPa。

表5-1-3弦管使用階段彈性組合應(yīng)力計(jì)算表單位：Mpa

節(jié)點(diǎn)組合7組合7組合8組合8

截面住置截面住置

號maxminmaxmin

鋼管20.20-30.1030.60-19.70

管端1

管內(nèi)殮2.12-5.133.64-3.60

下弦拱腳鋼管10.60-20.5020.60-10.50

14

對應(yīng)處管內(nèi)皎1.10-3.562.60-2.06

鋼管-22.30-62.507.80-32.40

1/8L21

管內(nèi)驗(yàn)-2.87-8.611.44-4.30

上

鋼管-21.00-65.80-23.10-67.90

弦1/4L28

管內(nèi)磔-1.70-8.43-2.00-8.74

管

鋼管-32.90-79.70-44.40-91.20

3/8L34

管內(nèi)於-2.86-9.88-4.58-11.60

鋼管-81.30-157.00-108.00-184.00

1/2L41

管內(nèi)校-7.17-18.00-10.90-21.80

鋼管-81.30-157.00-108.00-184.00

Max41

管內(nèi)3仝-7.17-18.00-10.90-21.80

鋼管-25.60-33.40-47.60-55.40

管端114

管內(nèi)聆-1.12-2.28-3.83-4.99

鋼管-53.00-74.20-62.80-84.00

1/8L121

管內(nèi)校-5.39-8.48-6.82-9.90

鋼管-35.10-79.20-31.40-75.50

下1/4L128

管內(nèi)校-3.07-9.70-2.53-9.16

弦

鋼管-19.50-62.30-6.63-49.40

管3/8L134

管內(nèi)於-1.48-7.910.46-5.97

鋼管-29.20-83.60-1.19-55.60

1/2L141

管內(nèi)及-2.09-9.841.91-5.84

鋼管-100.00-154.00-116.00-170.00

Max123

管內(nèi)校-8.46-16.10-10.70-18.30

注：1、表中應(yīng)力以拉為正，壓為負(fù)。

2、組合7與組合8見表5-1-1。

由上表可以看出，鋼管在施工階段以及在使用階段彈性組合狀態(tài)下上、下弦管

的最大應(yīng)力為784.0Mpa,小于-210MPa,且混凝土最大應(yīng)力為-21.8Mpa,亦小于規(guī)

范容許值-22.4Mpa,可見本橋主拱圈鋼管混凝土桁架在施工階段及運(yùn)營階段應(yīng)力均

滿足要求。各節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力詳見附錄二、三。

5.1.3使用階段計(jì)算分析

使用階段考慮了結(jié)構(gòu)在各項(xiàng)作用作用下，包括恒載、活載（公路一II級、人群）、

溫度變化、基礎(chǔ)變位、混凝土收縮徐變等，其在各控制截面所產(chǎn)生的效應(yīng)值如表5-1-5

所示。

1＞沖擊系數(shù)計(jì)算

新規(guī)范規(guī)定汽客荷載沖擊系數(shù)由結(jié)構(gòu)基頻所決定，由后面結(jié)構(gòu)動力計(jì)算可以得

知，本橋基頻為0.445,按《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)?！罚↗TGD60-2004）第4.3.2條

規(guī)定，沖擊系數(shù)取0.05。

2、荷載組合

本橋成橋運(yùn)營階段共計(jì)算了下述荷載組合，如表5-1-4所示。上部結(jié)構(gòu)計(jì)算及

橋墩計(jì)算均參照此表進(jìn)行組合。

表5T-4荷載組合表

荷載

類型說明

組合

組合1承載能力0.5表礎(chǔ)變位+1.2恒荷載+1.0徐變+1.0收縮+1.4活載+1.12升溫

組合2承載能力0.5恚礎(chǔ)變位+1.2恒荷載+1.0徐變+1.0收縮+1.4活載+1.12降溫

組合3使用性能1.0恚礎(chǔ)變位+1.0恒荷載+1.0徐變+1.0收縮+0.667活載+1.0升溫

組合4使用性能1.0表礎(chǔ)變位+1.0恒荷載+1.0徐變+1.0妝縮+0.667活載+1.0降溫

組合5使用性能1.0恚礎(chǔ)變位+1.0恒荷載+1.0徐變+1.0收縮+0.381活載+1.0升溫

組合6使用性能1.0表礎(chǔ)變位+1.0恒荷載+1.0徐變+1.0收縮+0.381活載+1.0降溫

組合7彈性階段1.0表礎(chǔ)變位+1.0恒荷載+1.0徐變+1.0收縮+1.0活載+1.0升溫

組合8彈性階段1.0基礎(chǔ)變位+1.0恒荷載+1.0徐變+1.0收縮+1.0活載+1.0降溫

注：表中活載包括公路一II級、人群荷載。

3、各項(xiàng)作用效應(yīng)

使用階段控制截面在各種作用下的內(nèi)力如表5-1-5,（全部單元結(jié)果見附錄二）。

表5-1-5運(yùn)營階段各項(xiàng)作用效應(yīng)表

上弦管下弦管

截面位置

管端1/8L1/4L3/8L1/2L管端1/8L1/4L3/8L1/2L

-399.-1117.-1622.-1798.-760.-1588.-1959.-V91.-829.

N(kN)-71.2

860588059

恒載

Q(kN)-17.6-4.5-11.0-14.220.2-7.3-3.6-11.6-17.322.2

M(kN*m)-23.2-13.4-12.4-9.448.1-18.6-7.1-19.7-14.350.9

N(kN)517.7291.6458.4453.8254.136.393.3725.3757.4607.0

活載

Q(kN)24.1-1.40.22.12.2-2.2-1.7-10.5-16.725.1

Nmax

M(kN*m)36.8-6.5-6.7-7.2-3.5-6.73.72.84.154.1

-515.-433.-1196.-1251.-1121.-218.-593.

N(kN)-509.0-969.5-897.4

活載6466640

MminQ(kN)-22.61.1-11.1-16.723.33.62.80.70.71.3

M(kN*m)-33.93.24.43.549.37.3-5.7-8.4-10.1-2.7

-408.-1098.-165.

N(kN)298.2-806.6-900.8-17.4620.5667.2516.6

活載018

MmaxQ(kN)39.21.4-1.9-4.522.65.61.2-1.8-'.425.9

M(kN*m)74.33.96.47.849.522.69.16.79.955.2

-339.-424.

N(kN)120.2394.4355.1215.7-79.9-420.2-962.2-861.2

活載08

MminQ(kN)-33.8-2.80.62.73.7-1.81.90.70.10.1

M(kN*m)-60.9-7.4-7.2-7.8-3.9-26.5-8.2-8.5-10.4-5.6

-340.-181.

N(kN)298.3-216.2169.3-935.7-270.2-574.066.7225.5

活載91

2maxQ(kN)39.31.81.73.225.85.83.21.91.426.4

M(kN*m)74.32.2-2.5-6.846.920.83.1-5.73.553.1

-339.-1135.

N(kN)107.4-919.3-117.1-35.045.3466.8601.1323.4

活載07

2minQ(kN)-33.8-3.3-11.7-17.4-4.4-3.5-1.9-11.1-17.1-2.2

M(kN*m)-60.9-4.92.73.81.4-21.34.30.91.6-0.2

N(kN)145.9282.2-26.2-200.1-257.0222.8-141.863.1245.4318.9

降溫

Q(kN)5.9-0.11.11.0-0.31.51.41.80.5-0.4

25

M(kN*m)8.9-3.10.41.92.39.0-2.5-0.12.22.8

-145.-282.-222.-318.

N(kN)26.2200.1257.0141.8-63.1-245.4

升溫9289

25Q(kN)-5.90.1-1.1-1.00.3-1.5-1.4-1.8-0.50.4

M(kN*m)-8.93.1-0.4-1.9-2.3-9.02.50.1-2.2-2.8

N(kN)5.3-3.3-33.6-43.5-40.00.04.338.449.645.0

基礎(chǔ)

Q(kN)0.20.00.10.0-0.30.00.30.20.0-0.1

變位

M(kN*m)0.30.00.30.40.4-1.3-0.10.40.50.5

N(kN)207.6367.738.4-144.2-204.1-32.6-158.76.2201.4278.9

徐變

Q(kN)4.7-0.1-0.1-0.2-0.210.40.5-0.6-0.4-0.3

M(kN*m)14.7-3.9-0.21.62.145.2-3.1-0.81.82.6

-185.-175.-134.

N(kN)-19.269.098.016.677.4-2.0-96.6

571

收縮

Q(kN)-4.60.00.10.10.1-4.4-0.30.30.20.2

M(kN*m)-5.51.90.1-0.8-1.0-19.71.50.4-0.9-1.2

注：1、表中軸力以拉為正，壓為負(fù)，彎矩符號與梁式彎知同,

剪力以由截面底緣向頂緣方向?yàn)檎?，反之為?fù)；

2、表中活載包括公路一II級、人群荷載。

4、強(qiáng)度計(jì)算

運(yùn)營階段承載能力采用單肢鋼管混凝土構(gòu)件的極限承載力進(jìn)行控制，采用《鋼

管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（CECS28:90）進(jìn)行驗(yàn)算。邊界條件取兩端較接（即

U=1）,臉?biāo)憬Y(jié)果如表5-1-6所示。

表57-6運(yùn)營階段強(qiáng)度臉?biāo)惚?/p>

項(xiàng)目NvoxM相庇

N)(kN)Nu(kN)NU/NM.

假而住(kN)(kN.m)

管端-963.70-84.44-9244.4-4642.14.8

下弦拱腳對應(yīng)處-1041.12-1.53-9244.4-9093.28.7

上

1/8L-1405.63-7.91-9244.4-8691.06.2

弦

1/4L-3047.15-8.27-9244.4-8969.02.9

管

3/8L-3887.39-4.03-9244.4-9137.22.4

拱頂-3956.83130.19-9244.4-6736.51.7

管端-1175.40-30.37-10774.0-8289.77.1

T1/8L-2669.44-18.93-10774.0-9955.23.7

弦1/4L-3758.49-35.22-10774.0-9717.82.6

管3/8L-2976.21-33.51-10774.0-9529.53.2

拱頂-2224.7555.52-10774.0-8355.53.8

注：1、表中Nw*為各項(xiàng)荷載組合中的絕對值最大值

2、hUa為N.x對應(yīng)值,

3、N0=.fAQ+M+e），心=外”。

由上表可以看出.本橋在運(yùn)營階段NU/NM值均大于1.可見本橋在運(yùn)營階段拱肋

鋼管混凝土強(qiáng)度滿足要求。

5、撓度計(jì)算

拱肋鋼桁架在施工階段及運(yùn)營階段各項(xiàng)作用下拱頂豎向位移如表5-1-6所示。

表5-1~6拱頂位移表

施工階段運(yùn)營階段

階段作用位移(cm)作用位移(cm)作用位移(cm)

空鋼管自重-1.00升溫-5.13收縮0.92

灌注管內(nèi)皎自重-1.00降溫5.13活載max1.40

安裝吊桿橫梁橋面系自重-3.3基礎(chǔ)變位-1.07活載min-4.04

安裝橋面系自重-2.3徐變-1.98

根據(jù)上表，考慮施工階段的壓縮變形，施工預(yù)拱度設(shè)為9.0cm,設(shè)計(jì)預(yù)拱度設(shè)為

6.0cm,共設(shè)預(yù)拱度15cm,從拱頂?shù)较孪夜芏隋^固點(diǎn)按二次拋物線分配。

6、穩(wěn)定計(jì)算

⑴整體穩(wěn)定性(電算計(jì)算結(jié)果)

結(jié)合該橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及施工過程，運(yùn)用MIDAS/CiviI程序?qū)ζ涫┕み^程及成橋

運(yùn)營狀態(tài)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，結(jié)果如表5-1-7所示。

表5-1-7穩(wěn)定性驗(yàn)算表

施工階段運(yùn)營階段

階段穩(wěn)定系數(shù)失穩(wěn)模態(tài)作用穩(wěn)定系數(shù)失穩(wěn)模態(tài)

空鋼管16.15面外對稱全橋滿載4.89面外對稱

灌注管內(nèi)磴6.95面外對稱半跨滿載5.06面外對稱

安裝吊桿、橫梁、橋面系4.32面外對稱

成橋5.53面外對稱

注：表中所示為一階失穩(wěn)模態(tài)

由上表可知，本橋在施工階段穩(wěn)定系數(shù)均大于4,運(yùn)營階段在最不利布載階段穩(wěn)

定系數(shù)在4.5以上，因而穩(wěn)定性滿足要求。各個(gè)階段一階失穩(wěn)模態(tài)圖見附錄四。

(2)整體穩(wěn)定性(理論計(jì)算結(jié)果)

拱肋面外整體穩(wěn)定怛采用《拱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與振動》(項(xiàng)海帆、徐光棟編著)提

供的組拼拱簡化計(jì)算方法驗(yàn)算，以拱肋為研究對象。計(jì)算如下：

21

其中:

R八a

GJ(IGJdbd

式中：E/v和GJd分別為單根拱肋的側(cè)向抗彎剛度和抗扭剛度;

EJhz一橫撐的徑向抗彎剛度；

/?一拱肋間距；

d一橫撐間距；

R一圓弧拱的半徑，對于懸鏈線拱R=+(/?-/)2:

(in\

a一圓弧拱的開角，a=arcsin----

IR)

對于本橋，EJY=4158.424例Rt*,日小4428.464"/"M將日,換算成鋼管，

EJ(I=EsJd,Jd=0.021088;EJh:=0.0\]594MPdJ^f2=2.4345,“=904.3314,

4=725.9582,R=74.72w,a=1.0416md。

N<,=105077.IkN,由電算拱角截面最大物力乂翦=11427.04M。

橫向穩(wěn)定系數(shù)K=105077.1/11427.04=9.195>4?6,所以橫向一類彈性穩(wěn)定性

滿足要求。與表57-7相比，成橋階段空間有限元一類彈性穩(wěn)定系數(shù)4.32相比，手

算值比它大許多，這是因?yàn)槭炙阒新匀チ艘恍┯绊懸蛩厮隆?/p>

⑶局部桿件穩(wěn)定性

在全橋拉壓桿件中，e#支撐桿長度最長為10.256m,在最不利組合2作用下最大

壓力為139.6KN,桿件截面為Ql52X8mm的16Mn鋼管，內(nèi)灌水泥砂漿。計(jì)算時(shí)取一

端固結(jié)一端較接計(jì)算模式，桿件長細(xì)比4=必=159,77>乙,=萬肥=100,根據(jù)歐拉

公式臨界壓力嶗=『^=490.9007,穩(wěn)定系數(shù)°=*=卷*=3.52,滿足《公路

橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTJ025-86)規(guī)定的鋼結(jié)構(gòu)橋涵構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)不

小于1.3的規(guī)定。

5.2邊孔計(jì)算分析

5.2.1截面抗彎極限承載力驗(yàn)算

截面抗彎分為拱腳最不利和跨中正彎矩最不利控制，以車輛荷載作為驗(yàn)算荷莪。

1、拱腳負(fù)彎矩最不利荷載

模型計(jì)算簡圖如下:

圖5-27拱腳最不利布載圖示

荷載組合=恒載X1.2+車輛荷載X1.4+人群荷載X0.8

計(jì)算結(jié)果如下:

位置荷載彎矩-y(kN*m)

1（拱頂）組合0.0

8(3/8L)組合8465.6

13(1/2L)組合6510.1

20(1/8L)組合200.7

26（拱腳）組合-14947.7

詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見附錄五。

拱腳截面抗彎極限承載力由規(guī)范公式（5.2.2-1）:

y,..

roMd<R網(wǎng)(〃-彳-〃)+R：A(h-a-a)

計(jì)算極限承載力為：-18217kN.m,故拱腳板面符合抗彎要求。

2、中間正彎矩最不利荷載

模型計(jì)算簡圖如下：

120120

圖5-2-2正彎矩最不利布載圖示

荷載組合=恒載X1.2+車輛荷載X1.4+人群荷載X0.8,計(jì)算結(jié)果如下:

位置何-W-載彎矩-y(kN*m)

1(拱頂)組合0.0

8(3/8L)組合8674.64

13(1/2L)組合6504.67

20(1/8L)組合67.83

26(拱腳)組合-14756.72

詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見附錄五。

8號節(jié)點(diǎn)截面抗彎極限承載力由規(guī)范公式(5.2.2-1)：

X.?

roMd<Rabx(h---a)+RgAg(h-a-a)

計(jì)算極限承載力為：13201kN.m,故正彎矩區(qū)符合抗彎要求

5.2.2截面抗裂驗(yàn)算

拱腳處彎矩最大，計(jì)算時(shí)采用拱腳最不利計(jì)算模型，以車輛荷載作為驗(yàn)算荷載。

由規(guī)范公式(6.4.3-1):

^ss/30+

叫=。￡。3

0.28+lOp

得：叫=0.195mm

滿足規(guī)范中I類和II類環(huán)境0.2mm的要求。

5.2.3斜截面抗剪承載力驗(yàn)算

驗(yàn)算拱頂微面和拱肋微面的抗剪承載力，以車輛荷載作為險(xiǎn)算荷載。

1、拱腳驗(yàn)算

圖5-2-3計(jì)算圖示

由規(guī)范公式(5.2.7-2):

匕二?4%x0.45x10"-J(2+O.6p)7ZJ〃s￡

得：V,=U206.5KN,大于拱腳計(jì)算剪力2334.6KN,滿足規(guī)范要求。

極面驗(yàn)算得：

%%=2334.6KNV0.51x10-3J7=3544KN,安全系數(shù)1.52,滿足規(guī)范要求。

2、拱頂臉?biāo)?/p>

按照拱頂截面最不利布載采用同樣計(jì)算方法

得Vs=8463.7AW

拱腳計(jì)算剪力為：1467KN,大于計(jì)算拱頂計(jì)算剪力。

截面臉?biāo)阌梢?guī)范公式(5.2.9)

.￡0.51x10-3H風(fēng)

得7o%=1467KNV0.51xl(F3j^：R?o=i772KN,安全系數(shù)1.21,截面滿足要求。

5.3吊桿計(jì)算分析

本橋吊桿采用標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度力嫌=186OWP〃的高強(qiáng)鋼絞線，吊桿型號為0VM1579,吊

桿最不利組合內(nèi)力為1490.5kN,拉應(yīng)力為564.18Mpa,安全系數(shù)為3.3。吊桿強(qiáng)度

滿足使用要求。

5.4吊桿橫梁計(jì)算分析

5.4.1結(jié)構(gòu)離散圖

吊桿下橫梁按A類預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算采用MIDAS/CiviI6.7.1

進(jìn)行建模，將橫梁單獨(dú)拍出建模，共劃分為20個(gè)單元，橫梁兩端模擬實(shí)際情況采取

較接形式，橫梁上承擔(dān)的橋面板及鋪裝層的重量轉(zhuǎn)換為施加在橫梁上的均布荷載，

荷載大小分別為一26.8kN/m、-28.2kN/m。橋面上所承擔(dān)的活載，則按照J(rèn)TGD60-2004

第4.3.1,4.3.2條規(guī)定以車輛荷載進(jìn)行加載計(jì)算，橫梁模型結(jié)構(gòu)離散圖如圖5-4-1

所示。

吊桿吊桿

10121314151618192021

17

的p.5]]5.5||

3.755.755.753.75

圖5-4-1吊桿下橫梁結(jié)構(gòu)離散圖

5.4.2極限承載力驗(yàn)算

1、正截面抗彎承載力驗(yàn)算

計(jì)算得吊桿下橫梁主要控制截面抗彎承載力如表5-4-1所示。

表5-4-1吊桿下橫梁抗彎承載力臉?biāo)惚?/p>

最不利組合彎矩抗彎承載力

節(jié)點(diǎn)號Mu/M驗(yàn)算

M(kN?m)Mu(kN?m)

3-155.82-613.073.93OK

5-419.55-1549.943.69OK

81551.13023.881.94OK

113343.554144.361.23OK

15470.832941.346.24OK

18-297.42-648.442.18OK

20-38.42-391.3510.18OK

注：表中盛而下緣受拉為正，上緣受拉為負(fù)

2、斜截面抗剪承載力驗(yàn)算