中承式鋼管混凝土組合拱1295m高陽大橋計(jì)算書

1、.興 山 縣 高 陽 大 橋計(jì)算書二七年十一月·西安興 山 縣 高 陽 大 橋計(jì)算書 長安大學(xué)工程設(shè)計(jì)研究院二七年十一月·西安主要參加人員目 錄一、概述1二、計(jì)算依據(jù)1三、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1四、設(shè)計(jì)要點(diǎn)2五、計(jì)算內(nèi)容45.1主拱圈鋼管混凝土桁架計(jì)算45.1.1模型建立45.1.2 施工階段計(jì)算分析55.1.3使用階段計(jì)算分析75.2 邊孔計(jì)算分析115.2.1截面抗彎極限承載力驗(yàn)算115.2.2截面抗裂驗(yàn)算135.2.3 斜截面抗剪承載力驗(yàn)算135.3 吊桿計(jì)算分析145.4 吊桿橫梁計(jì)算分析155.4.1結(jié)構(gòu)離散圖155.4.2 極限承載力驗(yàn)算155.4.3 使用階段應(yīng)力驗(yàn)算

2、165.5 帽梁計(jì)算分析175.5.1極限承載力驗(yàn)算185.5.2使用階段裂縫寬度驗(yàn)算195.6橋面T梁計(jì)算分析195.6.1 7.2米橋面T梁計(jì)算195.6.2 9.4米橋面T梁計(jì)算215.7橋墩及其樁基計(jì)算235.7.1.橋墩設(shè)計(jì)荷載235.7.2橋墩截面抗力驗(yàn)算255.7.3橋墩樁基計(jì)算265.8 橋臺(tái)基礎(chǔ)計(jì)算325.9 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析335.9.1結(jié)構(gòu)自振頻率及振型335.9.2地震作用分析33六、附錄35附錄一 拱肋鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)離散圖36附錄二 主拱圈施工階段應(yīng)力計(jì)算表37附錄三 主拱圈運(yùn)營階段內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算表43附錄四 主拱圈各階段失穩(wěn)模態(tài)圖75附錄五 邊孔內(nèi)力及應(yīng)力計(jì)算表

3、82附錄六 結(jié)構(gòu)自振振型圖844長安大學(xué)博導(dǎo)樓301室.一、概述興山縣高陽大橋位于湖北省興山縣高陽鎮(zhèn)香溪河的攔沙堰下游約80m處，連接香溪河右岸陳家灣移民小區(qū)與耿家河左岸移民區(qū)。它的修建，將優(yōu)化興山縣的交通布局，解決兩岸居民的出行和物資運(yùn)輸問題。香溪河屬于長江三峽庫區(qū)，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192.0m。二、計(jì)算依據(jù)2.1 公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（JTG B01-2003）2.2 公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范（JTG D60-2004）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（JTG D62-2004

4、）2.4 公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 022-85）2.5 公路圬工橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D61-2005）2.6 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50017-2003）2.7 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程（CECS 28:90）2.8 鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程（JCJ 01-89）2.9 鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB 50205-2001）2.10 公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）2.11 公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG/T D60-01-2004）2.12 公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 004-89）三、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)3.1 設(shè)計(jì)荷載等級(jí)：城市B級(jí)（公路-級(jí)），人群2.5

5、kN/m23.2 設(shè)計(jì)行車速度：40km/h3.3 橋面凈空：人行道2.25m(含欄桿)+分隔帶2m+行車道9m+分隔帶2m+人行道2.25m(含欄桿) ，橋面總寬17.5m3.4 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厚的干漿砌毛面花崗巖3.6 橋位處氣溫：最低-9.3，最高43.1；拱肋合攏溫度15253.7 庫區(qū)設(shè)計(jì)水位標(biāo)高：173.22m3.8 地震峰值加速度：0.05g；特征周期：0.35s3.9 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

6、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砼空間四肢式桁架結(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(tái)處與邊孔軸線匯交，半徑R=84.794m。上、下弦管分別為351×12mm和351×16mm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，

7、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(hào)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152×8mm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152×8mm的16Mn鋼管，內(nèi)灌水泥砂漿，外包成30cm×30cm的矩形。預(yù)拱度在拱頂取值均為f=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

8、設(shè)置7道一字鋼管風(fēng)撐，間距14.4m，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(tái)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(tái)口處。4.2 橫梁、帽梁吊桿處橫梁4#20#為預(yù)制預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土工字梁，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(duì)吊桿，縱向間距為7.2m。吊桿采用帶有PE+PU（白色）管防護(hù)

9、的19s15.2mm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168×8mm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

10、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80cm×120cm的矩形鋼筋混凝土截面。橋臺(tái)采用輕型橋臺(tái)，根據(jù)地形條件，將橋臺(tái)前墻與耳墻直接生根于橋臺(tái)處承臺(tái)，并將耳墻前伸進(jìn)行擋土?；A(chǔ)采用摩擦樁，橋臺(tái)樁基為6根1.2m，橋墩樁基為9根1.5m，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4.55.0×10-4）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

11、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(tái)、承臺(tái)： 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錳無縫鋼管及型鋼，軸向抗壓應(yīng)力=200MPa，彎曲應(yīng)力=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(duì)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(duì)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)定性驗(yàn)算。下部結(jié)構(gòu)計(jì)算包括橋墩承載力、穩(wěn)定性

12、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/Civil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 全橋有限元計(jì)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1水平位移和0.5cm的豎向

13、位移考慮。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5-1-1所示；表5-1-1 施工階段劃分表施工階段安裝的構(gòu)件施加荷載邊界條件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(duì)稱安裝吊桿、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)

14、算表 單位：MPa 截面位置節(jié)點(diǎn)號(hào)截面位置空鋼管澆管內(nèi)混凝土外包混凝土吊裝橫梁橋面系橋面鋪裝上弦管管端1鋼管5.0916.0114.4714.8912.73管內(nèi)砼0.000.00-0.17-0.16-0.48下弦拱腳對(duì)應(yīng)處14鋼管7.197.9620.2712.0511.39管內(nèi)砼0.000.001.720.550.461/8L21鋼管4.922.757.392.692.62管內(nèi)砼0.000.000.67-0.06-0.101/4L28鋼管-4.93-12.74-9.65-29.97-41.82管內(nèi)砼0.000.000.45-2.55-4.303/8L34鋼管-10.87-21.54-19.4

15、1-51.11-71.01管內(nèi)砼0.000.000.31-4.34-7.251/2L41鋼管-14.80-28.21-26.24-83.53-119.56管內(nèi)砼0.000.000.29-7.87-13.00下弦管管端114鋼管-9.74 -11.21 -18.40 -31.00 -38.20 管內(nèi)砼0.00 0.00 0.22 -1.64 -2.69 1/8L121鋼管-5.38 -11.68 -15.20 -45.40 -64.30 管內(nèi)砼0.00 0.00 0.17 -4.23 -6.96 1/4L128鋼管-8.48 -19.45 -13.60 -38.50 -53.40 管內(nèi)砼0.00

16、 0.00 0.15 -3.61 -5.87 3/8L134鋼管-4.06 -12.11 -8.13 -22.80 -31.20 管內(nèi)砼0.00 0.00 0.12 -2.10 -3.37 1/2L141鋼管-4.47 -13.39 -11.30 -28.50 -38.10 管內(nèi)砼0.00 0.00 0.16 -2.30 -3.66 Max123鋼管-14.30 -29.52 -40.40 -97.90 -133.00 管內(nèi)砼0.00 0.00 0.33 -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，

17、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(duì)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)行驗(yàn)算。采用容許應(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截面位置節(jié)點(diǎn)號(hào)截面位置組合7max組合7min組合8max組合8min上弦管管端1鋼管20.20 -30.10 30.60 -19.70 管內(nèi)砼2.12 -5.13 3.64 -3.60 下弦拱腳對(duì)應(yīng)處14鋼管10.60 -20.50 20.60 -10.50 管內(nèi)砼1.10 -3.56 2.60 -2.06 1/8L21鋼管-22.30 -62.50 7.80 -3

18、2.40 管內(nèi)砼-2.87 -8.61 1.44 -4.30 1/4L28鋼管-21.00 -65.80 -23.10 -67.90 管內(nèi)砼-1.70 -8.43 -2.00 -8.74 3/8L34鋼管-32.90 -79.70 -44.40 -91.20 管內(nèi)砼-2.86 -9.88 -4.58 -11.60 1/2L41鋼管-81.30 -157.00 -108.00 -184.00 管內(nèi)砼-7.17 -18.00 -10.90 -21.80 Max41鋼管-81.30 -157.00 -108.00 -184.00 管內(nèi)砼-7.17 -18.00 -10.90 -21.80 下弦管管端

19、114鋼管-25.60 -33.40 -47.60 -55.40 管內(nèi)砼-1.12 -2.28 -3.83 -4.99 1/8L121鋼管-53.00 -74.20 -62.80 -84.00 管內(nèi)砼-5.39 -8.48 -6.82 -9.90 1/4L128鋼管-35.10 -79.20 -31.40 -75.50 管內(nèi)砼-3.07 -9.70 -2.53 -9.16 3/8L134鋼管-19.50 -62.30 -6.63 -49.40 管內(nèi)砼-1.48 -7.91 0.46 -5.97 1/2L141鋼管-29.20 -83.60 -1.19 -55.60 管內(nèi)砼-2.09 -9.84

20、 1.91 -5.84 Max123鋼管-100.00 -154.00 -116.00 -170.00 管內(nèi)砼-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-184.0Mpa，小于-210MPa，且混凝土最大應(yīng)力為-21.8Mpa，亦小于規(guī)范容許值-22.4 Mpa，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I

21、I級(jí)、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)定汽車荷載沖擊系數(shù)由結(jié)構(gòu)基頻所決定，由后面結(jié)構(gòu)動(dòng)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)范（JTG D60-2004）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5-1-4 荷載組合表荷載組合類型說 明組合1承載能力0.5基礎(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基礎(chǔ)變位 +1.2恒荷載

22、+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基礎(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基礎(chǔ)變位 +1.0恒荷載 +1.0徐變 + 1.0收縮+0.667活載+1.0降溫組合5使用性能1.0基礎(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基礎(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基礎(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.

23、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II級(jí)、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)表截面位置上弦管下弦管管端1/8L1/4L3/8L1/2L管端1/8L1/4L3/8L1/2L恒載N(kN)-71.2-399.8-1117.6-1622.0-1798.5-760.8-1588.8-1959.0-1191.5-829.9Q (kN)-17.6-4.5-11.0-14.220.2-7.3-3.6-11.6-17.322.2M (kN*m)-23.2-13.

24、4-12.4-9.448.1-18.6-7.1-19.7-14.350.9活載NmaxN(kN)517.7291.6458.4453.8254.136.393.3725.3757.4607.0Q (kN)24.1-1.40.22.12.2-2.2-1.7-10.5-16.725.1M (kN*m)36.8-6.5-6.7-7.2-3.5-6.73.72.84.154.1活載NminN(kN)-515.6-433.4-1196.6-1251.6-1121.6-218.4-509.0-969.5-897.4-593.0Q (kN)-22.61.1-11.1-16.723.33.62.80.70.7

25、1.3M (kN*m)-33.93.24.43.549.37.3-5.7-8.4-10.1-2.7活載MmaxN(kN)298.2-408.0-806.6-900.8-1098.1-165.8-17.4620.5667.2516.6Q (kN)39.21.4-1.9-4.522.65.61.2-1.8-1.425.9M (kN*m)74.33.96.47.849.522.69.16.79.955.2活載MminN(kN)-339.0120.2394.4355.1215.7-79.9-420.2-962.2-861.2-424.8Q (kN)-33.8-2.80.62.73.7-1.81.90.

26、70.10.1M (kN*m)-60.9-7.4-7.2-7.8-3.9-26.5-8.2-8.5-10.4-5.6活載QmaxN(kN)298.3-340.9-216.2169.3-935.7-181.1-270.2-574.066.7225.5Q (kN)39.31.81.73.225.85.83.21.91.426.4M (kN*m)74.32.2-2.5-6.846.920.83.1-5.73.553.1活載QminN(kN)-339.0107.4-919.3-1135.7-117.1-35.045.3466.8601.1323.4Q (kN)-33.8-3.3-11.7-17.4-4

27、.4-3.5-1.9-11.1-17.1-2.2M (kN*m)-60.9-4.92.73.81.4-21.34.30.91.6-0.2降溫25N(kN)145.9282.2-26.2-200.1-257.0222.8-141.863.1245.4318.9Q (kN)5.9-0.11.11.0-0.31.51.41.80.5-0.4M (kN*m)8.9-3.10.41.92.39.0-2.5-0.12.22.8升溫25N(kN)-145.9-282.226.2200.1257.0-222.8141.8-63.1-245.4-318.9Q (kN)-5.90.1-1.1-1.00.3-1.5

28、-1.4-1.8-0.50.4M (kN*m)-8.93.1-0.4-1.9-2.3-9.02.50.1-2.2-2.8基礎(chǔ)變位N(kN)5.3-3.3-33.6-43.5-40.00.04.338.449.645.0Q (kN)0.20.00.10.0-0.30.00.30.20.0-0.1M (kN*m)0.30.00.30.40.4-1.3-0.10.40.50.5徐變N(kN)207.6367.738.4-144.2-204.1-32.6-158.76.2201.4278.9Q (kN)4.7-0.1-0.1-0.2-0.210.40.5-0.6-0.4-0.3M (kN*m)14.7

29、-3.9-0.21.62.145.2-3.1-0.81.82.6收縮N(kN)-185.5-175.7-19.269.098.016.677.4-2.0-96.6-134.1Q (kN)-4.60.00.10.10.1-4.4-0.30.30.20.2M (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(hào)與梁式彎矩同， 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II級(jí)、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（CECS 28

30、:90）進(jìn)行驗(yàn)算。邊界條件取兩端鉸接（即1），驗(yàn)算結(jié)果如表5-1-6所示。表5-1-6 運(yùn)營階段強(qiáng)度驗(yàn)算表 項(xiàng)目截面位置NMax（kN）M相應(yīng)(kN.m)N0(kN)Nu(kN)Nu/NMax上弦管管端-963.70-84.44-9244.4-4642.14.8下弦拱腳對(duì)應(yīng)處對(duì)應(yīng)處腳腳-1041.12-1.53-9244.4-9093.28.71/8L-1405.63-7.91-9244.4-8691.06.21/4L-3047.15-8.27-9244.4-8969.02.93/8L-3887.39-4.03-9244.4-9137.22.4拱頂-3956.83130.19-9244.4-6

31、736.51.7下弦管管端-1175.40-30.37-10774.0-8289.77.11/8L-2669.44-18.93-10774.0-9955.23.71/4L-3758.49-35.22-10774.0-9717.82.63/8L-2976.21-33.51-10774.0-9529.53.2拱頂-2224.7555.52-10774.0-8355.53.8注：1、表中NMax 為各項(xiàng)荷載組合中的絕對(duì)值最大值2、 M相應(yīng)為NMax對(duì)應(yīng)值。3、, 由上表可以看出，本橋在運(yùn)營階段Nu/NMax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

32、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)砼自重-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 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/Civil程序?qū)ζ涫?/p>

33、工過程及成橋運(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(duì)稱全橋滿載4.89面外對(duì)稱灌注管內(nèi)砼6.95面外對(duì)稱半跨滿載5.06面外對(duì)稱安裝吊桿、橫梁、橋面系4.32面外對(duì)稱成橋5.53面外對(duì)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。 整體穩(wěn)定性（理論計(jì)算結(jié)果）拱肋面外整體穩(wěn)定性采用拱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與振動(dòng)（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(duì)

34、象。計(jì)算如下：其中： 式中：和分別為單根拱肋的側(cè)向抗彎剛度和抗扭剛度；橫撐的徑向抗彎剛度；拱肋間距；橫撐間距；圓弧拱的半徑，對(duì)于懸鏈線拱；圓弧拱的開角，對(duì)于本橋，將換算成鋼管，；，。，由電算拱角截面最大軸力。橫向穩(wěn)定系數(shù)，所以橫向一類彈性穩(wěn)定性滿足要求。與表5-1-7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?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152×8mm的16Mn鋼管，內(nèi)灌水泥砂漿。計(jì)算時(shí)取一端固結(jié)一端鉸接計(jì)算模式，桿件長細(xì)

35、比，根據(jù)歐拉公式臨界壓力，穩(wěn)定系數(shù)，滿足公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 025-86）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)算荷載。1、拱腳負(fù)彎矩最不利荷載模型計(jì)算簡圖如下： 圖5-2-1 拱腳最不利布載圖示荷載組合恒載×1.2車輛荷載×1.4人群荷載×0.8計(jì)算結(jié)果如下：位置荷載彎矩-y (kN*m)1（拱頂）組合0.08（3/8L）組合8465.613(1/2L)組合6510.120(1/8L)組合200.726(拱腳)組合-14

36、947.7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）：計(jì)算極限承載力為：-18217 kN.m，故拱腳截面符合抗彎要求。2、中間正彎矩最不利荷載模型計(jì)算簡圖如下：圖5-2-2 正彎矩最不利布載圖示荷載組合恒載×1.2車輛荷載×1.4人群荷載×0.8，計(jì)算結(jié)果如下：位置荷載彎矩-y (kN*m)1（拱頂）組合0.08（3/8L）組合8674.6413(1/2L)組合6504.6720(1/8L)組合67.8326(拱腳)組合-14756.72詳細(xì)計(jì)算結(jié)果見附錄五。8號(hào)節(jié)點(diǎn)截面抗彎極限承載力由規(guī)范公式（5.2.2-1）：計(jì)算極限承載力為：

37、13201 kN.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）： 得 ：mm滿足規(guī)范中類和類環(huán)境0.2mm的要求。5.2.3 斜截面抗剪承載力驗(yàn)算 驗(yàn)算拱頂截面和拱腳截面的抗剪承載力，以車輛荷載作為驗(yàn)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）：得：，大于拱腳計(jì)算剪力2334.6KN，滿足規(guī)范要求。截面驗(yàn)算得：KN3544KN，安全系數(shù)1.52，滿足規(guī)范要求。2、拱頂驗(yàn)算按照拱頂截面最不利布載采用同樣計(jì)算方法得 拱腳計(jì)算剪力為：1467KN，大于計(jì)算拱頂計(jì)算剪力。截

38、面驗(yàn)算由規(guī)范公式（5.2.9）得KN1772KN，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)度的高強(qiáng)鋼絞線，吊桿型號(hào)為OVM15-19,吊桿最不利組合內(nèi)力為1490.5 kN，拉應(yīng)力為564.18 Mpa，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/Civil 6.7.1進(jìn)行建模，將橫梁單獨(dú)抽出建模，共劃分為20個(gè)單元，橫梁兩端模擬實(shí)際情況采取鉸接形式，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26.8kN/m、-28.2kN/m。

39、橋面上所承擔(dān)的活載，則按照J(rèn)TG D60-2004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。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驗(yàn)算表節(jié)點(diǎn)號(hào)最不利組合彎矩M(kN·m)抗彎承載力Mu(kN·m)Mu/M驗(yàn)算3-155.82-613.073.93OK5-419.55-1549.943.69OK81551.13023.881.94OK113343.554144.361.23OK15470.8

40、32941.346.24OK18-297.42-648.442.18OK20-38.42-391.3510.18OK注：表中截面下緣受拉為正，上緣受拉為負(fù)2、斜截面抗剪承載力驗(yàn)算計(jì)算得吊桿下橫梁主要控制截面抗剪承載力如表5-4-2所示。表5-4-2 吊桿下橫梁抗剪承載力驗(yàn)算表節(jié)點(diǎn)號(hào)最大/最小最不利組合剪力Vd (kN·m)抗剪承載力Vu(kN·m)Vu/Vd驗(yàn)算3最大157.57954.246.05OK5最大313.651694.735.40OK5最小-1384.01-1743.341.25OK6最小-1406.92-2067.801.47OK8最小-891.32-1022

41、.971.15OK11最大155.47754.444.85OK15最大891.891930.122.16OK16最大1005.222066.102.06OK18最小-219.74-1595.047.25OK20最小-77.21-967.8512.53OK注：表中最大/最小為相應(yīng)效應(yīng)的最不利值5.4.3 使用階段應(yīng)力驗(yàn)算1、正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算表5-4-3 使用階段正截面混凝土壓應(yīng)力驗(yàn)算表節(jié)點(diǎn)號(hào)上緣應(yīng)力(MPa)下緣應(yīng)力(MPa)容許值(MPa)驗(yàn)算36.83.713.4OK51.83.013.4OK85.52.713.4OK118.8-0.513.4OK150.93.913.4OK183.86.4

42、13.4OK207.48.113.4OK注：上表中拉為負(fù)，壓為正根據(jù)JTG D62-2004第 7.1.5條，允許開裂的B類預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件受壓區(qū)混凝土最大壓應(yīng)力容許值為0.5即13.4MPa2、斜截面主壓應(yīng)力驗(yàn)算表5-4-4 使用階段斜截面混凝土主壓應(yīng)力驗(yàn)算表節(jié)點(diǎn)號(hào)最大值(MPa)容許值(MPa)驗(yàn)算34.2816.08OK54.6816.08OK89.1316.08OK1114.8416.08OK152.3916.08OK185.2716.08OK203.1416.08OK注：上表中拉為負(fù)，壓為正。根據(jù)JTG D62-2004第 7.1.6條，允許開裂的B類預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件混凝土的

43、蛀主壓應(yīng)力容許值為0.6即16.08MPa5.5 帽梁計(jì)算分析5.5.1結(jié)構(gòu)離散圖邊孔帽梁按普通鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算采用MIDAS/Civil 6.7.1進(jìn)行建模，將最不利橫梁單獨(dú)抽出建模，共劃分為22個(gè)單元，橫梁兩端模擬實(shí)際情況采取固結(jié)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節(jié)點(diǎn)荷載。橋面上所承擔(dān)的活載，則按照J(rèn)TG D60-2004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5-5-1所示。圖5-5-1邊孔帽梁結(jié)構(gòu)離散圖5.5.1極限承載力驗(yàn)算1、正截面抗彎承載力驗(yàn)算邊孔帽梁在活載是偏載作用下主要控制截面抗彎承載力如表5-5-1所示

44、。表5-1-1 邊孔橫梁抗彎承載力驗(yàn)算表（偏載）節(jié)點(diǎn)號(hào)最不利組合彎矩M(kN*m)抗彎承載力Mu(kN*m)驗(yàn)算10494.82OK5-227.38-3052.51OK6-1993.73-3052.51OK12852.032231.76OK18-425.87-3052.51OK19-227.38-2220.7OK230494.82OK注：表中截面下緣受拉為正，上緣受拉為負(fù)2、斜截面抗剪承載力驗(yàn)算邊孔帽梁在活載是偏載作用下主要控制截面抗剪承載力如表5-5-2所示。表5-5-2 邊孔帽梁抗剪承載力驗(yàn)算表（偏載）節(jié)點(diǎn)號(hào)最大/最小最不利組合剪力Vd (kN·m)抗剪承載力Vu(kN·

45、;m)驗(yàn)算1最大0477.86OK5最大192.841248.16OK6最大274.201859.10OK6最小-1014.53-2223.57OK12最大49.682654.36OK12最小01196.46OK18最大730.022223.58OK18最小-274.20-1859.10OK19最小-192.33-519.20OK23最大0477.86OK注：表中最大/最小為相應(yīng)效應(yīng)的最不利值5.5.2使用階段裂縫寬度驗(yàn)算按JTG D62-2004第6.4.16.4.4對(duì)帽梁在正常使用極限狀態(tài)下的裂縫寬度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如表5-5-3所示。表5-5-3 邊孔橫梁裂縫寬度驗(yàn)算表單元號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)裂縫最大

46、值(mm)容許值(mm)驗(yàn)算1100.20OK5500.20OK6600.20OK12120.140.20OK181800.20OK191900.20OK232300.20OK由上表可見，帽梁在承載能力極限狀態(tài)下正截面抗彎、斜截面抗剪以及正常使用極限狀態(tài)下裂縫寬度滿足要求。5.6橋面T梁計(jì)算分析5.6.1 7.2米橋面T梁計(jì)算1、橫向分布系數(shù)計(jì)算用鉸接板梁法計(jì)算得橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果：梁號(hào)車輛荷載1 0.453 2 0.455 3 0.415 4 0.320 5 0.2106 0.1452、結(jié)構(gòu)離散圖橋面板按普通鋼筋混凝土進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算采用MIDAS/Civil進(jìn)行建模，采用梁格法建立空間模型

47、，橋面上承擔(dān)的二期荷載為5.3kN/m。橋面上承擔(dān)的車輛荷載對(duì)橋面板，按照J(rèn)TG D60-2004第4.3.1，4.3.2條計(jì)算，在偏載的情況下取最不利橋面板（2#板，共分20個(gè)單元）計(jì)算如下：圖5-5-1 行車道橋面板布置圖圖5-5-2 行車道橋面板結(jié)構(gòu)離散圖3、正截面抗彎承載力驗(yàn)算由程序計(jì)算得橋面T梁主要控制截面抗彎承載力如表5-5-1所示。表5-5-1 橋面T梁抗彎承載力驗(yàn)算表節(jié)點(diǎn)號(hào)最不利組合彎矩Md(kN·m)抗彎承載力Mu(kN·m)Mu/Md驗(yàn)算2-17.6274-294.11816.68OK4104.0816267.15392.56OK7238.9282416.04361.74OK11314.2915523.8061.66OK15238.9282416.04361.7