肥西橋50+70m的獨塔混凝土斜拉橋報告

PAGE肥西縣派河三橋設計復核(施工圖設計階段)同濟大學橋梁工程系2005-11-27項目名稱：肥西縣派河三橋設計復核項目負責人：石雪飛教授計算：邢云徐德志蘇魁李小祥復核：阮欣審核：石雪飛同濟大學橋梁工程系2005-11-27PAGE27目錄1橋梁概況 11.1氣象和水文 11.2橋型方案 11.3施工方法 32復核依據 42.1復核標準 42.2基本資料 42.3設計技術標準 42.4設計復核基本數據 52.4.1材料 52.4.2荷載 53設計復核內容 64上部結構計算復核 74.1結構離散和計算說明 74.2規(guī)范容許值 74.3承載能力極限狀態(tài)截面強度計算 84.4持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂計算 104.5持久狀況正常使用極限狀態(tài)撓度計算 114.6持久狀況構件的應力計算 124.7短暫狀況構件的應力計算 154.8拉索應力計算 195下部結構計算復核 205.1鉆孔灌注樁單樁容許承載力計算 205.1.1橋位處工程地質基本條件 205.1.2全橋墩臺基礎情況 215.1.3單樁容許承載力 215.2主墩計算復核 225.2.1作用在中墩上的荷載 225.2.2中墩承臺驗算 235.2.3中墩墩身強度驗算 245.2.4主橋墩樁基礎承載力和強度驗算 24橋梁概況派河三橋位于肥西縣上派鎮(zhèn)普賢路（環(huán)城北路）上，分別與紫蓬路、濱河路相交，連通方興大道和合肥經濟開發(fā)區(qū)。該橋跨越派河，派河上已形成了合安路橋、巢湖路橋兩座橋梁，派河三橋位于這兩座橋梁的下游。本橋建成后將成為肥西縣城一道標志性建筑，與周邊派河景觀一道形成肥西縣一道靚麗的風景線，該橋全長126.00米。氣象和水文本橋位區(qū)屬暖溫帶半濕潤季風氣候與北亞熱帶濕潤季風氣候過渡帶，區(qū)內總的氣候特征：氣候溫和、四季分明、雨量適中、光照充足、無霜期較長等特點。區(qū)內年平均氣溫為14.5～15.3℃。極端最高日平均氣溫（7月）為42℃,極端最低氣溫（元月）為-22℃。區(qū)內年日照時數為2173.7～2425.3小時，年無霜期在210～222天左右。區(qū)內雨量充沛，降水量年際變化較大，多年平均降水量在821.3～985.3mm，豐水年降水量在1583mm，旱年降水量在471.9mm，且降水年內分布不均，6至9月降水量較大，11月至翌年2月降水量最小。區(qū)內降水具有降水量大，降水延續(xù)時間長，短時間降水強度大等特征。主汛期一般在6～9月份，洪峰多出現(xiàn)在7～8月份，年平均蒸發(fā)量1421.9～1613.2mm，相對濕度為72～77%。橋型方案總體布置跨徑組合50+70m的獨塔混凝土斜拉橋。主跨側為跨度70m的預應力混凝土箱梁，10根斜拉索；邊跨為跨度50m的預應力混凝土箱梁，10根斜拉索。斜拉索采用單索面扇形布置?？傮w布置如圖1-1?？傮w布置主梁主梁采用預應力混凝土梁，邊跨采用壓重，橋面全寬32m，主梁梁高2.8m，采用混凝土封閉箱梁，頂板設2.0%的橫坡，底板采用流線型。主梁采用單箱五室截面，混凝土標號為C50，主梁頂板厚25cm，主跨底板厚25cm，邊跨底板厚45cm，腹板厚45cm，在斜拉索兩側設置兩道腹板以利于箱梁的縱向傳力，腹板厚為45cm?；炷铃^跨區(qū)段縱向與索間對應。主跨每6.0m設置一道橫隔板，板厚60cm；邊跨每4.0m設置一道橫隔板，板厚60cm。考慮本橋邊跨較小，所以對邊跨段箱內填充鐵砂混凝土壓重，以增強其對主跨的錨固作用。主梁采用三向預應力體系，縱向采用12Ф15鋼絞線，橫向采用19Ф15和5Ф15的鋼絞線，豎向采用直徑32mm精軋螺紋鋼筋。主塔為了減小主塔塔身的占地空間及對視覺的影響，主塔采用獨柱形式，結構上采用塔、梁、墩固結方式。橋面以上塔高為45.0m。塔柱采用兩根直徑2m的圓柱形鋼管混凝土，在索塔錨固區(qū)鋼管合二為一，采用橢圓形截面形式。梁下塔墩為φ6m的實心圓柱形鋼筋混凝土塔身。橋面以上塔柱采用鋼管混凝土鋼管壁厚為20mm，材料為A3鋼，管內填充C50微膨脹混凝土。2m直徑鋼管于工廠分段制造后，在現(xiàn)場焊接接長。索塔錨固區(qū)斜拉索的錨固方式采用內壁鋸齒形式。塔上斜拉索的錨固間距為1.5m。主塔基礎采用19根Ф1.8m鉆孔樁。承臺為圓形，承臺半徑為8.7m，高5m。斜拉索斜拉索采用單索面扇形密索布置。斜拉索采用平行鋼鉸線索，鋼絞線的標準強度為Rby=1860MPa，規(guī)格為2×30Ф15～2×60Ф15。斜拉索在主梁上的橫向間距為1.0m，順橋向兩側鋼索為不對稱的扇形布置。主跨標準索距6.0m，邊跨索距為4.0m，全橋共有斜拉索20對(40根)。施工方法⑴利用草袋圍堰筑島，填筑派河中主塔基礎占用區(qū)域，將其標高填至地面，以利主塔鉆孔樁施工。⑵待鉆孔樁施工完畢，進行大開挖，澆筑承臺砼及塔墩身砼。在主塔基礎施工的同時進行輔助墩，邊墩的施工。⑶在預應力砼梁范圍內安裝臨時支架，并在支架上分段澆筑。⑷采用自升式塔吊直接在主塔墩處分節(jié)吊拼上塔柱鋼管，且在鋼管內填筑50號微膨脹砼。⑸對稱張拉A1、J1斜拉索。⑹重復第5施工步驟，由內到外依次張拉，直到張拉最后一對斜拉索。=7\*GB2⑺進行橋面施工，調整全橋索力，主橋施工完畢。復核依據復核標準《建筑工程施工圖設計文件審查暫行辦法》（建設[2000]41號）中華人民共和國建設部2000年2月17日主要規(guī)范標準1．《公路工程技術標準》（JTGB01—2003）；2．《城市橋梁設計標準》CJJ11-93；3．《城市橋梁設計荷載標準》CJJ77-984．《公路橋涵設計通用規(guī)范》（JTGD60—2004）；5．《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTGD62—2004）；6．《公路工程抗震設計規(guī)范》（JTJ004—9）；7．《公路工程橋涵地基與基礎設計規(guī)范》（JTJ024—85）；8．《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041－2000）；9．《公路斜拉橋設計規(guī)范》（JTJ027-96）基本資料《肥西縣派河三橋施工圖設計》 安徽省公路勘測設計院設計技術標準設計荷載：城市-A級。設計行車速度：40公里/小時。橋面寬度：4.0m(人行道)+3.0m(慢車道)+0.5m(鋼護欄)+7.0m(車行道)+3.0m(塔柱拉索區(qū))+7.0m(車行道)+0.5m(鋼護欄)+3.0m(慢車道)+4.0m(人行道)=32.0m。地震烈度：橋位處地震動峰值加速度為0.10g，相當于基本烈度Ⅶ度，按Ⅷ度設防。設計復核基本數據材料混凝土主橋預應力混凝土箱梁：50號混凝土主塔混凝土：50號混凝土主橋主墩：40號混凝土鋼材縱向預應力鋼束：ASTM416-97a之270級鋼絞線，標準強度1860Mpa橫向預應力鋼束：ASTM416-97a之270級鋼絞線，標準強度1860Mpa豎向預應力鋼束：單肢高強精軋螺紋鋼，標準強度750Mpa主塔鋼管：A3鋼斜拉索斜拉索采用平行鋼鉸線索荷載上部結構恒載：箱梁結構自重，混凝土容重取26kN/m3；橋面鋪裝：瀝青混凝土容重取23kN/m3，橋面系混凝土容重取24kN/m3；活載：城—A級，人群荷載3.5kN/m2；過橋管線：按50kN/m考慮。附加荷載：非線性溫度：縱向計算時橋面板按升降溫±5℃；支座沉降：考慮兩邊墩最不利情況下相鄰支座不均勻沉降±1cm；整體溫度：按升30℃，降15℃考慮。設計復核內容根據設計院要求，施工圖設計階段應對方案進行以下內容的計算和分析工作：承載能力極限狀態(tài)截面強度計算復核；持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂計算復核；持久狀況正常使用極限狀態(tài)撓度計算復核；持久狀況構件的應力計算復核；短暫狀況構件的應力計算復核：按施工過程,進行截面應力計算復核；拉索應力計算復核；下部結構計算復核。上部結構計算復核結構離散和計算說明計算分析在平面桿系程序下進行。參考設計提供的施工過程，將整個橋梁結構劃分為169個單元，共計151個節(jié)點，結構計算模型見圖4-1。計算模型計算考慮三個施工過程，分別為：第一階段：滿堂支架澆注主梁和主塔，并張拉主梁預應力。第二階段：張拉斜拉索，主梁落架。第三階段：橋面鋪裝，并安裝人行道板和欄桿，安裝過橋管線。規(guī)范容許值使用階段應力在使用荷載作用下，持久狀態(tài)下預應力混凝土構件的正壓應力容許值為（扣除全部預應力損失）應符合下列規(guī)定：在使用荷載作用下，持久狀態(tài)下預應力混凝土構件的主壓應力容許值為：短暫狀態(tài)下預應力混凝土構件的壓應力容許值為：在使用荷載作用下，鋼構件的容許應力值應符合下列規(guī)定：（2）持久狀況正常使用極限狀態(tài)撓度結構在汽車荷載（不計沖擊力）作用下的上部結構豎向撓度幅值（正、負撓度最大絕對值之和）的容許值為：拉索容許拉應力：承載能力極限狀態(tài)截面強度計算《公混橋規(guī)》（D62-2004）第5.1.5條規(guī)范：構件承載能力極限階段強度，應符合下式要求：此處，結構重要性系數取1.1。上部結構截面承載能力極限狀態(tài)效應組合內力包絡圖如圖4-2：極限承載狀態(tài)主梁彎矩、軸力、剪力包絡圖及驗算截面表4.1上部結構截面極限承載能力驗算（kN-m）截面彎矩最值對應軸力對應剪力極限承載軸力是否滿足1截面-6.26E+041.47E+041.08E+033.71E+04是2截面-6.40E+044.50E+044.80E+042.31E+05是3截面7.93E+044.74E+04-5.25E+032.07E+05是4截面6.98E+044.74E+04-1.21E+032.17E+05是5截面-9.56E+044.47E+048.03E+031.31E+05是6截面6.66E+042.87E+04-2881.58E+05是7截面-8.92E+04-1.56E+037.31E+04-1.13E+05是截面軸力最值對應彎矩對應剪力極限承載軸力是否滿足8截面-1.25E+03-3.25E+043.29E+04-1.03E+05是9截面4.91E+043.64E+04-7.18E+043.38E+05是10截面-842-3.89E+043.93E+04-1.03E+05是從計算結果看出，全部單元滿足承載能力極限狀態(tài)截面強度要求。持久狀況正常使用極限狀態(tài)抗裂計算根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTGD62—2004）第6.3.1條規(guī)定驗算抗裂：正截面抗裂 斜截面抗裂 圖4-3為短期效應組合下混凝土抗裂驗算圖，其中邊跨最邊緣部分產生0.21Mpa左右的法向拉應力，不滿足全預應力構件抗裂驗算。短期效應組合下混凝土抗裂驗算圖圖4-4為作用短期效應組合混凝土主拉應力()圖，從圖中可見,最大主拉應力為0.48Mpa,滿足規(guī)范要求。作用短期效應組合混凝土主拉應力()圖持久狀況正常使用極限狀態(tài)撓度計算圖4-5，4-6為持久狀況正常使用極限狀態(tài)荷載短期效應組合豎向變形包絡圖和持久狀況正常使用極限狀態(tài)自重產生豎向變形圖。從圖中可見，持久狀況正常使用極限狀態(tài)荷載短期效應組合作用下邊跨向上位移最大1.7cm；主跨向下位移最大約4.6cm。自重產生豎向變形邊跨向上位移最大0.8cm；主跨向下位移最大約1.2cm。由規(guī)范插值求得撓度長期影響系數=1.425，所以：邊跨撓度： 滿足主跨撓度： 滿足持久狀況正常使用極限狀態(tài)荷載短期效應組合豎向變形包絡圖持久狀況正常使用極限狀態(tài)自重產生豎向變形圖持久狀況構件的應力計算圖4-7，4-8分別為正常使用極限狀態(tài)主梁、主塔的正應力包絡圖。從圖中可見，邊跨側主梁下緣最大壓應力為8.39Mpa，上緣最大壓應力為11.93Mpa。主跨側主梁下緣最大壓應力為12.25Mpa，上緣最大壓應力為13.72Mpa。主塔鋼截面最大壓應力約104.54Mpa，混凝土最大壓應力約9.85Mpa，均滿足規(guī)范要求。持久狀況正常使用極限狀態(tài)主梁正應力包絡圖持久狀況正常使用極限狀態(tài)主塔正應力包絡圖圖4-9，4-10分別為正常使用極限狀態(tài)主梁、主塔的主應力圖。從圖中可見，邊跨側主梁下緣最大主拉應力為0.37Mpa，上緣最大主壓應力為11.93Mpa。主跨側主梁下緣最大主拉應力為0.25Mpa，上緣最大主壓應力為13.72Mpa。主塔鋼截面最大主壓應力約114.54Mpa，混凝土最大壓應力約9.85Mpa，均滿足規(guī)范要求。持久狀況正常使用極限狀態(tài)主梁主應力圖持久狀況正常使用極限狀態(tài)主塔主應力圖短暫狀況構件的應力計算圖4-11～4-14分別為施工階段主梁和主塔的正應力圖。從圖中可見，在施工結束時，邊跨側主梁下緣最大壓應力為7.34Mpa，上緣最大壓應力為8.40Mpa。主跨側主梁下緣最大壓應力為11.30Mpa，上緣最大壓應力為9.79Mpa。主塔鋼截面最大壓應力約81.98Mpa，混凝土最大壓應力約9.52Mpa。施工過程中主梁和主塔的正應力均滿足規(guī)范要求。施工階段二主梁正應力圖施工階段二主塔正應力圖施工階段三主梁正應力圖施工階段三主塔正應力圖圖4-15～4-18分別為施工階段主梁和主塔的主應力圖。從圖中可見，在施工結束時，邊跨側主梁下緣最大主拉應力為0.52Mpa，上緣最大主壓應力為10.12Mpa。主跨側主梁下緣最大主拉應力為0.15Mpa，上緣最大主壓應力為12.18Mpa。主塔鋼截面最大主壓應力約63.67Mpa，混凝土最大主壓應力約7.50Mpa。施工過程中主梁和主塔的主應力均滿足規(guī)范要求。施工階段二主梁主應力圖施工階段二主塔主應力圖施工階段三主梁主應力圖施工階段三主塔主應力圖拉索應力計算圖4-19～4-21分別為施工過程，正常使用極限狀態(tài)的拉索拉應力圖。從圖中可見，拉索在施工過程中出現(xiàn)的最大拉應力為664Mpa，在正常使用極限狀態(tài)下最大拉應力為679Mpa。均滿足規(guī)范要求。施工階段二拉索拉應力圖施工階段三拉索拉應力圖正常使用極限狀態(tài)拉索拉應力包絡圖下部結構計算復核鉆孔灌注樁單樁容許承載力計算橋位處工程地質基本條件①層素填土：層厚2.40-5.20m，灰、灰黑色，主要為亞粘土組成，軟塑狀，夾碎石、砂和少量砼地坪，局部含有機物；②層粉土：層厚8.80-11.60m，層頂埋深2.40-5.20m，層頂高程4.00-11.70m,灰黃-深灰色，濕-飽和，多為中密狀，搖振反應較迅速，無光澤度，強度較低，無韌性，含鐵錳質結核，可見層理；③層粉細砂：層厚6.30-7.00m，層頂埋深13.70-16.80m，層頂高程0.10--4.80m，灰-淺灰色，濕-飽和，中密-密實，主要成份為石英、長石及云母，微細水平層理清晰，具鐵染，底部偶見礫石；④層：強風化泥質砂巖：層厚：3.80-6.20m，層頂埋深19.50-25.80m，層頂高程-8.90—-12.70m,褐紅色，少量鉆孔見青灰色，巖石風化多呈粘土狀，可-硬塑，夾少量未完全風化的塊狀-碎屑狀巖芯，原巖結構不清，手能折斷；⑤層：中風化泥質砂巖，最厚為13.20m，層頂埋深24.40-29.80m，層頂高程-12.90—-17.30m，褐紅-暗紫紅色，巖芯多呈塊狀，具縱橫交錯狀風化裂隙，錘擊呈片狀裂開，本層巖芯采取率低；下部巖芯完整性好，均勻，裂隙偶見，巖石堅硬、固實?？辈靺^(qū)內地表水——派河為肥西縣主要河流之一，一般5-9月為豐水期，其間水位驟漲，往往溢出河床，沖刷岸邊。場地內地下水主要為賦存于①層素填土中的上層滯水以及②、③亞砂土、粉細砂孔隙中賦存的潛水，受派河地表水、大氣降水的垂直補給、地下水逕流滲透的側向補給，該場地地下水較為豐富，靜止水位0.50-6.30m，且滲透能力較強、下部中風化砂巖能得到其補給。據區(qū)域水文地質資料、地下水、地表水對砼無腐蝕性。全橋墩臺基礎情況如圖，邊支點只有豎向約束，沒有水平約束；主墩處為固結，承受彎矩、軸力及剪力，是主要驗算對象。單樁容許承載力按《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》第4.3.2條，摩擦鉆孔灌注樁的單樁軸向受壓容許承載力，可按下式計算：式中－單樁軸向受壓容許承載力(kN)；—樁壁土的平均極限摩阻力（kpa）；－天然濕度的巖石單軸極限抗壓強度；－樁在局部沖刷下線以下的有效長度；－樁的周長；－樁底橫截面面積；表5.1主橋中墩處地質土層特性參數層號及巖性極限側阻力（Kpa）②層粉土55③層粉細砂70④強風化泥質砂巖90⑤中風化泥質砂巖130其中中風化泥質砂巖的極限端阻力為2800Kpa，按以上公式和表中地址資料參數計算各橋墩處的鉆孔樁的單樁容許承載力，扣除樁身重量的一半即為單樁容許承載力設計值。表5.2主橋中墩處單樁承載力計算墩臺號承臺底標高樁人土深度(m)地質鉆孔中風化巖起始標高(m)持力層容許承載力(kPa)單樁面積(m2)單樁容許承載力(kN)單樁容許承載力設計值主墩--0.296352號-16.228002.54411376812655主墩計算復核主墩處為固結，承受彎矩、軸力及剪力，需要結合外荷載對承臺截面、墩柱截面強度及樁基礎位移和內力進行驗算。作用在中墩上的荷載圖5.2為主墩的構造圖?？v橋向汽車制動力產生的水平力按城市橋梁設計荷載標準計算，取兩條加載車道的10%的車道荷載：。又根據上部結構的計算結果，主墩的墩身底外力見表5.3。圖5.2主橋中墩構造圖表5.3主橋中墩墩底內力主墩墩身底內力承載能力組合內力豎向力(kN)140236縱橋向彎矩(kN-m)47196縱橋向水平力(kN)420中墩承臺驗算沖切截面圖5.2所示，斜面混凝土抗拉強度按下式驗算。式中－樁重要性系數，取1.0；—作用于沖切破壞錐體上的凈沖切力設計值（kN）；－混凝土軸心抗拉設計強度；－沖切破壞錐體有效高度；－距柱底周邊處的沖切破壞錐體周長；代入驗算得即滿足沖切要求。中墩墩身強度驗算主墩為直徑6m的圓形鋼筋混凝土截面。根據《公路鋼筋混凝土及混凝土橋涵設計規(guī)范》第5.1.5條進行荷載組合，并按偏心受壓構件檢算墩底截面的極限承載力，其計算結果見表5.4。表5.4主橋薄壁墩墩底截面承載力檢算主墩墩身底內力截面按偏心受壓構件計算極限承載能力豎向力(kN)4.54e+5彎矩(kN-m)1.53e+5表中的計算結果表明，薄壁墩墩底截面強度是足夠的。主橋墩樁基礎承載力和強度驗算主橋中墩樁基布置見圖5.3。在進行鉆孔灌注樁的承載力及墩身強度檢算前首先需計算出橋墩樁基中受力最大的樁。作用在主橋中墩承臺底面的荷載，其計算結果見表5.5。表中結構重力一項中的豎向力已計入承臺的重量。承臺的重量為kN。圖5.3主橋中墩樁基布置圖在橫橋方向上，作用有風荷載產生的橫橋向風力以及由此而產生的橫向彎矩。其中，橫橋向風力為橫向風壓乘以迎風面積，橫橋向風壓根據《公路橋涵設計通用規(guī)范》第4.3.7條取400Pa，取主橋箱梁（包括防撞欄桿的面積）和橋墩、橋塔并考慮斜拉索索面的迎風面積，風力作用點在各迎風面積的形心位置處。根據作用在承臺底面的力對樁群進行空間受力分析，按《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》中的m法進行計算，樁側土的比例系數根據地質鉆孔資料查取規(guī)范相應表中的數據得到，計算中視承臺為剛性，不計變形。計算結果見表5.5,其中x方向為縱橋向，y方向為橫橋向，z方向為豎直向上。表5.5主橋中墩承臺底外力及樁基空間計算結果承臺底面荷載NX(kN)NY(kN)NZ(kN)MX(kN-m)MY(kN-m)420494169