02钢管拱计算-1

123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 5 第二章第二章 85m 钢管混凝土拱结构验算钢管混凝土拱结构验算 一 主要材料一 主要材料 一 混凝土 一 混凝土 1 主拱肋钢管内灌主拱肋钢管内灌 C40 微膨胀混凝土 核算时按微膨胀混凝土 核算时按 C40 混凝土混凝土 计 计 抗压弹性模量抗压弹性模量 EC 32500MPa 容重容重 24kN m3 标准抗压强度标准抗压强度 fck 26 8MPa 标准抗拉强度标准抗拉强度 ftk 2 4 MPa 线膨胀系数线膨胀系数 0 00001 2 主桥系杆和横梁采用主桥系杆和横梁采用 C50 混凝土 核算时按混凝土 核算时按 C50 号混凝土号混凝土 计 计 抗压弹性模量抗压弹性模量 EC 34500MPa 容重容重 26kN m3 标准抗压强度标准抗压强度 fck 32 4MPa 标准抗拉强度标准抗拉强度 ftk 2 65 MPa 线膨胀系数线膨胀系数 0 00001 3 行车道板 现浇层和拱桥墩帽梁采用行车道板 现浇层和拱桥墩帽梁采用 C40 混凝土 核算时混凝土 核算时 按按 C40 混凝土计 混凝土计 抗压弹性模量抗压弹性模量 EC 32500MPa 容重容重 26kN m3 标准抗压强度标准抗压强度 fck 26 8MPa 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 6 标准抗拉强度标准抗拉强度 ftk 2 4 MPa 线膨胀系数线膨胀系数 0 00001 4 防撞护栏和搭板采用 防撞护栏和搭板采用 C30 混凝土 核算时按混凝土 核算时按 C30 混凝土计 混凝土计 抗压弹性模量抗压弹性模量 EC 30000MPa 容重容重 26kN m3 标准抗压强度标准抗压强度 fck 20 1MPa 标准抗拉强度标准抗拉强度 ftk 2 01 MPa 线膨胀系数线膨胀系数 0 00001 二 普通钢筋及钢材 二 普通钢筋及钢材 普通钢筋采用普通钢筋采用 R235 光圆钢筋和光圆钢筋和 HRB335 螺纹钢筋 螺纹钢筋 拱肋及风撑钢管采用拱肋及风撑钢管采用 Q345C 钢材 所采用的板材符合钢材 所采用的板材符合 GB1591 94 标准的规定 标准的规定 弹性模量弹性模量 Eg 200000MPa 泊松比泊松比 0 3 容重容重 78 5kN m3 抗拉 抗压 抗弯设计强度抗拉 抗压 抗弯设计强度 f 310MPa 线膨胀系数线膨胀系数 0 000012 抗剪设计强度抗剪设计强度 fv 180MPa 三 预应力钢材 三 预应力钢材 1 拱桥系杆 横梁采用符合 拱桥系杆 横梁采用符合 ASTM A416 97a 标准的标准的 S 15 24mm 低松弛钢绞线 标准强度低松弛钢绞线 标准强度 fpk 1860MPa 松弛率 松弛率 2 5 弹 弹 性模量性模量 Ep 195000 MPa 2 拱桥吊杆采用 拱桥吊杆采用 P7mm 高强钢丝 标准强度高强钢丝 标准强度 fpk 1670MPa 松弛率松弛率 2 5 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 7 二 整体验算二 整体验算 一 横向分布系数计算 一 横向分布系数计算 图图 1 1 活载荷横向分布系数采用空间有限元法计算 见图活载荷横向分布系数采用空间有限元法计算 见图 1 空间计 空间计 算建模详见后节 按照公路算建模详见后节 按照公路 I 级车辆荷载 在桥面上偏靠一侧布置 级车辆荷载 在桥面上偏靠一侧布置 计算出各拱肋分担的荷载效应 进而得出汽车荷载的横向分布系数 计算出各拱肋分担的荷载效应 进而得出汽车荷载的横向分布系数 两列汽车时 两片拱肋分别承担总荷载效应的两列汽车时 两片拱肋分别承担总荷载效应的 64 5 和和 35 5 横向分布系数为横向分布系数为 2 0 645 1 29 三列汽车时 两片拱肋分别承担总荷载效应的三列汽车时 两片拱肋分别承担总荷载效应的 55 65 和和 44 35 横向分布系数为横向分布系数为 3 0 78 0 5565 1 302 故检算中汽车横向分布系数取值为故检算中汽车横向分布系数取值为 1 302 二 计算模型 二 计算模型 纵向静力计算按平面杆系进行结构分析 采用公路桥梁结构设计纵向静力计算按平面杆系进行结构分析 采用公路桥梁结构设计 系统系统 GQJS V9 2 程序 按施工顺序进行结构离散 拱肋由钢管单元程序 按施工顺序进行结构离散 拱肋由钢管单元 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 8 和混凝土单元 钢管单元和混凝土单元共用节点 组成 吊杆采用索和混凝土单元 钢管单元和混凝土单元共用节点 组成 吊杆采用索 单元 系杆由预应力混凝土单元组成 共划分为单元 系杆由预应力混凝土单元组成 共划分为 72 个节点 个节点 240 个个 单元 其中单元 其中 1 38 为系杆单元 为系杆单元 39 72 为钢管拱单元 为钢管拱单元 73 106 为下管内为下管内 的砼单元 的砼单元 107 140 为腹腔内的砼单元 为腹腔内的砼单元 141 174 为上管内的砼单元 为上管内的砼单元 其余为吊索单元和支承单元 结构离散图见图其余为吊索单元和支承单元 结构离散图见图 2 三 计算荷载和主要参数 三 计算荷载和主要参数 1 活载 活载 公路公路 级 级 桥面梯度温差桥面梯度温差 T1 14 C T2 5 5 C A 300mm 体系均匀升温体系均匀升温 25 C 体系均匀降温 体系均匀降温 25 C 2 恒载 恒载 结构的自重和二期恒载均按单幅桥宽的一半计入 结构的自重和二期恒载均按单幅桥宽的一半计入 3 内力组合 内力组合 组合组合 1 恒载 恒载 公路公路 级级 组合组合 2 恒载 恒载 公路公路 级级 梯度温差梯度温差 组合组合 3 恒载 恒载 公路公路 级级 体系升温体系升温 组合组合 4 恒载 恒载 公路公路 级级 体系降温体系降温 组合组合 5 恒载 恒载 公路公路 级级 梯度温差梯度温差 体系升 降温体系升 降温 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 9 12 3 4567891011121314151617181920212223242526272829303132333435 36 3738 12 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 5556 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 8990 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 191 192 193 194 195 196 197 198199 200 201 202 203 204 205 206 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 10 四 施工阶段 四 施工阶段 根据设计文件中的施工阶段及次序划分根据设计文件中的施工阶段及次序划分 并按照主桥上部结构在并按照主桥上部结构在 施工全过程的受力和体系转换特点 共划分为施工全过程的受力和体系转换特点 共划分为 18 个阶段 逐阶段计个阶段 逐阶段计 算并累加后得到成桥内力和其他荷载效应 算并累加后得到成桥内力和其他荷载效应 阶段阶段 1 系杆和部分横梁在支架上浇筑完成 系杆第 系杆和部分横梁在支架上浇筑完成 系杆第 1 批力筋张批力筋张 拉 拉 阶段阶段 2 钢管拱架设完毕并落架 钢管拱架设完毕并落架 阶段阶段 3 下管混凝土灌毕 但未形成强度 下管混凝土灌毕 但未形成强度 阶段阶段 4 下管混凝土形成强度 腹腔混凝土灌毕 但未形成强度 下管混凝土形成强度 腹腔混凝土灌毕 但未形成强度 阶段阶段 5 腹腔混凝土形成强度 上管混凝土灌毕 但未形成强度 腹腔混凝土形成强度 上管混凝土灌毕 但未形成强度 阶段阶段 6 上管混凝土形成强度 吊杆安装并初次张拉 上管混凝土形成强度 吊杆安装并初次张拉 阶段阶段 7 其余横梁完成 系杆第其余横梁完成 系杆第 2 批力筋张拉 系杆落架 批力筋张拉 系杆落架 阶段阶段 8 行车道板安装完成 系杆第行车道板安装完成 系杆第 3 批力筋张拉 批力筋张拉 阶段阶段 9 5 吊杆第吊杆第 2 次张拉 次张拉 阶段阶段 10 8 吊杆第吊杆第 2 次张拉 次张拉 阶段阶段 11 3 吊杆第吊杆第 2 次张拉 次张拉 阶段阶段 12 7 吊杆第吊杆第 2 次张拉 次张拉 阶段阶段 13 2 吊杆第吊杆第 2 次张拉 次张拉 阶段阶段 14 4 吊杆第吊杆第 2 次张拉 次张拉 阶段阶段 15 6 吊杆第吊杆第 2 次张拉 次张拉 阶段阶段 16 1 吊杆第吊杆第 2 次张拉 次张拉 阶段阶段 17 桥面二期恒载施加完毕 桥面二期恒载施加完毕 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 11 阶段阶段 18 营运阶段 营运阶段 五 施工阶段的计算结果及结论 五 施工阶段的计算结果及结论 1 各施工阶段拱肋的应力 各施工阶段拱肋的应力 计算结果表明 在整个施工过程中 拱肋钢管最大应力为计算结果表明 在整个施工过程中 拱肋钢管最大应力为 111 Mpa 第 第 18 阶段 拱脚处压应力 阶段 拱脚处压应力 在混凝土灌注过程中 拱肋钢管 在混凝土灌注过程中 拱肋钢管 拱脚处最大应力不大于拱脚处最大应力不大于 40 MPa 符合 符合 公路桥涵钢结构和木结构设公路桥涵钢结构和木结构设 计规范计规范 JTJ025 86 中第 中第 1 2 5 条的要求 各施工阶段钢管拱肋条的要求 各施工阶段钢管拱肋 应力图见图应力图见图 3 第第 2 阶段阶段 第第 3 阶段阶段 第第 4 阶段阶段 第第 5 阶段阶段 第第 6 阶段阶段 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 12 第第 7 阶段阶段 第第 8 阶段阶段 第第 9 阶段阶段 第第 10 阶段阶段 第第 11 阶段阶段 第第 12 阶段阶段 第第 13 阶段阶段 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 13 第第 14 阶段阶段 第第 15 阶段阶段 第第 16 阶段阶段 第第 17 阶段阶段 第第 18 阶段阶段 图图 3 3 各施工阶段钢管拱肋的应力图各施工阶段钢管拱肋的应力图 单位 单位 MPaMPa 2 各施工阶段系杆的应力各施工阶段系杆的应力 计算结果表明在整个施工过程中 系杆正截面混凝土最大压应力计算结果表明在整个施工过程中 系杆正截面混凝土最大压应力 为为 12 5 MPa 发生在第 发生在第 16 阶段 杆端截面上缘处 阶段 杆端截面上缘处 并且不出现拉 并且不出现拉 应力 符合应力 符合 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 第 第 7 2 8 条的规定 各施工阶段系杆应力图见图条的规定 各施工阶段系杆应力图见图 4 第第 1 阶段阶段 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 14 第第 2 阶段阶段 第第 3 阶段阶段 第第 4 阶段阶段 第第 5 阶段阶段 第第 6 阶段阶段 第第 7 阶段阶段 第第 8 阶段阶段 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 15 第第 9 阶段阶段 第第 10 阶段阶段 第第 11 阶段阶段 第第 12 阶段阶段 第第 13 阶段阶段 第第 14 阶段阶段 第第 15 阶段阶段 第第 16 阶段阶段 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 16 第第 17 阶段阶段 第第 18 阶段阶段 图图 4 4 各施工阶段系杆正截面的砼应力图各施工阶段系杆正截面的砼应力图 单位 单位 MPaMPa 六 使用阶段的计算结果及结论 六 使用阶段的计算结果及结论 1 吊杆的内力 吊杆的内力 计算结果表明 各吊杆的安全系数均大于计算结果表明 各吊杆的安全系数均大于 3 符合规范的要求 符合规范的要求 使用阶段最不利的短吊杆 使用阶段最不利的短吊杆 1 预留的安全储备较大 在活载作用 预留的安全储备较大 在活载作用 下吊杆的安全系数 长吊杆大于下吊杆的安全系数 长吊杆大于 4 短吊杆大于 短吊杆大于 5 因此吊杆设计是 因此吊杆设计是 合理的 合理的 表表 2 2 吊杆的内力和安全系数吊杆的内力和安全系数 位置位置 单元单元 号号 节点号节点号 恒载恒载 KN 恒载恒载 汽车汽车 KN 安全安全 系数系数 1915 595 6780 673 79005 2 1 19141 596 3520 674 47005 2 1927 782 4880 917 17003 8 2 19243 783 6570 918 34003 8 1939 777 5000 941 62003 7 3 19345 779 0950 943 21003 7 19411 989 1410 1165 82003 2 4 19447 991 0910 1167 77003 2 19513 685 7600 868 61004 0 5 19549 687 9940 870 84004 0 19615 1007 9110 1173 24003 0 6 19651 1010 3590 1175 69003 0 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 17 19717 850 1700 1036 61003 4 7 19753 852 7590 1039 20003 4 19819 755 5300 942 41003 7 8 19855 758 1900 945 07003 7 2 系杆及拱肋强度验算 系杆及拱肋强度验算 1 系杆系杆 经计算预应力混凝土系杆各正截面的强度均符合经计算预应力混凝土系杆各正截面的强度均符合 公路钢筋混凝公路钢筋混凝 土及预应力混凝土桥涵设计规范土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 第 第 5 4 2 条规定 条规定 2 拱肋拱肋 目前钢管混凝土构件的强度计算 桥规中无相应规定 而目前钢管混凝土构件的强度计算 桥规中无相应规定 而 CECS28 90 JCJ01 89 等规程中的公式只适用于圆管直柱 对于哑等规程中的公式只适用于圆管直柱 对于哑 铃型断面的拱肋并不适用 因此按照铃型断面的拱肋并不适用 因此按照 圬工桥涵设计规范圬工桥涵设计规范 对拱肋 对拱肋 的拱脚 的拱脚 L 4 3L 8 拱顶等控制截面作了验算 结果是各截面的偏 拱顶等控制截面作了验算 结果是各截面的偏 心距不大于心距不大于 0 2m 强度符合要求 由于这是偏于保守的计算方法 强度符合要求 由于这是偏于保守的计算方法 可以认为拱肋的强度是满足要求的 可以认为拱肋的强度是满足要求的 3 桥面挠度验算 桥面挠度验算 汽车活载产生的最大挠度仅为汽车活载产生的最大挠度仅为 1 91 cm 位于 位于 L 4 处 处 挠度值 挠度值 考虑挠度长期增长系数后仍远小于规范容许值 说明结构在面内的刚考虑挠度长期增长系数后仍远小于规范容许值 说明结构在面内的刚 度良好 度良好 4 使用阶段系杆 拱肋应力验算 使用阶段系杆 拱肋应力验算 计算结果表明 计算结果表明 1 各荷载组合下 钢管拱肋的组合应力均小于各荷载组合下 钢管拱肋的组合应力均小于 200MPa 符 符 合合 公路桥涵钢结构和木结构设计规范公路桥涵钢结构和木结构设计规范 JTJ025 86 中第 中第 1 2 5 条的要求 条的要求 123 省道双牌石至狸省道双牌石至狸桥桥段固城大段固城大桥桥施工施工图设计图设计 咨咨询报询报告告 西西安安立立德德公公路路工工程程咨咨询询有有限限公公司司 18 2 最不利荷载组合下 系杆砼最大压应力 最不利荷载组合下 系杆砼最大压应力 16 5MPa 略超过 略超过 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62 2004 第第 7 1 5 条规定的容许值条规定的容许值 16 2MPa 建议适当降低系杆预应力钢束的 建议适当降低系杆预应力钢束的 锚下张拉控制应力 以期降低系杆内的应力水平 防止系杆产生纵向锚下张拉控制应力 以期降低系杆内的应力水平 防