30.7+100+30.7m钢桁拱桥 长江路大桥计算书-典尚设计

京杭运河常州市区段改线工程施工图设计长江路大桥复核计算书2005年3月一、 主要技术标准及设计采用规范1、 主要技术标准（1）道路等级：城市主干道路；（2）荷载标准：公路-1级，人群荷载：3.5kN/m2；（5）平纵曲线：本桥位于直线段，桥面最大纵坡：3%；（6）桥面横坡：行车道2%人字坡；（7）地震：无资料。2、 设计采用规范（1）公路工程技术标准（JTG B01-2003）（2）公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)（3）公路桥涵地基与基础设计规范(JTJ024-85)（4）公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)（5）公路工程抗震设计规范（JTJ004-89）（6）城市桥梁设计准则(JTJ11-93)（7）城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)（8）钢结构工程施工及验收规范（GB50215-95）（9）参考规范铁路钢桥制造及验收规范（TB10212-98）二、 桥梁总体布置1、 桥型与孔跨布置主桥采用1联（30.7+100+30.7）m钢桁拱桥，主桥全长161.4m。2、 桥梁横断面布置桥梁横断面布置为：1.5m(人行道、栏杆)+3.0m（非机动车道）+2.0m(拱肋及吊杆区，含防撞护拦)+23.0m(机动车道)+2.0m（拱肋及吊杆区，含防撞护拦）+3.0m（非机动车道）+1.5m(人行道、栏杆)，桥面全宽36.0m。三、 桥梁结构设计1、 上部结构设计本桥上部结构采用连续钢桁拱结构，两片承重主桁间距为25m，主桁间距远大于桥梁宽跨比1/20的要求，通过合理的系杆与桥面结构布置，具有良好的横向刚度。主跨拱圈矢高20m，矢跨比接近1/4，拱脚在桥面以下高度为6m；边跨计算跨度30m，平弦钢桁梁主桁高度9.5m。桁梁和拱肋的标准节间距为5m。弦不分上下弦杆、拱部分上下弦杆、加劲弦杆、系杆均采用箱形截面，横梁采用工字形截面、设有纵横加劲肋，吊杆、腹杆及平纵联均采用工字形截面。桥面板主要采用钢筋混土形板，边跨机动车道部分为了增加压重而采用矩形截面钢筋混凝土板，人行道部分全桥均采用槽形板。2、 下部结构设计本桥下部结构采用柱式墩、钻孔灌注桩基础，9、10号墩桩径1.5m，8、11号墩桩径1.2m。四、 图纸中存在的问题本桥采用钢结构，虽然造价较高，但结构新颖美观。总体来说设计文件图表清晰，各种设计计算参数取值合理，结构构件尺寸较为优化。这种结构在国外的高速铁路桥梁上采用较为普遍，其主要受力特点是横竖向刚度大、稳定性好，国内目前在京沪高速铁路南京长江大桥上采用此方案，但还未实施。本次计算复核所收到的图纸不全，主要缺桥面系、施工方法及施工步骤、全桥主要工程数量表、和设计说明的图纸。从收到的图纸来看，有以下问题：1、主桁结构总图中的上平联、拱桁下平联及桥门架设计图与相应的详图相矛盾。2、端桥门架设计图中的QM1-3及QM1-4杆件图与数量表中的尺寸不符。3、杆件图二十六中的N2钢板厚应为16mm。4、桥面板未铺到伸缩缝处，只到端横梁的一半处，从端横梁中心到伸缩缝处的设计图纸没有。五、 主要设计计算参数1、 钢桁拱均采用Q345q钢，弹性模量为2.1105Mpa，其计算容重取钢材实际容重的1.18倍（按现有图纸合计全桥总的用钢量为：1870.3吨），为92.38kN/m3。构件名称单位重量弦杆kg380193.2斜杆kg90377.2竖杆kg127205.8横梁kg482244.8托架kg124349上平联kg147839.7普通下平联kg116159下平纵联（拱）kg124085.3加劲弦下平联kg45857.6加劲弦横联kg22285.8A节点kg48915E节点kg83106.6M4M6节点kg12043系杆节点kg23078端桥门架kg16425A6处桥门架kg10054E8至E9间桥门架kg16086全桥合计kg1870305全桥合计(计入2%螺栓重）kg1907711.12、 钢筋混凝土容重：25kN/m3；3、 桥面铺装沥青混凝土容重为22 kN/m3，由于本次复核计算时没有桥面铺装及其它桥面系的图纸，所以暂定为8cm厚的沥青混凝桥面铺装。4、 人行道、栏杆、防撞墙等也没有图纸，按下表取值：项目断面面积每延米重单位m2kN/m人行道混凝土0.3047.6人行道地砖0.06251.25钢栏杆0.6防撞墙0.3087.75、 活载：本桥采用的活载等级为：公路-1级；人群荷载：按照城市桥梁设计荷载标准取值：2.4kN/m2；非机动车道也是人群荷载控制。冲击系数：按城市桥梁设计荷载标准规定计算。6、 温度力：钢材线胀系数为0.000012，本次计算暂不考虑温度力。7、 基础不均匀沉降：相邻两桥墩基础不均匀沉降值取1cm，本次计算暂不考虑。8、 地震力荷载按公路工程抗震设计规范采用反应谱理论计算。由于地震无资料，本次计算只算出自振频率。六、 二期恒载在横梁及托架上的分布按照以上取值，可以计算出二期恒载（包括人行道、栏杆、防撞墙、桥面铺装）分配到各横梁及托架上的集中力和均布力如下（其中P为集中力，q为均布力）：TO托架荷载类型数值（kN,kN/m）位置x1x2附注P1.50 0.1250 栏杆q27.19 0.0000 1.5000 人行道q16.84 1.50 5.00 非机动车道P19.25 4.75 防撞墙T1T16托架荷载类型数值（kN,kN/m）位置x1x2附注P3.00 0.1250 栏杆q54.37 0.0000 1.5000 人行道q33.67 1.50 5.00 非机动车道P38.50 4.75 防撞墙横梁H0荷载类型数值（kN,kN/m）位置x1x2附注P19.25 0.7500 防撞墙q33.12 0.70 24.30 机动车道P19.25 24.25 防撞墙横梁H1荷载类型数值（kN,kN/m）位置x1x2附注P38.50 0.7500 防撞墙q66.24 0.70 24.30 机动车道P38.50 24.25 防撞墙横梁H2荷载类型数值（kN,kN/m）位置x1x2附注P38.50 0.7500 防撞墙q53.39 0.70 24.30 机动车道P38.50 24.25 防撞墙横梁H3H16荷载类型数值（kN,kN/m）位置x1x2附注P38.50 0.7500 防撞墙q40.55 0.70 24.30 机动车道P38.50 24.25 防撞墙七、 计算模型采用空间计算模型，对主桥钢桁拱分别进行了静力计算、稳定计算及自震特性计算。为了比较准确地掌握结构的受力状况，验证结构的安全性，对结构分别按梁单元及桁架单元建立模型模拟计算。计算采用MIDAS/Civil Ver 5.9.0有限元结构分析软件。共有462个节点，887个单元。机动车、非机动车及人群活载均按最不利影响线加载。八、 结构离散图九、 桥梁自振特性分析自振分析中桥梁的二期恒载转化为节点集中质量，其自振周期见下表：模态号频率频率周期容许误差(rad/sec)(cycle/sec)(sec)18.730 1.389 0.720 1.86E-1629.695 1.543 0.648 7.56E-16310.152 1.616 0.619 5.52E-16412.439 1.980 0.505 3.67E-15513.455 2.141 0.467 2.20E-15613.527 2.153 0.465 9.32E-16714.872 2.367 0.422 8.66E-14817.791 2.832 0.353 2.58E-11921.305 3.391 0.295 6.88E-061021.891 3.484 0.287 3.98E-03前三阶振形如下：1、振形一：2、振形二：3、振形三：十、 稳定性分析从得弹性稳定分析来看，本桥的整体稳定性较好。模态特征值容许误差118.575 2.56E-06220.639 4.10E-13321.149 4.96E-041、 失稳模态一：2、 失稳模态二：3、 失稳模态三：十一、 主要计算结果（一） 按梁单元计算按梁单元计算，等于在计算中计入了节点刚性在主桁杆件中引起的次应力。钢材的容许应力为：=1.45210=304.5MPa1、上弦杆：max=196.7MPa，min=-245.2MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，所有构件强度满足要求。2、下弦杆：max=273.1MPa，min=-324.8MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，拱脚E6E7弦杆应力超限，不满足强度要求，其它杆件强度满足要求。3、竖杆：max=230.1MPa，min=-703.5MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，边跨加劲弦E4M4及E5M5竖杆应力超限，不满足强度要求，这主要是因为此两根竖杆长度太短，次内力太大而引起的。其它杆件强度满足要求。4、斜杆：max=226.4MPa，min=-173.4MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，各杆件强度满足要求。但应注意A7M6杆的稳定性。5、系杆：max=294.8MPa，min=118.1MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，各杆件强度满足要求。6、吊杆：max=362.9MPa，min=100.2MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图， E8M8吊杆应力超限，不满足强度要求，这主要是因为杆件长度太短，次内力太大而引起的。其它杆件强度满足要求。7、横梁：max=73.4MPa，min=-212.4MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，各杆件强度满足要求。（二） 按梁单元计算钢材的容许应力为：= 210MPa1、上弦杆：max=128.0MPa，min=-195.2MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，所有构件强度满足要求。2、下弦杆：max=164.7MPa，min=-207.6MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，弦杆强度满足要求，但E11E12弦杆应力富余值太小。3、竖杆：max=194.1MPa，min=-164.4MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，各杆件强度满足要求。4、斜杆：max=193.1MPa，min=-132.3MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，各杆件强度满足要求。但应注意A7M6杆的稳定性。5、系杆：max=196.7MPa，min=103.4MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，各杆件强度满足要求。6、吊杆：max=148.2MPa，min=103.2MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，各杆件强度满足要求。7、横梁：max=44.6MPa，min=-235.0MPa（其中拉应力为正，压应力为负），具体位置见下图，H1横梁应力不满足要求，其它横梁强度满足要求。（三） 结论及修改意见通过以上计算及对比可以看出：1、 拱脚E6E7弦杆应力超限，不满足强度要求，建议将杆件板厚加大。2、 E11E12弦杆应力富余值太小，建议将杆件板厚加大。3、 边跨加劲弦E4M4及E5M5竖杆应力超限，不满足强度要求，这主要是因为此两根竖杆长度太短，次内力太大而引起的。可以在满足截面正应力的情况下修改杆件截面，减小其抗弯刚度，或者可以以铰接的方式和节点相连。4、 虽然斜杆各杆件强度满足要求，但由于A7M6杆受压较大，而其长度又最长，所以应注意A7M6杆的稳定性。5、 以梁单元计算时，E8M8吊杆应力超限，不满足强度要求，这主要是因为