南美林-典尚设计

目目 录录 一 一 概述概述 1 1 工程概况 1 2 主要材料 2 二 二 主主桥结桥结构分析构分析 2 1 结构离散 2 2 施工阶段划分 2 3 主要计算参数 6 4 荷载组合 6 三 三 主要主要计计算算结结果果 7 1 施工阶段 16 2 使用阶段 16 3 箱梁横向计算 19 4 主桥下构计算 21 四 四 主要咨主要咨询结论询结论 21 1 结构安全性评价 21 2 桥梁总体布置评价 21 3 问题与建议 22 五 五 主要主要计计算算结结果附件果附件 26 1 一 概述 一 概述 受福建省南安市交通局委托 我院组织有关专业技术人员对南安市美林大 桥施工图设计进行设计复核计算与咨询 根据有关要求 设计复核着重于现有 桥型方案的结构计算分析 1 1 工程概况 工程概况 美林大桥跨越美林河 大桥全长 302 6 米 桥孔总体布置为 13 米简支板 40 55 90 55 40 米 5 跨一联刚构 连续梁体系主桥 桥面全宽 28 米 桥 面布置为净 21 5 2 3 25 米 桥梁设计荷载 汽车 20 级 挂车 120 人群 3 5kN m2 本桥主桥结构采用 40 55 90 55 40 米 5 跨一联预应力混凝土变截面箱 梁刚构 连续梁方案 箱梁支点梁高 5 5 米 跨中梁高 2 4 米 箱梁底板变高 采用圆曲线变化 箱梁采用单箱多室方案 中腹板垂直 边腹板斜置 箱梁顶 板宽 28m 翼板悬臂长 4 5m 底板宽 16 3 18 0m 箱梁顶板厚 25cm 底板厚 120 支点 22 跨中 cm 腹板尺寸跨中 45cm 斜腹板 40cm 中腹板 根部 75cm 斜腹板 70cm 中腹板 间隔 2 个或 1 个节段变化一次腹板厚 度 箱梁在支点断面均设有横隔板 墩顶 0 号梁段长 12m 箱梁在与墩身对应 的 2 4m 范围内等梁高 两个 T 构 的悬臂各分 10 对梁段 其梁段数及梁段 长度从根部至跨中各为 3m 2 3 5m 7 4m 累计悬臂总长 44m 全桥共 有一个 2m 长的主跨跨中合拢段和两个 2m 长的边跨合拢段 两边跨现浇梁段长 40 9 m 主桥箱梁采用三向预应力 纵向钢束 7 5 钢绞线 公称直径 15 24mm 标 准强度 1860Mpa 其中悬浇顶板钢束为 5 7 5 悬浇腹板钢束为 19 7 5 其他顶 底等连续钢束为 12 7 5 配套使用 OVM15 5 OVM15 19 OVM15 12 锚具 横向预应力钢束亦采用 7 5 钢绞线 规格为 4 7 5 顺桥向间距 50cm 配套使用 BM15 4 锚具 两端张拉 箱梁各支点处的横梁亦设有横向预应力钢束 采用 19 7 5 钢绞线 配套使用 OVM15 19 锚具 竖向预应力钢束采用 32 的冷拉 级精轧螺纹钢筋 在腹板上顺桥向平均 间距 50cm 配套使用 YGM 锚具 上端张拉锚固于顶板顶面 2 主桥主墩为钢筋混凝土结构实体簿壁桥墩 一个桥墩分成两片 每片横向 底部宽 4 2m 上端设弧线张开 宽 6 0m 桥墩壁厚 2 4m 主墩承台厚 3 0m 主墩基础为大直径桩基 承台底设双排共 8 根 2 0m 的钻孔灌注桩 边墩采用 实体簿壁桥墩 亦分成两片 每片横向底宽部宽 4 2m 上端设弧线张开 宽 6 0m 桥墩壁厚 1 2m 主墩承台厚 2 0m 为分离式承台 双排共设 8 根 1 2m 的钻孔灌注桩 桥台采用 U 型 每个桥台底设有双排共 10 根 1 5m 桩 基 2 2 主要材料 主要材料 上部结构主梁采用 C50 号混凝土 下部结构桥墩采用 C40 承台采用 C30 桩基采用 C25 号混凝土 纵 横向预应力采用 15 24 预应力钢绞线 符合 ASTMA416 92 270 级 要求 竖向预应力为 32 的 40Si2MnMoV 精轧螺纹钢筋 二 主桥结构计算分析二 主桥结构计算分析 本桥在桥梁总体布置上 根据初步设计评审意见 按照原则上通过的桥型 方案设计 考虑到施工图设计业已完成 本次结构计算分析建立在现有的施工 图设计基础之上 各种计算参数的取用根据设计单位提供的施工图设计文件及 桥位处的气象 水文 地质等实际情况确定 主桥结构整体分析采用我院编制的 钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁综合 程序 进行计算 该程序基于平面杆系有限元原理 自 1985 年投产以来 已用 于大量的钢筋混凝土及预应力混凝土连续梁 连续刚构桥 斜拉桥等桥梁设计 是公路桥梁计算采用的主要工具之一 1 结构离散 结构离散 根据本桥的实际结构情况 将整个桥梁离散为 125 个单元 其中梁单元 87 个 桥墩单元 10 个 临时 永久支承单元 28 个 节点按照顺序划分 结构单 元离散图见图 1 2 施工阶段划分 施工阶段划分 按照悬臂施工的节段长 主桥共划分 31 个施工阶段进行计算 施工阶段 划分及其主要工序情况见表 1 3 4 表 1 施工阶段划分及其主要工序表 施工阶段主要工序 1主墩下部构造施工 2安装 0 号块支架并浇筑 0 号块 3 0 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T1 张拉完成 后在 0 号块上拼装悬臂浇筑挂篮 4悬臂浇筑 1 号块 5 1 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T2 腹板钢束 F1 F1 空挂篮前移 6悬臂浇筑 2 号块 7 2 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T3 腹板钢束 F2 F2 空挂篮前移 8悬臂浇筑 3 号块 9 3 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T4 腹板钢束 F3 F3 空挂篮前移 10悬臂浇筑 4 号块 11 4 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T5 腹板钢束 F4 F4 空挂篮前移 12悬臂浇筑 5 号块 13 5 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T6 腹板钢束 F5 F5 空挂篮前移 14悬臂浇筑 6 号块 15 6 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T7 腹板钢束 F6 F6 空挂篮前移 16悬臂浇筑 7 号块 17 7 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T8 腹板钢束 F7 F7 空挂篮前移 18悬臂浇筑 8 号块 19 8 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T9 腹板钢束 F8 F8 空挂篮前移 5 施工阶段划分及其主要工序表 续表 1 施工阶段主要工序 20悬臂浇筑 9 号块 21 9 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T10 腹板钢束 F9 F9 空挂篮前移 22悬臂浇筑 10 号块 23 10 号块混凝土达到强度 80 以上时 张拉悬浇钢束 T11 腹板钢 束 F10 F10 在主墩两个主墩悬臂浇筑的过程当中 安装边跨现 浇支架 浇筑边跨现浇段 同时在其混凝土达到强度 80 以上时 张拉边跨现浇段内的钢束 T12 顶板 F11 F13 F13 F13 腹板 B7 B9 底板 24 拆除挂篮 安装边跨合拢段吊架 主墩单 T 另一侧加相应的配重 25 选取适宜的温度浇筑边跨合拢段 主墩单 T 另一侧随混凝土的浇 筑增加相应的配重 26 边跨合拢段混凝土达到强度 80 以上时 张拉边跨合拢钢束 T 13 T 16 顶板 B1 B5 底板 27安装边跨合拢段吊架 28选取适宜的温度浇筑中跨合拢段 29 中跨合拢段混凝土达到强度 80 以上时 张拉中跨合拢钢束 T 13 T 16 顶板 B1 B6 底板 30 拆除支架 进行桥面系施工 加桥面铺装 人行道板等二期恒载 重量 31 运营阶段 活载 汽车 超 20 挂车 120 人群 3 5KN m2 温度 体系升温 20 度 体系降温 15 度 顶板升温 5 度 基础变位 主墩或边墩沉降 1cm 6 3 3 主要计算参数 主要计算参数 1 混凝土 主梁 50 号 E 3 5 104 Mpa 混凝土容重考虑 1 05 的增大系数取值为 27 3 KN m3 主墩 40 号 E 3 3 104 Mpa 混凝土容重 26 KN m3 2 预应力钢束 纵 横向预应力钢束 E 1 95 105 Mpa 标准强度 1860 Mpa 张拉控制 应力 1395Mpa 摩阻系数 0 3 管道偏差系数 0 003 松驰率 3 5 锚具回缩 6mm 3 荷载 汽车超 20 挂车 120 人群荷载 3 5KN m2 按双向 6 车道荷载计算 横 向考虑折减 同时增大 1 15 的偏载经验增大系数 汽车荷载横向分配系数 6 0 55 1 15 3 8 挂车 1 15 设计总说明中汽车荷载横向分配系数汽车为 4 8 是否有误 请设计核查 而挂车为 1 则偏小 支座不均匀沉降 主墩或边墩按 1cm 计算 本桥桩基均支撑在岩石中 设 计不均匀沉降取 2cm 偏大 温度 按照设计总说明数值取用 体系升温 20 体系降温 15 顶板升 温 5 4 荷载组合 按可能出现的最不利状况设计验算进行了以下四种组合 组合 1 恒载 汽车荷载 人群荷载 组合 2 恒载 挂车荷载 人群荷载 组合 3 恒载 汽车荷载 人群荷载 支座不均匀沉降 体系升温 20 顶板升 温 5 组合 4 恒载 汽车荷载 人群荷载 支座不均匀沉降 体系降温 15 7 三 主要计算结果 三 主要计算结果 1 1 施工阶段 施工阶段 根据该桥的施工方法 共分 31 个施工阶段 其中 22 23 阶段为悬臂最大 工况 25 26 阶段为边跨合拢工况 28 29 阶段为中跨合拢工况 各施工工况验算结果表明 在整个施工过程中 主梁的施工应力控制能够 满足规范要求 基本未出现拉应力 压应力最大出现在全桥合拢后 二期恒载 未上以前 中跨上缘压应力为 11 19Mpa 各施工阶段截面上 下缘正应力图 仅示出对称结构的一半 见图 2 验 算数值详见所附纵向计算结果 计算结果表明 本桥结构施工阶段是安全的 9 图 2 1 施工阶段截面上 下缘正应力图 1 10 图 2 2 施工阶段截面上 下缘正应力图 2 11 图 2 3 施工阶段截面上 下缘正应力图 3 12 图 2 4 施工阶段截面上 下缘正应力图 4 13 图 2 5 施工阶段截面上 下缘正应力图五 14 图 2 6 施工阶段截面上 下缘正应力图 6 15 图 2 7 施工阶段截面上 下缘正应力图 7 16 图 2 8 施工阶段截面上 下缘正应力图 8 17 2 2 使用阶段 使用阶段 使用阶段主要控制截面的应力情况见表 2 在各种最不利工况组合下截面 上 下缘正应力包络图 仅示出对称结构的一半 见图 3 验算数值详见所附 纵向计算结果 表 2 使用阶段主要控制截面的应力 Mpa 荷载 组合 部位边跨次边跨主跨 最大13 2111 8014 27 上缘 最小4 141 701 70 最大13 6813 689 07 主要 荷载 组合 下缘 最小2 644 892 21 最大15 2013 9316 49 上缘 最小3 771 521 60 最大14 7214 829 56 附加 荷载 组合 下缘 最小2 504 431 19 验算结果表明 在各种最不利工况组合下 主梁上 下缘均未出现拉应力 根据规范有关条文规定 50 号混凝土主要组合时最大压应力 0 5Rab 17 5Mpa 附加组合时最大压应力 0 6Rab 21Mpa 主要组合容许主压应力 0 6Rab 21 Mpa 容许主拉应力 0 8Rlb 2 4 Mpa 附加组合容许主压应 力 0 65Rab 22 75Mpa 容许主拉应力 0 9Rlb 2 7 Mpa 本桥应力均控制 在满足规范要求的范围以内 根据本桥配束情况看 主跨跨中上缘配置大量钢束 T13 T16 反映在计算 结果上主跨跨中上缘较长的区段 压应力偏大 本桥跨中连续钢束有进一步优 化的可能 可考虑少量增加跨中下缘底板连续束 取消跨中上缘大部分钢束 同时还可使箱梁应力较均匀 18 图 3 1 最不利工况组合下截面上 下缘正应力包络图 1 19 图 3 2 最不利工况组合下截面上 下缘正应力包络图 2 20 3 箱梁横向计算 箱梁横向计算 箱梁横向计算采用通用有限元软件的空间八节点实体 SOLID45 单元 取梁 高为 2 4m 宽 7m 的梁段为计算模型 见图 4 分别布置三辆汽车 超 20 重车 的后轮 挂车 120 的 8 个车轮 横向预应力按匀布面荷载 P 10049 3kPa 施加 人行道板按为 3 3kPa 铺装为 2 25kPa 分别计算了汽车偏载和挂车居中两种工 况 汽车偏载 翼缘板上 下缘横桥向均为压应力 最大为 10 3MPa 最小 2 7MPa 翼缘板下缘横桥向最大压应力为 6 9MPa 最小 2 4MPa 边箱顶板的 上缘横桥向均为压应力 最大 7 0MPa 最小 2 0MPa 下缘最大压应力为 6 0MPa 与腹板相交的加腋处出现 0 11MPa 拉应力 挂车居中 翼缘板上 下缘横桥向均为压应力 最大为 10 3MPa 最小 2 2MPa 翼缘板下缘横桥向最大压应力为 6 9MPa 最小 2 4MPa 边箱顶板的 上缘横桥向均为压应力 最大为 7 9 MPa 最小 2 2MPa 下缘最大压应力为 6 6MPa 最小压应力 0 16MPa 拉应力 出现在与腹板相交的加腋处 横向计算主要结果见图 5 7 从横向计算的结果看 箱梁的横向应力满足 规范的要求 图 4 箱梁横向计算模型 21 图 5 汽车偏载时顶板上缘横桥向应力 Sx 沿横桥向的分布 单位 横坐标 m 竖坐标 kPa 号表示压应力 图 6 挂车居中时顶板上缘横桥向应力 Sx 沿横桥向的分布 数值盒的单位 kPa 号表示压应力 图 7 汽车偏载时箱梁变形图 22 4 4 主桥下构计算 主桥下构计算 图 8 基桩计算简图 桥墩计算以最不利受力的 3 4 号墩进 行验算 墩顶的内力取自综合程序的结果 Nmin 60910kN Mmax 21540kNm 计算长度 偏保守取为 15m 计算结果表明 该墩的配 筋以规范规定的最小配筋率 0 2 控制 可 见结构是安全的 基桩计算用 m 法 以平面杆系模拟 计算图式如图 8 所示 承台顶的内力取自 综合程序的结果 N 72903kN Mmax 44875kNm 分配到单桩 Nmax 12798 kN M 597kNm Nmin 6005 kN M 597kNm 按圆截面偏心受压构件计 算 单桩设计配筋量 36 28 可较好满足受 力要求 具有较高的安全度 计算表明该 桩全截面受压 不出现裂缝 上述计算结果表明本桥上构满足全预 应力要求 正应力及主拉应力控制在规范所 容许的范围之内 下部构造主墩 采用薄壁桥墩 大直径的双排桩基础 形式合理 经计算能较好满足受力要求 四 主要咨询结论 四 主要咨询结论 一 一 结构安全性评价 结构安全性评价 通过复核计算分析表明 本桥主体结构安全 结构尺寸基本可行 预应力 体系布置基本合理 受力计算满足规范要求 图纸清晰 符合施工图设计要求 但本桥从构造处理及方便施工等角度考虑 可作进一步的优化处理 二 二 桥梁总体布置评价 桥梁总体布置评价 有关桥型方案的确定应是初步设计阶段解决的问题 但就本桥最后实施的 施工图方案看 桥梁布置从总体上看有缺憾 本桥在整体性较好的大桥中 加 23 一跨 13 米简支板小孔 不协调 从施工角度上讲 附加小孔与主桥为不同的结 构形式 施工设备要求不同 会导致施工上的不经济 从本桥施工方案看 本 桥边跨采用满堂支架现浇施工 按照这一施工方案 在边跨跨径非特别要求的 情况下 可将主桥简化为主跨 90m 的 3 孔一联连续刚构 两边跨及附加小孔一 侧设计为 3 孔 另一侧设计为 2 孔 20 米以内的钢筋混凝土现浇连续箱梁 从而 可大大提高本桥的经济性 鉴于本桥施工图设计业已完成 桥型方案的确定不是本阶段重点讨论的问 题 故本次咨询着重于现有桥型方案的结构计算分析上 三 三 问题与建议 问题与建议 1 按照总说明的设计标准 本桥为双向 6 车道 根据公路桥涵通用规范等 标准要求 本桥最小净宽应为 0 25 3 3 75 0 5 3 3 75 0 25 23 5 m 而本 桥实际净宽 21 5m 特别是本桥的箱梁横断面在中间设置了 3m 的平坡段 应为 非行车带 不知本桥双向 6 车道如何布置 2 桥型总体布置图中关于净宽与人行道宽的说明有误 3 桥型总体布置图中应标明测时水位 设计洪水位 以便判别梁底标高是 否满足水位要求 按照有关桥梁设计标准 本桥设计洪水频率应不低于 1 100 不知是否与总说明中所述的城市防洪标准一致 4 本桥主墩及边墩承台顶面标高在天然地面线以下达 2 5 米 将会导致极 大的施工工程量 从结构及受力分析角度讲 也毫无必要 建议承台顶面标高 接近天然地面线或保证在枯水期以承台顶面不露出水面为宜 5 主桥箱梁构造待须改进 本桥主跨 90 米 采用悬臂浇筑施工 根部梁 高 5 5 米 跨中梁高 2 4 米 基本合适 但对于变高度梁 为方便施工 在一 般情况下不做成斜腹板形式 本桥腹板设计尺寸跨中 45cm 斜腹板 40cm 中腹板 根部 75cm 斜腹板 70cm 中腹板 间隔 2 个或 1 个节段 变化一次腹板厚度 从我院同类结构相同或更大桥梁成桥经验及计算情况看 该尺寸可以大大优化 腹板可考虑采用等厚 45cm 斜腹板 40cm 中腹板 为安全起见 可将靠近根部的 3 4 个节段加至等厚 60cm 斜腹板 55cm 中 腹板 以一个节段作为变宽过渡段 这样可以减轻主桥上构重量 节省材料数 量 同时也较好地方便施工 请设计进一步计算确认 本桥箱梁如果能考虑为 24 两个单箱室的箱梁 则可能会取得更好的优化效果 6 主梁总体布置图中 边跨与次边跨之间的横隔梁应考虑设置过人孔 否 则检修人员从边跨顶板预留孔进入箱梁后无法行至主跨 7 主梁总体布置图中应标明主梁混凝土标号 底板上缘线梁底曲线方程 8 主梁总体布置图 四 五 六 中应标明各齿块与腹板的关系尺寸 以便施工放样定位 同时应绘制齿块构造图 9 本桥预应力钢束布置基本合理 但从最基本的受力情况看 本桥预应力 钢束布置可局部调整优化 其一 腹板弯起钢束无须一直配置到主跨的跨中 其二 主跨跨中顶板上缘配置大量的预应力钢束 不合理 经初步估算 如将 等量的顶板上缘 T16 钢束设置于底板下缘 可考虑取消 T14 T16 顶板上缘钢束 请设计进一步计算确认 10 预应力钢束布置图 SV 023 中 F1 F10 F1 F10 标注有误 11 预应力钢束张拉采用双控控制 故对于纵 横向预应力钢束应按设计 计算参数 给出钢束伸长量 便于施工控制 12 本图的横向预应力钢束布置与竖向预应力钢束布置 正好相冲突 按 50cm 布置一根横 竖向预应力钢束 从对称中心线开始横向钢束布置为 50 2 n 50 则竖向钢束布置应考虑为 0 n 50 13 竖向预应力钢束布置图 SV 032 中 S14 及 S 14 锚固于墩身内的竖向 预应力钢筋建议不要在墩身的同一断面处锚固 可间隔一根加长 1m 左右交错 锚固在墩身不同断面处 14 主梁施工顺序图从施工步骤三 五说明看 每个梁段施工完成 张拉纵 横 竖向预应力钢束 欠妥 一般来说 横 竖向预应力钢束滞后于纵向钢束 两至三个节段后张拉 15 主梁施工顺序图对重要的边 中跨合拢程序交代不详 特别是边 中 跨合拢时 对内外刚性支撑的设置 平衡配重和压重 都必须有严格的规定 16 边跨现浇段梁体内以及边 中跨合拢时顶 底板钢束较多 应说明各 类钢束张拉的先后顺序 17 由于本桥主墩为单壁墩 主桥悬臂施工安全性尤为重要 设计应提出 悬臂浇筑过程中允许最大的不平衡重量值 严格要求施工过程中不能超限 另 25 外还应结合主墩 0 号块支架搭设提出具有一定抗倾覆能力的方案 可通过设置 一定的体外临时钢束锚固于承台上实现 18 关于挠度控制问题 由于设计阶段施工单位未定 挂篮技术参数与施 工工期安排均依据设计经验假定 故其计算数值仅供参考 待施工单位确定后 应根据施工单位提供的挂篮资料和工期安排 重新进行一次挠度计算 与施工 监控所计算的挠度核对 鉴于本桥主跨跨度较大 设计应强调施工监控的必要 性 19 0 号块及边跨 次边跨采用了大量的支架现浇施工 设计说明及设计 图纸应对支架预压作特别强调 并按施工规范提出预压重量 确保支架非弹性 变形的消除 20 箱梁无论中跨或边跨合拢 均应设置刚性支撑结构 本设计图中未见 该部分内容 应补充 21 本桥箱梁普通钢筋布置基本合适