减河3号人行桥计算复核报告new

目 录第一章 概 述1第二章 结构分析主要结论2一、设计参数取值2二、桥面系顶板2第三章 主要计算成果资料5一、检验标准5二、总体施工阶段分析6（一）计算目的和计算工具6（二）主要计算参数6（三）计算模型6（四）计算结果7（五）计算结论20三、总体运营阶段分析21（一）计算目的和计算工具21（二）主要计算参数21（三）计算模型21（四）计算结果21（五）计算结论59四、全桥动力特性及抗震分析61（一）计算模型61（二）特征值分析计算结果61（三）全桥抗震分析6568第一章 概 述减河3号人行桥景观斜拉桥位于顺义区减河下游，是连接顺义新城区与旧城区的重要人行通道之一。减河3号人行景观斜拉桥整体平面造型和桥塔立面造型均成眼形，整体呈中心对称。该桥跨度97.7m，桥面单侧横向宽度最窄处为4.23m。桥塔位于河道中间，下部为钢筋混凝土承台和群桩基础。桥塔在承台以上分为两支，为空间弯曲形状，索塔设计高度分别为35.57m和31.95m。索塔主体采用钢箱混凝土结构，钢材采用Q235B，钢箱板厚均取30mm，索塔内部采用C30砼现浇。桥面系采用钢箱梁，为曲线形状并在中间分为两支，环绕索塔构成眼睛形状，桥面系与桥塔分离。钢箱梁梁高1.0m，采用Q235B钢材。顶板厚14mm，底板厚12mm，纵向腹板厚12mm；支座处、箱梁分支处及与索连接横向肋板厚16mm，箱梁分支部分横向肋板厚14mm，其余横向肋板厚12mm。斜拉索拉在分支钢箱梁内侧横肋处，上层拉索20根采用F755镀锌平行钢丝束；下层拉索12根F555镀锌平行钢丝束。本次主要以顺义减河景观桥竣工图为依据进行计算复核。本次计算复核重点主要从结构受力方面着手，分别提出计算复核意见，并提供主要计算成果资料。第二章 结构分析主要结论根据本桥已提交的竣工图，对结构进行了多项计算，现对计算结论进行简要描述，主要计算成果资料详见本报告第三章。本桥结构新颖，造型美观，技术含量高，为中国桥梁不可多得的佳作。本桥造型独特，结构新颖，通过计算发现，本桥主体结构的强度满足相关规范的要求。有关受力较为合理的内容在本章不再赘述，以下仅就计算中发现值得商榷的某些受力问题进行阐述，供设计单位参考。其余结构计算复核结论详见本报告第三章 主要计算成果资料。一、设计参数取值设计文件中部分设计参数与规范不太一致。对于体系温度的设计值，本桥计算书中说明：“多年平均气温11.5C，极端最高气温40.5C（7月），极端最低气温-19.1C（1月）。”同时，计算书中还说明：“成桥状态体系温度25C，取当地最高温度60C和最低温度-25C”。依据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），成桥状态主梁最高温度48.3、最低温度-22.5、主桥合龙温度25。体系最高、低温度取值有些欠妥。设计文件设计说明中说明：“人群设计荷载5kN/m2” ，依据城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98），专用人行桥的人群荷载取值应根据加载长度进行取值，而局部构件才采用5kN/m2。考虑到本桥是人行景观桥，本次计算复核仍采用5kN/m2。对于钢桥，目前桥梁规范仍然采用容许应力法，而本桥采用承载能力极限状态法进行强度校核不妥，二、桥面系顶板通过计算发现桥面系顶板最大应力出现在1/83/8跨分叉处，其静力计算结果见图2.3.1图2.3.3所示。总体运营阶段分析中主梁顶板最大Mises应力为149.14MPa145MPa，略超出检验值。 图2.2.1 顺桥向应力图（组合1 单位：kPa）图2.2.2 横桥向应力图（组合1单位：kPa）图2.2.3 Mises应力图（组合1单位：kPa）根据本报告第三章 主要计算成果资料，可以看出本桥部分结构应力富裕值相对偏小。第三章 主要计算成果资料本次计算复核在顺义河景观桥竣工图纸的基础上进行计算复核。结构计算主要进行了总体施工阶段分析、总体运营阶段分析两部分及全桥动力分析。本计算资料中如无特别说明，力和力矩单位分别以kN、kN.m计，轴力以受拉为正、受压为负，力矩采用以模型座标为中心，按材料力学模式确定正负方向；应力单位为kPa，应力以受压为负、受拉为正。一、检验标准（一）容许应力1本桥的钢结构检验容许应力值表Error! No text of specified style in document.1 Q235B容许应力类别Q235B角焊缝Q235B角焊缝厚度(mm)屈服强度(Mpa)设计强度(Mpa)容许应力(Mpa)容许应力(Mpa)t=1623516014510516t4022513940t602151332. 本桥的混凝土结构检验容许应力值表Error! No text of specified style in document.2 斜拉索容许应力类别标准强度(Mpa)容许应力(Mpa)容许应力幅值(Mpa)平行钢丝16706682003. 附加组合钢结构容许应力提高系数为1.25。（二）其他检验值其他检验值按规范取用。二、总体成桥阶段分析（一）计算目的和计算工具本桥主桥跨径布置为197.7=97.7m，采用漂浮结构体系。主梁采用钢箱梁，主塔采用钢箱砼结构。总体成桥阶段分析的目的就是要考察成桥状态主桥各构造安全度。本次总体施工分析采用Midas/Civil软件。（二）主要计算参数1主要材料特性表3.2.1 混凝土材料参数表（强度单位：Mpa） 参数材料弹性模量 轴心抗压强度设计值轴心抗拉强度设计值热膨胀系数泊松比C30混凝土2980013.81.390.000010.2表3.2.2 钢材材料参数表（强度单位：Mpa） 参数材料 弹性模量标准强度热膨胀系数泊松比低松弛镀锌高强钢丝20600016700.0000120.3钢材2060000.0000120.32设计荷载取值一期恒载包括主梁、主塔、斜拉索材料重量。考虑到计算的可行，本桥未对顶板加劲肋进行模拟，而是对相应构造施加1.06的梁段重量提高系数，以进一步模拟其实际效应。二期恒载即桥面系荷载，按照均布压力荷载均布于桥面板上，荷载取值为0.1kN/m2。斜拉索的成桥索力以设计单位提供的成桥索力取值。（三）计算模型采用Midas/Civil软件，建立全桥模型。总体成桥分析计算模型中，索塔、索塔横梁模拟为空间梁单元，斜拉索模拟为空间索单元，钢箱梁模拟为板单元。本次计算采用不同厚度板单元模拟钢箱梁顶、底板及纵向腹板和横隔板，考虑到计算机的运算能力，未对加劲肋进行模拟。索塔交叉贯通处连接采用刚性连接模拟。桥梁两端各设置4个竖向拉压支座，支座限制横桥向位移但不限制顺桥向位移，索塔底部为桩基之上的大体积承台，故计算模型中，塔底节点处设置固定刚性支承，桥台支座处节点设置顺桥向滑动铰支座。下层斜拉索一端锚固于主梁，另一端设置刚性支承，以模拟索对主梁的作用。全桥共用51877个单元，其中板单元（主梁）51808个，梁单元（索塔、索塔横梁）37个，索单元共32个，结构离散图见图3.3.1。图3.2.3.1 计算模型（四）计算结果由于对本桥竣工图纸未交待施工流程，本次计算仅以成桥阶段进行验算，索力选取成桥索力。 由于本桥各构造体系不同，本报告中分成钢箱梁顶板、底板、索塔、支承反力等部分示出。1. 顶板（1）0-1/8跨顶板图3.2.4.1 顺桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.2 横桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.3 Mises应力图（单位：kPa）（2）1/8-3/8跨顶板图3.2.4.4 顺桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.5 横桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.6 Mises应力图（单位：kPa）（3）3/8-1/2跨顶板图3.2.4.7 顺桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.8 横桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.9 Mises应力图（单位：kPa）2. 底板（1）0-1/8跨底板图3.2.4.10 顺桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.11 横桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.12 Mises应力图（单位：kPa）（2）1/8-3/8跨底板图3.2.4.13 顺桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.14 横桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.15 Mises应力图（单位：kPa）（3）3/8-1/2跨底板图3.2.4.16 顺桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.17 横桥向应力图（单位：kPa）图3.2.4.18 Mises应力图（单位：kPa）3. 索塔图3.2.4.19 弯矩图（单位：kN.m）图3.2.4.20 轴力图（单位：kN.m）图3.2.4.21 最大组合应力图（单位：kPa）4. 支承反力图3.2.4.22 桥塔支承反力图（单位：kN）图3.2.4.23 0号台支承反力图（单位：kN）图3.2.4.24 2号台支承反力图（单位：kN）（五）计算结论（1）顶板：根据计算结果，从图3.2.4.1图3.2.4.9可以看出成桥阶段中，顶板最大顺桥向应力出现在1/8至3/8跨分叉处，为103.17MPa；最小应力出现在3/8-1/2跨顶板，为-98.23MPa。该处成桥阶段最大容许应力为145MPa。从总体施工分析角度看，顶板最大Mises应力约为106MPa（不考虑拉索作用处的应力集中）145MPa，满足要求。（2）底板：根据计算结果，从图3.2.4.10图3.2.4.18可以看出成桥阶段中，底板最大顺桥向应力出现在跨中附近，为61.73MPa；最小应力出现在1/8-3/8拉索锚固区处，为-82.61MPa。该处成桥阶段最大容许应力为145MPa。从总体施工分析角度看，底板最大Mises应力为97.29MPa145MPa，满足要求。（3）索塔：根据计算结果，从图3.2.4.21可以看出成桥阶段中，最大组合应力出现在塔上拉索锚固区处，为-46.81MPa 。该处成桥阶段最大容许应力为139MPa。从总体施工分析角度看，索塔最大组合应力为46.81MPa145MPa，略超出检验值。（2）底板：根据计算结果，从图3.3.4.22图3.3.4.42可以看出荷载组合一三工况中，底板最大Mises应力出现在1/4至3/8跨拉索锚固处，为114.23MPa。该处荷载组合工况最大容许应力为145MPa。从总体运营分析角度看，顶板最大Mises应力约为114.23MPa145MPa，满足要求。（3）横隔板（除12mm厚）：根据计算结果，从图3.3.4.43图3.3.4.49可以看出荷载组合一三工况中，横隔板最大Mises应力出现在下层索在横隔板的锚固处，为223.77MPa。该处荷载组合工况最大容许应力为145MPa。从总体运营分析角度看，横隔板除拉索作用处的应力集中外均小于145MPa，满足要求。拉索锚固区受力复杂，进行局部分析确认。（4）12mm厚横隔板及纵向腹板：根据计算结果，从图3.3.4.50图3.3.4.50可以看出荷载组合一三工况中，最大Mises应力出现在跨中附近，为111.61MPa。该处荷载组合工况最大容许应力为145MPa。从总体运营分析角度看，纵向腹板最大Mises应力为111.61 MPa145MPa，满足要求。（5）索塔：根据计算结果，从图3.3.4.52图3.3.4.50可以看出成桥阶段中，最大组合应力出现在塔上拉索锚固区处，为-70.60MPa 。该处成桥阶段最大容许应力为139MPa。从总体运营分析角度看，索塔最大组合应力为70.60MPa139MPa，满足要求。（6）支承反力：根据计算结果，从图3.2.4.61图3.3.4.69可以看出运营阶段中，组合3工况下0号台部分支座出现上拔力，最大值为-164.2kN 。（7）斜拉索：根据计算结果，从表一表二可以看出运营阶段中，B6号拉索应力最大，为591.5 MPa 668MPa ，满足要求。拉索B6拉索应力幅值最大，为157.8 MPa200MPa，满足要求。2. 组合四五除下层拉索锚固区处横隔板局部应力不满足检验值1.25，主梁其他部位及主塔均满足要求。3. 主梁刚度人群作用下钢箱梁挠度值为75.6mmL/400=122mm，主梁刚度满足要求。四、全桥动力特性及抗震分析（一）计算模型本文采用空间有限元程序Midas/Civil建立结构空间计算模型，对减河3号景观桥的动力特性进行了分析，并对整体结构进行抗震分析。计算所用数据均取自设计图纸。索塔、索塔横梁模拟为空间梁单元，斜拉索模拟为空间索单元，钢箱梁模拟为板单元。本次计算采用不同厚度板单元模拟钢箱梁顶、底板及纵向腹板和横隔板，考虑到计算机的运算能力，未对加劲肋进行模拟。索塔交叉贯通处连接采用刚性连接模拟。桥梁两端各设置4个竖向拉压支座，支座限制横桥向位移但不限制顺桥向位移，索塔底部为桩基之上的大体积承台，故计算模型中，塔底节点处设置固定刚性支承，桥台支座处节点设置顺桥向滑动铰支座。下层斜拉索一端锚固于主梁，另一端设置刚性支承，以模拟索对主梁的作用。二期恒载按照均布压力均布于板单元上，特征值计算中，质量分布采用一致质量法进行计算。全桥模型图如下图3.4.1.1。 图3.4.1.1 全桥模型图（二）特征值分析计算结果本次特征值分析共计算了减河3号景观桥全桥模型的前20阶频率，仅列出前6阶振型图形，详见图3.4.2.1图3.4.2.6，具体动力特性详见表一。图3.4.2.1 第一阶振型（f=1.658016）图3.4.2.2 第二阶振型（f=2.640343）图3.4.2.3 第三阶振型（f=3.069273）图3.4.2.4 第四阶振型（f=3.187981）图3.4.2.5 第五阶振