钱江四桥(复兴大桥)工程初步设计初步复核报告-典尚设计

杭州市钱江四桥(复兴大桥)工程初步设计静力复算阶段报告 根据杭州市城建设计院提供的杭州市钱江四桥工程初步设计文件及静力计算报告，同济大学桥梁工程系混凝土桥梁研究室，对桥梁结构进行了初步复算，现将结果报告如下。一、桥梁设计概况 1设计采用的规范与技术标准（1）公路桥涵设计通用规范（JTJ 02189）；（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ 02385） （3）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 02485）（4）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 02586）（5）城市桥梁设计准则（CJJ 1193）（6）城市桥梁设计荷载标准（CJJ 7798）（7）公路工程抗震设计规范（JTJ 00489）；（8）城市道路设计规范（CJJ 3790）（9）城市快速轨道交通工程项目建设标准（试行本）（10）钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ 0189） 2设计主要技术指标（1）设计荷载：跨径150米以内：城A级；跨径大于150米：汽20，挂100。人群4.0 kN/m2 （2）设计车速：80km/h（3）桥面纵、横坡：主桥不设纵坡，引桥上层纵坡，下层纵坡；主、引桥横坡 （4）设计洪水位：一百年一遇：8.573m，三百年一遇校核：9.133m（5）通航标准：国家四级航道，通航净高10m，净宽大于80m（6）地震基本烈度：按7度设防（7）按城市快速轨道交通工程项目建设标准（试行本）确定的正线标准，车辆轴载等级按B型车标准取值，车辆最大编组数为6节 3结构设计要点 （1）主桥上部结构布置 主桥上部结构采用了钢管混凝土双主拱方案。主桥的跨径组合按计算跨径为，其中85米跨径的桥梁结构，为上、下双承重面的梁拱组合桥；190米跨径的桥梁结构，为中、下双承重面的梁拱组合桥。 桥梁横断面布置为：190米跨上层为2.6（拱肋）+0.2（空隙）+0.5（防撞栏杆）+11.75（车）+0.5（防撞栏杆）+11.75（车）+0.5（防撞栏杆）+0.2（空隙）+2.6（拱肋）=30.6米；下层为2.6（拱肋）+0.2（空隙）+5.5（人）+2.0（绿化）+10.0（轻轨）+2.0（绿化）+5.5（人）+0.2（空隙）+2.6（拱肋）=30.6米；85米跨径上层为0.5（防撞栏杆）+11.75（车）+0.5（防撞栏杆）+11.75（车）+0.5（防撞栏杆）=25.0米，下层为5.5（人）+2.0（拱肋及绿化）+10.0（轻轨）+2.0（拱肋及绿化）+5.5（人）=25.0米。（2）190米跨桥梁结构构造 190米跨拱的轴线线形为二次抛物线，矢跨比为1/4，拱采用空间桁架式断面，拱截面高度为4.5米，宽2.6米；每一拱纵向由4根95cm的钢管组成，管壁厚度为20mm，腹杆和上下平联均采用40cm的无缝钢管，壁厚10mm。纵向四根钢管内灌注C50混凝土，其余均为空钢管。上层桥面以上设置五道桁架风撑。主梁采用2.52.5米的箱形断面，顶底板和侧板厚度均为40厘米，采用现浇劲性骨架混凝土结构。横梁包括下层吊索横梁、上层吊索横梁、拱肋横梁、拱上立柱横梁和端横梁。下层吊索横梁采用预应力混凝土结构，上层吊索横梁采用钢混凝土结合梁，拱肋横梁采用钢箱梁结构，拱上立柱横梁采用工字形钢筋混凝土结构，墩上立柱横梁采用预应力混凝土结构。吊索采用双吊索布置方式，纵向间距为8米，横桥向中心距为28米。吊索由强度为1670Mpa的高强度镀锌钢丝外包PE套制成；上层吊索采用21097，下层采用2617；采用冷铸锚具。桥面板采用预制形C50钢筋混凝土板和现浇桥面铺装层构成。预制板高50cm，肋宽20cm，翼板厚10cm，边板宽22.5cm，中板宽200cm。预制板间纵向接缝宽50cm，横向接缝宽50cm。桥面铺装厚12cm，其中铣削钢纤维混凝土厚8cm，中粒式改性沥青混凝土厚4cm。（3）85米跨桥梁结构构造85米跨拱轴线形为二次抛物线，矢跨比为1/7，采用单钢管拱肋，直径为150cm，管壁厚度为25mm，钢管内灌注C50混凝土。拱肋之间设置3道风撑。拱肋中距12米。主梁采用2.02.5米的箱形断面，顶底板和侧板厚度均为40厘米，采用现浇劲性骨架预应力混凝土结构。吊索采用单吊索布置方式，间距为6.1米。吊索由强度为1670MPa的高强度镀锌钢丝外包PE套制成，规格为737，采用冷铸锚具。横梁包括下层吊索横梁、拱上立柱横梁、墩上立柱横梁和端横梁，均采用预应力混凝土结构。（4）引桥为345米等高度预应力混凝土连续箱梁结构。4设计施工步骤85米跨桥梁结构的施工过程为：施工下部结构的同时工厂预制钢拱肋和现场制作混凝土预制构件现浇端横梁并临时固结吊装拱肋灌注拱肋混凝土安装吊索和系梁劲性骨架穿系梁预应力束现浇系梁混凝土安装下层横梁安装拱上立柱和横梁架设车行道板并用湿接头纵、横向连成整体其它附属部分施工。190米跨桥梁的施工过程为：施工下部结构的同时工厂预制钢拱肋现浇端横梁并临时固结吊装钢管拱肋灌注拱肋混凝土穿吊索安装上层横梁安装下层吊索和系梁劲性骨架现浇系梁混凝土安装下层横梁安装拱上立柱和横梁架设上、下层车行道板并用湿接头纵、横向连成整体其它附属部分施工。引桥采用满堂支架现浇施工方法。二、复算依据 1基本资料 杭州市钱江四桥（复兴大桥）工程初步设计 杭州市城建设计院 2复算基本参数 31材料 混凝土： 主桥系梁、拱肋、横梁、桥面板混凝土 C50混凝土；190m主桥拱上立柱、墩上立柱 C50混凝土；85m主桥拱上立柱、墩上立柱 C40混凝土。钢材： 钢管钢材Q345C 预应力钢材：吊索高强度镀锌钢丝，；纵向预应力钢束：ASTMA41690a（270K）高强度低松弛钢绞线，和，。 32荷载 （1）恒载 混凝土结构自重计算采用容重；钢管自重采用容重； 沥青混凝土桥面铺装采用容重；铣削钢纤维混凝土桥面铺装采用容重；顶层防撞栏合计荷载集度按每侧计算；底层人行栏荷载集度按每侧计算；190m跨桥梁底层中央分隔带按每侧计算；底层轻轨轨道荷载集度按每侧计算。 （2）活载 85米跨桥梁的汽车荷载按城A级计算，人群荷载根据城市桥梁设计荷载标准取值计算；190米跨桥梁按汽20，挂100，人群4.0 kN/m2计算。 （3）附加荷载 结构整体升降温； 吊索升降温。三、复算方法 1关于结构计算图式 由于设计单位未正式提供施工过程中预应力施加的细节步骤；同时，本次初步复算，主要是考核结构的合理性和整体受力的安全性，故桥梁上部结构先采用一次落架的平面计算图式进行。另外，85m跨桥梁上部结构复算时，采用了两种计算模式，即考虑拱上立柱和吊索位于同一竖线位置布置或错位布置的两种情况。 2关于主梁预应力 由于设计单位在初步设计中所提供的设计控制预应力太低，既不能保证主梁在最不利状态下的受力要求，也不能保证锚具的可靠锚固。故本次复算的预加力，是根据使用阶段下主梁不出现拉应力或出现小于拉应力规范容许值的准则估算，其中190m跨下主梁中所施加的永存预加力为/半桥，85m跨下主梁中所施加的永存预加力为/半桥。 3关于活载横向分布桥梁上部取纵向1/2结构计算，横向分布采用杠杆法。190米跨桥梁荷载横向分布分别取为：m汽20=1.845（5车道控制），m挂100=0.845，m人群=0.844，m轻轨=1.0；85米跨桥梁荷载横向分布分别为： m城A级=2.680（3车道控制），m人群=1.302，m轻轨=1.0。四、复算结果 1190米跨上部结构 （1）吊杆索力索力结果见表1。（2）梁、拱内力 梁、拱内力结果见表2。 （3）梁、拱、吊杆应力 成桥初期即刚竣工时，结构恒载状态的应力为：系梁混凝土的最大压应力为；上拱肋钢管的最大压应力为，混凝土的最大压应力为；下拱肋钢管的最大压应力为，混凝土的最大压应力为。图1至图3为桥梁竣工初期190m跨组合拱的系梁及拱肋的主要应力。主要应力汇总如下：190m跨竣工初期恒载状态主要应力（MPa）构件及应力项目最大/最小压应力（位置）系梁混凝土上缘（吊杆中间）8.14/7.21（吊杆点）系梁混凝土下缘（吊杆点）7.86/6.93（吊杆中间）上拱肋上缘钢管（吊杆点）154/112（吊杆中间）混凝土（拱脚吊杆点）16.71/7.44（拱顶吊杆中间）上拱肋下缘钢管（吊杆中间）151/44（拱顶吊杆点）混凝土（拱脚）16.33/5.01（拱顶吊杆点）下拱肋上缘钢管（拱脚吊杆点）135/84（拱脚）混凝土（拱脚吊杆点）14.74/9.36（拱脚）下拱肋下缘钢管（拱脚）175/78（拱顶吊杆点）混凝土（拱脚）18.98/8.22（拱顶吊杆点）上层吊杆（拉应力）（边吊杆）-414/-412（中间吊杆）下层吊杆（拉应力）（边吊杆）-543/-520（第三根吊杆）将恒载状态的应力与汽车20、人群、收缩徐变的应力相叠加，得到的系梁混凝土应力、上下拱肋钢管及混凝土应力见图4、10、16；将恒载状态的应力与汽车20、人群、轻轨、收缩徐变的应力相叠加，得到的系梁混凝土应力、上下拱肋钢管及混凝土应力见图7、13、19。考虑轻轨后，系梁混凝土最大压应力为，最小压应力为,无拉应力；上拱肋钢管最大压应力为，最小压应力为，混凝土最大压应力为，最小压应力为；下拱肋钢管最大压应力为，最小压应力为，混凝土最大压应力为，最小压应力为。计算结果表明，拱肋中应力较高。 考虑各种荷载组合后，下层吊杆的应力均在630Mpa以下，上层吊杆的应力均在500Mpa以下，而规范要求拉索应力，因此上下层吊杆应力都满足规范要求。梁、拱肋的详细应力结果见表3。 （4）拱肋极限承载力根据国家建筑材料工业局标准钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ01-89），取不利断面拱脚进行极限承载力验算，结果如下：拱脚断面极限承载力（kN）位置及项目极限承载力Ne最不利荷载组合效应Nj190m跨上拱肋拱脚不考虑轻轨5667852193考虑轻轨5732656881下拱肋拱脚不考虑轻轨5167647442考虑轻轨5547451203计算结果表明，拱肋极限承载力满足要求。 （5）支座反力 支座反力结果见表4。 285米跨上部结构 85m跨径结构计算时采用了两种模式：拱上立柱和吊索在同一位置，即设计方案一、二（简称方案一），拱上立柱和吊索错位布置，即推荐设计方案（简称推荐方案）。 （1）吊杆索力方案一索力结果见表5，推荐方案索力结果见表9。 （2）梁、拱内力 方案一的梁、拱内力结果见表6，推荐方案的内力结果见表10。 （3）梁、拱、吊杆应力 成桥初期即刚竣工时，结构恒载状态的应力为：系梁混凝土的最大压应力为；拱肋钢管的最大压应力为，混凝土的最大压应力为。图22、图23为桥梁竣工初期85m跨组合拱的系梁及拱肋的主要应力。主要应力汇总如下：85m跨竣工初期恒载状态主要应力（MPa）构件及应力项目最大/最小压应力（位置）系梁混凝土上缘（拱脚附近）9.71/8.52（跨中吊杆点）系梁混凝土下缘（跨中吊杆点）9.13/7.92（拱脚附近）拱肋上缘钢管（吊杆点）124/121（吊杆中间）混凝土（拱脚）13.25/12.94（吊杆中间）拱肋下缘钢管（拱脚）137/107（拱顶吊杆点）混凝土（拱脚）14.56/11.55（拱顶吊杆点）吊杆（拉应力）（第6根吊杆）-524/-479（边吊杆） 将恒载状态的应力与城A、人群、收缩徐变的应力相叠加，得到的系梁混凝土应力、拱肋钢管及混凝土应力见图24、26；将恒载状态的应力与城A、人群、轻轨及收缩徐变的应力相叠加，得到的系梁混凝土应力、拱肋钢管及混凝土应力见图24、28。考虑轻轨后，系梁混凝土最大压应力为，最大拉应力为；拱肋钢管最大压应力为，最小压应力为，混凝土最大压应力为，最小压应力为。计算结果表明，主梁应力满足规范要求；而拱肋中应力较高。方案一在考虑恒载、汽车及人群荷载的组合后，索的应力均小于630MPa，若加上轻轨荷载的效应，索的应力最大达到692Mpa。推荐方案在考虑恒载、汽车及人群荷载的组合后，索的应力均在613MPa以下；若加上轻轨荷载的效应，索的应力最大达到679Mpa。若不考虑轻轨荷载与公路荷载（组合）叠加的折减，85m跨拉索的应力已超出了规范要求容许值。 方案一的梁、拱详细应力结果见表7，推荐方案的应力结果见表11。 （4）拱肋极限承载力根据国家建筑材料工业局标准钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ01-89），取不利断面拱脚进行极限承载利验算，结果如下：拱脚断面极限承载力（kN）位置及项目极限承载力Ne最不利荷载组合效应Nj85m跨方案一拱肋拱脚不考虑轻轨10307655563考虑轻轨10