重庆菜园坝长江大桥补充计算报告书

重庆菜园坝长江大桥补充设计计算报告书主墩Y构计算报告书1. 设计及计算依据（1）中铁大桥局集团五公司重庆菜园坝长江大桥项目经理部与我院签订的有关合同（2）重庆市菜园坝长江大桥两阶段施工图设计设计技术说明（第一册）（3）重庆市菜园坝长江大桥两阶段施工图设计P18主墩刚构及基础系杆索（第四册）（4）支架布置及节段划分图（中铁大桥局集团五公司重庆菜园坝项目经理部提供）2. 工程概况 菜园坝大桥正桥采用刚构与提篮式钢箱系杆拱、桁梁组合结构。系杆拱桥主跨420m，对称布跨的边跨和侧跨分别为102m和88m，主桥总长800m。主桥设六线行车道，双线城市轻轨，双侧人行道。六车道及双侧人行道设在桥面，双线轻轨设在主桥桁梁下横梁上，构成双层特大公轨两用桥。 P17及P18两个主墩均采用Y形造型，Y型上部为预应力砼结构，P17主墩基础由9根直径3m的挖孔桩及17175m的承台组成，P18主墩采用17176m的扩大基础形式，墩身都采用149126.2m的变截面空心薄壁结构。Y形刚结构由前、后悬臂，主横梁，前、后次横梁，前、后主横梁及系杆索锚固件等结构组成。 从墩底面中心高程159.522m（162.000m）(括号内为P18刚构，以下同)至高程193.522m(196.000m)段，为主墩墩身结构，横桥向墩身坡度为1/25.84，纵桥向墩身坡度为1/38.77。 在主墩顶部与刚构的底部设异形渡块，过渡块横桥向侧面为接顺刚构，内、外侧侧面均为曲面，顺桥向为沿墩身斜率向上。刚构前悬臂纵桥向倾角为37.71（37.29），横桥向倾角为79.38（79.22）。刚构后悬臂纵桥向倾角为20.32（20.91），横桥向倾角为79.13（79.48）。异形过渡块底下墩身5m，设置为实体构件。 刚构前悬臂1065.23.6m的变截面空心薄壁结构。从前悬臂顶沿中心向下15m长为实心构造。在离墩中心50m处设置了3.63.3m，长14.615m的系杆索锚固键及一道前次横梁。根据受力需要，前次横梁与刚构连接部设置为砼牛腿，中间段为方便施工采用钢结构撑梁。在砼牛腿上设置了桁梁支点吊索。在离墩中心32.91m处设置一道前主横梁，截面为3.63.3m，壁厚为50cm。主横梁设置在两墩顶部，连接主墩及两侧刚构。结构造型为六边形宝石结构，高为6m，底宽3.5m，厚70cm；顶宽7.6m,厚40cm；两侧腹板厚40cm。 刚构后悬臂为10643.6m的变截面空心薄壁结构。顶、底板壁厚60cm，腹板厚50cm。从后悬臂顶沿中心向下10m长为实心构造。在离主墩中心102m处设置了3.01.5m后次横梁。在离墩中心68.07m处设置一道后主横梁，截面为3.63.3m，壁厚为50cm。在边墩墩顶实心部设置了系杆索锚结构。 根据受力需要，除前次横梁外，其他横梁为预应力混凝土结构。3. 补充设计概述 原设计计算中，Y型刚构部分采用满布支架施工，所配置的预应力钢束均按成桥阶段配束，在Y构的施工过程中，其本身重量靠施工支架承担，结构变形及内力均不大。施工单位出于多方原因考虑，提出修改Y型刚构的施工方案，两主墩前悬臂主要由悬臂浇筑完成，后悬臂为悬臂浇筑及支架上浇注混合采用，由此，施工阶段受力状况发生改变，须重新计算，并作相应的设计补充。4. 设计规范及标准（1）公路桥梁设计通用规范（JTJ021-89）（2）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTJ023-89）（3）公路桥梁施工技术规范（JTJ041-2000）5. 施工节段划分5.1 节段划分原则（1）考虑施工支架承受荷载要求，悬浇各节段最大长度为10m，支架上现浇节段均为20m。（2） 考虑顶、底板锯齿块位置，节段分界线尽可能避开顶、底板锯齿块，保证锯齿块的完整性。（3） 各悬浇节段基本上均布置有顶板束。（4） 各横梁布置在一个施工节段内，以保证横梁的整体性。5.2 节段划分前悬臂分为10个节段，除墩顶0#节段外，其余各节段长度依次为：8+10+6+10+6+6+6+4+4+1.47m。 后悬臂分为8个节段，除墩顶0#节段外，其余各节段长度依次组成为：8+8+10+10+20+8+20.5+12.33m。以上节段长度均为P18桥墩，图一为节段划分图。（图一）6. 施工方案根据施工单位提供的支架布置图，以P18墩为控制墩，其前悬臂在0#及4#节段均布置有支承立柱；后悬臂在0#，5#，6#，7#，8#节段布置有支承立柱。6.1支承立柱的作用前悬臂支承立柱均只考虑承受本支承立柱节段自重及施工支架，模板及小型施工设备的重量，0#块前后两支承立柱考虑承受0#节段自重，待该段预应力张拉完毕后，将退出工作。6.2 悬浇节段支架的作用对各悬浇节段而言，悬臂浇注时节段自重将由支架支承，待该节段预应力张拉完毕后，节段自重将由预应力承担。7. 设计计算原则及参数取值本次设计计算，考虑施工过程中支承体系发生改变，进行了施工过程中平面杆系及空间杆系计算。平面计算采用预应力砼综合程序计算（PRBP2000），空间计算采用空间梁结构静力分析程序（BAP）。以平面计算作为总的控制计算，同时校核空间计算结果，并提供各节段两端的竖向位移，因此，平面计算划分单元不如空间计算多。计算中考虑了结构自重（包括各横梁自重），预应力，砼收缩徐变，各支承按弹性支承考虑。7.1 设计参数取值（1）容重：2.625t/m3，C60，Eh=3.65105Mpa（2）各节段施工时间：0#节段为2个月，其余各节段按10天考虑（3）弹性支承刚度：10000KN力作用下为3cm变形（立柱处），其余各处支承按10000KN力作用下为5cm变形考虑。（4）钢绞线：Ryb=1860Mpa, k=0.75 Ryb=1395Mpa Ey=1.95105Mpa, k=0.003 =0.25 Ay=140mm2(15.24mm),最大松弛2.5%8. 平面计算8.1设计计算模型结构计算时包括墩身，前后悬臂，以承台顶为固结支承，将结构离散为52个单元，53个节点，结构离散图见图二。结构计算简图（图二）8.2施工阶段各施工阶段简图及工况说明见图三。(图三)(续图三)（续图三）8.3 计算结果分析（1） 平面设计与空间计算结果比较，在同一截面，应力相差不大，二者计算较吻合。（2） 前悬臂最大竖向位移均14cm，后悬臂最大竖向位移均2.4cm.该位移值为恒载、预应力、收缩徐变作用下的位移，未考虑施工荷载几温度变形。9.空间分析9.1设计计算模型结构计算时包括墩身、前后悬臂和五根横梁，以承台顶为固结支承，将结构离散为198个单元，195个节点，其中单元划分为：两个前悬臂的单元编号为1-30和75104；两个后悬臂的单元编号为31-64和105138；两个墩的单元编号为6574和139-148；前次横梁的单元编号为149158；前主横梁的单元编号为159168；中横梁的单元编号为169178；后主横梁的单元编号为179188；后次横梁的单元编号为189198； 结构离散图见图四。（图四）9.2施工阶段空间梁仿真计算模拟结构建造过程与用平面计算程序仿真计算模拟结构建造过程基本相同，区别在于平面仿真计算只考虑了一个前悬臂、一个后悬臂和一个墩，而空间仿真计算考虑了两个前悬臂、两个后悬臂、两个墩和五根横梁。9.3主要计算结果（1）单位及符号说明：应力以拉应力为负，压应力为正，单位为kg/cm2,;位移以向上为正，向下为负，单位为cm。（2）计算结果：各施工阶段上、下缘应力见后各专项内容。9.4 主要结果分析（1）前悬臂上缘最大拉应力出现在第25阶段，第7号单元的末端，拉应力值为l=-21.27kg/cm2，后悬臂上缘最大拉应力出现在第4阶段，31号单元的末端（墩顶部位），拉应力值为l=-13.50kg/cm2 前悬臂下缘最大拉应力出现在第20阶段，第10号单元首端，拉应力值为l=-20.44kg/cm2，后悬臂下缘最大拉应力出 现在第16阶段，第5号单元末端，拉应力值为l=-14.14kg/cm2。前悬臂上缘最大压应力出现在第24阶段，第27号单元的首端，压应力值为a=148.36kg/cm2，下缘最大压应力出现在第31阶段，第24号单元的末端，压应里值为a=147.18kg/cm2。后悬臂上缘最大压应力出现在第15阶段，第35号单元的末端，数值为a=131.43kg/cm2。后悬臂下缘最大压应力出现在第29阶段，第38号单元的首端，数值为a=62.60kg/cm2。根据JTJ023-85规范要求，施工阶段允许压应力ha=0.75Rab=0.750.832.5=19.5kg/cm2,允许拉应力hl=1.15Rlb=1.150.826.5=24.4kg/cm2,上述应力允许值均考虑砼达到设计强度的80%。由此可见，无论拉、压应力，均能满足设计规范要求。（2）前悬臂上缘外侧正应力高于上缘内侧正应力，以17号单元尾端为例，左端正应力为-8.42kg/cm2，而右端正应力为-17.70kg/cm2。前悬臂下缘外侧正应力高于内侧正应力，如24号单元尾端，左端正应力为147.55kg/cm2，而右端正应力为153.87kg/cm2。上述应力均为第23阶段应力。内外侧应力的区别，反映箱体向内侧扭转，由于约束扭转效应，导致箱体产生翘曲应力，由于箱体扭转刚度较大，翘曲效应不突出。后悬臂正应力，在上缘预应力布置范围内，基本呈外大内小，而其余区段则为外小内大，但内外侧应力均相差不大。（3）悬臂次横梁未安装的影响分析 通过对比形成Y构后后悬臂的应力状况，在悬臂形成阶段，后悬臂次横梁对箱体纵向应力影响较小，其影响可忽略不计。10.设计图纸注意事项（1）根据计算，确定了各施工阶段应张拉的预应力束，为避免顶、底板出现较大拉应力，施工时须严格按照施工步骤图中规定的预应力张拉要求执行。（2）前悬臂临时增加了4束临时束，束号为QB1QB4，后悬臂临时增加了4束临时束，束号为HH1, 临时束应在系杆索张拉完毕后予以解决，以恢复原设计状况。（3）各节段纵向钢筋应予搭接，搭接长度为35d（d为原设计主筋直径），搭接时采用绑扎接头。（4）为方便钢束张拉，应在顶板或底板适当位置设置进人孔。目 录1.设计及计算依