支井河大桥汇报资料课件

1、 地理位置： 支井河特大桥位于巴东县野三关镇支井河村，沪蓉国道主干线湖北省宜昌至恩施高速公路榔坪高坪段。 桥型结构形式： 主桥为1-430米上承式钢管混凝土拱桥，横跨支井河峡谷，桥梁全长545.54米。 主拱圈计算跨径：430m 计算矢高：78.18m 矢跨比为1/5.5 两个拱肋间中心距：13m 主拱圈断面采用钢管混凝土与钢管（箱）组成的桁式断面，断面高度从拱顶6.5米变化到拱脚13.0米。桥面系 宜昌岸引桥：1-36m预应力砼箱梁 恩施岸引桥：2-27.3m预应力砼箱梁 主桥：19.1m+19X21.4m+19.1m 预应力砼小箱梁，先简支后连续 桥面铺装：9cm沥青砼+6cm水泥砼 技术

2、设计阶段作了钢-混结合梁方案比选： 1、工程数量上，结合梁较预应力砼小箱梁： 混凝土减少1674立方米， 钢材增加1353吨。 2、 从使用及耐久性上结合梁不如小箱梁：挠度大，钢混结合面抗剪弱，寿命低，养护上结合梁更不如小箱梁，故不推荐采用钢-混结合梁方案。 拱肋宽度：4.0m 主钢管直径： 1200mm 管壁厚:35mm， 30mm， 24mm; 钢管内填充 50号高强砼 （一）、技术标准. 公路等级：高速公路。. 设计行车速度：80公里/小时。. 路基宽度： 24.5米。. 设计荷载：汽车超20级,挂车120。设计洪水频率： 1/300。地震烈度：VI度，按VII度设防。（二）、技术规范：

3、(1). 部标准公路工程技术标准 (JTJ 001-97) (2). 部标准公路工程抗震设计规范 (JTJ 004-89) (3). 部标准公路桥涵设计通用规范 (JTJ 021-89) (4). 部标准公路砖石及混凝土桥涵 设计规范 (JTJ 022-85)(5). 部标准公路钢筋砼及预应力砼 桥涵设计规范 (JTJ 023-85) (6). 部标准公路桥涵地基与基础 设计规范 (JTJ 024-85)(7). 部标准公路桥涵施工技术规范 (JTJ 041-2000) (8). 部标准公路桥涵钢结构及木结 构设计规范（JTJ025-86）(9).钢结构高强度螺栓连接的设计、 施工及验收规程（

4、JGJ82-91）(10).建筑钢结构焊接技术规程 （JGJ81-2002）(11).铁路桥梁钢结构设计规范 （TB10002.2-99）(12).工程建设标准化协会标准钢管砼结构设计与施工规程（CECS28：90）(13).国家标准钢结构设计规范 （GB50017-2003）（三）、设计依据(1).关于上海至成都国道主干线湖北省宜昌至恩施公路初步设计的批复交公路发2004271号。(2). 支井河大桥初步设计文件。(3). 支井河大桥工程地质详勘报告。（湖北省神龙地质工程勘察院编）。(4). 支井河大桥西岸岩基变形稳定性研究报告（武汉大学水利水电学院编）。(5). 支井河特大桥技术设计文件。

5、 目前该桥拱座基础混凝土已开始浇筑，主目前该桥拱座基础混凝土已开始浇筑，主拱肋钢管（箱）已制作完成并在工厂进行了拱肋钢管（箱）已制作完成并在工厂进行了预拼装，下面为工厂的部分照片。预拼装，下面为工厂的部分照片。主钢管的横连主钢管的横连组拼主拱肋片 钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，钢管混凝土轴心受压时产生紧箍效应，是钢管混凝土具有特殊性能的基本原因。 钢管混凝土构件在轴心压力作用下，钢管和核心混凝土都处于三向应力状态下，与单向受压时不同，其性能发生了改变。 在三向应力状态（纵向受压而环向受拉）下，钢材的屈服强度fy降低，而极限应变却增大；随着紧箍力的增大，混凝土的抗压强度提高，弹性

6、模量也提高，塑性变形能力也大大增加。 用作受压构件的钢管混凝土，由于钢管对混凝土的紧箍作用，使混凝土的抗压强度大大提高，而且还由脆性材料转变为塑性材料，基本性能起了质的变化。 薄壁钢管的承载力决定于薄壁的局部稳定，屈服强度常得不到充分利用。用作钢管混凝土时，内部存在混凝土，提高了薄壁管的局部稳定性，其屈服强度可以充分利用。钢管混凝土轴心受压时N-全过程关系曲线 图中a1点是开始产生紧箍力的点(泊松比c=s)，这时钢管的纵向应力稍低于比例极限fp。a点相应于钢管应力强度达fp，过a点后，进入弹塑性阶段。 a2点时管内核心混凝土纵向应力达到强度标准值fck；a2点和b点处轴力相差约5%左右。 b点

7、时钢管的应力强度达屈服点fy，进入塑流，直至c点开始进入强化阶段，到d点时钢管应力强度达强度极限fu而进入破坏面。 本桥在结构设计中按国内惯例采用了两种计算理论： 1、弹性应力叠加法，主要用于施工过程的安全控制，并为后期的施工监控提供理论计算参考。 2、极限承载力法，用于评价结构构件的总体安全度。 在应力叠加法中，控制部位为拱脚下弦杆钢管应力，这个应力包含了恒载、活载、温度、混凝土收缩徐变、风力。 在这些应力分项中，徐变是按外露混凝土的系数计算 的。 实际上，钢管混凝土的徐变系数要远小于这个值，只是目前没有规范可依据，计算时仍采用一般混凝土的徐变计算方法。 按照目前应力叠加理论，钢管应力采用弹

8、性叠加法，完全不考虑钢管混凝土作为组合材料的受力机理，相当于钢管与混凝土完全分离，这只适用应力水平较低或空钢管的情况，在施工过程中用应力来控制是合理的。 但以此来评价结构的安全度缺乏依据，这种方法的实质是以局部点的单向应力水平来评判整体结构的安全性，是不尽合理的，也无法体现钢管混凝土的作为组合材料的受力性能，按此设计将造成不必要的经济浪费。 国内钢管混凝土已有的规范都采用极限承载力理论（交通部的规范尚在报批中）。 我们在本桥设计中，采用了中国工程建设标准化协会标准钢管混凝土结构设计与施工规程、中华人民共和国电力行业标准钢混凝土组合结构设计规程，按两本规范分别做了计算分析，结果表明，考虑荷载组合

9、后的内力还没有达到规范值，尚有一定的富裕度，应该说，设计考虑的安全度是足够满足要求的。(一）、计算方法及假定 1. 恒载考虑了结构自重、桥面系重量。并考虑混凝土的收缩徐变。系统变化温度按30度计算。 2. 拱圈、竖腹杆、斜腹杆、立柱、盖梁及桥面系均采用空间梁单元。 3. 将钢管与混凝土模拟为两种材料，在节点处耦合。 4全桥共化分了4622个单元，2011个节点。静力分析运用MIDAS软件，动力及稳定性分析运用ANSYS软件。 结构有限元模型1 结构有限元模型2（二）、施工阶段的划分（二）、施工阶段的划分 按照应力叠加法进行计算时，按照应力叠加法进行计算时，考虑施工阶段如下：考虑施工阶段如下：1

10、 1主拱合龙，形成无铰拱。主拱合龙，形成无铰拱。2 2灌注灌注1 1号钢管混凝土。号钢管混凝土。3 3灌注灌注2 2号钢管混凝土。号钢管混凝土。4 4灌注灌注3 3号钢管混凝土。号钢管混凝土。5 5灌注灌注4 4号钢管混凝土。号钢管混凝土。6 6灌注灌注.5.5号钢管混凝土。号钢管混凝土。7 7灌注灌注6 6号钢管混凝土。号钢管混凝土。8 8灌注灌注7 7号钢管混凝土。号钢管混凝土。9 9灌注灌注.8.8号钢管混凝土。号钢管混凝土。1010安装盖梁。安装盖梁。1111安装主梁。安装主梁。1212桥面铺装。桥面铺装。（三）、静力计算结果（三）、静力计算结果（1 1）应力主要计算成果：）应力主要计

11、算成果：主弦钢管的压应力（Mpa）施工阶段位置位置拱顶合拢拱顶合拢浇浇1 1砼砼浇浇8 8砼砼桥面铺装桥面铺装收缩徐变收缩徐变完成完成内侧下弦钢管拱脚-47.2-47.2-67.0-67.0-129.1-129.1-197.1-197.1-228.1-228.1L/8-41.2-41.2-58.0-58.0-113.7-113.7-175.7-175.7-202.9-202.9L/2-53.6-53.6-77.4-77.4-129.9-129.9-187.9-187.9-222.2-222.2L3/8-42.7-42.7-55.8-55.8-91.9-91.9-134.5-134.5-153.

12、7-153.7拱顶-38.6-38.6-53.0-53.0-78.8-78.8-113.7-113.7-133.6-133.6使用阶段位置位置恒载恒载+ +汽车汽车+ +升温升温+ +风力风力恒载恒载+ +汽车汽车+ +降温降温+ +风力风力恒载恒载+ +挂车挂车内侧下弦钢管拱脚-260.4-260.4 -260.6-260.6 -240.9-240.9 L/8-215.4 -215.4 -216.4 -216.4 -210.1 -210.1 L/2-237.6 -237.6 -222.5 -222.5 -231.3 -231.3 L3/8-174.8 -174.8 -149.1 -149.1

13、 -162.0 -162.0 拱顶-152.0 -152.0 -124.6 -124.6 -138.8 -138.8 混凝土的压应力（Mpa）施工阶段施工阶段位置浇8砼安装主梁桥面铺装收缩徐变完成内侧上弦钢管拱脚-7.8-7.8-12.8 -12.8 -16.3 -16.3 -12.2 -12.2 L/8-5.9-5.9-11.0 -11.0 -13.1 -13.1 -10.0 -10.0 L/2-7.3-7.3-12.9 -12.9 -15.4 -15.4 -11.6 -11.6 L3/8-7.9-7.9-14.3 -14.3 -17.8 -17.8 -13.1 -13.1 拱顶-9.6-9

14、.6-15.6-15.6 -18.9-18.9 -13.7-13.7 内侧下弦钢管拱脚-8.3-8.3-15.3-15.3 -20.0-20.0 -13.3-13.3 L/8-5.8-5.8-12.9 -12.9 -16.5 -16.5 -11.9 -11.9 L/2-5.0-5.0-11.4 -11.4 -14.8 -14.8 -11.0 -11.0 L3/8-3.4-3.4-8.4 -8.4 -10.6 -10.6 -8.2 -8.2 拱顶-2.9-2.9-7.2 -7.2 -8.9 -8.9 -6.9 -6.9 使用阶段使用阶段位置恒载+汽车+升温+风力恒载+汽车+降温+风力恒载+挂车内

15、侧上弦内侧上弦钢管钢管拱脚拱脚-21.2-21.2 -13.9-15.0-15.0L/8L/8-12.8 -10.5-10.8-10.8L/2L/2-12.4 -12.7-12.9-12.9L3/8L3/8-13.6 -15.8-14.7-14.7拱顶拱顶-14.0 -16.9-15.2-15.2内侧下弦内侧下弦钢管钢管拱脚拱脚-18.4 -21.5-21.5-16.0-16.0L/8L/8-12.7 -15.6-13.2-13.2L/2L/2-12.2 -12.4-12.6-12.6L3/8L3/8-10.4 -8.8-9.6-9.6拱顶拱顶-9.1 -7.3-8.1-8.1 从上面的计算结

16、果可看出，按应力叠加法，在考虑收缩徐变的影响下，使用阶段，主拱圈钢管的最大压应力达到260.6Mpa,钢材距其设计强度320Mpa尚有一定的距离。 在施工阶段过程中，钢管的初应力最大值为136.6 Mpa0.6f=180 Mpa,能够满足要求（参照DL/T 5085-1999钢-混凝土组合结构设计规程 中华人民共和国电力行业标准）。 实际上，在以往的钢管混凝土拱桥设计过程中，在施工阶段，按应力叠加法进行计算。成桥后，按照内力叠加法进行计算。如果在成桥后继续按照应力叠加法进行计算，往往造成不经济。位 置轴力N(TONF)对应弯矩M(TONFM)承载力NU(TONF)外侧下弦钢管拱脚5240.9

17、5240.9 155.6 155.6 6457.2 6457.2 L/84098.1 143.5 6566.7 L/23317.5 52.0 5966.3 L3/82224.1 37.6 6021.2 拱顶1420.2 117.0 5044.7 恒载+汽车+降温+风力作用下内力组合 (2)内力主要成果:从上面的结果看出，在不利荷载组合下，结构的轴力最大组合值为5240.9 tonf6457.2 tonf,能够满足要求，并有23%的富余度。位 置轴力N(tonf)对应弯矩M(tonfm)计算fsc (M pa)承载力fsc(Mpa)外侧下外侧下弦钢管弦钢管拱脚拱脚5239.4 146.4 53.

18、2153.2168.5568.55 L/8L/84081.8 217.7 44.36 68.55 L/2L/23308.3 51.0 31.62 57.35 L3/8L3/82219.3 35.9 21.25 57.35 拱顶拱顶1420.1 31.4 15.07 57.35 恒载+汽车+降温+风力作用下的承载力 从上面的结果可看出,能够满足规范要求,并有28%的富余量.（四）、动力计算结果（四）、动力计算结果自振频率表格自振频率表格 模态号振型频率(赫兹)1主拱圈面外对称0.2192主拱圈面内反对称0.4703主拱圈面外反对称0.5844主拱圈面内对称0.7175主拱圈面外对称0.9626最

19、高排架面外反对称振动1.0237最高排架面外对称振动1.0658最高排架面外反对称振动1.1249主拱圈扭转振动1.20210主拱圈面内反对称1.283第一阶振型 第二阶振型钢管砼拱桥面外和面内一阶计算频率 自振频率与已建成的桥相比，基本适当，表明整体刚度满足要求。 桥名桥名主跨主跨拱桥类型拱桥类型基频（基频（HzHz）面外面外面内面内梅溪河大桥288m上承式钢管砼桁架拱0.200.45巫峡长江大桥460m中承式钢管砼桁架拱0.170.35支井河特大桥430m上承式钢管砼桁架拱0.220.47丫髻沙大桥360m中承式钢管砼桁架拱0.330.44深圳北站大桥150m下承式钢管砼桁架系杆拱0.33

20、0.55（五）、稳定性计算结果（五）、稳定性计算结果施工阶段及使用阶段、活荷载作用下的整体结构弹性稳定系数如下表：各个阶段的稳定系数均大于4，支井河特大桥稳定性能满足规范要求。 计算工况稳定安全系数失稳模态拱顶合拢12.8面外失稳浇注混凝土110.2面外失稳浇注混凝土28.7面外失稳浇注混凝土37.8面外失稳浇注混凝土47.4面外失稳浇注混凝土57.2面外失稳浇注混凝土66.7面外失稳浇注混凝土76.3面外失稳浇注混凝土86.4面外失稳全部浇注完成后(未上立柱之前)7.0面外失稳安装盖梁6.4面外失稳安装主梁6.3面外失稳全桥施工加载完成（成桥状态）6.4面外失稳全桥布满活荷载（使用状态）5.

21、7面外失稳1、一类稳定：2、二类稳定： 通过第二类稳定分析，可以得出：1、恒载自重作用下的二类稳定系数为1.9984。2、在100年一遇风荷载作用下稳定系数为2.298 。3、在全桥车辆布载情况下稳定系数为9.105。4、在左半跨加载和右半跨加载情况下稳定系数分 别为8.298和8.435。5、在半幅全跨加载条件下稳定系数为11.878。（六）、（六）、CFD数值风洞模拟计算结果数值风洞模拟计算结果 根据公路桥梁抗风设计规范，支井河大桥桥位处的基本风速取为28.0m/s；桥面高度处的设计基准风速为29.8m/s，主梁的静阵风风速为42.3m/s。 通过风荷载分析，可以得到在100年一遇的风荷载

22、作用下，主拱跨中最大的侧向位移为0.432m，主拱跨中最大竖向位移为0.058m；1/4拱位置处最大侧向位移为0.319m，竖向位移为0.0314m；主梁跨中最大侧向位移为0.4596m，最大竖向位移为-0.0687m。1#拱肋截面0攻角下流场粒子图 2#拱肋截面0攻角下流场粒子图 3#拱肋截面0攻角下流场粒子图 4#拱肋截面0攻角下流场粒子图 主梁截面0度攻角下流场粒子图 （七）、主拱座的局部分析（七）、主拱座的局部分析 计算分析按三维实体单元，采用ANSYS软件分析，主要分析拱座与基岩交接面的应力状况，最不利荷载下拱角内力组合见下表：位置上弦钢管下弦钢管项目轴力(tonf)相应弯矩(ton

23、f.m)轴力(tonf)相应弯矩(tonf.m)恒载235144.6365395.7恒载+汽车275165.7406926.8恒载+汽车+升温3335140.0369285.6恒载+汽车+降温3962129.3444688.8恒载+挂车338944.8373958.3拱座三维有限元模型 SX方向应力云图 SY方向应力云图 SZ方向应力云图 不利荷载组合下的拱脚内力(MPa)位置正应力剪应力主应力项目SXSYSZSXYSYZSXZ123恒载压应力4.012.610.7551.700.1610.1730.2820.7524.34拉应力1.020.3530.2060.0250.1550.1721.140.2040.144恒载+汽车压应力4.142.680.7751.750.1640.1740.2870.7724.45拉应力0.990.360.2220.0260.1640