新焦门大桥计算书拱桥

1、一、 结构概述新蕉门大桥工程C线主桥推荐方案采用钢管混凝土自锚式下承系杆桁架拱桥。主桥跨度组成：160+260+160m，由两片平行拱肋组成，三跨连拱组成一片。中拱高65m，边拱高32m。中拱设10道、边拱设5道“K”撑，以加强结构横向稳定。拱肋由四根直径900mm的钢管（内灌砼）通过径向肢管连接，构成高500cm，宽250cm的桁式肋。主梁采用15m高的钢桁梁结构，桁式为有竖杆的三角形桁架，节间长度为10米，主桁弦杆和腹杆采用箱形截面，其余斜杆和副桁杆件采用H形截面。上层承受公路汽车荷载；下层承受城市轻型轨道荷载。主墩承台尺寸为25.50x18.8m，承台厚度为4.0m，边墩承台尺寸为11.

2、0x11.0m，承台厚度为3.5m。桩基均采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。单个中墩采用12根2.8m的钻孔桩，单个边墩采用4根2.5m的钻孔桩。设计基本荷载：（1）公路：按汽-超20设计。（2）人群：按设计。（3）轻轨：单线每节竖向静活载为6轴车，轴重11t，影响线加载时按四节编组和作用在双线来确定。（4）荷载组合：1.2倍恒载+1.4倍（汽-超20+人群）+1.4倍轻轨荷载。其中，公铁组合时，公路活载折减0.75。进行影响线加载，得到最不利荷载组合下，结构的内力，应力，位移，模态，稳定等结果。二、 计算模型设计计算分析采用通用有限元分析软件进行。将全桥离散成梁、杆和实体单元。对拱肋按“钢管混凝土统

3、一理论”计算材料特性，所有杆件都计及初始内力的影响。各单元类型及数量见表1。钢管混凝土拱桥方案的有限元模型如图15所示。表1 FEM分析模型单元类型及数量表单元类型构件名称数量梁单元拱肋，桁架横、纵梁，各类撑杆，墩等。5545杆单元吊杆，系杆106实体单元拱脚处钢筋砼节点168图1 FEM分析模型（1）图2 FEM分析模型（2）图3 FEM分析模型（3）图4 FEM分析模型（4）图5 FEM分析模型（5）由于结构跨度大，结构中存在的大位移、大转动，杆件中弯矩与轴力相互影响效应，使得结构几何非线性对结构受力分析结果存在一定的影响。为了保证结构的安全，本计算考虑结构几何非线性影响。三、 静力分析本

4、设计计算的目的在于表明方案整体设计的合理性和安全性，并没有对整个结构各个细部进行详细的内力、应力分析。结构各构件的尺寸见相应的方案设计图纸。拱肋控制截面内力应力见表2。结构在恒载及最不利活载组合作用下的变形如图6所示。表3列出了中孔及边孔桥面挠度值。图6 结构挠度图表2 主拱拱肋内力应力计算结果截面轴力（N）最大应力（Pa）最小应力（Pa）边拱0-0.14356E+08-0.39416E+08-0.37331E+08-0.14351E+08-0.35227E+08-0.37318E+08-0.33534E+07-0.78179E+07-0.87202E+07-0.33495E+07-0.959

5、91E+07-0.87101E+07L/4-0.90215E+07-0.23197E+08-0.23459E+08-0.92281E+07-0.24457E+08-0.23997E+08-0.53721E+07-0.13915E+08-0.13970E+08-0.55419E+07-0.14762E+08-0.14411E+08L/2-0.13201E+08-0.34576E+08-0.34328E+08-0.12966E+08-0.35448E+08-0.33717E+08-0.17737E+07-0.47226E+07-0.46123E+07-0.20960E+07-0.59260E+07

6、-0.54505E+07中拱0-0.10899E+07-0.45371E+08-0.44679E+08-0.12441E+07-0.44413E+08-0.44734E+08-0.30034E+08-0.15434E+08-0.16334E+07-0.29954E+08-0.15764E+08-0.16197E+07L/4-0.96116E+07-0.21337E+08-0.22551E+08-0.97299E+07-0.20332E+08-0.22797E+08-0.14786E+08-0.17659E+08-0.18474E+08-0.14915E+08-0.16429E+08-0.186

7、91E+08L/20.34502E+070.13392E+08-0.11050E+070.29837E+070.13507E+08-0.28533E+06-0.25476E+08-0.35299E+08-0.40075E+08-0.25724E+08-0.41133E+08-0.40466E+08说明：每片拱肋由四根钢管砼构成，对应截面上有四组内力和应力。表3桥面挠度计算结果中孔挠度值（m）边孔挠度值（m）恒载0.7370.363最不利活载组合0.1470.087四、 模态分析在静力分析模型的基础上进行动态分析。计算大桥主桥的前9阶振型频率见表4。振型图见716。表4 模态分析计算结果阶次频率

8、(Hz)10.2024120.2839230.3178240.3653850.5603460.6442870.793380.9029690.90492图7 第1阶振型图8第2阶振型图9 第3阶振型图10 第4阶振型图11 第5阶振型图12 第6阶振型图13 第7阶振型图14 第8阶振型图15 第9阶振型五、 稳定分析稳定计算只分析成桥运营阶段，并考虑结构几何非线性的影响。全桥处于最不利活载组合时，通过计算得到结构稳定系数为4.308。第一阶屈曲结构变形图如图16所示。图16 第一阶结构屈曲变形图六、 结论按“钢管混凝土统一理论”计算得到拱肋截面极限抗压承载能力为：3.14×（0.9/2）2×32.5×106+3.14×0.9×0.02×340×1063.1×107N.m。大于拱肋在荷载作用下的轴力0.30034E+08Pa。如考虑钢管对砼的紧箍效应，其承载力将更大。拱肋强度满足。在最不利活载组合作用下