跨径米系杆拱桥计算书空间纵向

跨径60米钢管混凝土系杆拱空间结构计算书(纵向计算书)2007年3月一、设计依据1、交通部部颁《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)；2、交通部部颁《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)；3、交通部部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)；4、交通部部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)；5、交通部部颁《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)；6、交通部部颁《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)；7、交通部部颁《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005)；8、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》(CECS-28:90)；9、建设部部颁《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；10、Dr.Bridge系统--<<桥梁博士>>V3.1版；11、MidasCivil6.7.1空间有限元分析软件二、技术指标1、路线等级：高速公路，按双向6车道计算；2、计算行车速度100公里/小时；3、半幅桥面宽度：0.5米(护栏)+11.5米（行车道）+0.5米(护栏)=12.50米；5、设计荷载：公路-Ⅰ级；6、结构重要性系数：1.1；7、桥孔布置：跨径60米系杆拱桥；8、桥面采用单向横坡2%（由横梁倾斜形成）；9、护栏类别：采用三横梁护栏，护栏底座宽50厘米三、材料参数1、混凝土：a、系梁采用C50混凝土：轴心抗压标准强度fck=32.4Mpa，抗拉标准强度ftk=2.65Mpa弹性模量Ec=3.45×104Mpa。容重2.6t/m3；b、沥青混凝土铺装8厘米，按9厘米计入受力，容重2.3t/m3；c、整体化混凝土采用10厘米C50混凝土，容重2.6t/m3；2、钢材：a、预应力钢绞线：采用15.20Ⅱ级松弛钢绞线束标准强度fpk=1860Mpa，弹性模量Ep=1.95×105Mpa。公称面积140mm2，张拉控制应力1330Mpa；塑料波纹管摩阻系数μ=0.17，孔道偏差摩阻系数k=0.0015，一端锚具变形δ=6mm，松弛系数ζ=0.3(低松弛)；b、锚具：预应力钢绞线采用OVM型锚具或其它成型锚具；c、拉索及锚具：中系梁吊杆采用OVMPES(FD)7-109成品拉索，边系梁吊杆采用OVMPES(FD)7-55成品拉索，外包双层HDPE保护套（黑色+彩色），锚具采用与拉索配套的OVMLZM系列冷铸墩头锚。抗拉强度标准值fpk=1670Mpa,抗拉强度设计值fpd=1140Mpa；抗压强度设计值fpd’=410Mpa,弹性模量Ep=2.05×105Mpa；钢丝束公称面积38.48mm2；d、拱肋及主要结构钢材：Q345C钢，其技术性能符合国家标准《低合金高强度结构钢》GB/T1591规定。抗拉、压强度设计值fa=310Mpa,弹性模量Es=2.06×105Mpa；质量密度ρ=78.5kN/m3,线膨胀系数αs=1.2×10-5/℃；3、普通钢筋采用HRB335钢筋。4、伸缩装置：桥台两侧均采用D80型伸缩缝装置，缝宽6cm。5、支座：待计算后确定。四、结构形式及结构尺寸桥梁结构形式采用下承式钢管混凝土系杆拱桥，计算跨径60米，桥梁全长62.6米，拱轴线形式采用二次抛物线，矢跨比f=1/5,设计时采用三拱肋整幅设计。桥梁结构主要由钢管混凝土拱肋、预应力混凝土系梁、横梁、吊杆，桥面板及桥面系组成。1、系梁：中系梁采用矩形断面，中系梁跨中尺寸（高x宽）：1.62mx1.8m；梁端尺寸（高x宽）：2.35mx2.0m；梁端变化段长度：2.719m；梁端尺寸（高x宽）：2.35mx1.2m；梁端变化段长度：2.533m；2、拱肋：采用钢管混凝土结构，断面采用圆端形，中拱肋：竖向高度1.55m，横向宽度1.2m；边拱肋：竖向高度1.2m，横向宽度0.9m。钢管由14mm厚的Q345C钢板卷制焊接管，内灌C50微膨胀混凝土（抗压强度设计值fcd=23.5Mpa,抗拉强度设计值ft=2Mpa,Ec=3.45×104Mpa），形成钢管混凝土结构。3、横梁：横梁为预应力混凝土结构，端横梁高1.54m，宽1.99m，其中悬臂长0.34m，悬臂端部高0.3m，悬臂根部高0.45m；中横梁为梁肋宽0.6米的“十”型梁，高为1.37m；边、中横梁均设启口放置桥面板，横梁采取现浇方式，钢束一次张拉成型；4、风撑：采用钢管结构，断面采用圆形，0.65m，钢管由14mm厚的Q345C钢板卷制焊接而成。5、桥面板：桥面板采用25cm的实体预制板；6、上部具体尺寸见一般构造图。7、钢束型号及布置见附页。五、单元离散因1/100<((EI)拱/(EI)系)<100,本次计算按刚性系杆刚性拱考虑，系杆与拱肋视为刚性连接。全桥共划分583个单元,518个节点:梁单元550个：1to52、343to394号单元为边系梁单元，157-238号单元为中系梁单元，53to156、239to342号单元为横梁单元，395to581为拱肋单元；506to509、582to583为风撑单元；桁架单元33个：407to412、431to436、443to448、455to460、467to475为吊杆单元。单元划分见附页。坐标系说明：x坐标轴为桥的纵向，y坐标轴为桥的横向，z坐标轴为桥的竖向。永久约束见下表：节点DxDyDzRxRyRz2√52√146√√√226√√320√370√注：Dx、Dy、Dz指x、y、z方向的平动自由度，Rx、Ry、Rz指绕x、y、z方向的转动自由度，表中有“√”指限制该方向的自由度。临时约束：=1\*GB3①、在安装吊杆阶段之前，将吊杆与系梁相交点限制它Dz方向的自由度；吊杆安装之后去掉此约束；=2\*GB3②、在分段吊装拱肋时，分段处设置限制Dz方向自由度的约束，拱圈合拢后去掉此约束；计算模型说明：=1\*GB3①、吊杆采用“桁架单元”模拟；=2\*GB3②、拱肋钢管和混凝土采用“施工阶段联合截面”模拟，分别在第二、三施工阶段施工钢管，第四施工阶段施工钢管内混凝土；=3\*GB3③、时间依存材料（收缩徐变）中“构件理论厚度”采用“修改单元依存材料特性值”自动计算，钢管内混凝土未考虑收缩徐变；=4\*GB3④、横梁重量（模型内横梁长度是边系梁中心和中系梁中心间的距离，多计了）采用“截面特征值调整系数”修正横梁重量；=5\*GB3⑤、移动荷载计算采用“横向联系梁法”计算；=6\*GB3⑥、移动荷载工况分边肋2列车（就是在距离边系梁中心线2.65米和5.75米布置两列车），边肋3列车（就是在距离边系梁中心线2.65米、5.75米和8.85米布置三列车），中肋6列车（就是在距离中系梁中心线两侧各2.4米、5.5米和8.6米布置六列车）；六、施工阶段划分1、施工方案：本桥系杆拱采用“先梁后拱”的施工方法施工，即先在支架上现浇加劲纵梁及横梁，而后架设钢管拱肋，泵送管内混凝土成拱，拆除临时支架，再施工吊杆，现浇桥面板,施工桥面铺装及护栏成桥。详细施工步骤见“施工流程图”。2、计算中按8个施工阶段和1个使用阶段划分：第一施工阶段施工内容：浇注中系梁、边系梁、中横梁、端横梁；张拉中、边系梁预应力钢束N1-N2、N5-N6；施加中系梁实心段荷载（均布载）；张拉端横梁钢束束、中横梁梁钢束；施工时间：288天中系梁实心：00.74**26=119.244KN/m第二施工阶段施工内容容：a、架设拱圈临时支支撑，分段段吊装焊接接钢拱圈；；施工时间：100天第三施工阶段施工内容容：a、钢拱圈合拢，拆拆除拱圈临临时支撑，安安装风撑单单元；施工时间：100天第四施工阶段施工内容容：a、浇注拱圈内混凝凝土；施工时间：100天第五施工阶段施工内容容：a、安装吊杆，拆除除系梁临时时支撑；施工时间：100天第六施工阶段施工内容容：安装桥面板（以以均布力的的形式施加加在各横梁梁节点上）；；张拉中系梁剩余余预应力钢钢束N3-NN4、N7；张拉边系梁剩余余预应力钢钢束N3-NN4；施工时间：100天中横梁节点点：0.225*4..5*266=29.225KN/m端横梁节点点：0.225*511.8688/2*226/122.15==13.887KN/m第七施工阶段施工内容容：a、施工铺装、整体体化混凝土土（施加在在横梁上）及护栏（施加在系梁上）；施工时间：100天中横梁梁沥青铺装装、整体化化：(5*0..09*223+5**0.1**26)//12.335*111.5=21.77KN/mm中中系梁护栏栏：7*2=144KN/m端横梁沥青铺装装、整体化化：（76.00966**0.1**26/22/12..15+11.5*66.24**0.099*23//2/122.15）=14.33KN/mm边边系梁护栏栏：7KN/mm第八施工阶段施工内容容：空阶段段施工时间：15500天使用阶段3、Midas中结结构组、荷荷载组、边边界组的填填加：施工

阶段号内容时间(天)结构组荷载组边界组激活钝化激活钝化激活钝化1支架现浇

系梁横横梁28边系梁1to22

中系梁

横梁1to22自重

中系梁实心心

张拉钢束1SG1

SG3

截截面调整2分段吊装

拱圈10拱肋安装1SG23拱圈合拢10拱肋安装2

风撑撑SG24浇注拱圈

内混凝凝土105安装吊杆10边吊杆1to22

中吊杆吊杆初张拉SG36安装桥面板10桥面板

张拉钢束束27施加整体化

沥青青铺装10铺装护栏8收缩徐变1500七、空间计算对对桥梁博士平面计算算的指导=1\*GB3①、恒载对边系系梁、中系系梁的分配配比例（包包括横梁、桥桥面板、铺铺装）：采用在横梁上施施加均布荷荷载1000KN求算算支点反力力比值推求求恒载分配配比例：类别边系梁中系梁边系梁

恒载比例例中系梁

恒载比例例左反力右反力反力端横梁52652616790.1930.615次中横梁48848815300.1950.611跨中中横梁2922927910.2120.575注：次中中横梁为距距离端横梁梁最近的中中横梁，次次中横梁与与跨中中横横梁间的中中横梁恒载载分配比例例采用线性性内插。=2\*GB3②、移动荷载载横向分布布系数：采用在横横梁上施加加集中荷载载（按照车车道布置形形式）求算算支点反力力比值推求求移动荷载载横向分布布系数：=1\*GGB2⑴、边系梁梁分别按照2列车和3列车计算算，横向分分布系数见见下表（表表中活载比比例已计入车道道数和车道道折减系数数）：2列车边系梁中系梁边系梁

活载比例例左反力右反力反力端横梁455-433031.272次中横梁416-492891.268跨中中横梁224-261621.2443列车边系梁中系梁边系梁

活载比例例左反力右反力反力端横梁550-745961.200次中横梁508-755521.207跨中中横梁281-322911.217最终边系系梁横向分分布系数采采用2列车端横横梁处求得得反力比值值Mc=1..272=2\*GGB2⑵、中系梁梁按照6列车计算算，横向分分布系数见见下表（表表中活载比比例已计入车道道数和车道道折减系数数）：6列车边系梁中系梁中系梁

活载比例例左反力右反力反力端横梁26926916082.472次中横梁26126114462.426跨中中横梁1791797222.208中中系梁横向向分布系数数采用折线线形输入，在在端横梁处处为2.4772，在次中中横梁处为为2.4226，在跨中中中横梁处处为2.2008，其余处处线性内插插。=3\*GB3③、移动荷载冲冲击系数采采用Middas特征征值分析结结果：节点模态UXUYUZRXRYRZ特征值分析模态

号频率周期容许误差(rad/secc)(cycle/ssec)(sec)16.10834450.97217731.02862231.90E-11627.26680021.15654480.86464426.73E-116310.1742241.61928810.61755581.78E-115410.5236681.67489950.59705527.96E-114513.3741122.12855570.46980022.79E-111振型参与质量((%)模态

号TRAN-XTRAN-YTRAN-ZROTN-XROTN-YROTN-Z质量合计质量合计质量合计质量合计质量合计质量合计10065.7865.78000000002000.2866.0600000000300066.060000000041.411.41066.060.010.01000000566.6968.1066.063.533.54000000特征值向量采用模态4（纵纵向反向弯弯曲）计算算基频f==1.67μ=0.0755，取用0.1。附模态4振型图冲击系数=1++μ=1.1100八、横梁施加钢钢束对系梁梁的影响施工阶段末B1或Z1B2或Z2B3或Z3B4或Z4B5或Z5B6或Z6施加横梁

钢束前前边吊杆534713754744736735中吊杆90613551427142814151415施加横梁

钢束后后边吊杆540722765755747747中吊杆79813421410141013961395有上表可以看出出，施加横横梁钢束前前后对纵向向计算影响响很小.九、Midas与桥桥梁博士计算算结果比较较=1\\*GBB3①、使用阶阶段恒载支座反反力比较支反力左边系梁中系梁右边系梁252146226320370midas55595559113661136655595559桥博57605760115001150057605760分析：：由于桥博博边系梁计计算时恒载载分配比例例按照0.25计算，活载按照端横横梁处横向向分布计算算，所以计计算出的恒恒载支座反力偏偏大。=2\*GB3②、吊杆拉力边吊杆编号B1B2B3B4B5B6桥博初始张拉力(KKN)390440440430420420施工阶段末(KKN)525735781779769768Midas初始张拉力(KKN)330460500490480480施工阶段末(KKN)534713754744736735中吊杆编号Z1Z2Z3Z4Z5Z6桥博初始张拉力(KKN)580750680680675675施工阶段末(KKN)93414451488149814921488Midas初始张拉力(KKN)400600620620610610施工阶段末(KKN)90613551427142814151415=3\*GB3③、活载弯距距类别中系梁跨中边系梁跨中最大最小最大最小桥博2774-953178