朝阳市黄河路大桥分析报告文案.docx
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朝阳市黄河路大桥分析报告文案
市黄河路大桥
混凝土自锚式悬索桥总体分析报告
(73m+180m+73m)
1.结构概述
市黄河路大桥全长508.32m,桥梁设计起点桩号为K0+068.70,终点桩号为K0+577.02,跨径布置为(28+28+32.16+73+180+73+32.16+28+28)m。
其中主桥为73+180+73=326m自锚式悬索桥。
两岸引桥均为3x28m预应力混凝土连续箱梁。
主桥为三跨双索面预应力混凝土自锚式悬索桥,主跨为180m,边跨73m,全长326m。
主桥采用塔墩固结、塔梁分离的半飘浮体系,主桥在桥塔及过渡墩处均设置活动支座。
主桥在主墩处设有横向限位支座,横向限位支座中的四氟滑板与主梁侧钢板之间的空隙为1.0厘米,成桥状态的基准温度为20度,桥型布置图见图1-1。
图1-1主桥桥型布置图
主梁采用预应力混凝土现浇箱梁,箱梁标准断面为单箱四室,箱梁底板宽19.9m。
箱梁中心高2.5m,箱梁顶板横坡与桥面横坡一致,设双向1.5%横坡,底板水平。
箱梁顶板厚度20cm,底板厚度20cm,边腹板厚40cm,中间腹板厚30cm。
箱梁标准横梁纵向间距为5m,与吊杆一一对应,横隔梁横桥向宽度为31.5米,横梁中间厚度32cm,端部加厚为95cm,横梁按照全预应力混凝土构件设计。
主桥两端设强大的端横梁用于锚固主缆并作为压重,端横梁高4.3m,长5.0m,宽28.5m,为预应力实体结构。
端横梁设牛腿支承引桥,用于主桥梁端压重,牛腿高2.15m,宽1.4m。
,主梁标准断面见图1-2。
门字型塔,索塔桥面以上高35.927m,全高49.027m。
塔柱采用十字形截面,下塔柱截面外轮廓尺寸从塔脚3.5mx5.5m渐变到下横梁处2.5mx4.5m;上塔柱截面外轮廓尺寸为2.5mx4.5m。
塔柱为实体断面,塔上共设两道横梁,下横梁采用2.5mx3.5m箱形截面,壁厚0.5m,上横梁采用钢桁架。
图1-2主梁标准断面
索塔基础采用群桩基础,每个塔柱下设9根直径1.8m钻孔灌注桩,承台平面尺寸为11mx11m,厚度为4m。
桩基按照嵌岩桩设计。
全桥主缆共两根,每根主缆由37股预制平行钢丝索组成,每索股含有127根φ5.1mm高强镀锌平行钢丝,每根主缆由4699丝钢丝组成,钢丝抗拉强度标准值为1670MPa,弹性模量为2.0x105MPa。
主缆架设完毕后用挤圆机挤成圆形,用镀锌钢丝缠绕,然后用腻子勾缝,表面进行防护。
主缆索夹外截面直径为390.9mm(空隙率20%),索夹位置截面直径为386.1mm(空隙率18%)。
主缆预制索股采用热铸锚,每个索股两端各设一个锚头,锚头工厂制造。
主缆经过散索套后,呈辐射状散开。
吊杆采用刚性吊杆及柔性吊杆,其中1号吊杆为刚性吊杆,12~13号吊杆为127-Φ7.0mm高强镀锌平行钢丝柔性吊杆,其余吊杆为109-Φ7.0mm高强镀锌平行钢丝柔性吊杆。
柔性吊杆高强镀锌平行钢丝标准强度为1670MPa,弹性模量为2.0x105MPa
索鞍采用全铸整体式索鞍,为肋传力结构形式。
主缆槽主缆中心线处的纵向圆弧半径R=3.5m。
索鞍长4.28m,宽1.5m,高2.18米,全桥共四个索鞍。
鞍座下设置聚四氟乙烯板,便于主鞍在施工过程过塔顶预埋反力架进行顶推。
索鞍顶推就位后,通过剪力键及螺栓将索鞍与上平板固定。
底座上平板与主塔预埋钢筋通过焊接予以固定
2.采用规、计算依据及计算程序
2.1.基本规
●《市黄河路大桥工程设计图纸》,建达道桥咨询
●《关于市黄河路大桥主桥成桥状态设计计算的若干问题提请设计单位确认和答复的函》的回复文件,建达道桥咨询
●《公路工程技术标准》(JTGB01-2004)
●《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T50283-1999)
●《公路桥涵设计通用规》(JTGD60-2004)
●《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规》(JTGD62-2004)
●《公路桥涵地基与基础设计规》(JTJ024-1985)
●《公路桥涵钢结构及木结构设计规》(JTJ025-1986)
●《公路工程抗震设计规》(JTJ004-1989)
●《公路桥梁抗风设计规》(JTG/TD60-01-2004)
●《公路路线设计规》(JTJ011-1994)
●《公路建设项目环境影响评价规(试行)》(JT005-1996)
●《公路环境保护设计规》(JTJ/T006-1998)
●《公路勘测规》(JTJ061-1999)
●《公路工程地质勘察规》(JTJ064-1998)
●《桥梁用结构钢》(GB/T714-2000)
●《公路桥涵施工技术规》(JTJ027-2000)
●《公路工程质量检验评定标准》(JTJ071-1998)
●《高速公路交通安全设施设计及施工技术规》(JTJ074-1994)
2.2.参考规
●《公路悬索桥设计规》(报批稿)中华人民国交通部
●《桥梁缆索用热镀锌钢丝》(GB/T17101-1997)
●《悬索桥主缆预制索股技术条件》(JT/T395)
2.3.计算依据及计算程序
计算依据为《市黄河路大桥工程设计图纸》及《关于市黄河路大桥主桥成桥状态设计计算的若干问题提请设计单位确认和答复的函》的回复文件。
计算程序采用ANSYS®,我单位自编程序悬索桥施工阶段静力几何非线性分析专用程序BBQA。
3.结构分析参数
3.1.材料特性
3.1.1.混凝土
桥塔和主梁混凝土标号C55,弹性模量3.55E4MPa,密度2600kg/m3,泊松比0.2,线膨胀系数1.0E-5。
3.1.2.钢材
弹性模量2.10E5MPa,密度7850kg/m3,泊松比0.3,线膨胀系数1.2E-5。
3.1.3.高强钢丝
主缆钢丝强度级别1670MPa,弹性模量2.00E5MPa,密度7850kg/m3,泊松比0.3,线膨胀系数1.2E-5。
吊索平行钢丝强度级别1670MPa,弹性模量2.00E5MPa,密度7850kg/m3,泊松比0.3,线膨胀系数1.2E-5。
3.2.计算荷载
3.2.1.恒载(D)
1)混凝土箱梁
除过渡墩处、桥塔附近区段采用了加大截面的箱梁,其他梁段均为标准梁段,标准断面的截面参数见表3-1。
表3-1标准断面箱梁参数
项目
单位
数量
加劲梁类型
单箱四室箱梁
混凝土箱梁
面积
m2
13.1163
竖向抗弯惯性矩
m4
12.5987
梁高(中心高度)
M
2.5
重心相对于底缘高度
M
1.2806
主梁重
(一期,未计入横梁重)
kN/m
341.0238
材料
弹性模量
MPa
3.55E4
伯松比
0.2
线膨胀系数
1.0E-5
密度
kg/m3
2600
桥塔附近截面参数见表3-2
表3-2桥塔附近箱梁截面参数
项目
单位
数量
加劲梁类型
单箱四室箱梁
混凝土箱梁
面积
m2
19.1803
竖向抗弯惯性矩
m4
15.9244
梁高
M
2.5
重心相对于底缘高度
M
1.0968
主梁重(一期,未计入横梁重)
kN/m
498.6878
材料
弹性模量
MPa
3.55E4
伯松比
0.2
线膨胀系数
1.0E-5
密度
kg/m3
2600
牛腿截面参数见表3-3。
表3-3牛腿截面参数
项目
单位
数量
加劲梁类型
矩形实体截面
混凝土箱梁
面积
m2
45.55
竖向抗弯惯性矩
m4
18.0966
梁高
M
2.15
重心相对于底缘高度
M
1.0866
主梁重(一期,未计入横梁重)
kN/m
1184.3
材料
弹性模量
MPa
3.55E4
伯松比
0.2
线膨胀系数
1.0E-5
密度
kg/m3
2600
端横梁截面参数见表3-4。
表3-4端横梁截面参数
项目
单位
数量
加劲梁类型
矩形实体截面
混凝土箱梁
面积
m2
120.4791
竖向抗弯惯性矩
m4
178.5136
梁高
M
4.3
重心相对于底缘高度
M
2.1117
主梁重(一期,未计入横梁重)
kN/m
3132.467
材料
弹性模量
MPa
3.55E4
伯松比
0.2
线膨胀系数
1.0E-5
密度
kg/m3
2600
过渡墩梁高变化始端截面参数见表3-5。
距过渡墩1米。
表3-5过渡墩梁高变化始端截面参数
项目
单位
数量
加劲梁类型
单箱四室箱梁
混凝土箱梁
面积
m2
82.1806
竖向抗弯惯性矩
m4
119.1635
梁高
M
4.3
重心相对于底缘高度
M
1.6852
主梁重(一期,未计入横梁重)
kN/m
2136.836
材料
弹性模量
MPa
3.55E4
伯松比
0.2
线膨胀系数
1.0E-5
密度
kg/m3
2600
过渡墩梁高变化末端截面参数见表3-6。
距过渡墩5.5米。
表3-6过渡墩梁高变化末端截面参数
项目
单位
数量
加劲梁类型
单箱四室箱梁
混凝土箱梁
面积
m2
31.0277
竖向抗弯惯性矩
m4
20.2065
梁高
M
2.5
重心相对于底缘高度
M
1.1557
主梁重(一期,未计入横梁重)
kN/m
806.7202
材料
弹性模量
MPa
3.55E4
伯松比
0.2
线膨胀系数
1.0E-5
密度
kg/m3
2600
各吊杆横梁重量,吊杆横梁与箱梁重叠的部分,已通过箱梁一期重量计入,在此仅计入横梁外悬臂、箱梁隔板及加掖的重量,并以集中力的方式施加在计算模型相应结点上。
具体见表3-7,吊索横梁重量类型共有5类。
表3-7吊索横梁重量
类别
图纸横梁编号
数量
重量(kN)
备注
1
4~13、16~49、52~61
54
1033.4489
标准吊索横梁
2
14、15、50、51
4
931.954
桥塔处横梁
3
3、62
2
954.092
端部横梁一
4
2、63
2
777.402
端部横梁二
5
1、64
2
592.652
端部横梁三
2)引桥箱梁压重
引桥端部支撑与主桥箱梁端部的牛腿上,作为压重,分析表明,该压重的大小对主桥力线形有影响,在计算中计入压重的影响,引桥的恒载支反力见表3-8。
表3-8引桥端部恒载支反力
类别
反力(kN)
一期恒载
5744
二期恒载
1356
该荷载以集中力的方式施加在计算模型中牛腿位置相应的节点上
3)二期恒载
二期恒载包括两部分:
人行道重量以及桥面铺装。
本计算模型中关于二期恒载的施加分成两个部分:
鉴于人行道采用预制槽形板,简支转连续结构,在计算模型中将预制板以及湿接缝的重量以集中力的方式施加在相应的计算模型节点上(对应吊索横梁位置),人行道铺装、栏杆、防撞栏以及桥面铺装的重量以均布荷载的方式施加,各荷载参数计算明细见表3-9-1及表3-9-2。
表3-9-1二期恒载计算明细表(集中荷载)
类别
说明
重量(kN)
数量
1
A型人行道板
65.459
2
B型人行道板
59.626
3
C型人行道板
71.763
4
湿接缝
10.18
表3-9-2二期恒载计算明细表(均布荷载)半桥
类别
说明
重量(kN/m)
数量
1
人行道铺装
(2cm砂浆+2cm彩砖)
1.978
2
栏杆2道
0.65
3
防撞护栏
3.15+0.483=3.633
4
桥面铺装(9cm沥青)
22.14
5
主桥端部人行道板重
14.84
合计1
主桥端部
43.241
合计2
其他标准梁段
28.401
4)桥塔
桥塔采用实心矩形桥塔,塔根处截面加大
项目
单位
数量
桥塔类型
实心矩形
桥塔根部
面积
m2
18.7457
竖向抗弯惯性矩
m4
18.3169
标准断面
面积
M
10.7457
竖向抗弯惯性矩
m4
16.9567
材料
弹性模量
MPa
3.55E4
伯松比
0.2
线膨胀系数
1.0E-5
密度
kg/m3
2600
5)缆索系统
主缆相关参数见表3-10
表3-10主缆相关参数
项目
单位
中跨
东边跨
西边跨
大缆根数
根
2
2
2
索股
钢丝直径
mm
5.2
5.2
5.2
钢丝根数
根
127
127
127
单缆
索股股数
股
37
37
37
钢丝面积
m2
0.099793
0.099793
0.099793
直径
m
约0.4
约0.4
约0.4
主缆钢丝重
kg/m
783.375
783.375
783.375
缠丝..等重
kg/m
74.3
74.3
74.3
主缆重
kg/m
857.587
857.587
857.587
主缆等效密度
kg/m3
8593.62
8593.62
8593.62
材料
弹性模量
MPa
2.0E5
2.0E5
2.0E5
伯松比
0.2
0.2
0.2
线膨状系数
1/C。
1.2e-5
1.2e-5
1.2e-5
钢丝强度
MPa
1670
1670
1670
吊索相关参数。
本桥吊索共分三种类型,刚性吊索,7-109柔性吊索,1-127柔性吊索,各类型吊索的计算参数分见表3-11-1,3-11-2,3-11-3。
表3-11-17-109型吊索参数
项目
单位
吊索类型
平行钢丝7-109
单根吊索
直径
m
面积
m2
0.004195
延米重量
kg/m
32.9
吊索等效密度
kg/m3
7900
材料
弹性模量
MPa
2.0E5
伯松比
0.2
线膨状系数
1/C。
1.2e-5
钢丝强度
MPa
1670
表3-11-17-127型吊索参数
项目
单位
吊索类型
平行钢丝7-127
单根吊索
直径
m
面积
m2
0.004888
延米重量
kg/m
38.4
吊索等效密度
kg/m3
7856
材料
弹性模量
MPa
2.0E5
伯松比
0.2
线膨状系数
1/C。
1.2e-5
钢丝强度
MPa
1670
表3-11-1刚性吊索参数
项目
单位
吊索类型
刚性吊索合金钢
单根吊索
直径
m
0.14
面积
m2
0.015394
延米重量
kg/m
120.84
吊索等效密度
kg/m3
7850
材料
弹性模量
MPa
2.0E5
伯松比
0.2
线膨状系数
1/C。
1.2e-5
钢丝强度
MPa
1670
索夹的重量,本桥共有A、B、C、D、E、F以及散索套共计7类索夹,根据设计图纸,各索夹的重量见表3-12,索夹的重量以集中力的方式施加在主缆相应结点上。
表3-12索夹荷载参数
类别
重量(kg)
数量
对应吊索编号
A
908.5
B
1351.1
C
1831.2
D
2314.1
E
2605.3
F
472.4
散索套
1063.325
表3-13吊索附属设施(耳板、锚头)重量
类别
重量(kg)
数量
对应吊索编号
7-109
473.545
52
2#~11#、14#~29#
7-127
493.745
4
12#~13#
刚性吊索
475.555
2
1#
3.2.2.收缩徐变计算参数
气象调查表明,市地处西部,属干燥少雨地区,年平均湿度在55%左右,取环境年平均湿度RH=55%,收缩徐变终止时间,取10年,即3600天。
其他参数详见表3-14。
表3-14收缩徐变计算参数
项目
砼标号
理论厚度(mm)
环境湿度(%)
收缩龄期(d)
初次加载龄期(d)
主梁
C55
553
55
5
5
桥塔
C55
1535
55
5
5
根据施工方案,将结构计算时段划分如下,并依此制订施工仿真计算工况:
计算工况1:
下塔柱施工跨中区段1主梁施模板、钢筋施工,25天2008-3-16~4-10
计算工况2:
跨中区段主梁安装,中塔柱10天~4.20
计算工况2:
中塔柱施工1跨中区段2,桥塔区段主梁施工30天4-10~5-10
计算工况3:
中塔柱施工2上横梁施工端部主梁施工30天5-10~6-10
计算工况5:
安装索鞍6天~6-16
计算工况6:
安装猫道系统15天~7.1
计算工况7:
安装主缆、调形60天~9.1
计算工况8:
安装索夹、吊索15天~9.15
计算工况10:
第一轮吊索拉,拉到设计索力的30%左右,包括索鞍顶推10天~9.25
计算工况11:
第二轮吊索拉,拉到设计索力的60%左右,包括索鞍顶推,10天,~10.5
计算工况12:
第三轮吊索拉,拉到设计索力的90%左右,达到拆除支架、进行体系转换的索力水平,包括索鞍顶推,索鞍顶推到位10天~10.15
计算工况13:
拆除支架,体系转换3天~10.18
计算工况14:
二期恒载、人行道、桥面铺装施工15天~11.3
计算工况15:
调整吊索力至设计力10天~11.13
计算工况16:
主缆缠丝、防护30天~12.10
计算工况17:
拆除猫道、塔吊10天~12.20
计算工况18:
成桥徐变
3.2.3.提供的成桥索力
此成桥索力是整个施工监控的基础,决定了成桥状态的主梁、主缆、桥塔的力与线形,本施工监控计算依此为基准进行,具体见表3-15,所列索力均是收缩徐变完成之后的吊索索力。
表3-15成桥设计索力
吊索编号
成桥索力(kN)
吊索编号
成桥索力(kN)
1
1412
16
1604
2
1557
17
1614
3
1620
18
1612
4
1654
19
1608
5
1677
20
1603
6
1679
21
1591
7
1678
22
1585
8
1655
23
1576
9
1616
24
1585
10
1512
25
1574
11
1479
26
1562
12
2120
27
1548
13
2112
28
1521
14
1536
29
1510
15
1536
3.3.计算模型
整体计算采用平面杆系模型,主梁和桥塔采用平面梁单元模拟,主缆和吊索采用大变形小应变悬链线单元模拟,索鞍采用刚臂单元。
图3-1有限元计算模型
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