上海长江大桥大跨度钢与混凝土组合连续箱梁关键技术研究Word文档格式.docx
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3近期全桥实体板壳模型整体受力分析(9
3.1分析方法(9
3.2荷载作用组合(10
3.3施工及成桥阶段分析结果(11
3.4荷载组合1分析结果(45
3.5荷载组合2分析结果(52
3.6荷载组合3分析结果(57
3.7荷载组合4分析结果(62
3.8荷载组合5分析结果(67
3.9荷载组合6分析结果(72
3.10荷载组合7分析结果(76
3.11小结(79
4近期节段实体板壳模型局部受力分析(81
4.1分析方法(81
4.2工况1计算结果(82
4.3工况2计算结果(83
4.4工况3计算结果(85
4.5工况4计算结果(87
4.6小结(89
5近期钢梁与混凝土结合部受力分析(90
5.1分析方法(90
5.2钢梁与顶板连接件纵桥向剪力计算结果(91
5.3钢梁与顶板连接件横桥向剪力计算结果(103
5.4钢梁与顶板连接件拉拔力计算结果(108
5.5小结(115
6总结(117
6.1主梁整体受力分析结果(117
6.2主梁局部受力分析结果(118
6.3钢梁与混凝土结合部受力分析结果(118
1引言
1.1工程概况
崇明越江通道工程位于上海市东部,由上海长江隧道(南港工程和上海长江大桥(北港工程组成,总长25.5km,是目前世界上最长的隧桥结合工程。
其中,上海长江大桥工程,在长兴岛设潘园互通(单喇叭A型与潘园公路相接,跨规划环岛北路,以桥梁形式跨长江北港水域,至崇明岛陈家镇终点,与规划环岛南路、崇明南路、赢陈公路交叉,项目终点设互通(双喇叭型连接陈海一级公路,大桥全长16.55km。
大跨径组合结构连续箱梁位于主航道桥两侧,跨径组合为(接70m梁85m+5×
105m+90m(接主航道桥。
采用先简支后连续的施工方法,在预制场预制好一片梁后整孔吊装至墩位,现场焊接钢梁,浇筑墩顶段混凝土桥面板现浇缝,形成连续结构。
总体布置如图1.1-1所示。
85m5x105m90m
5
m
①2②3④
⑤1-1⑤1-2⑤2⑦1
⑦1t⑦1
⑦1t⑦2f
⑨2f
⑩
⑾f①2④
⑤1-1⑤1-2
⑤2⑦1
⑦1t⑦1⑦1t
⑦2f⑨2f⑾f
图1.1-1上海长江大桥组合结构连续箱梁桥总体布置
结构断面由混凝土桥面板及整体成槽形的钢梁组成,槽形钢梁整体上由顶板、腹板、底板、空腹式横梁、实腹式横梁、腹板加劲肋、底板加劲肋组成;
顶板板厚24mm~56mm,宽1.2m;
腹板板厚18mm~28mm,斜率约1:
4;
底板板厚28mm~56mm,宽7.06m;
腹板上布置有竖向及水平向腹板加劲肋,竖向加劲肋断面形式为T型或板式,连续布置,水平向加劲肋断面形式均为板式,间断布置;
底板上布置有底板纵向加劲肋,断面形式为板式,通过设置过焊孔穿越空腹式横梁,纵向连续布置;
每隔5m布置一道空腹式横梁,空腹式横梁由T型腹板竖向加劲肋、T型横向底板加劲肋,以及水平和斜向拉杆等组成;
支点及临时支点处布置实腹式横梁,实腹式横梁腹板板厚36mm。
标准横断面如图1.1-2所示。
1715
41550
1200
50
紧急停车带沥青铺装9cm防水层1mm
机动车道
1210
415
1/2支点(近期
栏杆栏杆
栏杆
1770
395
1275
轻轨
2%沥青铺装9cm防水层1mm
沥青铺装9cm防水层1mm
检修通道
1/2跨中(近期
1/2支点(远期
1/2跨中(远期
图1.1-2组合结构连续箱梁标准横断面
支点左右各10m范围内采用双结合的结构形式,即底板也采用钢-混凝土组合的结构形式,混凝土板厚0.5m,该区域内底板纵向加劲肋演变为开孔板剪力键,同时间隔布置剪力钉剪力键,并在腹板上布置一对开孔板剪力键,保证混凝土板与底板密实结合。
每个中支点有2道实腹式横梁,为保证底板混凝土的连续性,再实腹式横梁腹板上配有剪力钉;
在两道横梁上配有横向通长的钢顶板,顶板上亦配有剪力钉。
混凝土桥面板采用C60高性能混凝土,宽度为16.95m(17.15m-2×
0.1m,(其中的0.1m为防撞护栏现浇带;
支点厚0.5m,跨中厚0.3m;
采用分块预制,摆放到位后浇筑现浇缝的施工方法,预制板至少存放6个月的时间,以减少由于混凝土收缩徐变造成的缀余内力;
横向分为三块预制板板,一块中板,两块边板;
预制桥面板必须存放6个月后方可安装,以减少混凝土收缩、徐变对叠合梁带来不利影响;
现浇接缝采用C60无收缩微膨胀补偿混凝土。
1.2研究内容与方法
根据近期及远期规划,建立全桥实体计算分析模型,分别考虑前后期荷载、汽车荷载、风荷载、温度作用、基础变位以及混凝土收缩、徐变作用,研究主梁各构件在各工况下的应力分布,分析混凝土桥面板、底板混凝土、钢梁顶底板、钢梁腹板、底板加劲肋、钢梁横撑及水平撑的受力性能,并计算各支承处的支承反力及施工过程中的顶升力。
根据对主梁整体受力研究的结果,建立支点梁段细化模型,分析支点横隔板、支座加劲及底板混凝土的局部应力,并研究支点梁段钢梁在施工阶段及成桥阶段的不利组合工况下的局部稳定性。
以全桥实体计算模型为基础,引入混凝土非线性本构关系,研究结构在不利荷载工况下混凝土桥面板的开裂行为,进一步分析钢梁和混凝土桥面板在混凝土开裂后的应力重分布,并计算负弯矩区混凝土裂缝宽度。
建立全桥实体计算分析模型,焊钉连接件采用3维虚拟弹簧元模拟,考虑前后期荷载、汽车荷载、温度作用及混凝土收缩作用,计算翼缘板上的焊钉在纵桥向、横桥向所作用的剪力,并分析其法向拉拔力的有无。
特别是从对承担剪力的需要,研究钢翼缘板与混凝土桥面板接合部焊钉连接件的纵向布置方式。
2荷载作用及材料性能
2.1荷载作用
考虑的荷载种类如下:
结构重力、二期恒载、混凝土收缩和徐变作用、基础变位、温度作用、汽车荷载、汽车荷载冲击力以及轨道交通荷载。
结构自重根据材料容重进行计算,其中钢材容重取78.5kN/m3,钢筋混凝土容重取26kN/m3。
根据设计施工过程对桥梁施工阶段受力状态进行计算,施工过程按以下施工步骤模拟(桥墩编号参见图1.1-1。
阶段1:
钢梁预弯,边界条件单跨四点支承,混凝土桥面板中板重量施加在钢梁上翼缘,混凝土桥面板不参与受力。
阶段2:
先浇混凝土桥面板参与受力形成预制梁,边界条件单跨简支,后浇混凝土桥面板重量以均布荷载施加于钢梁上翼缘。
阶段3:
各跨预制主梁间焊接连接,浇注④、⑤号墩处底板混凝土,底板混凝土不参与受力,仅提供荷载。
阶段4:
④、⑤号墩处底板混凝土硬化参与受力,临时支点处顶升0.70米。
阶段5:
浇注④、⑤号墩处混凝土桥面板接缝,支点回落0.55m到永久支点。
阶段6:
浇注③、⑥号墩处底板混凝土,底板混凝土不参与受力,仅提供荷载。
阶段7:
③、⑥号墩处底板混凝土硬化参与受力,在临时支点处顶升0.4m。
阶段8:
浇注③、⑥号墩处混凝土桥面板接缝,支点回落0.25m到永久支点。
阶段9:
浇注②、⑦号墩处底板混凝土,底板混凝土未参与受力,仅提供荷载。
阶段10:
②、⑦号墩处底板混凝土硬化参与受力,在临时支点处顶升0.3m。
阶段11:
浇注②、⑦号墩处混凝土桥面板接缝,支点回落0.2m到永久支点。
阶段12:
成桥阶段,施加桥面铺装、栏杆、电力管线等二期恒载。
二期恒载分为近期规划和远期规划两种情况:
近期规划中不考虑轨道交通荷载,只考虑汽车荷载,二期恒载需考虑沥青混凝土铺装、防撞栏杆及电力管线;
远期规划中需考虑轨道交通荷载及汽车荷载,二期荷载包括沥青混凝土铺装、防撞栏杆、电力管线、承轨台及检修道。
近期规划:
沥青混凝土铺装:
厚度9cm,容重取23kN/m3;
栏杆:
每侧栏杆重量为8kN/m;
电力管线:
取24kN/m。
远期规划:
取24kN/m;
承轨台:
取33kN/m;
检修道:
取5kN/m
混凝土收缩应变值根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004附录F进行计算,其中收缩开始时混凝土龄期ts=7d,结构开始受收缩影响时的混凝土龄期t0=120d,环境年平均相对湿度取80%。
成桥十年内混凝土收缩应变随时间的变化如表2.1-1所示,其中T为计算考虑时刻的混凝土龄期,△T=T-t0。
表2.1-1混凝土收缩应变值
T(天△T(天收缩应变
180607.014E-06
3001801.786E-05
4803603.020E-05
8407204.830E-05
156014407.289E-05
228021609.009E-05
300028801.033E-04
372036001.139E-04
混凝土的徐变系数根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004附录F进行计算,其中混凝土加载龄期t0=120d,环境年平均相对湿度取80%。
成桥十年内混凝土徐变系数随时间的变化如表2.1-2所示,其中T为计算考虑时刻的混凝土龄期,△T=T-t0。
表2.1-2混凝土徐变系数
T(天△T(天徐变系数180600.40303001800.54644803600.65028407200.7551156014400.8490228021600.8943300028800.92143720
3600
0.9395
18050
汽车荷载横向布置(竖向力最大
图2.1-1汽车荷载横向布置(近期
图2.1-2汽车荷载横向布置(远期
轨道交通荷载采用设计方提供资料,轴重P=120kN,最大10节编组,车辆荷载示意如图2.1-3所示。
3.6m
1.9m
9.1m
p
图2.1-3轨道交通荷载示意图
根据设计方提供资料,成桥状态桥面无车100年一遇10m高度处设计基本风速V10=39.6m/s;
成桥状态桥面有车最大设计风速V=25m/s;
施工状态取10年一遇10m高度处设计风速V10=33.26m/s。
风荷载根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/TD60-01-2004计算。
其中主梁基准高度Z=48.025m;
风速高度变化修正系数K1A=1.417,静阵风系数GV=1.2。
图2.1-4为风荷载作用方向示意图,表2.1-3列出了主梁断面气动力系数(三分力系数。
风向
攻角
M
PPY
X
图2.1-4风荷载示意图
表2.1-3
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- 上海 长江大桥 跨度 混凝土 组合 连续 关键技术 研究
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