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1、兴山县高阳大桥计算书兴 山 县 高 阳 大 桥计算书二七年十一月西安兴 山 县 高 阳 大 桥计算书 长安大学工程设计研究院二七年十一月西安主要参加人员目 录一、概述1二、计算依据1三、主要技术标准1四、设计要点2五、计算内容45.1主拱圈钢管混凝土桁架计算45.1.1模型建立45.1.2 施工阶段计算分析55.1.3使用阶段计算分析75.2 边孔计算分析115.2.1截面抗弯极限承载力验算115.2.2截面抗裂验算135.2.3 斜截面抗剪承载力验算135.3 吊杆计算分析145.4 吊杆横梁计算分析155.4.1结构离散图155.4.2 极限承载力验算155.4.3 使用阶段应力验算165
2、.5 帽梁计算分析175.5.1极限承载力验算185.5.2使用阶段裂缝宽度验算195.6桥面T梁计算分析195.6.1 7.2米桥面T梁计算195.6.2 9.4米桥面T梁计算215.7桥墩及其桩基计算235.7.1.桥墩设计荷载235.7.2桥墩截面抗力验算255.7.3桥墩桩基计算265.8 桥台基础计算325.9 结构动力特性分析335.9.1结构自振频率及振型335.9.2地震作用分析33六、附录35附录一 拱肋钢管混凝土桁架结构离散图36附录二 主拱圈施工阶段应力计算表37附录三 主拱圈运营阶段内力及应力计算表43附录四 主拱圈各阶段失稳模态图75附录五 边孔内力及应力计算表82附
3、录六 结构自振振型图844长安大学博导楼301室兴山县高阳大桥计算书一、概述兴山县高阳大桥位于湖北省兴山县高阳镇香溪河的拦沙堰下游约80m处，连接香溪河右岸陈家湾移民小区与耿家河左岸移民区。它的修建，将优化兴山县的交通布局，解决两岸居民的出行和物资运输问题。香溪河属于长江三峡库区，最高水位达173.22m，桥址区水面最大宽度达175m。经初步设计方案比较后，推荐采用单孔中承式钢管混凝土组合拱，桥梁总长192.0m。二、计算依据2.1 公路工程技术标准（JTG B01-2003）2.2 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）2.3 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D6
4、2-2004）2.4 公路砖石及混凝土桥涵设计规范（JTJ 022-85）2.5 公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）2.6 钢结构设计规范（GB 50017-2003）2.7 钢管混凝土结构设计与施工规程（CECS 28:90）2.8 钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ 01-89）2.9 钢结构工程施工及验收规范（GB 50205-2001）2.10 公路桥涵施工技术规范（JTJ 041-2000）2.11 公路桥梁抗风设计规范（JTG/T D60-01-2004）2.12 公路工程抗震设计规范（JTJ 004-89）三、主要技术标准3.1 设计荷载等级：城市B级（公路-级）
5、，人群2.5kN/m23.2 设计行车速度：40km/h3.3 桥面净空：人行道2.25m(含栏杆)+分隔带2m+行车道9m+分隔带2m+人行道2.25m(含栏杆) ，桥面总宽17.5m3.4 桥面横坡：双向2.0%3.5 桥面铺装：行车道采用平均10cm厚的混凝土调平层和3cm厚的混凝土磨耗层，人行道采用平均8cm厚的混凝土调平层和5cm厚的干浆砌毛面花岗岩3.6 桥位处气温：最低-9.3，最高43.1；拱肋合拢温度15253.7 库区设计水位标高：173.22m3.8 地震峰值加速度：0.05g；特征周期：0.35s3.9 设计洪水频率：1/100四、设计要点4.1 桥型及构造桥梁为总长1
6、92.0m的单孔中承式钢管混凝土组合拱，拱肋计算跨径为129.5m，计算矢高为37.0m。桥面以上部分采用钢管砼空间四肢式桁架结构，拱肋宽1.55m，跨中拱肋高2.5m，肋间中距11.0m。下弦轴线为拱轴系数m=1.543的悬链线，为了满足受力要求，下弦从拱脚向上到1/8L处横向用钢板将钢管平联成哑铃型；上弦轴线为悬链线与圆曲线的组合曲线，其中悬链线部分与下弦轴线平行，圆曲线部分伸入边孔，在桥台处与边孔轴线汇交，半径R=84.794m。上、下弦管分别为35112mm和35116mm的16Mn钢管，其内部灌注C50微膨胀混凝土。边孔为计算跨径23.8m，计算矢高8.5m的悬链线半拱，拱轴系数m=
7、1.167，钢筋混凝土箱形截面，箱高1.2m，宽2.0m，拱顶腹板厚25cm，顶底板厚25cm，截面由拱脚附近立柱处向拱脚处腹板厚度由25cm直线渐变到50cm，顶底板由25cm渐变到60cm。吊杆处上、下平联均为两个25号16Mn槽钢和两个20mm厚16Mn钢板相焊接的组合截面，其余所有平联和腹杆均为1528mm的16Mn空钢管，在边孔处分离的上、下弦管通过支撑杆相联，支撑杆采用1528mm的16Mn钢管，内灌水泥砂浆，外包成30cm30cm的矩形。预拱度在拱顶取值均为f=0.15m，其余各点按抛物线从拱顶到钢桁架下弦管锚固点分配。两条拱肋间共设置7道一字钢管风撑，间距14.4m，足以保证拱
8、肋合拢后施工阶段与营运时期的稳定安全。为了便于养护、避免水流浸蚀，桥面以下的拱肋外包混凝土，边孔采用钢筋混凝土箱形截面的半孔双肋拱桥，顶端支承于桥台处。钢桁架下弦管锚固在混凝土墩帽的预埋钢板上，上弦管锚固在边孔拱肋的台口处。4.2 横梁、帽梁吊杆处横梁4#20#为预制预应力钢筋混凝土工字梁，高120cm，翼板宽80cm，腹板厚35cm，全桥共需15片，吊装重量为25.3t；边孔腹孔墩帽梁为现浇钢筋混凝土T形梁，高 120cm，翼板宽80cm，腹板厚50cm； 4.3 吊杆全桥需要15对吊杆，纵向间距为7.2m。吊杆采用带有PE+PU（白色）管防护的19s15.2mm的柔性拉杆，两端采用OVM锚
9、具15-19固定于上弦管平联顶面及横梁底，与混凝土接触部分用1688mm的下导管，并作有防水及封端设施。4.4 桥面系行车道板采用预制钢筋混凝土T形梁，除1#4#、20#23#之间共6孔为跨径9.4m外，其余18孔均为7.2m跨径，全桥需预制T梁240片。为提高桥面系的整体稳定性，在预制的T形梁横向接头之间，预留了现浇混凝土接缝。除4#、20#横梁（伸缩缝处）上的T梁下设置滑板支座外，5#19#T梁下均不设支座，0#3#、21#24#帽梁上设橡胶支座。4.5 下部构造桥墩采用钢筋混凝土门式实体墩，并在其后加以倾斜以承受上部结构传来的推力，为了增大稳定性，桥墩建成后在其周围进行填土。腹孔立柱采用
10、80cm120cm的矩形钢筋混凝土截面。桥台采用轻型桥台，根据地形条件，将桥台前墙与耳墙直接生根于桥台处承台，并将耳墙前伸进行挡土。基础采用摩擦桩，桥台桩基为6根1.2m，桥墩桩基为9根1.5m，全桥共30根桩基。在计算摩擦桩时，偏安全的不考虑人工填土的摩擦力，只计入原地面线以下天然土的摩擦力。若成孔后有不良地质存在，须另行认真处理，实际桩长根据现场成孔情况另行确定。4.6 材料钢管内混凝土： C50微膨胀混凝土（膨胀率4.55.010-4）吊杆下横梁： C40混凝土边孔拱肋、主孔外包混凝土段： C40混凝土边孔立柱、帽梁： C30混凝土桥面T梁、湿接缝： C30混凝土桥面调平层： C30纤维
11、网混凝土墩身、桥台、承台： C30混凝土桩基础： C25混凝土拱肋钢桁架的弦管、腹杆、平联等均采用16锰无缝钢管及型钢，轴向抗压应力=200MPa，弯曲应力=210MPa，屈服点340MPa，其性能应符合国标相应要求。 五、计算内容上部结构计算包括对主拱圈钢管混凝土桁架、边孔、吊杆横梁、帽梁、吊杆及桥面T梁进行内力、应力计算，并进行持久状况承载能力极限状态和持久状况正常使用极限状态下内力、应力验算，并对拱肋钢管混凝土桁架进行施工阶段应力及内力验算，以及施工和运营阶段稳定性验算。下部结构计算包括桥墩承载力、稳定性计算及桩基承载力和桩顶位移计算。5.1主拱圈钢管混凝土桁架计算5.1.1模型建立采用
12、桥梁专用有限元计算程序Midas/Civil进行建模，拱肋钢管混凝土及横撑采用梁单元模拟，腹杆、平联采用梁单元模拟，边孔、桥面T梁均采用梁单元模拟，哑铃型处钢板用板单元模拟，吊杆采用桁架单元模拟。全桥模型共有单元2738个，节点1302个，整体模型如图5-1-1 所示，拱肋钢管混凝土桁架结构离散图见附录一。图5-1-1 全桥有限元计算模型计算温度荷载时，取合龙温度为20C，成桥运营阶段按升温25C，降温25C考虑。计算拱脚变位时，按单侧主墩向外发生1水平位移和0.5cm的竖向位移考虑。计算时只考虑了拱肋下弦混凝土段、边孔及边孔帽梁混凝土的收缩徐变，未计入钢管内混凝土的收缩徐变。5.1.2 施工
13、阶段计算分析1、施工阶段划分：本桥施工及过程主要划分为6个阶段，具体如表5-1-1所示；表5-1-1 施工阶段划分表施工阶段安装的构件施加荷载边界条件1吊装合拢钢桁架、横撑，支架浇注边孔结构自重管端固结2全桥对称浇注管内混凝土混凝土湿重、施工荷载管端固结3现浇下弦管拱脚混凝土及肋间横梁所加构件自重管端固结4对称安装吊杆、横梁及桥面系所加构件自重桥面约束5施工桥面铺装二期恒载管端固结6成桥运营5年活载、温度、基础变位管端固结2、施工阶段应力验算 表5-1-2 弦管施工阶段应力计算表 单位：MPa 截面位置节点号截面位置空钢管浇管内混凝土外包混凝土吊装横梁桥面系桥面铺装上弦管管端1钢管5.0916.0114.4714.8912.73管内砼0.000.00-0.17-0.16-0.48下弦拱脚对应处14钢管7.197.9620.2712.0511.39管内砼0.000.001.720.550.461/8L21钢管4.922.757.392.692.62管内砼0.000.000.67-0.06-0.101/4L28钢管-4.93-12.74-9.65-29.97-41.82管内砼0.000.000.45-2.55-4.303/8L34钢管-10.87-21.54-19.41-51.11-71.01管内砼0.000.000.31-4.34-7.2
