公铁两用桥计算书726.docx

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公铁两用桥计算书726

6东侧横门水道主跨780m公铁两用钢桁斜拉桥计算分析

6.1结构静力分析

6.1.1模型建立

采用有限元分析软件MIDAS建立由板、梁、索单元组成的三维空间有限元模型。

主塔、主桁、横联和桥面纵横梁等均采用直线梁单元模拟，桥面板采用板单元模拟，U肋折算成板厚计入模型，斜拉索采用桁架单元模拟。

全桥共2765个节点，共7307个单元。

图6.1-1桥梁有限元模型

6.1.2设计参数确定

（1）材料参数

钢材：

弹性模量E=2.1e11Pa，松泊比尸0.3，线膨胀系数

a1.2e-5。

斜拉索：

弹性模量E=2.0e11Pa，松泊比尸0.3，线膨胀系数

a1.2e-5。

C50混凝土：

弹性模量E=3.55e10Pa,松泊比尸0.2,线膨胀系数a1.0e-5。

（2）边界条件

塔底承台直接固结。

因为阻尼器的存在，在不考虑制动力工况下，

全桥无顺桥向约束。

在考虑制动力工况下，阻尼器参与抵抗制动力,两个主塔均考虑为塔梁固定支座。

具体边界条件见下表。

表6.1-1边界条件表

纵向位置

Ux

Uy

Uz

Rx

Ry

Rz

边墩

0

1

1

0

0

0

辅助墩

0

1

1

0

0

0

桥塔

0

1

1

0

0

0

注：

0表放松，1表约束

（3）设计荷载

一期恒载：

主塔、索根据构件实际容重计算，钢桁梁采用整体节点板，故考虑1.3的构造系数。

二期恒载：

二期恒载按300kN/m计算。

公路桥面铺装6cm环氧沥青混凝土+防撞栏杆；铁路桥面二期恒载包括混凝土道砟槽、道砟、轨道结构和辅助附属结构等。

活载：

公路活载按8车道加载，汽车荷载等级按公路-I级取用；铁路活载按两线中-活载加载。

（4）支座沉降：

按不均匀沉降主塔基础3cm，其他基础2cm考

虑。

（5）温度

体系温差：

混凝土主塔±5C,斜拉索、钢梁及桥面板±30C;局

部温差：

主塔支C、索梁温差±0C。

（6）风荷载：

极限风：

34m/s

（7）制动力：

铁路制动力，按单线列车的10%确定。

（8）列车横向摇摆力：

按规范取100kN作用于最不利位置。

（9）冲击系数：

公路冲击系数按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004中规

定计算。

铁路冲击系数按《铁路桥涵设计基本规范》中规定计算。

6.1.3荷载组合

荷载组合有以下几种：

组合一（恒载）：

一恒+二恒+基础沉降+压重荷载。

组合二（主力）：

恒载+活载。

组合三（主+纵附）：

主力+温度+制动力+顺风。

组合四（无车）：

恒载+顺桥向风力。

组合五（主+横附）：

主力+温度+横向有车风+横向摇摆力。

组合六（无车）：

主力+横桥向风力。

6.1.4静力计算

计算主要侧重于成桥状态下主要构件的结构的刚度验算和强度验算。

结果汇总如下。

以下所有结果单位均如下：

力kN，长度mm,

应力MPa，应力以拉为正，压为负。

（1）结构刚度

结构竖向、横向刚度结果汇总见下表：

表6.1-2刚度结果汇总

项目

荷载

数值（mm）

挠跨比

主跨跨中挠度（cm）

0.9X两线中-活载+0.75X八车道公路I级荷

载

-903.7

1/863<1/650

梁端竖向转角

（rad）

0.9X两线中-活载+0.75X八车道公路I级荷

载

1.2%o

<2%

梁端纵向位移（cm）

体系升温

293.7

体系降温

-293.7

跨中横向位移（cm）

风力+摇摆力+整体升温30C

303.4

1/2571

（2）主桁应力

主桁在运营工况下的应力见下图

a.主上弦应力

恒载工况下应力图

主力工况下应力图

主+附工况下应力图

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图6.1-2上弦应力包络图

从上图可以看出，主上弦杆件最大拉应力为100.2MPa，发生在辅助墩附近，主跨跨中也有拉应力，其值为84.2MPa;最大压应力为184MPa，发生在主塔附近。

由计算结果可知：

主力工况下，杆件应力均小于规范弯曲应力允许值[dw]=220MPa;主力+附加力工况下，杆件应力均小于规范弯曲应力允许值1.2Hdw]=264MPa。

b.副上弦应力

恒载工况下应力图

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主力工况下应力图

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主+附工况下应力图

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图6.1-3上弦应力包络图

从上图可以看出，副上弦杆件最大拉应力为146.3MPa，发生在

主跨跨中，辅助墩附近也有拉应力，其值为74.5MPa;最大压应力为

187.1MPa，发生在主塔附近。

由计算结果可知：

主力工况下，杆件应力均小于规范弯曲应力允许值[dw]=220MPa;主力+附加力工况下，杆件应力均小于规范弯曲

应力允许值1.2Hdw]=264MPa。

从上图可以看出，下弦杆件最大拉应力为76.1MPa，发生在辅助墩附近；最大压应力为241.1MPa，发生在主塔支座处。

除开主塔支座处这一点压应力，下弦杆件其它部位压应力下降较快，最大压应力

为220.4MPa，主力工况下为198.7MPa，发生在主塔附近

由计算结果可知：

主力工况下，杆件应力均小于规范弯曲应力允

许值[dw]=220MPa;主力+附加力工况下，杆件应力均小于规范弯曲应力允许值1.2Hdw]=264MPa

d.腹杆应力

恒载工况下应力图

■

—

口/

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—

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4.3Lj

主力工况下应力图

主+附工况下应力图

图6.1-5腹杆应力包络图

从上图可以看出，腹杆最大拉应力为232MPa，发生在边墩辅助

墩之间；最大压应力为176.9MPa，发生在边墩附近。

除开边墩辅助墩附近，腹杆杆件其它部位压应力下降较快，最大压应力为173MPa,发生在主塔附近。

由计算结果可知：

主力工况下，杆件应力均小于规范弯曲应力允

许值[dw]=220MPa;主力+附加力工况下，杆件应力均小于规范弯曲

应力允许值1.2Hdw]=264MPa。

（3）拉索应力

IM.T£212EH.7

1WI.7*H£4iE3.7灼L"亦4H.L><皿*4.

由于结构跨度很大，斜拉索面积很大，已超过常规拉索型号，为减小拉索面积，每片主桁上弦杆件上设置两根拉索。

以下为拉索在成桥和运营工况下的应力图（图中为半结构）。

边跨中跨

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图6.1-6恒载工况下索面应力图

边跨

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1

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图6.1-7主力工况下索面最大应力图

边跨中跨

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图6.1-8活载工况下索面应力图

从上图可以看出，在恒载作用下，拉索最大应力不超过529.7MPa,在运营情况下，拉索最大应力不超过644.6MPa。

运营过程中，斜拉最大索力均小于拉索承载能力的40%。

活载工况下，斜拉索最大应力为125.6MPa，不超过疲劳允许值[d=200MPa

（4）主塔应力

运营阶段主塔应力见下图:

4,3

23

1.5

0.6

LLD■1.1-L9■2.7-3j6-4.4-E.3

3.7700E*001

4.5

2.9

1.2

0*口

■2.0

-3,7

-S.6

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7,5

审

2.3

1.2

0.0

-2.9

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13.2-15.3

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S.5

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1.3

0.0

-3.B

-6.4

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-193

图6.1-9主塔应力

由以上图可得出，运营工况下，塔身基本处于受压，主力下最大

压应力为15.3MPa，主塔压应力小于规范压应力允许值

[d=16.8MPa。

拉应力出现在下横梁，这是因为计算没有考虑预应力

筋的缘故，可以暂不考虑。

（5）结论

根据以上计算结果，静力计算满足规范要求

6.2自振特性计算

模型中不考虑桩基时，自振频率如下。

自振频率结果汇总表2.3

编号

频率（Hz）

周期（s）

模态

1

0.126

7.853

纵向

2

0.159

6.216

横弯

3

0.279

3.546

竖弯

第一振型纵向

第二振型横弯

第三振型竖弯

图2.2自振频率图