公铁两用桥计算书726.docx
《公铁两用桥计算书726.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《公铁两用桥计算书726.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
![公铁两用桥计算书726.docx](https://file1.bdocx.com/fileroot1/2023-2/10/b270dc84-0642-4716-b5de-dad36b1a2e94/b270dc84-0642-4716-b5de-dad36b1a2e941.gif)
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
仙占
4C.C
•心"H心
■IO&.E
-IffiS
UIJ
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
.iiEJ
BiQQ
骑£
H.4
4M
-stn
知P
J
13L5
■ML月
---
D
IIf™
主力工况下应力图
w
-1';lxuJZt-r
■树
TL.a
B-44.J
37.1
皿
1J
[丄一…丄
I
一丁
■^3jC
ID.?
j-117.J
-■*46■-17L.I.
主+附工况下应力图
1
BJLfiXF
K£.
阳3i
Ig.
-3E£
J
■
JM—NILL-
j
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/
—
204
—
DJI
—
—
-its
—
-Sts
—1
|-|
-Qin
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
/\''、
曲【卞■WjJgW*91亦贰®汽旳pF占焦、;席新-卑*澤和每吋再i■*■*产产庐枷;r
图6.1-6恒载工况下索面应力图
边跨
”广兀£“Jfj
中跨■
1
.4*4A
435d
14i?
J
-!
^□B.L
9M.1
■'咛円0
-■■:
r
1
—
m
^f£E
yy£/i
辛密気%轨听*沁毗.W-忌4:
門e苗r1
1弓3
■仙2
图6.1-7主力工况下索面最大应力图
边跨中跨
:
-.•-■<--
孑;冬塗沬.■■■
-.rt■、'一wx_一、、--1“-=f.
■//I\\
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
-10.Z
7,5
审
2.3
1.2
0.0
-2.9
■4.9
Z0耳i-1L.2
13.2-15.3
HQ
S.5
?
.9
1.3
0.0
-3.B
-6.4
-11^
-1+.1
-1&J
-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