307+100+307m钢桁拱桥 长江路大桥计算书典尚设计Word格式.docx
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1、桥型与孔跨布置
主桥采用1联(30.7+100+30.7)m钢桁拱桥,主桥全长161.4m。
2、桥梁横断面布置
桥梁横断面布置为:
1.5m(人行道、栏杆)+3.0m(非机动车道)+2.0m(拱肋及吊杆区,含防撞护拦)+23.0m(机动车道)+2.0m(拱肋及吊杆区,含防撞护拦)+3.0m(非机动车道)+1.5m(人行道、栏杆),桥面全宽36.0m。
三、桥梁结构设计
1、上部结构设计
本桥上部结构采用连续钢桁拱结构,两片承重主桁间距为25m,主桁间距远大于桥梁宽跨比1/20的要求,通过合理的系杆与桥面结构布置,具有良好的横向刚度。
主跨拱圈矢高20m,矢跨比接近1/4,拱脚在桥面以下高度为6m;
边跨计算跨度30m,平弦钢桁梁主桁高度9.5m。
桁梁和拱肋的标准节间距为5m。
弦不分上下弦杆、拱部分上下弦杆、加劲弦杆、系杆均采用箱形截面,横梁采用工字形截面、设有纵横加劲肋,吊杆、腹杆及平纵联均采用工字形截面。
桥面板主要采用钢筋混土Π形板,边跨机动车道部分为了增加压重而采用矩形截面钢筋混凝土板,人行道部分全桥均采用槽形板。
2、下部结构设计
本桥下部结构采用柱式墩、钻孔灌注桩基础,9、10号墩桩径1.5m,8、11号墩桩径1.2m。
四、图纸中存在的问题
本桥采用钢结构,虽然造价较高,但结构新颖美观。
总体来说设计文件图表清晰,各种设计计算参数取值合理,结构构件尺寸较为优化。
这种结构在国外的高速铁路桥梁上采用较为普遍,其主要受力特点是横竖向刚度大、稳定性好,国内目前在京沪高速铁路南京长江大桥上采用此方案,但还未实施。
本次计算复核所收到的图纸不全,主要缺桥面系、施工方法及施工步骤、全桥主要工程数量表、和设计说明的图纸。
从收到的图纸来看,有以下问题:
1、《主桁结构总图》中的上平联、拱桁下平联及桥门架设计图与相应的详图相矛盾。
2、《端桥门架设计图》中的QM1-3及QM1-4杆件图与数量表中的尺寸不符。
3、《杆件图二十六》中的N2钢板厚应为16mm。
4、桥面板未铺到伸缩缝处,只到端横梁的一半处,从端横梁中心到伸缩缝处的设计图纸没有。
五、主要设计计算参数
1、钢桁拱均采用Q345q钢,弹性模量为2.1×
105Mpa,其计算容重取钢材实际容重的1.18倍(按现有图纸合计全桥总的用钢量为:
1870.3吨),为γ=92.38kN/m3。
构件名称
单位
重量
弦杆
kg
380193.2
斜杆
90377.2
竖杆
127205.8
横梁
482244.8
托架
124349
上平联
147839.7
普通下平联
116159
下平纵联(拱)
124085.3
加劲弦下平联
45857.6
加劲弦横联
22285.8
A节点
48915
E节点
83106.6
M4~M6节点
12043
系杆节点
23078
端桥门架
16425
A6处桥门架
10054
E8至E9间桥门架
16086
全桥合计
1870305
全桥合计(计入2%螺栓重)
1907711.1
2、钢筋混凝土容重:
γ=25kN/m3;
3、桥面铺装沥青混凝土容重为22kN/m3,由于本次复核计算时没有桥面铺装及其它桥面系的图纸,所以暂定为8cm厚的沥青混凝桥面铺装。
4、人行道、栏杆、防撞墙等也没有图纸,按下表取值:
项目
断面面积
每延米重
m2
kN/m
人行道混凝土
0.304
7.6
人行道地砖
0.0625
1.25
钢栏杆
0.6
防撞墙
0.308
7.7
5、活载:
本桥采用的活载等级为:
公路-1级;
人群荷载:
按照《城市桥梁设计荷载标准》取值:
2.4kN/m2;
非机动车道也是人群荷载控制。
冲击系数:
按《城市桥梁设计荷载标准》规定计算。
6、温度力:
钢材线胀系数为0.000012,本次计算暂不考虑温度力。
7、基础不均匀沉降:
相邻两桥墩基础不均匀沉降值取1cm,本次计算暂不考虑。
8、地震力荷载
按《公路工程抗震设计规范》采用反应谱理论计算。
由于地震无资料,本次计算只算出自振频率。
六、二期恒载在横梁及托架上的分布
按照以上取值,可以计算出二期恒载(包括人行道、栏杆、防撞墙、桥面铺装)分配到各横梁及托架上的集中力和均布力如下(其中P为集中力,q为均布力):
TO托架
荷载类型
数值(kN,kN/m)
位置
x1
x2
附注
P
1.50
0.1250
栏杆
q
27.19
0.0000
1.5000
人行道
16.84
5.00
非机动车道
19.25
4.75
T1~T16托架
3.00
54.37
33.67
38.50
横梁H0
0.7500
33.12
0.70
24.30
机动车道
24.25
横梁H1
66.24
横梁H2
53.39
横梁H3~H16
40.55
七、计算模型
采用空间计算模型,对主桥钢桁拱分别进行了静力计算、稳定计算及自震特性计算。
为了比较准确地掌握结构的受力状况,验证结构的安全性,对结构分别按梁单元及桁架单元建立模型模拟计算。
计算采用《MIDAS/CivilVer5.9.0》有限元结构分析软件。
共有462个节点,887个单元。
机动车、非机动车及人群活载均按最不利影响线加载。
八、结构离散图
九、桥梁自振特性分析
自振分析中桥梁的二期恒载转化为节点集中质量,其自振周期见下表:
模态号
频率
周期
容许误差
(rad/sec)
(cycle/sec)
(sec)
1
8.730
1.389
0.720
1.86E-16
2
9.695
1.543
0.648
7.56E-16
3
10.152
1.616
0.619
5.52E-16
4
12.439
1.980
0.505
3.67E-15
5
13.455
2.141
0.467
2.20E-15
6
13.527
2.153
0.465
9.32E-16
7
14.872
2.367
0.422
8.66E-14
8
17.791
2.832
0.353
2.58E-11
9
21.305
3.391
0.295
6.88E-06
10
21.891
3.484
0.287
3.98E-03
前三阶振形如下:
1、振形一:
2、振形二:
3、振形三:
十、稳定性分析
从得弹性稳定分析来看,本桥的整体稳定性较好。
模态
特征值
18.575
2.56E-06
20.639
4.10E-13
21.149
4.96E-04
1、失稳模态一:
2、失稳模态二:
3、失稳模态三:
十一、主要计算结果
(一)按梁单元计算
按梁单元计算,等于在计算中计入了节点刚性在主桁杆件中引起的次应力。
钢材的容许应力为:
[σ]=1.45×
210=304.5MPa
1、上弦杆:
σmax=196.7MPa,σmin=-245.2MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,所有构件强度满足要求。
2、下弦杆:
σmax=273.1MPa,σmin=-324.8MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,拱脚E6E7弦杆应力超限,不满足强度要求,其它杆件强度满足要求。
3、竖杆:
σmax=230.1MPa,σmin=-703.5MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,边跨加劲弦E4M4及E5M5竖杆应力超限,不满足强度要求,这主要是因为此两根竖杆长度太短,次内力太大而引起的。
其它杆件强度满足要求。
4、斜杆:
σmax=226.4MPa,σmin=-173.4MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,各杆件强度满足要求。
但应注意A7M6杆的稳定性。
5、系杆:
σmax=294.8MPa,σmin=118.1MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,各杆件强度满足要求。
6、吊杆:
σmax=362.9MPa,σmin=100.2MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,E8M8吊杆应力超限,不满足强度要求,这主要是因为杆件长度太短,次内力太大而引起的。
7、横梁:
σmax=73.4MPa,σmin=-212.4MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,各杆件强度满足要求。
(二)按梁单元计算
[σ]=210MPa
σmax=128.0MPa,σmin=-195.2MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,所有构件强度满足要求。
σmax=164.7MPa,σmin=-207.6MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,弦杆强度满足要求,但E11E12弦杆应力富余值太小。
σmax=194.1MPa,σmin=-164.4MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,各杆件强度满足要求。
σmax=193.1MPa,σmin=-132.3MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,各杆件强度满足要求。
σmax=196.7MPa,σmin=103.4MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,各杆件强度满足要求。
σmax=148.2MPa,σmin=103.2MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,各杆件强度满足要求。
σmax=44.6MPa,σmin=-235.0MPa(其中拉应力为正,压应力为负),具体位置见下图,H1横梁应力不满足要求,其它横梁强度满足要求。
(三)结论及修改意见
通过以上计算及对比可以看出:
1、拱脚E6E7弦杆应力超限,不满足强度要求,建议将杆件板厚加大。
2、E11E12弦杆应力富余值太小,建议将杆件板厚加大。
3、边跨加劲弦E4M4及E5M5竖杆应力超限,不满足强度要求,这主要是因为此两根竖杆长度太短,次内力太大而引起的。
可以在满足截面正应力的情况下修改杆件截面,减小其抗弯刚度,或者可以以铰接的方式和节点相连。
4、虽然斜杆各杆件强度满足要求,但由于A7M6杆受压较大,而其长度又最长,所以应注意A7M6杆的稳定性。
5、以梁单元计算时,E8M8吊杆应力超限,不满足强度要求,这主要是因为杆件长度太短,次内力太大而引起的。
可以在满足截面正应力的情况下修改杆件截面,减小其抗弯刚度,或者可以改善其和节点的联结方式。
6、在目前假定的桥面系重量下,运营阶段横梁H1的应力不满足要求,σmin=-235.0MPa(其中拉应力为正,压应力为负),应修改其截面尺寸及板厚。
(四)恒、活载位移(按梁单元计算)
1、恒载:
2、活载:
(五)杆件内力(按桁架计算)
1、上弦杆(轴力):
2、下弦杆(轴力):
3、竖杆(轴力):
4、斜杆(轴力):
5、系杆(轴力):
6、吊杆(轴力):
7、横梁(弯矩):