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）：