阔口大桥静力监控报告.docx

1、阔口大桥静力监控报告莆田市阔口大桥设计监控最终研究报告（静力部分）阔口大桥位于福泉高速公路沙坂互通立交和莆田市城厢区的连接线上，木兰溪中游，是车辆由城厢区进入高速公路和由高速公路进入市区的必经之路，也是莆田市内陆山区通往湄洲湾港口的主要通道。新建阔口大桥分左右半桥在旧阔口大桥两侧，根据规划道路用地调整与旧桥间隔，但最小间距不得小于2米。新桥与旧桥走向平行，新桥桥梁总长113.72米。根据地质状况，旧桥状况，工程审定方案及建设单位意见，桥跨布为一孔净跨99米的钢管砼系杆拱桥面连续，全桥仅在两端桥台各设一道伸缩缝。主跨为净跨径99米的钢管下承式系杆拱，净矢跨比1/5，净矢高19.8米。拱肋采用双肢

2、mm钢管加中部间距500mm的钢板一对构成哑铃型钢管，管壁钢板14mm厚，内填C14砼，拱脚处拱肋下部加劲为矩形断面。肋间设四道钢管横系梁。每肋拱脚间用钢绞线作为预应力系杆，以承担恒载作用下的拱脚水平推力。每肋下的系杆为4根，每根为37束的钢绞线，系杆锚具为OVMXG15-37。吊杆为110高强低松弛钢丝。吊杆横梁为钢筋砼工字梁。吊杆间距6m。桥面板为钢筋砼板式预制结构，湿接缝连接。桥面铺装为10cm厚的C30防水钢筋砼。为加强桥面系的整体性，在系杆处设加劲纵梁。桥台构造从受力特点上可以分为主要承受桥跨荷载与主要承受台填土荷载的两大部分。承受桥跨荷载的下部构造又桥台立柱、承台及钻孔灌注桩组成；

3、承受台后填土及路面荷载由桥台前墙、侧墙、桥台基础组成。根据福州大学土木建筑设计研究院提供的莆田市阔口大桥工程施工图设计文件，同济大学桥梁工程系混凝土桥梁研究室，按如下内容对该桥进行了结构静力分析监控： 从施工至成桥过程模拟的结构状态； 使用期汽车、挂车及人群荷载作用下的结构状态； 其它荷载作用下的结构状态； 拱的受力分析； 横梁受力状态； 桥面板受力状态； 桥梁下部结构状态。 结构静力分析监控结果报告如下。1结论与建议概要 在施工阶段，99m跨结构拱肋和钢系梁的应力均满足规范要求；85m跨拱肋应力满足规范要求，混凝土系梁拉应力超过规定值7.5%。 在使用阶段，190m跨钢系梁的应力满足规范要求

4、，因预应力较大钢系梁材料强度未充分利用，故可适当降低预应力度。85m跨系梁应力满足预应力混凝土B类构件的受力要求，但应力变化幅度较大。建议增加85m跨系梁预应力度，使其预应力度不低于预应力混凝土A类构件的要求。 各跨拱肋极限承载能力满足要求。190m跨上拱肋应力偏高，需适当调整；85m跨拱肋应力基本满足规范要求。 各跨吊杆应力满足规范要求。但施工图中吊杆设计初始拉力取值不能满足结构受力要求。 190m跨各钢横梁应力满足规范要求；墩上立柱横梁满足预应力混凝土B类构件要求；端横梁满足预应力混凝土A类构件要求。建议各预应力混凝土横梁的预应力度以A类构件要求为限。 85m跨拱上立柱横梁在恒载作用下出现

5、拉应力，建议适当调整预应力线形；下层吊杆横梁满足部分预应力混凝土B类构件的要求；墩上立柱横梁和端横梁满足预应力混凝土A类构件要求。建议各预应力混凝土横梁的预应力度以A类构件要求为限。 各种桥面板强度及裂缝宽度均满足规范要求。 考虑桩身强度要求，施工时应先施工小跨至拱肋混凝土浇注完成，然后再吊装大跨拱肋。2静力分析监控依据2.1基本资料（1）杭州市钱江四桥（复兴大桥）第一册 总图与下部结构施工图 工程编号：00-C-15（2002.7） 杭州市城建设计研究院（2）杭州市钱江四桥（复兴大桥）第二册 总图与附属部分施工图 工程编号：00-C-15（2002.7） 杭州市城建设计研究院（3）杭州市钱江

6、四桥（复兴大桥）第三册 85米跨上部结构施工图 工程编号：00-C-15（2002.7） 杭州市城建设计研究院（4）杭州市钱江四桥（复兴大桥）第四册 190米跨上部结构施工图 工程编号：00-C-15（2002.9） 杭州市城建设计研究院（5）杭州市钱江四桥（复兴大桥）第五册 连续梁上部结构施工图 工程编号：00-C-15（2002.9） 杭州市城建设计研究院（6）杭州市钱江四桥（复兴大桥）详勘 工程地质报告（2001.9） 铁道部大桥工程局勘测设计院2.2静力分析监控基本参数2.2.1材料（1）混凝土 分隔带砼 C20混凝土； 桥面板 C25混凝土； 桥台钻孔灌注桩、桥台立柱、纵梁、箱形横梁

7、、主跨横梁、现浇桥面铺装及绞缝 C30混凝土； 拱脚结点 C40混凝土。（2）普通钢材 非预应力筋采用II级螺纹钢筋，构造钢筋采用I级钢筋，钢板采用A3钢。（3）预应力钢材外肋吊杆索体为黑色单层PES5127拉索，配套锚具采用OVMDS5-127锚具。内肋吊杆索体为，黑色单层PES591拉索，配套锚具采用OVMDS5-91锚具，冷铸墩头锚；系杆为4束，每束为37mm（7）高强度低松弛钢绞线，冷铸墩头锚。2.2.2荷载（1）恒载 混凝土结构容重；钢管容重； C30防水混凝土桥面铺装容重； 分隔带荷载集度（每侧）；（2）活载汽车超20，挂车20级，人群荷载4.0KN/m2； 桥梁上部结构取纵向1/

8、2结构，计算外肋半桥，横向分布采用杠杆法。（3）活载横向分布m汽20=2.661（2车道控制），m挂100=0.72。 m人群=1.484，m满人=0.745。（4）附加荷载 结构整体升降温；2.3采用技术规范（1）公路工程技术标准（JTJ 00197）；（2）城市桥梁设计荷载标准（CJJ7798）；（3）公路桥涵设计通用规范（JTJ 02189）；（4）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ 02385）；（5）公路桥涵地基与基础设计规范（JTJ 02485）；（6）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 02586）；（7）铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-99）；（8）

9、预应力混凝土用钢丝（GB 522385）；（9）公路桥涵施工技术规范（JTJ 0412000）；（10）钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ 0189）。3静力分析监控内容3.1 施工阶段结构状态分析施工序号施工工况1安装桥台、立柱2安装拱肋、系杆，第一次张拉系杆3灌注钢管拱肋混凝土，第二次张拉系杆4安装吊杆、横梁、纵梁，第三次张拉系杆5焊接纵梁、横梁6安装桥面板，第四次张拉系杆7浇注分隔带，安装人行道板，第五次张拉系杆8浇注桥面铺装，安装栏杆，第六次张拉系杆3.2 使用期结构状态分析3.2.1 汽车、挂车及人群作用下的结构状态分析3.2.2考虑收缩、徐变、温度变化等的结构状态分析 3.3 横

10、梁结构状态分析（1）吊杆横梁（2）端横梁3.4 桥面板结构状态分析 实心板3.5 下部结构结构状态分析4静力分析监控结果4.1上部结构4.1.1 190m跨结构（1）施工阶段结构状态计算得到：施工阶段钢系梁包络应力（图 1），上拱肋钢管包络应力（图 2），下拱肋钢管包络应力（图 3）。因设计提供的吊杆拉力无法满足受力要求，此计算分析的吊杆拉力由监控单位自定。图 1 施工阶段钢系梁包络应力图图 2 施工阶段上拱肋钢管包络应力图图 3 施工阶段下拱肋钢管包络应力图拱肋钢管施工阶段各控制截面包络应力见表1。表1 190m跨施工阶段最大包络应力（单位：Mpa，以压为正） 190m跨结构在施工阶段应力均

11、满足规范要求。（2）使用期结构状态分析（a）成桥状态吊杆索力 成桥状态吊杆索力计算结果见表2及表3。表中恒载吊杆内力指轨道附加荷载已经作用之后的状态。（b）成桥状态系梁、拱肋、吊杆应力 成桥初期结构恒载应力状态为： 系梁钢箱的最大压应力为59MPa，发生在跨中附近截面上缘，最小压应力30MPa，发生在近拱脚附近系梁截面下缘； 上拱肋钢管的最大压应力165 MPa，发生在拱肋与上层桥面交接附近的钢管截面上、下缘，混凝土的最大压应力11.40 MPa，发生在拱脚处截面上缘； 下拱肋钢管的最大压应力165MPa，发生在拱脚截面下缘，混凝土的最大压应力7.91 MPa，发生在拱顶截面上缘； 下层吊杆的

12、最大应力为261 MPa，发生在第11、13根吊杆，上层吊杆的最大应力233MPa，发生在边吊杆。桥梁成桥初期恒载状态下190m跨组合拱的上拱肋、下拱肋及系梁的应力图，见图4、8、12。将恒载状态的应力与最不利状态下的活载应力进行组合：上层桥面荷载为汽车-20级，下层桥面外侧为人群荷载，内侧为公交车道（汽车-20级），中间为轻轨荷载。在最不利荷载组合情况下，上、下拱肋钢管及混凝土包络应力、系梁钢箱包络应力，见图 57、911、1315。将恒载状态的应力与上层汽车、下层汽车、下层人群、轻轨、收缩徐变、预应力引起的应力相叠加（组合），得到的上下拱肋钢管及混凝土应力、系梁钢箱控制应力如下： 系梁钢箱

13、最大压应力104MPa，发生在四分点附近截面上缘；最大拉应力-28Mpa，发生在四分点附近截面下缘； 上拱肋钢管最大压应力232 MPa，发生在拱肋与上层桥面交接附近截面上缘；最小压应力55 MPa，发生在拱顶截面下缘；混凝土最大压应力18.86 MPa，发生在上层桥面与四分点之间截面上缘，最大拉应力-0.99 MPa，发生在四分点截面上缘； 下拱肋钢管最大压应力196MPa，发生在拱肋与上层桥面交接附近截面下缘；最小压应力60 MPa，发生在拱顶钢管下缘；混凝土最大压应力为15.65MPa，发生在四分点截面下缘；最大拉应力为-2.71Mpa，发生在四分点截面下缘； 下层吊杆最大应力340MP

14、a，吊杆最大应力幅度为85 Mpa，发生在第6、18根吊杆处； 上层吊杆最大应力321MPa，吊杆最大应力幅度为100Mpa，发生在边吊杆处。计算结果表明，在全部最不利荷载组合作用下，系梁钢箱应力低，均满足要求，可适当降低钢系梁预应力度；上拱肋钢管应力偏高，下拱肋钢管应力满足规范要求；吊杆应力满足规范要求。表2 190m跨吊杆索力表（单位：kN）表3 190m跨吊杆索力表（单位：kN）（3）拱肋极限承载力 根据国家建筑材料工业局标准钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ01-89），取最不利的拱脚断面（非哑铃形段）进行极限承载力验算，结果如下表。表4 190m跨拱脚断面极限承载力（kN）位置及项

15、目极限承载力Ne最不利荷载组合效应Nj拱肋拱脚192503141381 计算结果表明，钢管混凝土拱肋极限承载力满足要求。（4）支座反力 支座反力结果见表5。表5 190m跨支反力（单位：kN）恒载恒载+上层汽车+下层汽车+下层人群+轻轨恒载+上层挂车+下层汽车+下层人群+轻轨662607054069040设计所选支座承载力满足要求。4.1.2 85米边跨（1）施工阶段结构状态分析根据施工图提供的85m跨施工过程，经施工阶段结构分析，得到钢管拱肋包络应力（图 16），混凝土系梁包络应力（图 17）。图 16 施工阶段拱肋钢管包络应力图图 17 施工阶段混凝土系梁包络应力图各控制截面施工包络应力见

16、表6。拱脚附近系梁上缘最大拉应力-3.71Mpa、跨中系梁下缘最大拉应力-1.64Mpa，均出现在张拉第二批系梁预应力束、临时固结未取消时。根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规定，施工阶段拉应力的限值为-3.45Mpa，超过规定值7.5%。施工阶段拱肋混凝土应力满足规范要求。（2）使用期结构状态分析（a）成桥状态吊杆索力 成桥状态吊杆索力计算结果见表7。（b）成桥状态系梁、拱肋、吊杆应力成桥初期结构恒载状态的应力为： 系梁混凝土的最大压应力为6.01MPa，发生在四分点附近截面上缘；最小压应力4.06Mpa，发生在近拱脚附近系梁下缘截面； 拱肋钢管的最大压应力165 MPa，发生在拱脚截

17、面下缘；拱肋混凝土的最大压应力11.17 Mpa，发生在拱脚截面下缘； 吊杆的最大应力为397 MPa，发生在中间吊杆处；桥梁成桥初期恒载状态下85m跨组合拱的拱肋、系梁的应力图，见图18、21。将恒载状态的应力与最不利状态下的活载应力进行组合：上层桥面荷载为城-A，下层桥面外侧为人群荷载，内侧为公交车道（汽车-20级），中间为轻轨荷载。在最不利荷载进行组合情况下，得到的拱肋钢管及混凝土包络应力、系梁混凝土包络应力，见图1920、2223。将恒载状态的应力与上层汽车、下层汽车、下层人群、轻轨、收缩徐变、预应力引起的应力相叠加（组合），得到的拱肋钢管及混凝土应力、系梁控制应力如下： 系梁混凝土的

18、最大压应力13.25MPa，发生在四分点附近截面上缘；最大拉应力-5.05Mpa，发生在四分点附近截面下缘； 拱肋钢管最大压应力212 MPa，发生在四分点附近截面上缘；最小压应力93 MPa，发生在四分点附近截面下缘；拱肋混凝土最大压应力18.89 MPa，发生在四分点附近截面上缘；最小压应力2.29 Mpa，发生在四分点附近截面下缘； 吊杆最大应力535MPa，吊杆最大应力幅度为201 Mpa，发生在第5、9根吊杆处。计算结果表明，在全部最不利荷载组合作用下，系梁混凝土应力满足B类预应力混凝土构件的要求；拱肋四分点附近钢管应力比容许应力超9.3%，基本满足规范要求；吊杆应力满足规范要求。（

19、3）拱肋极限承载力 根据国家建筑材料工业局标准钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ01-89），取拱肋最不利的断面进行极限承载力验算，结果如下：表8 85m跨拱肋断面极限承载力（kN）位置及项目极限承载力Ne最不利荷载组合效应Nj拱脚截面最大轴力时12123668637最大弯矩时10540155612四分点截面最大轴力时11443263301最大弯矩时7373153484 计算结果表明，钢管混凝土拱肋极限承载力满足要求。（4）支座反力支座反力结果见表9。表9 85m边跨支反力（单位：kN）恒载恒+上层汽车+下层汽车+下层人群+轻轨27000 33560 设计所选支座承载力满足要求。4.2横梁结

20、构状态分析4.2.1 190m跨结构（1）下层吊杆横梁下层吊杆钢横梁间距为8米，其上作用的荷载包括工字型组合混凝土钢梁的自重、空心板、板的重量、铺装、栏杆、轨道的重量，和汽车、人群和轻轨的活载。取最不利组合验算，结果见下表。表10. 190米下层中吊杆钢横梁验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面荷载效应容许应力是否满足支点截面最大 (压)43.4194满 足支点截面最小 (拉)-83.8-194满 足跨中截面最大（压）191.0194满 足跨中截面最小（拉）-192.8-194满 足表11 190米下层边吊杆钢横梁应力验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面荷载效应容许应力是否满足支点截

21、面最大 (拉)43.4194满 足支点截面最小 (压)-83.7-194满 足跨中截面最大（拉）159.9194满 足跨中截面最大（拉）-158.3-194满 足计算结果表明，190m跨下层吊杆钢横梁应力满足规范要求。（2）上层吊杆横梁上层吊杆钢横梁间距为8米，其上作用的荷载包括箱型组合混凝土钢梁的自重、板的重量、铺装、栏杆、防撞栏的重量，和汽车、挂车的活载。荷载标准为汽20，挂车100。取最不利组合验算，结果见下图及下表。图 24 上层吊杆钢横梁组合正应力图 25 上层吊杆钢横梁组合正应力表12. 190米上层吊杆横梁验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面组合I组合容许应力是否满足钢横梁

22、最大应力83.149.6194满 足钢横梁最小应力-125.5-119.5-194满 足计算结果表明，上层吊杆横梁应力满足规范要求。（3）拱肋横梁上层拱肋横梁与拱上横梁和吊杆横梁的间距均为8米，其上作用的荷载包括箱型钢梁的自重、板的重量、铺装、栏杆、防撞栏的重量，和汽车20、挂车100的活载。计算结果见下图及下表。图 26. 拱肋钢横梁组合I作用钢梁正应力图 27. 拱肋钢横梁组合III作用钢梁正应力表13. 190米拱肋钢横梁验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面组合I组合III容许应力是否满足钢横梁最大应力98.1101.0194满 足钢横梁最小应力-102.4-105.6-194满

23、足计算结果表明，拱肋横梁应力满足规范要求。（4）拱上立柱横梁上层拱上立柱横梁与墩上立柱横梁的间距为9.5米，和拱肋横梁之间间距为8米，其上作用的荷载包括箱型钢梁的自重、板的重量、铺装、栏杆、防撞栏的重量，和汽20，挂车100的活载。计算结果见下图及下表：图 28. 190米拱上立柱钢横梁组合I钢梁正应力图 29. 190米拱上立柱钢横梁组合III钢梁正应力表14. 190米拱上立柱钢横梁验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面组合I组合III容许应力是否满足钢横梁最大应力87.3487.20194满 足钢横梁最小应力-46.45-46.61-194满 足计算结果表明，拱上立柱横梁应力满足规范

24、要求。（5）墩上立柱横梁上层墩上立柱横梁是预应力混凝土构件，其与邻近横梁（即拱上立柱横梁）间距为9.5米，其上作用的荷载包括预应力混凝土梁的自重、板的重量、铺装、栏杆、防撞栏的重量，和为汽20，挂车100的活载。计算结果见下图及下表：图 33. 190米墩上立柱混凝土横梁组合III正应力图 31. 190米墩上立柱混凝土横梁组合I正应力图 30. 190米墩上立柱混凝土横梁成桥时正应力表15. 190米上层墩上立柱混凝土横梁验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面荷载效应A类构件容许应力是否满足成桥时最大应力7.3517.5满 足成桥时最小应力0.700满 足组合I最大应力8.5217.5满

25、 足组合I最小应力-0.86-2.4满 足组合III最大应力11.4817.5满 足组合III最小应力-3.06-2.7超过13.3%计算表明，墩上立柱横梁在组合作用下，超过部分预应力混凝土A类构件要求，满足B类构件要求。（6）端横梁端横梁与邻近横梁的间距为4.10米，其上作用的荷载包括预应力混凝土梁的自重、板和空心板的重量、铺装、栏杆、隔离栏的重量，和汽车、挂车、人群及轻轨的活载。计算结果见下表：表16. 190米端混凝土横梁验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面荷载效应A类构件容许应力是否满足成桥时截面最大应力2.7917.5满 足成桥时截面最小应力1.110满 足组合I截面最大应力2

26、.7217.5满 足组合I截面最小应力-1.73-2.8满 足计算结果表明，混凝土端横梁应力满足部分预应力混凝土A类构件的要求。（7）结论综上所述，190m跨横梁分析结论如下：下层吊杆横梁应力满足规范要求；上层吊杆横梁应力满足规范要求；拱肋横梁应力满足规范要求；拱上立柱横梁应力满足规范要求；墩上立柱横梁满足部分预应力混凝土B类构件要求；端横梁应力满足部分预应力混凝土A类构件的要求。4.2.2 85m跨结构（1）下层吊杆横梁A组下层吊杆横梁A组下层吊杆横梁为第一根吊杆横梁，它与端横梁的间距为3.95米，与下跟吊杆横梁的距离为6.1米。其上作用的荷载包括预应力混凝土梁的自重、空心板、板的重量、铺装

27、、栏杆、轨道的重量，和汽车、人群和轻轨的活载。计算结果见下表。表17. 85米下层A组吊杆横梁验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面荷载效应A类构件容许应力是否满足成桥时悬臂根部最大7.817.5满 足最小0.40满 足中间段与系梁相交截面最大4.7117.5满 足最小1.860满 足中间段跨中截面最大5.1617.5满 足最小3.830满 足组合悬臂根部最大7.817.5满 足最小0.4-2.8满 足中间段与系梁相交截面最大5.0117.5满 足最小-3.42-2.8不满足中间段跨中截面最大7.3117.5满 足最小1.32-2.8满 足注：组合指考虑恒载、预应力、下层外侧人群、下层内侧

28、公交、中间轻轨荷载及收缩徐变的组合。B组下层吊杆横梁B组下层吊杆横梁是第二根吊杆的横梁，它与邻近横梁的间距为6.1米。其上作用的荷载包括预应力混凝土梁的自重、空心板、板的重量、铺装、栏杆、轨道的重量，和汽车、人群和轻轨的活载。荷载标准为汽20，轻轨，人群集度为4kN/m2。计算结果见下表。表18. 85米下层B组吊杆横梁验算表（单位：应力Mpa） 项 目计算截面荷载效应A类构件容许应力是否满足成桥时悬臂根部最大7.517.5满 足最小0.70满 足中间段与系梁相交截面最大7.3917.5满 足最小1.140满 足中间段跨中截面最大7.1717.5满 足最小4.220满 足组合悬臂根部最大7.417.5满 足最小0.7-2.8满 足中间段与系梁相交截面最大7.7917.5满 足最小-4.68-2.8不满足中间段跨中截面最大9.6317.5满 足最小1.31-2.8满 足注：组合指考虑恒载、预应力、下层外侧人群、下层内侧公交、中间轻轨荷载及收缩徐变的组合。C组下层吊杆横梁C组下层吊杆横梁是第三根吊杆的横梁，它与邻近横梁的间距为6.1米。其上作用的荷载包括预应力混凝土