张家口工业南桥计算书110m下承式系杆钢拱.docx

1、张家口工业南桥计算书110m下承式系杆钢拱河北省张家口市清水河工业南桥计算书一. 工程概况：张家口市清水河为永定河水系洋河支流，由北向南纵贯张家口市主城区。清水河属北方季节性河流，河流流量丰枯变化大，洪水泥沙含量高。主城区段河道宽度约100m160m，河道平均纵坡0.8。河道北段两侧建筑密集，南段两侧建筑较少。新建工业南桥位于清水河水环境治理三期工程新河道桩号9+800处，由两侧引桥，及主跨径111米主桥构成，桥梁全长147米。主桥为钢结构下承式系杆拱，拱肋外翻约18.4度。主桥为双向4车道，双侧非机动车道及双侧人行道；全桥宽39.551米，桥梁面积为4869。桥位与规划河道中线交角为93.1

2、。二. 主要材料：（一）钢材：拱肋： Q390D箱型截面系杆： Q345D箱型截面端横梁： Q345D箱型截面主横梁： Q345D箱型截面车行道纵梁： Q345D工字钢车行道次横梁： Q345D工字钢人行道纵向钢管： Q345D方钢管人行道桥面板： Q235C钢板（二）混凝土主桥桥面板：CF45钢纤维混凝土引桥现浇主梁： C45混凝土三. 技术标准：1.设计荷载:车辆荷载：城市-A级 人群荷载：按城市桥梁设计荷载标准4.1.9.1条计算风荷载：百年一遇风速：32.5m/s地震荷载：地震烈度为7度，地震动峰值加速度0.1g。漂流物撞击力：按公路桥涵设计通用规范4.4.2-4取用。2.设计洪水频率

3、：满足50年一遇防洪标准，且在100年一遇标准时洪水不漫桥。3.水位和流量：50年一遇洪水位731.16米，设计洪峰流量为2417立米/秒； 100年一遇洪水位731.87米，设计洪峰流量为3170立米/秒。4.桥下净空：满足50年一遇防洪标准，并考虑澭高0.5米。5.通航标准：桥下无通航要求。6.结构安全等级：一级，；7.设计基准期：桥梁结构的设计基准期为100年；8.环境类别：II级;9.护栏防撞等级为SB四. 模型建立1. 主桥跨径布置：图：跨径布置图全桥跨径布置为：18+111+18=147米2. 计算模型：计算采用midas civil2006版空间程序进行计算。计算模型如下图：3.

4、 截面布置：（1）拱肋截面：距拱脚13米范围内截面为变截面，截面由2.2x2.2m变化为2.2x1.7m；中间段拱肋为等截面，截面尺寸为2.2x1.7m。程序中按梁单元模拟，其截面尺寸如下图：图：拱肋变截面图：拱肋标准段截面（2）吊索采用250拉索体系，程序中用桁架单元模拟，车行道采用1860MPa 15-19型索体；人行道采用1860MPa15-6型索体； （3）端横梁截面：端横梁为单箱双室，程序中采用梁单元模拟，截面如下图：图：端横梁截面（4）主横梁截面：主横梁为箱型截面，程序中采用梁单元模拟，截面如下图：图：主横梁截面（5）车行道纵梁：车行道纵梁为工字形截面，程序中采用梁单元模拟，截面如

5、下图：图：车行道纵梁截面（6）车行道横梁：车行道横梁为工字形截面，程序中采用梁单元模拟，截面如下图：图：车行道横梁截面（7）人行道纵梁：人行道纵梁为箱型截面,截面尺寸为33x20x1cm方钢管（8）车行道桥面板为25cm厚C45混凝土，采用板单元模拟。（9）人行道桥面板为1.2cm厚钢板，采用板单元模拟。（10）引桥采用梁单元模拟。4. 荷载组合CB1组合：施工阶段累计恒荷载CB2组合：施工阶段累计恒荷载+活载+静风荷载+系统温升+日照温升+索梁升温+收缩二次+徐变二次CB3组合：施工阶段累计恒荷载+活载+静风荷载+系统温升+日照温降+索梁升温+收缩二次+徐变二次CB4组合：施工阶段累计恒荷载

6、+活载+静风荷载+系统温降+日照温升+索梁降温+收缩二次+徐变二次CB5组合：施工阶段累计恒荷载+活载+静风荷载+系统温降+日照温降+索梁降温+收缩二次+徐变二次CB6组合：施工阶段累计恒荷载+活载-静风荷载+系统温升+日照温升+索梁升温+收缩二次+徐变二次CB7组合：施工阶段累计恒荷载+活载-静风荷载+系统温升+日照温降+索梁升温+收缩二次+徐变二次CB8组合：施工阶段累计恒荷载+活载-静风荷载+系统温降+日照温升+索梁降温+收缩二次+徐变二次CB9组合：施工阶段累计恒荷载+活载-静风荷载+系统温降+日照温降+索梁降温+收缩二次+徐变二次5. 边界条件（1） 主桥支座模拟：主桥支座布置为西北

7、侧支座为固定盆式支座，西南侧支座为横桥向单向滑动盆式支座，东北侧为纵桥向单向滑动支座，东南侧为双向滑动支座。程序中采用刚性连接模拟，分别为：西北侧111001，西南侧101001，东北侧011001，东南侧001001。图：主桥支座模拟（2） 引桥支座模拟：引桥支座采用刚性连接模拟，桥台一侧模拟为101001，主桥牛腿一侧模拟为001001。图：引桥支座模拟（3） 拱肋临时支架模拟：拱肋临时支架采用只受压弹性连接模拟，竖向刚度为100000KN/m。图：拱肋临时支架（4） 主梁临时支架模拟：主梁采用满堂支架，临时支架采用只受压弹性连接模拟，竖向刚度为100000KN/m。图：主梁临时支架6.

8、外荷载：（1）铺装荷载：主桥车行道铺装按10cm沥青混凝土计算=0.1x25=2.5KM/； 人行道铺装按2cm铺装计算=0.02x25=0.5KN/； 车行道栏杆按3.5KN/m计算； 人行道栏杆按3.5KN/m计算；（2）系统温升：30；（3）系统温降：-45；（4）主桥车行道混凝土板日照升温：10；（5）主桥车行道混凝土板日照降温：-5；（6）吊杆与主梁升温差：10；（7）吊杆与主梁降温差：-10；（8）风载计算A. 风环境：根据地堪报告，本工程所在位置百年一遇基本风速为：32.5m/s，风压：0.6KN/；桥位所在地区地表状况按快阔水面考虑，地表类别按A类取用。B. 基准高度：主梁：取

9、桥面距水面平均高度=3.9m；吊杆：取跨中主梁底面到拱顶的平均高度=17.7m；拱肋：水面以上拱肋65%高度处=14.6m；C. 基准风速:按公路桥梁抗风设计规范3.2.4-1条公式：进行计算。主梁： 吊杆： 拱肋： 主梁： 吊杆： 主梁： D. 施工阶段设计风速:按规范3.3.1公式计算：，其中为风速重现期系数取1。E. 静阵风风速：主梁： 1.25x34.06=41.575m/s吊杆： 1.29x40.85=52.7m/s拱肋： 1.26x39.91=50.3m/sF. 静阵风荷载：主梁： 0.5x1.25x(41.575)2x1.3x2=2.8KN/m吊杆： 0.5x1.25x(52.7

10、)2x1.0x0.032=0.062KN/m拱肋： 0.5x1.25x(50.3)2x1.2x2.2=4.2KN/m7. 初拉索力：索力采用刚性横梁法求解,在每个吊点处模拟一个竖向只受压刚性约束，在全横载状态下求出每个吊点下反力,计算模型如下图：图：刚性横梁法求索力结构模型表：初拉索力（最外侧吊索编号为1，最内侧为6）吊索力车行道1车行道2车行道3车行道4车行道5车行道6计算索力1036735724691679673采用索力1100900950110011501000吊索力人行道1人行道2人行道3人行道4人行道5人行道6计算索力209192236251262267采用索力25030030025

11、0200150说明：由于施工时吊索为分批张拉，每张拉后一根吊索时对先前吊索索力影响较大。 因此实际采用的初拉索力比计算索力大。8. 拱肋临时索：每侧拱肋设置四道临时索，一侧锚固在拱肋上，另一侧锚固在异侧系杆上，位置见下图：图：拱肋临时索位置图临时索采用桁架单元模拟，采用15-6索体。临时索初拉力为：最外侧临时索初拉力350KN 跨中侧临时索初拉力300KN9. 施工阶段：计算划分施工阶段如下：（1） 搭设临时支架，安装端横梁（含牛腿）、主横梁、系杆；（2） 安装车行道纵、横梁，人行道纵梁，人行道桥面板，车行道桥面板；（3） 搭设拱肋临时支架，安装拱肋，张拉拱肋临时索；（4） 拆除拱肋临时支架；

12、（5） 安装并张拉车行道吊索1；（6） 安装并张拉车行道吊索2；（7） 安装并张拉车行道吊索3；（8） 安装并张拉车行道吊索4；（9） 安装并张拉车行道吊索5；（10） 安装并张拉车行道吊索6；（11） 拆除拱肋临时索；（12） 安装并张拉人行道吊索1；（13） 安装并张拉人行道吊索2；（14） 安装并张拉人行道吊索3；（15） 安装并张拉人行道吊索4；（16） 安装并张拉人行道吊索5；（17） 安装并张拉人行到吊索6；（18） 拆除主桥临时支架；（19） 现浇引桥；（20） 上二期恒载；（21） 计算10年收缩徐变；五. 计算分析内容：2. 反力:表：主桥中墩反力西北侧固定支座西南侧横向滑动

13、支座恒载恒+活组合恒载恒+活组合中墩反力134391582016039134391581915600横桥向水平力0-155-683000纵桥向水平力0110014300-1100-1430东北侧纵向滑动支座东南侧双向滑动支座恒载恒+活组合恒载恒+活组合中墩反力134391580016009134391579915591横桥向水平力0155-617000纵桥向水平力000000表：引桥反力施工阶段引桥反力1 2 3 4 5 现浇引桥820 526 486 497 501 二期恒载1071 499 561 570 573 十年收缩徐变1056 506 566 572 576 活载max82 49

14、134 427 387 组合max1136 555 703 999 963 组合min1052 483 560 563 566 说明：引桥悬臂一侧支座为编号为1，跨中侧支座编号为5，引桥支座对称布置，表中仅列出一侧支座。结论：主桥支座最大竖向反力为16039KN，考虑到计算模型中端横梁未考虑灌注混凝土，因此支座取用竖向承载力为20000KN盆式支座。 引桥支座最大反力为1136KN，支座选用承载能力为1200KN的40x30x6.7cm板式橡胶支座。3. 索力： 表：阶段索力 单位：KN施工阶段车行道1车行道2车行道3车行道4车行道5车行道6人行道1人行道2人行道3人行道4人行道5人行道6初拉

15、索力1100900950110011501000250300300250200150张拉吊杆1692张拉吊杆2483612张拉吊杆3424466720张拉吊杆4501475601854张拉吊杆5655588619709816张拉吊杆6771689671664621623拆除临时索794748740730689689张拉人1739728742740703704190张拉人2714677729751720722140201张拉人3729669693742731739114143189张拉人474969069572072474498115137154张拉人5766711714724707731899

16、9109112126张拉人6778726729734702706849094899499主梁脱架978891866865839848116115118109109110现浇引桥981884851847820829120120123115116117二期恒载117711011070106610391047170169171161162163收缩徐变119411201088108110521060147149155149152154活载单项29730831131130830411111311310910398组合max1509145014261421139113952542532552442402

17、36组合min11771104107610721049106111010010095104110表：阶段临时索索力 单位：KN施工阶段外侧临时索内侧临时索架设拱肋（初拉力）350300拆除拱肋支架309246张拉车吊索1286265张拉车吊索2252277张拉车吊索3217271张拉车吊索4195230张拉车吊索5193159张拉车吊索6199102结论：（1）运营阶段车行道最大吊索力为1509KN，吊索采用15-19索体，破断力为4948KN，吊索安全系数为3.2793。施工阶段车行道最大吊索力为1194KN，吊索采用15-19索体，破断力为4948KN，吊索安全系数为4.142。（2）运营

18、阶段人行道最大吊索力：255KN，吊索为用15-6索体，破断力为1520KN，吊索安全系数为5.963。施工阶段人行道最大吊索力：300KN，吊索为用15-6索体，破断力为1520KN，吊索安全系数为52。 注：考虑换索，车行道吊索更换时，人行道吊索所力会增加较大，因此人行道吊索安全系数取用较大。（具体见换索计算）4. 吊索应力： 表：吊索应力 单位：MPa施工阶段车行道1车行道2车行道3车行道4车行道5车行道6人行道1人行道2人行道3人行道4人行道5人行道6张拉吊杆1260 张拉吊杆2181 230 张拉吊杆3159 175 270 张拉吊杆4188 179 226 321 张拉吊杆5246

19、 221 233 267 307 张拉吊杆6290 259 252 250 233 234 拆除临时索299281278275259259张拉人1278 274 279 278 264 264 227 张拉人2269 254 274 282 271 272 167 239 张拉人3274 251 261 279 275 278 135 170 225 张拉人4281 259 261 271 272 280 116 137 163 183 张拉人5288 267 268 272 266 275 106 117 130 134 150 张拉人6292 273 274 276 264 265 100

20、 107 112 106 113 118 主梁脱架368 335 326 325 315 319 138 137 141 130 130 131 现浇引桥369 332 320 318 308 312 143 143 147 137 139 140 二期恒载442 414 402 401 390 394 203 201 203 192 193 194 收缩徐变449 421 409 406 396 398 175 177 185 178 181 183 活载单项112 116 117 117 116 114 132 134 134 129 122 116 组合max567 545 536 53

21、4 523 525 303 301 304 290 286 281 组合min443 415 405 403 394 399 131 119 119 113 123 131 应力幅125131134133133131100100101989387应力幅124130131131129126172182185177163150 表：临时索应力 单位：MPa施工阶段外侧临时索内侧临时索架设拱肋（初拉力）353270拆除拱肋支架368293张拉车吊索1340316张拉车吊索2301330张拉车吊索3258323张拉车吊索4233274张拉车吊索5230189张拉车吊索6237121结论：（1）车行道吊

22、索最大应力为567MPa，安全系数为3.283，应力幅为134MPa3，应力幅为185MPa250MPa。5. 拱肋位移、内力及应力：表：拱肋数据施工阶段拱脚（单元424）1/4拱肋（单元410）拱顶（单元397）位移(mm)轴力(KN)弯矩(KN.m)应力(Mpa)位移(mm)轴力(KN)弯矩(KN.m)应力(Mpa)位移(mm)轴力(KN)弯矩(KN.m)应力(Mpa)DyDzFxMyMxDyDzFxMyMxDyDzFxMyMx架设拱肋拉临时索00-1939-877-66-16-21-2-1487192140-9-32-1-1371368-10拆除拱肋支架00-2564-1558-25-1

23、4-7-9-2027242-3-12-10-14-18875130-13横纵梁00-2613-654-46-10-7-8-20842682-12-11-11-19462861-11张拉车吊杆1-1-1-3292-2284-122-26-9-9-237166719-16-10-3-2249-8113-15张拉车吊杆2-1-2-3869-2966-164-34-13-12-2765162742-26-114-2670-20674-27张拉车吊杆3-1-2-4733-3066-176-38-19-16-3428425576-54-159-3389-35165-43张拉车吊杆4-1-1-6140-25

24、66-162-40-26-18-48384045117-58-247-4575-44955-57张拉车吊杆5-1-1-7765-1801-129-42-30-17-63362491125-51-35-5-5940-34014-53张拉车吊杆6-1-1-8867-1467-100-43-31-15-73221148115-44-43-19-68663185-34拆除临时索0-1-9070-26963-36-8-28-75271163-235-4318-40-7045884-14-40张拉人吊杆10-1-9242-315611-43-13-30-76411170-257-4325-41-7154851-14-41张拉人吊杆20-1-9422