太平湖大桥主桥施工及使用阶段受力性能计算报告.docx
《太平湖大桥主桥施工及使用阶段受力性能计算报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太平湖大桥主桥施工及使用阶段受力性能计算报告.docx（176页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
太平湖大桥主桥施工及使用阶段受力性能计算报告
太平湖大桥主桥施工及使用阶段受力性能计算报告
同济大学桥梁工程系
2005年6月
太平湖大桥主桥施工及使用阶段受力性能计算报告
一．计算依据和计算参数
1．1主要计算依据
受安徽省公路勘测设计院的委托，我系对安徽太平湖大桥主桥的施工及使用阶段的受力性能进行了计算。
计算的主要依据有：
1．安徽省公路勘测设计院提供的太平湖大桥设计图纸；
2．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJ023-85）；
3．《公路桥涵设计通用规范》（JTJ021-89）；
4．《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28:
90）；
计算采用了商业通用有限元程序MIDAS，进行空间内力、应力分布、空间变形情况以及承载力验算。
1．2主要计算参数
主桥为336米中承式钢管混凝土提篮拱桥，矢高68m，拱轴形心线型采用悬链线，拱轴系数m=1.55。
主桥基础为分离式扩大基础。
桥面布置为：
3.15m+0.5m（护栏）+11m（行车道）+1.5m（护栏）+11m（行车道）+0.5m（护栏）+3.15m，全宽30.8m。
设计荷载：
汽车超-20级，挂车-120级。
每条主拱拱肋划分为22个安装段和一个拱顶合龙段。
二．计算模型及计算内容
2．1计算模型说明
2.1.1整体说明
太平湖大桥计算在建立的MIDAS空间模型中，主拱拱肋弦杆、横梁、钢纵梁、混凝土桥面板、风撑、拱上立柱、拱肋上横缀管、直、斜腹杆以及临时撑、扣塔均采用空间梁单元模拟；吊杆和扣索采用空间索单元模拟；拱脚临时铰处加强钢板采用板单元模拟；吊点与横梁间采用刚臂单元连接。
模型采用9种材料，121种截面形式，建立了5608个单元，4031个节点，其中，梁单元5316个，索单元228个，板单元64个。
2.2.1模型主要参数以及构件尺寸
材料特性：
钢材：
弹性模量：
；
泊松比：
0.3；
线膨胀系数：
；
密度：
混凝土：
弹性模量：
；
泊松比：
0.2；
线膨胀系数：
；
密度：
吊杆材料：
弹性模量：
主要构件梁单元截面特性：
（计算中采用同一材料的方法计算钢—混凝土组合截面，将混凝土材料换算成钢材，并且乘以0.8的折减系数）
直径（mm）
钢管壁厚（mm）
轴压面积（m2）
抗弯惯矩（m4）
钢管壁厚24mm的肋管
1280
24
钢管壁厚22mm的肋管
1280
22
钢管壁厚20mm的肋管
1280
20
直径为610mm腹管
610
12
直径为508mm腹管
508
12
缀管
813
18
风撑
920
16
主拱肋主要断面尺寸及构造：
整体模型情况如下：
（下面所有图的左侧为铜陵岸，右侧为汤口岸）
2．2计算内容
计算内容：
采用4种不同的施工方案架设拱肋,计算每种施工方案下各施工过程以及对应于各种施工方案的使用阶段拱肋各关键截面的内力、应力和变形情况。
给出成桥时的一类失稳模态以及相应的稳定系数。
施工阶段主跨加载示意图：
四种施工方案具体为：
方案一：
各施工阶段按顺序具体为
1．吊装第1段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑1、2、43、44（临时撑和永久撑编号见图纸）；
2．吊装第2段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑3、4、41、42；
3．拆除临时风撑1、42、43并安装永久风撑1、2；
4．吊装第3段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑5、6、39、40；
5．拆除临时风撑4、5并安装永久风撑3；
6．吊装第4段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑7、8、37、38；
7．拆除临时风撑37、38并安装永久风撑4；
8．吊装第5段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑9、10、35、36；
9．拆除临时风撑9、10、35、36并安装永久风撑5；
10．吊装第6段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑11、12、33、34；
11．吊装第7段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑13、14、31、32；
12．拆除临时风撑13、14、31、32并安装永久风撑7；
13．吊装第8段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑15、16、29、30；
14．吊装第9段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑17、18、27、28；
15．拆除临时风撑17，18，27，28并安装永久风撑9；
16．吊装第10段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑19、20、25、26；
17．吊装第11段主拱肋钢管并安装扣索，安装临时风撑21、22、23、24；
18．拆除临时风撑21、22、23、24并安装永久风撑11；
19．拱顶合龙，形成主拱肋钢管结构；
20．拱脚固结，拆除剩余临时风撑，扣塔及扣索；
21～24．灌注3，4号钢管内混凝土（灌注钢管内混凝土时以拱肋的稳定和合理受力为依据，按“先内后外”的原则，同时灌注对称于桥梁中心线的两根钢管，从拱脚向拱顶灌注，每次灌注划分了4个施工阶段）；
25～28．灌注1，2号钢管内混凝土；
29～32．灌注7，8号钢管内混凝土；
33～36．灌注5，6号钢管内混凝土；
37．安装L1、L6立柱并灌注混凝土，安装D12～D24号吊杆；
38．安装L3、L4立柱并灌注混凝土，安装D1～D6，D30～D35号吊杆；
39．安装L2、L5立柱并灌注混凝土，安装D7～D11，D25～D29号吊杆；
40．安装梁端H3横梁；
41．安装立柱L1、L6和吊杆D12～D24的横梁并安装相邻横梁间的钢纵梁；
42．安装立柱L3、L4和吊杆D1～D6、D30～D35的横梁并安装相邻横梁间的钢纵梁；
43．安装立柱L2、L5和吊杆D7～D11、D25～D29的横梁并安装相邻横梁间的钢纵梁；
44．根据“桥面板安装示意图”，安装第一段桥面板（从两岸向跨中对称安装）；
45．安装第二段桥面板；
46．安装第三段桥面板；
47．安装第四段桥面板；
48．安装第五段桥面板；
49．安装第六段桥面板；
50．二期铺装。
方案二：
采用另外一套灌注管内混凝土的方案进行计算（各施工阶段除了浇灌顺序这几个施工阶段改变外其他施工阶段没有变化）
21～24．灌注1，2号钢管内混凝土；
25～28．灌注3，4号钢管内混凝土；
29～32．灌注5，6号钢管内混凝土；
33～36．灌注7，8号钢管内混凝土；
方案一和方案二都是拱脚先铰接后固结的施工方法，以下方案三和方案四是拱脚始终固结的施工方法：
方案三（相对应于方案一给出几个有区别的施工阶段，其余施工阶段没有改变）：
1．吊装第1段主拱肋钢管并安装扣索，
固结拱脚，安装临时风撑1、2、43、44；
20．拆除剩余临时风撑，扣塔及扣索；
21～24．灌注3，4号钢管内混凝土；
25～28．灌注1，2号钢管内混凝土；
29～32．灌注7，8号钢管内混凝土；
33～36．灌注5，6号钢管内混凝土；
方案四（相对于方案三采用另外一套灌注管内混凝土的方案进行计算，各施工阶段除了浇灌顺序这几个施工阶段改变外其他施工阶段没有变化）
1．吊装第1段主拱肋钢管并安装扣索，固结拱脚，安装临时风撑1、2、43、44；
20．拆除剩余临时风撑，扣塔及扣索；
21～24．灌注1，2号钢管内混凝土；
25～28．灌注3，4号钢管内混凝土；
29～32．灌注5，6号钢管内混凝土；
33～36．灌注7，8号钢管内混凝土；
使用阶段计算活载响应时，按横向最大偏载位置布载，考虑6车道满布汽-超20，并且以挂车-120进行验算。
温度荷载按升温20度以及降温20度分别考虑。
人群荷载按3KN/m2计算。
计算处拱肋各控制截面在各种荷载组合下的应力情况，并进行拱肋和吊杆承载能力检算。
计算结果中，轴力以KN为单位，受拉为正，受压为负；弯矩以KN.m为单位；应力以MPa为单位，拉应力为正，压应力为负；变形以m为单位。
三．计算结果
3．1方案一计算结果
3.1.1各施工阶段结构受力及变形情况
给出几个特殊施工阶段的示意图，计算各个施工阶段拱肋各关键截面的应力和变形情况。
扣索在计算过程中最大索力为1880KN，采用24根15.24钢绞线拧合而成进行计算。
各段拱肋吊装时给予扣索初张力以保证该段拱肋吊装时扣点位置与设计位置竖向误差不超过2mm，扣索力一次给定，不再调节。
经迭代试算，给定初张力如下表：
各段扣索的初张力（KN）
铜陵岸扣索初张力
汤口岸扣索初张力
第1段拱肋扣索
445
425
第2段拱肋扣索
485
525
第3段拱肋扣索
665
765
第4段拱肋扣索
765
800
第5段拱肋扣索
755
810
第6段拱肋扣索
825
870
第7段拱肋扣索
960
1010
第8段拱肋扣索
1075
1090
第9段拱肋扣索
1260
1270
第10段拱肋扣索
1600
1565
第11段拱肋扣索
1930
1900
以下是各个施工阶段的计算结果：
第1施工阶段：
吊装第1段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑1、2、43、44
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-4.38
-3.11
-2.36
-5.77
-3.32
-2.83
上拱内侧
-8.26
-3.17
-4.36
-9.79
-4.08
-4.45
下拱外侧
-3.75
-3.39
-1.64
-4.00
-4.70
-1.83
下拱内测
8.32
2.30
-7.17
8.01
-4.12
-7.17
第2施工阶段：
吊装第2段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑3、4、41、42
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-10.60
-7.35
-4.15
-12.90
-8.01
-5.13
上拱内侧
-17.80
-7.03
-4.85
-20.20
-6.44
-4.82
下拱外侧
-6.70
1.69
1.91
-7.50
-0.76
1.85
下拱内测
-8.79
-3.64
5.33
-9.17
-2.47
5.27
第3施工阶段：
拆除临时风撑1、42、43并安装永久风撑1、2
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-9.25
-7.53
-4.72
-11.60
-8.27
-5.73
上拱内侧
-21.60
-10.10
-5.19
-24.10
-7.80
-5.14
下拱外侧
-6.09
-6.47
3.00
-6.74
-7.43
2.91
下拱内测
-4.64
5.30
7.80
-5.70
8.41
7.71
第4施工阶段：
吊装第3段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑5、6、39、40
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-16.90
-11.10
-6.24
-20.30
-11.50
-7.70
上拱内侧
-30.10
-9.35
-4.63
-33.70
-10.60
-5.43
下拱外侧
-10.20
3.53
2.71
-11.60
2.28
2.72
下拱内测
-8.60
8.31
3.34
-10.00
3.43
3.33
第5施工阶段：
拆除临时风撑4、5并安装永久风撑3
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-16.90
-11.40
-6.25
-20.30
-11.60
-7.72
上拱内侧
-31.80
-9.19
-4.65
-35.40
-10.60
-5.46
下拱外侧
-10.00
-1.96
2.65
-11.40
-3.63
2.66
下拱内测
-9.89
6.83
3.44
-11.20
6.05
3.43
第6施工阶段：
吊装第4段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑7、8、37、38
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-24.30
-15.50
-8.10
-28.30
-16.80
-8.98
上拱内侧
-39.40
-14.70
-5.47
-43.60
-14.60
-5.96
下拱外侧
-16.00
-5.02
2.76
-17.90
2.47
3.27
下拱内测
-15.80
6.16
3.37
-17.80
5.60
3.57
第7施工阶段：
拆除临时风撑37、38并安装永久风撑4
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-24.30
-15.50
-8.11
-28.30
-16.80
-8.73
上拱内侧
-39.40
-14.70
-6.77
-43.70
-14.60
-7.94
下拱外侧
-16.10
-5.05
3.12
-18.00
-2.47
3.31
下拱内测
-15.90
6.10
3.29
-17.90
5.56
3.70
第8施工阶段：
吊装第5段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑9、10、35、36
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-30.60
-17.20
-8.18
-35.20
-16.90
-9.15
上拱内侧
-45.80
-15.80
-5.57
-50.70
-16.00
-6.53
下拱外侧
-22.70
-7.14
3.42
-25.20
-2.79
2.61
下拱内测
-22.70
-4.71
3.84
-25.30
-3.95
3.11
第9施工阶段：
拆除临时风撑9、10、35、36并安装永久风撑5
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-30.60
-17.10
-8.31
-35.30
-16.80
-9.05
上拱内侧
-45.90
-15.70
-6.70
-50.80
-16.00
-7.93
下拱外侧
-22.80
2.14
2.83
-25.30
-2.95
2.78
下拱内测
-22.90
2.62
2.71
-25.50
-4.13
2.66
第10施工阶段：
吊装第6段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑11、12、33、34
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-36.70
-18.10
-10.20
-41.70
-19.10
-10.90
上拱内侧
-52.10
-19.10
-7.76
-57.40
-20.90
-8.52
下拱外侧
-30.50
-7.30
2.44
-33.50
-5.46
2.38
下拱内测
-30.60
-6.95
2.87
-33.80
-5.01
2.81
第11施工阶段：
吊装第7段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑13、14、31、32
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-43.00
-20.70
-12.00
-48.10
-18.90
-12.70
上拱内侧
-58.50
-19.10
-9.86
-63.90
-19.50
-10.50
下拱外侧
-39.20
-11.30
1.62
-42.70
-8.19
2.23
下拱内测
-39.20
-11.00
1.99
-42.80
-9.87
2.60
第12施工阶段：
拆除临时风撑13、14、31、32并安装永久风撑7
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-43.00
-18.70
-11.90
-48.20
-18.80
-12.50
上拱内侧
-58.50
-18.90
-10.90
-63.90
-19.40
-11.70
下拱外侧
-39.40
-6.58
2.36
-43.00
-8.50
2.31
下拱内测
-39.40
-8.43
2.36
-43.10
-10.20
2.31
第13施工阶段：
吊装第8段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑15、16、29、30
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-49.30
-19.00
-13.50
-54.30
-19.30
-13.80
上拱内侧
-64.80
-19.70
-11.40
-70.10
-20.60
-11.70
下拱外侧
-48.30
-12.30
2.24
-52.50
-11.70
2.13
下拱内测
-48.00
-15.60
2.62
-52.20
-12.40
2.49
第14施工阶段：
吊装第9段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑17、18、27、28
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-56.00
-18.30
-15.90
-60.60
-18.40
-16.10
上拱内侧
-71.50
-18.40
-13.90
-76.30
-18.20
-14.00
下拱外侧
-58.00
-15.30
1.97
-63.00
-18.40
1.86
下拱内测
-57.20
-16.30
2.30
-61.90
-19.30
2.19
第15施工阶段：
拆除临时风撑17，18，27，28并安装永久风撑9
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-56.10
-18.00
-15.80
-60.70
-18.20
-15.90
上拱内侧
-71.60
-18.10
-14.80
-76.40
-17.90
-15.10
下拱外侧
-58.40
-15.80
2.03
-63.30
-18.90
1.92
下拱内测
-57.50
-16.80
2.08
-62.30
-19.90
1.96
第16施工阶段：
吊装第10段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑19、20、25、26
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-63.60
-19.40
-20.00
-67.40
-16.40
-19.70
上拱内侧
-79.10
-19.00
-17.80
-83.00
-15.60
-17.40
下拱外侧
-68.60
-21.80
1.73
-74.50
-23.70
1.59
下拱内测
-66.90
-21.70
2.04
-72.20
-24.20
1.89
第17施工阶段：
吊装第11段主拱肋钢管并安装扣索，施加相应扣索力初张力，安装临时风撑21、22、23、24（最大悬臂阶段）
各控制截面应力（MPa）
铜陵岸
汤口岸
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
拱脚
1/2已吊装段
该段吊点处
上拱外侧
-71.60
-19.80
-24.00
-74.30
-17.80
-23.60
上拱内侧
-87.00
-19.90
-21.80
-89.70
-18.30
-21.40
下拱外侧
-79.40
-28.40
1.44
-86.30
-34.10
1.32
下拱内测
-76.40
-30.60
1.72
-82.10
-36.40
-1.76
以上各个阶段扣索力使得新吊装的拱肋节段在扣点处竖向误差不超过2mm。
第18施工阶段：
拆除临时风撑21、22、23、
升级会员 