2号桥计算书new - 图文

唐山市曹妃甸工业区2号桥计算书

北京市政工程设计研究总院

2011年07月

唐山市曹妃甸工业区2#桥桥梁工程－设计计算书

目 录

4.3.1主塔验算 ................................................................................................... 1. 工程概况 .................................................. 4 2. 设计依据及主要技术标准 .................................... 5 2.1. 设计依据 ............................................... 5 2.2. 主要技术标准 ........................................... 6 3. 结构设计 .................................................. 7 3.1. 结构体系 ............................................... 7 3.2. 整体受力体系 ........................................... 8 3.3. 主梁 ................................................... 9 3.3.1. 混凝土主梁 ........................................ 10 3.3.2. 钢主梁 ............................................ 11 3.3.3. 钢混结合段横梁 .................................... 11 3.4. 主塔、基础 ............................................ 12 3.5. 拉索 .................................................. 13 3.6. 施工方案 .............................................. 13 3.6.1. 施工步序 .......................................... 13 4. 使用状态结构静力分析 ..................................... 14

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4.1 计算参数 .............................................. 14 4.1.1. 材料 .............................................. 14 4.1.2. 计算荷载 .......................................... 14 4.2 计算模型 .............................................. 15 4.2.1. 主塔 .............................................. 16 4.2.2. 主梁 .............................................. 17 4.2.3. 斜拉索 ............................................ 19 4.2.4. 边界条件 .......................................... 19

4.3计算结果 ............................................ 2121

4.3.2 主梁验算 ........................................... 24 4.3.3 拉索验算 ........................................... 32 4.3.4 结构变形验算 ........................................ 37 5. 施工阶段结构静力分析 ..................................... 40 6. 结构动力特性分析 ......................................... 44 6.1 特征值分析 ............................................ 44 7. 结构稳定性分析 ........................................... 45 8.施工阶段主要构件受力结果 ................................. 456

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1. 工程概况

本项目为唐山市曹妃甸工业区2#桥桥梁工程。

2009年4月，我院参加曹妃甸工业区2＃桥设计招标工作，经评审，我院的技术方案“齐心协力”获得第一名，我院最终被确定为中标单位；2009年5月至今，我院启动2＃桥设计，完成了前期调研及主桥计算工作。

曹妃甸工业区2＃路南起钢厂北路，北至北环路，全长约11km。2＃路作为南、北区规划“三纵”主干路中间的一纵，贯穿整个工业区起步区的南区和北区，是工业区内部沟通的主要途径。2＃桥工程即为2＃路跨纳潮河段，位于工业区中部，是连接纳潮河南北两岸的重要交通通道。随着工业区建设的稳步推进，本项工程的建设迫在眉睫。项目的实施将为工业区生产及生活提供基础配套设施，促进工业区建设的发展。

经过结构体系的比选、优化以及与业主和景观专业的协调沟通，确定主桥采用高低塔无背索斜拉桥，墩、塔、梁固结体系，跨径布置为166m+104m。高、低塔顺桥向成“V”形，夹角69°，横桥向均为“A”字型塔，采用钢筋混凝土矩形箱型结构，其中高塔塔高134.03m，低塔塔高97.82m。主梁梁高4.0m，根据受力需要采用混合梁形式，其中在两塔柱附近56m采用预应力混凝土断面，其余主梁（主跨：138m；边跨：76m）均采用钢箱梁断面。主桥主跨设置11对斜拉索，采用单索面布置；边跨设置6对斜拉索，采用双索面布置。大桥基础采用混凝土承台+钻孔灌注桩形式。

引桥采用预应力混凝土连续箱梁，桥梁基本跨径为50m，梁高为3.0m。引桥上、下幅设置，下部结构采用混凝土花瓶墩+承台+钻孔灌注桩形式。

主桥横断面布置为：2.1m（人行道）+2.5m（非机动车道）+2m（隔离带）+15.5m（车行道）+4m（隔离墩）+15.5m（车行道）+2m（隔离带）+2.5m（非机动车道）+2.1m（人行道）＝48.2m。

水中引桥标准横断面：2.1m（人行道及栏杆）+2.5m（非机动车道）+2m（机非隔离带）+15.5m（机动车道）+4.0m（中央分割带）+15.5m（机动车道）+2m（机非隔离带）+2.5m（非机动车道）+2.1m（人行道及栏杆）＝48.2m。

岸上引桥标准横断面：0.6m（防撞护栏）+15.5m（机动车道）+4.0m（中央分割带）+15.5m（机动车道）+0.6m（防撞护栏）＝36.2m。

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图1.1双塔无背索斜拉桥方案效果图

图1.2 桥型布置图（单位：cm）

2. 设计依据及主要技术标准 2.1. 设计依据

《城市桥梁设计准则》 （CJJ11-93） 《城市桥梁设计荷载标准》 （CJJ 77-98） 《公路桥涵设计通用规范》 （JTGD60-2004）

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《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004) 《公路斜拉桥设计细则》 （JTG/T D65-01-2007） 《公路桥涵地基与基础设计规范》 （JTGD63-2007） 《公路桥梁抗震设计细则》 （JTG/T B02-01-2008） 《公路桥梁抗风设计规范》 （JTG/T D60-01-2004） 《公路桥涵施工技术规范》 （JTJ041－2000） 《公路工程技术标准》 （JTG B01－2003） 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》 （JTJ 025－86） 《公路交通安全设施设计规范》 （JTG D81-2006） 《公路工程水文勘测设计规范》 （JTG C30-2002） 《工程建设强制性条文》

2.2. 主要技术标准

? 道路等级：城市主干路，设计行车速度：60km/h。

? 桥梁断面：桥梁设计为双向八车道，两侧设非机动车道及人行道；

标准断面具体设置为：2.1m（人行道）+2.5m（非机动车道）+2.0m（隔离带）+15.5m（车行道）+4m（隔离带）+15.5m（车行道）+2.0m（隔离带）+2.5m（非机动车道）+2.1m（人行道）＝48.2m； 路口处机动车道渠化为15.5m，桥梁全宽为48.0m。

? 设计荷载：机动车道：城－A级；人行道及非机动车道：4.0kN/m2。

? 抗震设计：地震动峰值加速度0.15g，桥梁抗震设防类别为A类，抗震设防烈

度7度，抗震设防措施等级对应烈度为8度。

? 通航要求：纳潮河通航净空、净高：净空不小于15.5米；净宽单孔（双向）97

米，净宽双孔（单向）85米；最高通航水位4.2米；

? 设计洪水频率：本桥属于特大桥，根据《城市桥梁设计准则》按100年一遇高

潮位考虑，最高潮水位4.2米。

? 被交路通行净高：通行净高大于5米。 ? 桥梁的设计基准期：100年。 ? 结构重要性系数：1.1。

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? 结构环境类别：II类。

3. 结构设计 3.1. 结构体系

斜拉桥上部构造的各种荷载是通过支承体系直接传递到下部结构，支承布置对斜拉桥的结构性能影响很大，必须在全桥总体布置及构造中予以充分考虑。

对于斜拉桥的基本体系按力学性能划分有漂浮体系、支承体系（半漂浮体系）、塔梁固结体系以及刚构体系四种，这四种体系的优缺点比较见表3.1。

表3.1桥梁结构体系比较表

结构体系 优点 主梁无明显负弯矩峰值，温度及收缩徐变内力小，内力和变形变化平缓，可有效改善主塔的抗震性能 主梁为具有多点支承的连续梁，受力合理 缺点 为满足景观要求，主梁无索区范围较大，受力不利；采用不对称斜拉桥时主塔两侧索力无法平衡 两跨满载时主梁有负弯矩峰值，温度、收缩、徐变内力较大 结构整体刚度较小，需要大型支座；采用不对称斜拉桥时塔梁固结点弯矩较大 主梁固结处负弯矩较大 备注 漂浮体系 支承体系 塔柱两侧索力不平衡，需要在主梁与塔柱横梁之间设置止推装置 有效降低墩身弯矩以及主梁塔梁固结体系 中央段的轴向拉力 刚构体系 结构整体刚度较好，主梁挠度较小 推荐采用 本方案结构体系采用全漂浮受力体系时，主梁无明显的负弯矩峰值，且可有效降低主塔在地震荷载下的受力；但由于拉索布置受净空限制，使得高低塔附近主梁无索区范围较大（70米）且主塔两侧水平力无法平衡，受力明显不合理。若采用支撑体系，主梁为具有多点弹性支撑的连续梁，较经济、美观。此种体系的缺点是，两跨满载时，塔柱处主梁负弯矩峰值较大，且由于塔柱两侧拉索水平力不平衡，需在主梁与塔柱横梁间设置止推装置。若采用塔梁固结、墩梁分离体系，可有效降低塔墩弯矩，但整体刚度较小，且主塔处支座墩位巨大，支座的设计、施工、维护及后期更换难度太大，因此不宜采用。若采用塔、梁、墩互为固结体系，形成跨度内具有多点弹性支撑的刚构，此种体系的优点是既免除了大型支座，又可满足悬臂施工的稳定要求，结构的整体刚度好，主梁挠度小。

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图3.1.1漂浮体系 图3.1.2 支承体系

图3.1.3 塔、梁固结，塔、墩分离体系 图3.1.4 塔、梁、墩固结系

因此为了提高结构刚度，同时也为了改善主塔自身受力，本方案采用塔、墩、梁固结体系。

3.2. 整体受力体系

常规无背索斜拉桥寻求主塔重量与通过斜拉索传递过来的主梁重量（包括二期恒载）在塔根部弯矩接近于零。本桥拉索集中锚固于塔上端，索力作用点与塔重心有30米左右的距离，从而造成需要更大的塔重来平衡索力，同时桥塔重量还在无索区处形成附加弯矩。因此本设计提出部分斜拉桥的概念，即主梁承担部分荷载以弥补塔因景观要求尺寸增大有限的不足。

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图3.2.1 常规无背索斜拉桥受力模式图 3.2.2 本斜拉桥受力模式

3.3. 主梁

无背索斜拉桥受力特性为依靠主塔重量来平衡通过斜拉索传递过来的桥面系重量，因此主梁应追求轻型化，以减小桥塔尺寸。本方案主梁考虑到墩、塔、梁固结需要，同时也考虑钢混结合段尽量位于主梁弯矩较小区域，因此在两塔柱附近56m采用预应力混凝土断面，其余主梁（主跨：138m；边跨：76m）均采用钢箱梁断面。

图3.3.1 边跨材料采用混凝土 图3.3.2 边跨材料采用钢材

从图3.3.1~3.3.2看，边跨采用混凝土主梁相对于采用钢主梁主塔根部弯矩大大增加，采用因此除了为方便墩塔梁固结需要，两塔柱附近56m采用C50现浇预应力混凝土主梁，其余主梁（主跨：138m；边跨：76m）均采用Q345qD钢材预制箱梁。

单索面斜拉桥钢主梁可采用全焊钢箱梁断面、单箱大悬臂断面（脊骨架结构）。双

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索面斜拉桥钢主梁可采用双主梁断面、全焊钢箱梁断面。单从材料本身发挥效率出发，单索面斜拉桥应采用单箱大悬臂断面，双索面斜拉桥应采用双主梁断面。但是本桥主跨为单索面体系，边跨为双索面体系，若主跨采用单箱大悬臂断面，边跨采用双主梁断面，两侧拉索产生的轴力在主塔处混凝土梁段都存在不均匀传递问题，使得混凝土梁段受力不利。同时采用不同形式的钢主梁断面增加了钢箱梁制作的难度、钢主梁施工的复杂性，还造成钢混过渡段受力不明确，而且还影响了主梁的美观。因此主跨、边跨主梁设计为全焊钢箱梁断面，采用Q345qc钢材。由于全桥宽48米，梁高受横向受力控制，中心处梁高4米。混凝土主梁外形与钢箱梁保持一致，设计为单箱十室断面，采用C50混凝土现场浇注。

图3.3.3 主梁轴力传递示意图

3.3.1. 混凝土主梁

主梁混凝土段采用预应力混凝土箱梁结构，按A类预应力混凝土构件设计。主梁全宽48m，采用单箱10室断面，梁高4m；箱梁顶板厚0.25m，底板厚0.25m，腹板厚0.5m～0.75m。主梁纵向预应力均采用腹板束，每根腹板共布置四排、两列共8束15×φs15.2高强度低松弛预应力钢绞线。钢束均采用两端张拉工艺，其中主跨侧锚头采用OVM.A型15-15张拉端锚具，边跨侧锚头采用普通15-15张拉端锚具。钢束控制张拉应力取用σ

con

=0.7fpk，预应力管道采用塑料波纹管，真空压浆技术。

图3.3.1.1 混凝土段主梁标准截面示意图（单位：cm）

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塔下横梁是主塔、主梁、主塔桥墩三大主要受力构件的连接装置，要求具有较大的抗弯及抗扭刚度，因此采用抗扭刚度较大的箱型截面，梁高4.0m，顺桥向截面宽12.0m，其中顶板厚60cm，底板厚100cm，腹板厚100cm。单个腹板内布置24束16×φs15.2高强度低松弛预应力钢绞线。 3.3.2. 钢主梁

全桥钢纵梁共长214.0m，采用Q345D钢材制作，为单箱7室断面，梁高为4m。主梁顶板厚16mm，底板厚16mm，纵膈板厚25mm。顶板车行道的加劲肋为8mm钢板轧制的U型肋，底板车行道的加劲肋为6mm钢板轧制成的U型肋。拉索梁上间距为12m，每根拉索处设一道拉索横隔板，两拉索横隔板间再设置两道横隔板.其中斜拉索对应横隔板厚12mm，采用整体式横隔板，其它位置横隔板厚10mm，采用搭接式横隔板。

图3.3.2.1 钢梁段主梁标准截面示意图（单位：cm）

3.3.3. 钢混结合段横梁

结合段设计是混合梁的关键部位，要求其对各种荷载产生的轴力、弯矩、扭矩和剪力的传递顺畅可靠，在荷载作用下具有一定的承载安全贮备，刚度过渡良好，耐久性好，抗疲劳性能好，力求减小应力集中。

钢梁段与混凝土梁段相接处，设置钢、混结合段，长2m。结合段处钢梁腹板及刚度过渡板伸入混凝土梁段，在混凝土梁端尾部设置20mm厚承压板；最外侧钢梁腹板及钢梁顶、底板及承压板设置直径22mm，高15cm剪力钉，其余腹板及刚度过渡板上开φ60mm孔，内设直径20mmHRB335钢筋，形成PBL剪力键。结合段两侧分别设置5m（砼侧）、2m（钢侧）刚度过渡段，其中混凝土侧刚度过渡通过截面变化实现，钢梁侧通过设置刚度过渡板实现。钢混结合通过刚度过渡段实现刚度的平顺过渡，通过混凝土主梁钢束、PBL剪力键及剪力钉实现钢梁断面与混凝土梁断面间力的传递。

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图3.3.3.1 结合段横梁构造图（单位：cm）

3.4. 主塔、基础

本方案主桥采用塔、梁、墩固结体系，高、低塔顺桥向成“V”形，夹角69°，横桥向均为“A”字型塔，采用钢筋混凝土矩形箱型结构。主塔位于主梁两侧，锚固于高塔拉索采用采用单索面布置，锚固于低塔拉索采用双索面布置。由于拉索及桥塔均为空间构件，其布置需满足行车道及人行道净宽及净空的要求。

塔倾角的选取主要考虑材料用量、施工及景观三个方面。从材料数量来看，在索力及索倾角选定的情况下，索塔的材料数量直接取决于塔的倾角。设计对塔的倾角进行了70°、65°、60°三种角度下的材料数量进行了比较，其用量比值为1.7：1.3：1。也就是说塔的倾角越大材料用量越少。但从施工方面来看，若用过大的倾角，对于本桥的具体施工条件，必然导致施工难度的增加。从景观上看，倾角过大给人以不稳定感。因此综合考虑，本桥高塔塔柱顺桥向倾角58°，低塔柱顺桥向倾角53°。

本方案高塔塔高134.03m（桥面上塔高111.63m，桥面下塔高22.40m），低塔塔高99.23m（桥面上塔高76.83m，桥面下塔高22.40m）。针对高塔根部尺寸12m×6m、端部尺寸7mx6m和根部尺寸10mx5m、端部尺寸6mx5m进行了计算，前者主梁活载挠度16cm，后者主梁活载挠度18cm，相对而言单纯提高主塔尺寸对主梁整体刚度提高不明显，且大大增加了自重。因此，高塔与低塔根部固结处高塔单支柱的顺桥向宽度为10.0m线性变化到端部6m，低塔与高塔根部固结处低塔单支柱的顺桥向宽度为8.0m线性变化到端部5m。高塔与低塔根部固结处横桥向距离65m，桥面以下部分横桥向宽度由根部9m变

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化到墩顶5m，桥面以上横桥向宽度为5米（考虑到主塔爬模施工）。

索塔基础主要承担斜拉索、主梁传递给主塔的竖向力、水平力及弯矩的作用，根据地质资料显示，本地区地面以下30m范围内均为粉土及粘土，未见较好的持力层。若选用扩大基础在经济及技术上不可行。根据地勘资料所揭示的地质情况，选用桩基较为合理，基础拟采用桩径为2.5m群桩基础。

3.5. 拉索

斜拉索承受来自桥面系的恒载，汽车、人群等活载，是斜拉桥传力链中的重要一环。本方案边跨拉索采用双索面布置，主跨拉索采用单索面布置。当前，国内外斜拉桥采用的斜拉索主要分为平行钢丝索和钢绞线索两种。综合考虑各种因素，推荐2#桥斜拉索采用平行钢丝索，其优点是：①耐久性和抗疲劳性能好；②国内有专业化的制索工厂，有较成熟的生产工艺和生产能力，价格较便宜；③冷铸锚在工厂内加工，可以试拉，质量可得到保证；④应用历史长，施工单位施工技术成熟。斜拉索采用具有双层PE护套的直径为7mm的187、221丝的热挤聚乙烯半平行镀锌钢丝索，配用冷铸镦头锚锚固体系。主桥共布置34根（17对）拉索，主梁上标准索距12.0m，塔柱上索距3.5m。主跨侧拉索水平夹角22.5°～34.4°；边跨侧拉索水平夹角21.7°～28.1°。索两端采用冷铸锚并在套筒内安设阻尼橡胶减振器。斜拉索设计安全系数k≥2.5。

3.6. 施工方案

3.6.1. 施工步序

1）施工桩基、承台；

2）搭设支架浇注下塔柱混凝土；

3）搭设支架浇注砼主梁，并张拉主梁纵向预应力钢束及塔下横梁钢束；施工临时墩，在临时墩上架设拼装钢箱梁；

4）搭设支架浇注中塔柱第一节段混凝土，并架设临时横撑，施加施工临时预顶力。 5）爬模施工中塔柱第二节段混凝土，架设第二道临时横撑并施加预顶力。 6）高塔施工临时索，浇注主塔下一节段混凝土。

7）主、边跨架设并张拉1＃拉索，浇注主塔下一节段混凝土。

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8）主、边跨架设并张拉2＃拉索，浇注主塔下一节段混凝土。

9）主、边跨架设并张拉3＃拉索，拆除桥面以上主塔支架，浇注主塔下一节段混凝土。

10）依次架设并张拉主、边跨拉索，浇注主塔下一节段混凝土，直至拉索、主塔施工完毕。

11）拆除全部支架、临时索，进行桥面铺装及景观工程施工。 12）收缩、徐变3000天。

4. 使用状态结构静力分析 4.1 计算参数

4.1.1. 材料

? 主塔、混凝土主梁采用C50混凝土。 ? 钢梁采用Q345d低合金高强度结构钢。

? 拉索采用标准强度为1670MPa的高强镀锌钢丝束。 4.1.2. 计算荷载

1）自重：混凝土容重取26kN/m3，钢材容重取78.5 kN/m3。 2）二期恒载：

桥面铺装：（0.09+0.07)×24＝3.84kN/m2， 人行道桥面铺装：0.3×15＝4.5kN/m2；

防撞护栏按5kN/m，机动车道与非机动车道之间的护栏按一道4.5kN/m计入，一侧栏杆及路灯等其他设施4kN/m。

3）温度：根据《公路桥涵设计通用规范》4.3.10可知，北京地区所处的寒冷地区混凝土桥面板钢桥的最高有效温度标准值为39度，最低有效温度标准值为-15度，按照北京地区的气温资料，考虑当成桥时环境平均温度为10℃～20℃时，结构按照系统升温29度，降温35度计算；根据《公路斜拉桥设计细则》5.2.5考虑索、梁温差±10度，考虑主塔日照温差±5度，主梁日照温差±5度。

4）支座沉降：考虑两侧边墩及主塔基础差异沉降2cm。

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5）活载：根据《城市桥梁设计荷载标准》汽车活荷载按城A车道荷载，双向6车道，由于计算模型中车道沿中线布置，故根据本桥横向梁格布置计算得到偏载系数1.16，计入车道折减系数和冲击系数，人群荷载按4kN/m2计入。

6）收缩徐变：根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），北京地区属Ⅱ类环境，年平均相对湿度57％（北京市气象局资料），采用一般硅酸盐类水泥，种类系数5.0，混凝土开始收缩的龄期为3天，收缩徐变总时间为10年。

7）风荷载：按北京地区百年重现期风速，B类地貌根据《公路桥涵设计通用规范》

（JTG D60-2004）计算得到主塔中塔柱部分纵桥向平均风压为2.12kN/m2，横桥向平均风压为2.689kN/m2，上塔柱部分纵桥向平均风压为2.95kN/m2，横桥向平均风压为2.604kN/m2。

4.2 计算模型

采用midas软件建立全桥空间分析模型，如下图所示。

图4.2.1 全桥结构离散图

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4.2.1. 主塔

主塔采用空间梁单元进行模拟，高塔下塔柱为矩形箱型截面，截面尺寸由底部9.7m×7.3m渐变至9.3m×5m，壁厚1.0m；高塔中塔柱为矩形箱型截面，截面尺寸由底部9.3m×5m渐变至7.2m×5m，壁厚0.8m。矮塔下塔柱为矩形箱型截面，截面尺寸由底部7.7m×7.3m渐变至7.3m×5m，壁厚1.0m；矮塔中塔柱为矩形箱型截面，截面尺寸由底部7.3m×5m渐变至5.7m×5m，壁厚0.8m。程序中模拟截面如下图所示：

高塔下塔柱截面 高塔中塔柱截面

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矮塔下塔柱截面 矮塔中塔柱截面

图4.2.2 主塔截面（单位：m）

4.2.2. 主梁

本桥主梁全长270.0m，宽48，除承受顺桥向弯矩和轴力作用外，较宽的主梁横向受力情况明显，混凝土主梁与墩、塔固接区域受力复杂，针对此特点本次计算混凝土主梁采用空间梁格法对主梁进行等效模拟分析，钢梁采用单梁模拟。 1）钢主梁

钢主梁为单箱五室截面，截面刚度考虑顶板、底板、腹板及顶底板的U形加劲肋，横隔板重量按照标准断面重量0.3倍的系数计入。

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图4.2.3 钢主梁截面（单位：m）

2）混凝土主梁

混凝土主梁为单箱九室截面，模型中对每个腹板建立梁单元进行模拟，截面采用程序中自带的箱梁边、中腹板截面，截面顶、底、腹板尺寸与设计尺寸相符，用整体截面的抗弯、抗扭惯矩对各个腹板截面进行等量修正。

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边腹板截面 中腹板截面

图4.2.6 砼纵梁截面（单位：m）

3）塔下横梁

塔下横梁标准段为单箱双室截面，模型中根据截面尺寸选择单箱双室截面用一根单梁进行模拟，截面的顶板悬臂宽度根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中4.2.3确定。

主跨侧横梁截面 边跨侧横梁截面

图4.2.7 塔下横梁截面（单位：m）

4.2.3. 斜拉索

本桥拉索采用强度1670MPa的高强镀锌平行钢丝束，其中主跨侧拉索为7-187型，边跨侧拉索为7-223型，模型中采用桁架单元模拟。 4.2.4. 边界条件

根据地勘报告，桩基础上部土层为粉质粘土、粘土及细中砂相间，m值建议按基础规范取。根据《公路桥涵地基和基础设计规范》（JTG D63-2007）附录P第P.0.2条，可取上部两层土按深度的换算m值作为整个深度的m值，m值计算如下：

19 8/13/2015

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在hm?2(d?1)?6.0m深度内：

第一层 黏 土 湿，软塑 m?5000KN/m4 厚1.4m 第二层 粉 土 稍密～中密 m?15000KN/m4 厚1.0m 第三层 粉细砂 稍密～中密 m?15000KN/m4 厚2.1m 第四层 黏 土 软塑～可塑 m?5000KN/m4 厚1.5m

先计算上面三层土的换算m值，将第二层和第三层土作为一层考虑，此时

hm?1.4?1.0?2.1?4.5m

h1/hm?1.4/4.5?0.2，

??1?1.25(1?h1/hm)2?1?1.25(1?1.4/4.5)2?0.4067

m??m1?(1??)m2?10900KN/m

将上面三层土作为一层，m?10900KN/m4，与下面一层土进行换算，hm?6.0m，

4

h1/hm?4.5/6.0?0.2，

??1?1.25(1?h1/hm)2?1?1.25(1?4.5/6.0)2?0.922

m??m1?(1??)m2?10440KN/m

因此，综合取m?10440 kN/m4作为整个深度的m值。

主塔承台及桩基础按实际尺寸建模，桩基刚度计入0.8的折减系数。土弹簧刚度按下式计算得到：k?ab1mz，式中，a为土层厚度，b1为桩基计算宽度，z为计算点距地面或一般冲刷线高度。代入b1?2.106m，m?10440 kN/m4，各分层厚度及计算点高度即可得到沿桩基深度的土弹簧刚度。

在桩侧只施加水平土弹簧约束，在桩底还施加竖向土弹簧约束，竖向土弹簧刚度采用相关软件按群桩基础计算得到。

梁端设置仅约束竖向位移的刚性支撑。

4

20 8/13/2015

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8. 施工阶段主要构件受力结果

本章仅列出主塔在主要受力阶段受力情况。

单元 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2

施工阶段 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥位置 I[1] J[2] I[1] J[2] I[1] J[2] I[1] J[2] I[1] J[2] I[2] J[3] I[2] J[3] I[2] J[3] I[2] J[3] I[2] 轴向（KN） -1081.61 1078.31 -1081.61 1078.31 -1081.61 1078.31 剪力-y（KN） -273.83 339.54 -276.71 336.66 -274.26 339.11 剪力-z（KN） 655.54 -654.46 789.21 -520.79 666.05 -643.95 扭矩弯矩-y弯矩-z（KN*m） （KN*m） （KN*m） -1471.8 -1471.8 -1466.41 -1466.41 -1970.84 -1970.84 9172.24 9172.24 9172.24 9172.24 -1471.8 -1471.8 -1466.43 -1466.43 -1970.86 -1970.86 9173.38 9173.38 9173.38 425.14 427.36 1608.16 966.88 868.87 820.49 59.6 -100.82 -37.75 -184.33 -100.52 -258.87 -90985.2 -7487.96 10584.79 -88825.3 -6874.6 9274.79 12409.12 -104094 -35389.2 -69524.8 12409.12 -104094 -35389.2 -69524.8 427.32 408.46 966.84 701.92 820.44 974.92 -35391 -100.84 -155.38 -184.36 -285.6 -258.91 -422.4 -69523.7 -90985.2 -7487.96 10584.79 -88825.3 -938.1 935.57 -938.1 935.57 -938.1 935.57 -6874.6 -253.44 278.62 -242.36 289.7 -227.58 304.48 9274.79 573.42 -562.93 631.83 -504.51 532.27 -604.08 9274.18 8137.84 9274.18 -88825.5 -6872.81 -86951.8 -6340.75 -88825.5 -6872.81 46

-72060.2 -41695.4 -35391 8/13/2015

-69523.7 唐山市曹妃甸工业区2#桥桥梁工程－设计计算书

10年 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 J[3] I[3] J[4] I[3] J[4] I[3] J[4] I[3] J[4] I[3] J[4] I[4] J[5] I[4] J[5] I[4] J[5] I[4] J[5] I[4] J[5] -86951.8 -6340.75 -930.51 927.98 -930.51 927.98 -930.51 927.98 -256.04 271.71 -224.29 303.46 -187.79 339.96 8137.84 567.38 -559.76 588.8 -538.34 456.38 -670.75 8137.84 7010.7 8137.84 7010.7 562.48 -555.42 557.96 -559.94 321.77 -796.14 7008.99 5891.09 7008.99 5891.09 9173.38 -1471.8 -1471.8 -1466.43 -1466.43 -1970.86 -1970.86 9173.38 9173.38 9173.38 9173.38 -1471.79 -1471.79 -1466.4 -1466.4 -1970.81 -1970.81 9171.36 9171.36 9171.36 9171.36 -72060.2 -41695.4 408.46 395.64 701.92 598.88 974.92 1429.65 -155.38 -189.91 -285.6 -453.84 -422.4 -744.41 -86951.8 -6340.75 -85093.3 -5813 -72060.2 -41695.4 -103962 -16099.2 -72060.2 -41695.4 -103962 -16099.2 395.68 384.03 598.94 606.33 1429.73 -189.93 -228.47 -453.84 -805.89 -744.39 -86951.8 -6340.75 -85093.3 -922.92 920.39 -922.92 920.39 -922.92 920.39 -5813 -252.92 270.5 -178.5 344.93 -94.99 428.44 2432.06 -1448.21 -103962 -16103.8 -131128 7285.2 -85093.3 -5814.64 -83250 -5291.21 -85093.3 -5814.64 -83250 -5291.21 -103962 -16103.8 -131128 7285.2 47 8/13/2015

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5 5 5 5 5 5 5 5 5 5 6 6 6 6 6 6 6 6 6 6 7 7

阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 I[5] J[6] I[5] J[6] I[5] J[6] I[5] J[6] I[5] J[6] I[6] J[7] I[6] J[7] I[6] J[7] I[6] J[7] I[6] J[7] I[7] J[8] -915.33 912.8 -915.33 912.8 -915.33 912.8 -83250 -243.29 275.84 -73.81 445.32 115.45 634.58 -5289.56 558.84 -549.88 525.76 -582.96 56.98 -1051.75 5892.78 4784.05 5892.78 4784.05 556.72 -542.79 476.38 -623.13 -487.85 -1587.37 4784.05 3684.54 4784.05 3684.54 557.64 -532.69 -1471.81 -1471.81 -1466.44 -1466.44 -1970.9 -1970.9 9174.55 9174.55 9174.55 9174.55 -1471.81 -1471.81 -1466.44 -1466.44 -1970.9 -1970.9 9174.55 9174.55 9174.55 9174.55 -1471.8 -1471.8 383.99 368.36 606.26 729.97 -228.45 -298.54 -805.89 -1589.87 2431.94 -1448.28 4530.31 -3029.49 -131127 7291 -81421.9 -4770.44 -83250 -5289.56 -153611 28477.43 -131127 7291 -81421.9 -4770.44 -907.74 905.21 -907.74 905.21 -907.74 905.21 -221.54 293.28 164 678.82 594.13 1108.95 -153611 28477.43 368.36 342.25 729.97 1042.28 -298.54 -451.16 -1589.87 -3366.5 4530.31 -3029.49 8904.29 -6617.94 -153611 28477.43 -171444 47486.2 -81421.9 -4770.44 -79609 -4255.62 -81421.9 -4770.44 -79609 -900.15 897.62 -4255.62 -173.21 337.31 48

-153611 28477.43 -171444 342.3 292.98 8/13/2015

47486.2 -451.15 -798.29 唐山市曹妃甸工业区2#桥桥梁工程－设计计算书

7 7 7 7 7 7 7 7 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 9

阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 I[7] J[8] I[7] J[8] I[7] J[8] I[7] J[8] I[8] J[9] I[8] J[9] I[8] J[9] I[8] J[9] I[8] J[9] I[9] J[10] I[9] J[10] -900.15 897.62 -900.15 897.62 708.65 1219.16 1692.28 2202.79 384.02 -706.3 -1466.4 -1466.4 1042.43 -3366.47 1724.44 -7428.28 8904.55 -6617.65 -1626.64 -1970.68 -2716.96 -1970.68 18056.13 -14822.8 3684.45 2594.12 3684.45 2594.12 565.09 -516.02 197.06 -884.04 9170.46 9170.46 9170.46 9170.46 -1471.81 -1471.81 -1466.46 -1466.46 -171446 47480.57 -184666 64337.14 -171446 47480.57 -184666 64337.14 292.92 192.8 -798.29 -1598.59 -79608.9 -4257.33 -77811.1 -3746.82 -79608.9 -4257.33 -77811.1 -3746.82 -892.56 890.03 -892.56 890.03 -892.56 890.03 -63.47 442.73 1969.16 2475.36 4236.35 4742.55 1724.16 -7428.33 3174.29 -16790.7 -4032.49 -1971.14 18055.59 -14823.4 -5113.59 -1971.14 37321.89 -33735.9 2594.22 1513.12 2594.22 1513.12 585.28 -486.57 -195.62 -1267.47 9174.91 9174.91 9174.91 9174.91 0 0 0.51 0.51 -184664 64343.21 -193311 79051.15 -184664 64343.21 -193311 79051.15 204.65 0 921.27 0 -77811.2 -3745.11 -76028.6 -3238.91 -77811.2 -3745.11 -76028.6 -3238.91 -884.97 882.44 -884.97 882.44 -32.58 469.28 4696.41 5198.27 49

3173.95 -14377.7 6258.63 -35218.7 8/13/2015

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9 9 9 9 9 9 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 11 11 11 11 11 11

阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 阶段34-施工桥面系 阶段34-施工桥面系 阶段35-成桥10年 阶段35-成桥10年 阶段5-施工临时横撑1 阶段5-施工临时横撑1 阶段7-张拉临时索 阶段7-张拉临时索 阶段11-张拉斜拉索1 阶段11-张拉斜拉索1 I[9] J[10] I[9] -884.97 882.44 9970.07 -9162.33 -548.57 -548.57 9173.3 9173.3 9173.3 9173.3 0 0 0.04 0.04 -548.06 -548.06 9170.34 9170.34 9170.34 9170.34 0 0 0.06 0.06 -549.54 -549.54 37317.4 -31430.8 78172.25 -74485.8 -193312 79048.85 -197419 91633.42 -193312 79048.85 -197419 91633.42 0 0 0 0 10471.93 -10234.2 1511.62 439.77 1511.62 439.77 0 0 2927.08 1864.37 5572.2 4509.5 441.11 -621.59 441.11 -621.59 0 0 1864.33 810.84 4509.44 3455.95 -76028.6 -3238.89 J[10] -74261.2 -2737.03 I[9] -76028.6 -3238.89 J[10] -74261.2 -2737.03 I[10] J[11] 0 0 0 0 I[10] -13045.4 -2903.66 J[11] -11293.1 -2406.08 I[10] -23691.2 -4280.24 J[11] -21939 -3782.66 6259.34 -35218.6 -3829.03 -24036.9 78173.77 -74484.2 56943.25 -57503.9 -197421 91629.28 -197038 102116.3 -197421 91629.28 -197038 102116.3 0 0 0 0 I[10] -74261.2 -2738.73 J[11] -72508.9 -2241.15 I[10] -74261.2 -2738.73 J[11] -72508.9 -2241.15 I[11] J[12] 0 0 0 0 I[11] -11293.2 -2405.88 J[12] -9556.14 -1912.62 I[11] -21939.1 J[12] -20202 -3782.3 -3289.04 50

-3829.82 -24036.8 -9460.92 -14942.9 56941.34 -57505.8 40168.21 -42613.9 8/13/2015

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4.3计算结果

4.3.1主塔验算

恒载作用下顺桥向弯矩图 恒载作用下横桥向弯矩图

基本组合顺桥向弯矩包络图 基本组合横桥向弯矩包络图

21 8/13/2015

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恒载作用下轴力图 基本组合作用下轴力包络图

图4.3.1.1 高塔内力图（单位：kN.m kN）

恒载作用下顺桥向弯矩图 恒载作用下横桥向弯矩图

22 8/13/2015

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基本组合顺桥向弯矩包络图 基本组合横桥向弯矩包络图

恒载作用下轴力图 基本组合作用下轴力包络图

图4.3.1.2 低塔内力图（单位：kN.m kN）

由上图可以看到主塔在使用阶段处于受压状态，在恒载及基本组合作用下主塔顺桥向正弯矩峰值出现在中塔柱无索区位置，负弯矩出现在下塔柱根部，横桥向弯矩峰值出现在下塔柱根部。现列出最不利荷载位置，对主塔进行内力及配筋验算。

23

8/13/2015

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表4.1 高塔关键截面配筋结果表

最小轴力 位置(高塔) (KN) 顺桥向弯矩最大 横桥向弯矩最大 79939.8 32460.38 顺桥向 257275.6 25206

表4.2 低塔关键截面配筋结果表

最小轴力 位置(高塔) (KN) 顺桥向弯矩最大 横桥向弯矩最大 60781.6 29220 顺桥向 163379.4 24105.4 横桥向 121122 178855.4 顺桥向 106φ36 74φ36 横桥向 66φ36 66φ36 最大弯矩(KN.m) 配筋 横桥向 130447.4 244054 顺桥向 106φ36 135φ36 横桥向 66φ36 66φ36 最大弯矩(KN.m) 配筋

由上述计算结果可以看到高、低塔关键截面受力可通过配筋来解决。 4.3.2 主梁验算 1） 钢主梁

恒载下主梁轴力图

24 8/13/2015

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恒载下主梁弯矩图

标准组合下主梁弯矩图

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标准组合（1+1）下拉索内力最小值 图4.3.5 主跨侧斜拉索内力图 (单位：KN)

说明：1.成桥状态荷载：施工阶段累计恒荷载；

2.标准组合荷载：施工阶段累计恒荷载+系统变温+主塔日照温差+主梁日照温差+索梁温差++静风荷载+车道荷载+人群荷载。

表4.3 边跨侧拉索内力汇总

荷载工况 1# 成桥状态 5439 2# 5225 5435 5078 2.6 拉 索 内 力 (KN) 3# 5016 5252 4847 2.7 4# 5066 5324 4922 2.7 5# 5072 5337 4919 2.7 6# 5095 5347 4927 2.7 标准组合（最大） 5632 标准组合（最小） 5276 安全系数 规范限值 2.5 ≥2.5

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表4.4 边跨侧拉索应力汇总

荷载工况 1# 标准组合（最大） 656 标准组合（最小） 615 应力幅 规范限值 41 2# 633 592 42 拉 索 应 力 (Mpa) 3# 612 565 47 4# 620 574 47 5# 622 573 49 6# 623 574 49 ≤200 表4.5 边跨侧拉索内力汇总

荷载工况 1# 成桥状态 2# 3# 4# 拉 索 内 力 (KN) 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 3278 3842 3886 3933 4085 4049 3971 4032 4214 4014 3979 标准组合（最大） 3391 3949 4033 4158 4388 4410 4365 4428 4581 4319 4208 标准组合（最小） 3011 3674 3787 3855 4015 3982 3902 3955 4124 3903 3833 安全系数 规范限值 3.5 3.0 3.0 2.9 2.7 2.7 2.8 2.7 2.6 2.8 2.9 ≥2.5 表4.6 边跨侧拉索应力汇总

荷载工况 1# 标准组合（最大） 432 标准组合（最小） 383 应力幅 规范限值 49 2# 503 467 36 3# 514 482 32 4# 530 490 40 拉 索 应 力 (Mpa) 5# 559 511 48 6# 562 507 55 ≤200 7# 556 497 59 8# 563 503 60 9# 584 525 59 10# 550 497 53 11# 536 488 48

从上述计算结果可以看到，拉索在使用状态下最小安全系数为2.5，最大应力幅为59 Mpa，均满足规范要求。 4.3.4 结构变形验算

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最大水平向变形

最小水平向变形

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最大竖向变形

最小竖向变形

图4.3.6 车道荷载作用下结构变形图

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使用阶段结构在车道荷载作用下主塔塔顶最大顺桥向位移-63mm，最小顺桥向位移为12mm，总计变位75mm；主梁最大竖向位移为-135mm，最小竖向位移为38mm，总计变位173mm。根据《公路斜拉桥实施细则》（JTG D65-01-07 ）塔顶水平变形小于L/400＝250mm，主梁竖向变位小于L/500＝332mm，结构变形满足要求。

5. 施工阶段结构静力分析

根据3.6.1施工步序，主塔的施工是本桥形成的关键。主塔施工可采用支架施工、爬模（或翻模、滑模）施工，若采用支架施工，需搭设长200m、宽50m左右范围的支架，施工成本太高，且100m左右的支架稳定也是问题；若采用爬模施工，主塔无索区长度约为70m，在张拉第一批斜拉索前，主塔自身受力无法解决。为满足主塔施工期间受力要求，提出桥面以上32m主塔尽采用支架施工，剩余主塔段辅以临时索的张拉，采用爬模施工方式，施工方式见下图。

支架施工部分中塔柱 张拉临时索

张拉第一批斜拉索 拆除支架、临时索、施工桥面系

图5.1 施工步序

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