钢管混凝土系杆拱空间结构计算书

钢管混凝土系杆拱空间结构计算书

一、设计依据

1、交通部部颁《公路工程技术标准》(JTG B01-2003)； 2、交通部部颁《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)； 3、交通部部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)；

4、交通部部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTJ024-85)； 5、交通部部颁《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)； 6、交通部部颁《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)； 7、交通部部颁《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)； 8、中国工程建设标准化协会标准《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS-28:90)；

9、建设部部颁《钢结构设计规范》（GB50017-2003）； 10、Dr.Bridge系统--<<桥梁博士>>V3.1版； 11、Midas Civil 6.7.1空间有限元分析软件

二、技术指标

1、路线等级：高速公路，按双向6车道计算； 2、计算行车速度100公里/小时；

3、半幅桥面宽度：0.5米(护栏)+11.5米（行车道）+0.5米(护栏)=12.50米；

5、设计荷载：公路-Ⅰ级； 6、结构重要性系数：1.1；

7、桥孔布置：跨径60米系杆拱桥；

8、桥面采用单向横坡2%（由横梁倾斜形成）； 9、护栏类别：采用三横梁护栏，护栏底座宽50厘米

三、材料参数

1、混凝土：

a、系梁采用C50混凝土：

轴心抗压标准强度fck=32.4Mpa，抗拉标准强度ftk=2.65Mpa 弹性模量Ec=3.45×104Mpa。容重2.6t/m3；

b、沥青混凝土铺装8厘米，按9厘米计入受力，容重2.3t/m3； c、整体化混凝土采用10厘米C50混凝土，容重2.6 t/m3； 2、钢材：

a、预应力钢绞线：采用15.20Ⅱ级松弛钢绞线束

标准强度fpk=1860 Mpa，弹性模量Ep=1.95×105 Mpa。公称面积140mm2，张拉控制应力1330Mpa；

塑料波纹管摩阻系数μ=0.17，孔道偏差摩阻系数k=0.0015，一端锚具变形δ=6mm，松弛系数ζ=0.3(低松弛)；

b、锚具：预应力钢绞线采用OVM型锚具或其它成型锚具；

c、拉索及锚具：中系梁吊杆采用OVM PES(FD) 7-109成品拉索，边系

梁吊杆采用OVM PES(FD) 7-55成品拉索，外包双层HDPE保护套（黑色+彩色），锚具采用与拉索配套的OVM LZM系列冷铸墩头锚。 抗拉强度标准值fpk=1670Mpa, 抗拉强度设计值fpd=1140Mpa； 抗压强度设计值fpd’=410Mpa, 弹性模量Ep=2.05×105Mpa； 钢丝束公称面积38.48mm2；

d、拱肋及主要结构钢材：Q345C钢，其技术性能符合国家标准《低合金

高强度结构钢》GB/T1591规定。

抗拉、压强度设计值fa=310Mpa, 弹性模量Es=2.06×105Mpa； 质量密度 ρ=78.5kN/m3,线膨胀系数 αs=1.2×10-5/℃； 3、普通钢筋

采用HRB335钢筋。 4、伸缩装置：

桥台两侧均采用D80型伸缩缝装置，缝宽6cm。 5、支座：待计算后确定。

四、结构形式及结构尺寸

桥梁结构形式采用下承式钢管混凝土系杆拱桥，计算跨径60米，桥梁全长62.6米，拱轴线形式采用二次抛物线，矢跨比f=1/5,设计时采用三拱肋整幅设计。桥梁结构主要由钢管混凝土拱肋、预应力混凝土系梁、横梁、吊杆，桥面板及桥面系组成。 1、系梁：

? 中系梁采用矩形断面，中系梁跨中尺寸（高x宽）：1.62mx1.8m； 梁端尺寸（高x宽）：2.35mx2.0m；

梁端变化段长度：2.719m；

? 边系梁采用矩形断面，边系梁跨中尺寸（高x宽）：1.75mx1.0m 梁端尺寸（高x宽）：2.35mx1.2m；

梁端变化段长度：2.533m；

2、拱肋：采用钢管混凝土结构，断面采用圆端形，中拱肋：竖向高度

1.55m，横向宽度1.2m；边拱肋：竖向高度1.2m，横向宽度0.9m。钢管由14mm厚的Q345C钢板卷制焊接管，内灌C50微膨胀混凝土（抗压强度设计值fcd=23.5Mpa,抗拉强度设计值ft=2Mpa, Ec=3.45×104Mpa），形成钢管混凝土结构。

3、横梁： 横梁为预应力混凝土结构，端横梁高1.54m，宽1.99m，其中悬臂

长0.34m，悬臂端部高0.3m，悬臂根部高0.45m；中横梁为梁肋宽0.6米的“十”型梁，高为1.37m；边、中横梁均设启口放置桥面板，横梁采取现浇方式，钢束一次张拉成型；

4、风撑：采用钢管结构，断面采用圆形，0.65m，钢管由14mm厚的Q345C

钢板卷制焊接而成。

5、桥面板：桥面板采用25cm的实体预制板； 6、上部具体尺寸见一般构造图。 7、钢束型号及布置见附页。

五、单元离散 因1/100<((EI)

拱

/(EI)系)<100,本次计算按刚性系杆刚性拱考虑，系杆与

拱肋视为刚性连接。

? 全桥共划分583个单元, 518个节点:

梁单元550个：1to52、343to394号单元为边系梁单元，157-238号

单元为中

系梁单元，53to156、239to342号单元为横梁单元，395to581为拱

肋单元；506to509、582to583为风撑单元；

桁架单元33个：407to412、431to436、443to448、455to460、

467to475为吊杆单元。

? 单元划分见附页。

? 坐标系说明：x坐标轴为桥的纵向，y坐标轴为桥的横向，z坐标轴为桥

的竖向。 ? 永久约束见下表： 节点 2 52 146 226 320 370 Dx √ Dy √ √ Dz √ √ √ √ √ √ Rx Ry Rz 注：Dx、Dy、Dz指x、y、z方向的平动自由度，Rx、Ry、Rz指绕x、

y、z方向的转动自由度，表中有“√”指限制该方向的自由度。 ? 临时约束：

①、在安装吊杆阶段之前，将吊杆与系梁相交点限制它Dz方向的自由

度；吊杆安装之后去掉此约束；

②、在分段吊装拱肋时，分段处设置限制Dz方向自由度的约束，拱圈

合拢后去掉此约束； ? 计算模型说明：

①、吊杆采用“桁架单元”模拟；

②、拱肋钢管和混凝土采用“施工阶段联合截面”模拟，分别在第二、三施工阶段施工钢管，第四施工阶段施工钢管内混凝土；

③、时间依存材料（收缩徐变）中“构件理论厚度”采用“修改单元依存材料特性值”自动计算，钢管内混凝土未考虑收缩徐变；

④、横梁重量（模型内横梁长度是边系梁中心和中系梁中心间的距离，多计了）采用“截面特征值调整系数”修正横梁重量； ⑤、移动荷载计算采用“横向联系梁法”计算；

⑥、移动荷载工况分边肋2列车（就是在距离边系梁中心线2.65米和5.75米布置两列车），边肋3列车（就是在距离边系梁中心线2.65米、5.75米和8.85米布置三列车），中肋6列车（就是在距离中系梁中心线两侧各2.4米、5.5米和8.6米布置六列车）；

六、施工阶段划分

1、施工方案：

本桥系杆拱采用“先梁后拱”的施工方法施工，即先在支架上现浇加劲纵梁及横梁，而后架设钢管拱肋，泵送管内混凝土成拱，拆除临时支架，再施工吊杆，现浇桥面板,施工桥面铺装及护栏成桥。详细施工步骤见“施工流程图”。

2、计算中按8个施工阶段和1个使用阶段划分： ? 第一施工阶段 施工内容：

a、浇注中系梁、边系梁、中横梁、端横梁； b、张拉中、边系梁预应力钢束N1-N2、N5-N6； c、施加中系梁实心段荷载（均布载）； d、张拉端横梁钢束、中横梁钢束； 施工时间：28天

中系梁实心：0.74*26=19.24 KN/m

? 第二施工阶段 施工内容：

a、架设拱圈临时支撑，分段吊装焊接钢拱圈； 施工时间：10天 ? 第三施工阶段 施工内容：

a、钢拱圈合拢，拆除拱圈临时支撑，安装风撑单元； 施工时间：10天 ? 第四施工阶段 施工内容：

a、浇注拱圈内混凝土； 施工时间：10天 ? 第五施工阶段

③、活载弯距

中系梁跨中 类别 最大 桥博 Midas 2774 2882 最小 -953 -815 最大 1789 1988 最小 -574 -575 边系梁跨中 ④、短期效应组合及标准组合应力 正应力 边系梁跨中 中系梁跨中 边系梁跨中 中系梁跨中 短期效应组合 上缘 4.7 6.4 5.4 6.7 下缘 6.9 5.6 6.9 5.4 标准组合 上缘 9 11.1 9.2 10.7 下缘 10.5 9.4 10.1 8.7 桥博 Midas 从上表可以看出,桥博与Midas计算结果很接近。 ⑤、施工阶段末应力

正应力 桥博 边系梁跨中 中系梁跨中 Midas 边系梁跨中 中系梁跨中 施工阶段末 上缘 5.7 7.7 6.3 7.6 下缘 9.5 8.4 9.4 8 从上表可以看出,桥博与Midas计算结果很接近。

⑥、承载能力组合中、边拱肋最大、最小弯距及最大、最小轴力

弯距 承载能力组合 Mmax 桥博 边拱肋 拱顶 拱脚 1228 1297 Mmin 389 -36 Nmax 10532 12877 Nmin 7366 9014 轴力 中拱肋 拱顶 拱脚 拱顶 拱脚 拱顶 拱脚 2675 4843 1145 1380 2694 3186 412 1274 566 887 1117 2194 19853 24157 9528 11688 17172 20956 14075 17112 8135 10024 14720 18052 边拱肋 midas 中拱肋 十、屈曲稳定分析

系杆拱的稳定分为面内屈曲和面外屈曲，面内屈曲采用CECS28:90规定进行计算，对于面外屈曲本设计按第一类稳定问题（弹性分支屈曲）进行计算，主要是由于本桥跨径较小，非线性影响小。且第二类稳定计算（极值点失稳）理论不太成熟，采用弹性分支屈曲计算可以满足工程需要。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/df3g.html