02钢管拱计算-1-典尚设计汇编

第二章85m钢管混凝土拱结构验算

一、主要材料

（一）混凝土

1、主拱肋钢管内灌C40微膨胀混凝土，核算时按C40混凝土计。

抗压弹性模量E C=32500MPa

容重γ=24kN／m3

标准抗压强度f ck=26.8MPa

标准抗拉强度f tk=2.4 MPa

线膨胀系数α=0.00001

2、主桥系杆和横梁采用C50混凝土，核算时按C50号混凝土计。

抗压弹性模量E C=34500MPa

容重γ=26kN／m3

标准抗压强度f ck=32.4MPa

标准抗拉强度f tk=2.65 MPa

线膨胀系数α=0.00001

3、行车道板、现浇层和拱桥墩帽梁采用C40混凝土。核算时按C40混凝土计。

抗压弹性模量E C=32500MPa

容重γ=26kN／m3

标准抗压强度f ck=26.8MPa

标准抗拉强度f tk=2.4 MPa

线膨胀系数α=0.00001

4、防撞护栏和搭板采用C30混凝土，核算时按C30混凝土计。

抗压弹性模量E C=30000MPa

容重γ=26kN／m3

标准抗压强度f ck=20.1MPa

标准抗拉强度f tk=2.01 MPa

线膨胀系数α=0.00001

（二）普通钢筋及钢材

普通钢筋采用R235光圆钢筋和HRB335螺纹钢筋．

拱肋及风撑钢管采用Q345C钢材，所采用的板材符合GB1591—94标准的规定。

弹性模量Eg=200000MPa

泊松比μ=0.3

容重γ=78.5kN／m3

抗拉、抗压、抗弯设计强度f=310MPa

线膨胀系数α=0.000012

抗剪设计强度fv=180MPa

（三）预应力钢材

1、拱桥系杆、横梁采用符合ASTM A416—97a标准的ΦS 15.24mm低松弛钢绞线，标准强度f pk=1860MPa，松弛率2.5%，弹性模量E p=195000 MPa。

2、拱桥吊杆采用ΦP7mm高强钢丝，标准强度f pk=1670MPa，松弛率2.5%。

二、整体验算

（一）横向分布系数计算

图1

活载荷横向分布系数采用空间有限元法计算（见图1）。空间计算建模详见后节。按照公路-I级车辆荷载，在桥面上偏靠一侧布置，计算出各拱肋分担的荷载效应，进而得出汽车荷载的横向分布系数。

两列汽车时，两片拱肋分别承担总荷载效应的64.5%和35.5%，横向分布系数为2×0.645=1.29。

三列汽车时，两片拱肋分别承担总荷载效应的55.65%和44.35%，横向分布系数为3×0.78×0.5565=1.302。

故检算中汽车横向分布系数取值为1.302。

（二）计算模型

纵向静力计算按平面杆系进行结构分析，采用公路桥梁结构设计系统GQJS V9.2 程序。按施工顺序进行结构离散，拱肋由钢管单元和混凝土单元（钢管单元和混凝土单元共用节点）组成，吊杆采用索

单元，系杆由预应力混凝土单元组成。共划分为72个节点，240个单元，其中1-38为系杆单元，39-72为钢管拱单元，73-106为下管内的砼单元，107-140为腹腔内的砼单元，141-174为上管内的砼单元，其余为吊索单元和支承单元。结构离散图见图2。

（三）计算荷载和主要参数

1、活载

公路-Ⅰ级；

桥面梯度温差T1=14°C，T2=5.5°C,A=300mm；

体系均匀升温25°C，体系均匀降温25°C。

2、恒载

结构的自重和二期恒载均按单幅桥宽的一半计入。

3、内力组合

组合1：恒载+公路-Ⅰ级

组合2：恒载+公路-Ⅰ级+梯度温差

组合3：恒载+公路-Ⅰ级+体系升温

组合4：恒载+公路-Ⅰ级+体系降温

组合5：恒载+公路-Ⅰ级+梯度温差+体系升、降温

（四）施工阶段

根据设计文件中的施工阶段及次序划分,并按照主桥上部结构在施工全过程的受力和体系转换特点，共划分为18个阶段，逐阶段计算并累加后得到成桥内力和其他荷载效应。

阶段1：系杆和部分横梁在支架上浇筑完成，系杆第1批力筋张拉。

阶段2 : 钢管拱架设完毕并落架。

阶段3: 下管混凝土灌毕，但未形成强度。

阶段4: 下管混凝土形成强度，腹腔混凝土灌毕，但未形成强度。

阶段5: 腹腔混凝土形成强度，上管混凝土灌毕，但未形成强度。

阶段6: 上管混凝土形成强度，吊杆安装并初次张拉。

阶段7: 其余横梁完成，系杆第2批力筋张拉，系杆落架。

阶段8: 行车道板安装完成，系杆第3批力筋张拉。

阶段9: 5#吊杆第2次张拉。

阶段10: 8#吊杆第2次张拉。

阶段11: 3#吊杆第2次张拉。

阶段12: 7#吊杆第2次张拉。

阶段13: 2#吊杆第2次张拉。

阶段14: 4#吊杆第2次张拉。

阶段15: 6#吊杆第2次张拉。

阶段16: 1#吊杆第2次张拉。

阶段17: 桥面二期恒载施加完毕。

阶段18: 营运阶段。

（五）施工阶段的计算结果及结论

1、各施工阶段拱肋的应力

计算结果表明，在整个施工过程中，拱肋钢管最大应力为111 Mpa （第18阶段，拱脚处压应力），在混凝土灌注过程中，拱肋钢管拱脚处最大应力不大于40 MPa，符合《公路桥涵钢结构和木结构设计规范》（JTJ025—86）中第1.2.5条的要求。各施工阶段钢管拱肋应力图见图3。

第2阶段

第3阶段

第4阶段

第5阶段

第6阶段