拱桥—钢管拱计算书讲解

潜江河大桥计算书

1．基本信息

1.1.工程概况

祥和路位于安庆市新城中心区，是安庆市城市规划中一条重要的东西走等主要城市道路交叉。顺安路至潜江路之间路基按38米设计，本桥——潜江河大桥位于顺安路和潜江路之间。

本桥位于规划河流潜江沟上，潜江沟规划河底宽度45m，上口宽度80~100m，设计采用1×60m下承式钢管混凝土系杆拱跨越。

1.2.技术标准

（1）设计荷载：公路－Ⅰ级，人群荷载集度3.5kN/m2。

（2）桥面横坡：双向1.5％。

（3）桥梁横断面：2×[4.5m(人行道)+4.5 m(非)+2.5m(隔离带)]+15m(车)=38m(全宽)。

（4）地震动峰值加速度0.1 g（基本烈度7度），按8度抗震设防。

（5）环境类别：I

（6）年平均相对湿度：70%

（7）竖向梯度温度效应：按现行规范规定取值。

（8）年均温差：按升温20℃。

（9）结构重要性系数：1

1.3.主要规范

《城市桥梁设计准则》（CJJ 11－93）

《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60－2004)

《桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01－2008)

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JT GD62-2004)

《公路桥涵地基与基础设计规范》(JT GD63-2007)

《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）

《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2-2008）

《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）

《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28：90）

《钢管混凝土结构技术规范》（DBJ 13-51-2003）福建省地方标准

《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）

其他相关的国家标准、规范

1.4.结构概述

桥梁横向布置：4.5m（人行道）+4.5m（非机动车道）+2.5m（隔离带）+15m（机动车道）+2.5m（隔离带）+4.5m（非机动车道）+4.5m（人行道），桥梁总宽38m。采用1×60m下承式钢管拱结构，计算跨径60m，矢跨比1/4。拱肋采用D=150cm，t=2cm单圆形钢管，内灌微膨胀混凝土；系梁采用150cm×180cm预应力混凝土结构，系梁在拱脚位置加宽到200cm，加高到240cm宽；端横梁采用360cm×190cm双室箱梁，腹板厚度50cm；中横梁采用底宽65cmT梁，梁高135cm；桥面板厚25cm。系梁、横梁及桥面板采用整体支架现浇，结构整体性好；吊杆间距4m，采用新型低应力防腐拉索PESFD7-109；横向设五道风撑，风撑D=80cm，t=16mm钢管。

1.5.主要材料及材料性能

（1）混凝土：C50，重力密度γ=26.0kN/m3，弹性模量为Ec=3.45×104MPa；

（2）钢管混凝土：Q345C钢管，内部填充C50微膨胀混凝土，计算内力时，刚度直接叠加；计算挠度与一类稳定时，考虑混凝土折减，折减系数0.8。

（3）预应力钢筋：弹性模量E p=1.95×105MPa，松驰率ρ＝0.035，松驰系数ζ＝0.3；

（4）锚具：锚具变形、钢筋回缩取6mm（一端）；

（5）金属波纹管：摩擦系数：ｕ＝0.25；偏差系数：κ＝0.0015；

（6）吊杆：计算截面积41.95cm2，σb=1670Mpa，计算弹性模量E=2.05×105MPa

（7）沥青混凝土：重力密度γ=24.0kN/m3；

1.6.计算方法、内容

本桥静力结构分析采用Midas Civil 2010和桥梁博士3.20分别独立建模，平行计算。荷载考虑自重、二期铺装、年均温差（升温20℃）、温度梯度、收缩徐变（按D62规范）、汽车、人群，冲击力等因素。按照正装模型分析，考虑施工阶段联合截面及收缩徐变效应，迭代优化成桥最优索力。手算成桥最优状态拉索无应力长度，作为施工张拉的最终控制参量。

应用Midas Civil建立空间有限元模型，用于计算端横梁面内弯矩，按照A类预应力混凝土结构进行配束，中横梁也在模型中予以考虑和计算。其中中横梁受力类似于简支悬臂梁，支座位置有扭转刚度约束，故采用桥梁博士建立中横梁平面杆系计算复核。模型中桥面板采用板单元进行模拟，提取板单元纵桥向和横梁桥向截面弯矩，进行纵向和横向（分布筋）配筋设计。

拱脚节点由系梁、拱肋及端横梁三者连接而成的强大的钢筋混凝土块，受力复杂。按照各方向分解法考虑。

桥梁稳定性分析，采用Midas Civil建立的空间有限元模型，考虑空钢管施工过程、混凝土灌注过程，钢管拱侧向风载或者自重作用下的屈曲分析，安全系数均在4以上。

1.7. 控制标准

（1）承载能力极限状态验算：

钢管拱：依据《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ 13-51-2003）、《钢结构设计规范》（GB 50017-2003）并参考《钢管混凝土拱桥》（陈宝春）一书。

验算轴心受压承载力、验算整体稳定极限承载力、组合材料抗剪承载力。

系梁、横梁：依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JT GD62-2004)进行常规验算。

（2）正常使用极限状态验算：

钢管拱：主要依据《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T50283-1999）

系梁、横梁：依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JT GD62-2004)按A 类构件进行常规验算。

（3）施工阶段应力验算：参照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JT GD62-2004)、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）。

2.模型建立与分析

2.1.计算模型

使用迈达斯建立全桥空间有限元程序，拱肋、系梁、横梁采用梁单元模拟；吊杆、风撑

梁预应力布置在系梁截面中心，预应力基本不产生附加弯矩。

端横梁预应力布置9根12Φs15.2预应力钢束，两端张拉，张拉控制应力0.75fpk。布置见设计图纸。

中横梁预应力布置6根10Φs15.2预应力钢束，两端张拉，张拉控制应力0.75fpk。布置见设计图纸。