南京长江第四大桥引桥部分结构设计

南京长江第四大桥引桥部分结构设

计

第一章概述

第一节工程概况

1 .南京长江第四大桥是南京市城市总体规划中“五桥一隧”过江通道之一，位于南京二桥下游约10公里处。主桥采用双塔三跨悬索桥方案，引桥为50m跨和52m跨预制拼装混凝土连续梁。

图1 桥位图

平立面总图、主桥上部结构一般构造图、梁段构造图及钢筋图、预应力钢束布置图、施

工步骤图等。

第二节设计基本资料

1 原始条件及数据

1.1 桥梁概况

该桥为连续梁体系，分为上下行两幅桥。每座桥宽16.5m，桥梁总宽33m。

平面线形：位于直线上

桥面纵坡：3％；桥面横披：2％

主梁：预应力混凝土等截面连续箱梁，采用单箱单室斜腹板截面

桥墩墩身：钢筋混凝土空心薄壁墩，墩高35m

基础：钻孔灌注桩基础

主要的施工工艺：预制节段拼装施工

1.2 箱梁的基本构造

箱梁梁高2.9m，顶板宽16m，底板宽7.2m，设置2％的单向横坡；截面的主要尺寸为：顶板厚28cm，底板厚25～70cm，腹板厚36～56cm，悬臂板长度3.9m，根部厚50cm；各支点位置设置横隔梁。横断面布置如下图所示：

图2 标准横断面布置

图3 箱梁截面尺寸（单位：cm ）

1.3 主要材料

混凝土：C50混凝土；

普通钢筋：钢筋直径大于10mm 者为HRB335钢筋，小于10mm 者为R235钢筋； 钢绞线：主梁纵向采用体内束和体外束相结合的预应力体系。体内、体外预应力钢绞线均采用高强度、低松弛钢绞线，20.15s φ，MPa f pk 1860=，MPa E P 51095.1⨯=，体外预应力钢束采用环氧涂层无粘结钢绞线；

锚具：采用OVM 型或性能相近的群锚体系； 波纹管：采用桥梁用塑料波纹管；

节段拼装粘结剂：采用符合国际预应力协会标准FIP 的节段拼装桥梁粘结剂。 1.4 其它

桥面铺装：9cm 沥青铺装，防水层； 伸缩缝：400型梳齿板伸缩缝； 支座：采用减隔震支座；

防撞护栏：钢-混凝土组合式护栏；

1.5 预制节段拼装施工方法示意图

图4 预制节段拼装施工－逐跨施工

3 技术要求

（1）双向六车道高速公路；

（2）设计行车速度：100km/h；

（3）设计荷载：公路-Ⅰ级。

第二章内力计算

第一节主梁内力计算流程及桥梁建模

根据此次设计横断面的具体构造特点，利用桥梁博士V3.0将空间桥垮结构简化为平面结构进行计算，图2.1所示为主梁的内力计算分析流程。

图2.11 主梁内力分析流程图

1、单元划分

参考文献[4]P235，采用桥梁专用程序进行结构计算分析。全桥单元划分时，应综合考虑结构在施工过程及正常使用阶段控制设计的截面位置，使控制截面位于单元节点处。本设计为连续梁桥，结合施工、使用结构的受力特性及预应力束布置，将全桥划分为150单元、151个节点。如图2-1所示：

节点号与控制截面对应关系及节点的总体坐标分别见表2-1和表2-2。

表2-1 节点号与控制截面对应表

节点

号 1 13 26 38 51

控制

截面永久支座第一跨跨中永久支座第二跨跨中永久支座节点

号63 76 88 101 113

控制

截面第三跨跨中永久支座第四跨跨中永久支座第五跨跨中节点

号126 138 151

控制

截面永久支座第六跨跨中第六跨支座

表2-2节点坐标表

第二节 恒载集度计算（按单幅桥全宽计算）

1、 一期恒载集度()1q

一期恒载集度包括箱梁及横隔板的集度，也可以只考虑箱梁的集度而将横隔板作为集中力加在节点，本设计将箱梁及横隔板一起处理成分段均布集度作用在相应的单元上，计算公式为：

i A q =1 ×25kN/m

3

(5-1)

式中：i ——单元号；

1q ——箱梁i 号单元一期恒载集度；

i A ——箱梁i 号单元毛截面面积；截面变化单元，i A 为该单元两端节点

截面面积的平均值。

2、二期恒载集度()2q

二期恒载集度为桥面铺装集度与防撞护栏集度之和，本设计桥面铺装采用9cm 的沥青混凝土铺装，防水层。即：

2q =桥面铺装集度＋防撞护栏集度＝m KN /6.392.7)25.016(16.2=+⨯-⨯ 3、恒载内力

根据单元划分及相应的恒载集度，采用桥梁专用程序进行恒载内力计算。计算结果如下：

1q 在第1施工阶段的恒载内力

1q 在第6施工阶段的恒载内力

1q 在第21施工阶段的恒载内力

单元号 节点号 剪力 弯矩

1q 和2q 在第22施工阶段的恒载内力

单元号 节点号 剪力 弯矩

4 温度次内力的计算 计算时假定：

（1）沿桥长的温度分布是均匀的； （2）混凝土材料是弹性匀质材料； （3）梁变形服从平面假定。 温度应力将由两部分组成：

（1）梁的温度变形受到纵向纤维之间的相互约束（因梁变形仍服从平截面假定，实际截

面的最终变形仍为直线），在截面上产生自平衡的纵向约束应力，一般称为“自应力”。

（2）由于桥梁处于正晒状态，结构将产生温度上拱变形，对于连续梁桥将受到支承条件

的约束而产生温度次内力及温度次应力。

用矩阵位移法求解温度效应，温度变化引起的结点荷载向量{}e

F 为

{}()()⎪⎪

⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩

⎪⎪⎪⎪⎨⎧-+-+=⎪⎪⎪⎪⎭⎪⎪⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=ϕϕεϕϕεEI y EA EI y EA M Q N M Q N F c c j j j i i i 0000

式中：()()()()()⎰

⎰-=--ϕ

α

εεα

ϕϕc y h

y

c

h

c y

d y b y t A y d y y y b y t I

y ＝

处的变形，－；

＝－变形曲率，

形心纵坐标；

000

温度自应力为自平衡应力，根据变形协调原理，可由下式求得：

()()()[]y y t E y s ϕεασ+-=0

温度内力计算结果见下表，由电算得出具体数值：