1、目 录一、说明 11.1 主要技术规范 11.2 结构简述 .11.3 材料参数 .21.4 设计荷载 31.5 荷载组合 .41.6 计算施工阶段划分 41.7 有限元模型说明 5二、主要施工过程计算结果 52.1 张拉横梁第一批预应力张拉工况 52.2 张拉系梁第一批预应力工况 62.3 拆除现浇支架工况 .72.4 架设行车道板工况 92.5 张拉第二批横梁预应力束工况 112.6 二期恒载加载工况 13三、成桥状态计算结果 163.1 组合一计算结果 163.2 组合二计算结果 173.3 组合三计算结果 173.4 组合四计算结果 183.5 组合五计算结果 19四、变形结算结果 2
2、1五、全桥稳定性计算结果 23六、运营状态一根吊杆断裂状态计算结果 246.1 各荷载组合作用下计算结果 246.2 持久状况承载能力极限状态验算 .276.3 全桥稳定性计算结果 .27引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书七、运营状态两根吊杆断裂状态计算结果 287.1 各荷载组合作用下计算结果 287.2 持久状况承载能力极限状态验算 .317.3 全桥稳定性计算结果 .32八、上构计算结论汇总 338.1 施工过程主要构件应力计算结果 .338.2 成桥状态计算结果汇总 .338.3 断一根吊杆状态计算结果汇总 .348.4 断两根吊杆状态计算结果汇总 .358.5 各状态稳定性结果汇总
3、.36九、主墩墩身及承台强度验算 369.1 墩身强度验算 379.2 承台强度验算 39引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 1 页 共 42 页一、说明1.1 主要技术规范 公路桥涵设计通用规范 （JTG D602004）(以下简称通用规范) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D622004） （以下简称桥涵规范 ） 斜拉索热挤聚乙稀高强钢丝拉索技术条件 GB/T18365-2001 公路桥梁抗风设计规范 JTG/T D60-01-2004 公路桥涵地基与基础设计规范 JTG D63-20071.2 结构简述1）主桥上部构造本桥结构形式为 Lp=72m 下承式钢筋混凝土简
4、支系杆拱桥。拱肋的理论计算跨径为 72m，计算矢高 14.4m，矢跨比 1/5，理论拱轴线方程为：Y=-14.4/1296*(X-36)2+14.4 (坐标原点为理论起拱点)。主要结构构造为：（1）拱肋拱肋截面为矩形，高 1.6m，宽 1.2m，结构材料为钢筋混凝土。 （2）吊杆每榀拱肋设 13 根厂制吊杆，吊杆间距为 5.0m。吊杆采用 PES7-55 高强镀锌平行钢丝成品索，外包双层高密度聚乙烯（PE）护套，配套锚具为 PESM7-55，吊杆标准强度 fpk=1670MPa，破断力 Nb=3535kN，吊杆张拉采用单端张拉，张拉端设于吊杆底部，固定端设于拱肋端。吊杆力分两次张拉，第一张拉力
5、为 150KN,第二次张拉力为 380KN。（3）加劲纵梁及横梁加劲纵梁采用预应力混凝土结构，其截面为矩形实体截面，高 140cm，宽120cm。预应力钢束采用的 s15.20mm 高强度低松弛钢绞线，标准强度fpk=1860Mpa，每根系梁布置 10 束 10 s15.20mm 高强度低松弛钢绞线。全桥共设 15 道预应力混凝土横梁，其中有 2 道端横梁、13 道中横梁(吊杆处横梁)。端横梁采用单箱单室截面，中横梁采用 T 形截面，牛腿处搁置桥面板。引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 2 页 共 42 页端横梁宽 220cm， 中横梁翼缘宽 120cm，底宽 60cm。中横梁共布置 4 根
6、 4 s15.2mm 高强度低松弛钢绞线，端横梁布 6 根6 s15.2mm。桥面板：桥面板采用预制桥面板，板厚 25cm。1.3 材料参数（1）混凝土系杆、端横梁、中横梁采用 C50 混凝土；拱肋、风撑采用 C40 混凝土；盖梁、主墩立柱以及引桥的墩、台盖梁、墩柱、耳、背墙采用 C30 混凝土；主墩承台、桩柱采用 C25 混凝土；主桥行车道板、引桥空心板分别采用 C40 和 C50预制混凝；桥面铺装采用 C40 混凝土。(2) 预应力钢绞线系杆采用采用符合（GB/T5224-2003）标准的 s15.2 高强度低松驰度钢绞线，标准强度 fpk=1860MPa。(3) 吊杆吊杆采用内芯为 7m
7、m 镀锌高强钢丝束的成品拉索，型号为 PES7-55。表 1-1 材料计算参数表参 数 备注注材料 项 目 C50系杆及横梁C40拱肋及风撑抗压设计强度 fcd 22.4MPa 18.4 MPa抗拉设计强度 ftd 1.83MPa 1.65 MPa抗压标准强度 fck 32.4MPa 26.8 MPa抗拉标准强度 ftk 2.65MPa 2.4 MPa抗压弹性模量 Ec 34500MPa 32500 MPa混凝土抗弯弹性模量 Ec 29325MPa 27625 MPa 0.85Ec计算材料容重 26kN/m3 25KN/m3混凝土参数线膨胀系数 1.010-5 1.010-5标准强度 fpk
8、1860MPa控制张拉应力 con 1395MPa 0.75fpk低松弛钢绞线s15.2 弹性模量 Ep 195000MPa钢束管道摩阻系数 0.25钢束管道偏差系数 k 0.0015锚具及波纹管单端锚具变形及回缩值 l 0.006m引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 3 页 共 42 页1.4 设计荷载（1）恒载 主梁自重预应力混凝土容重 26KN/m3，混凝土按照 25KN/m3，程序依据混凝土主梁截面面积自动进行加载。二期恒载桥面铺装：10cm 现浇混凝土层和 10cm 沥青混凝土铺装层按照线性荷载分布到各纵梁上，容重按照 24KN/m3 考虑。单侧护栏按照 10.6kN/m 加载于主
9、梁上。端横梁上空心板荷载共四片 13 米跨径空心板，边板边支点反力 298.9KN,中板边支点反力325.5KN。（2）汽车荷载汽车荷载等级为公路II 级，按照单向 1 车道加载；冲击系数按公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）相关规定计算，程序中按照结构基频方法输入，本桥基频为 7.2Hz。（3）人群荷载按 2.5KN/m 计算人群荷载。（4）附加力温度作用： 混凝土体系升温 20 oC、降温 20 oC（5）风载：与活载组合的风力按桥面高度处风速 25m/s 计算。工程场地桥位地表粗糙度系数 ，阵风系数 。16.03.1vG1.5 荷载组合成桥状态分析，共考虑以下几种荷载组合：
10、组合一：恒载+人群荷载+活载组合二：恒载+人群荷载+活载+温度荷载（升温 20 oC）+静风荷载（横向风，引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 4 页 共 42 页25m/s）组合三：恒载+人群荷载+活载+温度荷载（降温 20 oC）+静风荷载（横向风，25m/s）组合四：恒载+人群荷载+活载+温度荷载（升温 20 oC）+静风荷载（纵向风，25m/s）组合五：恒载+人群荷载+活载+温度荷载（降温 20 oC）+静风荷载（纵向风，25m/s）1.6 计算施工阶段划分表 1-2 施工阶段划分表结构组 边界组 荷载组步骤名称激活 钝化 激活 钝化 激活现浇系梁系梁组支架端横梁-系梁临时支架弹性连接
11、- 自重安装第一批横梁 横梁 组 - - - 横梁所有预应 力张拉系杆第一批预应力 - - - -系梁第一批预应力支架现浇拱肋拱肋组风撑组- - - -张拉第二批系梁钢束 - - - -系梁第二批预应力挂索 索组 - - - -吊索第一次张拉 - - - - 一张索力（ 150KN）拆除支架 - 支架 结构支座系梁临时支架弹性-引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 5 页 共 42 页连接架设行车道板 车道梁组 - 桥面板连 接 - -张拉横梁第二批预应力吊索第二次张拉 - - - - 二张索力（ 380KN）二期恒载 车道 - - -栏杆荷载桥面铺装空心板荷载人群荷载1.7 有限元模型说明计
12、算依据桥梁施工流程划分结构计算阶段，按设计的施工方法模拟计算步骤，采用 MIDAS2006 程序按平面杆系进行结构分析。全桥共离散为 952 个单元，1056 个节点。结构计算模型如图。图 1.1 全桥有限元模型图二、主要施工过程计算结果2.1 张拉横梁第一批预应力张拉工况引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 6 页 共 42 页图 2.1 横梁上缘应力图(KN/ m2)图 2.2 横梁下缘应力图(KN/ m2)2.2 张拉系梁第一批预应力工况图 2.3 系梁上缘应力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 7 页 共 42 页图 2.4 系梁下缘应力图(KN/ m2)2.3 拆
13、除现浇支架工况图 2.5 系梁上缘应力图(KN/ m2)图 2.6 系梁下缘应力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 8 页 共 42 页图 2.7 横梁上缘应力图(KN/ m2)图 2.8 横梁下缘应力图(KN/ m2)图 2.9 拱肋上缘应力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 9 页 共 42 页图 2.10 拱肋下缘应力图(KN/ m2)2.4 架设行车道板工况图 2.11 系梁上缘应力图(KN/ m2)图 2.12 系梁下缘应力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 10 页 共 42 页图 2.13 横梁上缘应力图(KN/ m2)
14、图 2.14 横梁下缘应力图(KN/ m2)图 2.15 拱肋上缘应力图(KN/ m2)图 2.16 拱肋下缘应力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 11 页 共 42 页2.5 张拉第二批横梁预应力束工况图 2.17 横梁上缘应力图(KN/ m2)图 2.18 横梁下缘应力图(KN/ m2)2.6 第二次张拉吊杆工况图 2.19 系梁上缘应力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 12 页 共 42 页图 2.20 系梁下缘应力图(KN/ m2)图 2.21 横梁上缘应力图(KN/ m2)图 2.22 横梁下缘应力图(KN/ m2)图 2.23 拱肋上缘应
15、力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 13 页 共 42 页图 2.24 拱肋下缘应力图(KN/ m2)2.6 二期恒载加载工况图 2.25 系梁上缘应力图(KN/ m2)图 2.26 系梁下缘应力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 14 页 共 42 页图 2.27 横梁上缘应力图(KN/ m2)图 2.28 横梁下缘应力图(KN/ m2)图 2.29 拱肋上缘应力图(KN/ m2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 15 页 共 42 页图 2.30 拱肋下缘应力图(KN/ m 2)各关键施工阶段主要构件应力结果汇总如表 2-1 所示：表 2-1
16、各施工阶段主要构件应力汇总表主要构件构件应力（Mpa）系杆 横梁 拱肋工况名称上缘 下缘 上缘 下缘 上缘 下缘拉应力验算max -0.44 1.01张拉第一批横梁预应力筋 min -3.44 -3.411.070.7ftk=1.855满足要求max -2.98 0张拉系杆第一批预应力 min -5.19 -5.63min -5.36 -0.82 -0.45 0.97 -1.81 -0.67拆除支架max -7.77 -9.41 -3.38 -3.37 -3.43 -4.430.970.7ftk=1.855满足要求min -4.47 -1.56 -0.48 1.19 -2.31 -0.41架设
17、行车道板max -7.53 -9.54 -3.63 -2.36 -4.06 -4.771.190.7ftk=1.855满足要求max -4.47 -1.56 0 -0.01 -2.31 -0.41张拉横梁第二批预应力 min -7.53 -9.54 -4.9 -8.3 -4.06 -4.77max -5.3 -1.6 0 0 -0.88 -1.38吊索第二次张拉min -8.13 -8.72 -5.7 8.22 -4.02 -6.70max -4.94 -0.38 -0.69 0 -2.1 -1.22二期恒载min -7.1 -8.07 -5.2 -6.56 -4.78 -6.76注：表中正值
18、为拉应力，负值为压应力。三、成桥状态计算结果各荷载组合作用下，系杆、主梁、拱肋应力计算结果3.1 组合一计算结果引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 16 页 共 42 页图 3.1 主要构件上缘应力包络图(KN/m 2)图 3.2 主要构件下缘应力包络图(KN/ m 2)结论：组合一荷载作用下，系杆、横梁、拱肋正应力均为压应力，最大压应力为 8.4MPa。3.2 组合二计算结果图 3.3 主要构件上缘应力包络图(KN/ m 2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 17 页 共 42 页图 3.4 主要构件下缘应力包络图(KN/ m 2)结论：组合二荷载作用下，系杆、横梁、拱肋正应力均为压应
19、力，最大压应力为 8.5MPa。3.3 组合三计算结果图 3.5 主要构件上缘应力包络图(KN/ m 2)图 3.6 主要构件下缘应力包络图(KN/ m 2)结论：组合三荷载作用下，系杆、横梁、拱肋正应力均为压应力，最大压应力为 8.6MPa。3.4 组合四计算结果引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 18 页 共 42 页图 3.7 主要构件上缘应力包络图(KN/ m 2)图 3.8 主要构件下缘应力包络图(KN/ m 2)结论：组合三荷载作用下，系杆、横梁、拱肋正应力均为压应力，最大压应力为 8.8MPa。3.5 组合五计算结果图 3.5 主要构件上缘应力包络图(KN/ m 2)图 3.6
20、 主要构件下缘应力包络图(KN/ m 2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 19 页 共 42 页结论：组合三荷载作用下，系杆、横梁、拱肋正应力均为压应力，最大压应力为 8.4MPa。3.6 系杆、横梁、拱肋持久状况承载能力极限状态计算按承载能力极限状态检算时，荷载组合及荷载安全系数按规范 JTG D602004 规定进行，最大抗力与对应位置内力对比如下图示： 引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 20 页 共 42 页图 3.7 系杆承载能力（最大抗力及对应内力）图图 3.8 端横梁承载能力（最大抗力及对应内力）图图 3.9 中横梁承载能力（最大抗力及对应内力）图图 3.10 拱肋承载能
21、力（最大抗力及对应内力）图引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 21 页 共 42 页由图 3.7 可知，主梁、及横梁正截面抗弯承载系数均大于 1，满规范足要求。3.5 支点反力表 3-2 墩顶支座反力表墩柱编号恒荷载（KN）组合一(最大)（KN）组合二(最大)（KN）组合三(最大)（KN）组合四(最大)（KN）组合五(最大)（KN）最大值（KN）选用支座型号1 7203 7459 7565 7565 7459 7459 7565 GPZ（）8.02 7196 7466 7572 7572 7466 7466 7572 GPZ（）8.03 7200 7463 7559 7559 7463 74
22、63 7559 GPZ（）8.04 7206 7469 7566 7566 7469 7469 7566 GPZ（）8.0结论：由表 3-2 可知，各支座应选型合适。3.5 索力计算结果表 3-3 各荷载组合下索力表活载索力 主要组合索号 恒载索力 max min max min 破断力 安全系数1 443 26 0 483 430 3535 7.312 475 39 0 519 470 3535 6.813 488 44 0 535 486 3535 6.614 493 46 0 541 492 3535 6.545 495 47 0 543 493 3535 6.516 495 47 0
23、544 493 3535 6.497 495 47 0 545 493 3535 6.496 495 47 0 545 493 3535 6.495 495 47 0 544 493 3535 6.504 493 46 0 541 491 3535 6.543 488 44 0 535 486 3535 6.612 475 39 0 519 470 3535 6.811 443 26 0 485 428 3535 7.30结论：由表 3-3 可知，吊杆承载力满足要求。四、变形结算结果引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 22 页 共 42 页图 4.1 成桥状态变形结果（m）图 4.2 组合一
24、变形结果（m）图 4.3 组合二变形结果（m）图 4.4 组合三变形计算结果（m）引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 23 页 共 42 页图 4.3 组合四变形结果（m）图 4.4 组合五变形计算结果（m）各荷载组合作用下，系杆及拱肋竖向变形结果汇总如表 4-1 所示：表 4-1 各荷载组合下最大竖向位移表(单位：m)拱肋 系梁荷载位置 位移值 位置 位移值成桥状态 跨中 -0.007 跨中 0.003组合一 跨中 -0.009 1/4L 0.005组合二 跨中 -0.006 1/4L 0.004组合三 跨中 -0.012 1/4L 0.005组合四 跨中 -0.006 1/4L 0.00
25、4组合五 跨中 -0.012 1/4L 0.005注：表中正值表示向上位移值，负值表示向下位移值。五、全桥稳定性计算结果引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 24 页 共 42 页图 5.1 第一阶模态图结论： 第一阶线弹性稳定系数为 14.8，表现为拱肋侧弯。图 5.2 第二阶模态图结论： 第二阶线弹性稳定系数为 17.6，表现为拱肋对称横弯。六、运营状态一根吊杆断裂状态计算结果 选取跨中处一根吊杆在运营状态断裂工况进行计算分析，共考虑以下两种荷载组合：组合一：恒载组合二：恒载+活载6.1 各荷载组合作用下计算结果引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 25 页 共 42 页图 6.1 组合一
26、 系梁上缘应力包络图(KN/ m 2)图 6.2 组合一 系梁下缘应力包络图(KN/ m 2)图 6.3 组合一 拱肋上缘应力包络图(KN/ m 2)图 6.4 组合一 拱肋下缘应力包络图(KN/ m 2)引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 26 页 共 42 页图 6.5 组合二 系梁上缘应力包络图(KN/ m 2)图 6.6 组合二 系梁下缘应力包络图(KN/ m 2)图 6.7 组合二 拱肋上缘应力包络图(KN/ m 2)图 6.8 组合二 拱肋下缘应力包络图(KN/ m 2)结论：由以上应力云图可以看出，一根吊杆断裂状态下，系梁正截面应力均为引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 27
27、 页 共 42 页压应力，最大压应力为 11.5MPa,依据规范 7.2.8 条： cc 0.7fck=22.68MPa，满足短暂状态下构件的验算要求。拱肋在吊杆断裂状态下，截面均受压，最大压应力为 6.29MPa,最小压应力为 0.29MPa。6.2 持久状况承载能力极限状态验算图 6.9 系梁承载能力（最大抗力及对应内力）图结论：根据图 6.9 可以看出，系梁正截面抗弯承载系数均大于 1，满足规范要求图 6.10 未断吊杆侧拱肋承载能力（最大抗力及对应内力）图图 6.11 断吊杆侧拱肋承载能力（最大抗力及对应内力）图结论：根据图 6.106.11 可以看出，拱肋正截面抗弯承载系数均大于 1，满足规范要求6.3 断一根索状态全桥稳定性计算结果引江济汉通航工程系杆拱桥结构计算书第 28 页 共 42 页图 6.12 第一阶模态图结论： 第一阶线弹性稳定系数为 14.8，表现为拱肋侧弯。图 6.13 第二阶模态图结论： 第二阶线弹性稳定系数为 18.0，表现为拱肋对称横弯。七、运营状态两根吊杆断裂状态计算结果 选取跨中处两根相邻吊杆在运营状态断裂工况进行计算分析，共考虑以下两种荷载组合：组合一：恒载组合二：恒载+活载7.1 各荷载组合作用下计算结果
