深圳北站大橋靜力計(jì)算分析

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1、第27卷第3期福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)Vol.27No.31999年6月JournalofFuzhouUniversity(NaturalScience)June1999文章編號(hào):1000-2243(1999)03-0027-04深圳北站大橋靜力計(jì)算分析孫潮,陳寶春(福州大學(xué)土木建筑工程學(xué)院,福建福州350002)摘要:以深圳北站大橋設(shè)計(jì)為研究對(duì)象,建立全橋空間計(jì)算模型,計(jì)算分析了大跨鋼管砼剛架系桿拱橋的受力性能,為此類橋梁的設(shè)計(jì)提供數(shù)值參考.關(guān)鍵詞:鋼管砼;拱橋;靜力;分析中圖分類號(hào):U4481225;U44115文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A深圳北站大橋主跨為一跨徑

2、為150m的下承式鋼管砼剛架系桿拱,大橋主拱兩墩中心距150m,計(jì)算跨度148m,矢跨比1/4151拱軸線采用懸鏈拱軸線,拱軸系數(shù)111671拱肋2片,每片由4根上下弦桿Ф750mm×12mm鋼管和上下平聯(lián)Ф400mm×10mm鋼管和腹桿Ф245mm×10mm鋼管組成四肢桁式斷面,斷面高310m,寬210m.上下弦鋼管內(nèi)澆注C50微膨脹砼,由2道K撐和3道一字形橫撐聯(lián)系兩拱肋,形成空間結(jié)構(gòu).圖1　全橋計(jì)算模型　　　　　　　　　　　　　　　　圖2　鋼管編號(hào)1　計(jì)算模型　　一般系桿拱外部為靜定結(jié)構(gòu),內(nèi)部為超靜定結(jié)構(gòu).深圳北站大橋?yàn)閯偧芟禇U拱,將拱肋、系桿、墩柱

3、、基礎(chǔ)以及地基土體形成一個(gè)總體受力結(jié)構(gòu),剛架系桿拱的系桿只承受拉力,不承受彎矩,橋面系為局部受力結(jié)構(gòu),不參與總體受力,不屬于拱梁組合體系.因此其受力較為復(fù)雜.設(shè)計(jì)計(jì)算采用大型通用程序SAP93進(jìn)行空間分析.全橋計(jì)算模型見圖1,共4462個(gè)單元,2489個(gè)節(jié)點(diǎn).橋面系采用梁格法模擬,考慮了12cm厚的結(jié)構(gòu)層和8cm厚的橋面鋪裝的重量但沒有考慮其剛度.鋼管混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)下的綜合彈模、面[1]積、慣性矩根據(jù)文獻(xiàn)所推薦的公式計(jì)算.計(jì)算結(jié)果拱肋的抗壓剛度EA==201125GN,抗收稿日期:1998-11-26作者簡介:孫潮(1970-),男,助教,碩

4、士.?1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·28·福州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)第27期2彎剛度EI=868136MN·m.深圳北站大橋的縱梁、橫梁與吊桿組成一漂浮體系.建模將縱梁與帽梁連接處縱橋向的約束釋放,以使橋面系不承受拉力,使拱產(chǎn)生的推力全由系桿承受.樁基的計(jì)算模式是用彈性支承來模擬地基的水平抗力.用“m法”進(jìn)行計(jì)算.樁側(cè)土作用從地面或最大沖刷線下算起.深圳北站大橋?yàn)楹禈?所以樁側(cè)土從地面算起.2　系桿與吊桿受力分析　　鋼管砼拱橋的施工順序?yàn)榧茉O(shè)空鋼管,澆筑管內(nèi)砼成

5、鋼管砼拱肋,架設(shè)縱橫梁,架設(shè)橋面板,進(jìn)行橋面鋪裝.因此,對(duì)結(jié)構(gòu)恒載應(yīng)根據(jù)施工順序細(xì)分,以確定施工各階段的系桿張拉力.為簡化施工順序,將系桿張拉分四批進(jìn)行,即空鋼管架設(shè)后,灌完管內(nèi)砼后,架設(shè)完縱橫梁后以及橋面結(jié)構(gòu)層和橋面鋪裝后.拱肋上下弦4根鋼管的澆筑對(duì)結(jié)構(gòu)受力有影響,因[2]為先澆的鋼管將參與后期的受力.根據(jù)文獻(xiàn),先澆上弦,后澆下弦有利于后期荷載;先澆####外側(cè),再澆內(nèi)側(cè)有利于穩(wěn)定,因此澆筑順序?yàn)?鋼管編號(hào)見圖2)2、6管-1、5管-####4、8管-3、7管.將EA置無窮大,EI置無窮小,分別計(jì)算各階段的系桿張力.空鋼管和澆管內(nèi)砼時(shí)的系桿張力為4127

6、3MN;架縱橫梁時(shí)的系桿張力51080MN;加橋面結(jié)構(gòu)層與橋面系為51520MN.因此恒載產(chǎn)生的推力共為141800MN.根據(jù)縱橫梁的影響線,將活載換算成吊桿處的集中力,求在活載作用下系桿的拉力.活載作用下系桿近荷拱肋最大拉力為21446MN(最大水平推力).由于系桿的設(shè)計(jì)驗(yàn)算參照斜拉橋的拉索采用容許應(yīng)力法,所以計(jì)算結(jié)果不乘以荷載系數(shù).在第四部分的拱肋內(nèi)力計(jì)算中將乘以相應(yīng)的荷載系數(shù).鋼管架設(shè)采用少支架方法.空鋼管合攏時(shí)空鋼管支承于支架上,未形成拱的作用,所產(chǎn)生的水平推力很小,因此可以不用臨時(shí)系桿.在空鋼管合攏后,進(jìn)行系桿張拉脫架,空鋼管自重才產(chǎn)生水平推力.

7、由以上計(jì)算結(jié)果和拱墩固結(jié)點(diǎn)局部應(yīng)力有限元分析的結(jié)果,根據(jù)避免拱墩出現(xiàn)高應(yīng)力的原則,決定系桿張拉工況.第一批張拉2束,每束為11150MN.第二批張拉4束,每束11150MN,并張拉豎向預(yù)應(yīng)力.第三批張拉6束,每束11100MN.第四批張拉4束,每束01800MN.深圳北站大橋系桿采用平行鋼絞線索,吊桿采用平行鋼絲索,b鋼鉸線的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度RY為1860MPa.鋼絲的標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度為1670MPa.預(yù)應(yīng)力系桿的受力與斜[3]拉橋的拉索類似,因此,參照《公路斜拉橋設(shè)計(jì)規(guī)范(暫行)JTJ027-96》中拉索的設(shè)計(jì)Y計(jì)算方法進(jìn)行驗(yàn)算,即拉索的應(yīng)力不應(yīng)大于容許應(yīng)力014Rb.

8、系桿平行鋼鉸線的設(shè)計(jì)容許強(qiáng)度為744MPa,吊桿平行鋼絲的設(shè)計(jì)容許