拱脚计算分析报告-铁二院.pdf

广西沿海铁路钦江双线特大桥主桥 128m 钢管混凝土拱 拱脚局部分析计算报告 计算： 复核： 中铁二院工程集团有限责任公司 交通设计研究院 2010年12月 广西沿海铁路钦江双线特大桥主桥 128m 钢管混凝土拱 拱脚局部分析计算报告 1. 概要 钦江双线特大桥主跨2-128，上部结构采用下承式钢管混凝土系杆拱。一跨 共设14对系杆。单孔系杆拱桥系梁全长131.6m，计算跨径128m，矢跨比f/L=1/5， 拱肋平面内矢高25.6m，拱肋采用悬链线线型。 拱肋横截面采用哑铃型钢管混凝土截面，截面高3.6m，沿程等高布置，主 钢管外径1300mm，由厚20mm的钢板卷制而成。每片拱肋的两主钢管之间用厚20mm 的腹板连接。拱肋主钢管及腹腔内灌注C55无收缩混凝土填芯。单孔系杆拱桥两 片拱肋均为竖直铅垂布置，拱肋中心距离16.3m。 系梁按整体箱形梁布置，采用单箱三室预应力混凝土箱形截面。系梁标准段 箱宽17.8m，梁高2.5m，顶板厚30cm（横坡变坡点厚度），底板厚30cm，边腹 板厚45cm，中腹板厚35cm。底板在横向3m范围内上抬50cm以减小风阻。吊点 处设置吊杆横梁，横梁厚度40cm（靠近吊点处设2.5m长变厚段过渡到1m厚）。 S S 系梁纵向设置102束15-Φ 15.2预应力筋，横向在底板上设置4-Φ 15.2 预应力筋，在吊杆中横隔梁内设置4束13-ΦS 15.2预应力筋，端横隔梁内设置 39束15-ΦS 15.2预应力筋。 系梁在拱脚顺桥向8.5m范围内设成实体段，横桥向宽度由17.8m增加至 第 1 页 共 30 页 19.0m，截面渐变处设过渡段。 拱脚为圬工量很大的实体构件，除了设置有纵、横向的预应力钢束外，为了 改善拱座处的局部受力性能，该处设置有斜向布置的精扎螺纹预应力钢筋。 系杆拱为无推力外部静定的结构，拱脚结点是结构的关键部位之一，其结构 构造处理及受力状态均较为复杂，其应力分布采用常规的杆系设计计算分析方法 难以给出精确的分析结果。 鉴于本桥系杆拱拱脚段受力的复杂性和其结构的重要性，本计算报告对拱脚 结点进行局部实体有限元应力分析，目的是了解拱脚结点处空间局部应力的分布 规律和大小，用以校核设计，使得拱脚结点构造处理和配筋设置更趋于合理可靠。 2. 分析思路和计算模型 2.1 分析思路 为减少计算规模，不考虑对全桥建立施工阶段分析的精确的实体有限元模 型。由于主要关注拱脚实体段的应力分布及系梁在拱脚结合段的传力特征，为此 可结合结构纵、横向对称特点，计算模型可为“单个拱脚拱座段+系梁的 1/4 模 型”，如下图所示，按静力线性结构进行有限元计算。 第 2 页 共 30 页 2.2 计算模型 采用 Midas/FEA3.0 版进行实体有限元建模，网格划分为自动划分，实体单 元类型为四面体单元，如下图所示，共计 586972 个单元，136566 个节点。 第 3 页 共 30 页 预应力钢筋及预应力荷载的模拟采用钢筋线单元强化模型。 第 4 页 共 30 页 2.3 边界条件及加载 2.3.1 吊杆内力的加载 系梁模型处理为整孔结构的1/4，为此模型在跨中截面和纵向对称剖面上施 加对称性边界条件，同时在拱座下支座所在平