斜拉桥-xxx桥定测计算报告

PAGEPAGE153江珠高速北延线北街水道桥3.1概述江珠高速北延线北街水道桥在K07+829处跨越北街水道，桥位轴线法线与河道夹角约30°。北街水道为西江干流，是江门境内的主要河道，桥位处江面宽约660m，水深一般为5m~8.5m。根据地质调绘、钻探资料，场区内出露的地层主要为第四系全新统表土层、海陆交互相沉积层、残积层以及中侏罗世侵入的花岗岩。表土层主要以黏粉和黏性土为主；桥址区下卧基岩为中侏罗世侵入的花岗岩。根据内河航道标准和广东省航道局文件，北街水道为内河Ⅰ级航道，通航3000t级海轮，设计最高通航水位采用20年一遇的设计洪水位，本桥位所在河段对应水位为5.574m。根据防洪评价，北街水道桥按照《公路桥涵设计通用规范》采用300年一遇的设计洪水频率，对应水位为6.014m。根据《通航净空尺度和技术要求论证》专题结论，北街水道桥桥位通航净宽要求不小于330m，通航净高22m，考虑到桥位处水文条件复杂，河中不宜设置桥墩，要求桥梁一孔跨越主航道。桥型方案布置预应力混凝土梁斜拉桥，跨径布置为（60+150+380+150+60）m。本报告对初步设计推荐方案进行分析计算。桥型方案采用独柱双塔中央双索面半漂浮体系斜拉桥，跨径布置为60+150+380+150+60=80索塔采用独柱形式，自上到下采用正八边形到正方形的变截面形式，总高度为111.2m，桥面以上高度为每个索塔基础采用20根直径3.0m的钻孔灌注桩，桩长分别为51.5m和56.5m；承台为带圆角的矩形结构，整体尺寸为24.3m×32.6主梁采用单箱多室型（单箱七室）主梁，斜拉索布置为中央双索面锚固于中间隔室。主梁全宽41m，宽跨比为1/9.27，主梁中心梁高4.0m，高跨比为1/95。标准梁段顶板厚28cm，底板厚26cm，锚固斜拉索的腹板厚35cm，其他腹板厚25cm，在斜拉索锚固处设置横隔板，间距斜拉索采用直径7mm、强度1670MPa的平行钢丝束，顺桥向为辐射形布置，横桥向为中央双索面。斜拉索梁端索距为6.0m，塔端集中锚固到塔顶。全桥共设8×29根斜拉索。江珠高速北延线北街水道桥方案1的桥型布置如图3.1-1所示，主梁标准横断面如图3.1-2所示。图3.1-1北街水道桥方案1桥型布置图图3.1-2北街水道桥主梁标准横断面图图3.1-3北街水道大桥索塔构造图3.2咨询依据和主要技术标准3.2.1咨询依据(1)公路工程技术标准（JTGB01-2003）(2)公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）(3)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG062-2004）(4)公路桥涵地基与基础设计规范（JTGD63-2007）(5)公路斜拉桥设计细则（JTG/TD65-01-2007）(6)斜拉桥热挤聚乙烯高强钢丝拉索技术条件（GB/T18365-2001）(7)公路桥梁抗震设计细则（JTG/TB02-01-2008）(8)公路桥梁抗风设计规范（JTG/TD60-01-2004）(9)工程场地地震安全性评价（GB17741-2005）(10)公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）3.2.2主要技术标准⑴公路等级：高速公路⑵设计行车速度：100km/h⑶设计车道数：双向6车道⑷设计荷载：公路-Ⅰ级⑸设计洪水频率：1/300(6)地震动峰值加速度：0.1g其他指标按《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）的规定执行。3.3静力计算3.3.1整体计算模型3.3.1.1计算模型的建立由于初设文件提供的信息有限，为满足结构分析计算需要，咨询在主梁施工方法和过程、斜拉索分阶段张拉力、挂篮重量等做了一些进行必要的假定。计算中以理论竖曲线为基准进行结构离散，对主梁施工架设过程进行模拟。采用梁单元模拟主梁、索塔，按刚度等效原则用门式框架模拟桩基础，用等价桁架单元模拟斜拉索，考虑索力及自重对拉索刚度的修正，对各施工阶段进行整体受力计算；运营阶段计算将施工进程分析所得的成桥内力转化为几何刚度矩阵的初始单元内力分析其他荷载。全桥共分为559个单元。边界条件处理：施工阶段主梁与塔采用临时固结，成桥后主梁在索塔、辅助墩和过渡墩处均为纵向活动，竖向、横向约束。计算采用结构静、动力有限元软件Midas/Civil进行，整体静力计算模型见图3.3.1。图3.3.1北街水道桥整体静力计算模型3.3.1.2单元主梁：用梁单元模拟，并计入预应力荷载和P-Δ效应；桥墩、索塔：用梁单元模拟，并计入P-Δ效应；桩基础：按照刚度相等的原则，换算成门式框架，用梁单元模拟。斜拉索：用桁架单元模拟，并计入弹性模量折减。3.3.1.3材料(1)主梁混凝土混凝土等级： C55弹性模量： Ec=3.55×104MPa泊松比： ν=0.2线膨胀系数： α=1.0×10-5/°C容重： γc=26.0kN/m3标准抗压强度： fck=35.5MPa标准抗拉强度： ftk=2.74MPa(2)索塔混凝土混凝土等级： C50弹性模量： Ec=3.45×104MPa泊松比： ν=0.2线膨胀系数： α=1.0×10-5/°C容重： γc=26.0kN/m3标准抗压强度： fck=32.4MPa标准抗拉强度： ftk=2.65MPa(3)承台、桩基础混凝土混凝土等级： C30弹性模量： Ec=3.4×104MPa泊松比： ν=0.2线膨胀系数： α=1.0×10-5/°C容重： γc=26.0kN/m3标准抗压强度： fck=20.1MPa标准抗拉强度： ftk=2.01MPa(4)斜拉索钢丝束斜拉索采用φ7mm高强度平行钢丝束，其参数如下：弹性模量： Es=2.05×105MPa泊松比： ν=0.3线膨胀系数： α=1.2×10-5/°C标准抗拉强度： fpk=1670MPa(5)预应力钢绞线弹性模量： Es=1.95×105MPa泊松比： ν=0.3线膨胀系数： α=1.2×10-5/°C标准抗拉强度： fpk=1860MPa3.3.2荷载3.3.2.1(1)一期恒载一期恒载包括主梁、索塔、斜拉索等材料的自重，按实际断面计取重量。(2)二期恒载二期恒载包括桥面铺装、防撞护栏、分隔带护栏、标志标牌、灯柱等重量。(3)基础不均匀沉降索塔基础不均匀沉降按2cm计，辅助墩、过渡墩基础不均匀沉降按1.5cm计。3.3.2.2汽车荷载汽车荷载等级为公路－I级。根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）的规定，双向按8个设计车道计算，汽车荷载横向折减系数为0.5；主跨380m，纵向折减系数为0.97；偏载系数为1.15。由此，模型中考虑的车道系数为：8×0.5×0.97×1.15=4.462。3.3.2.3温度作用体系整体升降温：根据设计文件，桥址处最热月7月日平均气温为28.4℃，最冷月1月日平均气温为13.2℃；历年极端最高和极端最低气温，分别为38.1℃和2.7℃。拟合龙温度为15~25℃梁截面梯度温差：混凝土梁按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）进行计算。3.3.2.4施工荷载用于主梁悬浇的挂篮取为250t。3.3.2.5荷载组合计算中考虑的荷载组合包括：组合Ⅰ：恒载+基础不均匀沉降+汽车荷载组合Ⅱ-1：恒载+基础不均匀沉降+汽车荷载+整体升温+截面升温梯度组合Ⅱ-2：恒载+基础不均匀沉降+汽车荷载+整体降温+截面降温梯度3.3.3施工阶段划分计算中模拟了主梁的施工过程，共分为122个施工阶段。一个普通悬臂施工梁段施工步骤为：(1)挂篮到位，安装斜拉索并进行第一次张拉；(2)浇注梁段一半混凝土，斜拉索第二次张拉；(3)浇注另一半梁段混凝土，待混凝土达强度后张拉纵向预应力筋；(4)第三次张拉斜拉索；(5)剪断小拉索，准备挂篮前移。表3.3.3施工阶段表步骤浇筑阶段施工内容天数step1浇主塔、0号段爬模阶段浇筑350天，满堂支架浇筑0号段15天step2浇筑1号段安装挂篮，第一次张拉B1、Z1拉索3天step3浇筑一半阶段砼，第二次张拉B1、Z1拉索3天step4浇筑另一半阶段砼3天step5待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B1、Z1拉索至设计初拉力，移动挂篮，拆除0号段支架7天step6浇筑2号段安装挂篮，第一次张拉B2、Z2拉索3天step7浇筑一半阶段砼，第二次张拉B2、Z2拉索3天step8浇筑另一半阶段砼3天step9待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B2、Z2拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step10浇筑3号段安装挂篮，第一次张拉B3、Z3拉索3天step11浇筑一半阶段砼，第二次张拉B3、Z3拉索3天step12浇筑另一半阶段砼3天step13待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B3、Z3拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step14浇筑4号段安装挂篮，第一次张拉B4、Z4拉索3天step15浇筑一半阶段砼，第二次张拉B4、Z4拉索3天step16浇筑另一半阶段砼3天step17待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B4、Z4拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step18浇筑5号段安装挂篮，第一次张拉B5、Z5拉索3天step19浇筑一半阶段砼，第二次张拉B5、Z5拉索3天step20浇筑另一半阶段砼3天step21待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B5、Z5拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step22浇筑6号段安装挂篮，第一次张拉B6、Z6拉索3天step23浇筑一半阶段砼，第二次张拉B6、Z6拉索3天step24浇筑另一半阶段砼3天step25待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B6、Z6拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step26浇筑7号段安装挂篮，第一次张拉B7、Z7拉索3天step27浇筑一半阶段砼，第二次张拉B7、Z7拉索3天step28浇筑另一半阶段砼3天step29待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B7、Z7拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step30浇筑8号段安装挂篮，第一次张拉B8、Z8拉索3天step31浇筑一半阶段砼，第二次张拉B8、Z8拉索3天step32浇筑另一半阶段砼3天step33待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B8、Z8拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step34浇筑9号段安装挂篮，第一次张拉B9、Z9拉索3天step35浇筑一半阶段砼，第二次张拉B9、Z9拉索3天step36浇筑另一半阶段砼3天step37待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B9、Z9拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step38浇筑10号段安装挂篮，第一次张拉B10、Z10拉索3天step39浇筑一半阶段砼，第二次张拉B10、Z10拉索3天step40浇筑另一半阶段砼3天step41待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B10、Z10拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step42浇筑11号段安装挂篮，第一次张拉B11、Z11拉索3天step43浇筑一半阶段砼，第二次张拉B11、Z11拉索3天step44浇筑另一半阶段砼3天step45待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B11、Z11拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step46浇筑12号段安装挂篮，第一次张拉B12、Z12拉索3天step47浇筑一半阶段砼，第二次张拉B12、Z12拉索3天step48浇筑另一半阶段砼3天step49待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B12、Z12拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step50浇筑13号段安装挂篮，第一次张拉B13、Z13拉索3天step51浇筑一半阶段砼，第二次张拉B13、Z13拉索3天step52浇筑另一半阶段砼3天step53待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B13、Z13拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step54浇筑14号段安装挂篮，第一次张拉B14、Z14拉索3天step55浇筑一半阶段砼，第二次张拉B14、Z14拉索3天step56浇筑另一半阶段砼3天step57待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B14、Z14拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step58浇筑15号段安装挂篮，第一次张拉B15、Z15拉索3天step59浇筑一半阶段砼，第二次张拉B15、Z15拉索3天step60浇筑另一半阶段砼3天step61待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B15、Z15拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step62浇筑16号段安装挂篮，第一次张拉B16、Z16拉索3天step63浇筑一半阶段砼，第二次张拉B16、Z16拉索3天step64浇筑另一半阶段砼3天step65待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B16、Z16拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step66浇筑17号段安装挂篮，第一次张拉B17、Z17拉索3天step67浇筑一半阶段砼，第二次张拉B17、Z17拉索3天step68浇筑另一半阶段砼3天step69待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B17、Z17拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step70浇筑18号段安装挂篮，第一次张拉B18、Z18拉索3天step71浇筑一半阶段砼，第二次张拉B18、Z18拉索3天step72浇筑另一半阶段砼3天step73待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B18、Z18拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step74浇筑19号段安装挂篮，第一次张拉B19、Z19拉索3天step75浇筑一半阶段砼，第二次张拉B19、Z19拉索3天step76浇筑另一半阶段砼3天step77待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B19、Z19拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step78浇筑20号段安装挂篮，第一次张拉B20、Z20拉索3天step79浇筑一半阶段砼，第二次张拉B20、Z20拉索3天step80浇筑另一半阶段砼3天step81待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B20、Z20拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step82浇筑21号段安装挂篮，第一次张拉B21、Z21拉索3天step83浇筑一半阶段砼，第二次张拉B21、Z21拉索3天step84浇筑另一半阶段砼3天step85待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B21、Z21拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step86浇筑22号段安装挂篮，第一次张拉B22、Z22拉索3天step87浇筑一半阶段砼，第二次张拉B22、Z22拉索3天step88浇筑另一半阶段砼3天step89待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B22、Z22拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step90浇筑23号段安装挂篮，第一次张拉B23、Z23拉索3天step91浇筑一半阶段砼，第二次张拉B23、Z23拉索3天step92浇筑另一半阶段砼3天step93待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B23、Z23拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step94浇筑24号段安装挂篮，第一次张拉B24、Z24拉索3天step95浇筑一半阶段砼，第二次张拉B24、Z24拉索3天step96浇筑另一半阶段砼3天step97待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B24、Z24拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step98浇筑25号段安装挂篮，第一次张拉B25、Z25拉索3天step99浇筑一半阶段砼，第二次张拉B25、Z25拉索3天step100浇筑另一半阶段砼3天step101待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B25、Z25拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step102浇筑26号段安装挂篮，第一次张拉B26、Z26拉索3天step103浇筑一半阶段砼，第二次张拉B26、Z26拉索3天step104浇筑另一半阶段砼3天step105待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B26、Z26拉索至设计初拉力，移动挂篮，安装辅助墩支座7天step106浇筑27号段安装挂篮，第一次张拉B27、Z27拉索3天step107浇筑一半阶段砼，第二次张拉B27、Z27拉索3天step108浇筑另一半阶段砼3天step109待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B27、Z27拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step110浇筑28号段安装挂篮，第一次张拉B28、Z28拉索3天step111浇筑一半阶段砼，第二次张拉B28、Z28拉索3天step112浇筑另一半阶段砼3天step113待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B28、Z28拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step114浇筑29号段安装挂篮，第一次张拉B29、Z29拉索3天step115浇筑一半阶段砼，第二次张拉B29、Z29拉索3天step116浇筑另一半阶段砼3天step117待砼达到设计强度张拉预应力钢束，第三次张拉B29、Z29拉索至设计初拉力，移动挂篮7天step118边跨满堂浇筑满堂支架浇筑边跨31号段30天step119边跨合拢边跨合拢30号段，并张拉边跨顶底板预应力钢束7天step120中跨合拢中跨合拢30号段，并张拉跨中预应力钢束，拆除挂篮，完成体系转化7天step121二期铺装桥面系及附属工程施工15天step12210年砼收缩徐变考虑10年砼收缩徐变3650天3.3.4支座反力全桥整体静力计算得到的索塔、辅助墩、过渡墩处支座最大组合反力列于表3.3.4表3.3.4索塔、辅助墩、过渡墩支座最大反力（单位：kN墩工况支座反力墩工况支座反力过渡墩恒载22210.6江门侧塔恒载64363.7升温772.3升温-2620.8降温-367.2降温2270.2汽车max3464.9汽车max3314.6min-771.1min-48.1沉降max369.8沉降max100.4min-405.1min-96.2辅助墩恒载9874.9中山侧塔恒载64371.6升温-1594.1升温-2620.7降温1029.4降温2270.1汽车max7961.6汽车max3314.1min-6703.4min-47.8沉降max1207.4沉降max100.4min-1122.6min-96.2注：表中支座反力均为左、右幅一对支座的总反力。3.3.5索塔及基础分析计算表3.3.5-1江门侧桥塔内力计算表：截面工况轴向(kN)剪力(kN)弯矩(kN·m)拉索下主塔截面恒载-374446.92369.6-1862.8升温-3443.1-969.8-3539.3降温2932.8800.03084.8沉降轴力max-1346.221.42433.3弯矩max-1346.221.42433.3汽车轴力max-17869.2701.9-59.8弯矩max-6804.3218.816123.1支座牛腿处截面恒载-480482.52369.6191617.5升温-3443.1-969.8-101826.8降温2932.8800.084213.2沉降轴力max-1346.221.45263.6弯矩max215.6182.318869.8汽车轴力max-17869.2701.968569.7弯矩max-14262.1854.677445.4主塔底截面恒载-589041.22369.6242654.5升温-822.3-969.8-124724.6降温662.6800.0103105.7沉降轴力max-1250.021.45811.9弯矩max198.7182.323170.7汽车轴力max-21183.8699.484179.0弯矩max-15504.0858.397091.1