成貴鐵路初步設(shè)計(jì) 落腳河大橋(68+128+68)m 連續(xù)剛構(gòu)計(jì)算分析

成貴鐵路初步設(shè)計(jì) 落腳河大橋(68+128+68)m 連續(xù)剛構(gòu)計(jì)算分析

目  錄

目  ... I

1.概況... 2

1.1 計(jì)算依據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范... 2

1.2 計(jì)算理論和方法的選擇及說明... 3

1.3 計(jì)算軟件名稱及版本... 3

1.4 計(jì)算參數(shù)和計(jì)算荷載工況... 3

2.施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力和強(qiáng)度分析... 5

2.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力... 5

2.2 混凝土應(yīng)力... 6

2,3 鋼束應(yīng)力... 6

2.4 強(qiáng)度安全系數(shù)... 6

2.5 抗裂安全系數(shù)... 7

2.6 小結(jié)... 7

3 運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力和強(qiáng)度分析... 9

3.1 主梁內(nèi)力... 9

3.2 混凝土應(yīng)力... 13

3.3 鋼束應(yīng)力... 15

3.4 強(qiáng)度安全系數(shù)... 15

3.5 抗裂安全系數(shù)... 17

3.6 小結(jié)... 17

4 結(jié)構(gòu)變形分析... 18

4.1 豎向撓度... 18

4.2 橫向撓度... 18

4.3 梁端轉(zhuǎn)角... 18

4.4 墩頂位移... 19

4.5 預(yù)拱度... 20

4.6 小結(jié)... 20

5 下部結(jié)構(gòu)檢算... 21

5.1 橋墩檢算... 21

5.2 承臺(tái)檢算... 21

5.3 樁基礎(chǔ)檢算... 21

6 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析... 26



1.概況

1.1 計(jì)算依據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范

依據(jù)中鐵二院集團(tuán)提供的地質(zhì)資料確定主橋的平立面布置、樁基及承臺(tái)尺寸。計(jì)算中參考的巖土層的物理力學(xué)特性值見表1-1

表1-1  建議巖土物理力學(xué)指標(biāo)

巖土

代號(hào)

風(fēng)化

天然

密度ρ

g/cm3

粘聚力c  (kPa)

內(nèi)摩

擦角φ

(°)

基本

載力

σ(kPa)

壓縮

模量Es1-2

(MPa)

數(shù)

樁周極限

摩阻力

(kPa)

天然飽和極限抗壓強(qiáng)度(MPa

邊坡率

臨時(shí)

永久

(1)

粉質(zhì)黏土

Q4dl+el

硬塑

1.9

18

18

180

/

0.3

60


1:1

1:1.25

(2)

碎石土

Q4dl+el

稍密

2.2

/

45

250

/

0.4

120


1:1

1:1.25

(3)

卵石土

Q4al+pl

松散~中密

2.2

/

50

300

/

0.4

140


1:1

1:1.25

(4)

砂巖泥巖、泥質(zhì)砂巖(T1f2

W3

2.2

/

35

300

/

0.35

90


1:0.75

1:1

W2

2.4

/

45

450

/

0.45

/

5

1:0.5

1:0.75

(5)

砂巖泥巖、泥質(zhì)砂巖夾灰?guī)r(T1f1

W3

2.2

/

40

300

/

0.4

100


1:0.75

1:1

W2

2.4

/

50

500

/

0.5

/

5

1:0.5

1:0.75

(6)

灰?guī)r(P2c

W3

2.2

/

50

400

/

0.5

160


1:0.5

1:0.75

W2

2.6

/

60

700

/

0.6


12.0

1:0.3

1:0.5

 

工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn):

(1)鐵路等級(jí):Ⅰ級(jí)

(2)橋上線路:雙線,線間距5m,直線、坡度20‰

(3) 旅客列車速度目標(biāo)值:350km/h,線路平面和重點(diǎn)橋隧工程等預(yù)留160km/h凈空限界

(4)牽引種類:電力

(5)閉塞類型:自動(dòng)閉塞

(6)建筑限界:滿足開行雙層集裝箱運(yùn)輸建筑限界要求

(7)設(shè)計(jì)荷載:ZK荷載(客車);

 (8) 橋梁守護(hù)類型:IV

設(shè)計(jì)采用的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn):

(1)鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范(TB 10002.1-2005

(2)鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (TB 10002.3-2005)

(3)鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 (TB 10002.5-2005)

(4)鐵路橋涵混凝土和砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (TB 10002.4-2005)

(5)《新建時(shí)速200公里客貨共線鐵路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(2003年10月,北京)(鐵建設(shè)函[2003]439號(hào));

(6)《新建鐵路橋上無縫線路設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》(2003年6月,北京)(鐵建設(shè)函[2003]205號(hào));

  (7)鐵建鑒(1992)93號(hào)文《關(guān)于南昆線四座大橋橫向剛度的補(bǔ)充技術(shù)要求》;

 

1.2 計(jì)算理論和方法的選擇及說明

初步設(shè)計(jì)階段對(duì)主橋68+128+68m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋進(jìn)行了施工過程和成橋運(yùn)營(yíng)兩個(gè)階段的結(jié)構(gòu)分析。對(duì)部分施工階段和成橋運(yùn)營(yíng)階段結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行了驗(yàn)算。施工階段考慮的荷載主要有結(jié)構(gòu)恒載(包括自重,二期恒載、掛籃重及施工臨時(shí)荷載)、預(yù)應(yīng)力和混凝土的收縮徐變;運(yùn)營(yíng)階段考慮的荷載有ZK活載、體系溫差正負(fù)20度,制動(dòng)力、風(fēng)荷載及10年的收縮徐變。收縮徐變的計(jì)算參考公路橋涵規(guī)范進(jìn)行。計(jì)算模型中未考慮橋面縱坡。

1.3 計(jì)算軟件名稱及版本

采用Midas/Civil 7.4.1對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算模型如下圖:

blob.png

1.4 計(jì)算參數(shù)和計(jì)算荷載工況

結(jié)構(gòu)材料部分:

(1)連續(xù)剛構(gòu)梁體采用C55混凝土,彈性模量blob.png,泊松比blob.pngblob.pngblob.png

(2)主橋橋墩采用C40混凝土,彈性模量blob.png,泊松比blob.pngblob.png ,墩頂5m范圍內(nèi)采用C55混凝土。

(3)梁體縱向預(yù)應(yīng)力及頂板橫向預(yù)應(yīng)力采用Ф15.2mm鋼絞線,抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1860MPa,彈性模量Ep=1.95×105MPa,其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合“ASTMA416-94”標(biāo)準(zhǔn)的要求;

(4)管道壓漿用水泥漿強(qiáng)度等級(jí)    M40

(5)封錨用微膨脹混凝土強(qiáng)度等級(jí)    C50

設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù):

(1) 梁部頂板寬12m,不需人行道板和托梁,梁體圬工容重按26.5kN/m3 ,線路設(shè)備及道碴自重等(二期恒載)按140kN/m考慮。

(2) 縱向鋼束鋼絞線錨下控制應(yīng)力бcon=0.7fpk=1302MPa(不包括錨圈口摩擦損失)。

(3) 塑料波紋管孔道摩阻系數(shù)μ=0.15,孔道偏差系數(shù)K=0.001;

金屬波紋管孔道摩阻系數(shù)μ=0.35,孔道偏差系數(shù)K=0.003;

錨具變形與鋼束回縮值(一端)ΔL=6mm。

(4)施工荷載:掛籃、機(jī)具、人群等施工荷載重按1250kN計(jì)。

(5)溫差:升降溫 20℃。

(6)豎向荷載動(dòng)力系數(shù)為:1+(1.44/(Lφ0.5-0.2)-0.18)<1,取1。

(7)制動(dòng)力或牽引力:按一線滿載時(shí)豎向靜活載的10%計(jì)算。與列車的豎向動(dòng)力作用同時(shí)計(jì)算時(shí)按列車豎向靜活載的7%計(jì)算。雙線采用一線的制動(dòng)力。

(8)列車橫向搖擺力:一個(gè)橫向100kN的集中力 作用在鋼軌頂面

(9) 風(fēng)荷載強(qiáng)度:按《橋規(guī)》規(guī)定計(jì)算,風(fēng)壓按500Pa。

荷載組合:

主力:

(1)恒載(結(jié)構(gòu)重+二恒)

(2)恒載+ 雙線ZK活載動(dòng)力作用+橫向搖擺力+長(zhǎng)鋼軌縱向力

主力+附加力:

(3)恒載+ 雙線ZK活載動(dòng)力作用+橫向搖擺力+長(zhǎng)鋼軌縱向力+制動(dòng)力或牽引力+升、降30度

(4)恒載+ 雙線ZK活載動(dòng)力作用+橫向搖擺力+長(zhǎng)鋼軌縱向力+風(fēng)力+升、降30度

2.施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力和強(qiáng)度分析

2.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)力

blob.png

圖2-1 最大雙懸臂階段梁體恒載彎矩圖(單位:kN.m)

blob.png

圖2-2 邊跨合攏后梁體恒載彎矩圖(單位:kN.m)

blob.png

圖2-3 全橋合攏施加二期恒載后梁體恒載彎矩圖(單位:kN.m)

2.2 混凝土應(yīng)力

在各施工階段,梁部截面最大壓應(yīng)力12.43MPa,最大拉應(yīng)力0.489MPa,滿足規(guī)范的要求。梁部最大壓應(yīng)力發(fā)生在全橋合攏后張拉中跨底板束的施工階段。

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6 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性分析

計(jì)算得到結(jié)構(gòu)前10階自振頻率及振型見表6-1和圖6-1

 

6-1  結(jié)構(gòu)自振特性

階數(shù)

頻率

振型

1

0.76

縱向

2

1.03

3#墩縱彎

3

1.04

對(duì)稱橫彎

4

1.34

3#墩橫彎

5

1.71

對(duì)稱豎彎

6

1.88

反對(duì)稱橫彎

7

2.64

二階對(duì)稱橫彎

8

2.76


9

3.4


10

4.01


blob.png

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