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1、第27卷第3期福州大学学报(自然科学版)Vol.27No.31999年6月JournalofFuzhouUniversity(NaturalScience)June1999文章编号:1000-2243(1999)03-0027-04深圳北站大桥静力计算分析孙潮,陈宝春(福州大学土木建筑工程学院,福建福州350002)摘要:以深圳北站大桥设计为研究对象,建立全桥空间计算模型,计算分析了大跨钢管砼刚架系杆拱桥的受力性能,为此类桥梁的设计提供数值参考.关键词:钢管砼;拱桥;静力;分析中图分类号:U4481225;U44115文献标识码:A深圳北站大桥主跨为一跨径
2、为150m的下承式钢管砼刚架系杆拱,大桥主拱两墩中心距150m,计算跨度148m,矢跨比1/4151拱轴线采用悬链拱轴线,拱轴系数111671拱肋2片,每片由4根上下弦杆Ф750mm×12mm钢管和上下平联Ф400mm×10mm钢管和腹杆Ф245mm×10mm钢管组成四肢桁式断面,断面高310m,宽210m.上下弦钢管内浇注C50微膨胀砼,由2道K撑和3道一字形横撑联系两拱肋,形成空间结构.图1 全桥计算模型 图2 钢管编号1 计算模型 一般系杆拱外部为静定结构,内部为超静定结构.深圳北站大桥为刚架系杆拱,将拱肋、系杆、墩柱
3、、基础以及地基土体形成一个总体受力结构,刚架系杆拱的系杆只承受拉力,不承受弯矩,桥面系为局部受力结构,不参与总体受力,不属于拱梁组合体系.因此其受力较为复杂.设计计算采用大型通用程序SAP93进行空间分析.全桥计算模型见图1,共4462个单元,2489个节点.桥面系采用梁格法模拟,考虑了12cm厚的结构层和8cm厚的桥面铺装的重量但没有考虑其刚度.钢管混凝土构件在正常使用极限状态下的综合弹模、面[1]积、惯性矩根据文献所推荐的公式计算.计算结果拱肋的抗压刚度EA==201125GN,抗收稿日期:1998-11-26作者简介:孙潮(1970-),男,助教,硕
4、士.©1995-2004TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.·28·福州大学学报(自然科学版)第27期2弯刚度EI=868136MN·m.深圳北站大桥的纵梁、横梁与吊杆组成一漂浮体系.建模将纵梁与帽梁连接处纵桥向的约束释放,以使桥面系不承受拉力,使拱产生的推力全由系杆承受.桩基的计算模式是用弹性支承来模拟地基的水平抗力.用“m法”进行计算.桩侧土作用从地面或最大冲刷线下算起.深圳北站大桥为旱桥,所以桩侧土从地面算起.2 系杆与吊杆受力分析 钢管砼拱桥的施工顺序为架设空钢管,浇筑管内砼成
5、钢管砼拱肋,架设纵横梁,架设桥面板,进行桥面铺装.因此,对结构恒载应根据施工顺序细分,以确定施工各阶段的系杆张拉力.为简化施工顺序,将系杆张拉分四批进行,即空钢管架设后,灌完管内砼后,架设完纵横梁后以及桥面结构层和桥面铺装后.拱肋上下弦4根钢管的浇筑对结构受力有影响,因[2]为先浇的钢管将参与后期的受力.根据文献,先浇上弦,后浇下弦有利于后期荷载;先浇####外侧,再浇内侧有利于稳定,因此浇筑顺序为(钢管编号见图2)2、6管-1、5管-####4、8管-3、7管.将EA置无穷大,EI置无穷小,分别计算各阶段的系杆张力.空钢管和浇管内砼时的系杆张力为4127
6、3MN;架纵横梁时的系杆张力51080MN;加桥面结构层与桥面系为51520MN.因此恒载产生的推力共为141800MN.根据纵横梁的影响线,将活载换算成吊杆处的集中力,求在活载作用下系杆的拉力.活载作用下系杆近荷拱肋最大拉力为21446MN(最大水平推力).由于系杆的设计验算参照斜拉桥的拉索采用容许应力法,所以计算结果不乘以荷载系数.在第四部分的拱肋内力计算中将乘以相应的荷载系数.钢管架设采用少支架方法.空钢管合拢时空钢管支承于支架上,未形成拱的作用,所产生的水平推力很小,因此可以不用临时系杆.在空钢管合拢后,进行系杆张拉脱架,空钢管自重才产生水平推力.
7、由以上计算结果和拱墩固结点局部应力有限元分析的结果,根据避免拱墩出现高应力的原则,决定系杆张拉工况.第一批张拉2束,每束为11150MN.第二批张拉4束,每束11150MN,并张拉竖向预应力.第三批张拉6束,每束11100MN.第四批张拉4束,每束01800MN.深圳北站大桥系杆采用平行钢绞线索,吊杆采用平行钢丝索,b钢铰线的标准强度RY为1860MPa.钢丝的标准强度为1670MPa.预应力系杆的受力与斜[3]拉桥的拉索类似,因此,参照《公路斜拉桥设计规范(暂行)JTJ027-96》中拉索的设计Y计算方法进行验算,即拉索的应力不应大于容许应力014Rb.
8、系杆平行钢铰线的设计容许强度为744MPa,吊杆平行钢丝的设计容许
