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设计阶段太平湖大桥主桥计算报告计算结果中,轴力以KN为单位,受拉为正,受压为负;弯矩以KN.m为单位;应力以MPa为单位,拉应力为正,压应力为负;变形以m为单位。
3.1 方案一计算结果
南水北调东线一期工程淮阴三站挡洪闸及引河工程施工组织设计3.1.1 各施工阶段结构受力及变形情况
给出几个特殊施工阶段的示意图,计算各个施工阶段拱肋各关键截面的应力和变形情况。
扣索在计算过程中最大索力为1880KN, 采用24根15.24钢绞线拧合而成进行计算。各段拱肋吊装时给予扣索初张力以保证该段拱肋吊装时扣点位置与设计位置竖向误差不超过2mm,扣索力一次给定,不再调节。经迭代试算,给定初张力如下表:
各段扣索的初张力(KN)
以下是各个施工阶段的计算结果:
第1施工阶段:吊装第1段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑1、2、43、44
各控制截面应力(MPa)
第2施工阶段:吊装第2段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑3、4、41、42
各控制截面应力(MPa)
第3施工阶段:拆除临时风撑1、42、43并安装永久风撑1、2
各控制截面应力(MPa)
第4施工阶段:吊装第3段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑5、6、39、40
各控制截面应力(MPa)
第5施工阶段:拆除临时风撑4、5并安装永久风撑3
各控制截面应力(MPa)
第6施工阶段:吊装第4段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑7、8、37、38
各控制截面应力(MPa)
第7施工阶段:拆除临时风撑37、38并安装永久风撑4
各控制截面应力(MPa)
第8施工阶段:吊装第5段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑9、10、35、36
各控制截面应力(MPa)
第9施工阶段:拆除临时风撑9、10、35、36并安装永久风撑5
各控制截面应力(MPa)
第10施工阶段:吊装第6段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑11、12、33、34
各控制截面应力(MPa)
第11施工阶段:吊装第7段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑13、14、31、32
各控制截面应力(MPa)
第12施工阶段:拆除临时风撑13、14、31、32并安装永久风撑7
各控制截面应力(MPa)
第13施工阶段:吊装第8段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑15、16、29、30
各控制截面应力(MPa)
第14施工阶段:吊装第9段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑17、18、27、28
各控制截面应力(MPa)
第15施工阶段:拆除临时风撑17,18,27,28并安装永久风撑9
各控制截面应力(MPa)
第16施工阶段:吊装第10段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑19、20、25、26
各控制截面应力(MPa)
第17施工阶段:吊装第11段主拱肋钢管并安装扣索,施加相应扣索力初张力,安装临时风撑21、22、23、24(最大悬臂阶段)
各控制截面应力(MPa)
以上各个阶段扣索力使得新吊装的拱肋节段在扣点处竖向误差不超过2mm。
第18施工阶段:拆除临时风撑21、22、23、24并安装永久风撑11
各控制截面应力(MPa)
第19施工阶段:拱顶合龙,形成主拱肋钢管结构
各控制截面应力(MPa)
第20施工阶段:拱脚固结,拆除剩余临时风撑,扣塔及扣索
各控制截面应力(MPa)
由以上计算可以看出:拱肋成型后,铜陵岸和汤口岸两侧拱肋各控制截面应力应力基本对称于跨中,而且以后的施工过程均为沿跨中对称加载,故以下只给出一侧拱肋的应力情况。
第21~24施工阶段:灌注3,4号钢管内(下拱内侧管)混凝土
拱肋各控制截面应力(MPa)
第25~28施工阶段:灌注1,2号钢管内(上拱内侧管)混凝土
拱肋各控制截面应力(MPa)
第29~32施工阶段:灌注7,8号钢管内(下拱外侧管)混凝土
拱肋各控制截面应力(MPa)
第33~36施工阶段:灌注5,6号钢管内(上拱外侧管)混凝土,此时所有钢管浇灌完成
拱肋各控制截面应力(MPa)
拱肋各控制截面轴力(KN)
拱肋各控制截面弯矩(KN.m)
可见混凝土浇灌完成后,各钢管截面均处于受压状态且轴力较大,弯矩较小。越早浇灌的混凝土会承担越大的轴力,应特别注意混凝土的浇灌质量。下弦拱肋钢管(3、4、7、8号管)的拱脚处应力较大,并且有向拱顶递减的趋势;而上弦拱肋钢管(1、2、5、6号管)拱脚和拱顶应力较大,中间应力较小。
混凝土浇灌完成后,拱顶累计下挠0.160m。变形如下图:
第37施工阶段:安装L1、L6立柱并灌注混凝土,安装D12~D24号吊杆
拱肋各控制截面应力(MPa)
第38施工阶段:安装L3、L4立柱并灌注混凝土,安装D1~D6,D30~D35号吊杆
第39施工阶段:安装L2、L5立柱并灌注混凝土,安装D7~D11,D25~D29号吊杆
第40施工阶段:安装梁端H3横梁
以上三个施工阶段的应力状况与第37个施工阶段应力情况基本相同。
第41施工阶段:安装立柱L1、L6和吊杆D12~D24的横梁并安装相邻横梁间的钢纵梁
拱肋各控制截面应力(MPa)
第42施工阶段:安装立柱L3、L4和吊杆D1~D6、D30~D35的横梁并安装相邻横梁间的钢纵梁
拱肋各控制截面应力(MPa)
第43施工阶段:安装立柱L2、L5和吊杆D7~D11、D25~D29的横梁并安装相邻横梁间的钢纵梁(横梁安装完成)
拱肋各控制截面应力(MPa)
第44施工阶段:根据“桥面板安装示意图”安装第一段桥面板
拱肋各控制截面应力(MPa)
第45施工阶段:安装第二段桥面板
拱肋各控制截面应力(MPa)
第46施工阶段:安装第三段桥面板
拱肋各控制截面应力(MPa)
第47施工阶段:安装第四段桥面板
拱肋各控制截面应力(MPa)
第48施工阶段:安装第五段桥面板
拱肋各控制截面应力(MPa)
第49施工阶段:安装第六段桥面板(桥面板安装完成)
拱肋各控制截面应力(MPa)
桥面安装完成后,拱顶累计下挠0.213m。
第50施工阶段:二期铺装(成桥)
拱肋各控制截面应力(MPa)
拱肋各控制截面轴力(KN)
拱肋各控制截面弯矩(KN.m)
计算结果表明,成桥时,拱肋承受弯矩较小;上弦内外侧拱肋轴力分布大致相同,均为拱顶和拱脚处大,1/4拱肋处小;下弦内外侧拱肋轴力分布也大致相同,为拱顶附近最小,向拱脚处递增。
上弦4根钢管在相同控制截面处应力大小大致相同,下弦4根钢管也如此。由于混凝土浇灌时间上的不同,导致先浇灌的混凝土会承受较大的轴力,特别是最先浇灌的3,4号管内的混凝土。在各个截面上,混凝土承受了很大的轴力,可见混凝土在拱肋承载力方面起到了重要作用,应该格外注意混凝土的灌注质量。
成桥时,拱顶累计下挠0.261m。变形如下图:
3.1.2 使用阶段结构受力情况
3.1.2.1 计算说明
温度荷载按全桥整体升温20度以及整体降温20度分别考虑。人群荷载按照3 KN/m2计算。
计算处拱肋各控制截面在各种荷载组合下的应力情况,吊杆承载能力以及拱肋的变形情况。
使用阶段按以下6种组合进行包络计算:
1.组合Ⅰ:恒载+汽车荷载;
2.组合Ⅱ(1):恒载+人群荷载+汽车荷载+升温;
3.组合Ⅱ(2):恒载+人群荷载+汽车荷载+降温
4.组合Ⅱ(3):恒载+人群荷载+汽车荷载+同向风荷载;
5.组合Ⅱ(4):恒载+人群荷载+汽车荷载+逆向风荷载;
6.组合Ⅲ:恒载+挂车荷载
3.1.2.2 拱肋使用阶段各控制截面应力及内力情况
使用阶段组合Ⅰ情况下各控制截面最不利应力(MPa)
组合I情况下各控制截面轴力(KN)
组合I情况下拱肋各控制截面弯矩(KN.m)
在组合Ⅰ情况下,拱顶最大累计下挠为0.285m,最小为0.248m。
使用阶段组合Ⅱ(1)情况下各控制截面最不利应力(MPa)
组合Ⅱ(1)情况下拱肋各控制截面轴力(KN)
组合Ⅱ(1)情况下拱肋各控制截面弯矩(KN.m)
在组合Ⅱ(1)情况下,拱顶最大累计下挠为0.175m,最小为0.139m。
使用阶段组合Ⅱ(2)情况下各控制截面最不利应力(MPa)
组合Ⅱ(2)情况下拱肋各控制截面轴力(KN)
组合Ⅱ(2)情况下拱肋各控制截面弯矩(KN.m)
在组合Ⅱ(2)情况下,拱顶最大累计下挠为0.406m,最小为0.369m。
使用阶段组合Ⅱ(3)情况下各控制截面最不利应力(MPa)
城市ⅰ级主干道强夯施工方案组合Ⅱ(3)情况下拱肋各控制截面轴力(KN)
组合Ⅱ(3)情况下拱肋各控制截面弯矩(KN.m)
在组合Ⅱ(3)情况下,拱顶最大累计下挠为0.289m,最小为0.255m。
使用阶段组合Ⅱ(4)情况下各控制截面最不利应力(MPa)
组合Ⅱ(4)情况下拱肋各控制截面轴力(KN)
南湖路桥施工组织设计组合Ⅱ(4)情况下拱肋各控制截面弯矩(KN.m)
在组合Ⅱ(4)情况下,拱顶最大累计下挠为0.291m,最小为0.254m。
使用阶段组合Ⅲ情况下各控制截面最不利应力(MPa)