宁波三门口桥计算书(270m钢管拱桥)

宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第1页第一章工程简介1.1工程概况1.1.1地理位置三门口跨海大桥位于象山县石浦镇西南约15公里处的三门口地区，连接象山县石浦镇和高塘岛，是石浦镇的西门口。本工程包括大桥工程和北岸引线道路工程两大部分，北端与在建的宁波海南线象山段连接，南端与拟建的石三公路相接。大桥工程包括北门，中门，南门三座跨海大桥和庵山，万金山、高塘岛引线道路，桥梁工程中总长度1210.37米，桥面宽12.5米，引桥道路总长度570.06米，路基宽12.5米。1.1.2自然环境桥位区地形、地貌可分为海积平原区、水域及基岩裸露丘陵区。海积平原区主要为桔林。农田及海产养殖场，也是两岸村庄的主要分布区；基岩裸露丘陵区覆盖啦茂盛的松树。灌木和草本植物；三门口水域道被庵山和万金山分割成三个不同宽度的水域分别为北门、中门、南门，其水面宽度分别为：260米、260米、380米。1.1.3桥渡水文石浦港由东门岛、对面山、南田岛、高塘岛等诸岛与北侧象山半岛所环绕的水域和岸线组成。改港有筒瓦门、东门、下湾门、蜊门港和三门口水道等5个门口，进出十分的方便。港内水域全长约18公里，宽一般为2公里，水深大部为5～10米，部分水深超过10米。海底为泥质，适于锚泊，是一个天然的避风良港，港内可行万吨海伦，可泊万艘渔船。1.1.4气地质条件桥位区主要为海积相同的淤泥质亚粘土、亚粘土、粘土。冲洪积粘土和坡残积土，基岩为晚侏罗纪的含角烁晶玻璃屑凝灰岩，局部有安山玢岩岩脉。1.1.5设计技术标准①设计车速：80公里/小时：②设计荷载：汽———20级设计，挂———100检算，人群3.0KN/㎡；③桥面宽度：0.25米（栏杆）+1.5米（人行道）+9米（车行道）+1.5米（人行道）+0.25米（栏杆）=12.5米④设计最高通航水位：按照二十年一遇最高潮位4.63米（黄海高程）；宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第2页⑤地震设计烈度：桥址区位于地震基本烈度VI度区内，本桥提高一级设防，按VII度设防考虑第二章结构概况主桥采用中承式钢管砼提篮拱桥，主跨为270m，矢高为54m,矢跨比为1/5,拱肋轴线为悬链线，拱轴系数为1.543。拱肋结构采用节间为4m的N形桁架形式，上下弦共采用4根直径0.80m的钢管，高5.3m，肋宽2.4m，钢管拱安装采用缆索吊机斜拉扣挂悬臂拼装法，吊塔和扣塔分离。2.1主要结构尺寸2.1.1主跨径主拱计算跨径为270m，计算矢高为54m，计算式垮比为1/5，主拱肋拱轴线采用悬链线，拱轴系数m=1.543。图2.1总体布置图（单位：m）2.1.2主拱截面主拱圈采主肋拱是采用的四管式桁架拱，高为5.3m，宽2.4m，钢管外直径为0.80m，采用Q345型钢，混凝土填料直径为0.786m，为C50微膨胀混凝土。宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第3页图2.2拱肋截面图（单位：cm）2.1.3横向联系为保证拱的横向稳定，在桥范围内共设8道永久横撑，，除肋间横梁腹板沿垂直设置外，其余横撑主钢管均垂直拱轴线。横撑采用圆钢管断面，主钢管采用Φ500×12的Q345的钢管，腹杆采用Φ300×10空钢管。图2.3拱肋横撑垂直正截面图（单位：cm）2.1.4吊杆本桥共设25排吊杆，吊杆的纵向间距8米，吊杆位于拱面内，短吊杆采用带铰的形式，每个吊杆均由GJ15-19钢铰线组成，采用平行钢铰线成品拉索，外包热挤PE护套。吊杆上、下端锚具均采用挤压墩头锚具，由于拱圈内空间狭小，设计中考虑调整吊杆长度时，在下端横梁内张拉。2.1.5吊杆横梁宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第4页图2.4吊杆横梁立面图（单位：cm）吊杆横梁全部采用C50混凝土箱形断面，顶板厚度15mm，底板厚度15mm，腹板厚度16mm。2.1.6桥面板图2.5桥面横截面图（单位：cm）主桥行车道桥面板全部采用先简支后连续的钢筋混凝土空心板梁，跨度8m，两跨之间设顺桥向60cm宽度的湿接缝，与横梁固结，桥面板横向之间联系采用铰缝连接。桥面空心板高度40cm,中板宽度1.24m,边板顶宽1.65m,桥面总宽12.5m,行车道横向共设10块板。2.1.7拱轴系数由于悬链线的受力情况较好,又有完整的计算表格可供利用,所以用悬链线作为拱轴线,采用“五点重合法”确定其m值。宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第5页00`△x悬链线图2.6空腹式悬链线拱轴线计算图式如图，由0AM，得:jgMHf（2-1）由0BM得:1/41/40gHyM1/41/4gMHy（2-2）将（1）式中的Hg代入上式，得:1/41/4jMyfM（2-3）等截面悬链线拱主拱圈结构自重对1/4及拱脚截面的弯矩1/4M、jM可由《拱桥》[14]表（III）-19查得。求得1/4yf之后可由式1/4122(1)yfm求得m值。2.1.8拱轴线型主拱圈为悬链无铰拱桥面，计算跨径L=270米，计算矢高f=54米，拱轴系数m=1.543，拱轴线方程为：1{[(2/)1}1fychkxlm式中2(1)KInmm宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第6页经验算确定m=1.5432.2拱肋截面特性的换算根据Eurocode4规范，钢材-混凝土组合结构(SRC)在作受力分析时，假定钢材和混凝土紧密地连接在一起，并使用等效截面特性值(EquivalentSectionalProperties)进行计算和分析。计算等效换算截面特性值时，钢材的弹性系数(Es)和混凝土的弹性系数(Ec)是利用型钢混凝土标准(SSRC79(StructuralStabilityResearchCouncil，1979，USA))计算的。等效换算截面面积:0.80.8cconeqstlconstlsEAAreaAAAEREN（2-4）等效换算有效剪切截面面积:0.80.8cconeqstlconstlsEAsAsAsAsAsEREN（2-5）等效换算截面惯性矩:0.80.8cconeqstlconstlEIIIIIEsREN（2-6）stlA…………………………钢骨截面。conA…………………………混凝土截面。stlAs…………………………钢骨有效剪切面积。conAs…………………………混凝土的有效剪切面积。stlI……………………………钢骨截面惯性距。conI……………………………混凝土截面惯性距。REN…………………………钢骨与混凝土弹性系数之比(Es/Echun)。宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第7页第三章结构内力3.1节点坐标通过用MIDAS建模，全桥共有1423个节点，3218个梁单元，50个桁架单元，80个板单元。如下图所示：图3.1MIDAS建模示意图各节点坐标见附表2-1。3.2主拱内力计算3.1.1一期恒载拱肋在自重作用的下的内力，下面列出其轴力图、剪力图及弯矩图：宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第8页MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM轴力6.41356e+0022.30433e+0020.00000e+000-5.91413e+002-1.00234e+003-1.41326e+003-1.82418e+003-2.23511e+003-2.64603e+003-3.05695e+003-3.46788e+003-3.87880e+003ST:自重MAX:312MIN:274文件:分析阶段一期~单位:kN日期:06/07/2008表示-方向X:0.000Y:-1.000Z:0.000图3.2拱肋在一期恒载下轴力图MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM剪力-z4.91322e+0013.56623e+0012.21924e+0018.72252e+0000.00000e+000-1.82173e+001-3.16871e+001-4.51570e+001-5.86269e+001-7.20968e+001-8.55667e+001-9.90366e+001ST:自重MAX:307MIN:314文件:分析阶段一期~单位:kN日期:06/07/2008表示-方向X:0.000Y:-1.000Z:0.000图3.3拱肋在一起期恒载下剪力图宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第9页MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM弯矩-y8.52252e+0016.37689e+0014.23125e+0012.08562e+0010.00000e+000-2.20564e+001-4.35128e+001-6.49691e+001-8.64254e+001-1.07882e+002-1.29338e+002-1.50794e+002ST:自重MAX:315MIN:3文件:分析阶段一期~单位:kN*m日期:06/07/2008表示-方向X:0.000Y:-1.000Z:0.000图3.4拱肋在一期恒载下弯矩图单元具体的内力值请看附表2-2。3.1.2二期恒载拱桥在自重作用的下的内力，其中包括吊杆，横梁及桥面板及桥面铺装等。现将其轴力图、剪力图及弯矩图在下面列出：二期恒载作用的拱肋内力图：MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM轴力1.35725e+0030.00000e+000-4.91689e+002-1.41616e+003-2.34063e+003-3.26510e+003-4.18957e+003-5.11404e+003-6.03851e+003-6.96298e+003-7.88745e+003-8.81192e+003ST:自重MAX:312MIN:274文件:分析阶段单位:kN日期:06/07/2008表示-方向X:0.000Y:-1.000Z:0.000图3.5拱肋在二期恒载下轴力图宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第10页MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM剪力-z7.36680e+0015.04464e+0012.72249e+0010.00000e+000-1.92182e+001-4.24397e+001-6.56612e+001-8.88828e+001-1.12104e+002-1.35326e+002-1.58547e+002-1.81769e+002ST:自重MAX:8MIN:314文件:分析阶段单位:kN日期:06/07/2008表示-方向X:0.000Y:-1.000Z:0.000图3.6拱肋在二期恒载下剪力图MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM弯矩-y1.93725e+0021.49278e+0021.04830e+0026.03831e+0010.00000e+000-2.85117e+001-7.29591e+001-1.17406e+002-1.61854e+002-2.06301e+002-2.50749e+002-2.95196e+002ST:自重MAX:315MIN:314文件:分析阶段单位:kN*m日期:06/07/2008表示-方向X:0.000Y:-1.000Z:0.000图3.7拱肋在二期恒载下弯矩图各单元具体内力值见附表2-3。3.1.3温度荷载根据热胀冷缩的道理，当大气温度比成拱时的温度（即主拱圈施工合龙时温度，称为合龙温度）高时，称为温度上升，引起拱体膨胀，反之当大气温度比合友温度低时，称为温度下降。引起拱体收缩。如图2-11，设温度变化引起拱轴在水平方向的变位为△tl,与弹性压缩同样道理，宁波三门口跨海大桥北门桥施工图设计第11页必然在弹性中心产生一对水平力Ht。由典型方程得:△0a)温度变化引起赘余力计算图示0b)温度变化引起拱中的内力22ttlHtllt式中：t——温度变化值，即最高（或最低）温度与合龙温度之差。温度上升时，t和tH均为正；温度下降时，t和tH均为负。——材料的线膨胀系数：混凝土或钢筋