鋼管拱計(jì)算二

三、空間穩(wěn)定驗(yàn)算（一）計(jì)算模型鋼管拱橋空間穩(wěn)定驗(yàn)算按三維有限元方法建模，采用ALGOR通用程序進(jìn)行計(jì)算?？臻g計(jì)算模型見(jiàn)圖6所示。共分為1024個(gè)節(jié)點(diǎn)，1820個(gè)三維梁?jiǎn)卧?。分析中?jì)入了剪切變形和幾何剛度的影響。圖6空間分析的計(jì)算模型（二）計(jì)算參數(shù)鋼管混凝土拱肋按照各自彈性模量的比值，等效為一種材料組成的梁?jiǎn)卧?。依?jù)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（CECS28：90-1990）的規(guī)定，鋼管混凝土構(gòu)件在正常使用極限狀態(tài)的剛度可按下列規(guī)定取值：EA=EsAs+EcAcEI=EsIs+EcIc鋼管拱肋截面：As=0.07117m2Is1=0.024492m4（面內(nèi)）Is2=0.0052081m4（面外）Es=2.0×105MPa砼拱肋截面：Ac=1.1349m2Ic1=0.35111m4（面內(nèi)）Ic2=0.038789m4（面外）Ec=3.25×104MPa等效為組合拱肋截面：A=1.57289m2I1=0.50183m4（面內(nèi)）I2=0.07084m4（面外）E=3.25×104MPa（三）穩(wěn)定驗(yàn)算的荷載工況使用通用程序計(jì)算結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，實(shí)際是按成橋狀態(tài)直接計(jì)算結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)而算出穩(wěn)定系數(shù)的，這相當(dāng)于滿(mǎn)堂支架全部結(jié)構(gòu)一次落架的穩(wěn)定系數(shù)。對(duì)于本橋，由于實(shí)際施工過(guò)程中拱肋的累積恒載內(nèi)力會(huì)大于上述情況，因此計(jì)算出穩(wěn)定系數(shù)也會(huì)大于實(shí)際值的。為了糾正上述偏差，在平面桿系計(jì)算中對(duì)于實(shí)際施工過(guò)程中拱肋軸力和一次落架中拱肋軸力分別作了計(jì)算和對(duì)比，前者約比后者大8%。因此，在空間穩(wěn)定計(jì)算中對(duì)拱肋的恒載內(nèi)力計(jì)入提高系數(shù)1.08，由此計(jì)算的穩(wěn)定系數(shù)將符合實(shí)際情況。共分為以下兩種結(jié)構(gòu)體系和荷載工況，分別作了穩(wěn)定計(jì)算。（1）成橋狀態(tài)：恒載（2）成橋狀態(tài)：恒載+公路Ⅰ級(jí)活載（全跨滿(mǎn)布）（四）穩(wěn)定驗(yàn)算的主要結(jié)論計(jì)算結(jié)果表明，一階失穩(wěn)模態(tài)為橫橋向失穩(wěn)，在恒載+公路Ⅰ級(jí)活載作用下的穩(wěn)定安全系數(shù)為4.645。橋規(guī)中對(duì)于穩(wěn)定安全系數(shù)尚無(wú)明確規(guī)定，一般認(rèn)為在恒載下至少不應(yīng)低于4。因此，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性符合要求。穩(wěn)定特征值見(jiàn)表-5，失穩(wěn)模態(tài)見(jiàn)圖7-8。表-5穩(wěn)定特征值和失穩(wěn)模態(tài)序號(hào)荷載載工況穩(wěn)定特征值失穩(wěn)模態(tài)1全部恒載5.378橫橋向彎曲失穩(wěn)穩(wěn)2全部恒載+公路路Ⅰ級(jí)活載（全全跨滿(mǎn)布）4.645橫橋向彎曲失穩(wěn)穩(wěn)圖7結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模態(tài)圖8結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)模態(tài)（平面）四、結(jié)構(gòu)動(dòng)力驗(yàn)算（一）計(jì)算模型計(jì)算模型同空間穩(wěn)定計(jì)算模型。（二）結(jié)構(gòu)驗(yàn)算結(jié)論計(jì)算結(jié)果表明，鋼管拱橋整體的固有頻率較高，在低頻荷載下不易產(chǎn)生橫向振動(dòng)和失穩(wěn)。穩(wěn)定特征值見(jiàn)表-6，失穩(wěn)模態(tài)見(jiàn)圖9-18。表-6結(jié)構(gòu)前10階固有頻率值和模態(tài)階次振型特點(diǎn)頻率（HZ）1拱肋橫向半波0.65892拱肋橫向振型0.89533拱肋豎向全波1.10174拱肋橫向全波1.33075全橋橫向全波1.52156橋面豎向半波1.92857全橋扭轉(zhuǎn)振型2.23618拱肋橫向一波半半2.31329全橋橫向+扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)2.550410全橋橫向+扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)2.6849圖9第1階振型（f=0.659HZ）圖10第2階振型（f=0.895HZ）圖11第3階振型（f=1.102HZ）圖12第4階階振型（f=1..331HZ）圖13第5階階振型（f=1..522HZ）圖14第6階階振型（f=1..929HZ）圖15第7階階振型（f=2..236HZ）圖16第8階階振型（f=2..313HZ）圖17第9階階振型（f=2..550HZ）圖18第100階振型（f=2..685HZ）五、預(yù)應(yīng)力橫梁梁驗(yàn)算（一）計(jì)算方法法本橋預(yù)應(yīng)力砼橫橫梁為單跨跨兩端彈性性支承梁(圖19)，其兩端端彈性支承承的豎向剛剛度K1和轉(zhuǎn)動(dòng)剛剛度K2由系桿、吊吊桿和拱肋肋共同形成成。圖19采用空間有限元元法計(jì)算。在在空間計(jì)算算模型的橫橫梁端節(jié)點(diǎn)點(diǎn)處，分別別作用節(jié)點(diǎn)點(diǎn)力P和節(jié)點(diǎn)力力矩M（見(jiàn)圖20），可以以分別計(jì)算算出P引起的豎豎向位移V和M引起的轉(zhuǎn)角角位移θ，得到相相應(yīng)的彈性性剛度為：：K1=P//V=715330KNN/mK2=M//θ=388681..7KNN/弧度圖20（二）中橫梁驗(yàn)算1、計(jì)算模型中橫梁驗(yàn)算分析析采用公路路橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)GQJSSV9..2程序。共共劃分為14個(gè)計(jì)算單單元，梁端端作用豎向向彈性約束束K1和轉(zhuǎn)動(dòng)彈彈性約束2K2。結(jié)構(gòu)離離散圖見(jiàn)圖圖21。圖21中橫梁結(jié)結(jié)構(gòu)離散圖圖2、中橫梁施工階階段劃分結(jié)合中橫梁的施施工流程，施施工階段共共分為以下下4個(gè)階段，逐逐階段計(jì)算算并累加后后得到恒載載內(nèi)力和其其他荷載效效應(yīng)。階段1：預(yù)制梁澆筑完完成，力筋筋N5張拉階段2：現(xiàn)澆段澆筑完完成，力筋筋N1，N2張拉階段3：行車(chē)道板安裝裝完成，力力筋N3，N4張拉階段4：橋面鋪裝等完完成。3、活載橫向加載載橫梁計(jì)算中計(jì)入入汽車(chē)沖擊擊系數(shù)μ=0.3，活載內(nèi)內(nèi)力按以下下步驟進(jìn)行行。（1）按照公路－I級(jí)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)車(chē)輛輛荷載，每每輛標(biāo)準(zhǔn)車(chē)車(chē)（550KKN）在1根橫梁上上的最大豎豎向合力P，按杠桿桿法求得P=2440KN。（2）兩列車(chē)作用時(shí)，橫橫梁上承受受的荷載數(shù)數(shù)值和間距距見(jiàn)圖22（1），沿橫橫梁的影響響線(xiàn)移動(dòng)加加載，求出出各截面的的最不利內(nèi)內(nèi)力。圖22橫橋向加加載圖式（3）3列車(chē)作用時(shí)，計(jì)計(jì)入系數(shù)0.788后，橫梁梁上承受的的荷載數(shù)值值和間距見(jiàn)見(jiàn)圖22（2），沿橫橫梁的影響響線(xiàn)移動(dòng)加加載，求出出各截面的的最不利內(nèi)內(nèi)力。（4）分別按2列車(chē)和和3列車(chē)計(jì)算算后，取最最不利效應(yīng)應(yīng)。4、施工階段驗(yàn)算計(jì)算結(jié)果表明，中中橫梁施工工階段砼最最大壓應(yīng)力力18.556Mpaa（第3階段，跨跨中附近），最最大拉應(yīng)力力-2.11Mpa（第3階段，跨跨中附近），滿(mǎn)足規(guī)范要求，但應(yīng)按照規(guī)范第7.2.8條，在拉應(yīng)力區(qū)按照法向拉應(yīng)力的大小配置非預(yù)應(yīng)力鋼筋。建議核查中橫梁受拉區(qū)普通鋼筋配置是否足夠。中橫梁施工階段應(yīng)力圖見(jiàn)圖23。第1階段第2階段第3階段第4階段圖23中橫梁梁施工階段段的正應(yīng)力力圖(Mpa))5、使用階段驗(yàn)算算計(jì)算結(jié)果表明，持持久狀況應(yīng)應(yīng)力計(jì)算，中橫梁使用階段最大應(yīng)力13.83Mpa；持久狀況正常使用極限狀態(tài)下，中橫梁未出現(xiàn)拉應(yīng)力，最小壓應(yīng)力0.73Mpa，均滿(mǎn)足規(guī)范要求。使用階段中橫梁應(yīng)力圖見(jiàn)圖24。最大應(yīng)力：最小應(yīng)力：圖24中橫梁梁使用階段段的組合應(yīng)應(yīng)力(Mpa))（三）端橫梁驗(yàn)驗(yàn)算1、計(jì)算模型端橫梁驗(yàn)算分析析采用公路路橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)統(tǒng)GQJSSV9..2程序。共共劃分為12個(gè)計(jì)算單單元，兩端端承受彈性性約束，結(jié)結(jié)構(gòu)離散圖圖見(jiàn)圖25。圖25端橫梁結(jié)結(jié)構(gòu)離散圖圖2、端橫梁施工階階段劃分結(jié)合端橫梁的施施工流程，施施工階段共共分為以下下2個(gè)階段，逐逐階段計(jì)算算并累加后后得到恒載載內(nèi)力和其其他荷載效效應(yīng)。（1）梁體澆筑完成成，力筋2N1,,2N2,,2N3已張拉。（2）行車(chē)道板安裝裝完成，橋橋面鋪裝等等完成。3、活載載橫向加載載橫梁計(jì)算中計(jì)入入汽車(chē)沖擊擊系數(shù)μ=0.3，分別按2列車(chē)和3列車(chē)×0.778沿橫向影影響線(xiàn)加載載，計(jì)算最最不利效應(yīng)應(yīng)。具體方方法與中橫橫梁相同。4、施工階段驗(yàn)算算計(jì)算結(jié)果表明，端端橫梁施工工階段砼最最大壓應(yīng)力力約5Mpa（第1階段，跨跨中附近），未未出現(xiàn)拉應(yīng)應(yīng)力，滿(mǎn)足足規(guī)范要求求。端橫梁梁施工階段段應(yīng)力圖見(jiàn)見(jiàn)圖25。第1階段第2階段圖圖25端橫梁施施工階段的的正應(yīng)力圖圖(Mpa))5、使用階段驗(yàn)算算計(jì)算結(jié)果表明，持持久狀況應(yīng)應(yīng)力計(jì)算，端端橫梁使用用階段最大大應(yīng)力約4Mppa；持久狀狀況正常使使用極限狀狀態(tài)下，端端橫梁未出出現(xiàn)拉應(yīng)力力，最小壓壓應(yīng)力0.744Mpaa，均滿(mǎn)足足規(guī)范要求求。使用階階段端橫梁梁應(yīng)力圖見(jiàn)見(jiàn)圖26。最大應(yīng)力：最小應(yīng)力：圖26端橫梁梁使用階段段的組合應(yīng)應(yīng)力(Mpa))六、問(wèn)題與建議議1、中橫梁與系桿連連接處應(yīng)力力較為復(fù)雜雜，本次檢檢算按照彈彈性約束條條件計(jì)算則則中橫梁端端部的應(yīng)力力可以通過(guò)過(guò)，如果按按照兩端固固定約束條條件計(jì)算則則中橫梁端端部上緣出出現(xiàn)3Mpa以上的拉拉應(yīng)力。因因此，建議議適當(dāng)調(diào)整整力筋布置置，使N1和N2鋼束在梁梁端附近上上彎的更高高，或適當(dāng)當(dāng)增加N1、N2鋼束鋼絞絞線(xiàn)的股數(shù)數(shù)；或者在中中橫梁與系系桿連