巢湖复线船闸公路桥主桥的设计的要点分析.doc

巢湖复线船闸公路桥主桥的设计的要点分析 　　摘要：巢湖复线船闸公路桥主桥上部结构为42.8米的系杆拱，主桥宽度为14.3米，系杆采用纵、横向两向预应力体系；主墩下部采用墩柱接桩基础形式。结合该桥，对其结构尺寸选取及预应力设计进行了分析，建立了全桥的有限元模型，结构计算表明，系杆等受力性能及结构刚度均满足规范要求。 　　关键字：系杆拱船闸结构分析横梁应力 　　中图分类号：F540.3 文献标识码：A 文章编号： 　　1引言 　　巢湖闸枢纽工程位于巢湖入裕溪河处，是控制巢湖流域防洪、排涝、航运及蓄水灌溉的综合性水利枢纽，1959年底开工建设，至1960年建成。巢湖船闸、船闸公路桥是该工程的组成部分，船闸公路桥跨船闸主桥为一跨16米的空心板，纵坡为5.7%，船闸南岸引桥为4×6.4米的空心板，纵坡为5%。现因巢湖船闸扩建以及巢湖市整体规划的需要，在巢湖船闸南岸新建一座复线船闸，为满足原有公路的使用功能，随之需新建跨闸公路桥及接线，接线公路顺接船闸公路桥南岸引桥并跨越复线船闸的引航道（桥位处复线船闸航道正断面宽约33.7米,最高通航水位为12.2m）。 　　2 主桥结构设计 　　2.1 桥梁布置 　　本桥区位跨越巢湖复线船闸，受老节制闸高程及复线船闸通航净空的限制，要求尽量减小主桥梁高，因主桥跨径在45米左右，选择桥型时考虑了连续梁、钢桁架和系杆拱，连续梁梁高较高，势必抬高主桥处桥面高程，因引桥落地处两侧均为民居，考虑到行人出行及工程造价的综合因素，排除连续梁的方案；若选择钢桁架，梁高较高且主桥造价较高，相比之下，最终选择跨径为42.8米的系杆拱作为主桥桥型，既减小了梁高又节省了工程造价。 　　2.2 主桥系杆及拱肋截面 　　主桥上部结构采用单跨42.8m下承式钢筋混凝土系杆拱，为刚性系杆刚性拱，计算跨径L＝41m，拱轴线为圆弧线，矢跨比为1/5，矢高8.2m。拱肋采用工字型截面，拱肋高1.0m、宽0.8m。全桥设置3道风撑以保证拱肋的横向稳定（如图1、图2所示）。 　　 　　 　　(图1 主桥立面图) 　　 　　 　　(图2 主桥断面图) 　　系杆采用等截面梁，系杆高1.25m，宽0.8m；每片拱片设间距为4.1m的吊杆9根；风撑设置3道，采用工字型截面，高0.7m、宽0.7m。端横梁高度为1.185m～1.25m，中横梁高度为1.005m～1.07m，，梁顶设有0.25m后浇混凝土，桥面双向1.5%横坡通过横梁高度的变化和桥面铺装共同调整。 　　每根系杆内布设8束钢绞线，分别为10φs15.2mm和12φs15.2mm钢绞线，钢束锚下张拉控制应力为0.7fpk ；每根吊杆均采用OVMDS5-61(φ65)；每根中、端横梁内布设4束钢绞线，每束为6φs15.2mm钢绞线，每束锚下张拉控制应力均为0.75 fpk。 　　2.3 主桥结构计算分析 　　(一) 模型建立 　　计算采用《QJX 4.0新规范版》进行，全桥共划分为49个单元， 40个节点的平面杆系模型，结构离散图如下图所示： 　　 (主桥结构离散图) 　　(二) 结构计算参数 　　材料：梁体采用C50混凝土，设计强度fcd=22.4MPa，ftd=1.83MPa；混凝土容重γ=26KN/m3；弹性模量Eh=3.45×104MPa。 　　钢绞线单根直径Φs15.2mm，面积Ay=139mm2，钢绞线标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ey=1.95×105MPa，张拉控制应力σcon=0.7fpk=1302MPa，塑料波纹管管道内壁与钢绞线的摩擦系数μ=0.25，管道偏差影响系数k=0.0015，一端锚具变形及回缩值为6mm。 　　荷载： 　　1) 恒载 　　一期恒载：重量按实际断面尺寸计取； 　　二期恒载：包括桥面板、桥面铺装、护栏等的重量； 　　2) 汽车活载 　　车辆荷载标准按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）取定，设计荷载等级为公路-II级。横桥向按2车道考虑，考虑车道实际布载。 　　3）温度荷载： 　　温度梯度：按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）4.3.10条规定取值。 　　4）混凝土加载龄期：取7天 　　5）混凝土收缩、徐变：对于成桥，考虑3650天的混凝土收缩徐变。 　　(三)主桥纵向计算 　　1) 施工阶段短暂状态应力验算 按照新《公桥规》第7.2.8条规定，在预应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力应符合下列规定：压应力σcct≤0.70fck’，拉应力σctt≤0.70ftk’。本桥施工时混凝土强度已达到标准强度的90%，故压应力允许值0.70fck’＝0.70×0.9×32.4＝20.41Mpa，拉应力允许值0.70ftk’