成贵铁路初步设计 落脚河大桥(68+128+68)m 连续刚构计算分析
成贵铁路初步设计 落脚河大桥(68+128+68)m 连续刚构计算分析
目 录
1.概况
1.1 计算依据、标准和规范
依据中铁二院集团提供的地质资料确定主桥的平立面布置、桩基及承台尺寸。计算中参考的岩土层的物理力学特性值见表1-1
表1-1 建议岩土物理力学指标
岩土 代号 |
岩 土 名 称 |
稠 度 或 风化 程 度 |
天然 密度ρ (g/cm3) |
粘聚力c (kPa) |
内摩 擦角φ (°) |
基本 承 载力 σ(kPa) |
压缩 模量Es1-2 (MPa) |
基 底 摩 擦 系 数 |
桩周极限 摩阻力 (kPa) |
天然饱和极限抗压强度(MPa |
边坡率 |
|
临时 |
永久 |
|||||||||||
(1) |
粉质黏土 (Q4dl+el) |
硬塑 |
1.9 |
18 |
18 |
180 |
/ |
0.3 |
60 |
1:1 |
1:1.25 |
|
(2) |
碎石土 (Q4dl+el) |
稍密 |
2.2 |
/ |
45 |
250 |
/ |
0.4 |
120 |
1:1 |
1:1.25 |
|
(3) |
卵石土 (Q4al+pl) |
松散~中密 |
2.2 |
/ |
50 |
300 |
/ |
0.4 |
140 |
1:1 |
1:1.25 |
|
(4) |
砂岩泥岩、泥质砂岩(T1f2) |
W3 |
2.2 |
/ |
35 |
300 |
/ |
0.35 |
90 |
1:0.75 |
1:1 |
|
W2 |
2.4 |
/ |
45 |
450 |
/ |
0.45 |
/ |
5 |
1:0.5 |
1:0.75 |
||
(5) |
砂岩泥岩、泥质砂岩夹灰岩(T1f1) |
W3 |
2.2 |
/ |
40 |
300 |
/ |
0.4 |
100 |
1:0.75 |
1:1 |
|
W2 |
2.4 |
/ |
50 |
500 |
/ |
0.5 |
/ |
5 |
1:0.5 |
1:0.75 |
||
(6) |
灰岩(P2c) |
W3 |
2.2 |
/ |
50 |
400 |
/ |
0.5 |
160 |
1:0.5 |
1:0.75 |
|
W2 |
2.6 |
/ |
60 |
700 |
/ |
0.6 |
12.0 |
1:0.3 |
1:0.5 |
|||
工程技术标准:
(1)铁路等级:Ⅰ级
(2)桥上线路:双线,线间距5m,直线、坡度20‰
(3) 旅客列车速度目标值:350km/h,线路平面和重点桥隧工程等预留160km/h净空限界
(4)牵引种类:电力
(5)闭塞类型:自动闭塞
(6)建筑限界:满足开行双层集装箱运输建筑限界要求
(7)设计荷载:ZK荷载(客车);
(8) 桥梁守护类型:IV类
设计采用的规范标准:
(1)铁路桥涵设计基本规范(TB 10002.1-2005)
(2)铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 (TB 10002.3-2005)
(3)铁路桥涵地基和基础设计规范 (TB 10002.5-2005)
(4)铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范 (TB 10002.4-2005)
(5)《新建时速200公里客货共线铁路设计暂行规定》(2003年10月,北京)(铁建设函[2003]439号);
(6)《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》(2003年6月,北京)(铁建设函[2003]205号);
(7)铁建鉴(1992)93号文《关于南昆线四座大桥横向刚度的补充技术要求》;
1.2 计算理论和方法的选择及说明
初步设计阶段对主桥68+128+68m预应力混凝土连续刚构桥进行了施工过程和成桥运营两个阶段的结构分析。对部分施工阶段和成桥运营阶段结构的强度、刚度、稳定性进行了验算。施工阶段考虑的荷载主要有结构恒载(包括自重,二期恒载、挂篮重及施工临时荷载)、预应力和混凝土的收缩徐变;运营阶段考虑的荷载有ZK活载、体系温差正负20度,制动力、风荷载及10年的收缩徐变。收缩徐变的计算参考公路桥涵规范进行。计算模型中未考虑桥面纵坡。
1.3 计算软件名称及版本
采用Midas/Civil 7.4.1对结构进行计算分析。计算模型如下图:

1.4 计算参数和计算荷载工况
结构材料部分:
(1)连续刚构梁体采用C55混凝土,弹性模量
,泊松比
,
,
;
(2)主桥桥墩采用C40混凝土,弹性模量
,泊松比
,
,墩顶5m范围内采用C55混凝土。
(3)梁体纵向预应力及顶板横向预应力采用Ф15.2mm钢绞线,抗拉强度标准值fpk=1860MPa,弹性模量Ep=1.95×105MPa,其各项技术指标应符合“ASTMA416-94”标准的要求;
(4)管道压浆用水泥浆强度等级 M40
(5)封锚用微膨胀混凝土强度等级 C50
设计计算参数:
(1) 梁部顶板宽12m,不需人行道板和托梁,梁体圬工容重按26.5kN/m3 ,线路设备及道碴自重等(二期恒载)按140kN/m考虑。
(2) 纵向钢束钢绞线锚下控制应力бcon=0.7fpk=1302MPa(不包括锚圈口摩擦损失)。
(3) 塑料波纹管孔道摩阻系数μ=0.15,孔道偏差系数K=0.001;
金属波纹管孔道摩阻系数μ=0.35,孔道偏差系数K=0.003;
锚具变形与钢束回缩值(一端)ΔL=6mm。
(4)施工荷载:挂篮、机具、人群等施工荷载重按1250kN计。
(5)温差:升降温 20℃。
(6)竖向荷载动力系数为:1+(1.44/(Lφ0.5-0.2)-0.18)<1,取1。
(7)制动力或牵引力:按一线满载时竖向静活载的10%计算。与列车的竖向动力作用同时计算时按列车竖向静活载的7%计算。双线采用一线的制动力。
(8)列车横向摇摆力:一个横向100kN的集中力 作用在钢轨顶面
(9) 风荷载强度:按《桥规》规定计算,风压按500Pa。
荷载组合:
主力:
(1)恒载(结构重+二恒)
(2)恒载+ 双线ZK活载动力作用+横向摇摆力+长钢轨纵向力
主力+附加力:
(3)恒载+ 双线ZK活载动力作用+横向摇摆力+长钢轨纵向力+制动力或牵引力+升、降30度
(4)恒载+ 双线ZK活载动力作用+横向摇摆力+长钢轨纵向力+风力+升、降30度
2.施工阶段结构内力和强度分析
2.1 结构内力

图2-1 最大双悬臂阶段梁体恒载弯矩图(单位:kN.m)

图2-2 边跨合拢后梁体恒载弯矩图(单位:kN.m)

图2-3 全桥合拢施加二期恒载后梁体恒载弯矩图(单位:kN.m)
2.2 混凝土应力
在各施工阶段,梁部截面最大压应力12.43MPa,最大拉应力0.489MPa,满足规范的要求。梁部最大压应力发生在全桥合拢后张拉中跨底板束的施工阶段。











6 结构动力特性分析
计算得到结构前10阶自振频率及振型见表6-1和图6-1。
表6-1 结构自振特性
阶数 |
频率 |
振型 |
1 |
0.76 |
纵向 |
2 |
1.03 |
3#墩纵弯 |
3 |
1.04 |
对称横弯 |
4 |
1.34 |
3#墩横弯 |
5 |
1.71 |
对称竖弯 |
6 |
1.88 |
反对称横弯 |
7 |
2.64 |
二阶对称横弯 |
8 |
2.76 |
|
9 |
3.4 |
|
10 |
4.01 |


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