瀏陽(yáng)河第六大橋下部結(jié)構(gòu)計(jì)算書

瀏陽(yáng)河第六大橋

下部支撐墩柱仿真分析

長(zhǎng)沙理工大學(xué)

瀏陽(yáng)河第六大橋監(jiān)控部

2015年3月

目錄

1工程概況..........................................................3

2材料計(jì)算參數(shù)......................................................4

3有限元模型建立....................................................5

3.1單元離散......................................................5

3.2計(jì)算荷載......................................................6

3.3邊界條件......................................................9

3.4計(jì)算工況......................................................9

4計(jì)算結(jié)果分析.....................................................10

4.1Z1#?Z4#、4#?6#墩計(jì)算........................................16

4.27#墩計(jì)算.....................................................18

5臨時(shí)墩L5#計(jì)算...................................................19

5.1單元離散...................................................19

5.2計(jì)算荷載...................................................20

5.3邊界條件...................................................20

5.4計(jì)算結(jié)果...................................................21

6下部支撐墩改善方案模型建立.......................................24

6.1單元離散.....................................................24

6.2計(jì)算荷載....................................................25

6.3邊界條件.....................................................27

6.4計(jì)算工況.....................................................27

7改善方案計(jì)算結(jié)果整理.............................................28

7.1Z1#?Z4#、4#?6#墩計(jì)算........................................33

7.27#墩計(jì)算.....................................................34

8改善方案后臨時(shí)墩L5#計(jì)算.........................................35

9小結(jié).............................................................39

附表1各墩的反力和摩擦力/kN......................................................................................40

下部支撐墩柱仿真分析

1工程概況

全橋在預(yù)制底模范圍內(nèi)共設(shè)Zl#、Z2#、Z3#三個(gè)滑道支撐墩，在預(yù)制平臺(tái)與

5#墩之間，設(shè)置Z4#鋼筋混凝土臨時(shí)墩，在5#墩和6#墩之間設(shè)置鋼管臨時(shí)墩L5#。

主跨施工時(shí)，先在主橋位南側(cè)滑道支撐墩Z(yǔ)1#?Z3#區(qū)域搭設(shè)預(yù)制平臺(tái)，主梁預(yù)制

完畢后進(jìn)行頂推。各跨跨徑布置為(3X9+2X19.5+2X30+39)m,如圖1.1所示。

滑道支撐墩Z(yǔ)1#?Z3#,臨時(shí)墩Z(yǔ)4#和主墩4#?7#截面尺寸如圖1.2?1.5所示。

圖1.1墩柱布置圖(m)

圖1.2Z1#?Z3#墩柱截面尺寸(m)圖1.3Z4#墩柱截面尺寸(m)

圖1.45#和6#墩柱截面尺寸(m)

圖1.54#和7#墩柱截面尺寸(m)

2材料計(jì)算參數(shù)

1.Z1#?Z4#墩柱以及4#墩采用C30混凝土，5#?7#墩柱采用C40混凝土。材

料參數(shù)如表2.1和2.2所示。

表2.1C30混凝土材料參數(shù)表

彈性E3.0e4MPa

泊松比0.2

軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值20.1MPa

軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.01MPa

軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值13.8MPa

軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.39MPa

混凝土容重26kN/m3

線膨脹系數(shù)1.00e-05

表2.2C40混凝土材料參數(shù)表

彈性E3.25e4MPa

泊松比0.2

軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值26.8MPa

軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值2.4MPa

軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值18.4MPa

軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值1.65MPa

混凝土容重26kN/m3

線膨脹系數(shù)1.00e-05

2.豎向鋼筋采用HRB335,材料參數(shù)如表2.3所示。

表2.3鋼筋HRB335材料參數(shù)表

叫酎生E2.0e5MPa

泊松比0.3

抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值335MPa

抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值335MPa

抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值280MPa

抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值280MPa

線膨脹系數(shù)1.20e-05

3.鋼管臨時(shí)墩L5#采用Q235鋼材和砂礫的組合材料。材料參數(shù)如表2.4和

2.5所示。

表2.4Q235鋼材材料參數(shù)表

彈性E2.06e5MPa

泊松比0.3

抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215MPa

抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215MPa

抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215MPa

抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值125MPa

線膨脹系數(shù)1.20e-05

表2.5砂礫材料參數(shù)表

彈性E2.1e4MPa

泊松比0.2

容重18kN/m3

線膨脹系數(shù)1.00e-05

3有限元模型建立

3.1單元離散

下部支撐墩仿真模型主要分為兩部分進(jìn)行計(jì)算。（Z1#?Z4#墩及4#?6#墩）作

為整體采用有限元軟件MIDASCIVIL2012建立，有限元模型如圖3.1所示。7#

墩與其他墩子水平向受力沒有聯(lián)系，在整體模型中得出其最不利工況進(jìn)行驗(yàn)算。

模型中，臨時(shí)墩和主墩均采用空間梁?jiǎn)卧M，Z1#?Z4#墩之間的工字鋼連接，

4#墩與6#墩之間的鋼管均采用桁架單元進(jìn)行模擬，5#墩與6#墩之間的水平拉索

采用只受拉桁架單元進(jìn)行模擬。各墩劃分為1個(gè)單元，模型共16個(gè)節(jié)點(diǎn)，15個(gè)

單元。

圖3.1支撐墩有限元模型圖

根據(jù)施工專項(xiàng)方案，臨時(shí)墩L5#采用12根直徑800mm，中間4根采用10mm

壁厚，其他壁厚8mm的鋼管樁，樁內(nèi)回填密實(shí)砂礫作為支撐。在仿真分析中，

根據(jù)剛度等效的原則，把臨時(shí)墩L5#等效為如下材料和截面形式：

￡,=1.15xlO5A/PaA=2.45x0.6=1.47m2/=—x2.45x0.63=0.044bn4

12

3.2計(jì)算荷載

1.自重：臨時(shí)墩、主墩的重量由程序根據(jù)毛截面計(jì)算；

2.墩頂豎向反力N：在頂推過(guò)程中，主梁對(duì)墩柱產(chǎn)生的豎向壓力

3.水平力：

①主梁與橋墩相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的動(dòng)摩擦力f，大小為墩頂豎向反力與摩擦系數(shù)

的乘積，f=Nxp,方向與頂推前進(jìn)方向一致，摩擦系數(shù)根據(jù)施工專項(xiàng)方案取

0.06

②水平千斤頂?shù)耐屏，總大小為頂推梁段的總重量與(摩擦系數(shù)+坡度)的

乘積。本橋?yàn)殡p向坡度，過(guò)臨時(shí)墩L5#前坡度為3.414%,以后為-2.146%。按照

千斤頂最大行程的80%平均分派到各千斤頂上進(jìn)行試算。

各工況所需總推力大小如表3.1所示。

表3.1各工況總推力大小

工況總推力(kN)

第一梁段預(yù)制694

第二梁段預(yù)制1562

第三梁段預(yù)制2427

第四梁段預(yù)制3038

第五梁段預(yù)制3220

頂推第一梁段總推力：F=307x24x(0.06+0.03414)=694yWV

頂推第二梁段總推力：F-307x54x(0.06+0.03414)=1562kN

頂推第三梁段總推力：F=84x307x(0.06+0.03414)=2427kN

頂推第四梁段總推力：

F=99x307x(0.06+0.03414)+15x307x(0.06-0.03414)=3038M

頂推第五梁段總推力：

F=93x307x(0.06+0.03414)+45x307x(0.06-0.03414)=3220M

根據(jù)專項(xiàng)施工方案，擬在臨時(shí)墩Z(yǔ)4#墩、5#墩、6#墩安裝水平千斤頂。5#、

6#墩各安裝一臺(tái)ZLD-100自動(dòng)連續(xù)頂推裝置，Z4#墩安裝2臺(tái)ZLD-100自動(dòng)連

續(xù)頂推裝置，共計(jì)4臺(tái)自動(dòng)連續(xù)頂推千斤頂。按此方案結(jié)合不同工況所需的總頂

推力大小，在結(jié)構(gòu)仿真分析時(shí)，各墩水平千斤頂出力大小如表3.2和圖3.2?3.8

所示。

表3.2各千斤頂推力大小說(shuō)明表

工況Z4#(kN)5#(kN)6#(kN)

第一梁段預(yù)制-694

第二梁段預(yù)制-1562

第三梁段預(yù)制-1600-827

第四梁段預(yù)制-1800-1000-238

第五梁段預(yù)制-1800-1000-420

圖3.2第一梁段預(yù)制?過(guò)5#墩

圖3.3過(guò)5#墩?第二梁段預(yù)制

-1562^

圖3.4第二梁段?第三梁段預(yù)制

圖3.5第三梁段預(yù)制?過(guò)6#墩

圖3.6過(guò)6#墩?第四梁段預(yù)制

圖3.7第四梁段預(yù)制?第五梁段預(yù)制

,635.0

圖3.8第五梁段預(yù)制?頂推138m

3.3邊界條件

墩底邊界條件按固結(jié)模擬，即約束墩底節(jié)點(diǎn)的DX、DY、DZ、RX、RY、

RZo其中，“DX、DY、DZ”分別表示節(jié)點(diǎn)平動(dòng)自由度，“RX、RY、RZ”分別表

示節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。如圖3.9所示。

圖3.8墩底邊界示意圖

3.4計(jì)算工況

以上部結(jié)構(gòu)整體計(jì)算為基礎(chǔ)，根據(jù)本橋頂推施工工藝流程，此次下部支撐墩

柱仿真計(jì)算工況與頂推整體計(jì)算工況相同。工況具體見表3.3（以1m為一個(gè)計(jì)

算步長(zhǎng)，共頂推138m,劃分147個(gè)計(jì)算工況）。

表3.3頂推工況說(shuō)明表

工況序號(hào)工況編號(hào)工況名稱工況說(shuō)明

1CS1施工階段1預(yù)制第1段主梁

2?16CS2?C16施工階段2?施工階段16整體向前頂推l~15m

17CS17施工階段17導(dǎo)梁過(guò)5號(hào)墩

18?25CS18-C25施工階段18?施工階段25整體向前頂推16?23m

26CS26施工階段26預(yù)制第2段主梁

27?48CS27?C48施工階段27?施工階段48整體向前頂推24?45m

49CS49施工階段49導(dǎo)梁過(guò)Z4號(hào)墩

50?57CS50?C57施工階段50?施工階段57整體向前頂推46?53m

58CS58施工階段58預(yù)制第3段主梁

59?80CS59-C80施工階段59?施工階段80整體向前頂推54?75m

81CS81施工階段81導(dǎo)梁過(guò)6號(hào)墩

82?90CS82?C90施工階段82?施工階段90整體向前頂推75?83m

91CS91施工階段91預(yù)制第4段主梁

92?120CS92?C120施工階段92?施工階段120整體向前頂推84~113m

121CS121施工階段121預(yù)制第5段主梁

122CS122施工階段122整體向前頂推114m

123CS123施工階段123導(dǎo)梁過(guò)7號(hào)墩

124?147CS124-C147施工階段124?施工階段147整體向前頂推115?138m

4計(jì)算結(jié)果分析

合計(jì)

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圖4.1Z1#墩彎矩工況圖/kN?m

圖4.2Zl#墩軸力工況圖/kN

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圖4.5Z3#墩彎矩工況圖/kN-m

合計(jì)

R力（則

施工階段/步驟勖段:絆）

圖4.6Z3#墩軸力工況圖/kN

圖4.7臨時(shí)墩Z(yǔ)4#墩彎矩工況圖/kN?m

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