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1、附件三 新蕉门大桥工程C线主桥方案计算书一、 结构概述新蕉门大桥工程C线主桥推荐方案采用钢管混凝土自锚式下承系杆桁架拱桥。主桥跨度组成：160+260+160m，由两片平行拱肋组成，三跨连拱组成一片。中拱高65m，边拱高32m。中拱设10道、边拱设5道“K”撑，以加强结构横向稳定。拱肋由四根直径900mm的钢管（内灌砼）通过径向肢管连接，构成高500cm，宽250cm的桁式肋。主梁采用15m高的钢桁梁结构，桁式为有竖杆的三角形桁架，节间长度为10米，主桁弦杆和腹杆采用箱形截面，其余斜杆和副桁杆件采用H形截面。上层承受公路汽车荷载；下层承受城市轻型轨道荷载。主墩承台尺寸为25.50x18.8m，
2、承台厚度为4.0m，边墩承台尺寸为11.0x11.0m，承台厚度为3.5m。桩基均采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。单个中墩采用12根2.8m的钻孔桩，单个边墩采用4根2.5m的钻孔桩。设计基本荷载：（1）公路：按汽-超20设计。（2）人群：按设计。（3）轻轨：单线每节竖向静活载为6轴车，轴重11t，影响线加载时按四节编组和作用在双线来确定。（4）荷载组合：1.2倍恒载+1.4倍（汽-超20+人群）+1.4倍轻轨荷载。其中，公铁组合时，公路活载折减0.75。进行影响线加载，得到最不利荷载组合下，结构的内力，应力，位移，模态，稳定等结果。二、 计算模型设计计算分析采用通用有限元分析软件进行。将全桥离散成
3、梁、杆和实体单元。对拱肋按“钢管混凝土统一理论”计算材料特性，所有杆件都计及初始内力的影响。各单元类型及数量见表1。钢管混凝土拱桥方案的有限元模型如图15所示。表1 FEM分析模型单元类型及数量表单元类型构件名称数量梁单元拱肋，桁架横、纵梁，各类撑杆，墩等。5545杆单元吊杆，系杆106实体单元拱脚处钢筋砼节点168图1 FEM分析模型（1）图2 FEM分析模型（2）图3 FEM分析模型（3）图4 FEM分析模型（4）图5 FEM分析模型（5）由于结构跨度大，结构中存在的大位移、大转动，杆件中弯矩与轴力相互影响效应，使得结构几何非线性对结构受力分析结果存在一定的影响。为了保证结构的安全，本计算
4、考虑结构几何非线性影响。三、 静力分析本设计计算的目的在于表明方案整体设计的合理性和安全性，并没有对整个结构各个细部进行详细的内力、应力分析。结构各构件的尺寸见相应的方案设计图纸。拱肋控制截面内力应力见表2。结构在恒载及最不利活载组合作用下的变形如图6所示。表3列出了中孔及边孔桥面挠度值。图6 结构挠度图 表2 主拱拱肋内力应力计算结果截面轴力（N）最大应力（Pa）最小应力（Pa）边拱0-0.14356E+08-0.39416E+08-0.37331E+08-0.14351E+08-0.35227E+08-0.37318E+08-0.33534E+07-0.78179E+07-0.87202E
5、+07-0.33495E+07-0.95991E+07-0.87101E+07L/4-0.90215E+07-0.23197E+08-0.23459E+08-0.92281E+07-0.24457E+08-0.23997E+08-0.53721E+07-0.13915E+08-0.13970E+08-0.55419E+07-0.14762E+08-0.14411E+08L/2-0.13201E+08-0.34576E+08-0.34328E+08-0.12966E+08-0.35448E+08-0.33717E+08-0.17737E+07-0.47226E+07-0.46123E+07-0.
6、20960E+07-0.59260E+07-0.54505E+07中拱0-0.10899E+07-0.45371E+08-0.44679E+08-0.12441E+07-0.44413E+08-0.44734E+08-0.30034E+08-0.15434E+08-0.16334E+07-0.29954E+08-0.15764E+08-0.16197E+07L/4-0.96116E+07-0.21337E+08-0.22551E+08-0.97299E+07-0.20332E+08-0.22797E+08-0.14786E+08-0.17659E+08-0.18474E+08-0.14915E
7、+08-0.16429E+08-0.18691E+08L/20.34502E+070.13392E+08-0.11050E+070.29837E+070.13507E+08-0.28533E+06-0.25476E+08-0.35299E+08-0.40075E+08-0.25724E+08-0.41133E+08-0.40466E+08说明：每片拱肋由四根钢管砼构成，对应截面上有四组内力和应力。表3桥面挠度计算结果中孔挠度值（m）边孔挠度值（m）恒载0.7370.363最不利活载组合0.1470.087 四、 模态分析在静力分析模型的基础上进行动态分析。计算大桥主桥的前9阶振型频率见表4。振
8、型图见716。表4 模态分析计算结果阶次频率(Hz)10.2024120.2839230.3178240.3653850.5603460.6442870.793380.9029690.90492图7 第1阶振型图8第2阶振型图9 第3阶振型图10 第4阶振型图11 第5阶振型图12 第6阶振型图13 第7阶振型图14 第8阶振型图15 第9阶振型五、 稳定分析稳定计算只分析成桥运营阶段，并考虑结构几何非线性的影响。全桥处于最不利活载组合时，通过计算得到结构稳定系数为4.308。第一阶屈曲结构变形图如图16所示。图16 第一阶结构屈曲变形图 六、 结论按“钢管混凝土统一理论”计算得到拱肋截面极限抗压承载能力为：3.14（0.9/2）232.5106+3.140.90.023401063.1107N.m。大于拱肋在荷载作用下的轴力0.30034E+08Pa。如考虑钢管对砼的紧箍效应，其承载力将更大。拱肋强度满足。在最不利活载组合作用下，中拱桥面的挠度值0.147/2601/1768；边拱桥面的挠度值0.087/1601/1839。均小于轻轨技术标准（结构部分）规定的1/1500L的要求。结构的模态分析结果和同类型桥梁类似，证明结构设计合理，空间分析可靠。拱桥成桥运营阶段，满足规范对拱桥稳定的要求。8