【導讀】鋼管混凝土拱橋，凈矢跨比為1/，主拱軸線為懸鏈線，拱軸系數?橋梁的設計荷載為：汽－超20，掛－120；設計行車速度80km/h。由兩片拱肋和懸挑橋道系組成，拱肋中到中間距16m。拱肋為等截面鋼管混凝土。該橋的主拱肋鋼管節(jié)段采用無支架纜索吊裝系統(tǒng)吊裝，有11道橫撐，其中拱肋的第三個劃分節(jié)段吊裝重量最重，達到噸。公路千島湖支線SQD3合同段項目經理部負責施工。架纜索吊裝系統(tǒng)進行計算復核。牽引索和起重索的安全系數；主塔整體和局部穩(wěn)定性驗算；進行復核計算和審查，并提出相應的計算復核報告。公路施工手冊編寫組：《橋涵（下冊）》，人民交通出版社，2020年；當地的地質情況進行調整或進一步的驗算。計算復核時分別考慮鋼繩及滑輪組的恒載、吊重、風荷載對主塔和扣塔的側。7）設計最大的起重能力75噸。8）主塔下10＃樁基和14＃樁基的地質參數：??千島湖1號橋的纜索吊裝系統(tǒng)中所用到的所有鋼絲繩的參數表詳見表1。慮了掛籃及爬梯等重量的作用）；

　　

【正文】 穩(wěn)定驗算時，只考慮門式塔架的一側，而忽略另一側有利影響， 由此可知： 主架構件中立柱凈截面積： 2cm5048466 ????? ＝弦FF 對 X 軸的截面整體慣性矩： 222 cm50 507 2810084617 886266 ???????????????? hFII xx 弦弦 ＋ 對 Y 軸的截面整體慣性矩： 222 cm3 4 5 0 7 2 812 0 08441 7 8 8646 ???????? ?? iiyy bFII ＋弦 由于 ?? ? yx II ，所以主塔在 x 方向的失穩(wěn)性能將先于 y 方向，進行塔架壓桿穩(wěn)定驗算時只需考慮 x 軸的穩(wěn)定。 x 放心截面整體回轉半徑： cm1 0 05 0 45 0 5 0 7 2 8 ??? ?? FIi xx ； 塔架的整體長細比： 6010060 000 ??? xiH?； 塔架的整體換算長細比： 638 504276027 220 ?????? ?? ＋＝斜立FF?? 查《路橋施工計算手冊》 中的附錄三，可以查得軸向受壓構件縱向繞曲折減系數 ?? 整體穩(wěn)定驗算： ? ? MpaMpaFN 4238 ??????? ??滿足施工規(guī)范的要求。 （ 2） 空間有限法 驗算主塔特征值穩(wěn)定 考慮到當主塔向一側失穩(wěn)時，失穩(wěn)側的風纜對主塔的約束將失效，因此穩(wěn)定分析的有限元模型與內力分析的有限元模型有所差別，只需考慮一側風纜的作用。 借助于通用有限元軟件 ANSYS 來分析拱肋纜索吊裝過程中主塔的特征值穩(wěn)定。由此 求得了主塔整體失穩(wěn)的第一 階特征值 穩(wěn)定系數為 ， 第一階失穩(wěn)振型為 主塔塔底三角鉸的 局部屈曲引起整個塔的側向屈曲，圖 11 為建德岸最高主杭新景高速公路千島湖支線千島湖 1 號橋纜索吊裝系統(tǒng)計算復核咨詢報告 第 26 頁 共 33 頁 浙江大學 土木工程測試中心 塔的一階失穩(wěn)模態(tài)的示意圖；主塔整體失穩(wěn)的第二階特征值 穩(wěn)定系數為 ，第二階失穩(wěn)振型為主塔沿著橋縱向整體性一階屈曲；塔底三角鉸的局部屈曲引起整個塔的側向屈曲，圖 12 為建德岸最高主塔的第二階失穩(wěn)模態(tài)的示意圖。 由此可見 主塔的 局部失穩(wěn)和整體性失穩(wěn)的最小 安全系數 均 大于規(guī)范中容許 特征穩(wěn)定系數 的 最小值 ??4 ， 滿足施工整體穩(wěn)定的要求。 由此 可見，無論是采用 等效 壓桿 方法來驗算主塔的考慮穩(wěn)定 影響 后的強度，還是采用空間有限元方法來驗算主 塔的 特征 值穩(wěn)定系數，都能滿足施工整體穩(wěn)定要求。 但應該注意的是， 通過本次穩(wěn)定驗算發(fā)現(xiàn)，鉸支座的剛度對主塔整體穩(wěn)定的影響很大，文中 所得到的 第 一階失穩(wěn)就是鉸支座局部失穩(wěn)引起的， 最小的穩(wěn)定安全系數 是在假定 鉸支座 與基礎的接觸面積 mA? ， 縱向抗彎剛度為 442 meIy ?? 、橫向抗彎剛度為 441 meIz ?? 的 基礎上 求得的 。 因此 施工單位還需對此仔細研究，采用合適的 剛度的 鉸支座，既保證自身的強度，又要保證主塔的穩(wěn)定性。 ANSYS MAR 12 202022:46:09 DISPLACEMENTSTEP=1 SUB =1 FREQ= PowerGraphicsEFACET=1AVRES=MatDMX =.01787 1 23 4XYZ DSCA= XV =1 YV =1 ZV =1 DIST= XF = YF = ZBUFFERXYZWIND=2 DSCA= XV =1 DIST= XF = YF = ZBUFFERXYZXYZ 圖 11 主塔 一階失穩(wěn)模態(tài)示意圖 杭新景高速公路千島湖支線千島湖 1 號橋纜索吊裝系統(tǒng)計算復核咨詢報告 第 27 頁 共 33 頁 浙江大學 土木工程測試中心 ANSYS MAR 12 202022:46:23 DISPLACEMENTSTEP=1 SUB =2 FREQ= PowerGraphicsEFACET=1AVRES=MatDMX =.053668 1 23 4XYZ DSCA= XV =1 YV =1 ZV =1 DIST= XF = YF = ZBUFFERXYZWIND=2 DSCA= XV =1 DIST= XF = YF = ZBUFFERXYZXYZ 圖 12 主塔 二階失穩(wěn)模態(tài)示意圖 主塔基礎驗算 由于兩岸主塔全部 立于 10與 14樁附近，因此可以利用此兩個 樁基作為主塔的基礎?，F(xiàn)以受力最不利的建德岸側上游主塔來驗算主塔的基礎安全性。 10＃與 14＃樁所采用的 柱徑為 米、柱長 20米，其基底承載力由設計圖紙中得知 ? ? kPa1200?? （中風化細砂巖）， ? ? kPa65?? （強風化細砂巖）， 假定塔架所傳遞的 荷載 全部由 兩根 根 樁基承受，則 塔架作用于基礎上的壓 力 P＝ 4872kN。 單樁承載力 ? ? ? ?? ?SLAP ?? ?? 211 ? ? 2 ????????? ? ? 1 ????? PPK ,安全系數 能滿足施工要求，由此可見將主塔根部傳遞的荷載完全由 10＃和 14＃樁程兩 根樁 來承受，能 符合 施工 要求 。 杭新景高速公路千島湖支線千島湖 1 號橋纜索吊裝系統(tǒng)計算復核咨詢報告 第 28 頁 共 33 頁 浙江大學 土木工程測試中心 （七 ） 主索 地錨 系統(tǒng)驗 算 兩岸 單根主纜 地 錨碇基礎 所受到的 主纜張力 詳見表 3。 表 3 兩岸 單根主纜 地錨的 受力參數表 項目 部位 建德岸地錨 淳安 岸地錨 主索水平角（度） 13 荷載值 張力（ kN） 2286 2286 水平分力 H（ kN） 2122 2227 垂直分力 V（ kN） 849 514 建德岸地錨穩(wěn)定性驗算 （ 1) 抗拔穩(wěn)定性 ? ?V TGK ??1 式中： G －坑內有效土重， kNH b LG 1 5 6 ?????? ? T－與土層的摩擦力，摩擦系數 ?f ， kNfHT ???? ? ? ? ? 84915671 ????K ，因此建德岸地錨的抗拔穩(wěn)定性 能滿足 施工安全 要求。 （ 2) 抗拉穩(wěn)定性 HBLK ??2 式中： B－地 壟 寬度 6m； L－地 壟 前巖層斜面長度 10m； τ－地 壟 前巖層抗剪強度 130kPa； H－水平拉力 2122kN ? ? 1301062 ?????K，因此建德岸地錨的抗拉穩(wěn)定性 能滿足 施工安全 要求。 （ 3) 橫擋應力計算 AP?? 杭新景高速公路千島湖支線千島湖 1 號橋纜索吊裝系統(tǒng)計算復核咨詢報告 第 29 頁 共 33 頁 浙江大學 土木工程測試中心 式中： P－水平力 2122kN； A－橫擋砼與巖石接觸面積 A=6 = ? ? kPakPa 1400589 ???? ?? （中風化細砂巖），從目前的 驗 算看，建德岸側的橫擋應力能滿足要求 ，但它是建立在橫擋的容許應力? ? kPa1400?? 的基礎上的，但實際地質條件究竟如何，需要進行詳細勘探。 （ 4） 地 錨 混凝土表面應力驗算 利用 ANSYS 建模分析建德岸 主纜 地錨 表面應力是否會使混凝土開裂，分析時采用的單元為 Solid45，材料參數是取用 C15 砼的相應 數值，模型共有 1736 個節(jié)點， 1170 個單元，均采用六面體進行劃分，計算得到的第一主拉應力云圖如圖 13 所示，圖示中的應力單位均為 kPa。 1MNMX2MNMXXYZXYZ 1108127011081270MAR 13 202000:57:41MAR 13 202000:57:41ELEMENT SOLUTION ELEMENT SOLUTIONSTEP=1SUB =1TIME=1S1 (NOAVG)DMX =.434E04SMN =SMX =1270STEP=1SUB =1TIME=1S1 (NOAVG)DMX =.434E04SMN =SMX =1270 圖 13 建德岸 主纜 地錨第一主拉應力云圖（單位： kPa） 從圖 13 中 應 力 云 圖 可 以 看 出 ， 建 德 岸 主 地 錨 最 大 主 拉 應 力M p afM p a t ???? （ C15砼抗拉強度），建德岸 側 的主 地錨 表面拉應力稍超過規(guī)范容許值 ， 砼表面可能會開裂，因此建議施工單位應從以下兩個方面杭新景高速公路千島湖支線千島湖 1 號橋纜索吊裝系統(tǒng)計算復核咨詢報告 第 30 頁 共 33 頁 浙江大學 土木工程測試中心 入手以防止地錨的強度不足：其一在施工地垅時在砼內預埋一些抗裂鋼筋，盡量避免采用素砼，當然也可 提高砼的標號；其二施工時需對主纜錨點處的進行局部加強，而且要通過構造措施使錨索力盡量分布開，因為在此處應力相當集中。 淳安岸地錨穩(wěn)定性驗算 （ 1） 抗拔穩(wěn)定性 ? ?V TGK ??1 式中： G－坑內有效土重， kNH b LG 1 5 6 ?????? ? T－與土層的摩擦力，摩擦系數 ?f ， kNfHT ???? ? ? 89115681 ????K ，因此淳安岸地錨的抗拉穩(wěn)定性能滿足 施工安全 要求。 （ 2） 抗拉穩(wěn)定性 HBLK ??2 式中： B－地龍寬度 6m； L－地龍前巖層斜面長度 10m； τ－地龍前巖層抗剪強度 130kPa； H－水平拉力 2227kN ? ? 1301062 ?????K， 因此淳安岸地錨的抗拉穩(wěn)定性 能滿足 施工安全要求。 （ 3） 橫擋應力計算 AP?? 式中： P－水平力 2227； A－ 橫擋砼與巖石接觸面積 A=6 = ? ? k P ak P a ???? ?? （中風化細砂巖），從目前的驗算看，杭新景高速公路千島湖支線千島湖 1 號橋纜索吊裝系統(tǒng)計算復核咨詢報告 第 31 頁 共 33 頁 浙江大學 土木工程測試中心 淳安岸側的橫擋應力能滿足要求，但它是建立在橫擋的容許應力 ? ? kPa1400??的基礎上的，但實際地質條件究竟如何，需要進行詳細勘探。 （ 4） 地錨混凝土表面應力驗算 利用 ANSYS 建模分析淳安 岸主纜 地錨 表面應力是否會使混凝土開裂，分析時采用的單元為 Solid45，材料參數是取用 C15 砼的相應數值，模型共有 1736 個節(jié)點， 1170 個單元，均采用六面體進行劃分 ，計算得到的第一主拉應力云圖如圖 14 所示，圖示中的應力單位均為 kPa。 1MNMX2MNMXXYZXYZ 11311131M