邳州京杭运河验算.doc

连徐高速公路邳州京杭运河特大桥验算报告 一、概述 连徐高速公路邳州京杭运河特大桥是连云港—霍尔果斯国道主干线上的一座特大型桥梁，计划于2002年10月建成通车。2002年8月15日在桥梁动静载试验准备过程中，发现四个边拱肋跨中至3/4L范围均对称产生多条裂缝。2002年8月16~19日我院专门派出原主要设计人员到现场进行了查勘，并在现场进行了初步分析，回院后分别用平面和空间模型进行计算复查，建模过程中以成桥状态桥梁的实际情况来进行，分别按设计、成桥、竖转、桥面铺装施工四种状态进行，详细计算结果摘录附后。 二、设计变更情况 边拱肋由空心截面变为实心截面； 拱上立柱由钢筋混凝土柱变为钢管混凝土柱； 边拱肋的H横撑由预应力混凝土变为钢结构横撑； 系杆在边拱肋变截面段竖向位置变更，致使系杆起弯点位置发生变化； 系杆由27根钢绞线变为25根钢绞线； 取消了系杆钢箱下的F类板； 系杆钢箱进行了变更； 系杆备用索进行了张拉； 改变了施工阶段拆除边拱肋支架的顺序。 上述变更除第4、9项外其余都对边拱肋有利的，但在边拱肋变截面段由于设计采用钢波纹管成型，波纹管外径为127mm，各排系杆间距10cm，变更后孔道采用钢管成型，钢管内径130mm，壁厚4.4mm，各排系杆间距15cm，改变了系杆的起弯点，与设计意图不符，由此在G5横梁处系杆张拉后对G5横梁产生了274.6吨向下的永久竖向力，该力由立柱传递而作用到边拱肋上，对拱肋最为不利。 三、施工及加载情况 边拱肋采用钢管支架现浇，支架沿拱轴线在水平面上投影线沿纵向布置，间距为2.5m，共20跨（单肋），支架墩为单排钢管桩，横桥向为2根φ850×6mm的钢管桩，桩距为2.2m。在钢管桩顶部设纵向型焊接分配梁，横向分配梁采用20号槽钢。预拱度按设计提供的值设置，考虑到支架的沉降及非弹性变形，施工时在设计预拱度基础上另加了10mm的预拱度。混凝土浇筑分四段进行，中间设合龙段。合龙段浇筑完成后再依次浇注端横梁、拱顶段F横梁、两边拱肋间的H横撑、拱上立柱、钢横梁、槽形板安装及铰缝混凝土浇筑、调平层浇筑。 主拱肋采用竖转施工，施工时先在支架上拼装主拱肋，竖转过程中，连云港岸先行竖转到位，主拱重量由边拱肋及压重部分来平衡，一个星期后徐州岸竖转到位后在拱顶悬拼合龙段。主拱肋竖转时，边拱肋拱上立柱、钢横梁及桥面系部分均未施工，拱肋仍然在支架上，其重量由支架承担。由于施工计算时主拱肋的重量及竖转过程中的力是由边拱肋来平衡，在边拱肋变截面区段设置锚索以平衡主拱肋竖转产生的力，后锚点设置如图1所示。1号索、2号索为张拉索（靠近端部），3号索（靠近跨中方向）为平衡索，主要为保证索塔不至于向主拱方向倾斜。施工计算靠边拱肋的重量不足以平衡竖转产生的力，因此在边拱肋变截面处吊装了三孔槽形板，并在架设了四片引桥小箱梁，才可平衡施工力。但施工计算没有对边拱肋的受力情况进行分析。 图1 后锚点布置图 在进行桥面铺装时，按照设计要求，边拱肋的支架不拆除，而具体施工时，先拆除支架再进行桥面铺装的施工。而且桥面铺装时施工荷载过大。施工荷载超过了设计荷载，导致了裂缝的进一步发展。 四、计算结果 1、设计状态应力验算 G5处拱肋轴力为3719.94t，弯矩为861.955t.m。 应力计算： 下缘压应力为：3.30MPa 上缘压应力为：11.58MPa 拱脚处轴力为4229.575t，弯矩为-1037.115t.m。 应力计算： 上缘压应力为：3.42MPa 下缘压应力为：13.38MPa G5横梁处系杆设计状态截面上、下缘均为压应力,上、下缘应力分别为11.58MPa和3.30MPa的压应力，拱脚上、下缘应力分别为3.42MPa和13.38MPa的压应力。 2、成桥状态应力验算 G5处拱肋轴力为3880.374t，弯矩为1875.815t.m。 应力计算： 下缘拉应力为：-1.24MPa 上缘压应力为：16.76MPa 拱脚处轴力为4476.129t，弯矩为-1481.878t.m。 应力计算： 上缘压应力为：1.84MPa 下缘压应力为：16.06MPa G5横梁处系杆施工变更后，G5处截面上、下缘应力分别为16.76MPa压应力和-1.24MPa拉应力，拱脚上、下缘应力分别为1.84MPa和16.06MPa的压应力。G5处截面拉应力仍小于混凝土所能承受的拉应力（2.45MPa）。 因此，在成桥状态下整个边拱肋不应该出现开裂。但由于系杆起弯点的变更，消除了拱肋的压应力储备，还使G5处截面下缘出现了拉应力。 3、汽车荷载作用下应力验算 在最不利布载下，在G5处截面产生的上、下缘应力分别为4.15MPa压应力和-4.40MPa的拉应力； 在最不利布载下，在拱脚处截面产生的上、下缘应力分别为-4.76MPa拉应力和5.