目录
第1章 概述 .................................................................................................................... 1
1.1 工程背景 ........................................................................................................... 1 1.2 计算依据 ........................................................................................................... 2 1.3 计算模型 ........................................................................................................... 2 1.4 荷载说明 ........................................................................................................... 3 第2章 强度、刚度、稳定性分析 ................................................................................ 4
2.1 强度分析 ........................................................................................................... 4 2.2 刚度分析 ........................................................................................................... 5 2.3 稳定性分析 ....................................................................................................... 7
2.3.1 稳定应力比 ............................................................................................ 7 2.3.2 钢箱梁稳定性 ........................................................................................ 8
第3章 结论 .................................................................................................................... 9
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第1章 概述
1.1 工程背景
滁来全快速通道全椒段工程位于全椒县城东襄河镇，西起现状椒陵大道(S206)，东至滁马高速，是全椒县城与滁马高速之间的一条东西向重要通道。其中采用襄河大桥跨越襄河，如图1.1所示。
图1.1 襄河大桥桥位图
襄河大桥主桥桥跨布置为（102+55）m，全长157m，为拱形塔混合梁斜拉桥，塔梁墩固结体系。主跨102m跨越通航孔及襄河西侧大堤，采用扁平钢箱梁；边跨55m跨越东侧滩地，采用预应力混凝土箱型断面；桥梁宽度为42m。如图1.2。
图1.2 襄河大桥立面图
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襄河大桥主塔采用顺桥向斜置的拱形塔，拱塔轴线在顺桥向与铅垂面的夹角为10°，拱塔垂直高度71.5m，上塔及中塔柱采用钢拱塔，下塔柱采用混凝土结构，下部采用承台及群桩基础，图1.3。
图1.3 主塔构造图(mm)
1.2 计算依据
主要涉及的计算依据：
（1）《公路桥涵施工技术规范》(JTG/TF50-2011) （2）《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012) （3）《钢结构设计标准》（GB50017-2017） （4）《钢结构焊接规范》（GB50661－2011）
（5）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001） （6）设计文件及项目经理部提供的相关资料等
1.3 计算模型
滁来全快速通道全椒段工程襄河大桥钢拱塔采用无支架原位拼装方案。拱塔现场原桥位焊接，为保证施工过程的安全性，通过预拉Z5、Z9拉索及增设临时横撑控制主塔的变形和内力。临时横撑为格构式柱，共设置3组，由立杆和连接系等组成，其中立杆采用Φ325×10的圆钢管，连接系采用Φ180×8的圆钢管，均采用Q345B钢材。立杆和连接系之间焊接。采用有限元软件Midas Gen 2019进行建模，拱塔、立杆和连接系采用梁单元模拟，拉索采用桁
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架单元模拟。约束拉索端部位移、拱塔端部位移及转角。计算模型如图1.4所示：
图1.4 整体计算模型
1.4 荷载说明
主结构计算荷载主要包含结构自重、施工活荷载、风荷载等。重力加速度取9.8ms2。依据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）相关要求，对荷载取值作如下规定。
恒载：结构自重。由程序自动计算。 活载：施工活荷载根据标准取为0.5kNm2。
风荷载：风力超过6级时，现场停止吊装，6级风力对应基本风压值取0.12kNm2，地面粗糙度取B类，风压高度变化系数1.79；体型系数按表8.3.1第31项计算取1.3；风振系数取2.3，标准风荷载Wk=0.65kNm2。
考虑不同荷载组合，如表1.1所示。
表1.1 荷载组合
荷载组合 基本组合 标准组合
恒载 1.35 1.0
活载 0.98 1.0
风荷载 0.84 1.0
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第2章 强度、刚度、稳定性分析
钢拱塔施工共分为8个步骤，如表2.1所示。对合龙前的钢拱塔及临时横撑的强度、刚度、稳定性进行分析。分析结果如下。
表2.1 施工过程
工况编号
1 2 3 4 5 6 7 8
施工步骤 1~11节段 横撑1、Z5索 12~15节段 横撑2、Z9索 16~18节段 横撑3 19~20节段 21节段
备注 合龙前 合龙
2.1 强度分析
采用Midas Gen 2019进行计算分析，在荷载基本组合下，得出各工况的最大等效应力。结果列在表2.2中。依据《钢结构设计标准》（GB50017-2017），钢材厚度或直径超过16mm且不超过40mm时，Q345钢材强度设计值为295MPa。结构最大等效应力值为106MPa，可知强度满足设计要求。
表2.2 等效应力计算结果
工况编号
1 2 3 4 5 6 7
等效应力最大值（MPa）
16 89 106 92 91 95 98
设计值（≤MPa）
295 295 295 295 295 295 295
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图2.1 最大等效应力位置示意(MPa)
Z5、Z9拉索索力如表2.3所示。Z5索力最大值为108t，成桥索力为257t；Z9索力最大值为68t，成桥索力为332t，均小于成桥索力。
表2.3 索力计算结果
索力（t） Z5
1 2 3 4 5 6 7
/ 68 68 68 68 108 108
Z9 / / / 41 41 41 68
工况编号
2.2 刚度分析
在荷载标准组合情况下，对结构的刚度进行分析，计算结果如下所示。
拱塔横桥向最大挠度为5mm，顺桥向最大挠度为3mm，竖向最大挠度为3mm。挠度容
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许值取为L/4000，满足刚度要求。
表2.4 挠度计算结果
挠度最大值（mm） 横桥向
1 2 3 4 5 6 7
5 1 5 1 3 1 2
顺桥向 2 0 3 0 3 1 0
竖向 -2 0 -3 -1 -3 -1 -3
工况编号
图2.2 横桥向最大挠度示意(mm)
临时横撑竖向最大挠度为10mm，挠度容许值取为L/400，满足刚度要求。
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表2.5 竖向挠度计算结果
工况编号
1 2 3 4 5 6 7
挠度最大值（mm）
/ 7 10 9 8 7 7
规范容许（mm）
/ 90 90 90 90 90 90
图2.3 最大竖向挠度示意(mm)
2.3 稳定性分析
2.3.1 稳定应力比
稳定性分析：结构最大稳定应力比为0.46，满足要求。
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表2.6 稳定应力比计算结果 工况编号
1 2 3 4 5 6 7
稳定应力比
/ 0.41 0.45 0.40 0.40 0.40 0.46
规范容许
/ 1 1 1 1 1 1
图2.4 结构稳定应力比
2.3.2 钢箱梁稳定性
拱塔架设过程中，一旦Z5、Z9拉索拉力过大会致使钢箱梁脱空或滑移。本节对钢箱梁稳定性进行分析。在荷载基本组合下，得出该工况拉索支反力。结果如图2.5所示。
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图2.5 拉索的最大拉力（t）
由计算结果可知，自重作用下，支架对钢箱梁支持力
FN=2400-27×2-51×2=2244t 0
支架对钢箱梁最大静摩擦力
f=FN=0.15×2244=337t
拉索对箱梁水平方向的拉力
F=60×2+94×2=308tf
可知钢箱梁不会脱空或滑移，稳定性能满足以求。
第3章 结论
通过分析可知：
(1)强度：横撑或拱塔最大组合应力值为10MPa<295MPa(Q345钢材)，满足强度的要求。 (2)稳定性结果：横撑最大稳定应力比为0.46，满足要求。
(3)拱塔架设过程中，应严格控制拉索拉力，以免钢箱梁脱空或滑移。
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