抗剪扭计算.docx

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抗剪扭计算

目录

一、概述1

二、主要材料1

（一）混凝土1

（二）普通钢筋1

（三）预应力钢材1

（四）锚具2

（五）支座2

三、主桥结构描述2

（一）主桥箱梁构造2

（二）预应力体系2

四、结构计算2

（一）主要规范标准2

（二）计算方法概述3

（三）计算条件及参数说明4

（四）施工阶段划分及各施工阶段应力状态4

（五）承载能力极限状态验算6

（六）箱梁抗剪扭承载力验算6

（七）正常使用极限状态验算8

五、总结12

一、概述

H匝道H03～H06号墩上部结构为（3×25）m的等截面预应力混凝土连续箱梁，单幅桥宽9m，位于半径为250m的圆曲线上。

桥面横断面组成为：

0.5m（单层栏杆）+7.0m（行车道）+0.5m（单层栏杆）=8m

桥梁设计主要技术标准如下：

结构重要系数：

1.1

设计计算行车速度：

60Km/h；

设计荷载：

城-A级；公路－Ⅰ级荷载进行验算

地震烈度：

抗震设防烈度7度，地震动峰值加速度系数为0.10g。

二、主要材料

（1）混凝土

箱梁采用C50混凝土；桥面铺装为10厘米沥青混凝土+APP防水卷材＋6cmC40钢筋混凝土。

（2）普通钢筋

普通钢筋采用HRB335和R235级钢筋，其技术标准应符合《GB1499-1998》及《GB13013-91》的规定。

（3）预应力钢材

箱梁纵向预应力钢束采用高强度低松驰7股捻制预应力钢绞线，公称直径为15.20毫米，公称面积139mm2，标准强度1860MPa,弹性模量为1.95×105MPa。

（4）锚具

纵向束锚固采用OVM系列锚具，并配以相应的锚垫板及螺旋筋。

千斤顶采用锚具生产厂家指定型号。

预应力管道采用塑料波纹管。

（5）支座

4D2号墩外偏20cm采用墩梁固接不设支座，4D1、4D5号墩采用

GJZF4450×650×93型板式橡胶支座，4D3、4D4处采用GPZ（KZ）7DX抗震型盆式橡胶支座。

三、主桥结构描述

（1）主桥箱梁构造

上部结构采用直腹板的预应力混凝土箱梁，箱梁为单箱单室断面。

箱梁顶宽8米，底宽4米，悬臂长2米。

箱梁梁高为1.5米，跨中顶板厚0.25米，底板厚0.20米，腹板厚0.5米。

（2）预应力体系

纵向预应力采用15-φs15.2的预应力钢束，采用两端张拉，一端锚具变形钢束回缩值0.006米，锚下张拉控制应力为0.72倍的钢绞线标准强度值。

预应力管道采用塑料波纹管，孔道摩阻系数取为0.25，偏差系数取为0.0015。

四、结构计算

（1）主要规范标准

本次计算采用的规范标准依据如下：

1.《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）

2.《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）

3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）

4.《公路工程抗震设计规范》（JTJ004-89）

5.《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）

（2）计算方法概述

计算采用规范中要求的承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。

梁体按A类预应力构件控制设计。

结构整体计算采用平面杆件有限元法。

梁体采用后张法预应力构件，设计时考虑了施工阶段及使用阶段预应力的损失以及预应力、温度、支座沉降、混凝土收缩徐变等引起的次内力对结构内力的影响。

纵向总体计算采用直线桥计算程序桥梁博士3.10版进行计算，支座反力结果由斜弯桥计算程序桥梁博士3.10版进行计算。

结构离散化模型

全桥结构的静力计算分析以平面杆系理论为基础，采用DrBridgeV3.10进行结构分析计算。

全桥共划分为67个单元，结构离散图如下图所示：

结构离散图

（3）计算条件及参数说明

1.恒载

混凝土容重取25kN/m3计，沥青混凝土容重取23kN/m3计，按实际断面计算重量。

二期恒载包括6cmC40防水混凝土现浇层、10cm沥青混凝土铺装层、防撞栏杆等，合计取46.3kN/m3。

2.活载

设计荷载：

公路－Ⅰ级；按2车道，同时考虑1.15的偏载系数，

汽车横向分布系数取为2.3。

3.温度影响力

体系升温25℃、降温25℃；箱梁顶板最大温差按照JTGD60-2004规范中的梯度温度取值。

4.基础不均匀沉降

按每个桥墩可能出现最大相对沉降5mm来考虑。

5.荷载组合

承载能力极限状态下结构的强度验算按基本组合进行，正常使用极限状态下的应力验算、抗裂性验算按作用长期效应组合、短期效应组合和标准值组合进行。

（4）施工阶段划分及各施工阶段应力状态

1.施工阶段划分

本桥采用满堂支架现浇施工，将施工过程划分为4个计算阶段：

第一阶段，完成全桥桩基、承台及墩身的施工，搭支架现浇箱梁。

第二阶段，分批次张拉箱梁预应力钢束，拆除支架。

第三阶段，施工桥面铺装，安装护栏等（将二期恒载加在结构上）。

第四阶段，收缩徐变3650天。

2.施工阶段应力验算

第2、3施工阶段的应力状态分别如图所示：

第2施工阶段

第3施工阶段

根据以上计算结果，施工阶段箱梁上下缘最大压应力为16.03MPa，最大拉应力为-0.49MPa。

设计文件中要求预应力钢束的张拉需待混凝土强度达到100%时方可进行，施工阶段混凝土容许压应力为：

［

］=0.7×32.4＝22.68MPa

施工阶段箱梁上下缘应力极值均未超过规范规定的容许值，箱梁应力状态满足规范要求。

（5）承载能力极限状态验算

箱梁承载能力极限状态基本组合下，弯矩包络图及箱梁截面弯矩抗力包络图分别如下：

箱梁弯矩包络图

箱梁截面弯矩抗力包络图

计算结果表明，箱梁各验算截面的极限弯矩抗力（未计入普通钢筋）均大于设计弯矩，箱梁承载能力满足要求，结构受力安全。

（6）箱梁抗剪扭承载力验算

《桥规》5.5.4规定抗剪扭承载力按下式计算：

抗剪承载力

抗扭承载力

a、抗剪承载力验算：

4D3支点的剪力最大，故取该支点截面为验算截面。

截面荷载效应组合值为：

，

系数取值：

，

，

；

结构重要系数

故

本例中，

=50，b=4000mm，

=1500-50=1450mm，

小者，故

，故

，

计算得

满足规范要求。

b、抗扭承载力验算：

，

，

，

，

，

计算结果表明，箱梁抗剪扭最不利截面的抗剪承载力、抗扭承载力均大于设计剪力及设计扭矩，箱梁抗剪扭承载能力满足要求，结构受力安全。

（7）正常使用极限状态验算

新《公桥规》第7.1.5条规范：

使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力，应符合下列规定：

受压区混凝土的最大压应力

未开裂构件σkc+σpt≤0.5fck

允许开裂构件σcc≤0.5fck

第7.1.6条规范：

使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的主压应力，应符合下列规定：

σcp≤0.6fck

新《公桥规》第6.3条规范：

正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列规定：

A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下：

σst－σpc≤0.7fck

但在荷载长期效应组合下σlt－σpc≤0

第6.3条规范：

斜截面抗裂应对构件斜截面混凝土的主拉应力进行验算，并应符合下列规定：

A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下：

预制构件σtp≤0.7fck

现场浇筑（包括预制拼装）构件σtp≤0.5fck

1.箱梁压应力验算

箱梁在荷载标准值组合作用下，上下缘最大法向压应力如下：

箱梁在荷载标准值组合作用下，最大主压应力如下：

荷载标准值组合作用下，箱梁最大法向压应力为14.94MPa，最大主压应力为14.94MPa。

C50混凝土容许法向压应力为[σkc+σpt]＝0.5×32.4＝16.2MPa，容许主压应力为σcp＝0.6×32.4＝19.44MPa，箱梁最大法向压应力和主压应力均小于规范容许值，使用阶段箱梁压应力满足规范要求。

2.钢束最大应力验算

正常使用极限状态荷载作用下，箱梁预应力钢束最大拉应力为1110MPa，容许最大拉应力为0.65×1860＝1209MPa，满足规范要求。

3.箱梁抗裂性验算

正常使用极限状态作用长期效应组合下，箱梁上下缘最小法向正应力如下：

正常使用极限状态作用短期效应组合下，箱梁上下缘最小法向正应力如下：

正常使用极限状态作用短期效应组合下，箱梁最大主拉应力分别如下：

正常使用极限状态作用长期效应组合下，箱梁最小法向正应力为

2.18MPa。

作用短期效应组合下，箱梁最小法向正应力为-0.06MPa,

最大主拉应力为-0.87MPa。

根据规范要求，A类预应力混凝土构件作用长期效应组合下不允许出现拉应力。

作用短期效应组合下，C50混凝土容许拉应力为：

[σtp]=0.7×2.65＝1.855MPa，主拉应力为：

[σtp]=0.5×2.65＝1.325MPa。

箱梁正应力和主应力满足A类预应力混凝土构件的抗裂性要求。

4.结构刚度验算

按照新《公桥规》第6.5.3条规定，受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响。

本桥采用C50混凝土，其挠度长期增长系数ηθ＝1.425，消除结构自重产生的长期挠度后，主梁的最大挠度不应超过计算跨径的1/600。

消除结构自重产生的挠度后主梁的最大挠度如下所示：

活载作用下主梁各跨跨中最大挠度均小于容许挠度值。

结构刚度满足规范要求。

5.支座竖向力验算

支点最大反力及支座类型表

墩号

支座位置

标准组合支反力

支座选型

最大（KN）

最大（KN）

4D1

内

沿桥中线对称布置间距4m

1790

348

GJZF4450×650×93

外

2880

1310

GJZF4450×650×93

4D2

独柱外偏20cm固结

5730

6860

4D3

独柱

5760

6740

GPZ（KZ）7DX

4D4

独柱

5670

6440

GPZ（KZ）7DX

4D5

内

沿桥中线对称布置间距3m

2580

410

GJZF4450×650×93

外

2690

445

GJZF4450×650×93

各处支座承载力均能够满足结构受力要求。

五、总结

经计算，箱梁结构施工阶段状态满足规范要求；承载能力极限状态下结构强度满足规范要求；抗剪扭承载力满足规范要求；正常使用极限状态下箱梁最大正应力和主应力满足规范要求；预应力钢束最大应力满足规范要求；结构刚度满足规范要求；支座型号选择满足箱梁受力要求。