三跨变截面连续梁桥计算书省交院secret.docx

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三跨变截面连续梁桥计算书省交院secret

xx河大桥

计

算

书

计算：

审核：

xx省交通科学研究院股份有限公司

2010.3

1概况

xx河大桥平面位于直线上,纵断面位于R=10000m、T=280m、E=3.92m、i1=2.8%、i2=-2.8%的凸形竖曲线上，变坡点桩号为K12+953.00，变坡点高程18.70m。

桥孔布置10×30+（54+90+54）+11×30m，主桥采用三跨变截面连续梁，按照部分预应力砼A类构件设计，引桥采用装配式部分预应力混凝土组合箱梁，桥梁全长833.7m，桥梁净宽为2×净-12.50m，设计荷载等级为：

公路-Ⅰ级。

主桥上部结构连续箱梁采用单箱单室截面。

主跨90m,边跨54m，中支点梁高5.3m，跨中支点梁高2.5m，梁底面以1.8次抛物线变化。

箱梁横断面悬臂长3.5m，悬臂端部厚0.18m，悬臂根部厚0.7m，箱梁底宽6.75m，腹板厚0.55～0.8m，顶板厚0.28m，底板厚0.3～0.75m。

横隔梁分别设在中支点和边支点处，厚度分别为1.5m、0.3m。

桥面横坡由腹板变高度形成。

引桥上部结构30m装配式预应力砼连续箱梁，预制梁高1.6m，横桥向由四片梁组成，四片梁单独预制、简支安装，现浇连续接头，先简支后结构连续。

2采用的标准及依据

（1）部颁《公路工程技术标准》（JTJB01-2003）；

（2）部颁《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；

（3）部颁《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）；

（4）部颁《公路涵洞设计细则》（JTG/TD65-04-2007）；

（5）部颁《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；

（6）部颁《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；

（7）国颁《钢筋焊接网混凝土结构技术规程》（JGJ114-2003）；

（8）部颁《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01－2008）；

（9）部颁《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；

（10）部颁《公路交通安全设施设计规范》（JTGD81-2006）

（11）部颁《公路交通安全设施施工规范》（JTGF71-2006）

（12）部颁《公路工程水文勘察设计规范》（JTGC30-2002）；

（13）部颁《公路工程质量检验评定标准》（JTGF80/1-2004）；

（14）国颁《内河通航标准》（GB50139-2004）；

（15）部颁《内河航道维护技术规范》（JTJ287-2005）；

（16）部颁《内河航道与港口水文规范》（JTJ214-2000）；

（17）国颁《内河助航标志》（GB5863-93）；

（18）国颁《防洪标准》（GB50201-94）；

（19）《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》；

（20）《公路工程基本建设项目设计文件图表示例》；

（21）国颁《道路工程制图标准》（GB50162-92）；

（22）国颁《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）。

3结构验算

3.1主桥上部结构

3.1.1计算条件

3.1.1.1计算模型

主桥上部结构采用桥梁博士V3.0平面杆系有限元程序进行验算，计算模型如图1-1、2所示，全桥共划分71个节点，70个单元。

图1-1主桥计算模型

图1-2计算模型中钢束图

3.1.1.2材料强度及计算参数

主桥上部结构混凝土采用C50，钢绞线采用

钢绞线。

混凝土参数取值详见表1-1

表1-1混凝土参数

强度

等级

抗压强度

设计值

（N/mm2）

抗拉强度

设计值

（N/mm2）

抗压强度

标准值

（N/mm2）

抗拉强度

标准值

（N/mm2）

线膨胀

系数

（x10-5）

容重

（kN/m3）

抗压弹性模量

Ec

（x104MPa）

C50

22.4

1.83

32.4

2.65

1.0

26.0

3.45

钢绞线抗拉强度标准值为

，弹性模量

。

3.1.1.3施工阶段

主桥为挂篮悬浇施工，根据主桥施工流程，计算时全桥施工过程共分成17个阶段，详见表1-2。

表1-2主桥施工流程表

施工阶

段编号

施工状态描述

1

安装施工托架、主墩处永久支座、施工过程临时固结，浇筑墩顶0号块，张拉0号块预应力

2

安装挂篮，安装挂篮、挂篮加载准备浇筑1号块

3

悬臂浇筑1号块，张拉相应预应力

4

挂篮前移、加载，准备浇筑2号块

5

悬臂浇筑2号块，张拉相应预应力

……………

12

悬臂浇筑11号块，张拉相应预应力

13

在支架上浇筑边跨现浇段，同时拆除挂篮

14

搭建边跨合拢吊架，同时在边跨悬臂端施加合拢段自重一半的压重，在相应的悬臂另一端也施加同样重量的压重，浇筑边跨合拢段并张拉边跨合拢束

15

搭建中跨合拢吊架，施加中跨合拢段临时压重，浇筑中跨合拢段，并张拉中跨合拢束

16

现浇桥面调平层、铺设桥面铺装及安装护栏

17

收缩徐变3650天

3.1.1.4计算荷载

本次验算荷载根据设计图纸及相关规范予以考虑，共考虑如下计算荷载：

（1）恒载：

结构自重、二期恒载。

（2）汽车荷载

①汽车荷载等级：

公路-Ⅰ级；

②横向分布系数：

3x1.15x0.78=2.691；

（3）温度

①系统温度：

升温25℃、降温25℃；

②温度梯度：

按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）4.3.10条规定

取值。

正温差T1=14℃，T2=5.5℃，竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。

（4）不均匀沉降：

主墩最大不均匀沉降按1cm，边墩最大不均匀沉降按0.8cm计；

（5）预应力钢束

锚下张拉控制应力

管道摩阻系数μ=0.25

管道偏差系数

一端锚具变形及钢束回缩值6mm

（6）收缩徐变时间：

3650天；

（7）结构重要性系数：

1.1。

3.1.2验算结果

3.1.2.1持久状况承载能力极限状态强度验算

主桥上部结构按A类预应力混凝土构件进行验算，持久状况承载能力极限状态基本组合作用下截面的内力图及相应抗力图如图1-3、4所示：

图1-3承载能力极限组合最大抗力及对应内力图（单位：

kN.m）红线为抗力，蓝线为内力

图1-4承载能力极限组合最小抗力及对应内力图（单位：

kN.m）红线为抗力，蓝线为内力

由上可见，承载能力极限状态强度满足要求。

3.1.2.2持久状况正常使用极限状态验算

（1）正截面抗裂验算

A类预应力混凝土构件在作用短期效应组合下，应满足：

＝1.855MPa

但在荷载长期效应组合下，应满足：

持久状况短期效应组合作用下截面的正应力如图1-5所示：

图1-5短期效应组合作用下截面最大正拉应力包络图（Mpa）红线为上缘，蓝线为下缘

由应力包络图：

短期效应组合下，主桥上下缘截面全截面受压，满足A类预应力混凝土构件设计要求。

持久状况长期效应组合作用下截面的正应力如图1-6所示：

图1-6长期效应组合作用下截面最大正拉应力包络图（Mpa）红线为上缘，蓝线为下缘

由应力包络图：

长期效应组合下，主桥上下缘截面全截面受压，满足A类预应力混凝土构件设计要求。

（2）斜截面抗裂验算

A类预应力混凝土现场浇筑构件在作用短期效应组合下，对于现场浇筑构件应满足：

MPa

持久状况短期效应组合作用下截面的最大主拉应力如图1-7所示：

由计算结果可知：

最大主拉应力为0.8Mpa<1.33MPa，满足规范要求。

图1-7短期效应组合作用下截面最大主拉应力图（Mpa）

3.1.2.3持久状况构件应力计算

（1）正截面混凝土压应力验算

在使用阶段标准组合作用下，正截面混凝土压应力应满足σkc+σpt≤0.5fck=16.2MPa，截面的最大压应力如图1-8所示：

图1-8持久状况标准值效应下截面最大正压应力包络图（Mpa）红线为上缘，蓝线为下缘

由计算结果可知：

上缘正截面最大压应力为14.7MPa，满足预应力混凝土规范设计要求；下缘正截面最大压应力为10.0MPa，满足规范要求。

（2）斜截面混凝土压应力验算

在使用阶段标准组合作用下，混凝土截面主压应力应满足σcp≤0.6fck=19.4MPa，截面的最大主压应力如图1-9所示：

图1-9持久状况使用阶段阶段标准值效应下截面最大主压应力图（Mpa）

由计算结果可知：

截面最大主压应力为14.7MPa，满足规范要求。

3.1.2.4钢束最大拉应力验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）7.1.5条的第2小点进行钢束拉应力验算如下：

表1-3钢束最大拉应力验算表

钢束号

最大应力（Mpa）

容许最大应力（Mpa）

是否满足

1

-1030

-1209

是

2

-1120

-1209

是

3

-1170

-1209

是

4

-1200

-1209

是

5

-1210

-1209

是

6

-1200

-1209

是

7

-1190

-1209

是

8

-1190

-1209

是

9

-1180

-1209

是

10

-1180

-1209

是

11

-1070

-1209

是

12

-1120

-1209

是

13

-1120

-1209

是

14

-1120

-1209

是

15

-1090

-1209

是

16

-1090

-1209

是

17

-1110

-1209

是

18

-1130

-1209

是

19

-1150

-1209

是

20

-1140

-1209

是

21

-1150

-1209

是

22

-1120

-1209

是

23

-1130

-1209

是

24

-1160

-1209

是

25

-1130

-1209

是

26

-1040

-1209

是

27

-1100

-1209

是

28

-1130

-1209

是

29

-1150

-1209

是

30

-1140

-1209

是

31

-1140

-1209

是

32

-1150

-1209

是

33

-1030

-1209

是

34

-1120

-1209

是

35

-1170

-1209

是

36

-1200

-1209

是

37

-1209

-1209

是

38

-1200

-1209

是

39

-1190

-1209

是

40

-1190

-1209

是

41

-1180

-1209

是

42

-1180

-1209

是

43

-1070

-1209

是

44

-1120

-1209

是

45

-1120

-1209

是

46

-1120

-1209

是

47

-1090

-1209

是

48

-1090

-1209

是

49

-1120

-1209

是

50

-1140

-1209

是

51

-1150

-1209

是

52

-1140

-1209

是

53

-1150

-1209

是

54

-1120

-1209

是

55

-1130

-1209

是

56

-1160

-1209

是

计算结果显示，钢束最大应力满足规范要求

3.2引桥预制小箱梁验算

3.2.1.1计算模型

引桥上部结构采用桥梁博士V3.0平面杆系有限元程序进行验算，计算模型如图2-1、2所示，全桥共划分69个节点，68个单元。

图2-1引桥计算模型

图2-2模型中钢束图

3.2.1.2材料强度及计算参数

引桥上部结构混凝土采用C50，钢绞线采用

钢绞线。

混凝土参数取值详见表2-1

表2-1混凝土参数

强度

等级

抗压强度

设计值

（N/mm2）

抗拉强度

设计值

（N/mm2）

抗压强度

标准值

（N/mm2）

抗拉强度

标准值

（N/mm2）

线膨胀

系数

（x10-5）

容重

（kN/m3）

抗压弹性模量

Ec

（x104MPa）

C50

22.4

1.83

32.4

2.65

1.0

26.0

3.45

钢绞线抗拉强度标准值为

，弹性模量

。

3.2.1.3施工阶段

根据引桥施工流程，全桥施工过程共分成11个阶段，详见表2-2。

表2-2引桥施工流程表

施工阶

段编号

施工状态描述

1

箱梁的预制吊装安装临时支座，箱梁简支

2

现浇连续接头1、4

3

张拉接头1、4负弯矩钢束

4

现浇连续接头2

5

张拉接头2负弯矩钢束

6

现浇接头3

7

张拉接头3负弯矩钢束

8

现浇湿接缝、桥面现浇层混凝土

9

拆除临时支座，完成体系转换

10

桥面铺装施工沥青铺装及栏杆等

11

十年收缩徐变期

3.2.1.4计算荷载

本次验算荷载根据设计图纸及相关规范予以考虑，共考虑如下计算荷载：

（1）恒载：

结构自重、二期恒载。

（2）汽车荷载

①汽车荷载等级：

公路-Ⅰ级；

②横向分布系数：

采用刚接板（梁）法计算出边梁最大横向分布系数为0.681；

（3）温度

①系统温度：

升温25℃、降温25℃；

②温度梯度：

按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）4.3.10条规定

取值。

正温差T1=14℃，T2=5.5℃，竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。

（4）不均匀沉降：

最大不均匀沉降按1cm计；

（5）预应力钢束

锚下张拉控制应力

管道摩阻系数μ=0.25

管道偏差系数

一端锚具变形及钢束回缩值6mm

（6）收缩徐变时间：

3650天；

（7）结构重要性系数：

1.1。

3.2.2验算结果

3.2.2.1持久状况承载能力极限状态强度验算

引桥上部结构按A类预应力混凝土构件进行验算，持久状况承载能力极限状态基本组合作用下截面的内力图及相应抗力图如图2-3、4所示：

图2-3承载能力极限组合最大抗力及对应内力图（单位：

kN.m）红线为抗力，蓝线为内力

图2-4承载能力极限组合最小抗力及对应内力图（单位：

kN.m）红线为抗力，蓝线为内力

由上可见，承载能力极限状态强度满足要求。

3.2.2.2持久状况正常使用极限状态验算

（1）正截面抗裂验算

A类预应力混凝土构件在作用短期效应组合下，应满足：

＝1.855MPa

但在荷载长期效应组合下，应满足：

持久状况短期效应组合作用下截面的正应力如图2-5所示：

图2-5短期效应组合作用下截面最大正拉应力包络图（Mpa）红线为上缘，蓝线为下缘

由应力包络图：

短期效应组合下，引桥上下缘截面最大拉应力为-1.53MPa，满足A类预应力混凝土构件设计要求。

持久状况长期效应组合作用下截面的正应力如图2-6所示：

图2-6长期效应组合作用下截面最大正拉应力包络图（Mpa）红线为上缘，蓝线为下缘

由应力包络图：

长期效应组合下，引桥上下缘截面全截面受压，满足A类预应力混凝土构件设计要求。

（2）斜截面抗裂验算

A类预应力混凝土预制构件在作用短期效应组合下应满足：

MPa

持久状况短期效应组合作用下截面的最大主拉应力如图2-7所示：

由计算结果可知：

最大主拉应力为-1.53Mpa<1.855MPa，满足规范要求。

图2-7短期效应组合作用下截面最大主拉应力图（Mpa）

3.2.2.3持久状况构件应力计算

（1）正截面混凝土压应力验算

在使用阶段标准组合作用下，正截面混凝土压应力应满足σkc+σpt≤0.5fck=16.2MPa，截面的最大压应力如图2-8所示：

图2-8持久状况标准值效应下截面最大正压应力包络图（Mpa）红线为上缘，蓝线为下缘

由计算结果可知：

上缘正截面最大压应力为12.4MPa，满足预应力混凝土规范设计要求；下缘正截面最大压应力为14.4MPa，满足规范要求。

（2）斜截面混凝土压应力验算

在使用阶段标准组合作用下，混凝土截面主压应力应满足σcp≤0.6fck=19.4MPa，截面的最大主压应力如图2-9所示：

图2-9持久状况使用阶段阶段标准值效应下截面最大主压应力图（Mpa）

由计算结果可知：

截面最大主压应力为14.4MPa，满足规范要求。

3.2.2.4钢束最大拉应力验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）7.1.5条的第2小点进行钢束拉应力验算如下：

表2-3钢束最大拉应力验算表

钢束号

最大应力（Mpa）

容许最大应力（Mpa）

是否满足

1

-1070

-1209

是

2

-1130

-1209

是

3

-1150

-1209

是

4

-1170

-1209

是

5

-1130

-1209

是

6

-1130

-1209

是

7

-1140

-1209

是

8

-1160

-1209

是

9

-1120

-1209

是

10

-1130

-1209

是

11

-1140

-1209

是

12

-1150

-1209

是

13

-1120

-1209

是

14

-1130

-1209

是

15

-1140

-1209

是

16

-1150

-1209

是

17

-1070

-1209

是

18

-1130

-1209

是

19

-1150

-1209

是

20

-1170

-1209

是

21

-913

-1209

是

22

-1020

-1209

是

23

-1110

-1209

是

24

-913

-1209

是

25

-1020

-1209

是

26

-1110

-1209

是

27

-918

-1209

是

28

-1020

-1209

是

29

-1110

-1209

是

30

-913

-1209

是

31

-1020

-1209

是

32

-1110

-1209

是

计算结果显示，钢束最大应力满足规范要求

3.3过渡墩盖梁验算

3.3.1计算说明

盖梁为普通钢筋混凝土构件，按照普通钢筋混凝土构件进行验算。

盖梁骨架钢筋及顶底缘受力纵向钢筋全部采用直径为28的HRB335级钢筋，并且跨中底缘钢筋为3根，即N3、N5钢筋为通长钢筋，箍筋全部采用直径为16的HRB335级钢筋。

采用桥梁博士进行横向分析，计算模型简图如图3-1：

图3-1桥墩盖梁分析模型

3.3.2活荷载横向布置

以一列车对盖梁产生的最不利效应作为虚拟轴重作用在盖梁上利用桥梁博士进行横向分析。

根据规范《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.2条规定，汽车荷载的局部加载冲击系数取用0.3。

3.3.3计算参数

（1）混凝土材料力学性能：

C30混凝土：

容重γ=26kN/m3，抗压弹性模量：

3.0×104Mpa；

强度设计值：

fcd=13.8MPa，ftd=1.39Mpa；

强度标准值：

fck=20.1MPa，ftk=2.01MPa。

（2）温度荷载：

体系升温25℃，体系降温25℃。

（3）沉降为0.8cm

（4）其他参数：

结构重要性系数：

1.1；

混凝土收缩、徐变：

验算考虑3650天的混凝土收缩徐变，相对湿度为0.8。

3.3.3施工阶段

表3-1过渡墩盖梁横向计算施工阶段表

施工阶段号

施工过程

1

安装1～18单元

2

施加上部结构产生的恒荷载

3

施加汽车活载、整体升降温及支座沉降

4

收缩、徐变3650天

3.3.4验算结果

3.3.4.1持久状况承载能力极限状态强度验算

图3-2承载能力极限组合最大抗力及对应内力图（单位：

kN.m）红线为抗力，蓝线为内力

图3-3承载能力极限组合最小抗力及对应内力图（单位：

kN.m）红线为抗力，蓝线为内力

表3-2盖梁承载能力极限状态验算表

节点号

内力属性

Mj

极限抗力

受力类型

抗力

（KNorKN.M）

（KNorKN.M）

是否满足

1

最大弯矩

0

4.13E+03

下拉受弯

是

最小弯矩

0

4.13E+03

下拉受弯

是

最大轴力

0

4.13E+03

下拉受弯

是

最小轴力

0

4.13E+03

下拉受弯

是

2

最大弯矩

-1.01E+03

-1.48E+04

上拉受弯

是

最小弯矩

-1.63E+03

-1.48E+04

上拉受弯

是

最大轴力

0

-1.48E+04

上拉受弯

是

最小轴力

0

-1.48E+04

上拉受弯

是

3

最大弯矩

-1.47E+03

-1.53E+03

上拉偏拉

是

最小弯矩

-5.35E+03

-1.48E+04

上拉受弯

是

最大轴力

222

1.09E+03

上拉偏压

是

最小轴力

-194

-1.48E+04

上拉受弯

是

4

最大弯矩

3.30E+03

1.50E+04

下拉受弯

是

最小弯矩

-692

1.94E+03

上拉偏压

是

最大轴力

222

1.93E+03

下拉偏压

是

最小轴力

-194

-2.76E+03

下拉偏拉

是

5

最大弯矩

5.86E+03

1.50E+04

下拉受弯

是

最小弯矩

954

1.72E+03

下拉偏压

是

最大轴力

222

864

下拉偏压

是

最小轴力

-194

-933

下拉偏拉

是

6

最大弯矩

6.37E+03

1.50E+04

下拉受弯

是

最小弯矩

1.44E+03

1.12E+03

下拉偏压

是

最大轴力

222

1.50E+04

下拉受弯

是

最小轴力

-194

-757

下拉偏拉

是

7

最大弯矩

6.39E+03

1.50E+04

下拉受弯

是

最小弯矩

1.41E+03

1.14E+03

下拉偏压

是

最大轴力

222

826

下拉偏压

是

最小轴力

-194

-698

下拉偏拉

是

8

最大弯矩

4.42E+03

1.23E+04

下拉受弯

是

最小弯矩

223

7.84E+03

下拉偏压

是

最大轴力

222

1.39E+03

下拉偏压

是

最小轴力

-194

-740

下拉偏拉

是

9

最大弯矩

-2.60E+03

-1.48E+04

上拉受弯

是

最小弯矩

-4.14E+03

-1.48E+04

上拉受弯

是

最大轴力

0

-1.48E+04

上拉受弯

是

最小轴力

0