共和乌江刚构复核计算Word文件下载.docx

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（6）施工最大悬臂阶段横风不对称加载墩身抗扭验算：

35

10．承台强度36

（1）最不利荷载组合36

（2）抗弯计算36

（3）斜截面抗剪承载力计算37

11．桩基计算38

（1）单桩顶反力38

（2）桩基强度39

（3）桩基垂直承载力40

四、箱梁横向分析40

（一）、结构分析40

1．计算方法40

2．计算荷载40

（1）恒载40

（2）活载布置40

（3）荷载组合41

3．离散图41

（二）、计算结论42

1.箱梁顶板42

2.箱梁腹板42

3.箱梁底板42

（三）、计算结果42

1.桥面板强度计算42

2.腹板强度计算43

3.底板强度计算44

第一章主桥概述

共和乌江特大桥是重庆至长沙公路彭水至武隆段高速公路上的一座重点大桥，桥位位于彭水县高谷镇共和村。

主桥范围左右分幅设计。

主桥平面位于直线上，桥上纵坡为+1.5075％，超高横坡为单向2％。

主桥为113+200+113m三跨预应力混凝土变截面连续刚构桥。

大桥分为左、右两幅，主桥左、右幅宽均为12.00米，其中车行道11.0米，外侧护栏宽0.5米，内侧护栏宽0.5米。

主桥每幅箱梁顶板宽12.0米，底板宽6.7米，外翼缘板悬臂长2.65米。

箱梁跨中及边跨现浇段梁高4.0米（箱梁设计高度指箱梁弯道内侧腹板位置处的设计高），0号块墩顶梁高为12.0米。

从中部跨中至箱梁根部，梁高以1.8次抛物线变化。

箱梁腹板厚度采用50厘米、60厘米及70厘米三个级别变化，从1号梁段至12号梁段腹板厚70厘米，从14号梁段至18号梁段腹板厚60厘米，从20号梁段至30号梁段腹板厚50厘米，13号梁段、19号梁段为过渡段，边跨箱梁腹板从合拢段到梁端由50厘米增加到100厘米，主梁0号块腹板厚度为120厘米。

箱梁跨中底板厚32厘米，墩顶底板根部厚度120厘米，底板厚度变化采用2.1次抛物线。

箱梁采用三向预应力混凝土结构。

纵向预应力钢束分为顶板束、腹板束、中跨、边跨底板束四种束形。

顶板预应力钢束采用19Φj15.2（T1-T46）及17Φj15.2（T47-T56）钢绞线，每个断面锚固2束；

腹板预应力钢束采用19Φj15.2钢绞线，每个断面锚固2束；

中跨底板预应力钢束采用17Φj15.2钢绞线，前七个断面每个断面锚固4束，最后一个断面锚固2束，共设30束；

边跨底板预应力钢束采用15Φj15.2钢绞线，每个断面锚固2束，共设18束。

箱梁腹板设有竖向预应力钢筋，竖向预应力采用JL-32精轧螺纹粗钢筋及2Φj15.2钢绞线，顺桥向间距50厘米，双排布置。

箱梁顶板设有横向预应力，规格为2Φj15.2，纵向间距50厘米。

主桥下部结构：

4号主墩和5号主墩均采用钢筋混凝土空心薄壁墩，空心墩顶部横桥向宽度与主梁箱底同宽，采用45.66：

1的比例放坡至墩底。

空心墩顺桥向宽度13米。

左右两幅桥的承台连在一起，承台厚度为5.5米。

每个主墩承台下设置20根群桩基础，桩径均为2.5米。

第二章主桥结构复核计算

一、技术标准和规范

（一）、技术标准

1．公路等级：

高速公路。

2．设计行车速度：

80km/h。

3．桥梁单幅宽度：

单幅12.0m。

4．荷载标准

（1）车辆荷载等级：

公路Ⅰ级。

（2）地震烈度：

Ⅵ度。

5．桥面最大纵坡：

+2.80%

6．桥面横坡：

2%

7．温度：

体系温差±

25℃，主梁上下缘温差按+14℃，-7℃考虑。

8．设计洪水频率：

1/300

9．桥梁所在地区相对湿度：

0.8

10.设计基本风速：

V10=24m/s（根据全国各气象站的基本风速及基本风压取值）

（二）、设计规范

1．《公路工程技术标准》（JTJ001-2003）

2．《公路桥涵设计通用规范》（JTJD60-2004）

3．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTJD62-2004）

4．《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024-85）

5．《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）

6．《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/TD60-01-2004）

二、主要材料及设计荷载

（一）、主要材料及其参数

1．混凝土

（1）C60混凝土（用于主梁）

弹性模量：

36000MPa

剪切模量：

14400MPa

泊松比：

0.2

轴心设计抗压强度：

26.5MPa

设计抗拉强度：

1.96MPa

热膨胀系数：

0.00001

（2）C50混凝土（用于主墩上部1.5米范围）

34500MPa

13800MPa

22.4MPa

1.83MPa

（3）C40混凝土（用于主墩其余位置）

32500MPa

13000MPa

18.4MPa

1.65MPa

（4）C30混凝土（用于承台、桩基）

30000MPa

12000MPa

13.8MPa

1.39MPa

2．预应力钢材

（1）预应力钢绞线

195000MPa

标准强度：

1860MPa

0.000012

钢筋松弛率：

0.035

孔道摩阻系数：

0.25

孔道偏差系数：

0.0015

锚具变形及钢束回缩值：

0.006

（2）预应力粗钢筋

200000MPa

名义屈服强度≥950MPa

张拉控制力：

657kN

（二）、设计荷载取值

1．恒载

（1）一期恒载

一期恒载包括主梁、横梁等材料重量。

混凝土容重取26kN/m3，主梁按实际断面计取重量。

主梁横隔板、齿板以集中力计入。

（2）二期恒载

二期恒载为桥面防撞护栏、分隔带护栏、泄水管及桥面铺装。

经计算二期恒载取61.7kN/m。

2．活载

（1）公路Ⅰ级

汽车荷载三车道加载时的横向折减系数为：

0.78

桥跨纵向折减系数：

0.97

采用平面结构程序进行总体计算时，汽车荷载偏载增大系数取1.15。

（2）汽车制动力

制动力的着力点在桥面上，其值按桥规规定的方法计算。

（3）活载的横向分布系数

公路Ⅰ级：

3×

0.78×

1.15×

0.97×

1.05=2.74

3．温度力

计算取体系升温25℃，体系降温25℃。

主梁顶、底板温差按照+14℃，-7℃取值。

4．荷载组合

荷载组合表表2-1

荷载组合

参与组合项目

组合1

恒载+汽车

组合2

恒载+汽车+升温+正温差

组合3

恒载+汽车+降温+负温差

5．数值符号规定

弯矩M：

以使单元下缘受拉为正，单元上缘受拉为负

剪力Q：

以使单元产生顺时针转动为正，反之为负

轴力N：

以单元受压为正，受拉为负

应力：

以压应力为正，拉应力为负

位移：

以向上为正，向下为负

单位：

轴力－kN，剪力－kN，弯矩－kN.m，应力－MPa

三、主桥纵向复核计算

（一）、总体结构分析

1．计算方法概述

总体静力计算采用平面杆系理论，主梁为平面梁单元。

总体计算根据桥梁施工流程划分结构计算阶段，根据设计的合拢方法模拟合拢计算步骤，根据荷载组合要求的内容进行内力、应力、主梁极限承载力和抗裂验算，验算结构在施工阶段、运营阶段应力、主梁极限承载力及整体刚度是否满足规范要求。

混凝土的收缩、徐变规律对结构性能的影响是十分复杂的而且难以确定。

本次主梁计算采用混凝土收缩徐变参数取β＝0.0021，ψk=2.5。

2．结构离散图

图2-1结构离散图（单位:

cm）

3．阶段划分

施工阶段划分表2-2

施工阶段

施工内容

单元号

块件号

1

施工基础、承台、墩柱

135-184

2

0＃块施工

33-40

95-102

3

张拉T1,T2

4

安装挂篮

5

1＃块施工

32

41

94

103

6

张拉T3,T4

7

挂篮前移

8

2＃块施工

31

42

93

104

9

张拉T5,T6

10

11

3＃块施工

30

43

92

105

12

张拉T7,T8

13

14

4＃块施工

29

44

91

106

15

张拉T9,T10

16

17

5＃块施工

28

45

90

107

18

张拉T11,T12

19

20

6＃块施工

27

46

89

108

21

张拉T13,T14

22

23

7＃块施工

26

47

88

109

24

张拉T15,T16

25

8＃块施工

48

87

110

张拉T17,T18

9＃块施工

49

86

111

张拉T19,T20

10＃块施工

50

85

112

33

张拉T21,T22

34

35

11＃块施工

51

84

113

36

张拉T23,T24

37

38

12＃块施工

52

83

114

39

张拉T25,T26

40

13＃块施工

53

82

115

张拉T27,T28

14＃块施工

54

81

116

张拉T29,T30

15＃块施工

55

80

117

张拉T31,T32

16＃块施工

56

79

118

张拉T33,T34

17＃块施工

57

78

119

张拉T35,T36

18＃块施工

58

77

120

张拉T37,T38

59

19＃块施工

76

121

60

张拉T39,T40

61

62

20＃块施工

75

122

63

张拉T41,T42

64

65

21＃块施工

74

123

66

张拉T43,T44

67

68

22＃块施工

73

124

69

张拉T45,T46

70

71

23＃块施工

72

125

张拉T47,T48

24＃块施工

126

张拉T49,T50

25＃块施工

127

张拉T51,T52

26＃块施工

128

张拉T53,T54

跨中处挂篮改为合拢吊架

中跨合拢段施加水平顶推力,中跨、边跨施加压重

浇注中跨合拢混凝土，卸去中跨压重,边跨压重不变

张拉中跨合拢束L1

拆除边跨侧配重

张拉中跨底板纵向预应力D15、D14、D13

张拉中跨底板纵向预应力D12、D11

张拉中跨底板纵向预应力D10、D9

张拉中跨底板纵向预应力D8、D7

张拉中跨底板纵向预应力D6、D5

浇注边跨27号块件

129

张拉T55、T56

将边跨挂篮改为吊架

95

在边跨施加压重

96

浇注边跨混凝土，拆除边跨压重

1-5

130-134

29、30

97

张拉B9、L2、L3

98

张拉B8、B7

99

张拉B6、B5

100

张拉B4、B3

101

张拉B2、B1

102

拆除所有挂篮和吊架

张拉边跨上缘合拢束L4、L5

张拉中跨底板束D4、D3

张拉中跨底板束D2、D1

铺设二期恒载

成桥运行

（二）、主要计算结论

1．主梁

（1）正应力

施工阶段，主梁最大压应力（阶段101）为18.91MPa，出现在边跨附近下缘，最大拉应力（阶段78）为－0.81MPa，出现在24号块下缘，最大拉、压应力均满足规范要求。

成桥阶段：

主梁最大压应力为12.69MPa，出现在4号墩墩顶附近上缘，主梁不出现拉应力，中跨跨中下缘附近最小压应力为4.20MPa。

运营阶段：

基本荷载组合Ⅰ时，主梁最大压应力为13.60MPa，出现在4号墩墩顶附近上缘，主梁不出现拉应力，中跨区域最小压应力为3.06MPa。

基本荷载组合Ⅱ和Ⅲ时，主梁最大压应力为16.67MPa，出现在跨中附近上缘，主梁不出现拉应力，跨中区域最小压应力为2.80MPa。

主梁最大主压应力满足规范要求。

施工阶段规范允许值如下：

σtcc＝18.91≤0.70fck’=0.70×

38.5=26.95MPa

σtct=0.81MPa≤0.7ftk’=0.7×

2.85=1.995MPa，且预拉区配置的纵向钢筋的配筋率超过规范容许的0.2％。

因此施工阶段主梁最大压应力、拉应力均能满足规范要求。

运营阶段规范允许值如下：

受压区混凝土最大压应力

σkc+σpt＝16.67MPa≤0.5fck=0.5×

38.5=19.25MPa

受拉区预应力钢筋的最大拉应力

σpe+σp=1178.3MPa≤0.65fpk=0.65×

1860=1209MPa

运营阶段主梁最大压应力满足规范要求。

预应力钢筋最大拉应力满足规范要求。

（2）主应力

（a）不考虑竖向预应力的主应力

此时主梁最大主压应力为17.16MPa,出现在跨中附近上缘。

最大主拉应力为1.45MPa,发生在1/4跨附近。

（b）考虑竖向预应力的主应力

此时主梁最大主压应力为17.30MPa≤0.6fck=0.6×

38.5=23.1MPa,出现在跨中附近上缘。

主压应力满足规范要求。

最大主拉应力为0.21MPa,发生在1/4跨附近。

规范规定，在σtp≤0.5ftk=1.425MPa的区段，按照构造配置箍筋即可。

图中采用的箍筋间距,除支点附近一倍梁高范围内的箍筋间距不满足构造要求外,其余均满足规范的构造要求。

（c）考虑横向计算各种因素对主应力的影响

此时主梁最大主压应力为17.50MPa≤0.6fck=0.6×

最大主拉应力为1.47MPa,发生在1/4跨附近。

规范规定，在σtp>

0.5ftk=1.425MPa的区段，箍筋间距应计算确定。

依据1/4跨最大主拉应力计算得到的箍筋间距为23.8厘米，图中的箍筋间距满足要求。

（d）考虑施工误差（包括箱梁超载5％，桥面铺装超载20％，所有钢绞线失效6％）和横向各种因素对主应力的影响

此时主梁最大主压应力为17.38MPa≤0.6fck=0.6×

最大主拉应力为1.67MPa,发生在1/4跨附近。

依据1/4跨最大主拉应力计算得到的箍筋间距为20.6厘米，图中的箍筋满足要求。

但主拉应力偏大。

（3）主梁极限承载力

主梁各截面抵抗正、负弯矩的截面抗力大于最不利荷载组合下的正、负弯矩，能够满足极限承载力要求。

跨中断面计算结果如下表所示：

跨中区域断面截面最不利内力及抗力值表2-6

节点号

组合内力极值（kN.m）

截面抗力（kN.m）

抗力/内力

20341.3

31412.7

1.54

23131.5

34975.9

1.51

27670.1

34218.1

1.24

28559.5

33827.7

1.18

68（跨中断面）

28987.0

33809.7

1.17

28996.5

28004.7

1.22

23457.2

1.49

20330.4

1.55

（4）主梁抗裂

（a）主梁正截面抗裂

规范规定：

对于全预应力混凝土构件，在作用短期效应组合下，分段浇注构件不允许出现拉应力。

经计算主梁正截面在短期荷载作用下有最大值0.4MPa（不考虑墩顶附近）拉应力出现，抗裂验算无法满足全预应力混凝土构件的要求。

（b）主梁斜截面抗裂验算

对于现浇全预应力混凝土构件，在荷载短期效应组合下

σtp≤0.4ftk=0.4×

2.85=1.14MPa

（Ⅰ）不考虑横向计算各种因素对竖向压应力的影响时，主梁最大主拉应力为0.12MPa,发生在1/4跨附近。

主梁斜截面抗裂满足规范对全预应力混凝土构件要求。

（Ⅱ）考虑横向计算各种因素对竖向压应力的影响时，主梁最大主拉应力为0.85MPa,发生在1/4跨附近。

（5）主梁刚度

荷载短期效应组合下，中跨最大下挠为38.6m，最大上拱度为13.4mm，位移绝对值之和为52.0mm，另外考虑挠度长期增长系数1.4，得出主梁最大挠度为72.8mm，小于L/600=333mm，结构刚度满足规范要求。

（6）支座反力

支座规格满足使用要求。

但是支座型号偏大。

2．主桥下部

桥位处有通航要求，但是考虑通航等级较低，船撞力较小，不控制设计，计算中不予考虑。

当汽车荷载与风荷载相组合时，计算风速依据《风荷载设计规范》取为25m/s计算。

当风荷载不与汽车荷载组合时，风荷载按照高度计算确定。

（1）墩身强度

4、5号主墩截面形式相同，均为变截面箱形断面墩身。

（a）最大悬臂阶段墩顶一侧超重5％，另一侧轻5％，并考虑风荷载作用时4号，5号主墩墩身混凝土最大压应力为9.61MPa，钢筋最大拉应力为24.4MPa，钢筋最大压应力为96.1MPa，均小于规范对于钢筋应力及混凝土应力的容许值。

主墩墩身是安全的。

（b）施工最大悬臂阶段墩顶施加顶推力时4号，5号主墩墩身混凝土最大压应力为12.51MPa，钢筋最大拉应力为16.87MPa，钢筋最大压应力为123.1MPa，均小于规范对于钢筋应力及混凝土应力的容许值。

（c）使用阶段在最不利组合作用下4号，5号主桥主墩在各种荷载组合下主墩墩身混凝土最大压应力为14.15MPa，钢筋最大拉应力为118.3MPa，钢筋最大压应力为140.3MPa，均小于规范对钢筋应力及混凝土应力的容许值。

（2）施工最大悬臂阶段横风不对称加载墩身抗扭验算

施工最大悬臂阶段，考虑横风不对称加载，悬臂一侧风载为P，另一侧为0.5P，验算此时的墩身抗扭强度是否满足要求。

经计算墩身截面满足抗扭构造要求，且不需要进行构件的抗剪扭承载力计算,仅需要按规范的构造要求配置抗扭钢筋即可。

（3）