淮河大桥桥面板计算书Word下载.docx

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图3-1主桥面板剖面图

其中钢纵梁截面特征值如图3-2所示：

图3-2钢纵梁截面特征值

2计算依据及计算参数选取

2.1计算模型选取

根据主桥桥面板布置形式，假定主桁架及横梁刚度极大的情况下，取其中连续32m板进行计算。

计算模型采用梁单元模拟钢纵梁与板单元模拟桥面板形成空间体系，采用桥梁结构分析程序MIDAS/Civil2006来计算。

2.2计算荷载

2.2.1恒载

钢纵梁断面面积按构件实际截面计入；

主桥面板按照实际厚度计入；

钢筋混凝土容重γ=26kN/m3；

钢筋容重γ=78.5kN/m3。

2.2.2温度作用

1）体系温差

结构整体温度变化按桥位处最高和最低温度确定，按照规范规定，本地区属于温热地区。

考虑到实际温度大于计算温度，本次验算按照升降温25℃考虑。

2）温度梯度

主梁结构温度梯度按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004的温度梯度曲线确定。

2.2.3活载

公路－I级，按2车道考虑。

冲击系数，总体计算按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.3.2条计算。

2.2.4收缩徐变

假设为野外一般条件，混凝土龄期按照28天考虑，成桥后考虑十年徐变影响；

计算方法按照规范规定公式进行。

2.3计算工况及验算内容

2.3.1计算工况

1）承载能力极限状态

基本组合：

1.0×

[（1.2×

恒载+1.0×

收缩徐变）+1.4×

汽车（含汽车冲击力）]

2）正常使用极限状态

长期效应组合：

恒载+收缩徐变+0.4×

汽车（不含冲击力）+0.8×

温度影响

短期效应组合：

恒载+收缩徐变+0.7×

2.3.2验算内容

从现场检测发现，主桥行车道板底出现多条横向裂缝；

因此，对结构进行承载能力极限状态正截面抗弯强度验算，按照规范JTGD60-2004第5.1.5条规定进行；

并正常使用极限状态短期荷载效应组合并考虑长期荷载效应影响下计算裂缝宽度验算，按照规范JTGD62-2004第6.4.1～6.4.3条规定进行；

按照规范JTGD60-2004第6.5.3条规定进行结构挠度验算，结构长期挠度值需控制在L/600以内。

3主桥面板结构计算

根据主桥桥面板布置形式，取其中连续32m板进行计算。

3.1计算模型

采用MIDAS/Civil2006建立计算模型如下：

图3.3计算几何模型

图3.4计算模型消隐图

全桥共分为1050个单元，667个节点。

边界条件按照设计图纸分别模拟。

3.2计算结果分析

3.2.1钢纵梁及主桥面板整体挠度计算

计算模型采用梁单元模拟钢纵梁与板单元模拟桥面板形成空间体系，进行整体挠度验算。

按照规范JTGD60-2004第6.5.3条进行计算，受弯构件按照荷载短期效应组合下结构变形图如图3.5所示。

图3.5短期效应组合下结构变形图

取短期效应组合下结构变形最大的左2#纵梁进行挠度验算，现列出左2#纵梁在短期效应组合下、在自重下及在消除自重下的结构位移表。

（如表3-3）

各种工况下左2#纵梁的结构位移表表3-3

节点

荷载

短期效应组合

自重

消除自重后挠度

DZ（mm）

331

组合（最小）

-5.057888

-0.295125

-4.762763

332

-1.69288

-0.168933

-1.523947

333

-7.912683

-0.893129

-7.019554

334

-5.819391

-0.818045

-5.001346

-7.304075

-0.992505

-6.31157

336

-4.538614

-0.543586

-3.995028

337

-1.692702

-0.16871

-1.523992

338

-3.510031

-0.145487

-3.364544

339

-5.058234

-0.295497

-4.762737

340

-3.605074

-0.221043

-3.384031

341

-1.376524

-0.059582

-1.316942

342

-3.604627

-0.220814

-3.383813

343

-5.108319

-0.333469

-4.77485

344

-3.509968

-0.145172

-3.364796

345

-1.302507

-0.000939

-1.301568

346

-4.539347

-0.544155

-3.995192

347

-6.740707

-0.868616

-5.872091

348

-5.831289

-0.818214

-5.013075

349

-3.072167

-0.442058

-2.630109

350

-3.169044

-0.48136

-2.687684

351

-6.96089

-0.944664

-6.016226

352

-1.310372

0.002697

-1.313069

353

-5.156292

-0.351803

-4.804489

354

-1.39296

-0.062354

-1.330606

355

-5.103008

-0.309687

-4.793321

356

-1.752494

-0.1833

-1.569194

357

-7.563734

-1.079527

-6.484207

358

-6.018611

-0.891073

-5.127538

359

-7.548078

-1.081335

-6.466743

360

-4.690807

-0.590999

-4.099808

361

-1.751232

-0.183597

-1.567635

362

-3.535144

-0.14864

-3.386504

363

-5.101432

-0.309213

-4.792219

364

-3.640191

-0.232624

-3.407567

365

-1.392733

-0.062234

-1.330499

366

-3.64092

-0.232908

-3.408012

367

-5.157518

-0.352215

-4.805303

368

-3.536632

-0.14905

-3.387582

369

-1.311308

0.00248

-1.313788

370

-4.693878

-0.590168

-4.10371

371

-6.967958

-0.943294

-6.024664

372

-6.035554

-0.889382

-5.146172

373

-3.183584

-0.48034

-2.703244

374

-2.570545

-0.486389

-2.084156

375

-5.607958

-0.955615

-4.652343

376

-0.960229

0.005319

-0.965548

377

-3.795482

-0.346846

-3.448636

378

-1.046045

-0.061686

-0.984359

379

-3.741948

-0.303834

-3.438114

380

-1.437648

-0.186015

-1.251633

381

-6.068296

-1.091111

-4.977185

382

-4.852825

-0.900664

-3.952161

383

-6.060162

-1.093311

-4.966851

384

-3.812788

-0.598415

-3.214373

385

-1.435628

-0.186492

-1.249136

386

-2.588784

-0.143348

-2.445436

387

-3.740215

-0.303037

-3.437178

388

-2.698412

-0.229738

-2.468674

389

-1.045721

-0.061483

-0.984238

390

-2.699292

-0.230222

-2.46907

391

-3.796876

-0.347543

-3.449333

392

-2.590325

-0.14403

-2.446295

393

-0.961056

0.004964

-0.96602

394

-3.818434

-0.597146

-3.221288

395

-5.616494

-0.953681

-4.662813

396

-4.857308

-0.898866

-3.958442

由表3-3，左2#纵梁的最大长期挠度值

=7.912mm，此处自重作用下挠度值为

=0.893mm。

=

-

=7.912-0.893=7.02mm

最大竖向挠度×

长期增长系数=

=7.02×

1.6＝12.23mm<

L/600=13.33mm

通过挠度的计算表明该桥的长期挠度值符合规范要求，但计算挠度很接近规范限制，结构刚度（特别是钢纵梁）偏小。

3.2.2承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度验算

从现场检测发现，钢纵梁与主桥面板在螺栓连接处存在大量横向贯穿裂缝，钢纵梁与主桥面板的连接已不再可靠，考虑两者之间为只受压单元连接进行内力分析。

通过挠度计算分析提取结果，进一步验算主桥面板在强制位移下的正截面抗弯强度。

按照规范JTGD60-2004第5.1.5条和第5.2.1条规定进行承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度验算。

1）最不利组合下主桥面板弯矩内力图

图3.6最不利组合下弯矩内力图

如图3-6所示，最不利组合下主桥面板最大弯矩出现在1#、4#跨对应的左2#和右2#板跨中；

其中最大弯矩

=26.2KN·

M。

通过桥梁博士进行截面设计验算（结果见附表3-4）。

桥梁博士进行截面设计验算表3-4

截面高度:

0.15m

构件计算长度:

0.0m

荷载信息:

荷载类型:

轴力（KN）剪力（KN）弯矩（KN-m）

结构重力0.00.026.2

汽车冲击系数:

1.2

计算信息:

钢筋混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I

计算结果:

荷载组合结果:

内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩

轴力0.00.00.00.00.00.0

剪力0.00.00.00.00.00.0

弯矩26.226.226.226.231.426.2

承载能力极限状态荷载组合1强度验算结果:

最大轴力强度验算

截面受力性质:

下拉受弯

内力描述:

Nj=0.0KN,Qj=0.0KN,Mj=26.2KN-m

截面抗力:

MR=23.5KN-m<

Mj=26.2KN-m（不满足）

最小配筋面积Agmin=4.89e-04m**2<

实际配筋面积Ag=1.26e-03m**2（满足）

最小轴力强度验算

最大弯矩强度验算

Nj=0.0KN,Qj=0.0KN,Mj=31.4KN-m

Mj=31.4KN-m（不满足）

最小弯矩强度验算

下面对表3-4中计算进行复核。

已知在跨中，受拉钢筋9Ф10的面积为706.8

，受压钢筋8Ф10的面积为628.3

，由钢筋布置

1）求受压区高度x（单位：

mm）

2）正截面抗弯承载力

M＞

=23.4KN·

因此，承载能力极限状态下主桥面板抗弯不满足规范要求。

3.2.3正常使用极限状态最大裂缝宽度计算

1）最大裂缝宽度验算

考虑到板底多处出现露筋及钢筋锈蚀，并参考检测报告，按《公路桥涵养护规范》（JTGH11-2004）表3.5.2－2“推荐的桥梁各部件权重及综合评定方法”及表3.5.2－3“桥梁技术状况评定标准”评定桥梁的技术状况，对钢筋的检算面积按0.9倍的设计面积折减取值。

根据JTGD62-2004第6.4.1～6.4.3条，按近似矩形钢筋混凝土构件计算，其最大裂缝宽度可按下式计算：

1）

考虑钢筋表面形状的系数，

；

荷载短期效应组合弯矩计算值为：

=21.3kN•m

荷载长期效应组合弯矩计算值为：

=17.7kN•m

系数

2）

考虑钢筋表面形状的系数，取1.0；

3）

与构件受力性质有关的系数，由于该桥为受弯构件，所以取1.0；

4）

纵向钢筋的直径，

mm；

5）

纵向受拉钢筋配筋率；

6）

由作用短期效应组合引起的开裂截面纵向受拉钢筋在使用荷载作用下的应力（MPa）；

7）

钢筋弹性模量（MPa），

；

将各项代入公式得：

由以上结果可以知，在正常使用极限状态下，最大裂缝为0.222mm，不满足规范JTGD62-2004第6.4.2条的要求。

5计算小结

通过主桥面板的详细验算，可以得出如下结论：

1、正截面抗弯承载力验算：

M，富余量为

－11.97%。

模型计算中主桥面板高度采用设计值150mm；

检测过程中发现，板底多处出现露筋、板腹砼保护层厚度偏小，局部砼脱落呈蜂窝状，主桥面板实际高度不足150mm；

且主桥面板与钢纵梁在锚栓连接位置截面削弱很大。

因此，在承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度不能满足规范要求。

2、通过正常使用极限状态最大裂缝宽度计算，发现在正常使用极限状态下，最大裂缝为0.222mm，不满足规范JTGD62-2004第6.4.2条的要求。

3、通过挠度的计算表明：

L/600=13.33mm，该桥的长期挠度值符合规范要求，但计算挠度很接近规范限制，结构刚度（特别是钢纵梁）偏小，导致主桥面板在荷载作用下变形过大。

6病害原因分析及建议

主桥行车道板主要病害原因分析：

（1）通过计算表明：

该桥的长期挠度值符合规范要求，但计算挠度很接近规范限制，结构刚度（特别是钢纵梁）偏小，导致主桥面板变形过大，在承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度不能满足。

主桥面板与钢纵梁采用锚栓连接，内填M20水砂浆在长期荷载作用下局部脱空，连接方式不合理，使得锚栓支撑连接失效，且螺栓布置在同一断面，连接部的截面损失较大，应力集中导致板底开裂，并出现多条横向裂缝，部分裂缝贯通；

（2）伸缩缝处采用钢梳齿板型，现场检测发现伸缩缝处板端跳车严重，当桥面板受到汽车荷载作用时，因局部冲击力过大，（远大于模型计算中冲击系数取值为0.2），从而导致伸缩缝处锚固件薄弱造成松动，出现整个钢板脱落，引起伸缩装置失效，桥面板在温度荷载和活载的作用下反复变形过大；

导致主桥行车道板在伸缩缝处出现大面积挤压破坏，局部呈蜂窝状。

（3）查阅相关设计文件，湿接缝处未采用无收缩混凝土，且检测发现湿接缝处混凝土强度偏低，在长期活载作用下，导致主桥面板在湿接缝处挤压破损严重；

（4）由现场调查发现，主桥行车道板底出现多条横向裂缝，缝宽0.10mm~0.50mm，部分裂缝贯通。

且裂缝多分布于主桥面板的跨中板腹，其中1#，4#跨相对较严重（见附表3），这与主桥面板弯矩计算和最大裂缝宽度计算结果相吻合。

进一步验证了上述计算和原因分析。

最不利组合下弯矩内力图

（5）计算取用活载按公路－I级，按2车道考虑。

由现场交通量调查了解发现，矿区车辆超载现象严重，常有100多吨超载车辆从该桥驶过，加剧了病害的产生和发展。

根据检算结果和现场实地检测，提出如下建议：

（1）进行限载15吨、限速20Km/h通行，禁止车辆、行人停滞、聚集桥面；

（2）运营期间采用适当措施，保持桥面平整、清洁，避免造成过大的行车冲击；

（3）按照桥梁养护规范的有关规定，做好对桥梁的定期检查和日常维护工作；

（4）运营期间应特别注意对主梁裂缝、线形变化的观测，如发现异常现象，应及时采取措施；

建议在业主组织下迅速采取措施对主桥进行加固整治，确保桥梁长期运营的安全性、耐久性，延长其使用寿命。