桥梁复核验算报告汇总2.docx
《桥梁复核验算报告汇总2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《桥梁复核验算报告汇总2.docx（52页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
桥梁复核验算报告汇总2
1前言
根据任务安排，总装设计研究所承担了海南文昌青澜大桥通行火箭运输车特种载荷的复核验算工作，对清澜大桥能否通行火箭运输特载车提出意见。
依据清澜大桥施工图及相关文件建立了主桥整体计算模型。
全桥复核性验算分为全桥整体验算和局部构件验算两部分。
既有手算验算，又有有限元程序验算，最终确保验算成果的科学性和合理性。
火箭运输特载车荷载参数依据中国航天科技集团公司第一研究院第一设计部提供的《CZ-5箭体运输对发射场配套运输保障能力的要求》文件。
特载车辆荷载效应主要由一级箭体火箭公路运输车荷载控制。
验算工作针对该荷载进行。
清澜大桥分为主桥和引桥，分别对主桥和引桥进行了验算工作。
2主桥概述
清澜大桥主桥为双塔双索面叠合梁斜拉桥，桥梁跨径组合为124.2+300+124.2m，见下所示。
清澜大桥立面图（尺寸单位：
m）
清澜大桥横断面图（尺寸单位：
m）
主梁采用双边钢箱与混凝土桥面板组合梁形式，主梁部分采用Q345qD钢板，桥面板混凝土强度等级为C50。
钢梁中线高度为2.3m，桥面板高度为0.28m，铺装层为90mm厚沥青混凝土。
拉索采用平行钢丝斜拉索，有PESM7-187、PESM7-199、PESM7-223、PESM7-253和PESM7-301五种类型索。
桥塔采用钻石型钢筋混凝土框架结构。
塔柱为箱型截面，混凝土标号为C50。
承台为椭圆形，采用C40混凝土，厚度为6m，封底混凝土厚度1.5m。
索塔基础采用钻孔灌注桩，其持力层主要为石英岩，桩长35.5m，27根2.5m桩径布置成梅花形，灌注桩上端设置18m长的永久钢护筒，钢护筒参与结构受力，采用C35混凝土。
3设计规范和主要技术标准
3.1设计规范
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）《公路斜拉桥设计细则》（JTG/TD65-01-2007）
5）《公路桥涵钢结构与木结构设计规范》（JTJ025-86）
6）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）
7）《公路桥梁抗风设计规范》（JTG/TD60-1-2004）
8）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）
9）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
10）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
11）《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）
12）《斜拉索热挤聚乙烯高强钢丝斜拉索技术条件》（GB/T18365-2001）
13）《桥梁用钢结构》（GB/T741-2008）
14）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）
15）《钢桥、混凝土桥及结合桥》（英国标准学会，BS5400-3：
2000版）
16）《美国公路桥梁设计规范》（AASHTO，1994）
17）大连市市政设计研究院有限责任公司《大桥施工图纸》（电子稿）
18）大连市市政设计研究院有限责任公司《海南省文昌清澜大桥工程施工图设计计算书（主桥工程）》（电子稿）
19）中国航天科技集团公司第一研究院第一设计部《CZ-5箭体运输对发射场配套运输保障能力的要求》
3.2主要技术标准
1）公路等级：
城市快速路；
2）计算行车速度：
常规车辆80km/h、特种车辆30km/h；
3）桥梁结构设计基本周期：
100年；
4）汽车荷载等级：
公路—Ⅰ级；
5）验算荷载：
火箭箭体公路运输车荷载；
6）桥面布置：
主桥桥面宽度：
0.25（栏杆）+2.0（检修道）+1.0（拉索锚固区）+0.5（防撞护栏）+0.5（右侧路缘带）+3×3.75（机动车道）+0.5（左侧路缘带）+2.0（中分带）+0.5（左侧路缘带）+3×3.75（机动车道）+0.5（右侧路缘带）+0.5（防撞护栏）+1.0（拉索锚固区）+2.0（检修道）+0.25（栏杆）=34.0m；
7）纵坡：
0～2.285%；
8）横坡：
2%；
9）纵曲线一般半径：
凸形竖曲线一般最小半径12000m（实际采用值）
10）抗震设防标准：
桥位区地震基本烈度Ⅷ度，动峰值加速度为0.20g。
11）抗风设计标准：
使用阶段设计重现期100年
施工阶段设计重现期30年
4主要材料及技术标准
4.1主要材料
钢材：
主梁部分采用Q345qD钢板，弹性模量E=2.10×105MPa，线膨胀系数为1.2E-5；泊松比为0.3，其他主要力学性能按规范规定取值。
混凝土：
索塔部分采用C50混凝土，弹性模量E=3.45×104MPa，线膨胀系数为1.0E-5，泊松比为0.2；边墩采用C40混凝土，弹性模量Ec=3.25×104MPa，线膨胀系数为1.0E-5，泊松比为0.2；其他主要力学性能按规范规定取值。
斜拉索：
斜拉索采用7mm高强平行钢丝，弹性模量Ep=1.95×105MPa，线膨胀系数为1.2×10-5，标准抗拉强度为1670MPa。
结构用板材、型钢符合GB709-1985、YB166-1985、YB164-1963的规定。
4.2技术标准
1）永久作用
一期恒载：
包括钢主梁、主塔及斜拉索自重。
主梁二期恒载：
桥面铺装采用沥青混凝土铺装，厚度10cm，容重24kN/m3；
防撞护栏（防撞等级采用SA级）：
全桥按6kN/m计；
标注标牌、灯柱、检修车轨道及电缆管线：
全桥按5kN/m计；
主梁配重荷载：
采取边跨侧均布配重的方式，配重集度分别为360kN/m，480kN/m。
2）汽车荷载
汽车荷载：
公路－Ⅰ级，按照双向六车道最不利布置。
特载：
全桥只通行一辆一级箭体公路运输车。
其特载情况如下图：
一级箭体公路运输车
特种车辆荷载：
单轴一侧着地面积0.7m×0.2m；横向布置轮距5.23米。
由于该车辆运行时车速较缓，且采用封闭通行，因此不考虑该车辆通过时的制动作用；
冲击力：
双塔斜拉桥的基频为f1=0.5Hz，则冲击系数μ取为0.05。
3）主桥整体验算原则：
由于该桥按照公路I级进行设计，在进行全桥整体受力分析后，将特载车和公路I级载荷产生的荷载效应进行分析对比，如果特载车产生的荷载效应低于公路I级产生的荷载效应，则说明特载车可安全通过，否则另需判断。
5全桥整体模型分析
5.1模型介绍
应用桥梁有限元计算软件迈达斯CIVIL程序建立桥梁的整体3维模型，认为设计单位桥梁设计满足公路Ⅰ级的通行要求，为简化计算，采用了一次成桥的计算方式，对比一次成桥状态下公路Ⅰ级与特载通行的响应，验证桥梁的特载通行性。
具体简化图及模型图见下图所示。
桥梁三维整体模型
不考虑墩台下部承台及桩基础，均考虑为刚性支撑；
小纵梁、横梁、大纵梁按照采用梁单元模拟，截面形式为施工图中所给尺寸，不考虑防屈曲的加劲肋，所有梁均将形心截面偏置至中上部。
横梁不考虑桥面横坡，为等截面梁，截面大小按照图纸中所给平均高度对应的截面数据。
主纵梁未考虑混凝土桥面板的联合作用，对主纵梁受力计算结果偏于保守。
斜拉索采用索单元模拟，拉索与大纵梁连接采用刚体刚性连接模拟；
桥塔均采用梁单元模拟，截面按照真实截面建立，索塔上部小横梁、下部大横梁均简化为一个截面，其中小横梁为一矩形截面，大横梁截面按照大横梁跨中截面建立；
纵梁与桥塔的横向（水平向，模型中为y向）、垂向（模型中为z向）支座均简化至与桥塔下部大横向的刚性连接。
本模型共划分单元2684个，其中梁单元2588个，索单元96个。
5.2活载车道布置
1）公路Ⅰ级车道布置
本桥梁为双向6车道，主跨径为300m，需要进行纵横向折减，其车道加载为同时考虑1~6车道，即分为6个工况具体情况如下表所示：
加载车道数
横向折减系数
纵向折减系数
1
1
0.97
2
1
0.97
3
0.78
0.97
4
0.67
0.97
5
0.60
0.97
6
0.55
0.97
其计算结果为6种工况的最不利包络。
2）特载车道布置
考虑到特载车辆行车安全性，需对特载车辆通行时进行必要的交通管制，因此仅考虑了特载车辆单向行驶的情况，由于特载车辆单向行驶时，不能够保证特载车辆始终按照某个车道前进，故计算时考虑了特载车辆单向行驶时分别靠该向车道的内侧（靠近中央分隔带一侧），中部和外侧（靠近索一侧）。
计算结果取三个工况的最不利包络。
车道布置
6计算成果分析
模型结果数据庞大，本报告未将计算结果数据一一列出，列出了局部、重点部位的内力、位移值，并对两种荷载作用下的差异进行了分析。
1）变位效应
公路Ⅰ级位移响应
特载位移响应
结构位移计算结果
项目
部位
荷载种类
位移值（mm）
左侧
右侧
竖向
中跨中部
公路Ⅰ级
-246/76
-246/76
特载
-130/22.7
-74/20.8
纵向
梁端
公路Ⅰ级
-15/21
-15/21
特载
-7/10
-3/6
塔顶
公路Ⅰ级
-44/82
-44/82
特载
-19/29
-17/26
结论：
特载位移效应小于公路I级位移效应。
2）弯矩效应
主梁梁特载弯矩包络图
主梁公路Ⅰ级弯矩包络
桥塔公路Ⅰ级弯矩包络（一侧）桥塔特载弯矩包络图（一侧）
弯矩计算结果（典型部位）
项目
构件
部位
荷载种类
数值
大
小
弯矩
纵梁
压重区
公路Ⅰ级
10755.3
-8560
特载
7593.7
-3221.6
墩塔支座
公路Ⅰ级
890
-5337
特载
695
-4621
跨中
公路Ⅰ级
7373
-2064
特载
5347
1103
主塔
根部
公路Ⅰ级
116137.8
-70035.6
特载
40963
-32404.4
横梁
梁端
公路Ⅰ级
3968.8
-1503.6
特载
2684.1
-1374.4
墩塔支座
公路Ⅰ级
1920.8
-2080.6
特载
1774.3
-1220.2
跨中
公路Ⅰ级
2073.7
-1254.8
特载
1933
-728.9
结论：
特载弯矩效应小于公路I级弯矩效应。
3）剪力效应
公路Ⅰ级剪力包络
特载剪力包络
桥塔公路Ⅰ级剪力包络（一侧）桥塔特载剪力包络图（一侧）
剪力计算结果
项目
构件
部位
荷载种类
数值
大
小
剪力
纵梁
梁端
公路Ⅰ级
1382.4
-1468.2
特载
836.4
-1061.8
墩塔支座
公路Ⅰ级
945.3
-934
特载
746.5
-748
跨中
公路Ⅰ级
622.8
-677.6
特载
412.4
-464.6
主塔
根部
公路Ⅰ级
1101.5
-1599.6
特载
545.7
-594.2
塔顶
公路Ⅰ级
1586.4
-1907.5
特载
654.5
-1206.5
横梁
梁端
公路Ⅰ级
848.2
-278.7
特载
410.9
-129.3
墩塔支座
公路Ⅰ级
692.7
-692.7
特载
166.5
-415.7
跨中
公路Ⅰ级
616.8
-616.8
特载
192.7
-407.2
结论：
特载剪力效应小于公路I级剪力效应。
4）轴力效应
公路Ⅰ级轴力包络
特载轴力包络
桥塔公路Ⅰ级轴力包络（一侧）桥塔特载轴力包络图（一侧）
轴力计算结果
项目
构件
部位
荷载种类
数值
大
小
轴力
纵梁
A8索处
公路Ⅰ级
1431.5
-2782.9
特载
637.1
-1045.4
墩塔支座
公路Ⅰ级
94.2
-2762.2
特载
47.8
-714.7
跨中
公路Ⅰ级
1877
-875.8
特载
710.1
-363.9
主塔
根部
公路Ⅰ级
251.0
-6068.3
特载
127.5
-1865
结论：
特载轴力效应小于公路I级轴力效应。
5）拉索应力
拉索应力计算结果
项目
拉索编号
荷载种类
数值
拉索应力（MPa）
A12
公路Ⅰ级
81.8
特载
30.9
A1
公路Ⅰ级
47.2
特载
40.3
H1
公路Ⅰ级
70.1
特载
39.7
H12
公路Ⅰ级
47.1
特载
41.3
结论：
特载拉索应力效应小于公路I级拉索应力效应。
从上述数据可知，特载通过时，其产生的位移、弯矩、轴力、剪力等效应，均小于公路Ⅰ级荷载产生的效应，因此按照公路I级设计的清澜大桥主桥就整体而言可以通行一级特载车辆。
但主桥局部构件尚需计算。
7主桥桥面板受力分析
7.1模型分析
7.1.1计算模型
考虑不同的布载对桥面板不同影响，计算选取5个横梁区间桥面板作为分析对象，结构模型及约束如下图所示，混凝土桥面板采用板单元模拟。
由于不同荷载布置对桥面板影响较大，经初步分析选取两种不利工况计算分析。
桥面板模型
7.1.2桥面板跨中不利布载工况计算及分析
图为特殊荷载跨中不利荷载布置形式，其中三对轮子位于2个横梁间的板单元，另外一轮对位于相邻板内。
桥面板布载模型
桥面板在基本组合作用下，桥面板弯矩如下所示，单位宽度内最大弯矩61KN.m。
基本组合作用下桥面板弯矩
2）短期组合下桥面板弯矩
作用短期下桥面板单位宽度内最大弯矩27KN.m。
7.1.3桥面板支点不利布载工况计算及分析
图为特殊荷载不利荷载布置形式，其中2对轮子位于1个横梁两侧，另外一轮对位于相邻板内。
桥面板布载模型
桥面板在基本组合作用下，桥面板弯矩如下所示，单位宽度内最大弯矩70KN.m。
基本组合作用下桥面板弯矩
2）短期组合下桥面板弯矩
作用短期下桥面板单位宽度内最大弯矩30KN.m。
7.1.4荷载组合
根据规范JTJD60－2004第4.1.6条和第4.1.7条得到桥面板承载能力极限状态和正常使用极限状态设计时的内力如下：
计算单元控制截面荷载组合表
内力
布置I
布置II
弯矩（kNm）
剪力（kN）
弯矩（kN）
剪力（kN）
恒载
9.0
46
9.0
46
挂车荷载（考虑1.3冲击系数）
31.7
121
38
115
承载能力极限状态
61.1
224
70
214
正常使用极限状态
短期组合
27.3
96
30
93
长期组合
27.3
96
30
93
7.1.5车道板承载能力验算
车道板强度计算：
采用桥梁通配筋计算程序计算，其抗弯承载能力为109kNm，大于最大弯矩70kNm，满足要求。
箱梁顶板根部抗剪：
该值大于Q=224kN
只需按照构造配筋，无需进行抗剪计算。
满足要求。
结论：
抗剪、抗弯满足要求。
7.1.6车道板裂缝宽度验算
依据规范JTGD62－2004第6.4.3条和6.4.4条得到：
0.086（mm）<0.15mm，满足要求。
其中：
7.1.7车道板验算结论
桥面板按照普通钢筋混凝土构件验算，通过计算。
7.2主桥桥面板手算校核
7.2.1计算模型
桥面有效分布宽度
7.2.2荷载计算
7.2.3车道板承载能力验算
板中部抗弯：
采用桥梁通配筋计算程序计算，28cm厚桥面板，间距15cm配筋HRB335D=22，其抗弯承载能力为118.62kNm，大于83.84kNm，满足要求。
结论：
抗弯满足要求。
7.2.4车道板裂缝宽度验算
依据规范JTGD62－2004第6.4.3条和6.4.4条得到：
0.134（mm）<0.15mm，满足要求。
其中：
跨中满足抗裂要求。
7.2.5车道板验算结论
桥面板按照普通钢筋混凝土构件验算，通过计算。
8主桥横梁受力分析
8.1主要材料
钢材：
主梁部分采用Q345qD钢板，弹性模量E=2.10×105MPa，线膨胀系数为1.2E-5；泊松比为0.3，其他主要力学性能按规范规定取值。
混凝土：
索塔部分采用C50混凝土，弹性模量E=3.45×104MPa，线膨胀系数为1.0E-5，泊松比为0.2；其他主要力学性能按规范规定取值。
8.2结构模型
计算选取不利位置，横梁间距5.0m，断面尺寸如下图所示。
横截面图
根据荷载特征，横梁采用板单元建立模型，节点6532，单元3264有限元模型如图所示。
有限元模型
（a）车辆荷载（b）桥面系荷载
荷载作用
8.3不利荷载布置形式
荷载布置I
荷载布置II
8.4荷载布置I计算结果
（1）MISS应力
下图为混凝土的miss应力，最大值为100MPa，满足Q345钢材强度要求。
横梁MISS应力
最大应力点位置，位于车辆荷载作用下方。
横梁MISS应力最大位置
（2）弯曲应力
下图为横梁弯曲应力，最大值为-106MPa,小于钢材容许应力210MPa，满足规范要求。
横梁弯曲应力
（3）剪切应力
下图为横梁最大剪切应力，最大值为54MPa,小于钢材容许应力120MPa，满足规范要求。
横梁剪切应力
8.5荷载布置II计算结果
（1）MISS应力
下图为混凝土的miss应力，最大值为69MPa，满足Q345钢材强度要求。
横梁MISS应力
下图为最大应力点位置，位于车辆荷载作用下方。
横梁MISS应力最大位置
（2）弯曲应力
下图为横梁弯曲应力，最大值为-75MPa,小于钢材容许应力210MPa，满足规范要求。
横梁弯曲应力
（3）剪切应力
图为横梁最大剪切应力，最大值为37MPa,小于钢材容许应力120MPa，满足规范要求。
横梁剪切应力
8.6梁单元计算对比
下图为采用梁单元计算的横梁弯曲应力计算结果，表为梁单元计算结果同板单一计算结果对比分析，计算结果吻合良好。
梁单元弯曲应力分布图
梁板单元应力对比表
内力
布置I
布置II
板单元
梁单元
板单元
梁单元
弯曲应力
106
107
75
75.6
8.7横梁验算结论
横梁按照钢结构构件验算，通过计算。
9主桥斜拉索手算校核
9.1计算模型
纵向布载横向布载
9.2横向和纵向分布系数
1）横向分布系数
2）纵向分布
3）特载对拉索最不利载荷
9.3拉索角度及特载索力
拉索角度倾角表
拉索位置
边跨外
塔侧
中跨中
拉索倾角
32.96°
73.46°
26.48°
拉索特载
＝150.5t
=85.43t
=183.7t
二期铺装增加索力
71.31t
40.56t
87.19t
索力在二期荷载和特载作用下增加的索力值
221.81t
125.99t
270.89t
原索最终调整索力
526.5t
276.8t
202.6t
索力合计
748.31t
402.79t
473.49
索力设计值
773.8t
511.6t
773.8t
结论
满足
满足
满足
9.4拉索验算结论
拉索验算通过，特载通行应尽量沿桥面中部行使。
10引桥特载复核
10.1模型及参数
根据图纸所提供的参数，建立如下单片变截面小箱梁模型，预应力钢绞线及材料参数如表所示。
单片小箱梁模型
混凝土参数表
强度等级
弹性模量
（MPa）
容重
（kN/m3）
线膨胀系数
标准值
设计值
fck
（MPa）
ftk
（MPa）
fcd
（MPa）
ftd
（MPa）
C50
34500.00
25.00
1.000e-005
32.40
2.65
22.40
1.83
预应力钢筋
预应力钢筋
弹性模量
（MPa）
容重
（kN/m3）
线膨胀系数
fpk
（MPa）
fpd
（MPa）
f'pd
（MPa）
1860
195000.00
78.50
1.200e-005
1860.00
1260.00
390.00
10.2荷载组合
名称
激活
弹性
描述
cLCB1
承载能力极限状态
No
基本组合（永久荷载）:
1.2（cD）+1.2（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）
cLCB2
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.2（cD）+1.2（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4M
cLCB3
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.2（cD）+1.2（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4TPG[1]
cLCB4
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.2（cD）+1.2（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4TPG[2]
cLCB5
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.2（cD）+1.2（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4M+1.12TPG[1]
cLCB6
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.2（cD）+1.2（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4M+1.12TPG[2]
cLCB7
承载能力极限状态
No
基本组合（永久荷载）:
1.0（cD）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）
cLCB8
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.0（cD）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4M
cLCB9
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.0（cD）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4TPG[1]
cLCB10
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.0（cD）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4TPG[2]
cLCB11
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.0（cD）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4M+1.12TPG[1]
cLCB12
承载能力极限状态
No
基本组合:
1.0（cD）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+1.4M+1.12TPG[2]
cLCB13
正常使用状态
No
极限组合（永久荷载）:
1.0（cD）+1.0（cTP）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）
cLCB14
正常使用状态
No
短期组合:
1.0（cD）+1.0（cTP）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+0.7/（1+mu）M
cLCB15
正常使用状态
No
短期组合:
1.0（cD）+1.0（cTP）+1.0（cTS）+1.0（cCR）+1.0（cSH）+0.8TPG[1]
cLCB16
正常使用状态
No
短期组合:
1.0（cD）+1.0（cTP）+1.0（cTS）+1.0（cCR）
升级会员 