老屋场特大桥上部结构验算报告.docx
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老屋场特大桥上部结构验算报告
老屋场特大桥
上部结构结构验算报告
中交通力建设股份有限公司
2011年12月9日
1概述
老屋场特大桥在施工中出现部分负弯矩钢束未能按图纸进行施工，本次工作按照实际施工的情况，对上部结构按照规范进行结构验算。
并对于不能满足规范要求的结构和构件，给出补强的建议。
1.1工作依据
（1）工程相关设计图纸
（2）“老屋场特大桥负弯矩施工情况”的报告、照片和附图
1.2计算采用主要技术标准和规范
（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设计规范》（JTGD62-2004）
（4）交通部公路桥梁通用图T梁系列（编号8-5）
1.3桥梁设计概况
老屋场特大桥是湖南省衡阳至桂阳高速公路的一座特大桥，桥梁全长1146m，分离式路基断面，每幅桥桥宽16.5m。
上部结构采用38×30m预应力T梁，横断面由7片梁（5片中梁、2片边梁）组成。
下部结构采用肋板台和柱式台配桩基础、柱式墩配桩基础。
桥梁位于R1800m的圆曲线及其缓和曲线上。
上部结构先简支后连续的预应力T梁，共分8联，即5×30m+5×30m+5×30m+5×30m+5×30m+5×30m+4×30m+4×30m，每联之间设D160型钢伸缩缝，桥台设D80型钢伸缩缝。
第1、4、5、8采用连续梁体系，第2、3、6、7由于部分桥墩与梁体用钢板固结，形成刚构-连续体系。
上部结构T梁采用的是交通部通用图《公路桥梁通天图（T梁系列）8-5》。
1.4桥梁施工概况和问题描述
根据设计图纸，桥梁施工采用常规的工序，每联上部结构施工顺序为：
T梁预制->架梁，浇筑墩顶现浇连续断及翼缘板、横隔梁湿接缝，张拉中间墩墩顶T梁负弯矩束->形成桥面连续体系->浇筑桥面现浇层混凝土->安装护栏，浇筑沥青混凝土铺装、安装附属设施->成桥。
目前，桥梁施工到张拉完T梁负弯矩束，形成桥面连续体系。
T梁设计墩顶负弯矩束为每片梁4束，规格为15-5，实际施工中第1联、第2梁出现钢绞线少放、漏放的情况，见下图：
图1-1少放一根钢绞线的情况（即钢束规格变为15-4）
图1-2少放两根钢绞线的情况（即钢束规格变为15-3）
出现问题的T梁比较普遍，最严重的出现在左幅桥P3墩的4号梁，共少放5根钢绞线，占比25%。
详细的问题描述见施工单位报告。
2
结构分析模型
根据结构特点，计算采用荷载横向分布系数的方法将空间结构简化为单片梁进行计算，采用平面杆系模型，根据横向分布系数，选择边梁和最不利中梁进行计算。
分析软件采用MIDAS/Civil。
2.1计算图示
结构离散模型和几何模型效果如下：
图2-1结构离散模型
图2-2结构几何模型
单位采用空间梁单元。
2.2材料和截面
模型使用到的材料按照图纸和相关规范取用。
主要材料参数列于下表：
表2-1材料特性表
编号
材料名称
弹性模量（MPa）
泊松比
线膨胀系数
比重（KN/m）
1
C50
3.50E+04
0.167
1.00E-05
2.50E+01
2
钢绞线
1.95E+05
0.3
1.20E-05
7.85E+01
截面完全按照设计图纸模拟，不考虑翼缘后浇带参与受力，仅按荷载计入。
2.3边界条件
根据设计图纸，上部结构有连续梁和刚构-连续两种体系，由于缺少相关桥墩设计图纸，本次分析均按照连续梁体系进行分析。
使用一般支持模拟支座，并根据施工过程，模拟简支和连续等体系转换引起的边界条件变化。
2.4作用（荷载）和作用组合
1.永久作用
1）结构重力
♦混凝土容重26kN/m3
2）二期恒载
♦防撞护栏：
护栏10kN/m
♦铺装：
8cm钢筋混凝土土铺装+10cm沥青铺装，钢筋混凝土铺装容重25kN/m3，沥青铺装容重23kN/m3
♦横隔梁和翼缘后浇带作为荷载用集中力加载在相应单元上
3）混凝土收缩徐变作用
♦年平均相对湿度：
70%
♦收缩龄期：
3d
♦水泥种类系数：
5
♦开始加载龄期：
5d
♦计算天数：
3600d（十年）
4）基础变位作用
♦5mm瞬时不均匀沉降计算
5）预应力计算参数
♦管道与工艺：
u=0.25，k=0.0015；
♦预应力为低松弛钢绞线（
级松弛，ζ=0.3）
2.可变作用
1）汽车荷载：
♦公路-I级
♦横向分布系数：
跨中采用刚接梁法、支点采用杠杆法，支点到四分点线形过度，横向分布系数计算结果如下：
支点
跨中
中梁
0.83
0.576
边梁
0.7
0.724
2）汽车冲击力：
♦按规范计算
3）温度梯度：
♦对于混凝土梁，按照规范4.3.10条，10cm沥青铺装，升温：
T1=14˚C，T2=5.5˚C，降温：
T1=-7˚C，T2=-2.75˚C
3.作用组合
作用效应组合按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）执行。
2.5施工阶段模拟
按照施工设计图纸对桥梁施工过程进行模拟，全桥结构分析时划分了7个施工阶段。
计算时考虑了徐变和收缩等时间效应的影响。
表2-2施工阶段划分
阶段号
阶段描述
1
架设T梁
2
浇筑翼缘板和横隔梁湿接缝（即施加相应荷载）
3
浇筑墩顶现浇段
4
张拉第1、2跨和第4、5跨间负弯矩束
5
张拉第2、3跨和第3、4跨间负弯矩束
6
桥面附属结构施工
7
收缩徐变10年
3
第1联4号中梁结构验算结果
第1联4号梁在第3、4号墩出负弯矩钢束少放置5根，是所有桥墩中钢束缺失最严重的桥墩。
3.1结构验算原则
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004，以下简称规范），进行构件验算。
1、设计安全等级：
一级，对应结构重要性系数1.1
2、构件验算标准：
全预应力混凝土构件；
3.2结构验算内容
1、持久状况承载能力验算，包括正截面抗弯和斜截面抗剪验算两项内容；
2、持久状况正常使用机型状态验算，包括正截面抗裂和斜截面抗裂验算、挠度验算；
3、持久状况（即运营阶段）应力计算，包括混凝土正应力和主应力验算，预应力钢筋拉应力验算；
4、短暂状况（即施工阶段）应力验算，包括混凝土正应力和主应力验算
3.3持久状况承载能力验算
4号梁在第3、4号墩出负弯矩钢束少放置5根。
（注：
对于满足要求的计算内容省略插图。
）
对主梁的正截面抗弯强度验算结果表明，在3、4号墩顶出现了正抗弯不满足要求的情况。
图3-1主梁最大弯矩
及其对应截面抗力
所有墩顶负弯矩承载力均小于荷载效应，对于正常施工的墩顶，超出约2%，对于少钢束的3-4号墩顶，超出7.6%，考虑到弯矩“削峰”，可以认为满足要求，但少钢束对承载力影响还是比较明显的。
图3-2主梁最小弯矩
及其对应截面抗力
对主梁的斜截面抗剪强度验算结果表明，主梁截面抗剪承载力满足规范要求。
3.4主梁正常使用极限状态验算
主梁按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》（JTGD62-2004）规定的“持久状况正常使用极限状态”进行截面抗裂、应力和挠度验算。
3.4.1主梁正截面抗裂验算
图3-3荷载短期效应组合正截面最大拉应力-上缘（MPa）
图3-3荷载短期效应组合正截面最大拉应力-下缘（MPa）
验算结果表明，墩顶区域的上缘、下缘以及负弯矩结束后的截面抗裂不满足要求，经过对比分析，即便是按设计图纸施工，墩顶上缘和负弯矩区域抗裂也不能满足要求，只不过少钢束的3-4号墩顶拉应力由1.2Mpa增加到1.5Mpa。
如果按照A类预应力混凝土构件进行验算，无论是原设计图纸还是实际施工情况均能满足要求。
3.4.2主梁斜截面抗裂验算
满足规范要求。
3.4.3主梁挠度验算
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004》6.5.3条计算得到的主梁最大挠度（消除结构自重产生的长期挠度后）为9.7mm，考虑增长系数后位13.8mm，小于L/600=50mm。
因此满足要求。
3.5主梁应力验算
所有验算项目均满足要求。
4计算结果汇总
根据对第1联4号中梁的分析结果，结构最有可能出现问题是正截面抗裂验算。
以下对其余梁体分别进行计算，给出正截面抗裂验算结果于下表：
编号
按全预应力构件抗裂验算
按A类预应力构件
抗裂验算
梁号
上缘
下缘
上缘
下缘
1
左幅桥
第一跨
L-边梁L1N1
不满足/1.59
不满足/1.57
OK
OK
2
L-中梁L1N2
不满足/1.89
不满足/1.39
OK
OK
3
L-中梁L1N3
不满足/1.33
不满足/1.49
OK
OK
4
L-中梁L1N4
不满足/1.64
不满足/1.57
OK
OK
5
L-中梁L1N5
不满足/1.63
不满足/1.38
OK
OK
6
L-边梁L1N7
不满足/1.73
不满足/1.57
OK
OK
7
第二跨
L-边梁L2N1
不满足/1.76
不满足/1.57
OK
OK
8
L-中梁L2N2
不满足/1.35
不满足/1.38
OK
OK
9
L-中梁L2N3
不满足/1.60
不满足/1.37
OK
OK
10
L-中梁L2N4
不满足/1.32
不满足/1.41
OK
OK
11
L-中梁L2N6
不满足/1.34
不满足/1.49
OK
OK
12
右幅桥
第一跨
R-边梁L1N1
不满足/1.59
不满足/1.61
OK
OK
13
R-中梁L1N2
不满足/1.65
不满足/1.45
OK
OK
14
R-中梁L1N3
不满足/1.60
不满足/1.37
OK
OK
15
R-中梁L1N6
不满足/1.58
不满足/1.51
OK
OK
16
R-边梁L1N7
不满足/1.73
不满足/1.59
OK
OK
17
第二跨
R-边梁L2N1
不满足/1.61
不满足/1.57
OK
OK
18
R-中梁L2N2
不满足/1.59
不满足/1.37
OK
OK
19
R-中梁L2N3
不满足/1.59
不满足/1.37
OK
OK
20
R-中梁L2N4
不满足/1.65
不满足/1.42
OK
OK
21
R-中梁L2N6
不满足/1.64
不满足/1.43
OK
OK
22
R-边梁L2N7
不满足/1.49
不满足/1.64
OK
OK
23
设计
中梁-设计图纸
不满足/1.28
不满足/1.35
OK
OK
24
边梁-设计图纸
不满足/1.45
不满足/1.56
OK
OK
对表中说明如下：
Ø“梁号”中的符号说明如下
∙第一个字母L表示左幅桥，字母R表示右幅桥
∙L1N1，表示第1联第1号梁，梁的编号是从道路中心线向外进行编号，从1到7，其中1号和7号梁为边梁，2~6号梁为中梁
Ø验算结果“OK”表示满足
Ø验算结果不满足，给出最大的拉应力数值
最后两行为按设计图纸计算的结果
5结论
1、负弯矩束少放对结构的影响主要体现在墩顶负弯矩区域，会降低该区域主梁的承载能力，但幅度较小，不超过6%，且能够满足规范要求。
2、如按设计图
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