西三环第十一联计算书.docx

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西三环第十一联计算书

中铁大桥勘测设计院有限公司

航海路互通立交

西三环主线桥第十一联

工程名称：

航海路互通立交

设计阶段：

施工图设计

设计编号：

计算：

2012年01月04日

复核：

年月日

项目负责人：

年月日

第本共本.本册计页.装订者年月日

目录

1概述1

2设计标准及设计规范1

2.1设计标准1

2.2主要设计规范2

3主要建筑材料2

3.1混凝土2

3.2普通钢筋2

4设计要点2

4.1结构主要尺寸2

4.2预应力体系3

4.3主梁钢筋3

5上部结构主要计算原则3

5.1荷载4

5.2荷载组合4

5.3应力控制标准4

6纵向计算模型及计算结果5

6.1计算模型5

6.2计算结果5

7横梁检算10

7.1横梁计算模型10

7.2计算荷载11

7.3计算结果12

1概述

略。

图1全桥立面图

本计算书为西三环主线桥第十一联3×31米连续梁图，计算跨度为（29.05+30+29.05）m的等高梁。

主梁为单箱多室连续梁，采用支架整体现浇施工方案。

连续梁断面布置如图2所示。

图2断面结构图

2设计标准及设计规范

2.1设计标准

车道数：

双向六车道~~双向八车道

设计速度：

50km/h

汽车荷载等级：

公路-Ⅰ级

桥面布置：

0.5m（防撞墙）+0.5m（路缘带）+18.419~23.195m（机动车道）+0.5m（路缘带）+0.5m（隔离墩）+0.5m（路缘带）+18.419~23.195m（机动车道）+0.5m（路缘带）+0.5m（防撞墙）

2.2主要设计规范

《公路工程技术标准》（JTGB01—2003）

《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）

3主要建筑材料

3.1混凝土

1.梁体：

采用C50混凝土。

混凝土材料的力学性能如表1所示

表1混凝土材料的力学性能

混凝土标号

C50

弹性模量（MPa）

34500

剪切模量（MPa）

13800

泊松比

0.2

轴心抗压强度fc（MPa）

32.4

轴心抗拉强度fct（MPa）

2.65

3.2普通钢筋

根据结构设计的需要分别采用HPB235级、HRB335级钢筋。

钢筋弹性模量：

HPB235级E=2.1X105MPa，HRB335级E=2.0X105MPa；钢筋抗拉压设计强度：

HPB235级为fsd=fsd’=195MPa，HRB335级为fsd=fsd’=280MPa。

4设计要点

4.1结构主要尺寸

3×31m预应力混凝土连续箱梁墩顶处设置横梁，端横梁厚2m，中横梁厚3m。

主梁为等高度预应力混凝土连续梁，主梁采用单箱多室截面，主梁顶宽40.337~49.89m，底宽16.6m，梁高2.0m。

主梁两侧各悬臂2.78m，悬臂端部厚度0.20m。

顶板厚度为0.25～0.45m，横桥向通过绕线路中心线刚性旋转2%的横坡。

底板厚度为0.22～0.42m。

腹板为斜腹板，腹板厚度为0.45～0.80m。

主梁断面如图3所示。

图3主梁结构断面

4.2预应力体系

箱梁采用纵向预应力体系。

纵向预应力束采用高强低松弛钢绞线。

顶、底板采用9-15.2mm钢绞线，腹板采用12-15.2mm钢绞线。

预应力钢束材料参数为：

fPk=1860MPa,EP=1.95×105MPa，锚下张拉控制应力为1340MPa；纵向预应力管道采用金属波纹管成孔。

金属波纹管管道摩阻系数μ=0.25，管道偏差系数k=0.0015；

4.3主梁钢筋

钢筋布置处通过计算外，在参考规范的，及设计原则的基础上，采用以下布置形式。

1.普通钢筋净保护层厚度为30mm（不包括拉筋）。

2.腹板箍筋在支点附近采用Φ18@100，跨中采用Φ18@150，单个腹板内箍筋支数为2肢。

3，底层钢筋直径采用Φ16@100的HRB335钢筋。

4.顶板顶层横向钢筋直径采用Φ16@100，底层钢筋直径采用Φ16@100的HRB335钢筋。

5.纵向钢筋直径采用Φ16@150的HRB335钢筋。

6.钢筋网片之间设置拉筋，拉筋采用直径Φ10mm的HRB335钢筋，横向间距约45cm，纵向间距60cm，阵列布置。

5上部结构主要计算原则

5.1荷载

恒载

1.预应力混凝土重力密度：

26.25kN/m3

2．二期恒载：

桥面铺装为9cm沥青混凝土+8cm找平层，容重24kN/m3。

双侧防撞墙总重为22kN/m。

合计按140kN/m计入。

3．基础变位：

按基础不均匀沉降1.5cm。

4.混凝土的收缩及徐变作用、预加力

按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）规定计算。

预应力加载龄期按照5天计，二期恒载加载龄期不小于70天，徐变龄期计算至3650天。

管道摩阻按波纹管成孔计算，管道摩擦系数0.25，孔道偏差系数0.0015，松弛比为0.035，单端回缩值为6mm。

活载

1.运营荷载

公路活载车辆荷载标准按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）取值，荷载等级为公路-Ⅰ级，活载按单幅双向6车道计算，活载各项系数见表2。

表2

活载种类

冲击系数

横向折减

纵向折减

偏载系数

公路—Ⅰ级

1.4

0.55

1.0

1.25

2.温度影响力

体升温为＋30°

体降温为-30°

《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004中第4.3.10条规定，日照温差按下述要求执行。

升温：

T1＝14oc，T2＝5.5oc。

降温：

T1＝-7.0oc，T2＝-2.75oc。

5.2荷载组合

1.主力组合：

自重＋预应力＋二期恒载＋收缩徐变＋支座不均匀沉降＋活载

2.主力＋附加力组合：

自重＋预应力＋二期恒载＋收缩徐变＋支座不均匀沉降＋活载＋整体升降温＋梯度升降温

5.3应力控制标准

纵向按A类预应力构件设计，横向计算按钢筋混凝土结构计算，横梁计算按A类预应力混凝土结构计算。

6纵向计算模型及计算结果

计算程序采用中铁大桥勘测设计院程序SCDS2008计算；

6.1计算模型

施工方法采用支架整体现浇。

对施工及运营全过程进行进行有限元分析，全桥共划分有65个节点，64个单元，4个永久支承元，所有支点处均约束竖向，且在B29号支墩处约束水平位移，结构计算模型如图4所示。

图4（3×31）m连续梁纵向计算模型

6.2计算结果

1.正截面抗弯承载能力检算（图5）

图5

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.1,5.2.3条规定受弯构件正截面抗弯承载能力最小安全系数为1.52，满足要求。

2斜截面抗剪承载能力计算（图6）

图6

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》5.2.7，5.2.9，5.2.10计算各截面抗剪承载能力最小安全系数为1.08，满足要求。

3正截面抗裂检算（图7-1/7-2～8-1/8-2）

图7-1

图7-2

图8-1

图8-2

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-1条规定，A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下

，但在荷载长期效应组合下

，结构满足规范要求。

4斜截面抗裂检算（图9）

图9

计算得到最大主拉应力为1.18MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-2条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件σtP≤0.5ftk=1.325，结构满足规范要求。

5.使用阶段受压区混凝土最大压应力检算（图10～11）

图10

图11

计算得到最大压应力为14.433MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件不大于0.5fck=16.2MPa，结构满足规范要求。

6.使用阶段预应力束最大拉应力检算（图12）

图12

计算得到最预应力束的最大拉应力为1132MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.65fPk=1209MPa，结构满足规范要求。

7.使用阶段混凝土主压应力检算（图13）

图13

计算得到使用阶段混凝土最大主压应力为9.249MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.6，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.6fck=19.44MPa，结构满足规范要求。

8.持久状况主梁挠度计算

预应力混凝土受弯构件在正常使用极限状态下按短期效应组合，并考虑挠度长期增长系数ηθ，在消除结构自重产生的长期挠度后，主梁最大挠度应符合：

fmax≤L/600，对于C50混凝土η=1.425，计算的到最大挠度值为25.3mm,为计算跨度的L/1178,结构挠度满足要求。

9.支座反力（kN）

表3支点反力（kN）

支点号

支点1

支点2

支点3

支点4

恒载

19483.6

39233.9

37841.8

17525

附加力

Max

1982.7

3668.7

3413.4

1783.9

Min

-1540.6

-4168.9

-3738.4

-1401.1

活载

Max

3037.1

4444.2

4421.9

3035.2

Min

-304.9

-526.4

-517.7

-277.9

组合

Max

24503.4

47346.8

45677.1

22344.1

Min

17638.1

34538.6

33585.7

15846

7B28横梁检算

7.1横梁计算模型

横梁按A类预应力混凝土构件计算。

采用Midascivil建模完成。

将箱梁横向作为平面梁单元进行离散。

计算模型如下图：

图14B28端横梁截面有限元模型离散图

7.2计算荷载

横梁共有6个支座，横梁受力模式采用连续梁，横梁计算按A类预应力混凝土构件考虑。

结构所受恒载：

C50混凝土自重，二期恒载；

活载：

公路Ⅰ级荷载（按剪力荷载计）；

附加力：

《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004中第4.3.10条规定，日照温差按下述要求执行。

升温：

T1＝14.0oc，T2＝5.5oc。

降温：

T1＝-7.0oc，T2＝-2.75oc。

结构计算模式：

纵向荷载通过两条腹板传剪作用在横梁上，假定每条腹板承受的恒载按其分布面积分配，活载换算出一个车道的的反力，考虑多车道折减后按影响线进行加载。

加载模式如下图所示

图16横梁加载模式图

纵向计算连续梁边支座反力：

恒载19483.5kN活载3037.1kN单个端横梁自重4696.2kN

恒载：

P1~P10=（19483.5-4696.2）/10＝1478.7kN

活载单车道反力：

3037.1/6.25＝486.0kN,考虑冲击系数1.4，车轮荷载P=486.0/2=243.0kN

车轮距路缘距离按0.9m考虑。

7.3计算结果

7.3.1端横梁计算结果

1正截面抗弯强度验算

图18

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.1,5.2.3条规定受弯构件正截面抗弯承载能力，满足要求。

2.斜截面抗剪强度验算

图19

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》5.2.7，5.2.9，5.2.10计算各截面抗剪承载能力，满足要求。

3正截面抗裂检算

图20

图21

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-1条规定，A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下

，但在荷载长期效应组合下

，结构满足规范要求。

4斜截面抗裂检算

图22

计算得到最大主拉应力为0.42MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-2条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件σtP≤0.5ftk=1.325，结构满足规范要求。

5.使用阶段受压区混凝土最大压应力检算

图23

计算得到最大压应力为12.1MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件不大于0.5fck=16.2MPa，结构满足规范要求。

6.使用阶段预应力束最大拉应力检算

图24

计算得到最预应力束的最大拉应力为1152.3MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.65fPk=1209MPa，结构满足规范要求。

7.使用阶段混凝土主压应力检算

图25

计算得到使用阶段混凝土最大主压应力为12.6MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.6，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.6fck=19.44MPa，结构满足规范要求。

8B29横梁检算

8.1横梁计算模型

横梁按A类预应力混凝土构件计算。

采用Midascivil建模完成。

将箱梁横向作为平面梁单元进行离散。

计算模型如下图：

图14B29端横梁截面有限元模型离散图

8.2计算荷载

横梁共有4个支座，横梁受力模式采用连续梁，横梁计算按A类预应力混凝土构件考虑。

结构所受恒载：

C50混凝土自重，二期恒载；

活载：

公路Ⅰ级荷载（按剪力荷载计）；

附加力：

《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004中第4.3.10条规定，日照温差按下述要求执行。

升温：

T1＝14.0oc，T2＝5.5oc。

降温：

T1＝-7.0oc，T2＝-2.75oc。

结构计算模式：

纵向荷载通过两条腹板传剪作用在横梁上，假定每条腹板承受的恒载按其分布面积分配，活载换算出一个车道的的反力，考虑多车道折减后按影响线进行加载。

加载模式如下图所示

图16横梁加载模式图

纵向计算连续梁边支座反力：

恒载39233.9kN活载4444.2kN单个中横梁自重6067.9kN

恒载：

P1~P10=（39233.9-6067.9）/10＝3316.6kN

考虑冲击系数1.4，车轮荷载P=355.5kN

车轮距路缘距离按0.9m考虑。

8.3计算结果

7.3.1端横梁计算结果

1正截面抗弯强度验算

图18

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.1,5.2.3条规定受弯构件正截面抗弯承载能力，满足要求。

2.斜截面抗剪强度验算

图19

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》5.2.7，5.2.9，5.2.10计算各截面抗剪承载能力，满足要求。

3正截面抗裂检算

图20

图21

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-1条规定，A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下

，但在荷载长期效应组合下

，结构满足规范要求。

4斜截面抗裂检算

图22

计算得到最大主拉应力为0.42MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-2条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件σtP≤0.5ftk=1.325，结构满足规范要求。

5.使用阶段受压区混凝土最大压应力检算

图23

计算得到最大压应力为12.1MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件不大于0.5fck=16.2MPa，结构满足规范要求。

6.使用阶段预应力束最大拉应力检算

图24

计算得到最预应力束的最大拉应力为1172.2MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.65fPk=1209MPa，结构满足规范要求。

7.使用阶段混凝土主压应力检算

图25

计算得到使用阶段混凝土最大主压应力为12.6MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.6，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.6fck=19.44MPa，结构满足规范要求。

9B30横梁检算

9.1横梁计算模型

横梁按A类预应力混凝土构件计算。

采用Midascivil建模完成。

将箱梁横向作为平面梁单元进行离散。

计算模型如下图：

图14B30端横梁截面有限元模型离散图

9.2计算荷载

横梁共有4个支座，横梁受力模式采用连续梁，横梁计算按A类预应力混凝土构件考虑。

结构所受恒载：

C50混凝土自重，二期恒载；

活载：

公路Ⅰ级荷载（按剪力荷载计）；

附加力：

《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004中第4.3.10条规定，日照温差按下述要求执行。

升温：

T1＝14.0oc，T2＝5.5oc。

降温：

T1＝-7.0oc，T2＝-2.75oc。

结构计算模式：

纵向荷载通过两条腹板传剪作用在横梁上，假定每条腹板承受的恒载按其分布面积分配，活载换算出一个车道的的反力，考虑多车道折减后按影响线进行加载。

加载模式如下图所示

图16横梁加载模式图

纵向计算连续梁中支座反力：

恒载37842.0kN，活载4421.9kN，单个中横梁自重5480.6kN

恒载加附加力：

P1~P9=（37842-5480.6）/9＝3595.7kN

考虑冲击系数1.4，车轮荷载单个轮重P=353.8kN

车轮距路缘距离按0.9m考虑。

9.3计算结果

7.3.1端横梁计算结果

1正截面抗弯强度验算

图18

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.1,5.2.3条规定受弯构件正截面抗弯承载能力，满足要求。

2.斜截面抗剪强度验算

图19

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》5.2.7，5.2.9，5.2.10计算各截面抗剪承载能力，满足要求。

3正截面抗裂检算

图20

图21

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-1条规定，A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下

，但在荷载长期效应组合下

，结构满足规范要求。

4斜截面抗裂检算

图22

计算得到最大主拉应力为0.42MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-2条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件σtP≤0.5ftk=1.325，结构满足规范要求。

5.使用阶段受压区混凝土最大压应力检算

图23

计算得到最大压应力为12.1MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件不大于0.5fck=16.2MPa，结构满足规范要求。

6.使用阶段预应力束最大拉应力检算

图24

计算得到最预应力束的最大拉应力为1157.9MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.65fPk=1209MPa，结构满足规范要求。

7.使用阶段混凝土主压应力检算

图25

计算得到使用阶段混凝土最大主压应力为12.6MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.6，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.6fck=19.44MPa，结构满足规范要求。

10B31横梁检算

10.1横梁计算模型

横梁按A类预应力混凝土构件计算。

采用Midascivil建模完成。

将箱梁横向作为平面梁单元进行离散。

计算模型如下图：

图14B31端横梁截面有限元模型离散图

10.2计算荷载

横梁共有4个支座，横梁受力模式采用连续梁，横梁计算按A类预应力混凝土构件考虑。

结构所受恒载：

C50混凝土自重，二期恒载；

活载：

公路Ⅰ级荷载（按剪力荷载计）；

附加力：

《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004中第4.3.10条规定，日照温差按下述要求执行。

升温：

T1＝14.0oc，T2＝5.5oc。

降温：

T1＝-7.0oc，T2＝-2.75oc。

结构计算模式：

纵向荷载通过两条腹板传剪作用在横梁上，假定每条腹板承受的恒载按其分布面积分配，活载换算出一个车道的的反力，考虑多车道折减后按影响线进行加载。

加载模式如下图所示

图16横梁加载模式图

纵向计算连续梁边支座反力：

恒载17525.1kN活载3035.2kN单个端横梁自重3448.7kN

恒载：

P1~P9=（17525.1-3448.7）/9＝1564.0kN

考虑冲击系数1.4，车轮荷载P=242.8kN

车轮距路缘距离按0.9m考虑。

10.3计算结果

7.3.1端横梁计算结果

1正截面抗弯强度验算

图18

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》第5.2.1,5.2.3条规定受弯构件正截面抗弯承载能力，满足要求。

2.斜截面抗剪强度验算

图19

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》5.2.7，5.2.9，5.2.10计算各截面抗剪承载能力，满足要求。

3正截面抗裂检算

图20

图21

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-1条规定，A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下

，但在荷载长期效应组合下

，结构满足规范要求。

4斜截面抗裂检算

图22

计算得到最大主拉应力为0.42MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》6.3.1-2条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件σtP≤0.5ftk=1.325，结构满足规范要求。

5.使用阶段受压区混凝土最大压应力检算

图23

计算得到最大压应力为12.1MPa。

按照A类预应力混凝土构件设计，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5条规定在作用（或荷载）短期效应组合下构件不大于0.5fck=16.2MPa，结构满足规范要求。

6.使用阶段预应力束最大拉应力检算

图24

计算得到最预应力束的最大拉应力为1166.3MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.5，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.65fPk=1209MPa，结构满足规范要求。

7.使用阶段混凝土主压应力检算

图25

计算得到使用阶段混凝土最大主压应力为12.6MPa，根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》7.1.6，使用阶段预应力混凝土受弯构件预应力钢筋最大拉应力不大于0.6fck=19.44MPa，结构满足规范要求。