一跨118米钢筋混凝土空腹式无铰拱桥设计图及计算报告.docx
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一跨118米钢筋混凝土空腹式无铰拱桥设计图及计算报告
河北省XX园XX桥
1-18m桥梁工程施工图
计
算
报
告
2011年02月
第一章概述……………………………………………………1
第二章上部结构验算…………………………………………2
第三章下部结构验算…………………………………………6
第四章验算结论………………………………………………8
第一章、概述
一、工程概况
本桥位于河北省XX园内。
桥梁中心线与河道中心线为正交，设计桥型为一跨钢筋混凝土无铰拱桥。
桥梁上部结构采用空腹式拱桥,主拱圈跨径18m，矢高2.5m。
桥横断面：
宽7.06m，中间人行道6.1m，两侧护栏各宽0.48m。
桥面不设横坡。
纵坡为1%，竖曲线半径500m，利用纵坡排水。
上部结构：
主拱圈厚40厘米，采用C40钢筋混凝土结构，腹拱厚20厘米，采用C30钢筋混凝土结构，桥面铺装采用3厘米细粒式沥青混凝土+5厘米中粒式沥青混凝土；下面为22cm的钢筋混凝土铺装；再下面为拱桥填料，采用陶粒轻质混凝土，以减轻桥梁结构自重。
下部结构：
桥梁下部采用U台。
桥台后设置止推板，以抵抗水平推力。
U台采用片石混凝土结构，在拱脚的位置采用C40混凝土。
二、主要设计标准
1、设计荷载：
人群荷载:
4.3kPa；
仅用于承载能力校验的校验荷载：
汽车，0.8*公路Ⅱ级。
2、桥面宽度：
0.48m栏杆+6.1m桥面+0.48m栏杆；
3、水位：
正常蓄水位65.5m；
4、地震动峰值加速度：
0.10g。
三、设计依据
1、石家庄市园林规划设计研究院提供的河北省XX园总体设计；
2、保定华北工程勘测设计研究院提供的《河北省XX园桥梁岩土工程勘察报告》
3、《公路工程技术标准》（JTGB01－2003）；
4、《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61－2005）；
5、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）；
6、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62－2004）；
7、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；
8、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000）；
9、《公路工程抗震设计规范》（JTJ004－89）；
10、《公路桥梁抗震设计细则》（JTG∕TB02-01-2008）
11、《城市桥梁设计准则》CJJ11-93。
四、设计参数取值
4.1永久作用
4.1.1结构重力：
一期恒载混凝土容重按26kN/m3计，拱上填料容重按15kN/m3计。
二期恒载桥面护栏按10.3kN/m计，桥面铺装混凝土容重按26kN/m3计，沥青混凝土容重按24kN/m3计。
4.1.2混凝土收缩及徐变作用：
按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）计算,
环境年平均相对湿度RH取80%。
4.1.3基础变位作用：
支撑处约束采用输入竖向位移-5mm、水平位移3mm（-3mm）。
4.2可变作用
4.2.1人群荷载：
4.3kPa。
4.2.2校验荷载：
汽车，0.8*公路Ⅱ级。
4.2.3汽车冲击力：
按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定的方法计算：
冲击系数μ取0.0。
4.2.4温度（均匀温度）作用：
体系升温20℃、体系降温17℃。
第二章、上部结构验算
一、结构离散
钢筋混凝土板拱的静力计算分析采用平面杆系理论，以拱轴线为基准线划分结构离散图，按施工步骤划分数个施工阶段和运营阶段进行计算，总体计算采用《桥梁博士3.2.0》进行计算。
结构模型图见图2-1。
图2-1结构模型
二、验算结果
2.1承载能力验算
荷载基本组合表达式：
《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.1.6－1式,其中各分项系数的取值见《公路桥涵设计通用规范》4.1.6－1式。
2.1.1人群荷载参与组合时承载能力验算结果
图2-2人群荷载参与组合时结构最大抗力及最大抗力对应内力（kN）
图2-3人群荷载参与组合时结构最小抗力及最小抗力对应内力（kN）
2.1.2校验汽车荷载参与组合承载能力验算结果.
图2-4汽车荷载参与组合时结构最大抗力及最大抗力对应内力（kN）
图2-5汽车荷载参与组合时结构最小抗力及最小抗力对应内力（kN）
由以上各计算结果可知，结构承载能力满足要求。
2.2持久状况正常使用极限状态裂缝宽度验算
对于钢筋混凝土构件，在正常使用极限状态下的裂缝宽度，应按作用（或荷载）短期效应组合并考虑长期效应影响进行计算。
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）第6.4.2条规定，钢筋混凝土构件其计算的最大裂缝宽度不应超过下列规定限值。
对应Ⅰ类和Ⅱ类环境，裂缝宽度限值为0.2mm。
程序计算的各截面的裂缝宽度计算结果详见下图：
图2-6结构上下缘最大裂缝宽度（mm）
由以上各计算结果可知，结构最大裂缝宽度满足要求。
2.3持久状况正常使用极限状态挠度验算
根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61－2005）5.1.11条规定，拱桥应按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）规定的作用短期效应组合，在一个桥跨范围内的正负挠度的绝对值之和的最大值不应大于计算跨径的1/1000,对于本桥不应大于18/1000=0.018m。
程序计算的各个作用下结构的挠度见以下各图：
图2-7结构恒载作用下挠度值（m）
图2-8结构收缩作用下挠度值（m）
图2-9结构徐变作用下挠度值（m）
图2-10升温温差作用下挠度值（m）
图2-11降温温差作用下挠度值（m）
图2-11人群荷载作用下向上最大挠度值（m）
图2-12人群荷载作用下向下最大挠度值（m）
根据《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61－2005）5.1.8条规定，温度作用效应乘以0.7的折减系数，混凝土收缩作用乘以0.45的作用效应。
则在短期效应组合下，在一个桥跨范围内的正负挠度的绝对值之和的最大值为：
0.002+0.45×0.004+0.7×0.8×0.007+0.7×0.8×0.006=0.011m，小于规范要求的计算跨径的1/1000。
故结构的挠度满足要求。
第三章、下部结构验算
一、基础上（底）作用力汇总
1.1上部结构支反力
根据上部结构的计算可得各支点反力计算结果如下：
1.2桥台及止推板上作用的静土压力
根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2004）4.2.3条，静土压力计算见下表：
按止推板底计算的土压力
土的内摩擦角φ（°）
30
静土压力系数ξ
0.5
土的重力密度γ（kN/m3）
18
填土顶至基底高度H（m）
6.78
基底处静土压力强度ej（kN/m2）
61.02
H范围内单位宽度的静土压力标准值Ej（kN/m）
206.86
承受土压力宽度B（m）
12
静土压力N（kN）
2482.29
按基础顶3.3m宽度范围内计算的土压力
土的内摩擦角φ（°）
30
静土压力系数ξ
0.5
土的重力密度γ（kN/m3）
18
填土顶至基底高度H（m）
3.77
基底处静土压力强度ej（kN/m2）
33.93
H范围内单位宽度的静土压力标准值Ej（kN/m）
63.96
承受土压力宽度B（m）
3.3
静土压力N（kN）
211.06
故桥台处所受的静土压力大小为2482.29-211.06=2271.23kN，作用点位置：
距离基底0.59m。
1.3基底组合内力
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第1.0.5条规定，对于本桥基础稳定性验算中应采用作用效应基本组合，且结构重要性系数、各效应的分项系数及效应组合系数均取为1。
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第1.0.8条规定，对于本桥竖向承载力验算时，基底的作用效应应按正常使用极限状态的短期组合采用，其中可变荷载的频遇值系数均取为1.0。
根据各分项计算结果，基底组合内力为：
水平力H=1698.8kN
竖直力N=7720kN
弯矩M=4423kN*m
二、基底承载力验算
2.1修正后的地基承载力特征值
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第3.3.4条规定，
[fa]=150+1.5×18×（6-2）+3×18×（4.3-3）=328kPa。
2.2基底最大压应力计算
偏心距eo=0.57m，在基础截面的核心半径内。
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第4.2.2条规定，可得基底最大压应力为pmax=147.9+84.7=232.6kPa＜1×[fa]=328kPa.
故基底承载力满足要求。
三、基底合力偏心距验算
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第4.2.5条规定，基底合力偏心距容许值为：
[eo]=0.75m
偏心距eo=0.57m＜[eo]
故基底合力偏心距满足要求。
三、基础抗滑稳定性验算
止推板底作用的竖直力为：
7535kN
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第4.4.2条及第4.4.3条规定，基础的抗滑动稳定性系数kc=（0.4×（7535+7720）-1698.8）÷1698.8=2.6＞1.2。
故基础的抗滑稳定性满足要求。
第四章、验算结论
根据计算分析，本桥的承载能力、裂缝宽度、挠度、基底承载力，基础抗倾覆稳定性、抗滑稳定性均满足规范要求，结构安全可靠。
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