变截面连续梁完整计算书.docx

1、变截面连续梁完整计算书一、 工程概况上部结构采用预应力混凝土变截面连续箱梁，为双幅结构。单幅箱梁采用单箱单室截面，箱梁顶板宽11.99m，底板宽为6.99米，箱梁顶板设置1.5%的横坡。边跨端部及中跨跨中梁高均为2.0m（以梁体中心线为准），箱梁根部梁高为4.0米，梁高从2.0m到箱梁根部按1.5次抛物线规律变化；边跨端部及中跨跨中底板厚度为0.25米，箱梁悬臂根部底板厚度为0.6米，箱梁底板厚度从2.0m到悬臂根部按1.5次抛物线规律变化。箱梁腹板在3.5m长度内由0.45米直线变化至0.6米。桥台采用重力式U型桥台，桥台与道路中心线正交布置。桥台扩大基础应嵌入中风化岩面不少于0.5m，同时

2、应满足基底持力层抗压承载力要求，桩基础应嵌入中风化岩层长度不小与2.5倍桩径，桥台台身采用C25片石混凝土浇筑，台帽混凝土采用C30钢筋混凝土。台后的填料采用压实度不小于96%的砂卵石，回填时应预设隔水层或排水盲沟。桥墩均采用钢筋混凝土八棱形截面，基础采用桩基接承台。桥墩墩身截面为3.52.0m，截面四角对应切除7050cm倒角。墩顶设盖梁，桥墩盖梁尺寸为6.99m(长)2.4m(宽)2.6m(高)，承台尺寸为8.4m(长)3.4m(宽)2.5m。每个承台接两根直径2.0m的桩基。所有的桩基础均采用嵌岩桩，用人工挖孔成桩。桩基础应嵌入完整的中风化岩面不少于3倍桩径，并要求嵌岩岩石襟边宽度大于3

3、.0m，同时应满足基底持力层岩石抗压强度要求。桥型布置见图1 桥型立面布置图。图1 桥型立面布置图二、主要技术标准汽车荷载：公路I级。人群荷载：3.5 KN/m2。2.4.桥梁宽度：2.5. 纵坡、横坡：三、设计规范3.1.城市桥梁设计准则（CJJ1193）。3.2.公路桥涵设计通用规范（JTG D602004）。3.3.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）。3.4.公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D632007）。3.5.公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）。3.6.公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）。四、主要材料及计算参

4、数 4.1混凝土、C50混凝土（用于主梁及桥墩盖梁）弹性模量：3.45104 Mpa，剪变模量：1.38104 Mpa轴心抗压强度设计值：fcd=22.4 Mpa，轴心抗拉强度设计值：ftd=1.83 Mpa泊松比：0.2，线膨胀系数: 1.010-5/C容重：=26.0 KN/m3、C40混凝土（用于桥墩）弹性模量：3.25104 Mpa，剪变模量：1.30104 Mpa轴心抗压强度设计值：fcd=18.4 Mpa，轴心抗拉强度设计值：ftd=1.65 Mpa泊松比：0.2，线膨胀系数: 1.010-5/C容重：=25.0 KN/m3、C30混凝土（用于承台及桩基础）弹性模量：3.0104

5、Mpa，剪切模量：1.20104 Mpa轴心抗压强度设计值：fcd=13.8 Mpa，轴心抗拉强度设计值：ftd=1.39 Mpa泊桑比：0.2，线膨胀系数: 1.010-5/C容重：=25.0 KN/m3、C25片石混凝土（用于桥台）弹性模量：2.80104 Mpa，剪切模量：1.12104 Mpa泊桑比：0.2，线膨胀系数: 1.010-5/C容重：=24.0 KN/m3、桥面沥青混凝土铺装 =24.0 KN/m34.2普通钢筋、HPB、4.3 预应力钢材、预应力采用符合预应力混凝土用钢绞线（GB/T 5224-2003）中规定的预应力钢绞线。五、结构计算分析5.1 结构分析5.1.1 计

6、算软件上部结构纵向计算采用MIDAS(2010版)程序进行，横向计算采用桥梁博士(V3.00)（正式版）程序进行，横梁计算采用上部结构计算所得出反力，用桥梁博士(V3.00)（正式版）程序进行计算；下部结构采用手工计算。5.1.2结构整体模型概况计算模型共有节点82个，单元81个。主桥各部位边界条件，根据结构实际情况进行模拟,支座采用约束释放的点支撑；主桥结构纵向静力计算分析以平面杆系理论为基础，采用MIDAS(2010版)进行结构分析。结构离散图见图2整体静力计算结构离散图。图2整体静力计算结构离散图5.2上部结构整体计算现浇预应力混凝土主梁按全预应力混凝土构件设计，因主梁采用支架现浇施工，

7、主梁仅验算成桥后的运营阶段。横向计算取运营阶段纵向桥长1m梁段，按照支撑设在腹板底端的横向框架为结构模型，采用平面杆系理论进行计算。5.3下部结构计算下部结构根据上部结构支反力计算结果进行计算。六、成桥阶段荷载分项及计算参数6.1 永久作用效应6.1.1 一期荷载主梁各个构件均按实际重量加载。6.1.2 二位置项目体积(m3)重量(kN)4.5m人行道人行道系1.2130.25人行道栏杆人行道栏杆3.87.5m宽车行道桥面铺装9cm沥青混凝土0.67516.28.63二期荷载合计(kN/m)58.96.1.3 混凝土收缩及徐变作用按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2

8、004）取值；计算中分别考虑成桥阶段、使用10年时的收缩徐变对结构的影响并指导设计。6.2 可变荷载效应6.2.1 汽车荷载效应 车道荷载车道荷载：公路I级车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5kN/m；60m主跨集中荷载标准值按规范取为Pk360KN,其它跨径按规范规定直线内差取得。计算剪力效应时，集中荷载标准值Pk应乘以1.2的系数。冲击系数：车道荷载冲击系数根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)第4.3.2条取值计算。6.2.2人群荷载整体计算人群荷载标准值：3.54.3=15.05kN/m(人行道宽度4.5m)。6.2.3整体温度作用按计算6.2.4梯度温度作用本桥铺装

9、为9cm沥青混凝土，按公路桥涵设计通用规范（JTGD60-2004）表4.3.10-3内插计算得：正温差梯度,桥面板表面最高温度T=15.2,离箱顶10cm取T=5.74，离箱顶40cm取T=0；负温差梯度,竖向日照反温差为正温差乘以-0.5，即箱顶取T=7.6,离箱顶10cm取T=2.87，离箱顶40cm取T=0。见下图3竖向梯度温度取值图3竖向梯度温度取值6.2.5 汽车制动力采用165kN或者10%车道荷载，并取两者中的较大值，但不包括冲击力；以两条车道为准，制动力为一个车道的2倍。七、主梁主要计算分析结果7.1运营阶段主梁承载能力极限状态分析结果 1、主梁内力及相应抗力弯矩包络图持久状

10、况承载能力极限状态验算取荷载组合，主梁的内力及相应抗力见下图4：图4主梁内力及相应抗力弯矩包络图 (单位: KN-m)由以上图表可知，主梁弯矩抗力均大于相应包络图内力，抗弯承载力满足要求。2、主梁剪力及相应抗力包络图持久状况承载能力极限状态验算取荷载组合，主梁的剪力及相应抗力见图5：图5主梁剪力及相应抗力包络图 (单位: KN)由以上图表可知，主梁剪力抗力均大于相应包络剪力，抗剪承载力满足要求。7.1.3 运营阶段主梁正常使用极限状态分析结果 1、抗裂验算根据规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）第6.3条抗裂验算的规定，正截面抗裂需满足在荷载短期效应组合下，混

11、凝土抗裂验算边缘法向拉应力不大于0.8倍预应力在抗裂验算边缘产生的压应力；斜截面抗裂验算需满足混凝土主拉应力不大于0.4倍混凝土抗拉强度标准值。在短期效应组合作用下，主梁的上、下缘最小正应力为1.202MPa，为压应力，可知正截面抗裂验算满足要求。主梁的最大主拉应力为0.77MPa，规范规定的限值为：0.42.651.06 MPa，可知斜截面抗裂验算满足要求。2、应力验算根据规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）第7.1条应力验算的规定，正截面混凝土最大压应力不大于0.5倍混凝土抗压强度标准值，预应力钢铰线的最大拉应力不大于0.65倍的钢铰线抗拉强度标准值。斜截

12、面混凝土的主压应力不大于0.6倍的混凝土抗压强度标准值。验算荷载为均为荷载标准值组合，详细结果见下表在标准值效应组合作用下，主梁的上、下缘最大正应力为14.4MPa，规范规定的限值为：0.532.416.2MPa，可知正截面压应力验算满足要求。主梁的最大主压应力为14.4MPa，规范规定的限值为：0.632.419.4 MPa，可知斜截面主压应力验算满足要求。3、钢束应力验算根据规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）第7.1条应力验算的规定，预应力钢铰线的沿程最大拉应力不大于0.65倍的钢铰线抗拉强度标准值，即钢铰线沿程最大拉应力不大于0.6518601209

13、MPa。钢铰线沿程最大拉应力均小于1209MPa，拉应力验算满足要求。4、主梁挠度验算按规范规定，主梁挠度应为荷载短期效应组合作用下的长期挠度，挠度长期增长系数按直线内差取为1.425，荷载短期效应组合作用下主梁三跨最大挠度分别为(此挠度已消除结构自重产生的挠度):9.3mm、18.4mm、9.32mm，乘以挠度长期增长系数后结构分别为：13.3mm、26.2mm、13.3mm，与跨径比值分别为：1/3018、1/2288、1/3012，满足规范规定的1/300及1/600的要求。7.1.4 运营阶段主梁横向框架计算分析结果1、结构离散图取1m长的梁段进行分析，横向框架静力计算以平面杆系理论为

14、基础，采用桥梁博士进行结构分析。结构离散见图12：图12 横向静力计算结构离散图2、计算参数(1)预应力混凝土重力密度：26kN/m3，沥青混凝土重力密度：24kN/m3(2)二期恒载：铺装层：0.09x1x242.2kN/m人行道护栏：9.3KN/m人行道系：5.0kN/m (3)底板纵向预应力钢束径向分力计算过程如下： 钢束沿程最大应力1170MPa，底板半径取197m，底板共设4束12S15.2钢铰线，则单根钢束位置的集中钢束径向分力为：TF/R117012139/197/10009.9KN(4)孔道偏差系数：k0.0015(5)孔道摩擦系数：0.15(6)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值

15、（一端）：l6mm(7)混凝土加载龄期：5天(8)竖向日照温差：桥面铺装为9cm的沥青混凝土面层，竖向日照正温差按照公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)表4.3.10-3插值计算，取T1=15.2,T2=5.74；竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。 (9)桥梁结构局部加载采用车辆荷载，车辆荷载冲击系数0.3。3、计算结果(1)强度验算 图13图16中蓝线表示抗力，红线表示荷载包络值，强度验算采用承载能力组合。图13 顶板最大内力及抗力包络图图14 顶板最小内力及抗力包络图图15底板最大内力及抗力包络图图16 底板最小内力及抗力包络图由以上包络图可见，强度验算满足规范要求。(2)裂

16、缝宽度验算图17中蓝线表示截面下缘裂缝宽度，红线表示截面上缘裂缝宽度，单位为mm图17 裂缝宽度验算图由上图可见，整个框架裂缝最大值为0.138mm，规范极限值为0.2mm，满足规范要求。7.1.5 运营阶段横梁计算分析结果1、中横梁验算(1)承载能力极限状态验算中横梁抗弯承载力验算，图18及图19中蓝线表示抗力包络图，红线表示弯矩包络图。图18 中横梁最大弯矩及抗力包络图图19 中横梁最小弯矩及抗力包络图由上图可见，中横梁的抗弯承载能力满足要求。中横梁抗剪承载力验算，箱梁悬臂位置已做横向计算，此处不做抗剪承载力计算，则中横梁抗剪验算结果如下表：验算截面距梁起点距离(m)剪力V箍筋总抗力设计剪

17、力VR/Vd满足尺寸2.5最大剪力-1382.7-1382.7-9931.4 是是2.5最小剪力-1382.7-1382.7-1235.61.1 是是3最大剪力-24401.4-24401.4-5789.94.2 是是3最小剪力-9289.5-9289.5-7002.61.3 是是3.5最大剪力-24401.4-24401.4-8766.52.8 是是3.5最小剪力-24401.4-24401.4-10585.82.3 是是4最大剪力24401.424401.43091.77.9 是是4最小剪力9289.59289.5395.923.5 是是4.5最大剪力24401.424401.42739.

18、48.9 是是4.5最小剪力9289.59289.5102.490.7 是是5最大剪力24401.424401.42385.810.2 是是5最小剪力-33920.6-33920.6-192.1176.5 是是5.5最大剪力24401.424401.41801.813.5 是是5.5最小剪力-24401.4-24401.4-670.936.4 是是6最大剪力24401.424401.41217.720.0 是是6最小剪力-24401.4-24401.4-1196.220.4 是是6.5最大剪力24401.424401.4634.138.5 是是6.5最小剪力-24401.4-24401.4-1

19、725.214.1 是是7最大剪力9289.59289.582.2113.0 是是7最小剪力-24401.4-24401.4-2556.89.5 是是7.5最大剪力-24401.4-24401.4-439.355.5 是是7.5最小剪力-24401.4-24401.4-3140.87.8 是是8最大剪力-24401.4-24401.4-729.833.4 是是8最小剪力-24401.4-24401.4-3724.76.6 是是8.5最大剪力24401.424401.412852.41.9 是是8.5最小剪力24401.424401.478193.1 是是9最大剪力9289.59289.5808

20、1.51.1 是是9最小剪力9289.59289.548071.9 是是9.5最大剪力9289.59289.52367.43.9 是是9.5最小剪力9289.59289.545.2205.5 是是由以上表格可知，中横梁抗剪承载力满足要求。(2)裂缝验算 图20中红线表示截面上缘裂缝宽度值，单位为mm。图20 中横梁裂缝宽度包络图计算结果显示截面下缘的裂缝宽度均小于0.01mm，由上图可知，中横梁上缘的最大裂缝宽度为0.16mm，小于规范极限值0.2mm，满足要求。2、端横梁验算(1)承载能力极限状态验算端横梁抗弯承载力验算，图21及图22中蓝线表示抗力包络图，红线表示弯矩包络图。图21端横梁最

21、大弯矩及抗力包络图图22端横梁最小弯矩及抗力包络图由上图可见，端横梁的抗弯承载能力满足要求。端横梁抗剪承载力验算，箱梁悬臂位置已做横向计算，此处不做抗剪承载力计算，则端横梁抗剪验算结果如下表：验算截面距梁起点距离(m)剪力V箍筋总抗力设计剪力VR/Vd抗剪是否满足尺寸是否满足2.5最大剪力-1548.4-1548.4-192.78.037是是2.5最小剪力-1548.4-1548.4-268.95.758是是3最大剪力-5649.7-5649.7-1331.44.243是是3最小剪力-5649.7-5649.7-1644.63.435是是3.5最大剪力-5649.7-5649.7-1838.3

22、3.073是是3.5最小剪力-5649.7-5649.7-2262.62.497是是4最大剪力5649.75649.7965.75.85是是4最小剪力-5649.7-5649.7-215.526.219是是4.5最大剪力5649.75649.7878.36.433是是4.5最小剪力-5649.7-5649.7-288.319.595是是5最大剪力5649.75649.7790.17.15是是5最小剪力-5649.7-5649.7-361.715.62是是5.5最大剪力5649.75649.7581.99.709是是5.5最小剪力-5649.7-5649.7-531.110.638是是6最大剪力

23、5649.75649.7373.815.113是是6最小剪力-5649.7-5649.7-724.97.794是是6.5最大剪力5649.75649.7180.231.353是是6.5最小剪力-5649.7-5649.7-934.86.044是是7最大剪力-5649.7-5649.7-13.4420.177是是7最小剪力-5649.7-5649.7-1285.84.394是是7.5最大剪力-5649.7-5649.7-205.127.545是是7.5最小剪力-5649.7-5649.7-14943.782是是8最大剪力-5649.7-5649.7-275.120.539是是8最小剪力-5649

24、.7-5649.7-1702.73.318是是8.5最大剪力5649.75649.73411.31.656是是8.5最小剪力5649.75649.71838.43.073是是9最大剪力5649.75649.73322.11.701是是9最小剪力5649.75649.717643.203是是9.5最大剪力1542.61542.61423.41.084是是9.5最小剪力1542.61542.6191.88.042是是由以上表格可知，端横梁抗剪承载力满足要求。(2)裂缝验算 图23中红线表示端横梁截面上缘裂缝宽度值，单位为mm。图23 中横梁裂缝宽度包络图计算结果显示截面下缘的裂缝宽度均小于0.01

25、mm，由上图可知，中横梁上缘的最大裂缝宽度为0.15mm，小于规范极限值0.2mm，满足要求。八、下部结构验算结果8.1 桥墩盖梁验算1、承载能力极限状态验算 本桥盖梁采用预应力混凝土结构，配置Y1和Y2两种钢铰线，施工顺序为：第一施工阶段：搭好支架、定位模板，绑扎钢筋、定位预应力波纹管、浇注混凝土；第二施工阶段：待盖梁混凝土强度达到90，且养护时间不小于5天，张拉Y2钢铰线；第三施工阶段：浇注箱梁第四施工阶段：张拉盖梁Y1钢铰线第五施工阶段：施工主梁上铺装、人行道、护栏等二期恒载。根据预应力盖梁的施工顺序，需验算第二五施工阶段和成桥运营阶段。a、施工阶段验算第二施工阶段盖梁正截面的正应力如图

26、24，红色表示截面上缘应力，蓝色表示截面下缘应力。图24 盖梁第二施工阶段截面上、下缘应力图第三施工阶段盖梁正截面的正应力如图24，红色表示截面上缘应力，蓝色表示截面下缘应力。图25 盖梁第三施工阶段截面上、下缘应力图第四施工阶段盖梁正截面的正应力如图24，红色表示截面上缘应力，蓝色表示截面下缘应力。图26 盖梁第四施工阶段截面上、下缘应力图第五施工阶段盖梁正截面的正应力如图24，红色表示截面上缘应力，蓝色表示截面下缘应力。图27 盖梁第五施工阶段截面上、下缘应力图根据规范公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D622004）第7.2条应力验算的规定，盖梁在施工阶段荷载作用下，截面

27、边缘的法向压应力不大于0.7倍施工阶段的混凝土轴心抗压强度标准值，法向拉应力不大于1.15倍施工阶段的混凝土轴心抗拉强度标准值。应力钢铰线的沿程最大拉应力不大于0.65倍的钢铰线抗拉强度标准值。由应力图2527可知，盖梁在施工阶段中，截面上缘最大压应力为7.21MPa0.70.922.414.1MPa，最大拉应力为0.78MPa0.70.91.831.15MPa；截面下缘最大压应力为4.07MPa0.70.922.414.1MPa，最大拉应力为0.70.91.831.15MPa 1.24MPa0.80.91.831.32MPa；截面下缘纵向钢筋配筋率为0.276内插值0.244，故盖梁施工阶段应力及配筋满足要求。b、运营阶段验算运营阶段承载能力验算，结果见图28和图29，图中蓝色线表示弯矩抗力包络值，红色线表示弯矩包络值。图28 盖梁最大弯矩及抗力包络图图29 盖梁最小弯矩及抗力包络图由图28及图29可知，盖梁强度满足要求。运营阶段盖梁抗剪结果见下表：验算截面距梁起点距离 (m)剪力V箍筋V预应力总抗力设计剪力VR/Vd抗剪是否满足尺寸是否满足0最大剪力00000是是0最小剪力00000是是1