某大桥结构计算书

1、铜仁帽子坡大桥 结构计算书帽子坡大桥结构计算书1 项目概况1.1 技术标准汽车荷载：公路-I级人群荷载：桥面宽度：2.5(人行道及栏杆)+1.5(非机动车道)+11.25(行车道)+ 1.5(双黄线) +11.25(行车道)+ 1.5(非机动车道)+ 2.5m(人行道及栏杆)，全宽32m；双向六车道。桥头引道：城市主干路II级，计算行车速度50km/h；设计使用寿命：100年；地震作用：地震动峰值加速度小于0.05g，抗震设防措施等级为7级。1.2 施工方案主梁采用满堂支架和大钢管支架现浇，达到设计强度和弹模后按照设计张拉次序进行张拉。2 计算采用的技术规范及软件(1) 公路工程技术标准（JT

2、G B01-2003）(2) 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）(3) 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）(4) 公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）采用Midas civil 2010进行结构分析，并用桥梁博士3.2.0进行验算。3 计算采用的基本资料（1）箱梁按部分预应力混凝土A类构件设计，桥墩按钢筋混凝土偏压构件计算。该桥为城市桥梁，属重要大桥，安全等级为I级。（2）梯度温度按照公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）表4.3.10-3条取值。桥面为10cm沥青混凝土铺装时梯度温度的分布如图1。A、竖向日照正温差

3、B、竖向日照反温差图1 梯度温度 (尺寸单位：mm)（3）收缩、徐变、箱梁有效宽度按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)公式计算。（4）荷载工况组合说明：荷载工况均按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）进行组合，主要组合如下。承载力极限状态组合：1.2自重+1.0收缩徐变+1.4汽车+0.84人群+0.84梯度温度+0.84制动力+0.5基础变位1.2自重+1.0收缩徐变+1.4汽车+0.98人群+0.98梯度温度+0.5基础变位1.2自重+1.0收缩徐变+1.4汽车+0.98人群+0.98制动力+0.5基础变位1.2自重+1.0收缩徐变+1.4汽

4、车+1.12人群+0.5基础变位正常使用极限状态短期效应组合：1.0自重+1.0收缩徐变+0.7汽车+1.0人群+0.8梯度温度+1.0制动力+1.0基础变位 1.0自重+1.0收缩徐变+0.7汽车+1.0人群正常使用极限状态长期效应组合：1.0自重+1.0收缩徐变+0.4汽车+0.4人群+0.8梯度温度+1.0制动力+1.0基础变位 1.0自重+1.0收缩徐变+0.4汽车+0.4人群短暂状况构件应力计算按标准值组合。以上仅为主要组合，各控制断面最不利组合由以上各荷载相互组合值确定。4 计算图式及计算荷载4.1 计算图式图2 midas计算模型采用Midas civil 2010 对全桥进行全

5、过程空间静力仿真分析，并用桥梁博士V3.2.0进行平面计算，箱梁按部分预应力混凝土A类构件设计，桥墩按钢筋混凝土偏压构件计算。全桥共116个单元，125个节点。计算中考虑的荷载及作用包括：结构自重、基础变位、预应力荷载、温度梯度、活载、汽车制动力、二期恒载。4.2 混凝土及钢筋参数表1 混凝土材料参数 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)C503450026.51.00E-0532.42.6522.41.83表注：表中标准值、设计值栏分别列出混凝土轴心抗压强度和轴心抗拉强度。表2 普通钢筋材料参数普

6、通钢筋弹性模量(MPa)容重(kN/m3)fsk(MPa)fsd(MPa)f'sd(MPa)HRB33520000078.5335280280表注： fsk、fsd、f'sd分别为抗拉强度标准值、抗拉强度设计值、抗压强度设计值。表3 预应力钢束材料参数类型弹性模量(MPa)容重(kN/m3)线膨胀系数fpk(MPa)fpd(MPa)f'pd(MPa)钢绞线1×719500078.51.20E-0518601260390表注： fpk为抗拉强度标准值；fpd为抗拉强度设计值；f'pd为抗压强度设计值。4.3 二期恒载桥面系（含人行道纵梁、人行道板、人行道

7、栏杆、桥面铺装）按81kN/m计算，合力作用点偏离路线中线外侧0.73m。4.4 制动力本桥为双向三车道，汽车制动力按主桥范围内的一行汽车车队10%计算，为386kN。4.5 基础变位桥台处基础变位按5mm考虑，中墩按10mm考虑。5 计算结果5.1 主梁计算结果5.1.1 持久状况承载能力极限状态计算（1）箱梁抗弯承载力验算表4列出了较不利的几个单元，其余未列出的单元均满足规范要求。表4 箱梁抗弯承载力验算单元位置最大/最小roMd(kN*m)R(kN*m)截面强度系数=R/roMd受压区高度最小配筋率9J10最大31195 44893 1.439 满足满足10J11最大32951 4515

8、7 1.370 满足满足10I10最大31195 44893 1.439 满足满足11J12最大34059 45301 1.330 满足满足11I11最大32951 45157 1.370 满足满足12J13最大34523 45480 1.317 满足满足12I12最大34059 45301 1.330 满足满足13I13最大34524 45480 1.317 满足满足13J14最大34348 45569 1.327 满足满足14I14最大34348 45569 1.327 满足满足14J15最大33536 44789 1.336 满足满足15J16最大32092 40053 1.248 满足

9、满足15I15最大33536 44789 1.336 满足满足16J17最大30019 37369 1.245 满足满足16I16最大32092 40050 1.248 满足满足17J18最大27319 31134 1.140 满足满足17I17最大30019 37367 1.245 满足满足18I18最大27319 31129 1.139 满足满足18J19最大24017 29422 1.225 满足满足19I19最大24017 29419 1.225 满足满足19J20最大20663 28725 1.390 满足满足20I20最大20663 28724 1.390 满足满足32J33最小-

10、136792 194141 1.419 满足满足33I33最小-136792 194141 1.419 满足满足43J44最大28792 42781 1.486 满足满足45J46最大42693 57933 1.357 满足满足46J47最大48913 63066 1.289 满足满足46I46最大42693 57937 1.357 满足满足48J49最大59913 88622 1.479 满足满足49J50最大64799 87914 1.357 满足满足49I49最大59913 88622 1.479 满足满足52J53最大76175 108747 1.428 满足满足53J54最大7883

11、9 107338 1.361 满足满足53I53最大76175 108747 1.428 满足满足54J55最大81060 106212 1.310 满足满足54I54最大78839 107338 1.361 满足满足55J56最大82753 105368 1.273 满足满足55I55最大81060 106212 1.310 满足满足56J57最大83882 104805 1.249 满足满足56I56最大82753 105368 1.273 满足满足57J58最大84447 104523 1.238 满足满足57I57最大83882 104805 1.249 满足满足58J59最大8451

12、7 104487 1.236 满足满足58I58最大84447 104523 1.238 满足满足表注：ro为重要性系数，取ro=1.1；Md为弯矩组合设计值；R为抗弯承载力设计值， 即满足规范要求。表4所列表明，箱梁承载力、受压区高度及最小配筋率均满足规范要求。（2）箱梁抗剪承载力验算表5 箱梁抗剪承载力验算单元位置最大/最小验算roVd(kN)R(kN)截面强度系数=R/roVd截面验算2I2最小OK-7635 10284 1.347 OK2J3最小OK-7031 9938 1.413 OK3I3最小OK-7031 9938 1.413 OK20J21最大OK7260 10540 1.45

13、2 OK24J25最大OK9679 13766 1.422 OK27J28最大OK11547 15108 1.308 OK28J29最大OK12181 15720 1.290 OK28I28最大OK11545 15231 1.319 OK29J30最大OK12822 15872 1.238 OK29I29最大OK12179 15844 1.301 OK31J32最大OK14723 17099 1.161 OK31I31最大OK13597 17583 1.293 OK32I32最大OK14723 17099 1.161 OK33J34最小OK-16510 17102 1.036 OK34I34最

14、小OK-16510 17102 1.036 OK34J35最小OK-15395 18049 1.172 OK36I36最小OK-14631 17020 1.163 OK36J37最小OK-14003 17320 1.237 OK37I37最小OK-14005 17196 1.228 OK37J38最小OK-13382 16572 1.238 OK38I38最小OK-13384 16449 1.229 OK38J39最小OK-12767 18270 1.431 OK39I39最小OK-12769 18148 1.421 OK41I41最小OK-11555 14100 1.220 OK41J42最

15、小OK-10955 13558 1.238 OK42I42最小OK-10956 13473 1.230 OK42J43最小OK-10360 14810 1.430 OK43J44最小NG-9769 13670 1.399 NG43I43最小OK-10361 14726 1.421 OK45J46最小OK-8599 11228 1.306 OK45I45最小OK-9183 12371 1.347 OK46J47最小OK-8020 10110 1.261 OK表注：Vd为剪力组合设计值，R为抗剪承载力设计值，即满足规范要求。“截面验算”指箱梁是否满足JTG D62-2004规范式（5.2.9）。表

16、5列出了较不利的几个单元，其余未列出的单元均满足规范要求。表中数据表明，箱梁斜截面抗剪承载力及截面验算均满足规范要求。5.1.2 持久状况正常使用极限状态计算（1）箱梁正截面抗裂验算按规范JTG D62-2004第6.3.1-1条，A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下应满足：；在荷载长期效应组合下：表6 短期效应作用下箱梁正截面抗裂验算单元位置上缘(Mpa)下缘(Mpa)左上缘(Mpa)左下缘(Mpa)右上缘(Mpa)右下缘(Mpa)10J110.528 4.697 2.698 4.728 0.479 4.667 11J120.425 4.797 2.620 4.824 0.3

17、78 4.769 11I110.521 4.701 2.695 4.731 0.469 4.671 12J130.275 4.942 2.509 4.967 0.229 4.918 12I120.416 4.801 2.616 4.829 0.365 4.774 13J143.843 5.038 1.285 5.058 -0.053 5.016 13I133.940 4.942 1.360 4.965 0.039 4.916 14I143.867 5.027 1.295 5.046 -0.030 5.004 14J153.890 4.970 1.292 4.986 -0.002 4.951 1

18、5I153.915 4.958 1.303 4.973 0.023 4.938 15J160.265 4.847 2.438 4.862 2.177 4.833 16I160.251 4.853 2.431 4.868 2.163 4.840 16J177.895 0.386 3.898 0.399 4.013 0.373 17J188.267 -0.101 4.153 -0.090 4.390 -0.109 17I177.925 0.370 3.912 0.383 4.041 0.357 18J198.392 -0.307 4.248 -0.298 4.520 -0.311 18I188.2

19、98 -0.118 4.168 -0.107 4.421 -0.126 19I198.424 -0.323 4.264 -0.314 4.552 -0.328 19J208.216 -0.168 4.137 -0.162 4.348 -0.169 20I208.248 -0.183 4.154 -0.177 4.381 -0.185 20J217.837 0.198 3.881 0.200 3.973 0.198 31J320.250 4.272 2.172 4.268 0.255 4.276 32J33-0.211 4.760 1.800 4.755 -0.204 4.765 32I320.

20、250 4.272 2.172 4.268 0.255 4.276 33I33-0.211 4.760 1.819 4.768 -0.223 4.752 33J340.312 4.199 2.239 4.207 0.301 4.191 34I340.312 4.199 2.239 4.207 0.301 4.191 41J428.368 0.361 4.395 0.353 4.523 0.375 42J438.635 0.029 4.566 0.023 4.791 0.044 42I428.335 0.374 4.379 0.366 4.490 0.388 43J448.705 -0.119

21、4.584 -0.125 4.862 -0.103 43I438.602 0.044 4.550 0.037 4.758 0.059 46J478.505 0.449 4.427 0.444 4.654 0.458 表注：表中拉应力为负，压应力为正；表中各项应力均为。表7 长期效应作用下箱梁正截面抗裂验算单元位置上缘(Mpa)下缘(Mpa)左上缘(Mpa)左下缘(Mpa)右上缘(Mpa)右下缘(Mpa)3J42.394 2.035 2.390 2.077 2.334 1.994 4I42.394 2.032 2.389 2.074 2.333 1.990 16J173.994 1.972 3.

22、691 1.985 3.979 1.962 17J184.338 1.515 3.919 1.526 4.330 1.510 17I173.993 1.972 3.691 1.984 3.978 1.962 18J194.449 1.322 3.993 1.331 4.446 1.321 18I184.338 1.515 3.918 1.526 4.329 1.510 19I194.449 1.323 3.993 1.331 4.446 1.322 19J204.269 1.460 3.869 1.465 4.270 1.462 20I204.269 1.461 3.869 1.466 4.2

23、70 1.462 20J213.895 1.812 3.604 1.813 3.899 1.816 42J434.481 1.836 4.123 1.828 4.503 1.853 43J444.484 1.769 4.103 1.760 4.508 1.787 43I434.481 1.835 4.123 1.827 4.503 1.852 表注：表中拉应力为负，压应力为正；表中各项应力均为。表6、表7列出了最不利截面的法向拉应力，表中数据表明箱梁短期效应、长期效应作用下，箱梁法向拉应力满足规范要求。（2）箱梁斜截面抗裂验算A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下，现场浇筑构件，

24、主拉应力应满足：表8 箱梁斜截面抗裂验算单元位置最大主拉应力(MPa)容许值(MPa)15J16-0.674 -1.32516J17-0.933 -1.32516I16-0.699 -1.32517I17-0.958 -1.32517J18-0.735 -1.32518I18-0.764 -1.32520J21-0.561 -1.32529J30-0.567 -1.32529I29-0.516 -1.32531J32-0.746 -1.32531I31-0.716 -1.32532J33-0.891 -1.32532I32-0.746 -1.32533J34-0.976 -1.32534I34

25、-0.976 -1.32534J35-0.873 -1.32536I36-0.639 -1.32536J37-0.538 -1.32537J38-0.512 -1.32541J42-0.617 -1.32541I41-0.616 -1.32542I42-0.547 -1.32546J47-0.835 -1.32549J50-0.780 -1.325表注：表中拉应力为负，压应力为正表8列出了最不利截面的斜截面主拉应力，表中数据表明箱梁斜截面主拉应力满足规范要求。（3）挠度验算箱梁在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响，即按短期组合和规范规定的刚度计算的挠度值，乘以挠度长期效应增长系数，在消除结

26、构自重产生的长期挠度后梁式桥主梁的最大挠度不应超过计算跨径的1/600。表9 箱梁挠度验算 验算位置短期效应组合最大值(mm)挠度长期效应增长系数自重产生的挠度(mm)消除结构自重产生的长期挠度后的挠度（mm）跨中-43.21.425-34.4-12.5表注：挠度向上为正，向下为负。表9所列，箱梁在消除结构自重影响后，按短期效应组合并考虑长期效应增长系数的最大挠度为12.5mm<50000/600=83mm。结构刚度满足规范要求。5.1.3 持久状况和短暂状况构件的应力计算（1）持久状况正截面混凝土法向压应力按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范（JTG D62-2004）第7.1.5

27、-1条，混凝土的最大法向压应力应满足：表10 箱梁正截面法向压应力验算单元位置上缘(Mpa)下缘(Mpa)左上缘(Mpa)左下缘(Mpa)右上缘(Mpa)右下缘(Mpa)25J2610.681 1.050 5.851 1.064 5.837 1.042 25I2510.662 1.204 5.825 1.222 5.812 1.191 26I2610.720 1.033 5.869 1.047 5.877 1.025 26J2710.674 1.093 5.863 1.103 5.835 1.087 27I2710.712 1.078 5.880 1.089 5.873 1.073 27J28

28、10.325 1.494 5.605 1.499 5.489 1.490 28I2810.362 1.481 5.621 1.488 5.527 1.478 37J3810.308 1.370 5.562 1.378 5.472 1.367 38J3910.568 1.027 5.743 1.036 5.733 1.025 38I3810.272 1.383 5.546 1.390 5.435 1.379 39J4010.551 0.943 5.701 0.952 5.718 0.942 39I3910.531 1.042 5.726 1.050 5.695 1.039 40J4110.582

29、 0.946 5.710 0.955 5.748 0.945 40I4010.512 0.960 5.683 0.968 5.679 0.958 47J4810.080 2.308 5.337 2.319 5.230 2.293 48J4910.439 2.093 5.593 2.107 5.586 2.077 48I4810.046 2.322 5.322 2.333 5.196 2.308 49J5011.064 1.556 6.015 1.572 6.210 1.540 49I4910.404 2.107 5.577 2.121 5.552 2.091 50J5111.435 4.021

30、 6.743 4.056 6.548 3.981 50I5011.221 4.111 6.600 4.146 6.335 4.072 51J5211.659 3.975 6.911 4.012 6.771 3.935 51I5111.407 4.032 6.731 4.067 6.521 3.993 52J5312.101 3.654 7.212 3.692 7.213 3.614 52I5211.633 3.986 6.900 4.023 6.746 3.946 53J5412.642 3.169 7.563 3.209 12.612 3.129 53I5312.076 3.665 7.20

31、1 3.703 12.047 3.625 54J5513.135 2.715 7.876 2.755 13.095 2.674 54I5412.621 3.179 7.553 3.219 12.582 3.140 55J5613.528 2.354 8.123 2.394 13.480 2.313 55I5513.118 2.723 7.868 2.763 13.071 2.683 56J5713.795 2.113 8.290 2.153 13.741 2.072 56I5613.515 2.360 8.117 2.400 13.462 2.320 57J5813.926 1.999 8.3

32、73 2.040 13.869 1.959 57I5713.787 2.116 8.287 2.157 13.730 2.076 58J5913.939 1.990 8.381 2.031 13.880 1.950 58I5813.923 2.001 8.371 2.042 13.865 1.961 表注：表中拉应力为负，压应力为正；表中各项应力均为。表10列出了最不利截面的正截面法向压应力，表中数据表明箱梁正截面法向压应力满足规范要求。（2）持久状况斜截面主压应力验算按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范（JTG D62-2004）第7.1.6条，按标准值组合的混凝土主压应力应满足：表11

33、 箱梁斜截面主压应力单元位置最大主压应力(MPa)容许值(MPa)10J118.025 19.4411J128.275 19.4411I118.050 19.4412J138.419 19.4412I128.307 19.4429I299.869 19.4429J309.362 19.4430I309.596 19.4431I318.061 19.4434J358.145 19.4435J369.678 19.4436J379.873 19.4436I369.451 19.4450J519.834 19.4450I509.721 19.4451J529.943 19.4451I519.829

34、19.4452I529.936 19.4452J539.752 19.4453J5412.614 19.4453I5312.047 19.4454J5513.097 19.4454I5412.582 19.4455J5613.481 19.4455I5513.071 19.4456J5713.742 19.4456I5613.462 19.4457J5813.870 19.4457I5713.730 19.4458J5913.881 19.4458I5813.865 19.44表注：表中拉应力为负，压应力为正。表11列出了最不利截面的斜截面主压应力，表中数据表明箱梁斜截面主压应力满足规范要求。

35、（3）持久状况预应力钢筋应力验算按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范（JTG D62-2004）第7.1.5-2条规定，受拉区预应力钢绞线的最大拉应力：预应力钢束最大应力为XB束1198MPa，小于规范容许值，满足规范要求。（4）支座承载力验算端部支座最大支反力为3342kN，最小支反力为1184kN，小于GPZ(II)3.5DX、GPZ(II)3.5SX盆式橡胶支座最大容许承压力35003800kN。支座承载力满足规范要求。中部支座最大支反力为12911kN，最小支反力为8852kN，小于GPZ(II)12.5DX、GPZ(II)12.5SX、GPZ(II)12.5GD盆式橡胶支座最大容

36、许承压力1250013750kN。支座承载力满足规范要求。（5）短暂状况构件应力计算施工阶段验算中，箱梁最大压应力为9.73MPa。按规范JTG D62-2004第7.2.8-1条规定，应满足，符合规范要求。施工阶段验算中，箱梁全截面受压，故施工阶段截面拉应力满足规范要求。5.2 桥墩计算结果（1）桥墩承载力验算表12 桥墩承载力验算单元位置性质roNd(kN)R(kN)截面强度系数=R/roNd141J148偏心-Mymax12738 16737 1.314 149I157偏心-Mymin10537 13819 1.311 150I158偏心-Mymin10313 12172 1.180 1

37、50J157偏心-Mymin10537 13819 1.311 151J159偏心-Mymax13656 17732 1.299 159I168偏心-Mymin11567 16491 1.426 160I169偏心-Mymin11343 13227 1.166 160J168偏心-Mymin11567 16491 1.426 161J170偏心-Mymax12068 17781 1.473 169I179偏心-Mymin10420 13819 1.326 170I180偏心-Mymin10254 12761 1.245 170J179偏心-Mymin10420 13819 1.326 171J

38、181偏心-Mymax13049 18590 1.425 180I191偏心-Mymin11331 13819 1.220 197J210偏心-Mymin11197 16311 1.457 204I218偏心-Mymax10157 13743 1.353 205J219偏心-Mymin11197 16311 1.457 212I227偏心-Mymax11192 13819 1.235 表注：Nd为轴向力组合设计值； R为截面轴向承载力设计值；即满足规范要求。表12列出了桥墩最不利截面的承载力，表中数据表明桥墩承载力满足规范要求。（2）桥墩裂缝验算按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JT

39、G D62-2004）第6.4.1条规定，钢筋混凝土构件在正常使用极限状态下的裂缝宽度，应按作用短期效应组合并考虑长期效应影响进行验算。第6.4.2条规定，按钢筋混凝土构件进行裂缝宽度验算，在I类环境下，混凝土构件的最大裂缝宽度不应超过0.2mm。桥墩最大裂缝位于2号墩墩顶处，最大值分别为0.09mm，小于0.2mm，满足规范要求。5.3 横梁计算图3 横梁结构离散图横梁共划分24个单元，25个节点。计算中，恒载均匀分布于横梁范围内。计算考虑了自重、活载、横梁顶底面温差。 表13 单项支反力表位 置恒 载沉 降温 差汽 车人 群端部支反力(kN)36523213551680124中墩支反力(k

40、N)1978363317829904405.3.1 端横梁计算结果（1）端横梁抗弯承载力计算表14 端横梁抗弯承载力验算单元位置最大/最小roMd(kN*m)R(kN*m)截面强度系数=R/roMd5J6最小-2105 5886 2.796 6I6最小-2047 5886 2.875 8J9最大2064 6030 2.922 9J10最大2703 6079 2.249 9I9最大2064 6030 2.922 10J11最大3161 6127 1.938 10I10最大2703 6079 2.249 11J12最大3401 6175 1.816 11I11最大3161 6127 1.938 1

41、2J13最大3485 6223 1.785 12I12最大3401 6175 1.816 13I13最大3485 6223 1.785 13J14最大3387 6271 1.851 14I14最大3387 6271 1.851 14J15最大3128 6319 2.020 15I15最大3128 6319 2.020 15J16最大2654 6367 2.399 16I16最大2654 6367 2.399 17J18最小-2291 6464 2.821 18J19最小-3114 6512 2.091 18I18最小-2291 6464 2.821 19J20最小-4157 6560 1.57

42、8 19I19最小-3114 6512 2.091 20I20最小-4071 6560 1.611 20J21最小-3087 6608 2.141 21I21最小-3087 6608 2.141 表注：ro为重要性系数，取ro=1.1；Md为弯矩组合设计值；R为抗弯承载力设计值， 即满足规范要求。表14列出了较不利的几个单元，其余未列出的单元均满足规范要求。表中数据表明，端横梁抗弯承载力均满足规范要求。（2）端横梁抗剪承载力计算表15 端横梁斜截面抗剪承载能力验算 单元位置最大/最小验算roVd(kN)R(kN)截面强度系数=R/roVd截面验算5J6最大OK1855 6336 3.415 OK6I6最小OK-2829 6336 2.240 OK6J7最小OK-2498 6378 2.553 OK7I7最小OK-2498 6378 2.5