陈家坝飞燕拱桥计算书

1、平利陈家坝工业园坝河大桥计算书编 写复 核 审 核 北京武交工程勘察设计院二一年五月目 录1 项目概况11.1 桥梁概况11.2 计算标准和依据11.3 主要材料12 计算模型32.1 计算说明32.2 模型荷载输入32.3 数值符号规定43 全桥结构计算43.1 不同荷载组合下的力学性能验算43.1.1 荷载组合形式4力学性能分析53.2截面验算9主拱肋截面应力验算9主拱肋按承载力极限状态进行验算10风撑按承载力极限状态进行验算13横梁按承载力极限状态进行验算154 全桥稳定性能分析175 拱座受力性能分析196 墩台验算226.1 桥墩基底承载力验算226.2桥台稳定性验算231 项目概况

2、1.1 桥梁概况坝河大桥桥头引道起点接线于省道S308 K22+800处，终点接线至坝河北岸4米宽混凝土水泥路。引道在K0+148.55处与拟建河堤大道平交。 本桥桥型采用钢筋混凝土飞燕式拱，桥梁中心桩号为K0+213.55，桥梁起点桩号为K0+169.87，桥梁终点桩号为K0+263.63，桥梁跨径为18+50+18米，桥梁全长为93.76米。桥梁主跨在纵面位于R=3000米的竖曲线内，桥梁中心向两岸设1.5%的纵坡，桥面设1.5%的双向横坡，便于桥面排水；平面位于直线段内。1.2 计算标准和依据1) 桥梁设计荷载：公路级2) 桥面宽度：净10m（行车道）+2×2.0m（人行道）1

3、4m，全宽15.9m3) 设计洪水频率：1/1004) 桥梁横坡：双向1.5%5) 桥涵结构设计安全等级：二级6) 桥涵结构环境类别：类环境7) 地震动参数：抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计特征周期为0.35s。1.3 主要材料1) 混凝土主拱肋、中跨横梁、纵系梁均采用C50；边拱肋、行车道系、风撑采用C40 ；护栏、桥头搭板C30；墩身、墩帽、台帽、侧墙帽采用C30；台身、扩大基础采用C25；桥面铺装采用C40钢纤维防水混凝土+沥青砼。2) 圬工砌体锥坡护坡及锥坡基础采用M7.5浆砌片石。3) 预应力钢绞线预应力钢绞线应符合无粘结预应力钢绞线(JG161-2004)

4、 标准要求，公称直径15.2mm ，公称截面积139.0 mm2，钢绞线标准强度fpk=1860MPa，松弛率小于2.5 %，弹性模量Ep=1.95×105MPa。防腐润滑脂应满足无粘结预应力筋专用防腐润滑脂(JG3007-1993)的要求。4) 高强钢丝吊杆高强钢丝应符合高强低松弛预应力钢绞线(GB/T5224-2003)标准要求，拱桥吊杆采用615mm高强钢丝，其标准强度fpk=1670MPa，松弛率为2.5%弹性模量Ep=1.95×105MPa。5) 普通钢筋普通钢筋必须符合“GB1499-1988”和“GB13013-1995”标准的规定，其中：钢筋直径D10mm，

5、全部采用HRB335级钢筋，抗拉标准强度fsk=335Mpa。钢筋直径D10mm，全部采用R235级钢筋，抗拉标准强度fsk=235Mpa。6) 钢纤维钢纤维应符合混凝土用钢纤维（YB/T 151-1999）钢纤维混凝土施工应符合钢锭铣削型钢纤维混凝土应用技术规程（DBJ08592006），桥面现浇层及伸缩缝两侧采用铣削型钢纤维，其抗拉强度不应低于600MPa。钢纤维长度应与混凝土粗集料最大公称粒径相匹配，最短长度宜大于粗集料最大公称粒径的1/3；最大长度不宜大于粗集料最大公称粒径的2倍；钢纤维长度与标称值的偏差不应超过±10%。桥面现浇层每立方米混凝土加入45Kg钢纤维,伸缩缝槽口

6、处每立方米混凝土加入50Kg钢纤维。7) 钢材均采用Q235钢，技术标准必须符合普通碳素结构钢技术条件（GB/T700-1998）的规定，选用的焊接材料应符合碳钢焊条（GB/T5117-1995）及低合金钢焊条(GB/T5118-1995)的要求。8) 锚具预应力锚具采用OVM锚具及其配套张拉设备，管道成孔采用金属波纹管；吊杆锚具采用OVMLZM5-61锚具。9) 支座采用板式橡胶支座，其性能应符合公路桥梁板式橡胶支座（JT/T 4-2004）。10) 伸缩缝0、3号桥台处采用80异型钢伸缩缝，其标准须符合公路桥梁橡胶伸缩缝装置（JT/T327）的规定，伸缩缝应在厂家的指导下施工，安装时必须满

7、足该处桥面标高的要求。11) 桥梁结构混凝土耐久性要求桥梁结构混凝土耐久性的基本要求是：最大水灰比0.55，最小水泥用量275Kg/m3，最低混凝土强度等级C25，最大氯离子含量0.30，最大碱含量3.0 Kg/m3。 12) 其他 本桥所有材料质量的要求应符合公路桥梁施工技术规范（JTJ041-2000）的有关规定，并符合相应的国家标准。本桥所有材料及标准件产品均应采用通过国家级或部级鉴定的产品，并应按国标部标要求进行抽样检验。2 计算模型2.1 计算说明将拱圈自重、拱上立柱自重、墩上立柱自重、和桥面系自重通过荷载形式输入模型；考虑桥梁结构整体升温40度、降温-5度；移动荷载为公路一级，横向

8、双车道。桥梁结构计算采用空间结构计算软件Midas/Civil有限元软件进行计算，将结构离散为3302个节点和3522个单元。根据桥梁的实际情况用有限元建立模型，针对其结构特性，根据其具体的施工方法对全桥各组成部分进行详细计算分析。图1 陈家坝大桥模型2.2 模型荷载输入拱圈自重、温度作用和汽车荷载在Midas/Civil软件中输入，由程序自动实现。图2人群荷载（kN/m2）2.3 数值符号规定弯矩：以下侧受拉为正，上侧受拉为负轴力：受压为负，受拉为正应力：以压应力为负，拉应力为正3 全桥结构计算3.1 不同荷载组合下的力学性能验算本桥采用满堂支架施工。根据这种施工方法针对全桥各组成部分分别建

9、立模型，并分别进行计算，再进行截面强度验算，配置受力钢筋，经过反复调整，最后得出主拱圈的内力和横梁、横撑的应力，满足设计规范要求为止。本次建模采用的单元主要有：梁单元、板单元和只受拉单元。梁单元有：主拱圈、纵梁、中横梁和拱肋横梁；板单元有：边拱圈、拱上立柱、墩上立柱、端横梁、行车道板；只受拉单元有：吊杆。3.1.1 荷载组合形式在用Midas对该桥进行计算时主要采用了5种荷载组合形式如下：组合1：恒载+公路级组合2：恒载+公路级+系统升温+支座沉降1组合3：恒载+公路级+系统升温+支座沉降2组合4：恒载+公路级+系统降温+支座沉降1组合5：恒载+公路级+系统降温+支座沉降2荷载工况系数为：恒载

10、为1.2，公路级为1.4，其余均为1的系数。3.1.2力学性能分析1) 主拱肋不同控制截面下的应力表1主拱肋不同组合工况下应力比较（单位：MPa） 部位项目拱脚1/4L0拱顶组合1上缘-15.280.91-12.07下缘-13.68-14.64-4.19组合2上缘-15.470.79-12.19下缘-13.63-13.79-4.19组合3上缘-14.771.47-11.93下缘-14.19-14.41-4.41组合4上缘-15.78-0.87-12.25下缘-13.38-13.58-4.14组合5上缘-15.081.24-11.99下缘-13.93-14.19-4.37从上表可以看出：不同荷载

11、组合下主拱肋主要承受压应力，最大的压应力为：15.78MPa，主拱肋用的是C50混凝土，C50最大抗压强度为22.4MPa，最大抗拉强度为1.83 MPa，由此可见，主拱肋的压应力在安全范围之内还存在很大的富余，满足安全设计的要求。2) 纵梁内力分析荷载组合1荷载组合2荷载组合3荷载组合4荷载组合5从以上几种荷载组合下纵梁的所受的内力图可以看出，纵梁主要受的是压力，在梁端有最大轴压力7132kN，在桥墩处有最小12.31 kN的轴压力3) 板单元图3 5种不同荷载组合下的板单元应力分布图从上述图中可以看出：在不同荷载组合的情况下，板单元的应力也是在安全考虑的范围之内，并且不同的荷载组合对板单元

12、的应力并没有很大的影响。4) 风撑从上述图中可以看出：在不同荷载组合的情况下，风撑均处于压应力状态，符合受力特点要求，最大压应力为4MPa多，最小压应力为2MPa多，混凝土抗压强度为22.4MPa，由此可见，风撑的压应力存在很大的富余。3.2截面验算3.2.1主拱肋截面应力验算表2 主拱肋截面应力验算（恒+汽） 项目部位单片拱肋内力拱肋应力( MPa)单片肋拱脚反力竖向位移(mm)弯矩( KN*m )轴力(KN)上缘下缘水平H(KN)竖直V(KN)主拱肋拱脚-141.5-8275.1-15.5-13.58275.1822.71/4Lo-25.5-7565.6-9.2-8.74拱顶30.5-66

13、63.0-12.3-12.0-16.6从计算结果可知，主拱肋全截面在组合荷载作用下均为压应力，并有最小8.74MPa的压应力储备，在考虑温度应力和支座沉降影响时也满足要求，此处不再单独列出。3.2.2主拱肋按承载力极限状态进行验算1) 主拱肋跨中截面中拱肋为普通钢筋混凝土结构，根据内力计算结果，拱圈上下缘各配8根28普通HRB335钢筋作为主要受力钢筋验算结构的截面强度，计算结果表明，正截面强度承载力是安全的。<<桥梁博士>>-截面设计系统输出文档描述: 拱肋计算任务标识: 主拱肋跨中截面计算任务类型: 截面验算-截面高度: 1.4 m构件计算长度: 0.0 m-荷载信

14、息:荷载类型: 轴力(KN) 剪力(KN) 弯矩(KN-m)结构重力 5.54e+03 7.00e-02 842汽车冲击系数: 0.3-计算信息: 钢筋混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I-计算结果:荷载组合结果:内力 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力6.65e+03 5.54e+03 6.65e+03 5.54e+03 6.65e+03 5.54e+03剪力 8.4e-02 7.00e-02 8.4e-02 7.00e-02 8.4e-02 7.00e-02弯矩 1.01e+03 842 1.01e+03 842 1.01e+03 842-承载能力极限状态荷载组

15、合I强度验算结果:最大轴力强度验算截面受力性质: 下拉偏拉内力描述: Nj = 6.65e+03 KN, Qj = 8.4e-02 KN, Mj = 1.01e+03 KN-m截面抗力: NR = 2.46e+04 KN >= Nj = 6.65e+03 KN(满足)最小轴力强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj = 5.54e+03 KN, Qj = 7.00e-02 KN, Mj = 842 KN-m截面抗力: NR = 2.46e+04 KN >= Nj = 5.54e+03 KN(满足)最大弯矩强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj = 6.65e+03

16、 KN, Qj = 8.4e-02 KN, Mj = 1.01e+03 KN-m截面抗力: NR = 2.46e+04 KN >= Nj = 6.65e+03 KN(满足)最小弯矩强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj = 5.54e+03 KN, Qj = 7.00e-02 KN, Mj = 842 KN-m截面抗力: NR = 2.46e+04 KN >= Nj = 5.54e+03 KN(满足)-计算成功完成2) 主拱肋拱脚截面主拱肋拱脚根据内力计算结果，拱圈上缘配18根28普通HRB335钢筋作为主要受力钢筋，拱圈下缘配14根28普通HRB335钢筋作为主要受力钢

17、筋，验算结构的截面强度，计算结果表明，正截面强度承载力是安全的。<<桥梁博士>>-截面设计系统输出文档描述: 主拱肋计算任务标识: 主拱肋拱脚截面计算任务类型: 截面验算-截面高度: 1.4 m构件计算长度: 0.0 m-荷载信息:荷载类型: 轴力(KN) 剪力(KN) 弯矩(KN-m)结构重力 9.19e+03 -18.1 -2.00e+03汽车冲击系数: 0.3-计算信息: 钢筋混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I-计算结果:荷载组合结果:内力 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩 轴力 1.1e+04 9.19e+03 9.19e+03 1.

18、1e+04 9.19e+03 1.1e+04剪力 -21.7 -18.1 -18.1 -21.7 -18.1 -21.7弯矩 -2.4e+03 -2.0e+03 -2.0e+03 -2.4e+03 -2.0e+03 -2.4e+03-承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:最大轴力强度验算截面受力性质: 上拉偏压内力描述: Nj = 1.1e+04 KN, Qj = -21.7 KN, Mj = -2.4e+03 KN-m截面抗力: NR = 2.26e+04 KN >= Nj = 1.1e+04 KN(满足)最小轴力强度验算截面受力性质: 上拉偏压内力描述: Nj = 9.19e+03

19、 KN, Qj = -18.1 KN, Mj = -2.00e+03 KN-m截面抗力: NR = 2.26e+04 KN >= Nj = 9.19e+03 KN(满足)最大弯矩强度验算截面受力性质: 上拉偏压内力描述: Nj = 9.19e+03 KN, Qj = -18.1 KN, Mj = -2.00e+03 KN-m截面抗力: NR = 2.26e+04 KN >= Nj = 9.19e+03 KN(满足)最小弯矩强度验算截面受力性质: 上拉偏压内力描述: Nj = 1.1e+04 KN, Qj = -21.7 KN, Mj = -2.4e+03 KN-m截面抗力: NR

20、= 2.26e+04 KN >= Nj = 1.1e+04 KN(满足)-计算成功完成3.2.3风撑按承载力极限状态进行验算风撑根据内力计算结果，配置6根25普通HRB335钢筋作为主要受力钢筋，验算结构的截面强度，计算结果表明，正截面强度承载力是安全的。<<桥梁博士>>-截面设计系统输出文档描述: 风撑计算任务标识: 风撑截面验算任务类型: 截面验算-截面高度: 0.8 m构件计算长度: 0.0 m-荷载信息:荷载类型: 轴力(KN) 剪力(KN) 弯矩(KN-m)结构重力 16.7 76.4 168汽车冲击系数: 0.3-计算信息: 钢筋混凝土截面承载能力极限

21、状态荷载组合I-计算结果:荷载组合结果:内力 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 20.0 16.7 20.0 16.7 20.0 16.7剪力 91.7 76.4 91.7 76.4 91.7 76.4弯矩 202 168 202 168 202 168-承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:最大轴力强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj = 20.0 KN, Qj = 91.7 KN, Mj = 202 KN-m截面抗力: NR = 29.6 KN >= Nj = 20.0 KN(满足)最小轴力强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj

22、= 16.7 KN, Qj = 76.4 KN, Mj = 168 KN-m截面抗力: NR = 29.6 KN >= Nj = 16.7 KN(满足)最大弯矩强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj =20.0 KN, Qj = 91.7 KN, Mj = 202 KN-m截面抗力: NR = 29.6KN >= Nj = 20.0 KN(满足)最小弯矩强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj = 16.7 KN, Qj = 76.4 KN, Mj = 168 KN-m截面抗力: NR = 29.6 KN >= Nj = 16.7 KN(满足)-计算成功完成

23、3.2.4横梁按承载力极限状态进行验算横梁根据内力计算结果，配置14根28普通HRB335钢筋和作为主要受力钢筋，验算结构的截面强度，计算结果表明，正截面强度承载力是安全的。<<桥梁博士>>-截面设计系统输出文档描述: 横梁截面任务标识: 横梁截面验算任务类型: 截面验算-截面高度: 0.95 m构件计算长度: 0.0 m-荷载信息:荷载类型: 轴力(KN) 剪力(KN) 弯矩(KN-m)结构重力 3.38e+03 -479 327汽车冲击系数: 0.3-计算信息: 全预应力混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I-计算结果:荷载组合结果:内力 最大轴力 最小轴力 最大剪力

24、 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 4.06e+03 3.38e+03 3.38e+03 4.06e+03 4.06e+03 3.38e+03剪力 -575 -479 -479 -575 -575 -479弯矩 392 327 327 392 392 327-承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:最大轴力强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj = 4.06e+03 KN, Qj = -575 KN, Mj = 392 KN-m截面抗力: NR = 1.41e+04 KN >= Nj = 4.06e+03 KN(满足)最小轴力强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj =

25、 3.38e+03 KN, Qj = -479 KN, Mj = 327 KN-m截面抗力: NR = 1.41e+04 KN >= Nj =3.38e+03 KN(满足)最大弯矩强度验算截面受力性质:下拉偏压内力描述: Nj = 4.06e+03 KN, Qj = -575 KN, Mj = 392 KN-m截面抗力: NR = 1.41e+04 KN >= Nj = 4.06e+03 KN(满足)最小弯矩强度验算截面受力性质: 下拉偏压内力描述: Nj = 3.38e+03 KN, Qj = -479 KN, Mj = 327 KN-m截面抗力: NR = 1.41e+04 K

26、N >= Nj = 3.38e+03 KN(满足)-计算成功完成4 全桥稳定性能分析根据建立的模型利用有限元程序对主拱进行稳定性能分析；通过分析得出主拱肋的稳定系数，以确保桥梁施工和运营的安全。1) 有风撑时的稳定分析a) 横向稳定性能分析图4模态一：横向面内失稳计算可知，全桥横向稳定系数为14.51，满足规范不小于4的要求b) 纵向稳定性能分析图5模态二：纵向面内失稳计算可知，全桥纵向稳定系数为22.49，满足规范不小于4的要求图6模态三：纵向面内失稳计算可知，全桥纵向稳定系数为22.72，满足规范不小于4的要求Midas中共有10中模态的稳定分析，现仅给出三种模态的稳定系数，都满足规

27、范要求，没列举的7中模态的稳定系数都比这三种模态的稳定系数大，因此更能满足规范的要求。总之，该桥在有风撑时的稳定性较好。2) 无风撑时的稳定分析a) 横向稳定性能分析图7模态一：横向面内失稳计算可知，全桥横向稳定系数为13.53，满足规范不小于4的要求b) 纵向稳定性能分析图8模态二：纵向面内失稳计算可知，全桥纵向稳定系数为20.72，满足规范不小于4的要求图9模态三：纵向面内失稳计算可知，全桥横向稳定系数为22.1，满足规范不小于4的要求Midas中共有10中模态的稳定分析，现仅给出三种模态的稳定系数，都满足规范要求，没列举的7中模态的稳定系数都比这三种模态的稳定系数大，因此更能满足规范的要

28、求。总之，该桥在没有风撑时的稳定性也较好。综上对全桥稳定性的分析，有风撑和没有风撑时的稳定定都较好，都没满足规范的要求，并存在富余，本设计选择有风撑的结构进行施工图的设计，因此更加加强了桥梁结构的稳定性，使大桥更加安全。5 拱座受力性能分析拱座作为把边拱圈和主拱圈上的受力传到桥墩台基础的主要传力结构，其受力相对较复杂，在此用ANSYS建立拱座实体模型对拱座进行局部的受力分析。模型建立：拱座属于钢筋混凝土结构，在此采用solid65整体建模法进行模型的建立，本计算取拱座长度即16.1米进行有限元分析。材料参数如下表所示：表2拱座的材料特性材料弹性模量/Pa泊松比质量密度Kg/m3拱座3.0E+110.22549网格划分：采用自用网格划分的形式对实体拱座进行网格划分。 图10拱座里面网格划分 图11拱座整体网格划分荷载施加：边拱圈和立墙用Midas建模时采用的是板单元进行模拟，因此在单独对拱座进行计算时，边拱圈和立墙的作用力是通过面荷载的形式加上去的，而主拱圈是以梁单元的形式进行模拟的，因此在进行拱座计算时主拱圈的力是以集中荷载的形式施加的，模拟完毕进行计算，得出其应力分布情况。图12拱座荷载施加状况表边界条件模拟：由于拱座和桥墩是一体的，在此我们在进