淮河大桥桥面板计算书

1、 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 1淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书1、工程概况、工程概况1.1 概述淮南市淮河大桥是一座公铁两用特大桥，自 1982 年建成通车以来，随着地方交通运输业的发展，过桥车流量有很大的提高，而且淮南市作为一个煤炭出产基地，在公路运输中出现了大量的超重车辆；同时随着桥梁使用年限的增长，结构材料的老化和使用功能的退化问题也逐渐突显出来。主桥行车道板原设计为 2.73.6M 或 1.43.6M 预制板，以螺栓连接于钢纵梁上，其后现浇 4050CM 湿接缝，形成长约 32M、宽 11.7M 的整块行车道板。根据城市桥梁养护技术规范(CJJ 99-2003)

2、，通过对淮河大桥公路桥详细检查，由于主桥行车道板病害较严重，该桥最终评定为“不合格级”， 主桥行车道板主要存在的病害有：（1）主桥行车道板底出现多条横向裂缝，缝宽 0.10MM0.50MM，部分裂缝贯通；（2）湿接缝处混凝土挤压破损，脱落；（3）伸缩缝处主桥行车道板大面积挤压破坏，局部呈蜂窝状。1.2 主要设计标准主要设计标准（1）设计荷载：公路I 级；（2）检算依据1） 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004） ，简称“公桥规” ；2） 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 （JTG D62-2004） ，简称 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 2“公预规” 。1.3

3、主要材料主要材料（1）混凝土主桥行车道板强度差异较大，其强度推定值在 30.1MPa53.8MPa 之间，共检测35 构件，其中 24 个小于设计 C40 要求；因此混凝土取用 C30 混凝土。（2）钢筋钢筋：主筋采用 HRB335 钢筋，相关材料参数见表 3-2（1）混凝土力学指标混凝土力学指标表 表 3-1项目fcd（MPa） ftd（MPa）弹性模量Ec（MPa）C3011.741.0430000（2）钢筋力学指标钢筋力学指标表 表 3-2项目HRB235fsk（MPa）195弹性模量Es（MPa）200000项目HRB335fsk（MPa）335fsd（MPa）280fsd （MPa）

4、280弹性模量 Es（MPa）2000005、截面尺寸主桥面板及钢纵梁截面类型如图 3-1 所示： 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 3 图 3-1 主桥面板剖面图其中钢纵梁截面特征值如图 3-2 所示：图 3-2 钢纵梁截面特征值 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 42、计算依据及计算参数选取、计算依据及计算参数选取2.1 计算模型计算模型选取选取根据主桥桥面板布置形式，假定主桁架及横梁刚度极大的情况下，取其中连续32m 板进行计算。计算模型采用梁单元模拟钢纵梁与板单元模拟桥面板形成空间体系，采用桥梁结构分析程序 MIDAS/Civil2006 来计算。2.2 计算荷载计算荷

5、载2.2.1 恒载恒载钢纵梁断面面积按构件实际截面计入；主桥面板按照实际厚度计入；钢筋混凝土容重 =26kN/m3；钢筋容重 =78.5kN/m3。2.2.2 温度作用温度作用1)体系温差结构整体温度变化按桥位处最高和最低温度确定，按照规范规定，本地区属于温热地区。考虑到实际温度大于计算温度，本次验算按照升降温 25考虑。2)温度梯度主梁结构温度梯度按公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004 的温度梯度曲线确定。2.2.3 活载活载公路I 级，按 2 车道考虑。冲击系数，总体计算按公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004 第 4.3.2 条计算。 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书

6、52.2.4 收缩徐变收缩徐变假设为野外一般条件，混凝土龄期按照 28 天考虑，成桥后考虑十年徐变影响；计算方法按照规范规定公式进行。2.3 计算工况及验算内容计算工况及验算内容2.3.1 计算工况计算工况1)承载能力极限状态基本组合：1.0（1.2恒载+1.0收缩徐变）+1.4汽车（含汽车冲击力）2)正常使用极限状态长期效应组合：恒载+收缩徐变+0.4汽车（不含冲击力）+0.8温度影响短期效应组合：恒载+收缩徐变+0.7汽车（不含冲击力）+0.8温度影响2.3.2 验算验算内容内容从现场检测发现，主桥行车道板底出现多条横向裂缝；因此，对结构进行承载能力极限状态正截面抗弯强度验算，按照规范 J

7、TG D60-2004 第 5.1.5 条规定进行；并正常使用极限状态短期荷载效应组合并考虑长期荷载效应影响下计算裂缝宽度验算，按照规范 JTG D62-2004 第 6.4.16.4.3 条规定进行；按照规范 JTG D60-2004 第 6.5.3 条规定进行结构挠度验算，结构长期挠度值需控制在 L/600 以内。3、主桥面板结构计算、主桥面板结构计算根据主桥桥面板布置形式，取其中连续 32m 板进行计算。3.1 计算模型计算模型采用 MIDAS/Civil2006 建立计算模型如下： 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 6图图 3.3 计算几何模型计算几何模型图图 3.4 计算模型

8、消隐图计算模型消隐图全桥共分为 1050 个单元，667 个节点。边界条件按照设计图纸分别模拟。3.2 计算结果计算结果分析分析3.2.1 钢纵梁及主桥面板整体挠度计算钢纵梁及主桥面板整体挠度计算计算模型采用梁单元模拟钢纵梁与板单元模拟桥面板形成空间体系，进行整体挠度验算。按照规范 JTG D60-2004 第 6.5.3 条进行计算，受弯构件按照荷载短期效应组合下结构变形图如图 3.5 所示。 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 7图图 3.5 短期效应组合下结构变形图短期效应组合下结构变形图取短期效应组合下结构变形最大的左 2#纵梁进行挠度验算，现列出左 2#纵梁在短期效应组合下、在

9、自重下及在消除自重下的结构位移表。 （如表 3-3）各种工况下左 2#纵梁的结构位移表 表 3-3短期效应组合自重消除自重后挠度节点荷载DZ (mm)DZ (mm)DZ (mm)331组合(最小)-5.057888-0.295125-4.762763332组合(最小)-1.69288-0.168933-1.523947333组合(最小)-7.912683-0.893129-7.019554334组合(最小)-5.819391-0.818045-5.001346335组合(最小)-7.304075-0.992505-6.31157336组合(最小)-4.538614-0.543586-3.995

10、028337组合(最小)-1.692702-0.16871-1.523992338组合(最小)-3.510031-0.145487-3.364544339组合(最小)-5.058234-0.295497-4.762737340组合(最小)-3.605074-0.221043-3.384031341组合(最小)-1.376524-0.059582-1.316942342组合(最小)-3.604627-0.220814-3.383813343组合(最小)-5.108319-0.333469-4.77485344组合(最小)-3.509968-0.145172-3.364796345组合(最小)-1

11、.302507-0.000939-1.301568 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 8346组合(最小)-4.539347-0.544155-3.995192347组合(最小)-6.740707-0.868616-5.872091348组合(最小)-5.831289-0.818214-5.013075349组合(最小)-3.072167-0.442058-2.630109350组合(最小)-3.169044-0.48136-2.687684351组合(最小)-6.96089-0.944664-6.016226352组合(最小)-1.3103720.002697-1.313069353

12、组合(最小)-5.156292-0.351803-4.804489354组合(最小)-1.39296-0.062354-1.330606355组合(最小)-5.103008-0.309687-4.793321356组合(最小)-1.752494-0.1833-1.569194357组合(最小)-7.563734-1.079527-6.484207358组合(最小)-6.018611-0.891073-5.127538359组合(最小)-7.548078-1.081335-6.466743360组合(最小)-4.690807-0.590999-4.099808361组合(最小)-1.751232

13、-0.183597-1.567635362组合(最小)-3.535144-0.14864-3.386504363组合(最小)-5.101432-0.309213-4.792219364组合(最小)-3.640191-0.232624-3.407567365组合(最小)-1.392733-0.062234-1.330499366组合(最小)-3.64092-0.232908-3.408012367组合(最小)-5.157518-0.352215-4.805303368组合(最小)-3.536632-0.14905-3.387582369组合(最小)-1.3113080.00248-1.31378

14、8370组合(最小)-4.693878-0.590168-4.10371371组合(最小)-6.967958-0.943294-6.024664372组合(最小)-6.035554-0.889382-5.146172373组合(最小)-3.183584-0.48034-2.703244374组合(最小)-2.570545-0.486389-2.084156375组合(最小)-5.607958-0.955615-4.652343376组合(最小)-0.9602290.005319-0.965548377组合(最小)-3.795482-0.346846-3.448636378组合(最小)-1.04

15、6045-0.061686-0.984359379组合(最小)-3.741948-0.303834-3.438114380组合(最小)-1.437648-0.186015-1.251633381组合(最小)-6.068296-1.091111-4.977185382组合(最小)-4.852825-0.900664-3.952161383组合(最小)-6.060162-1.093311-4.966851384组合(最小)-3.812788-0.598415-3.214373385组合(最小)-1.435628-0.186492-1.249136386组合(最小)-2.588784-0.14334

16、8-2.445436387组合(最小)-3.740215-0.303037-3.437178388组合(最小)-2.698412-0.229738-2.468674389组合(最小)-1.045721-0.061483-0.984238 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 9390组合(最小)-2.699292-0.230222-2.46907391组合(最小)-3.796876-0.347543-3.449333392组合(最小)-2.590325-0.14403-2.446295393组合(最小)-0.9610560.004964-0.96602394组合(最小)-3.818434-

17、0.597146-3.221288395组合(最小)-5.616494-0.953681-4.662813396组合(最小)-4.857308-0.898866-3.958442由表 3-3，左 2#纵梁的最大长期挠度值=7.912mm，此处自重作用下挠度值maxlW为=0.893mm。GW=-=7.912-0.893=7.02mmQWmaxlWGW最大竖向挠度长期增长系数=7.021.612.23mmL/600=13.33mmQW通过挠度的计算表明该桥的长期挠度值符合规范要求，但计算挠度很接近规范限通过挠度的计算表明该桥的长期挠度值符合规范要求，但计算挠度很接近规范限制，结构刚度（特别是钢纵

18、梁）偏小。制，结构刚度（特别是钢纵梁）偏小。3.2.2 承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度验算承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度验算从现场检测发现，钢纵梁与主桥面板在螺栓连接处存在大量横向贯穿裂缝，钢纵梁与主桥面板的连接已不再可靠，考虑两者之间为只受压单元连接进行内力分析。通过挠度计算分析提取结果，进一步验算主桥面板在强制位移下的正截面抗弯强度。按照规范 JTG D60-2004 第 5.1.5 条和第 5.2.1 条规定进行承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度验算。1）最不利组合下主桥面板弯矩内力图 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 10 图图 3.6 最不利组合下弯矩内力图最不

19、利组合下弯矩内力图如图 3-6 所示，最不利组合下主桥面板最大弯矩出现在 1#、4#跨对应的左 2#和右 2#板跨中；其中最大弯矩=26.2KNM。jM通过桥梁博士进行截面设计验算（结果见附表 3-4） 。桥梁博士进行截面设计验算 表 3-4截面高度: 0.15 m构件计算长度: 0.0 m荷载信息: 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 11荷载类型: 轴力(KN) 剪力(KN) 弯矩(KN-m)结构重力 0.0 0.0 26.2汽车冲击系数: 1.2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

20、弯矩轴力 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0剪力 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0弯矩 26.2 26.2 26.2 26.2 31.4 26.2承载能力极限状态荷载组合 1 强度验算结果:最大轴力强度验算截面受力性质: 下拉受弯内力描述: Nj = 0.0 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 26.2 KN-m截面抗力: MR = 23.5 KN-m Mj = 26.2 KN-m(不满足)最小配筋面积 Agmin = 4.89e-04 m*2 实际配筋面积 Ag = 1.26e-03 m*2 (满足)最小轴力强度验算截面受力性质: 下拉受弯内力描述: Nj

21、= 0.0 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 26.2 KN-m截面抗力: MR = 23.5 KN-m Mj = 26.2 KN-m(不满足)最小配筋面积 Agmin = 4.89e-04 m*2 实际配筋面积 Ag = 1.26e-03 m*2 (满足)最大弯矩强度验算截面受力性质: 下拉受弯内力描述: Nj = 0.0 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 31.4 KN-m截面抗力: MR = 23.5 KN-m Mj = 31.4 KN-m(不满足)最小配筋面积 Agmin = 4.89e-04 m*2 实际配筋面积 Ag = 1.26e-03 m*2 (满足)最小弯

22、矩强度验算截面受力性质: 下拉受弯内力描述: Nj = 0.0 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 26.2 KN-m截面抗力: MR = 23.5 KN-m Mj = 26.2 KN-m(不满足)最小配筋面积 Agmin = 4.89e-04 m*2 实际配筋面积 Ag = 1.26e-03 m*2 (满足)下面对表 3-4 中计算进行复核。已知在跨中，受拉钢筋 910 的面积为 706.8，受压钢筋 810 的面积为2mm628.3，由钢筋布置2mm195sdfMPa015040110hmm1）求受压区高度 x（单位：mm）0195 706.86.262.811.74 1900sd

23、sbcdf Axhf b2)正截面抗弯承载力0sS0s6.2A (a )11.74 1900 6.2110195 628.3 7023.4KN M22ucddxMf bx hfh=26.2KNM=23.4KNM。jMMu 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 12因此，承载能力极限状态下主桥面板抗弯不满足规范要求。因此，承载能力极限状态下主桥面板抗弯不满足规范要求。3.2.3 正常使用极限状态最大裂缝宽度正常使用极限状态最大裂缝宽度计算计算1)最大裂缝宽度验算考虑到板底多处出现露筋及钢筋锈蚀，并参考检测报告，按公路桥涵养护规范（JTG H11-2004）表 3.5.22“推荐的桥梁各部件权

24、重及综合评定方法”及表3.5.23“桥梁技术状况评定标准”评定桥梁的技术状况，对钢筋的检算面积按 0.9倍的设计面积折减取值。根据 JTG D62-2004 第 6.4.16.4.3 条，按近似矩形钢筋混凝土构件计算，其最大裂缝宽度可按下式计算：1 2 330 1.30.28 10ssfksdWc c cE1）考虑钢筋表面形状的系数，；c111.0c取荷载短期效应组合弯矩计算值为：111122sGQQMMMM =21.3 kNm荷载长期效应组合弯矩计算值为：211222lGQQMMMM=17.7kNm系数217.71 0.51 0.51.4221.3lsMcM 2）考虑钢筋表面形状的系数，取

25、1.0；1c 3）与构件受力性质有关的系数，由于该桥为受弯构件，所以取 1.0；c34）纵向钢筋的直径，mm；d10d 5）纵向受拉钢筋配筋率；0706.8 0.90.0221920 110sAbh6） 由作用短期效应组合引起的开裂截面纵向受拉钢筋在使用荷载作用下的应ss力（MPa） ；021.3389.90.870.87 110 706.8 0.9sssSMMPah A7）钢筋弹性模量（MPa） ， ；sEMPa52. 0 10将各项代入公式得： 淮河大桥桥面板计算书淮河大桥桥面板计算书 135389.930 101.0 1.42 1.00.2222.0 100.28 10 0.022fkW

26、mm由以上结果可以知，在正常使用极限状态下，最大裂缝为由以上结果可以知，在正常使用极限状态下，最大裂缝为 0.222mm，不满足规，不满足规范范 JTG D62-2004 第第 6.4.2 条的要求。条的要求。5 计算小结计算小结通过主桥面板的详细验算，可以得出如下结论：1、正截面抗弯承载力验算：、正截面抗弯承载力验算： =26.2KNM=23.4KNM，富余量为，富余量为jMMu11.97%。模型计算中主桥面板高度采用设计值。模型计算中主桥面板高度采用设计值 150mm；检测过程中发现，板；检测过程中发现，板底多处出现露筋、板腹砼保护层厚度偏小，局部砼脱落呈蜂窝状，主桥面板实际高度底多处出现

27、露筋、板腹砼保护层厚度偏小，局部砼脱落呈蜂窝状，主桥面板实际高度不足不足 150mm；且主桥面板与钢纵梁在锚栓连接位置截面削弱很大。因此，在承载能；且主桥面板与钢纵梁在锚栓连接位置截面削弱很大。因此，在承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度不能满足规范要求。力极限状态下主梁正截面抗弯强度不能满足规范要求。2、通过正常使用极限状态最大裂缝宽度计算，发现在正常使用极限状态下，最、通过正常使用极限状态最大裂缝宽度计算，发现在正常使用极限状态下，最大裂缝为大裂缝为 0.222mm，不满足规范，不满足规范 JTG D62-2004 第第 6.4.2 条的要求。条的要求。3、通过挠度的计算表明：最大竖向挠度

28、、通过挠度的计算表明：最大竖向挠度长期增长系数长期增长系数= =7.021.612.23mmL/600=13.33mm，该桥的长期挠度值符合规范要求，该桥的长期挠度值符合规范要求，QW但计算挠度很接近规范限制，结构刚度（特别是钢纵梁）偏小，导致主桥面板在荷载但计算挠度很接近规范限制，结构刚度（特别是钢纵梁）偏小，导致主桥面板在荷载作用下变形过大。作用下变形过大。6 病害原因分析及建议病害原因分析及建议主桥行车道板主要病害原因分析：主桥行车道板主要病害原因分析：（1）通过计算表明：该桥的长期挠度值符合）通过计算表明：该桥的长期挠度值符合规范要求，但计算挠度很接近规范限制，结构刚度（特别是钢规范要求，但计算挠度很接近规范限制，结构刚度（特别是钢纵梁）偏小，导致主桥面板变形过大，在承载能力极限状态下纵梁）偏小，导致主桥面板变形过大，在承载能力极限状态下主梁正截面抗弯强度不能满足。主桥面板与钢纵梁采用锚栓连主梁正截面抗弯强度不能满足。主桥面板与钢纵梁采用锚栓连接，内填接，内填 M20 水砂浆在长期荷载作用下局部脱空，连接方式不水砂浆在长期荷载作用下局部脱空，连接方式不合理，使得锚栓支撑连接失效，且螺栓布置在同一断面，连接合理，使得锚栓支撑连接失效，且螺栓布置在同一断面，连接部的截面损失较大，应力集中导致板底开裂，并出现多条横向部的截面损失较大，应力集中导致板底开裂，并出现多条