金山大道保通栈桥设计计算书

金山大道保通栈桥设计计算书1.设计概况保通栈道桥采用钢箱梁，跨径30+30（m），梁高为1.5m。桥面宽度为：0.5m（防撞栏杆）+10.75m（车行道）+0.5m（中分带）+10.75m（车行道）+0.5m（防撞栏杆）=23.0m。按双向6车道设置，桥梁根据道路下部隧道位置采用20度斜交布置。2.采用规范（1）《城市桥梁设计规范》（CJJ11－2011）（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）（3）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）（4）《公路钢结构桥梁设计规范》（JTGD64-2015）（5）《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2—2008）（6）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025—86）（7）《钢结构工程施工质量及验收规范》（GB50205-2001）（8）《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）（9）《钢结构设计规范》（GB50017-2003）3.主要材料及力学参数Q345：弹性模量E=2.06×105MPa剪切模量G=0.824×105MPa抗拉、抗压及抗弯强度设计值：270MPa抗剪强度设计值：155MPa4.计算荷载取值（1）结构设计安全等级：一级（2）永久作用自重：实际结构建立计算模型，由程序自动计算，材料容重取78.5kN/m3；横隔板：按照箱梁实际尺寸取值；二期：铺装：25×0.18×10.75=48.375kN/m，防撞栏杆+支墩=0.5×（0.51+0.61）×25+8=22KN/m。（3）可变作用1）汽车荷载效应车道荷载：城--A级车道荷载；半幅桥梁按3车道控制计算。冲击系数：车道荷载冲击系数根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)第4.3.2条取值计算。汽车冲击力系数参考《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第4.3.2条，应该按照结构基本频率计算。当f<1.5Hz时， μ=0.05当1.5Hz≤f≤14Hz时， μ=0.1767lnf-0.0157当f>14Hz时， μ=0.452）整体温度作用按结构整体升温25℃、降温-20℃计算。3）梯度温度作用5.钢箱梁计算5.1计算模型采用有限元分析软件MidasCivil2019。上部结构为30+30m连续钢箱梁结构，梁高1.5米，采用半幅桥梁截面计算，桥梁宽度11.5米，采用单纵梁+斜横梁模型，全桥共计73个节点，66个单元，车道荷载按偏载布置，如图5-1所示。图5-1有限元计算模型图5-2箱梁标准横断面（单位mm）5.2结构成桥内力图5.2.1成桥阶段恒载主梁内力图图5-3成桥阶段主梁恒载弯矩图(单位:kN-m)图5-4成桥阶段主梁剪力图(单位:kN)5.2.2活载作用下主梁内力图图5-5车道荷载作用主梁弯矩包络图(单位:kN-m)图5-6车道荷载作用主梁剪力包络图(单位:kN)5.2.3承载能力组合作用下主梁内力图图5-7承载能力组合弯矩包络图(单位:kN-m)图5-8基本组合剪力包络图(单位:kN)5.3结构承载能力极限状态验算5.3.1主梁正应力验算图5-9主梁上缘正应力图（包络）(单位:MPa)图5-10主梁下缘正应力图（包络）(单位:MPa)5.3.2主梁剪应力验算图5-11主梁剪应力图（包络）(单位:MPa)由上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-95.6MPa，最大拉应力77.8MPa；下缘最大压应力-101.3MPa，最大拉应力96.5MPa。主梁最大剪应力72.9MPa。按照《钢规》公式5.4.1-1σ=γ0Nd/Aeff+γ0(My+Ndez)/Ay,eff+γ0(Mz+Ndey)/Az,eff≤fd验算，σ=101.3MPa≤fd=270.000MPa，满足规范要求；按照《钢规》公式5.3.1-3τd=γ0τ≤fvd验算，τd=72.9MPa≤fvd=155.000MPa，满足规范要求。5.4挠度验算按《钢规》第4.2.3条规定，计算竖向挠度时，应按结构力学的方法并应采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值，频遇值系数为1.0。计算挠度值不应超过表4.2.3规定的限值。自重位移（mm）活载位移（mm）由以上位移图知，汽车荷载作用下主梁计算最大挠度18.3mm，规范容许挠度跨度比为L/500=60mm，故主梁刚度满足规范要求。跨中预拱度按18.3/2+16.4=25.55mm设置。6.支座反力计算承载力组合下最大支座反力（KN）从上述计算可知，边支座单个支座反力=2818KN，跨中支座单个支座反力=4463KN。边支座选择GPZ(Ⅱ)型盆式橡胶支座3.0型号，中支座选择GPZ(Ⅱ)型盆式橡胶支座6.0型号。7.桥梁墩台计算桥梁纵向水平力按规范考虑汽车冲击力计算，一列车道荷载竖向重=（30-5）/（50-5）×90+270+10.5×60=950KN，10%的竖向重=950×0.1=95KN，故单车道取165KN，三车道按规范取2.34×165=386.1KN。按《公路桥涵通用设计规范》4.3.5表分配。则半幅桥跨中桥墩纵向受力=386.1KN，边跨桥台取386.1×0.3=115.83KN。跨中单个桥墩纵向受力=386.1KN/2=193.1KN，桥台整体纵向受力=115.83KN×4=463.32KN（1）桥墩计算桥墩高度按5.2m(桥面部至嵌岩起算点)计算，则底部弯矩=193.1×5.2=1004.12KN·m，桥墩立柱按偏压构件计算，1.5m圆柱墩配筋32根直径14的钢筋，算得截面裂缝=0.0mm，截面抗力:NR=1.71e+04KN>=Nj=4.65e+03KN，满足规范要求。桥墩基础轴向压力=4463+1.5×1.5/4×3.14×6.4×25=4745.6KN。桩基底部承载力按设计6.0MPa计算得5273KN＞4745.6KN。根据地勘报告，桥墩基础位于砂岩地段，砂岩饱和强度17.93MPa，泥岩天然强度7.04MPa，设计要求≥6.0MPa，满足规范设计要求。（2）桥台计算桥台基础到桥面高度按4.0m高度考虑台背土压力，桥梁冲击荷载作用力距离基础底按4.0m(桥面至基础底部)考虑，算得底部弯矩=463.32×4.0+0.5×20×4×4/3×23=3080KN·m桥台基础轴向压力=（2818+2150）×2+2.0×23×25+3.0×24×25=12886KN。合力偏心距e=M/N=3080/12886=0.239＜b/6=3.0/6=0.5，故基础底部压应力最大=N/A(1+6e/B)=12886/（3×24）（1+6×0.239/3）=265KPa。根据地勘报告，桥梁墩台基础位于砂岩地段，强风化砂岩承载力为350KPa，中风化砂岩为1500KP