XX河大桥计算书

北滨路道路工程羊岔河大桥计算书目录TOC\o"1-2"\u1工程概况 12设计规范 13技术标准 14主要材料 24.1混凝土 24.2普通钢筋 24.3预应力钢绞线 34.4预应力管道和锚具 34.5结构用钢 35结构计算综述 35.1电算程序 35.2计算模型 35.3计算参数及荷载组合 46上部结构验算 56.1主梁验算 56.2横梁验算 96.3桥面板验算 136.4支反力及支座选取 146.5伸缩量及伸缩缝选取 156.6箱梁临时锚固系统验算 157下部结构计算 187.1桥墩验算 187.2承台验算 197.3桩基验算 208主要结论 21PAGE20/21工程概况（1）工程地点：（2）建设范围：本次设计道路全长2297.228m，包括道路工程、结构工程、桥梁工程、交通工程、照明工程、排水工程及其它附属工程，本计算书为桥梁工程（羊岔河大桥）（3）工程等级：一类工程等级（4）建设规模：东港北滨路全长2297.228m，城市支路，双向两车道，设计时速30km/h，标准路幅宽度16m。包括新建桥梁一座（羊岔河大桥，42m+70m+42m预应力混凝土现浇连续箱梁），桥梁全长170m；全线路基支挡结构（桩板挡墙）总长508m（5）建设工期：项目整体建设工期预计30个月，由2018年12月至2021年6月设计规范（1）《城市道路工程设计规范》（CJJ37-2012）（2）《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）（3）《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166-2011）（4）《工程结构可靠性设计统一标准》（GB50153-2008）（5）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）（6）《公路工程技术标准》（JTGB01-2014）（7）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）（8）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）（9）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）（10）《公路工程抗震规范》（JTGB02-2013）（11）《公路桥梁抗震设计细则》（JTGB02-01-2008）技术标准（1）道路等级：城市支路（2）设计速度：3（3）桥梁横断面：3m（人行道）+8m（车行道）+3m（4）设计荷载：汽车荷载：城-B级，人群荷载：2.4kPa（5）设计洪水频率及水位：1/100，187.9（6）地震基本烈度：6度（7）抗震设防标准：在E1地震作用下，结构总体反应在弹性范围，基本无损伤；在E2地震作用下，不致倒塌（8）设计基准风速：30.07m/s（9）设计基准期：100年（10）设计使用年限：100年（11）设计安全等级：一级（12）设计环境类别：Ⅰ类（13）桥梁构件类型：全预应力构件主要材料混凝土羊岔河大桥主梁采用C50混凝土，主墩及承台采用C40混凝土，主墩桩基础采用C30混凝土，桥台台身、承台及桩基采用C30混凝土，承台垫层采用C20混凝土。C50：fck=32.4MPa，fcd=22.4MPa，ftk=2.65MPa，ftd=1.83MPa，Ec=3.45×104Mpa；C40：fck=26.8MPa，fcd=18.4MPa，ftk=2.40MPa，ftd=1.65MPa，Ec=3.25×104Mpa；C30：fck=20.1MPa，fcd=13.8MPa，ftk=2.01MPa，ftd=1.39MPa，Ec=3.00×104MPa；C20：fck=13.4MPa，fcd=9.2MPa，ftk=1.54MPa，ftd=1.06MPa，Ec=2.55×104MPa。普通钢筋设计采用HRB400、HPB300钢筋，HPB300钢筋其质量应符合《钢筋混凝土用钢第1部分：热轧光圆钢筋》（GB1499.1-2017）的规定，HRB400钢筋其质量应符合《钢筋混凝土用钢第2部分:热轧带肋钢筋》(GB1499.2-2007)的要求。HPB300：fsk=300MPa，fsd=250MPa，Es=2.10×105MPa；HRB400：fsk=400MPa，fsd=330MPa，Es=2.00×105MPa。除特别说明外钢筋直径≥20mm的钢筋连接采用直螺纹机械连接，连接等级达到Ⅰ级标准，连接区段内的接头率不大于50%，并满足规范《钢筋机械连接技术规程》（JGJ107-2016）要求。预应力钢绞线采用七丝捻制标准型钢绞线，其公称直径为15.20mm，公称面积140mm2，抗拉强度标准值fpk=1860Mpa，抗拉强度设计值fpd=1260Mpa，弹性模量Ep=1.95×105Mpa，其性能参数应符合国家标准《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2014）的规定。预应力管道和锚具（1）管道全桥预应力管道均采用塑料波纹管，波纹管同时要求满足《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/T529-2016）相关规定；塑料波纹管应具有专用连接、排浆和观察的装置。在塑料波纹管的布设时，应在安装专用、带观察孔的连接卡箍。（2）锚具预应力锚具必须经过正式鉴定和重大桥梁工程的检验，锚具的结构型式及规格应符合图纸及《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370-2015)、《公路桥梁预应力钢绞线用锚具、夹具和连接器》(JT/T329-2010)等技术要求。锚具应具有可靠的锚固性能和足够的承载能力，锚具产品的检验应按《预应力筋用锚具、夹具和连接器》(GB/T14370-2015)规定进行。除了满足规范要求的技术指标外，锚具组装件应配有密封盖帽，且此密封盖帽的材质为HT200，应带有观察孔。密封盖帽的作用主要用于通过观察孔以检测密封预应力孔道和压浆质量。结构用钢本项目钢材采用Q235、Q345钢，其质量应分别符合《碳素结构钢》（GB/T700-2006）和《低合金高强度结构钢》（GB/T1591-2008）的规定。结构计算综述电算程序本计算书采用计算软件为MidasCivil，软件版本号为V8.7.0R2。计算模型本项目采用六自由度梁单元建立全桥平面杆系有限元模型进行整体计算。主梁共划分为65个节点、56个单元。支座采用一般支承进行模拟，根据桥梁实际施工过程和施工方案划分施工阶段。全桥有限元模型图计算参数及荷载组合（1）永久作用结构自重按照γ=26kN/m3，程序自动计入，桥面铺装均布荷载q1=19.2kN/m，两侧人行道栏杆均布荷载分别为q2=0.8kN/m，两侧人行道均布荷载分别为q3=20.8kN/m。混凝土收缩徐变按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的规定计算。（2）可变作用汽车荷载按照《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）中城-B级取用，车道荷载qk=7.875kN/m，Pk=270kN，计算剪力效应时，Pk=324kN，车辆荷载车辆重力标准值550kN。桥梁设计车道数2车道，横向车道布载系数1.0，纵向折减系数1.0。汽车荷载冲击系数μ=0.065，汽车荷载制动力标准值90kN。人群荷载W=2.4kPa。温度作用时，材料线膨胀系数0.000010/℃，桥梁结构最高有效温度标准值34℃，最低有效温度标准值-3℃。竖向温度梯度曲线支座摩擦系数μ=0.03。（3）偶然作用汽车撞击力设计值在行驶方向为1000kN，行驶垂直方向为500kN。（4）地震作用本项目桥梁为6度区的丁类桥梁，抗震设计方法为C类，不需要进行抗震分析和抗震验算。上部结构验算主梁验算（1）主梁单元截面特性主梁单元截面根据实际情况采用单箱双室变高度截面，截面形式如图所示。中支点截面（A=39.7m2，Ix=62.2跨中截面（A=10.5m2，Ix=5.54（2）承载能力极限状态验算①正截面抗弯承载能力抗弯承载力验算图计算结果显示，最不利截面为跨中截面，截面最不利弯矩设计值γMd=49048.4kN*m，抗弯承载力Mu=63803kN*m，安全系数最小值为1.30。满足规范要求。②斜截面抗剪承载能力抗剪承载力验算图计算结果显示，最不利截面为0号块附近截面，截面最不利剪力设计值γVd=19154kN，抗剪承载力Vu=39883kN，安全系数最小值为2.04。满足规范要求。（3）正常使用极限状态验算①正截面抗裂正截面抗裂验算图计算结果显示，最不利截面为中支点截面，截面应力σst-0.80σpc=0.14MPa（压应力），未出现拉应力，满足规范要求。②斜截面抗裂斜截面抗裂验算图计算结果显示，截面主拉应力最大值σtp=0.86MPa（拉应力）<0.4ftk=1.06MPa，满足规范要求。③正截面压应力正截面压应力验算图计算结果显示，截面正截面压应力最大值σkc+σpt=13.80MPa（压应力）<0.5fck=16.2MPa，满足规范要求。④斜截面主压应力斜截面压应力验算图计算结果显示，截面主压应力最大值σcp=13.80MPa（压应力）<0.6fck=19.44MPa，满足规范要求。⑤钢筋拉应力预应力钢筋应力验算图计算结果显示，预应力钢筋拉应力最大值σpe+σp=1156.0MPa<0.65fpk=1209MPa，满足规范要求。⑥挠度根据计算，荷载频遇组合计算的长期挠度值为7.7mm，小于计算跨径的1/600=（3）施工阶段验算①压应力施工阶段压应力验算图计算结果显示，施工阶段压应力最大值σcct=11.67MPa<0.70fck’=18.144MPa，满足规范要求。②拉应力施工图拉应力验算图计算结果显示，施工阶段拉应力最大值σctt=1.35MPa<0.70ftk’=1.484MPa，配置于预拉区纵向钢筋的配筋率不小于0.2%。横梁验算（1）计算模型中支点横梁，Bw=9.3m，h=4.1m，Bw/h=2.27>2；边支点横梁，Bw=9.5m，h=2.0m，Bw/中支点模型图边支点模型图（2）内力计算中支点恒载弯矩图（kN*m）中支点汽车荷载弯矩图（kN*m）中支点人群荷载弯矩图（kN*m）边支点恒载弯矩图（kN*m）边支点汽车荷载弯矩图（kN*m）边支点人群荷载弯矩图（kN*m）（3）承载能力验算中支点抗弯承载力验算图计算结果显示，中支点最不利截面为支座位置截面，截面最不利弯矩设计值γMd=24963.3kN*m，抗弯承载力Mu=38868kN*m，安全系数最小值为1.56，满足规范要求。边支点抗弯承载力验算图计算结果显示，边支点最不利截面为支座位置截面，截面最不利弯矩设计值γMd=1066.5kN*m，抗弯承载力Mu=5401.1kN*m，安全系数最小值为5.06，满足规范要求。（4）裂缝宽度验算中支点裂缝宽度验算图计算结果显示，中支点裂缝宽度最大值Wcr=0.17mm，小于0边支点裂缝宽度验算图计算结果显示，中支点裂缝宽度最大值Wcr=0.05mm，小于0（5）斜截面抗剪验算中支点抗剪承载力验算图计算结果显示，中支点最不利截面为支座位置截面，截面最不利剪力设计值γVd=16994.1kN，抗剪承载力Vu=18713kN，安全系数最小值为1.10。满足规范要求。边支点抗剪承载力验算图计算结果显示，边支点最不利截面为支座位置截面，截面最不利剪力设计值γVd=1563.3kN，抗剪承载力Vu=6940.5kN，安全系数最小值为4.44。满足规范要求。桥面板验算（1）计算模型利用MidasCivil软件建立桥面板横向计算模型，选取跨中截面进行验算，计算模型如图所示。桥面板计算模型图（2）加载方式①自重及二期荷载根据实际情况，采用节点荷载或梁单元荷载加载。②车辆荷载车辆荷载考虑1.3的冲击系数。③人群荷载按照2.4kPa均布荷载考虑。④温度荷载箱梁内外考虑5℃（3）验算结果①抗弯承载能力验算桥面板抗弯承载力验算图计算结果显示，最不利截面为中腹板处截面，截面最不利弯矩设计值γMd=399.8kN*m，抗弯承载力Mu=591kN*m，安全系数最小值为1.48，满足规范要求。②裂缝宽度验算桥面板裂缝宽度验算图计算结果显示，桥面板裂缝宽度最大值Wcr=0.10mm，小于0支反力及支座选取计算可知，在标准组合作用下，中支点支反力最大值为33103kN，边支点支反力最大值为4166kN。中支点横向设置两个支座，边支点横向设置三个支座，故中支点支座选用GPZ(2009)20.0系列，边支点支座选用GPZ(2009)2.0系列。伸缩量及伸缩缝选取（1）温度变化引起的伸缩量Δlt+=αcl（Tmax-Tset,l）=0.00001×112×17=19.0Δlt-=αcl（Tset,u-Tmin）=0.00001×112×20=22.4（2）混凝土收缩引起的梁体缩短量Δls-=εcs（tu,t0）l=0.12×10-3×112=13.4（3）混凝土徐变引起的梁体缩短量Δlc-=（σpc/Ec）φ（tu,t0）l=（10.8/3.45×104）×1.25×112=43.8（4）伸缩缝型号选取C+=βΔlt+=1.2×19=22.8C-=β（Δlt-+Δls-+Δlc-）=1.2×（22.4+13.4+43.8）=95.5C≥C++C-=22.8+95.5=118.3故伸缩缝型号选择120型。箱梁临时锚固系统验算（1）临时锚固系统主梁的两个0号块与主墩均设置有临时锚固系统。在支座的两侧，各设置有素混凝土垫石和精扎螺纹钢。临时锚固系统示意（2）计算式及计算参数当悬臂产生不平衡力矩时，素混凝土垫石承受压应力，另一侧的精扎螺纹钢承受拉应力。只要素混凝土的压应力处于指标范围内，且不平衡力矩需要的拉应力小于精扎螺纹钢的预拉应力时，可以认为结构稳固安全。M=Ap×σp×L其中：M为不平衡力矩；Ap是精扎螺纹钢的面积；σp是精扎螺纹钢需要的应力；L为倾覆时，精扎螺纹钢对于转动点的力臂；精扎螺纹钢的锚固长度，按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD62-2004》9.1.4条，条文解释中的公式计算。la=fskd/4τ其中：la为锚固长度；fsk是钢筋抗拉强度设计值；d是钢筋直径；τ为极限锚固粘结应力，查表取3.3；（3）其他材料及设置参数32精扎螺纹钢：抗拉强度设计值540MPa，抗拉强度设计值450MPa，单侧36根，单根面积804.2mm2。L取两组精扎螺纹钢的中心距，1.8mM不平衡力矩：根据《公路桥涵施工技术规范JTGTF50-2011》16.5.4条，不平衡力矩取0.25倍的节段重量。极端情况下考虑单侧挂篮坠落，不平衡为0.5倍节段重量。素混凝土垫石：C50混凝土，抗压强度设计值22.4MPa，单侧尺寸长10m，宽0.5m。（4）计算结果当不平衡力为0.25倍的节段重量时，计算结果为：节段号节段重(吨)节段力臂(m)M(kN*m)Ap1(mm2)L1(m)σP(MPa)单根张拉力(kN)1131.96.12011.47528951.21.838.6031.02124.49.12830.128951.21.854.3143.73136.312.354208.26328951.21.880.7564.94127.815.855064.07528951.21.897.1878.15115.319.355577.63828951.21.8107.0386.16118.923.16866.47528951.21.8131.76106.07113.227.17669.328951.21.8147.17118.48109.631.18521.428951.21.8163.52131.5合龙段54.234.14620.5528951.21.888.6771.3图纸中采用了140kN的单根张拉力，大于表中的单根张拉力需求，可见在0.25倍的节段重的不平衡力矩情况下，精扎螺纹钢不会出现松弛，该侧的临时垫石不会消压。当不平衡力为0.5倍的节段重量时，计算结果为：节段号节段重(吨)节段力臂(m)M(kN*m)Ap1(mm2)L1(m)σp(MPa)单根张拉力(kN)1131.96.14022.9528951.21.877.2062.12124.49.15660.228951.21.8108.6287.33136.312.358416.52528951.21.8161.51129.94127.815.8510128.1528951.21.8194.35156.35115.319.3511155.2828951.21.8214.06172.16118.923.113732.9528951.21.8263.53211.97113.227.115338.628951.21.8294.34236.78109.631.117042.828951.21.8327.04263.0合龙段54.234.19241.128951.21.8177.33142.6图纸中采用了140kN的单根张拉力，小于表中部分单根张拉力需求，可见在挂篮坠落情况下，精扎螺纹钢会出现松弛，但最高应力为327.04MPa，明显小于抗拉强度设计值450MPa，承载能力满足要求。混凝土压应力：考虑在精扎螺纹钢受拉的情况下，另一侧的混凝土垫石承受整个悬臂结构的重量(2695.2吨)，其压应力为：2695.2÷10÷0.5÷100=5.39MPa，远远小于抗压强度设计值22.4MPa。钢筋锚固长度：钢筋锚固长度la=fskd/4τ=540×32÷4÷3.3=1309mm，图中采用了1500mm的锚固长度，该长度满足需要，且达到了46d的水平。综合以上结果可以认为，该锚固系统，在按照规范的正常使用的情况下(不平衡力0.25倍节段重)，预应力不会消压；极端情况下（挂篮坠落，不平衡力0.5倍节段重），精扎螺纹钢不会达到抗拉强度设计值。下部结构计算桥墩验算（1）计算模型桥墩按照偏心受压构件验算，上部结构的自重及荷载通过支座传递至桥墩墩顶，计算模型如图所示。桥墩计算模型图（2）内力计算恒载作用下轴力图活载作用