高速公路连接道工程-南泉立交匝道C线桥C0~C3轴现浇箱梁上部结构计算桥梁结构计算书

PAGE19高速公路连接道工程-南泉立交匝道C线桥桥梁结构计算书匝道C线桥C0~C3轴现浇箱梁上部结构计算1、设计概况1.1、箱梁为单箱单室截面，箱梁顶宽7.8m，底宽4.8m，悬臂1.5m，梁高2.0m；跨中腹板厚0.5m，端部加厚到0.9m；跨中顶板厚0.25m，底板厚0.22m，端部分别加厚至0.50和0.47m。箱梁混凝土强度等级为C50，桥梁纵向施加预应力体系，按部分预应力混凝土A类构件设计。1.2、预应力钢束采用GB/T5224-2014标准低松驰钢绞线，公称直径15.2mm，公称面积139mm2，标准强度fpk=1860Mpa，弹性模量E=1.95×105Mpa。1.3、施工方法采用现场支架现浇。2、采用规范《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2018）3、采用分析程序介绍本桥采用桥梁博士程序进行计算分析。4、桥梁静力计算主要参数4.1、计算跨径：37+37+36m连续三跨；4.2、支座布置：支座设置见图；4.3、容重：γ＝26KN/m3，横梁自重在施工阶段中以集中力的形式输入；4.4、二期荷载：桥面铺装=(0.08×24+0.08×26)×7=28KN/m车行防撞墩及护栏=2×8.5=17KN/m合计=45KN/m4.5、设计活载：汽车荷载为城-A级；4.6、桥面板局部升降温：按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60－2015）第4.3.12条梯度温度效应计算。升温：T1=16.4C，T2=5.98C，降温：T1=-8.2C，T2=-2.94C；4.7、均匀温差：依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）4.3.12第2条，对桥梁结构的均匀温度引起的效应进行考虑，取升温温差25℃，降温温差20℃计算；4.8、预应力参数：按施工图钢束输入，张拉控制应力1339MPa，摩阻系数＝0.17，偏差系数＝0.0015，锚具变形＝6mm；4.9、主要材料混凝土：预应力连续箱梁砼：C50混凝土；普通钢筋：采用HPB300钢筋，抗拉强度设计值为300MPa；采用HRB400钢筋，抗拉强度设计值为400MPa。5、桥梁静力计算图式计算采用桥梁通用软件桥梁博士，计算图式见图：空间计算模型采用空间杆系将全桥离散为111个节点，110个单元。计算采用桥梁博士V3.30。荷载组合及验算内容一律按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2018）相关条文执行。6、主要计算结果6.1承载能力极限状态正截面强度验算（一）基本组合极限弯矩（最大）（单位kN·m）（二）基本组合极限弯矩（最小）（单位kN·m）最大抗力及对应内力最小抗力及对应内力从结果中可以看出，承载能力极限状态满足规范要求。6.2持久状况正常使用极限状态验算（一）抗裂验算（单位MPa）①正截面砼抗裂即正截面砼的拉应力计算结果表明，构件为部分预应力构件。短期效应组合：预应力系数1.0，汽车效应（不计冲击系数）系数0.7，梯度温度效应系数0.8。长期效应组合：预应力系数1.0，汽车效应（不计冲击系数）系数0.4，梯度温度效应系数0.8。根据桥规JTGD62-20186.3.1第一及第二条，构件为部分预应力砼。A类构件在短期效应组合下=0.7×-2.65＝-1.855MPa（C50）但在长期效应组合下短期效应组合构件正截面上下缘最小正应力长期效应组合构件正截面上下缘最小正应力从结果中可以看出，短期组合及长期效应下上下缘未出现拉应力，符合A类构件的要求。（二）斜截面砼抗裂即斜截面砼的主拉应力

部分预应力混凝土A类构件，在作用（或荷载）短期效应组合下

现场浇筑（包括预制拼装）构件

由图中可以看出，最大主拉应力为0.78Pa<0.5*2.65=1.325Mpa短期效应组合构件斜截面上下缘最大主拉应力（三）挠度验算按照桥规JTGD62-2018第6.5.3条规定，受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响。本桥采用C50混凝土，其挠度长期增长系数＝1.425，消除结构自重产生的长期挠度后，主梁的最大挠度不应超过计算跨径的1/600。下表所列为消除结构自重产生的挠度后主梁挠度最大值。由表可知，结构挠度满足要求。挠度验算表节点号位置长期挠度（mm）消除结构自重允许值（mm）是否满足19第一跨跨中10.261.7是56第二跨跨中7.961.7是93第三跨跨中9.460.0是6.3持久状况预应力砼构件应力验算（一）持久状况砼截面上下缘最大正应力（此时组合采用标准值组合，包括汽车，温度，支座沉降等效应）（单位MPa）持久状况混凝土截面上下缘最大压应力桥规JTGD62-20187.1.5第1条规定：受压区混凝土最大压应力≤0.5

12.8Pa<0.5＝16.2MPa满足要求（二）持久状况砼截面最大主压应力（此时组合采用标准值组合，包括汽车，温度，支座沉降等效应）（单位MPa）持久状况混凝土截面上下缘最大主压应力

桥规JTGD62-20187.1.6受压区混凝土最大压应力≤0.6

12.8Pa<0.6＝19.44MPa满足要求（三）持久状况受拉区预应力钢筋的拉应力钢束号最大应力(MPa)容许最大应力(MPa)是否满足1-1122-1.21E+03是2-1153-1.21E+03是3-1174-1.21E+03是根据桥规JTGD62-20187.1.5第2条规定：受拉区预应力筋最大拉应力≤0.65＝1209MPa。计算结果表明，钢束应力没有超出规范规定值，满足要求。6.4支座反力计算具体计算结果见下图:支座节点号标准组合(KN)230903869307567901103010计算结果表明，在最不利车道加载情况下，桥梁支座未出现脱空现象。7、总结桥梁结构计算是按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2018）进行的。计算结果是通过对桥梁施工过程及运营阶段的结构状态模拟，建立桥梁结构计算模型进行的。但结构化模型的设计计算，仍存在一些不确定的因素及假设，使其计算结果不可能完全符合结构的实际受力状况，只是在一定的控制概率内反应结构的虚拟模型。总体上对本桥结构进行了模拟计算及验算，该结构属于部分预应力混凝土A类构件。各项验算中：

承载能力极限状态正截面强度验算中，正截面强度满足要求；

持久状态正常使用极限状态计算中，正截面混凝土的拉应力能满足规范要求；斜截面混凝土的主拉应力满足要求；挠度变形验算满足要求；持久状况应力计算，正截面混凝土压应力及主压应力满足要求，受拉区预应力筋最大拉应力满足规范要求，其余结构验算均满足规范要求。

匝道C线桥C1轴墩顶横隔梁结构计算1、设计概况1.1、中横梁宽3.0m，高2.2m，箱梁混凝土强度等级为C50，采用纵向预应力体系。1.2、预应力钢束采用GB/T5224-2014标准低松驰钢绞线，公称直径15.2mm，公称面积139mm2，标准强度fpk=1860Mpa，弹性模量E=1.95×105Mpa，钢束规格为15-16，钢束布置见图。1.3、施工方法采用满堂支架，在纵向束张拉前，横隔梁先张拉3N1+3N2+3N3横向钢束，纵向束张拉完成后再张拉3N1+3N2+3N3横向钢束，所有钢束张拉均应对称进行。2、采用规范《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2018）3、采用分析程序介绍本桥采用桥梁博士程序进行计算分析。4、桥梁静力计算主要参数4.1、计算跨径：37+37+36m连续三跨；4.2、容重：γ＝26KN/m3，箱梁按实际断面计取重量。4.3、设计荷载：上部恒载30%模拟为均布力，70%模拟为集中力，加载于腹板中心线位置。汽车荷载由纵向结构计算活载最大反力计算得，进行横向加载计算。4.4、主要材料混凝土：预应力连续箱梁砼：C50混凝土；普通钢筋：采用HPB300钢筋，抗拉强度设计值为300MPa；采用HRB400钢筋，抗拉强度设计值为400MPa。5、桥梁静力计算图式计算采用桥梁通用软件桥梁博士，计算图式见图计算模型采用平面杆系将全桥离散为47个节点，46个单元。计算采用桥梁博士V3.30。荷载组合及验算内容一律按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2018）相关条文执行。6、主要计算结果6.1承载能力极限状态正截面强度验算（一）基本组合极限弯矩（最大）（单位kN·m）（二）基本组合极限弯矩（最小）（单位kN·m）最大抗力及对应内力最小抗力及对应内力从结果中可以看出，承载能力极限状态满足规范要求。6.2持久状况正常使用极限状态验算（一）抗裂验算（单位MPa）①正截面砼抗裂即正截面砼的拉应力短期效应组合：预应力系数1.0，汽车效应（不计冲击系数）系数0.7，梯度温度效应系数0.8。长期效应组合：预应力系数1.0，汽车效应（不计冲击系数）系数0.4，梯度温度效应系数0.8。根据桥规JTGD62-20186.3.1第一及第二条，构件为部分预应力砼。A类构件在短期效应组合下但在长期效应组合下短期效应组合构件正截面上下缘最小正应力长期效应组合构件正截面上下缘最小正应力从结果中可以看出，长期效应组合下并未出现拉应力，且在短期效应组合下拉应力未超限值，符合A类构件的要求。（二）斜截面砼抗裂即斜截面砼的主拉应力

部分预应力混凝土A类构件，在作用（或荷载）短期效应组合下

现场浇筑（包括预制拼装）构件

由图中可以看出，最小主拉应力为0.11MPa<0.5*2.65=1.325MPa短期效应组合构件斜截面上下缘最大主拉应力6.3持久状况预应力砼构件应力验算（一）持久状况砼截面上下缘最大正应力（此时组合采用标准值组合，包括汽车，温度，支座沉降等效应）（单位MPa）持久状况混凝土截面上下缘最大压应力桥规JTGD62-20187.1.5第1条规定：受压区混凝土最大压应力≤0.5

9.1MPa<0.5＝16.2MPa满足要求（二）持久状况砼截面最大主压应力持久状况混凝土截面上下缘最大主压应力（此时组合采用标准值组合，包括汽车，温度，支座沉降等效应）（单位MPa）

桥规JTGD62-20187.1.6受压区混凝土最大压应力≤0.6

9.1MPa<0.6＝19.44MPa满足要求（三）持久状况受拉区预应力钢筋的拉应力钢束号最大应力(MPa)容许最大应力(MPa)是否满足1-1080-1.21E+03是2-1101-1.21E+03是3-1120-1.21E+03是根据桥规JTGD62-20187.1.5第2条规定：受拉区预应力筋最大拉应力≤0.65＝1209MPa。计算结果表明，钢束应力没超出规范规定值，满足要求。6.4短暂状况预应力砼构件应力验算（一）在纵向束张拉前，横隔梁先张拉3N1+3N2+3N3钢束，构件应力；桥规JTGD62-20187.2.8受压区混凝土最大压应力≤0.7

8.2MPa<0.7＝22.68MPa满足要求预拉区按规范配置相应的普通钢筋。（二）纵向束张拉完成后；桥规JTGD62-20187.2.8受压区混凝土最大压应力≤0.7

6.7MPa<0.7＝22.68MPa预拉区按规范配置相应的普通钢筋。（三）张拉3N1+3N2+3N3横向钢束后构件应力；桥规JTGD62-20187.2.8受压区混凝土最大压应力≤0.7

11.0MPa<0.7＝22.68MPa未出现拉应力满足要求7、总结桥梁结构计算是按《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2018）进行的。计算结果是通过对桥梁施工过程及运营阶段的结构状态模拟，建立桥梁结构计算模型进行的。但结构化模型的设计计算，仍存在一些不确定的因素及假设，使其计算结果不可能完全符合结构的实际受力状况，只是在一定的控制概率内反应结构的虚拟模型。总体上对本桥结构进行了模拟计算及验算，该结构属于部分预应力混凝土A类构件。各项验算中：

承载能力极限状态正截面强度验算中，正截面强度满足要求；

持久状态正常使用极限状态计算中，正截面混凝土的拉应力能满足规范要求；斜截面混凝土的主拉应力满足要求；挠度变形验算满足要求；持久状况应力计算，正截面混凝土压应力及主压应力满足要求，受拉区预应力筋最大拉应力满足规范要求，其余结构验算均满足规范要求。短暂状况应力计算，正截面混凝土压应力满足要求。匝道桥梁下部结构计算1、设计资料1.上部结构荷载支反力匝道C线桥宽为8m，桥墩尺寸为1.6×1.6m，2.0×1.6m。取最不利的1号轴桥墩（1.6×1.6m固结墩，最高12m）、4号轴桥墩（2.0×1.6m固结墩，最高12m）进行计算。上部结构荷载支反力摘抄于上部结构计算结果，如下表。C线桥支承反力表桥梁号墩台号承载力极限组合正常使用状态组合匝道C线桥C172534835C4105777224计算模型： 详见桥梁墩台一般构造图、箱梁一般构造图桥面宽度： 详桥梁墩台一般构造图车辆荷载： 城－A级结构重要性系数： 1.12.下部结构：支座：采用GPZ（Ⅱ）型及JPZ（Ⅱ）型盆式橡胶支座，盆式橡胶支座应满足交通部行业标准《公路桥梁盆式橡胶支座》JTT663-2006的要求。材料：混凝土：C40混凝土普通钢筋：采用符合GB1499－2007的规定国家标准的相关规定，除特殊注明外，直径≥12mm者采用HRB400热轧带肋钢筋；直径＜12mm者采用HPB300热轧圆钢筋。3、地震根据国家地震局现行《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）及《中国地震动参数区划图》（GB18306-2015）知：本区抗震设防烈度小于6度，设计基本地震动峰值加速度小于0.05g。下部结构都不做抗震设计，仅做构造设防。2、计算依据1、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）2、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）3、《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）4、《城市桥梁抗震设计规划》（CJJ166-2011）5、《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）3、计算说明1、计算原则下部桥墩与上部盖梁固结。桥梁整体计算考虑采用上、下部结构分离计算，将上部结构的恒载与活载反力作用在盖梁上，然后采用杠杆法将上部结构的活载反力横向分配到每个桥墩墩柱，而对于上部结构的恒载反力基本上采用平均分配到每个桥墩墩柱进行计算。考虑最不利工况，汽车制动力全部由计算桥墩承担。2、配筋原则截面配筋取用强度配筋、裂缝配筋、以及构造配筋三种配筋最多的一种。强度配筋采用荷载基本组合；裂缝配筋采用荷载短期效应，要求裂缝宽度≤0.2mm。3、强度复核对设计采用的截面配筋进行强度复核，检查能否满足设计规范的要求。4、外力计算1、制动力计算《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）第4.3.5条汽车制动力计算应符合下列规定：1一个设计车道的制动力可按下列要求取值（1）当采用公路－Ⅰ级汽车荷载设计时，制动力应采用165KN或10%车道荷载，并取两者中的较大值，但不包括冲击力。（2）当采用公路－Ⅱ级汽车荷载设计时，制动力应采用90KN或10%车道荷载，并取两者中的较大值，但不包括冲击力。当计算的加载车道为2条或2条以上时，应以考虑车道折减。2制动力的纵向作用点在设计车道桥面上方1.2m处，在计算墩台时，可移到支座中心（铰或滚轴中心）或滑动支座，橡胶支座，摆动支座的底座面上，计算刚构桥，拱桥时，可移至桥面，但不计由此引起的竖向力和力矩。2、恒载与活载反力标准值计算结果：恒载与活载反力标准值（加上盖梁自重）汇总表表4.1.1。表4.1.1恒载与活载反力标准值恒载+活载摩阻力（Kn）C线桥1#轴48350C线桥4#轴72240匝道桥支座摩阻力系数（Kn）μ=0.06。制动力计算均小于165KN，一个车道制动力取值T=165KN。3、桥墩内力组合计算结果C线桥梁1#桥墩由2根墩柱组成、4#桥墩由1根墩柱组成。墩底轴力为墩身自重加上支反力。桥墩墩身最不利内力如下（单位：KN，m）：墩台号轴力纵向弯矩剪力C线桥1#轴标准值56343960330承载能力86766098508C线桥4#轴标准值82223960330承载能力1266260985085、桥墩计算1、C线桥1#轴桥墩墩身计算1.1正截面抗弯承载力计算根据桥墩内力组合结果：承载能力极限状态下弯矩M=6098KN/m，轴力N=8676KN；桥墩尺寸1600*1600mm,墩高12m,桥墩墩身配筋：10D28+13D28钢筋；正截面抗弯承载力计算：N=8676KN＜NR=18300KN，正截面强度满足规范要求。1.2持久状况正常使用极限状态验算根据模型计算结果：正常使用极限状态下弯矩M=3960KN/m，轴力N=5634KN；桥墩尺寸1600*1600mm,墩高12m,桥墩墩身配筋：10D28+13D28钢筋；根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）第6.4.3条计算得：δfmax=0.127≤0.20mm，正截面裂缝宽度满足规范要求。2、C线桥4#轴桥墩墩身计算2.1正截面抗弯承载力计算根据桥墩内力组合结果：承载能力极限状态下弯矩M=6098KN/m，轴力N=12662KN；桥墩尺寸2000*1600mm,墩高12m,桥墩墩身配筋：14D28+17D28钢筋；正截面抗弯承载力计算：N=12662KN＜NR=30100KN，正截面强度满足规范要求。2.2持久状况正常使用极限状态验算根据模型计算结果：正常使用极限状态下弯矩M=3960KN/m，轴力N=8222KN；桥墩尺寸2000*1600mm,墩高12m,桥墩墩身配筋：14D28+17D28钢筋；根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）第6.4.3条计算得：δfmax=0.083≤0.20mm，正截面裂缝宽度满足规范要求。6、桥墩桩基计算1、C线桥1#轴桥墩桩基计算（1）竖向承载力计算根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）第5.3.4条计算各桩基嵌岩深度如下：独桩嵌入中风化砂质泥岩（取1#轴右侧墩桩）：设计竖向力11233KN适用于D2.5m圆桩钻孔号土层编号土层深度土层侧阻力侧阻力系数周长承载力16.3400.57.85494.8侧阻力发挥系数为0.5土层合计494.8岩层编号岩层深度岩石强度系数c2周长承载力17.7m90000.047.8516328.4岩层合计16328.4