连续刚构大桥施工图上部结构设计计算书.doc

1、.（100+180+100）m连续刚构大桥施工图上部结构设计计算书计 算 者：复 核 者： *公司 设计者： 复核者： 第 1 页 共 21 页1.概述本计算为*大桥主桥上部结构纵向计算，上部结构为（100+180+100）m连续刚构。按全预应力控制计算。内容包含持久状况承载能力极限状态计算、持久状况正常使用极限状态计算、持久状况和短暂状况构件应力计算、静力抗风稳定性计算。2计算依据、标准和规范2.1主要技术标准1、公路等级：城市道路，左右线分修2、桥面宽度：单线16m3、荷载等级：城市-A级，人群3.0kN/m24、设计时速：30km/h5、设计洪水频率：1/3006、设计水位：H1/300

2、307.56m7、设计基本风速：V1024.3m/s8、地震动峰值加速度：0.05g（对应地震基本烈度VI度）9、通航等级：-(2)级；通航船舶等级：100t；2.2 计算依据、标准和规范1、公路工程技术标准(JTG B01-2003)2、公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2004)3、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)4、公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)5、公路桥梁抗风设计规范(JTG/T D60-01-2004)6、梁桥手册（下册）2011年4月第二版 人民交通出版社2.3 计算理论和计算方法构件纵向计算均按空间杆系理论，采用桥梁

3、博士v3.2进行计算。1) 将计算对象作为平面梁划分单元作出构件离散图（见附图），全桥共划分152个节点和149个单元；2) 根据连续刚构的实际施工过程和施工方案划分施工阶段根据施工总体安排，共划分77个施工阶段和1个使用阶段。箱梁施工阶段采用13天为一施工周期其中张拉预应力时混凝土龄期为5天。具体施工阶段划分为：阶段1：完成桩基、承台、墩身施工；阶段2：绑扎0#块钢筋，托架浇注0#块混凝土；阶段3：张拉0#块预应力；阶段4：安装挂篮；阶段5：绑扎1#梁段钢筋；阶段6：浇注1#梁段混凝土；阶段7：张拉1#梁段预应力；阶段8: 移动挂篮；阶段9：绑扎2#梁段钢筋；阶段10：浇注2#梁段混凝土；阶

4、段11：张拉2#梁段预应力；阶段12阶段64：移动挂篮，绑扎钢筋及浇注3#20#梁段混凝土，张拉3#20#梁段预应力；选择合适时宜采用托架浇筑端头现浇段；阶段65：施加顶推力；阶段66：绑扎中跨合龙段钢筋及边跨现浇段钢筋；阶段67：浇筑中跨合龙段及边跨现浇段混凝土；阶段68：张拉中跨合龙段预应力；阶段69：在中跨区域采用水箱或其它压重措施进行压重；阶段70：移动挂篮，绑扎钢筋；阶段71：浇注21#梁段混凝土；阶段72：张拉21#梁段预应力；阶段73：移动挂篮，绑扎钢筋，施工边跨合拢段临时刚性连接；阶段74：浇注边跨合拢段混凝土；阶段75：张拉边跨合拢段钢束；阶段76：拆除挂篮及中跨压重；阶段7

5、7：施工防撞墙、桥面铺装等二期荷载和附属设施，全桥施工完成。阶段78：成桥10年。3) 进行荷载组合，求得构件在施工阶段和使用阶段时的应力、内力和位移；4) 根据规范规定的各项容许指标，验算构件是否满足规范规定的各项要求。2.4 计算软件名称及版本 主桥整体计算采用桥梁博士v3.2进行计算，施工稳定性计算及动力特性计算采用MIDAS Civil V7.8软件。3. 计算模型及参数3.1 计算参数选取主要材料及设计参数根据设计文件及规范取值，见表-1。主要材料及参数 表-1材料项 目参 数备 注C60混凝土抗压强度标准值38.5Mpa抗拉强度标准值2.85Mpa抗压强度设计值26.5Mpa抗拉强

6、度设计值1.96Mpa弹性模量Ec36000Mpa混凝土特性参数计算材料容重26kN/m3线膨胀系数1.0E-5桥梁所处地区相对湿度0.75低松弛钢绞线（15.2）抗拉强度标准值1860Mpa控制张拉应力0.75、0.731395、1358Mpa弹性模量1.95E5Mpa松弛率0.3钢绞线锚具及波纹管钢束管道摩阻系数0.17钢束管道偏差系数0.0015普通锚具单端变形及回缩值0.006m低回缩锚具单端变形及回缩值0.001m3.2 计算采用的基本资料1）箱梁按全预应力混凝土构件设计，该桥为城市重要桥梁，安全等级为I级。2）收缩、徐变按照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-

7、2004)公式计算。3）合龙温度取1521，根据当地气象资料显示，多年平均气温16.9，最低月平均气温5.7，最高月平均气温29.3。计算时按均匀升降温25控制。4）主梁梯度温度按照公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）表4.3.10-3条取值，桥墩不计梯度温度。本桥采用10cm厚沥青混凝土铺装，按规范参数取值。梯度升温：按箱梁上、下缘梯度温度145.50考虑。梯度降温：按箱梁上、下缘梯度温度-7-2.750考虑。5）根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.3.2：，冲击系数取值为。6）边界条件及土侧弹性刚度计算本桥建模时同时考虑桩基、承台、墩身及梁体，计算分析时考虑

8、将墩与梁体固接，伸缩缝端采用双点支撑以模拟实际支座受力；同时主墩桩基按实际尺寸及间距建模，考虑桩土效应，以准确模拟桥墩刚度。桩侧土弹性刚度按根据公路桥涵地基及基础规范JTJD63-2007附录P计算。以下为10号主墩土弹性刚度计算过程：桩计算宽度式中：d桩径；各桩柱间相互影响系数；桩形状换算系数，对于圆形桩的计算步骤如下：A、桩柱计算埋入深度h1B、与作用力平行的一排桩桩数n有关的系数，当n=3时，；当n=4时，。C、的计算。横向桩间净距故： 由此得：纵向桩间净距故： 由此得：各结点处的集中弹簧支撑刚度K为：式中：表示结点相邻两单元的长度和之一半； 表示地基土对桩柱侧面的地基系数，其中土层m值

9、参照公路桥涵地基及基础规范JTJD63-2007附录P 表P.0.2-1取值；hi为各桩基节点位置入土深度。11号主墩桩基计算宽度参照上述公式计算，不再赘述。3.3 荷载取值及荷载组合1) 荷载取值 一期恒载为梁部自重(包括隔板及齿板重)。混凝土容重取26kN/m3，箱梁按实际断面计取重量。 二期恒载包括10cm厚沥青铺装一道防撞墙+单边人行道，见表-2。 箱梁二期恒载 表-2桥梁宽度16米防撞墙 二期恒载(kN/m)18=8.0人行道20沥青混凝土桥面铺装 二期恒载(kN/m)130.12431.2合 计 （kN/m）59.2取60 汽车荷载(1)汽车竖向荷载采用公路I级荷载， 汽车竖向荷载

10、的横向分布系数见表-3（未计入冲击系数）。活载横向分布系数 表-3 桥宽（米）横向布置车列数横向折减系数汽车偏载系数汽车横向分布系数1630.781.252.925(2)汽车纵向制动力荷载根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）4.3.6-1计算,一个车道上由汽车荷载产生的制动力标准值按本规范第4.3.1条规定的车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，但公路I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN。计算得单车道制动力为435kN，3车道折减系数为0.78。 基础变位：隔墩支座沉降1.0cm, 不考虑横桥向基础不均匀沉降。 挂篮重量：取0.45倍最大节段重，即1250

11、kN(包括施工机具和施工人员) ,按集中荷载加载于梁端前沿50cm处。 人行活载：人行道宽2.5m，取3.5kN/m2。 最大悬臂状态的施工荷载：本桥主桥上部箱梁采用悬臂浇筑法施工，最大悬臂施工长度为89m，计算时，从最不利受力图式出发，对最大悬臂状态的施工荷载作如下考虑（不考虑挂篮坠落，施工单位应采取压重和后锚等多种措施来确保挂篮不会坠落）。(1)箱梁自重不均匀假设梁体自重不均匀，一侧取1.04梁重，另一侧取0.96梁重。(2)动力系数不均匀挂篮及其它施工机具的自重差，一端采用1.2，另一端采用0.8。同时考虑最不利情况，单侧挂篮脱落。(3)梁段施工不同步最后一悬臂浇筑梁段不同步施工，一端空

12、载，一端施工。(4)材料、机具堆放不均匀施工单位要求在梁体上堆放一些工具材料，计算时，取一悬臂作用有8.5kN/m均布荷载，并在其端头有200kN集中力，另一悬臂空载。(5)挂篮脱落施工单位必须保证挂兰不会坠落。(6)风荷载从保守的风载组合出发。施工阶段按百年一遇风速计算，。横桥向及顺桥向风荷载按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）计算，主梁竖向风荷载按公路桥梁抗风设计规范（JTG/T D60-01-2004）计算。 风荷载模式风荷载组合方式取以下2种：()作用(1)（4）； ()作用 (2)+(3)+(4)（上部风力不对称，）A. 横向风荷载计算(由最高的11号桥墩控制，桥面高H

13、=87+11=98m)横向风荷载假定水平垂直作用于桥梁各部分迎风面积的形心上,其标准值按下式计算：式中： 横桥向风荷载标准值(kN)；设计基准风压(kN/m2)；横向迎风面积(m2)；桥梁所在地区的设计基本风速(m/s), （四川巴中百年一遇）；高度Z处的设计基准风速(m/s)；Z距地面或水面的高度(m)；空气重力密度(kN/m3)，；设计风速重现期换算系数，；地形、地理条件系数，；阵风风速系数，；考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数； 风载阻力系数，；重力加速度，。桥墩上的顺桥向风荷载标准值可按横桥向风压的70%乘以桥墩迎风面积计算。B. 竖向风荷载计算 作用在主梁单位长度上的静

14、力风荷载（N/m）按下式计算：；式中：空气密度（），取为1.25； 构件基准高度，取为92m； 设计基准风速（m/s），计算得52.9m/s； 主梁竖向力（升力）系数，取为0.4； 主梁的宽度（m），取为16m； 考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，取为1.27； 阵风风速系数，取为1.7； 桥梁所在地区的设计基本风速(m/s),查得值为24.3m/s。计算得： q3=1/21.2552.920.41611.2kN/m施工阶段风荷载集度如下表所示： 施工阶段风荷载集度风载模式主梁风载集度(kN/m2)桥墩风载集度(kN/m2)墩底墩顶竖向风载0.7-横桥向风载2.522.981.

15、092.36顺桥向风载-0.761.65 运营阶段风荷载： 成桥运营阶段，风荷载计算方式与施工阶段大致相同，仅几个参数取值不同：（1）设计风速重现期换算系数，施工阶段；运营阶段取（2）风载阻力系数计算时，施工阶段梁高取实际箱梁高，运营阶段应再加上防撞墙高度1.1m； （3）施工阶段考虑竖向风压，运营阶段可不考虑。运营阶段风荷载集度如下表所示。 运营阶段风荷载集度风载模式主梁风载集度(kN/m2)桥墩风载集度(kN/m2)墩底墩顶横桥向风载3.373.981.453.14顺桥向风载-1.022.28、船舶撞击力按公路桥涵设计通用规范JTGD60-2004 计算：按规范规定, 通航等级：-(2)级

16、；通航船舶等级：100t；撞击力取为：横桥向:250kN;顺桥向:200kN。4 计算结果4.1 主梁计算结果 持久状况极限状态承载能力计算 持久状况极限状态抗弯承载能力验算根据公桥规第5.1.5条的规定，桥梁构件的承载能力极限状态计算应满足：0MdR运营阶段承载能力最小弯矩图运营阶段承载能力最大弯矩图由上图可知，跨中最大组合弯矩为187750kN.m，跨中抗弯极限强度为261954kN.m（未计入普通钢筋作用），控制截面为中跨跨中；支点最大负弯矩为-3141326kN.m，支点处抗弯极限强度为-4003768kN.m。主桥箱梁抗弯承载能力验算满足规范要求。持久状况极限状态抗剪承载能力验算根据

17、公桥规第5.2.7条的规定，桥梁构件的斜截面抗剪承载力应满足：公桥规第5.2.9条的规定，抗剪截面应满足：最大承载能力剪力图最小承载能力剪力图构造抗剪计算表截面号计算剪力Qh腹板厚度VdVcd-M*tga/h0构造抗剪富余量构造抗剪/Q(%)17940010.80 8540536 68232 68.3%85.9%27620010.30 8538744 65088 68.0%85.4%3714009.82 8536888 62024 68.1%86.9%4669009.35 8535198 59087 67.9%88.3%5625008.89 8533566 56195 67.4%89.9%65

18、83008.45 8532047 53434 66.7%91.7%7543007.96 8530561 50359 64.8%92.7%8498007.50 7528707 41820 45.7%84.0%9457007.05 7527220 39305 44.4%86.0%10420006.63 7526100 36953 41.6%88.0%11384006.23 7524869 34702 39.5%90.4%12349005.85 7523653 32639 38.0%93.5%13316005.46 6522432 26342 17.4%83.4%14280005.10 652097

19、9 24614 17.3%87.9%15246004.77 6519454 23003 18.2%93.5%16214004.48 6517875 21511 20.3%100.5%17184004.23 6516225 20228 24.7%109.9%18156004.02 5515600 16230 4.0%104.0%19128003.87 5512800 15579 21.7%121.7%承载能力抗剪计算表备注：X为到起点的距离。计算结论：计算中，大跨刚构的构造抗剪为控制因素，如果按规范不考虑剪力修正计算，构造抗剪通常不能得到满足，本桥控制因素为未修正前按85控制，考虑修正后满足。由

20、上图及上表可知，主桥箱梁抗剪承载能力及构造抗剪均满足规范要求。 持久状况正常使用极限状态计算 正截面抗裂验算作用（或荷载）长期效应组合正截面混凝土拉应力验算根据公桥规强制性条款6.3条规定，A类预应力混凝土受弯构件：在作用长期效应组合下，stpc0运营阶段上下缘长期效应最小正应力图由长图可知，截面上下缘均未出现拉应力，满足规范要求。作用（或荷载）短期效应组合正截面混凝土拉应力验算根据公桥规强制性条款6.3条规定， 全预应力混凝土构件，在作用（或荷载）短期效应组合下分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件 运营阶段上下缘短期效应最小正应力图根据短期效应截面应力图形可知，结构上下缘没有出现拉应力，满足规范

21、要求。 斜截面抗裂验算斜截面混凝土主拉应力验算根据公桥规强制性条款6.3条规定，全预应力混凝土受弯构件(现场浇注)：在作用短期效应组合下，tp0.4ftk1.14Mpa（C55混凝土）,运营阶段短期效应最大主拉应力图根据短期效应主拉应力图形可知，最大主拉应力为0.94Mpa，主桥箱梁斜截面主拉应力验算满足要求。使用阶段正截面混凝土最大压应力验算按公桥规7.1.5条使用阶段A类预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力应符合下列规定：受压区混凝土的最大压应力kc +pt0.5fck=19.25MPa。运营阶段上下缘最大正应力图 由上图可知，使用阶段最大压应力为18.19Mpa0.5fck=19.2

22、5Mpa,最大压应力位于支点附近， 使用阶段正截面混凝土最大压应力满足规范要求。4.2动力特性分析采用midas软件进行动力特性分析，整体模型如下： 结构前10阶自振模态的计算结果如下：一阶模态 二阶模态三阶模态 四阶模态五阶模态 六阶模态 七阶模态 八阶模态九阶模态 十阶模态阶数周期(s)自振模态描述阶数周期(s)自振模态描述14.06横向对称漂移60.96纵向反对称漂移23.79横向反对称漂移70.60纵向对称漂移32.39纵向反对称挠曲80.59横向反对称漂移42.10纵向对称挠曲90.53纵向反对称漂移51.07横向对称漂移100.42横向对称漂移从低阶自振基频来看，最为控制设计的横向一阶自振周期为4.06s，对应频率0.246HZ，结构的横向刚度是能够得到保证的。 设计者： 复核者： 第 21 页 共 21 页