主桥计算书汇总.docx
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主桥计算书汇总
庆元城东大桥计算书
第一部分:
主桥部分
一、工程概况
庆元城东大桥是跨越庆元松源溪的一座大桥,桥址处现状河面宽约100米.桥梁采用20+80+20米的中承式钢管混凝土拱桥,拱肋拱轴线为二次抛物线y=(4f/L2)×X(L-X),主跨拱肋矢跨比f/L=1/4,采用钢管砼结构。
边跨拱肋采用1/7。
采用钢筋混凝土结构。
主拱肋截面为带倒圆角矩型,拱肋1.6m(高)x0.8m(宽),壁厚δ=20mm的钢板焊接组成,内灌C40为膨胀砼;。
桥面以上全桥共设3道一字式横撑,钢管截面为Φ90cm,壁厚δ=10mm,桥面下主墩两侧各设1道K撑。
桥面吊杆横梁采用普通钢筋砼梁,肋间横梁采用钢结构箱梁,梁高为1.1米。
桥面板选用30cm厚的实心板,桥面吊杆为73Φ7高强平行钢丝外加2层PE防护,吊杆间距为5.5米,吊杆两端采用冷铸墩头锚锚固,张拉端设于拱肋上。
桥面铺装层结构为8cm钢纤维防水砼+5cm沥青砼。
桥台为重力式结构结合钻孔灌注桩基础,桥墩采用重力式桥墩结合钻孔灌注桩基础。
二、技术标准
2.1、设计行车速度:
30km/h。
2.2、设计荷载:
公路Ⅱ级,人群荷载4.0kN/㎡。
2.3、桥面宽度:
行车道宽9.0米,两侧各设2.5米宽人行道(不包括拱肋宽度和栏杆),全宽14.5米。
2.4、水位标准:
50年一遇洪水位为359.02米;控制景观水位为354.9米;桥下无航净空要求。
2.5、桥梁坡度:
桥面纵坡:
双向1.05%,竖曲线半径R=4000m,E=0.22m,T=42m;横坡:
车行道双向1.5%,人行道单向1.5%。
2.6、地震烈度:
地震基本烈度Ⅵ度。
三、设计规范
1、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
2、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)
3、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)
4、《公路桥梁抗震设计细则》(JTGB02-01-2008)
5、《钢管混凝土设计与施工规程》(CECS28:
90)
6、《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159:
2004)
7、《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13-51-2003)
8、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
9、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)
10、《钢结构设计规范》GB50017-2003
四、设计参数
1、混凝土
a.拱肋钢管内灌注
C40混凝土
b.吊杆、拱上横梁、边拱肋
C30混凝土
c.桥道板、现浇接缝
C30混凝土
d.现浇接缝
C30混凝土
e.桥面铺装
C40防水混凝土
f.拱座及拱上立柱、台帽
C30混凝土
g.桩基础
C25水下混凝土
H.桥台台身/承台
C25混凝土
混凝土的材料特性包括:
标准强度、设计强度、弹性模量、剪切模量、线膨胀系数、容重等按有关规范取用。
2、钢材:
系杆预应力钢绞线为Φs15.20低松弛预应力钢铰线,标准抗拉极限强度为1860MPa,钢绞线采用GB/T5224-2003技术标准。
拱肋、钢横梁截面采用Q345c钢。
吊杆采用fpk=1670MPa的高强钢丝。
钢材主要指标一览表
钢筋种类
抗拉设计强度
抗压设计强度
标准强度
弹性模量
R235
195
195
235
HRB335
280
280
335
Strand1860
1260
390
1860
Wire1670
1140
410
1670
2.05
Q345
210
210
345
2.06
五、设计荷载取值
1、恒载
上部结构自重,混凝土容重取26KN/m3;拱肋钢材容重取78.5KN/m3。
桥面铺装钢筋混凝土容重取25KN/m3。
沥青混凝土铺装容重取24KN/m3,栏杆按5KN/m计算。
2、计算荷载:
汽车荷载按公路-Ⅱ级,双向2车道计算。
3、温度力
体系整体升温20℃;体系整体降温25℃
六、计算概述
主桥总体静力计算分别采用“MIDAS/CIVIL程序”及“桥梁博士程序”计算。
按桥梁施工流程划分结构计算阶段,根据荷载组合要求的内容进行内力、应力、极限承载力计算,验算结构在运营阶段应力、极限承载力及整体刚度是否符合规范要求。
主桥计算结果以MIDAS计算结果为主,桥梁博士计算结果为辅,因此报告中主桥验算结果未做特殊说明的部分均为MIDAS计算结果。
主桥端、中横梁、桥面板计算等采用桥梁博士V3.03程序进行计算。
七、荷载组合说明
桥梁博士荷载组合说明如下:
承载能力极限组合为组合Ⅰ,即基本组合,按规范JTGD60—2004第4.1.6条规定。
按此组合验算结构的承载能力极限状态的强度。
正常使用极限状态内力组合分为三种组合,组合Ⅰ:
长期效应组合,按规范JTGD60—2004第4.1.7条规定;组合Ⅱ:
短期效应组合,按规范JTGD60—2004第4.1.7条规定;组合Ⅲ:
标准值组合。
MIDAS荷载(作用)直接按照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)第4.1.4,4.1.5,4.1.6,4.1.7,4.1.8,4.1.9规定进行组合。
八、主桥上部结构验算
1、主桥MIDAS计算模型
如图1所示,全桥计算模型共划分为415个节点和66个桁架单元(吊杆、系杆)和513个梁单元(拱肋、横梁、桥面板等)。
计算文件中各种力的单位采用kN,长度单位采用m,应力单位为MPa。
图1.MIDAS计算模型图
2、主桥边界条件
MIDAS计算模型中,将一个主拱肋、边拱肋交点设置成弹性支座(由群桩等效等到),其余拱脚支座设成滑动支座,滑动方向与设计文件同。
九、施工阶段计算
1、施工阶段步骤表
主桥计算施工阶段划分情况如下表所示:
MIDAS计算过程中施工步骤划分表
施工
步骤号
施工步骤名称
历时(天)
施工结构
部位
施加荷载
(作用)
添加
边界条件
拆除
边界条件
1
搭架浇注边拱肋段、端横梁
10
边拱
自重
弹性支撑、滑动支座、部分刚性支撑
2
主拱钢管
10
主拱
3
主拱灌注混凝土
5
4
浇注边拱上立柱、横梁
28
张拉第一批系杆1600KN
5
安装拱上横梁、吊杆横梁
3
6
安装桥面板、浇注湿接头
7
张拉第二批系杆1600KN
7
二期恒载
10
收缩、徐变10年
3650
注:
结构自重在第一个施工阶段添加后,在接下来的施工节段里,程序会自重添加。
桥梁博士计算施工顺序与本表同。
十、弹性阶段拱肋计算
1、主拱肋内力计算
主拱肋部分采用钢管混凝土结构,设计采用容许应力法,荷载组合按相应规范要求采用标准值组合。
根据计算拱肋以“恒载+汽车荷载+人群+降温工况控制设计”。
拱肋组合内力如下图所示:
恒载+汽车荷载+人群+降温作用下弯矩(My)包络图(kN-m)
恒载+汽车荷载+人群+降温作用下弯矩(FX)包络图(kN-m)
其各设计控制点内力如下:
拱脚:
轴力9140.8KN,弯矩4812.5KN·m
1/4拱肋:
轴力6808.0KN,弯矩2671.0KN·m
拱顶:
轴力6068.0KN,弯矩2820.8KN·m
2、矩形钢管混凝土拱截面验算
拱脚截面:
钢管混凝土截面尺寸b
0.8
m
钢管混凝土截面尺寸h
1.3
m
钢管壁厚t
0.02
m
钢管抗弯惯性矩Is
0.0197762
m4
混凝土抗弯惯性矩Ic
0.1266905
m4
桥梁安全等级γ
1
一级为1.1,二级为1.0,三级为0.9
C40混凝土抗压强度
fc=
19.1
Mpa
C40混凝土弹性模量
Ec
32500
Mpa
钢材抗压强度
f=
295
Mpa
钢材弹性模量
Es
206000
Mpa
混凝土部分面积
Ac
0.9431
m2
钢管面积
As
0.0776
m2
混凝土工作承担系数fcAc/(fcAc+fAs)=
αc=
0.4403647
拱轴线长度
S
90.82
m
拱轴x轴计算长度
l0x
32.6952
m
拱轴y轴计算长度
l0y
40
m
(x轴按无铰拱为0.36S,y轴计算长度按两段固定梁考虑,偏安全不考虑风撑影响取0.5L)
强度验算
Nu=Acfc+Asfs
40905.21
KN
设计最大轴力N
9140.8
KN
N/Nu
0.223463
<1/γ=
1
满足
Mux=[0.5As(h-2t-dn)+bt(t+dn)]f
12142.602
KNm
设计最大弯矩Mx
4812.5
KNm
Mx/Mu
0.3963319
<1/γ=
1
满足
dn=(As-2bt)/[(b-2t)fc/f+4t]
0.3529227
m
N/Nu+(1-αc)M/Mu=
0.4452643
<1/γ=
1
满足
稳定验算部分
轴心受压相对长细比λ0x=
0.795325
>0.215
轴心受压相对长细比λ0y=
0.9730174
轴心受压长细比λx=l0x/r0
61.054625
轴心受压长细比λy=l0y/r0
74.695521
r0=
0.5355073
m
轴心受压稳定系数φx
0.7263929
轴心受压稳定系数φy
0.6177335
N'ex=Nex/1.1
68753.33
KN
Nex=Nu*π2*Es/(λx)2/f
75628.663
KN
β
1
N/φx/Nu+(1-αc)*β*Mx/(1-0.8N/N'ex)/Mux=
0.5634454
<1/γ=
1
满足
平面内稳定β*Mx/(1-0.8N/N'ex)/Mux=
0.4571041
<1/γ=
1
满足
平面外稳定N/φy/Nu+β*Mx/Mux=
0.7580784
<1/γ=
1
满足
1/4拱肋截面:
钢管混凝土截面尺寸b
0.8
m
钢管混凝土截面尺寸h
1.3
m
钢管壁厚t
0.02
m
钢管抗弯惯性矩Is
0.0197762
m4
混凝土抗弯惯性矩Ic
0.1266905
m4
桥梁安全等级γ
1
一级为1.1,二级为1.0,三级为0.9
C40混凝土抗压强度
fc=
19.1
Mpa
C40混凝土弹性模量
Ec
32500
Mpa
钢材抗压强度
f=
295
Mpa
钢材弹性模量
Es
206000
Mpa
混凝土部分面积
Ac
0.9431
m2
钢管面积
As
0.0776
m2
混凝土工作承担系数fcAc/(fcAc+fAs)=
αc=
0.4403647
拱轴线长度
S
90.82
m
拱轴x轴计算长度
l0x
32.6952
m
拱轴y轴计算长度
l0y
40
m
(x轴按无铰拱为0.36S,y轴计算长度按两段固定梁考虑,偏安全不考虑风撑影响取0.5L)
强度验算
Nu=Acfc+Asfs
40905.21
KN
设计最大轴力N
6808
KN
N/Nu
0.1664336
<1/γ=
1
满足
Mux=[0.5As(h-2t-dn)+bt(t+dn)]f
12142.602
KNm
设计最大弯矩Mx
2671
KNm
Mx/Mu
0.2199693
<1/γ=
1
满足
dn=(As-2bt)/[(b-2t)fc/f+4t]
0.3529227
m
N/Nu+(1-αc)M/Mu=
0.2895362
<1/γ=
1
满足
稳定验算部分
轴心受压相对长细比λ0x=
0.795325
>0.215
轴心受压相对长细比λ0y=
0.9730174
轴心受压长细比λx=l0x/r0
61.054625
轴心受压长细比λy=l0y/r0
74.695521
r0=
0.5355073
m
轴心受压稳定系数φx
0.7263929
轴心受压稳定系数φy
0.6177335
N'ex=Nex/1.1
68753.33
KN
Nex=Nu*π2*Es/(λx)2/f
75628.663
KN
β
1
N/φx/Nu+(1-αc)*β*Mx/(1-0.8N/N'ex)/Mux=
0.3657553
<1/γ=
1
满足
平面内稳定β*Mx/(1-0.8N/N'ex)/Mux=
0.2441447
<1/γ=
1
满足
平面外稳定N/φy/Nu+β*Mx/Mux=
0.4893955
<1/γ=
1
满足
拱顶截面:
钢管混凝土截面尺寸b
0.8
m
钢管混凝土截面尺寸h
1.3
m
钢管壁厚t
0.02
m
钢管抗弯惯性矩Is
0.0197762
m4
混凝土抗弯惯性矩Ic
0.1266905
m4
桥梁安全等级γ
1
一级为1.1,二级为1.0,三级为0.9
C40混凝土抗压强度
fc=
19.1
Mpa
C40混凝土弹性模量
Ec
32500
Mpa
钢材抗压强度
f=
295
Mpa
钢材弹性模量
Es
206000
Mpa
混凝土部分面积
Ac
0.9431
m2
钢管面积
As
0.0776
m2
混凝土工作承担系数fcAc/(fcAc+fAs)=
αc=
0.4403647
拱轴线长度
S
90.82
m
拱轴x轴计算长度
l0x
32.6952
m
拱轴y轴计算长度
l0y
40
m
(x轴按无铰拱为0.36S,y轴计算长度按两段固定梁考虑,偏安全不考虑风撑影响取0.5L)
强度验算
Nu=Acfc+Asfs
40905.21
KN
设计最大轴力N
6028
KN
N/Nu
0.1473651
<1/γ=
1
满足
Mux=[0.5As(h-2t-dn)+bt(t+dn)]f
12142.602
KNm
设计最大弯矩Mx
2820.8
KNm
Mx/Mu
0.2323061
<1/γ=
1
满足
dn=(As-2bt)/[(b-2t)fc/f+4t]
0.3529227
m
N/Nu+(1-αc)M/Mu=
0.2773718
<1/γ=
1
满足
稳定验算部分
轴心受压相对长细比λ0x=
0.795325
>0.215
轴心受压相对长细比λ0y=
0.9730174
轴心受压长细比λx=l0x/r0
61.054625
轴心受压长细比λy=l0y/r0
74.695521
r0=
0.5355073
m
轴心受压稳定系数φx
0.7263929
轴心受压稳定系数φy
0.6177335
N'ex=Nex/1.1
68753.33
KN
Nex=Nu*π2*Es/(λx)2/f
75628.663
KN
β
1
N/φx/Nu+(1-αc)*β*Mx/(1-0.8N/N'ex)/Mux=
0.3453729
<1/γ=
1
满足
平面内稳定β*Mx/(1-0.8N/N'ex)/Mux=
0.254631
<1/γ=
1
满足
平面外稳定N/φy/Nu+β*Mx/Mux=
0.4708638
<1/γ=
1
满足
备注:
钢管混凝土计算部分参照《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS159:
2004
第六章压弯构件进行计算
经计算得到各截面均满足规范要求。
2、边拱肋内力计算
边拱肋部分采用钢筋混凝土结构,设计采用极限状态法,荷载组合按相应规范要求进行组合。
根据计算拱肋以“恒载+汽车荷载+人群+降温工况控制设计”。
恒载+汽车荷载+人群+降温作用下弯矩(My)包络图(kN-m)
恒载+汽车荷载+人群+降温作用下弯矩(FX)包络图(kN-m)
其各设计控制点内力如下:
拱脚:
轴力6930KN,弯矩3903KN·m
1/4拱肋:
轴力4945.6KN,弯矩4084.5KN·m
采用桥梁博士进行截面配筋计算:
截面按1.6x1.3m计算:
经计算截面仅需按构造配筋即可满足设计要求,实际配置钢筋为
上下缘各26φ25。
验算结果如下:
任务类型:
截面验算
-截面高度:
1.6m
构件计算长度:
18.0m
荷载信息;
荷载类型:
轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m)
结构重力6.93e+030.03.9e+03
汽车冲击系数:
0.0
------------------------------------------------------------
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弯矩
轴力8.32e+036.93e+036.93e+036.93e+038.32e+036.93e+03
剪力0.00.00.00.00.00.0
弯矩4.68e+033.9e+033.9e+033.9e+034.68e+033.9e+03
------------------------------------------------------------
承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:
最大轴力强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=8.32e+03KN,Qj=0.0KN,Mj=4.68e+03KN-m
截面抗力:
NR=1.55e+04KN>=Nj=8.32e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=4.16e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.28e-02m**2(满足)
最小轴力强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=6.93e+03KN,Qj=0.0KN,Mj=3.9e+03KN-m
截面抗力:
NR=1.55e+04KN>=Nj=6.93e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=4.16e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.28e-02m**2(满足)
最大弯矩强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=8.32e+03KN,Qj=0.0KN,Mj=4.68e+03KN-m
截面抗力:
NR=1.55e+04KN>=Nj=8.32e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=4.16e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.28e-02m**2(满足)
最小弯矩强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=6.93e+03KN,Qj=0.0KN,Mj=3.9e+03KN-m
截面抗力:
NR=1.55e+04KN>=Nj=6.93e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=4.16e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.28e-02m**2(满足)
任务类型:
截面验算
------------------------------------------------------------
截面高度;1.6m
构件计算长度:
18.0m
------------------------------------------------------------
荷载信息:
荷载类型:
轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m)
结构重力4.95e+030.04.81e+03
汽车冲击系数:
0.0
------------------------------------------------------------
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弯矩
轴力5.93e+034.95e+034.95e+034.95e+035.93e+034.95e+03
剪力0.00.00.00.00.00.0
弯矩5.77e+034.81e+034.81e+034.81e+035.77e+034.81e+03
------------------------------------------------------------
承载能力极限状态荷载组合I强度验算结果:
最大轴力强度验算
截面受力性质:
下拉偏压
内力描述:
Nj=5.93e+03KN,Qj=0.0KN,Mj=5.77e+03KN-m
截面抗力:
NR=9.22e+03KN>=Nj=5.93e+03KN(满足)
最小配筋面积Agmin=4.16e-03m**2<实际配筋面积Ag=1.28e-0
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