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连霍国家高速公路联络线G3014
克拉玛依-阿勒泰段高速公路工程

2011年4月

目 录
第一章 概 述 1
1.1 项目概况 1
1.2 主要参考规范 1
1.3 主要材料 1
第二章 北屯互通立交AK+114.774匝道桥整体结构分析计算 3
2.1 相关计算参数 3
2.2 模型建立 3
2.2.1 模型概况 3
2.2.2 施工阶段划分 5
2.2.3 荷载工况及荷载组合 5
2.3 施工阶段应力计算 5
2.4 受拉区钢筋拉应力验算 6
2.5 持久状况正常使用极限状态计算 7
2.5.1 正截面抗裂验算 7
2.5.2 斜截面抗裂验算 9
2.5.3 正截面压应力验算 9
2.5.4 斜截面主压应力验算 10
2.6 持久状况承载能力使用极限状态计算 11
2.6.1 正截面抗弯强度验算 11
2.6.2 斜截面抗剪强度验算 13
2.7 本章结论 14

图表清单
图2. 1 支座处单元截面示意图（单位：cm） 4
图2. 2 跨中处单元截面示意图（单位：cm） 4
图2. 3 边界条件示意图 4
图2. 4 全桥模型示意图 4
图2. 5 施工阶段法向压应力包络图 6
图2. 6 施工阶段钢绞线拉应力包络图 6
图2. 7 使用阶段钢绞线拉应力包络图 7
图2. 8 短期荷载组合下截面法向拉应力包络图 8
图2. 9 长期荷载作用下截面法向拉应力包络图 8
图2. 10 主拉应力包络图 9
图2. 11 正截面压应力包络图 10
图2. 12 斜截面主压应力包络图 11
图2. 13 最大弯矩包络图 12
图2. 14 最小弯矩包络图 12
图2. 15 最大剪力包络图 13
图2. 16 最小剪力包络图 14

表1. 1 混凝土材料指标 1
表1. 2 普通钢筋材料指标 2
表1. 3 预应力材料指标 2

表2. 1 施工阶段划分 5
表2. 2 工况分类表 5

第一章 概 述
1.1 项目概况
北屯互通立交AK+114.774匝道桥位于连霍国家高速公路联络线G3014克拉玛依-阿勒泰段高速公路工程福海渔场至阿勒泰段上，为A匝道上跨主线所设，全长107.2m。本桥与主线交角为110度，全桥共设1联，采用20+30+30+20m现浇预应力混凝土连续箱梁。墩台均径向布置，中心线与路线交角110度。
桥梁主要技术标准：
1）横向布置：双向4车道；
2）公路等级：公路I级；
3）桥梁全宽15.5m：0.5m（护栏）+14.5m（行车道）+0.5m（护栏）；
4）地震动峰值加速度系数：0.05g；
1.2 主要参考规范
1）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）
2）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）
3）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）
4）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）
1.3 主要材料
（1）混凝土
砼箱梁混凝土等级为C50，参数指标见表1.1；桥面铺装采用12cm厚的沥青混凝土。
表1. 1 混凝土材料指标
强度等级
弹性模量
（MPa）
容重
（KN/m3）
线膨胀系数
标准值
设计值
（MPa）
（MPa）
（MPa）
（MPa）
C50
34500
25
1.0e-005
32.40
2.65
22.40
1.83

（2）普通钢筋
钢筋直径及伸缩装置锚固钢筋为HRB335钢筋，直径及预应力锚下螺旋钢筋为R235钢筋，其规格和技术性能应分别符合GB13013-1991和GB1499-1998之规定。普通钢筋的性能指标见表1.2。
表1. 2 普通钢筋材料指标
普通钢筋
弹性模量
（MPa）
容重
（KN/m3）

（MPa）

（MPa）

（MPa）
HRB335
200000
76.98
335
280
280
（3）预应力材料
预应力钢束采用ΦS15.2钢绞线，其公称抗拉强度为；弹性模量为，预应力锚下张拉控制应力为0.75。钢绞线必须符合“GB/T 5224-2003”的技术标准，其材料指标如表1.3所示。
表1. 3 预应力材料指标
预应力钢绞线
弹性模量
（MPa）
容重
（KN/m3）
线膨胀系数

（MPa）

（MPa）

（MPa）
15ΦS15.2
195000
78.5
1.2e-005
1860
1260
390

第二章 北屯互通立交AK+114.774匝道桥整体结构分析计算
2.1 相关计算参数
北屯互通立交AK+114.774匝道桥为20m+30m+30m +20m的现浇连续箱梁。本章利用Midas软件对其进行结构静力计算。梁体采用后张法预应力构件，结构验算考虑了施工和使用阶段中预应力损失以及预应力、温度、混凝土收缩徐变等引起的次内力对结构的影响。
1）预应力钢筋混凝土密度：25KN/m3；
2）二期恒载： 桥面铺装：0.17×14. 5×25=61.6 KN/m；
防撞护栏：0.469×25=11.725 KN/m；
3）管道每米局部偏差对摩擦的影响系数：；
4）预应力钢筋与管道壁的摩擦系数：μ=0.15；
5）钢筋松弛系数，Ⅱ级（低松弛），；
6）锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值：（两端）；
7）混凝土加载龄期：7天；
8）支座不均匀沉降量按L/3000（L为跨径）考虑，取两侧桥台支座不均匀沉降为6.7mm；中间三个桥墩支座不均匀沉降为：10mm；
9）竖向日照温差：℃，℃，℃竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。
整体升温温差：24℃；
整体降温温差：-51℃；
10）计算冲击系数所使用的结构基频采用midas特征值分析计算所得。
2.2 模型建立
2.2.1 模型概况
本章以平面杆系理论为基础进行全桥整体结构分析，构件类型为A类部分预应力构件。其设计安全等级为一级，构件制作方法为现浇。
采用梁单元建立梁格模型。其中梁单元共计687个，节点453个，支座附近单元与跨中单元的截面示意图如图2.1、2.2所示。

图2. 1 支座处单元截面示意图（单位：cm）

图2. 2 跨中处单元截面示意图（单位：cm）

对于模型的边界条件，见图2.3。
图2. 3 边界条件示意图

最后，建立全桥模型如图2.4所示。
图2. 4 全桥模型示意图
2.2.2 施工阶段划分
采用满堂支架施工，先在支架上浇筑混凝土，进行养护，当混凝土达到规定强度后张拉预应力钢筋，最后进行桥面施工，具体施工阶段划分见表2.1。
表2. 1 施工阶段划分
施工阶段
周期（天）
说明
1
30
一次落架
2
3650
混凝土收缩徐变
2.2.3 荷载工况及荷载组合
根据大唐公铁大桥所处环境及设计标准，定义下列工况，如表2.2所示。
表2. 2 工况分类表
工况编号
工况名称
类型
说明
1
自重
施工阶段荷载

2
铺装
施工阶段荷载

3
护墙
施工阶段荷载

4
预应力荷载
施工阶段荷载
张拉控制应力0.75
5
系统升温
温度荷载
升温24℃
6
系统降温
温度荷载
降温-51℃
7
梯度升温
温度梯度
℃，℃
8
梯度降温
温度梯度
℃，℃
9
移动荷载
移动荷载
4车道中载
4车道偏载
10
支座沉降

桥台支座沉降：6.7mm
桥墩支座沉降：10.0mm
2.3 施工阶段应力计算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第7.2.7和7.2.8的规定，需进行施工阶段的应力验算。
规范规定：预应力受弯构件，在构件自重和预应力等施工荷载的作用下截面边缘法向压应力应满足，根据法向压应力的包络图（如图2.5）可知，最大法向压应力出现在：施工第2阶段，单元738处，最大压应力为8.187MPa<=18.144MPa，满足规范要求。
同时，对于边缘截面的法向拉应力的验算，不考虑实心段，可知最大法向拉应力出现在：施工第2阶段，单元384处，最大法向拉应力为1.448MPa，小于MPa，满足规范要求。
图2. 5 施工阶段法向压应力包络图
2.4 受拉区钢筋拉应力验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第7.1.3-7.1.5的规定，需进行受拉区钢筋拉应力验算。
图2. 6 施工阶段钢绞线拉应力包络图

图2. 7 使用阶段钢绞线拉应力包络图
规范规定：A类预应力混凝土受弯构件，使用阶段的预应力钢绞线的应力。
根据计算结果，结合钢绞线施工阶段拉应力包络图（如图2.6所示），最大钢绞线拉应力为1231.9<0.75fpk=1395MPa，满足规范要求；同时根据钢绞线使用阶段拉应力包络图（如图2.7所示），最大钢绞线拉应力为1184.9<0.65fpk=1209MPa，满足规范要求。
2.5 持久状况正常使用极限状态计算
2.5.1 正截面抗裂验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第6.3.1-1和6.3.2的规定，需进行使用阶段正截面抗裂验算。
规范规定：A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）的短期效应的组合下，浇筑构件需满足；但在长期荷载作用下要满足。

图2. 8 短期荷载组合下截面法向拉应力包络图
根据短期荷载效应组合下截面法向拉应力的包络图（如图2.8所示）可知，不考虑实心段，在所有的短期组合中，全桥最大拉应力出现在CLCB29，单元713处，最大拉应力1.406<0.7ftk=1.855MPa。
同时，根据长期荷载组合下截面法向拉应力的包络图（如图2.9所示）可知，在长期效应的组合作用下，186、524等几处出现拉应力，不满足规范要求。但也是因为实心段原因，此处忽略。

图2. 9 长期荷载作用下截面法向拉应力包络图

2.5.2 斜截面抗裂验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第6.3.1-2和6.3.3的规定，需进行使用阶段斜截面抗裂验算。

图2. 10 主拉应力包络图
规范规定，A类预应力混凝土构件，在作用（或荷载）的短期效应的组合下，浇筑构件需要满足。
2.5.3 正截面压应力验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第7.1.3、7.1.4和7.1.5的规定，需进行使用阶段正截面压应力验算。
规范规定，对于未开裂构件，使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土压应力需要满足：。

图2. 11 正截面压应力包络图
根据正截面压应力包络图（如图2.11所示）可知，满足规范要求。
2.5.4 斜截面主压应力验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第7.1.6的规定，需进行使用阶段斜截面主压应力验算。
对于使用阶段预应力混凝土受弯构件，其斜截面混凝土主压应力需要满足：。
根据斜截面主压应力的包络图（如图2.12所示）可知，满足规范要求。

图2. 12 斜截面主压应力包络图
2.6 持久状况承载能力使用极限状态计算
2.6.1 正截面抗弯强度验算
根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第5.2.2-5.2.5的规定，需进行使用阶段正截面抗弯强度验算。

图2. 13 最大弯矩包络图

图2. 14 最小弯矩包络图
根据弯矩包络图（如图2.13和图2.14所示）可知，全桥最大弯矩出现在：CLCB18组合下，单元156处，最大弯矩为6683KN·m<21514 KN·m；同时根据全桥截面弯矩分析结果，所有截面的内力均小于截面的抗力，满足规范要求。
2.6.2 斜截面抗剪强度验算

图2. 15 最大剪力包络图

根据规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004），第5.2.6-5.2.11的规定，需进行使用阶段斜截面抗剪验算。
根据剪力包络图（如图2.15和图2.16所示）可知，全桥最大剪力出现在：CLCB9组合下，单元144处，最大剪力为2768KN<4374KN；同时根据全桥截面剪力分析结果，所有截面的内力均小于截面的抗力，满足规范要求。

图2. 16 最小剪力包络图
2.7 支座反力
最大支座反力发生在CLCB9组合下，648号节点，最大反力为7338KN。
2.7 本章结论