资源描述
一、 工程概况
上部结构采用预应力混凝土变截面连续箱梁,为双幅结构。单幅箱梁采用单箱单室截面,箱梁顶板宽11.99m,底板宽为6.99米,箱梁顶板设置1.5%的横坡。边跨端部及中跨跨中梁高均为2.0m(以梁体中心线为准),箱梁根部梁高为4.0米,梁高从2.0m到箱梁根部按1.5次抛物线规律变化;边跨端部及中跨跨中底板厚度为0.25米,箱梁悬臂根部底板厚度为0.6米,箱梁底板厚度从2.0m到悬臂根部按1.5次抛物线规律变化。箱梁腹板在3.5m长度内由0.45米直线变化至0.6米。
桥台采用重力式U型桥台,桥台与道路中心线正交布置。桥台扩大基础应嵌入中风化岩面不少于0.5m,同时应满足基底持力层抗压承载力要求,桩基础应嵌入中风化岩层长度不小与2.5倍桩径,桥台台身采用C25片石混凝土浇筑,台帽混凝土采用C30钢筋混凝土。台后的填料采用压实度不小于96%的砂卵石,回填时应预设隔水层或排水盲沟。
桥墩均采用钢筋混凝土八棱形截面,基础采用桩基接承台。桥墩墩身截面为3.5×2.0m,截面四角对应切除70×50cm倒角。墩顶设盖梁,桥墩盖梁尺寸为6.99m(长)×2.4m(宽)×2.6m(高),承台尺寸为8.4m(长)×3.4m(宽)×2.5m。每个承台接两根直径2.0m的桩基。
所有的桩基础均采用嵌岩桩,用人工挖孔成桩。桩基础应嵌入完整的中风化岩面不少于3倍桩径,并要求嵌岩岩石襟边宽度大于3.0m,同时应满足基底持力层岩石抗压强度要求。
桥型布置见图1 桥型立面布置图。
图1 桥型立面布置图
二、主要技术标准
汽车荷载:公路-I级。
人群荷载:3.5 KN/m2 。
2.4.桥梁宽度:
2.5. 纵坡、横坡:
三、设计规范
3.1.《城市桥梁设计准则》(CJJ11—93)。
3.2.《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)。
3.3.《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)。
3.4.《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63—2007)。
3.5.《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)。
3.6.《公路桥梁抗震设计细则》(JTG/T B02-01-2008)。
四、主要材料及计算参数
4.1 混凝土
①、C50混凝土(用于主梁及桥墩盖梁)
弹性模量:3.45×104 Mpa,剪变模量:1.38×104 Mpa
轴心抗压强度设计值:fcd=22.4 Mpa,轴心抗拉强度设计值:ftd=1.83 Mpa
泊松比:0.2,线膨胀系数: 1.0×10-5/°C
容重:γ=26.0 KN/m3
、C40混凝土(用于桥墩)
弹性模量:3.25×104 Mpa,剪变模量:1.30×104 Mpa
轴心抗压强度设计值:fcd=18.4 Mpa,轴心抗拉强度设计值:ftd=1.65 Mpa
泊松比:0.2,线膨胀系数: 1.0×10-5/°C
容重:γ=25.0 KN/m3
、C30混凝土(用于承台及桩基础)
弹性模量:3.0×104 Mpa,剪切模量:1.20×104 Mpa
轴心抗压强度设计值:fcd=13.8 Mpa,轴心抗拉强度设计值:ftd=1.39 Mpa
泊桑比:0.2,线膨胀系数: 1.0×10-5/°C
容重:γ=25.0 KN/m3
、C25片石混凝土(用于桥台)
弹性模量:2.80×104 Mpa,剪切模量:1.12×104 Mpa
泊桑比:0.2,线膨胀系数: 1.0×10-5/°C
容重:γ=24.0 KN/m3
⑤、桥面沥青混凝土铺装 γ=24.0 KN/m3
4.2 普通钢筋①、HPB、4.3 预应力钢材
①、预应力采用符合《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T 5224-2003)中规定的预应力钢绞线。
五、结构计算分析
5.1 结构分析
5.1.1 计算软件
上部结构纵向计算采用MIDAS(2010版)程序进行,横向计算采用桥梁博士(V3.00)(正式版)程序进行,横梁计算采用上部结构计算所得出反力,用桥梁博士(V3.00)(正式版)程序进行计算;下部结构采用手工计算。
5.1.2结构整体模型概况
计算模型共有节点82个,单元81个。主桥各部位边界条件,根据结构实际情况进行模拟,支座采用约束释放的点支撑;主桥结构纵向静力计算分析以平面杆系理论为基础,采用MIDAS(2010版)进行结构分析。结构离散图见图2整体静力计算结构离散图。
图2整体静力计算结构离散图
5.2.上部结构整体计算
现浇预应力混凝土主梁按全预应力混凝土构件设计,因主梁采用支架现浇施工,主梁仅验算成桥后的运营阶段。横向计算取运营阶段纵向桥长1m梁段,按照支撑设在腹板底端的横向框架为结构模型,采用平面杆系理论进行计算。
5.3.下部结构计算
下部结构根据上部结构支反力计算结果进行计算。
六、成桥阶段荷载分项及计算参数
6.1 永久作用效应
6.1.1 一期荷载
主梁各个构件均按实际重量加载。
6.1.2 二
位置
项目
体积(m3)
重量(kN)
4.5m人行道
人行道系
1.21
30.25
人行道栏杆
人行道栏杆
3.8
7.5m宽车行道桥面铺装
9cm沥青混凝土
0.675
16.2
8.63
二期荷载合计(kN/m)
58.9
6.1.3 混凝土收缩及徐变作用
按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)取值;计算中分别考虑成桥阶段、使用10年时的收缩徐变对结构的影响并指导设计。
6.2 可变荷载效应
6.2.1 汽车荷载效应
① 车道荷载车道荷载:公路—I级车道荷载的均布荷载标准值为qk=10.5kN/m;60m主跨集中荷载标准值按规范取为Pk=360KN,其它跨径按规范规定直线内差取得。计算剪力效应时,集中荷载标准值Pk应乘以1.2的系数。
② 冲击系数:车道荷载冲击系数根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)第4.3.2条取值计算。
6.2.2人群荷载
整体计算人群荷载标准值:3.5×4.3=15.05kN/m(人行道宽度4.5m)。
6.2.3整体温度作用按计算
6.2.4梯度温度作用
本桥铺装为9cm沥青混凝土,按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)表4.3.10-3内插计算得:①正温差梯度,桥面板表面最高温度T=15.2℃,离箱顶10cm取T=5.74℃,离箱顶40cm取T=0℃;②负温差梯度,竖向日照反温差为正温差乘以-0.5,即箱顶取T=-7.6℃,离箱顶10cm取T=-2.87℃,离箱顶40cm取T=0℃。见下图3竖向梯度温度取值
图3竖向梯度温度取值
6.2.5 汽车制动力
采用165kN或者10%车道荷载,并取两者中的较大值,但不包括冲击力;以两条车道为准,制动力为一个车道的2倍。
七、主梁主要计算分析结果
7.1 运营阶段主梁承载能力极限状态分析结果
1、主梁内力及相应抗力弯矩包络图
持久状况承载能力极限状态验算取荷载组合Ⅰ,主梁的内力及相应抗力见下图4:
图4 主梁内力及相应抗力弯矩包络图 (单位: KN-m)
由以上图表可知,主梁弯矩抗力均大于相应包络图内力,抗弯承载力满足要求。
2、主梁剪力及相应抗力包络图
持久状况承载能力极限状态验算取荷载组合Ⅰ,主梁的剪力及相应抗力见图5:
图5 主梁剪力及相应抗力包络图 (单位: KN)
由以上图表可知,主梁剪力抗力均大于相应包络剪力,抗剪承载力满足要求。
7.1.3 运营阶段主梁正常使用极限状态分析结果
1、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条抗裂验算的规定,正截面抗裂需满足在荷载短期效应组合下,混凝土抗裂验算边缘法向拉应力不大于0.8倍预应力在抗裂验算边缘产生的压应力;斜截面抗裂验算需满足混凝土主拉应力不大于0.4倍混凝土抗拉强度标准值。
在短期效应组合作用下,主梁的上、下缘最小正应力为1.202MPa,为压应力,可知正截面抗裂验算满足要求。
主梁的最大主拉应力为0.77MPa,规范规定的限值为:0.4×2.65=1.06 MPa,可知斜截面抗裂验算满足要求。
2、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条应力验算的规定,正截面混凝土最大压应力不大于0.5倍混凝土抗压强度标准值,预应力钢铰线的最大拉应力不大于0.65倍的钢铰线抗拉强度标准值。斜截面混凝土的主压应力不大于0.6倍的混凝土抗压强度标准值。验算荷载为均为荷载标准值组合,详细结果见下表
在标准值效应组合作用下,主梁的上、下缘最大正应力为14.4MPa,规范规定的限值为:0.5×32.4=16.2MPa,可知正截面压应力验算满足要求。
主梁的最大主压应力为14.4MPa,规范规定的限值为:0.6×32.4=19.4 MPa,可知斜截面主压应力验算满足要求。
3、钢束应力验算
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条应力验算的规定,预应力钢铰线的沿程最大拉应力不大于0.65倍的钢铰线抗拉强度标准值,即钢铰线沿程最大拉应力不大于0.65×1860=1209 MPa。
钢铰线沿程最大拉应力均小于1209MPa,拉应力验算满足要求。
4、主梁挠度验算
按规范规定,主梁挠度应为荷载短期效应组合作用下的长期挠度,挠度长期增长系数按直线内差取为1.425,荷载短期效应组合作用下主梁三跨最大挠度分别为(此挠度已消除结构自重产生的挠度):9.3mm、18.4mm、9.32mm,乘以挠度长期增长系数后结构分别为:13.3mm、26.2mm、13.3mm,与跨径比值分别为:1/3018、1/2288、1/3012,满足规范规定的1/300及1/600的要求。
7.1.4 运营阶段主梁横向框架计算分析结果
1、结构离散图
取1m长的梁段进行分析,横向框架静力计算以平面杆系理论为基础,采用桥梁博士进行结构分析。结构离散见图12:
图12 横向静力计算结构离散图
2、计算参数
(1)预应力混凝土重力密度:26kN/m3,沥青混凝土重力密度:24kN/m3
(2)二期恒载:铺装层:0.09x1x24=2.2kN/m
人行道护栏:9.3KN/m
人行道系:5.0kN/m
(3)底板纵向预应力钢束径向分力计算过程如下:
钢束沿程最大应力1170MPa,底板半径取197m,底板共设4束12ФS15.2钢铰线,则单根钢束位置的集中钢束径向分力为:T=F/R=1170×12×139/197/1000=9.9KN
(4)孔道偏差系数:k=0.0015
(5)孔道摩擦系数:μ=0.15
(6)锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩值(一端):Δl=6mm
(7)混凝土加载龄期:5天
(8)竖向日照温差:桥面铺装为9cm的沥青混凝土面层,竖向日照正温差按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)表4.3.10-3插值计算,取T1=15.2℃,T2=5.74℃;竖向日照反温差为正温差乘以-0.5。
(9)桥梁结构局部加载采用车辆荷载,车辆荷载冲击系数μ=0.3。
3、计算结果
(1)强度验算
图13~图16中蓝线表示抗力,红线表示荷载包络值,强度验算采用承载能力组合Ⅰ。
图13 顶板最大内力及抗力包络图
图14 顶板最小内力及抗力包络图
图15 底板最大内力及抗力包络图
图16 底板最小内力及抗力包络图
由以上包络图可见,强度验算满足规范要求。
(2)裂缝宽度验算
图17中蓝线表示截面下缘裂缝宽度,红线表示截面上缘裂缝宽度,单位为mm
图17 裂缝宽度验算图
由上图可见,整个框架裂缝最大值为0.138mm,规范极限值为0.2mm,满足规范要求。
7.1.5 运营阶段横梁计算分析结果
1、中横梁验算
(1)承载能力极限状态验算
中横梁抗弯承载力验算,图18及图19中蓝线表示抗力包络图,红线表示弯矩包络图。
图18 中横梁最大弯矩及抗力包络图
图19 中横梁最小弯矩及抗力包络图
由上图可见,中横梁的抗弯承载能力满足要求。
中横梁抗剪承载力验算,箱梁悬臂位置已做横向计算,此处不做抗剪承载力计算,则中横梁抗剪验算结果如下表:
验算截面距
梁起点距离
(m)
剪力
V箍筋
总抗力
设计剪力
VR/Vd
满足
尺寸
2.5
最大剪力
-1382.7
-1382.7
-993
1.4
是
是
2.5
最小剪力
-1382.7
-1382.7
-1235.6
1.1
是
是
3
最大剪力
-24401.4
-24401.4
-5789.9
4.2
是
是
3
最小剪力
-9289.5
-9289.5
-7002.6
1.3
是
是
3.5
最大剪力
-24401.4
-24401.4
-8766.5
2.8
是
是
3.5
最小剪力
-24401.4
-24401.4
-10585.8
2.3
是
是
4
最大剪力
24401.4
24401.4
3091.7
7.9
是
是
4
最小剪力
9289.5
9289.5
395.9
23.5
是
是
4.5
最大剪力
24401.4
24401.4
2739.4
8.9
是
是
4.5
最小剪力
9289.5
9289.5
102.4
90.7
是
是
5
最大剪力
24401.4
24401.4
2385.8
10.2
是
是
5
最小剪力
-33920.6
-33920.6
-192.1
176.5
是
是
5.5
最大剪力
24401.4
24401.4
1801.8
13.5
是
是
5.5
最小剪力
-24401.4
-24401.4
-670.9
36.4
是
是
6
最大剪力
24401.4
24401.4
1217.7
20.0
是
是
6
最小剪力
-24401.4
-24401.4
-1196.2
20.4
是
是
6.5
最大剪力
24401.4
24401.4
634.1
38.5
是
是
6.5
最小剪力
-24401.4
-24401.4
-1725.2
14.1
是
是
7
最大剪力
9289.5
9289.5
82.2
113.0
是
是
7
最小剪力
-24401.4
-24401.4
-2556.8
9.5
是
是
7.5
最大剪力
-24401.4
-24401.4
-439.3
55.5
是
是
7.5
最小剪力
-24401.4
-24401.4
-3140.8
7.8
是
是
8
最大剪力
-24401.4
-24401.4
-729.8
33.4
是
是
8
最小剪力
-24401.4
-24401.4
-3724.7
6.6
是
是
8.5
最大剪力
24401.4
24401.4
12852.4
1.9
是
是
8.5
最小剪力
24401.4
24401.4
7819
3.1
是
是
9
最大剪力
9289.5
9289.5
8081.5
1.1
是
是
9
最小剪力
9289.5
9289.5
4807
1.9
是
是
9.5
最大剪力
9289.5
9289.5
2367.4
3.9
是
是
9.5
最小剪力
9289.5
9289.5
45.2
205.5
是
是
由以上表格可知,中横梁抗剪承载力满足要求。
(2)裂缝验算
图20中红线表示截面上缘裂缝宽度值,单位为mm。
图20 中横梁裂缝宽度包络图
计算结果显示截面下缘的裂缝宽度均小于0.01mm,由上图可知,中横梁上缘的最大裂缝宽度为0.16mm,小于规范极限值0.2mm,满足要求。
2、端横梁验算
(1)承载能力极限状态验算
端横梁抗弯承载力验算,图21及图22中蓝线表示抗力包络图,红线表示弯矩包络图。
图21 端横梁最大弯矩及抗力包络图
图22 端横梁最小弯矩及抗力包络图
由上图可见,端横梁的抗弯承载能力满足要求。
端横梁抗剪承载力验算,箱梁悬臂位置已做横向计算,此处不做抗剪承载力计算,则端横梁抗剪验算结果如下表:
验算截面距
梁起点距离
(m)
剪力
V箍筋
总抗力
设计剪力
VR/Vd
抗剪是
否满足
尺寸是
否满足
2.5
最大剪力
-1548.4
-1548.4
-192.7
8.037
是
是
2.5
最小剪力
-1548.4
-1548.4
-268.9
5.758
是
是
3
最大剪力
-5649.7
-5649.7
-1331.4
4.243
是
是
3
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-1644.6
3.435
是
是
3.5
最大剪力
-5649.7
-5649.7
-1838.3
3.073
是
是
3.5
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-2262.6
2.497
是
是
4
最大剪力
5649.7
5649.7
965.7
5.85
是
是
4
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-215.5
26.219
是
是
4.5
最大剪力
5649.7
5649.7
878.3
6.433
是
是
4.5
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-288.3
19.595
是
是
5
最大剪力
5649.7
5649.7
790.1
7.15
是
是
5
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-361.7
15.62
是
是
5.5
最大剪力
5649.7
5649.7
581.9
9.709
是
是
5.5
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-531.1
10.638
是
是
6
最大剪力
5649.7
5649.7
373.8
15.113
是
是
6
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-724.9
7.794
是
是
6.5
最大剪力
5649.7
5649.7
180.2
31.353
是
是
6.5
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-934.8
6.044
是
是
7
最大剪力
-5649.7
-5649.7
-13.4
420.177
是
是
7
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-1285.8
4.394
是
是
7.5
最大剪力
-5649.7
-5649.7
-205.1
27.545
是
是
7.5
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-1494
3.782
是
是
8
最大剪力
-5649.7
-5649.7
-275.1
20.539
是
是
8
最小剪力
-5649.7
-5649.7
-1702.7
3.318
是
是
8.5
最大剪力
5649.7
5649.7
3411.3
1.656
是
是
8.5
最小剪力
5649.7
5649.7
1838.4
3.073
是
是
9
最大剪力
5649.7
5649.7
3322.1
1.701
是
是
9
最小剪力
5649.7
5649.7
1764
3.203
是
是
9.5
最大剪力
1542.6
1542.6
1423.4
1.084
是
是
9.5
最小剪力
1542.6
1542.6
191.8
8.042
是
是
由以上表格可知,端横梁抗剪承载力满足要求。
(2)裂缝验算
图23中红线表示端横梁截面上缘裂缝宽度值,单位为mm。
图23 中横梁裂缝宽度包络图
计算结果显示截面下缘的裂缝宽度均小于0.01mm,由上图可知,中横梁上缘的最大裂缝宽度为0.15mm,小于规范极限值0.2mm,满足要求。
八、下部结构验算结果
8.1 桥墩盖梁验算
1、承载能力极限状态验算
本桥盖梁采用预应力混凝土结构,配置Y1和Y2两种钢铰线,施工顺序为:
第一施工阶段:搭好支架、定位模板,绑扎钢筋、定位预应力波纹管、浇注混凝土;
第二施工阶段:待盖梁混凝土强度达到90%,且养护时间不小于5天,张拉Y2钢铰线;
第三施工阶段:浇注箱梁
第四施工阶段:张拉盖梁Y1钢铰线
第五施工阶段:施工主梁上铺装、人行道、护栏等二期恒载。
根据预应力盖梁的施工顺序,需验算第二~五施工阶段和成桥运营阶段。
a、施工阶段验算
第二施工阶段盖梁正截面的正应力如图24,红色表示截面上缘应力,蓝色表示截面下缘应力。
图24 盖梁第二施工阶段截面上、下缘应力图
第三施工阶段盖梁正截面的正应力如图24,红色表示截面上缘应力,蓝色表示截面下缘应力。
图25 盖梁第三施工阶段截面上、下缘应力图
第四施工阶段盖梁正截面的正应力如图24,红色表示截面上缘应力,蓝色表示截面下缘应力。
图26 盖梁第四施工阶段截面上、下缘应力图
第五施工阶段盖梁正截面的正应力如图24,红色表示截面上缘应力,蓝色表示截面下缘应力。
图27 盖梁第五施工阶段截面上、下缘应力图
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7.2条应力验算的规定,盖梁在施工阶段荷载作用下,截面边缘的法向压应力不大于0.7倍施工阶段的混凝土轴心抗压强度标准值,法向拉应力不大于1.15倍施工阶段的混凝土轴心抗拉强度标准值。应力钢铰线的沿程最大拉应力不大于0.65倍的钢铰线抗拉强度标准值。由应力图25~27可知,盖梁在施工阶段中,截面上缘最大压应力为7.21MPa≤0.7×0.9×22.4=14.1 MPa,最大拉应力为0.78MPa≤0.7×0.9×1.83=1.15 MPa;截面下缘最大压应力为4.07MPa≤0.7×0.9×22.4=14.1 MPa,最大拉应力为0.7×0.9×1.83=1.15 MPa ≤1.24MPa≤0.8×0.9×1.83=1.32 MPa;截面下缘纵向钢筋配筋率为0.276%≥内插值0.244%,故盖梁施工阶段应力及配筋满足要求。
b、运营阶段验算
运营阶段承载能力验算,结果见图28和图29,图中蓝色线表示弯矩抗力包络值,红色线表示弯矩包络值。
图28 盖梁最大弯矩及抗力包络图
图29 盖梁最小弯矩及抗力包络图
由图28及图29可知,盖梁强度满足要求。
运营阶段盖梁抗剪结果见下表:
验算截面
距梁起点
距离 (m)
剪力
V箍筋
V预应力
总抗力
设计剪力
VR/Vd
抗剪是
否满足
尺寸是
否满足
0
最大剪力
0
0
0
0
0
是
是
0
最小剪力
0
0
0
0
0
是
是
1
最大剪力
-11789.2
-3703
-15492.2
-123.9
125.0
是
是
1
最小剪力
-11704.8
-3703
-15407.8
-961
16.0
是
是
2
最大剪力
-15122.8
-3703
-18825.8
-10232.4
1.8
是
是
2
最小剪力
-15122.8
-3703
-18825.8
-13387.1
1.4
是
是
3
最大剪力
10328.7
0
10328.7
1538.3
6.7
是
是
3
最小剪力
-12650
-2440.6
-15090.6
-1143.1
13.2
是
是
4
最大剪力
10327.5
2440.6
12768.1
1145.2
11.1
是
是
4
最小剪力
-12648.5
-3703
-16351.5
-1536.5
10.6
是
是
5
最大剪力
15093.2
3703
18796.2
13378.3
1.4
是
是
5
最小剪力
14840.8
3703
18543.8
10231.3
1.8
是
是
6
最大剪力
12699.5
3703
16402.5
961
17.1
是
是
6
最小剪力
12699.5
3703
16402.5
123.9
132.4
是
是
7
最大剪力
0
0
0
0
0
是
是
7
最小剪力
0
0
0
0
0
是
是
由以上表格可知,盖梁抗剪承载力满足要求。
2、正常使用极限状态验算
盖梁抗裂验算,见图30和图31,图30中,红色线表示盖梁上缘最小应力,蓝色表示盖梁下缘最小应力。图31为盖梁最大主拉应力。
图30盖梁上、下缘最小应力图
图31盖梁主拉应力图
由图30及图31可知,正常使用极限状态下,盖梁上缘最小正应力为2.17MPa,为压应力。最大主拉应力为0.69MPa≤0.4×2.65=1.06 MPa,可知正常使用极限状态下盖梁抗裂满足要求。
盖梁应力验算,见图32,红色线表示盖梁上缘最大应力,蓝色表示盖梁下缘最大应力。图33为盖梁最大主压应力。
图32盖梁上、下缘最大应力图
图33盖梁最大主压应力
由图32及图33可知,正常使用极限状态下,盖梁上缘最大正应力为7.15MPa≤0.5×32.4=16.2 MPa,最大主压应力为7.15MPa≤0.6×32.4=19.4 MPa,可知正常使用极限状态下盖梁应力满足要求。
8.2 桥墩验算
8.2.1纵桥向偏心受压验算
本桥固定支座设在P2墩,考虑P2墩承受全部制动力为最大水平力,考虑P1墩承受最大水平力为支座摩阻力。支座摩阻力在P1号墩顶产生水平力为558KN;制动力在P2号墩顶产生水平力为330KN,弯矩为1881KN.M。
P1墩底纵桥向弯矩为:558×9=5022 KN.M
P2墩底纵桥向弯矩为:330×9+1881=4851 KN.M
P1及P2墩顶竖向力均为21947 KN
P1、P2墩底竖向力为:21947+37.75×26+82.86×25=25000.0KN
支座摩阻力在墩底截面产生的弯矩换算为P1墩偏心矩为:5022/25000=0.201m
制动力在墩底截面产生的弯矩换算为P2墩偏心矩为:4851/25000=0.194m
根据惯性矩相等,将桥墩截面换算成2.65m×2m的矩形,因P1及P2墩高为9m,故稳定系数φ为1.0。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3条做如下计算。
结构重要性系数γ0=1.1
桥墩采用C40混凝土,轴心抗压强度fcd=18.4 MPa
根据桥墩截面配筋,AS=AS’=46×615.8/1000000=0.0283 m2
钢筋重心至受拉或受压边缘距离a=a’=0.06m
钢筋抗压强度设计值fsd’=280 MPa
按小偏心构件,取截面受压区高度系数为ξ=0.56
桥墩截面钢筋应力σS=εCUES(βhoi/x-1)=0.0033×2×105(0.8×1.94/0.56/1.94-1)
=282.8MPa,故取σS=280 MPa,因桥墩长细比小于17.5,故偏心矩增加系数为1,
对P1号墩进行验算
fcdbx+fsd’AS’-σSAS=18400×2×0.56×1.94=39979.5KN≥1.1×25000=27500 KN
e=0.201+2/2-0.06=1.141m,
fcdbx(h0-x/2)+fsd’AS’(h0- a’)
=18400×2×0.56×1.94×(1.94-0.56×1.94/2)+280000×0.0283×(1.94-0.06)
=70741 KN.m≥1.1×25000×1.141=31377.5 KN.m
对P2号墩进行验算
fcdbx+fsd’AS’-σSAS=18400×2×0.56×1.94=39979.5KN≥1.1×24757.5=27233.3 KN
e=0.194+2/2-0.06=1.134m,
fcdbx(h0-x/2)+fsd’AS’(h0- a’)
=18400×2×0.56×1.94×(1.94-0.56×1.94/2)+280000×0.0283×(1.94-0.06)
=70741 KN.m≥1.1×24757.5×1.134=30882.5 KN.m
可知桥墩纵桥向偏心受压满足承载力要求。
8.2.2横桥向偏心受压验算
重庆市百年一遇的基本风压W0=0.45 KPa,
设计风速重现期换算系数k0=1.0
风载阻力系数k1=1.3(桥宽B=24m,梁高取平均值H=3m)
考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数k2=1.0(B类地表,距水面高度为10m)
地形、地理条件系数k3=1.0(按一般地区取用)
阵风风速系数k5=1.38(B类地表)
则可知Wd=k22k52×W0=1×1.382×0.45=0.6219 KPa
迎风面Awh=147.5+18.04=165.54 m2(箱梁+桥墩+盖梁迎风面)
箱梁风载标准值为:Fwh=1.0×1.3×1.0×0.6219×147.5=119.3KN
箱梁风载标准值对墩底截面的弯矩为:Mwh1=119.3×(2.462+0.5+9)=1427.1 KN.m
桥墩风载标准值为:Fwh1=1.0×1.3×1.0×0.6219×18.04=14.6KN
桥墩风载标准值墩底截面的弯矩为:Mwh1=14.6×(9/2)=65.7 KN.m
则墩底截面风载弯矩最大值为:Mwh=1427.1+65.7=1492.8 KN.m
墩顶竖向力均为21947 KN
墩底竖向力为:21947+37.75×26+82.86×25=25000.0KN
风载在墩底截面产生的弯矩换算为墩偏心矩为:1492.8/25000=0.06m
根据惯性矩相等,将桥墩截面换算成1.543m×3.5m的矩形,因P1及P2最大墩高为9m,故稳定系数φ为1.0。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62—2004)第5.3条做如下计算。
结构重要性系数γ0=1.1
桥墩采用C40混凝土,轴心抗压强度fcd=18.4 MPa
根据桥墩截面配筋,AS=AS’=30×615.8/1000000=0.0185 m2
钢筋重心至受拉或受压边缘距离a=a’=0.06m
钢筋抗压强度设计值fsd’=280 MPa
按小偏心构件,取截面受压区高度系数为ξ=0.56
桥墩截面钢筋应力σS=εCUES(βhoi/x-1)=0.0033×2×105(0.8×3.44/0.56/3.44-1)
=282.8MPa,故取σS=280 MPa,因桥墩长细比小于17.5,故偏心矩增加系数为1,
对墩进行验算
fcdbx+fsd’AS’-σSAS=18400×1.543×0.56×3.44=54693 KN≥1.1×25000=27500 KN
e=0.06+2/2-0.06=1.0m,
fcdbx(h0-x/2)+fsd’AS’(h0- a’)
=18400×1.543×0.56×3.44×(3.44-0.56×3.44/2)+280000×0.0185×(3.44-0.06)
=152972 KN.m≥1.1×27500×1.0=30250 KN.m
可知桥墩横桥向偏心受压满足承载力要求。
8.2.3双向偏心受压合力方向验算
根据规范可知,截面具有两个互相垂直对称轴的钢筋混凝土双向偏心受压构件,其正截面抗压承载力还需按下式验算
γ0Nd≤1/(1/Nux+1/Nuy-1/Nu0)
由以上计算可知对于P1墩
γ0=1.1,Nd=25000 KN
桥墩全部纵向钢筋截面积AS’=102×615.8/1000000=0.0628 m2
桥墩截面毛截面积为:A=9.75 m2
纵向钢筋配筋率为:AS’/ A=0.0628/9.75=0.64%
Nu0=0.9×(18400×9.75+280000×0.0628)=177285 KN
对P1墩进行验算如下:
纵桥向Nux=56363 KN,Nuy=139065 KN
则1/(1/Nux+1/Nuy-1/Nu0)=1/(1/56363+1/139065-1/177285)
=51834 KN≥γ0Nd=1.1×25000=27500 KN
对P2墩进行验算如下:
纵桥向Nux=56711 KN,Nuy=139065 KN
则1/(1/Nux+1/Nuy-1/Nu0)=1/(1/56711+1/139065-1/177285)
=52128 KN≥γ0Nd=1.1×25000=27500 KN
综合桥墩验算可知,桥墩偏心受压承载力满足要求。
8.3 承台验算
由于桥梁承台在横桥向有两根桩,纵桥向一排桩,故承台验算仅进行横桥向验算。由以上桥墩验算可知,在P1号墩的承台顶面竖向力N1=21654.3KN,M1=1429.5KN.M;在P1号墩的承台顶面竖向力N1=21410.5KN,M1=1296.9KN.M;故取P1墩承台进行验算。
按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,当外排桩中心距墩台身边缘等于或者小于承台高度时,承台端悬臂可按“撑杆—系杆体系”计算撑杆的抗压承载力和系杆的抗拉承载力。
8.3.1撑杆抗压承载力按下式进行计算
验算公式:γ0Did≤tbsfcd,s,本桥计算各项分别按如下取值:
γ0=1.1,
h0=2.24m
a=0.15×h0=0.15×2.24=0.336m
θ=arctan(h0/(a+0.75))=64.1347°
Did=(21654.3+1429.5/2.5)/sin(64.1347°)=23049KN,
t=0.8×2×sin(64.1347°)+(0.385+6×0.028)×cos(64.1347°)=1.689m
bs=2×1.7+3×2×(2-1)=9.4m
Tid=(21654.3+1429.5/2.5) /tan(64.1347°) =6102KN
ε1=(6102000/62811.6/200000+0.002)/ cot2(64.1347°) =0.033
fcd,s=30/(1.43+304×0.033)=2.617MPa≤0.48×30=14.4 MPa,故取2.617MPa
γ0Did=1.1×2304
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