后张法空心板设计计算书.docx
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后张法空心板设计计算书
设计计算书
工程名称盐城港大丰港区大件码头工程大件码头引桥工程
设计阶段施工图专业：
路桥
计算内容大件码头引桥工程计算书
计算页数：
14计算日期：
2010-12-21
计算：
校核：
复校：
审核：
中交第三航务工程勘察设计院有限公司
2010年12月
目录
1工程概况1
2技术标准1
3主要材料1
4设计依据2
5技术规范3
6桥梁总体布置3
7结构计算4
7.1横向分布系数计算4
7.2结构计算5
7.2.1简支板梁中板结构计算5
7.2.2简支板梁边板结构计算8
7.2.3简支小箱梁结构计算11
7.3桩基础竖向承载力验算14
1工程概况
盐城港大丰港区大件码头工程码头引桥全桥长度为380m。
跨径布置为4×20m预应力混凝土简支板梁桥+12×22m预应力混凝土简支小箱梁桥。
桥面宽度为11m。
桥梁起点桥面高程为+8.885m，前80m纵坡为1.39%，后300m不设纵坡，引桥与码头变宽段引桥桥面接点高程为+10.0m。
2技术标准
（1）桥梁设计基准期：
100年
（2）桥梁设计荷载：
大件荷载，按双排双列平板车荷载布置（见下图），最大轴重720KN（包括自重），轴距1.6m，共12根轴。
3主要材料
（1）混凝土
预应力钢筋混凝土板梁和小箱梁混凝土强度等级为C50，桥台、盖梁、承台混凝土强度等级为C30，桥梁混凝土强度等级应满足《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的要求。
（2）主要钢材
箱梁所有预应力钢绞线规格均采用《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T5224-2003）:
九股钢驰，弹性模量为1.95绞线d=15.2mm，标准强度fpk=1860MPa，低松驰，弹性模量为1.95×105Mpa，每股钢绞线公称截面积139mm2，公称重量1.101kg/m。
锚具：
锚具采用OVM夹片锚具，其质量应符合GB/T14370-93的要求。
普通钢筋：
采用热轧R235、必须符合GB13013-1991的规定；采用热轧HRB335钢筋，必须符合GB1499-1998的规定。
所用钢板均为符合GB700-79规定的普通碳素结构钢（A3钢）。
波纹管：
预应力钢束均采用塑料波纹管配真空辅助灌浆施工工艺。
塑料波纹管质量要求应满足JT/T529-2004的要求。
4设计依据
（1）我院与建设单位签订的设计合同。
（2）我院2010年5月出版的"盐城港大丰港区大件码头工程工程可行性研究报告"。
（3）江苏省水文水资源勘测局盐城分局和扬州分局2010年4月1:
2000地形测图。
（4）中交第三航务工程勘察设计院有限公司《盐城港大丰港区大件码头工程岩土工程勘察。
（5）建设单位提供的有关设计前提资料（建设用地地形图、建设用地坐标、规划红线图、规划设计要求、建设用地周边道路标高等）。
报告》（2010.5）。
（6）中交水运规划设计院"大丰港二期工程码头、引桥等相关施工图"（2009）；
（7）盐城市水利勘测设计院"大丰港二期工程引堤施工图"（2009）；
5技术规范
交通部JTGB01－2003《公路工程技术标准》
交通部JTGD20－2006《公路路线设计规范》
交通部JTGD62－2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
交通部JTGD60－2004《公路桥涵设计通用规范》
交通部JTGD81－2006《公路交通安全设施设计规范》
交通部JTGD50－2006《公路沥青路面设计规范》
交通部JTJD63－2007《公路桥涵地基与基础设计规范》
交通部JTJ004－89《公路工程抗震设计规范》
6桥梁总体布置
（1）桥梁上部结构
根据桥梁线形及桥墩布置的限制，简支梁桥采用预应力钢筋混凝土结构，简支板梁桥计算跨径均为19.3m，简支小箱梁桥计算跨径为21.02m。
连接引堤的前80m桥梁上部结构采用预应力钢筋混凝土简支板梁，梁高1.3m。
中板宽1.0m，边板宽1.5m，外侧悬臂长0.5m，悬臂端部厚0.15m，悬臂根部厚0.3m。
板梁腹板跨径中部厚度为0.25m，靠近锚端侧1.43m长度范围内厚度为0.3m。
板梁顶底板厚度均为0.15m。
引桥后300m桥梁上部结构采用预应力钢筋混凝土简支斜腹板小箱梁桥，梁高1.6m，宽2.6m，相邻两个箱梁见设0.2m的现浇接缝。
小箱梁腹板厚0.3m，顶底板厚0.2m，翼缘长度0.4m，其中等厚度段0.2m。
（2）桥梁下部结构
桥梁下部基础0#桥台采用钻孔灌注桩，桩径为Φ1200mm，承台下设置5根钻孔灌注桩；1#-4#盖梁下部采用钢管桩，桩径为Φ1000mm，每个盖梁下布置6根钢管桩，均为直桩；5#-16#盖梁下部采用PHC桩，桩径为Φ1000mm，5#-13#和16#盖梁布置6根桩，均为斜桩，14#、15#盖梁下部布置8根桩，也为斜桩。
7结构计算
7.1横向分布系数计算
（1）简支板梁横向分布系数计算
截面特性如表所示：
面积（m2）
抗弯惯矩（m4）
抗扭惯矩（m4）
中性轴高度（m）
边板
0.922
0.172
0.189
0.710
中板
0.799
0.139
0.180
0.638
横向分布计算采用铰接板法，
车道数=2,自动计入车道折减
计算得到板梁横向分布系数：
汽车－边板0.295、中板0.238。
（2）简支小箱梁横向分布系数计算
截面特性如表所示：
面积（m2）
抗弯惯矩（m4）
抗扭惯矩（m4）
中性轴高度（m）
小箱梁
1.574
0.465
0.649
0.920
横向分布计算采用铰接板法，
车道数=2,自动计入车道折减
计算得到小箱梁横向分布系数：
汽车－0.341
7.2结构计算
7.2.1简支板梁中板结构计算
结构计算采用桥梁博士3.1版计算程序，全桥共分20个单元，1号节点水平、竖向刚性约束，21号节点竖向刚性约束。
1、荷载组合内力
✧承载能力基本组合弯矩包络图（KN.m）：
✧承载能力基本组合剪力包络图（KN）
✧正常使用短期效应组合弯矩包络图（KN.m）：
2、持久状况构件应力抗裂验算
中板配束为6束φs15.20-6
根据规范（JTGD62－2004）6.3.1，预制构件
σst－0.85σc≤0
正常使用短期效应组合的应力包络图如下所示：
综合上述计算可知，构件各单元截面均无拉应力出现，
即0.85σc－σst≥0，满足规范要求。
3、持久状况构件承载能力验算
1）正截面强度验算
简支梁跨中弯距最大，因此对跨中截面进行验算。
根据承载能力基本组合计算，跨中最大弯矩：
M=6014.3 （KN.M）
顶板宽为：
b′＝99（㎝）
顶板厚为：
h′＝15（㎝）
钢绞线抗拉强度设计值fpk＝1260Mpa
C50混凝土抗压强度设计值fcd＝22.4Mpa
HRB335钢筋抗拉强度设计值fsd＝280Mpa
钢绞线面积Ap＝50.04cm2（36φs15.20）
普通钢筋As＝25.136㎝2（8Φ20）
（fsdAs+fpkAp）＝fcdb′x
由上式解得：
x＝（1260×50.04+280×25.136）/（22.4×99）
＝31.61（㎝）
x≤0.56（h－a）＝0.56×（130－18）＝62.72（㎝）
满足受压区高度界限。
空心板截面抵抗矩（γ0结构重要性系数1.1）：
Md＝[fcdbx（h0－x/2）]/γ0
＝[22.4×99×31.61×（112-31.61/2）]/1.1
＝6130（kN﹒m）＞6014.3（kN﹒m） 通过验算
式中：
γc—结构重要性系数，按《公预规》第5.1.5条规定取1.1。
2）斜截面抗剪强度验算
a.承载力上限-板截面尺寸
板截面腹板宽度b=500mm,梁高度h0=1120mm,
=1.1
满足规范要求
b.抗剪承载力下限
满足规范要求
c.抗剪承载力计算
纵向钢筋配筋率p=100×（36×139）/（500×1120）=0.89
箍筋配筋率2箍Φ12，
混凝土和箍筋的抗剪承载力
满足要求
4、持久状况构正常使用扰度验算
扰度计算按荷载短期效应组合乘以长期增长系数η，由按《公预规》第6.5.3条，η＝1.475
在消除结构自重产生的长期扰度后，主梁跨中最大扰度由程序计算得1.32cm，
fmax=1.475x1.32＝1.947cm
fmax7.2.2简支板梁边板结构计算
结构计算采用桥梁博士3.1版计算程序，全桥共分20个单元，1号节点水平、竖向刚性约束，21号节点竖向刚性约束。
1、荷载组合内力
✧承载能力基本组合弯矩包络图（KN.m）：
✧承载能力基本组合剪力包络图（KN）
✧正常使用短期效应组合弯矩包络图（KN.m）：
2、持久状况构件应力抗裂验算
中板配束为6束φs15.20-6
根据规范（JTGD62－2004）6.3.1，预制构件
σst－0.85σc≤0
正常使用短期效应组合的应力包络图如下所示：
综合上述计算可知，构件各单元截面均无拉应力出现，
即0.85σc－σst≥0，满足规范要求。
3、持久状况构件承载能力验算
1.正截面强度验算
简支梁跨中弯距最大，因此对跨中截面进行验算。
根据承载能力基本组合计算，跨中最大弯矩：
M=6185.2 （KN.M）
顶板宽为：
b′＝149.5（㎝）
顶板厚为：
h′＝15（㎝）
钢绞线抗拉强度设计值fpk＝1260Mpa
C50混凝土抗压强度设计值fcd＝22.4Mpa
HRB335钢筋抗拉强度设计值fsd＝280Mpa
钢绞线面积Ap＝50.04cm2（36φs15.20）
普通钢筋As＝25.136㎝2（8Φ20）
（fsdAs+fpkAp）＝fcdb′x
由上式解得：
x＝（1260×50.04+280×25.136）/（22.4×149.5）
＝20.93（㎝）
x≤0.56（h－a）＝0.56×（130－18）＝62.72（㎝）
满足受压区高度界限。
空心板截面抵抗矩（γ0结构重要性系数1.1）：
Md＝[fcdbx（h0－x/2）]/γ0
＝[22.4×149.5×20.93×（112-20.93/2）]/1.1
＝6470（kN﹒m）＞6185.2（kN﹒m） 通过验算
式中：
γc—结构重要性系数，按《公预规》第5.1.5条规定取1.1。
2.斜截面抗剪强度验算
a.承载力上限-板截面尺寸
板截面腹板宽度b=500mm,梁高度h0=1120mm,
=1.1
满足规范要求
b.抗剪承载力下限
满足规范要求
c.抗剪承载力计算
纵向钢筋配筋率p=100×（36×139）/（500×1120）=0.89
箍筋配筋率2箍Φ12，
混凝土和箍筋的抗剪承载力
满足要求
4、持久状况构正常使用扰度验算
扰度计算按荷载短期效应组合乘以长期增长系数η，由按《公预规》第6.5.3条，η＝1.475
在消除结构自重产生的长期扰度后，主梁跨中最大扰度由程序计算得1.87cm，
fmax=1.475x1.32＝2.76cm
fmax7.2.3简支小箱梁结构计算
结构计算采用桥梁博士3.1版计算程序，全桥共分20个单元，1号节点水平、竖向刚性约束，21号节点竖向刚性约束。
1、荷载组合内力
✧承载能力基本组合弯矩包络图（KN.m）：
✧承载能力基本组合剪力包络图（KN）
✧正常使用短期效应组合弯矩包络图（KN.m）：
2、持久状况构件应力抗裂验算
箱梁配束为8束φs15.20-7
根据规范（JTGD62－2004）6.3.1，预制构件
σst－0.85σc≤0
正常使用短期效应组合的应力包络图如下所示：
综合上述计算可知，构件各单元截面应力均载允许范围内出现，
即0.85σc－σst≥0，满足规范要求。
3、持久状况构件承载能力验算
1.正截面强度验算
简支梁跨中弯距最大，因此对跨中截面进行验算。
根据承载能力基本组合计算，跨中最大弯矩：
M=12494.7 （KN.M）
腹板宽为：
b′＝110（㎝）
底板厚为：
h′＝30（㎝）
钢绞线抗拉强度设计值fpk＝1260Mpa
C50混凝土抗压强度设计值fcd＝22.4Mpa
HRB335钢筋抗拉强度设计值fsd＝280Mpa
HRB335钢筋抗压强度设计值fsd＝280Mpa
钢绞线面积Ap＝77.84cm2（56φs15.20）
抗拉普通钢筋As＝34.562㎝2（11Φ20）
抗压普通钢筋As’=150.816㎝2（48Φ20）
（fsdAs+fpkAp）＝fcdb′x+fsd’As’
由上式解得：
x＝（1260×77.84+280×34.562-280×150.816）/（22.4×110）
＝26.594（㎝）
x≤0.56（h－a）＝0.56×（160－17.25）＝79.94（㎝）
满足受压区高度界限。
小箱梁截面抵抗矩（γ0结构重要性系数1.1）：
Md＝[fcdbx（h0－x/2）+fsd’As’（h0-as’）]/γ0
＝[22.4×110×26.594×（142.75-26.594/2）+280×150.816×（142.75-10）]/1.1
＝12808（kN﹒m）＞12494.7（kN﹒m） 通过验算
式中：
γc—结构重要性系数，按《公预规》第5.1.5条规定取1.1。
2.斜截面抗剪强度验算
a.承载力上限-板截面尺寸
箱梁截面腹板宽度b=600mm,梁高度h0=1427.5mm,
=1.1
满足规范要求
b.抗剪承载力下限
满足规范要求
c.抗剪承载力计算
纵向钢筋配筋率p=100×（56×139）/（600×1427.5）=0.91
箍筋配筋率4箍Φ12，
混凝土和箍筋的抗剪承载力
满足要求
4、持久状况构正常使用扰度验算
扰度计算按荷载短期效应组合乘以长期增长系数η，由按《公预规》第6.5.3条，η＝1.475
在消除结构自重产生的长期扰度后，主梁跨中最大扰度由程序计算得1.65cm，
fmax=1.475x1.65＝2.43cm
fmax7.3桩基础竖向承载力验算
根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007），1.0.8条，桩基础竖向承载力按正常使用极限状态的短期效应组合值验算，作用效应组合值应小于或等于相应的抗力-单桩的承载能力允许值。
大件码头引桥在正常使用极限状态的短期效应组合反力为：
墩台
桩型
桩基反力计算值（KN）
承载力容许值（KN
0#
φ1200钻孔灌注桩
2289.8
3562.6
1#
φ1000钢管桩
3105.8
3883.2
2#
φ1000钢管桩
3105.8
3743.8
3#
φ1000钢管桩
3105.8
3836.7
4#
φ1000钢管桩
3042.1
3470.0
5#
φ1000PHC管桩
2932.5
3235.8
6#
φ1000PHC管桩
2932.5
3582.6
7#
φ1000PHC管桩
2932.5
3642.1
8#
φ1000PHC管桩
2932.5
3573.7
9#
φ1000PHC管桩
2932.5
3335.0
10#
φ1000PHC管桩
2932.5
3678.4
11#
φ1000PHC管桩
2932.5
3558.4
12#
φ1000PHC管桩
2932.5
3582.2
13#
φ1000PHC管桩
2932.5
3496.4
14#
φ1000PHC管桩
2199.4
3174.7
15#
φ1000PHC管桩
2199.4
3200.9
16#
φ1000PHC管桩
1692.1
3690.9
根据大件码头引桥地质勘查报告，桩基持力层选择Ⅳ灰色粉细砂层。
根据单桩轴向受压承载力容许值计算公式
计算得到的桩基允许承载力容许值见上表。
由上表可知，桩基承载力允许值均能满足设计要求。
经验算，全桥结构安全性验算通过。
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