现浇箱梁midas结构计算书.docx

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现浇箱梁midas结构计算书

从化至东莞高速公路第一合同段

沙浦枢纽立交广惠高速跨线桥左幅第四联

连续箱梁验算报告

计算

复核

审核

二〇一〇年六月

广惠高速跨线桥左幅第四联连续箱梁验算报告

1工程概况

1.1概述

本联为跨径组合为（3×25）m的连续箱梁

SA05-5-1

，上部结构采用连续箱梁，梁高等高为1.6m，悬臂宽度2.3m，桥面横坡通过箱梁整体旋转形成，箱梁顶、底板始终保持平行，边腹板保持2.75：

1的斜率不变。

箱梁顶宽16.25m，采用单箱双室。

本桥预应力砼连续箱梁按照部分预应力混凝土A类构件设计。

下部结构采用板式桥墩，支座采用盆式支座。

1.2主要设计标准

（1）设计荷载：

公路—

级；

（2）桥面宽度：

桥宽16.25米；

（4）横坡：

2%。

（5）地震加速度为0.05g，对应地震基本烈度Ⅵ度；

（6）环境类别：

Ⅰ类环境

（7）安全等级：

一级

1.3主要材料

（1）混凝土

现浇箱梁采用C50砼；护栏采用C30砼。

具体以细部图纸为准。

（2）钢筋

钢筋应符合GB13013-1991和GB1499-1998的规定。

凡钢筋直径≥12mm者，均采用HRB335钢筋；凡钢筋直径＜12mm者，均采用热轧R235钢筋。

（3）钢绞线

钢绞线采用GB/T5224-2003标准生产的低松弛高强度钢绞线。

单根钢绞线直径15.20mm，公称面积140mm2，标准强度1860MPa，弹性模量1.95×105MPa。

1.4结构形式简述

本联组合跨径为（3×25）m，上部结构均采用预应力混凝土斜腹板连续箱梁。

梁高1.6米，箱梁顶宽16.25m。

箱梁为单箱双室箱梁。

主梁采用C50混凝土，预应力均采用低松弛高强钢绞线，公称直径φ15.20mm，标准强度fpk=1860MPa。

施工分为三个阶段，第一施工阶段为浇筑第三跨箱梁，一端张拉N1~N4钢束，第二施工阶段为浇筑第二跨箱梁，单端张拉N5~N8钢束，第三施工阶段为浇筑第一跨箱梁，单端张拉N9~N12钢束；其中N1、N5、N9钢束采用15股钢绞线，其余钢束采用16股钢绞线，配相应的夹片锚具；每道腹板上配四排钢束，具体钢束布置详见设计图纸。

2计算模型及计算参数选取

2.1计算模型建立

本桥箱梁为等高、等宽箱梁，采用单梁模型，纵梁沿顺桥向每1.5m～2.5m一个单元，在腹板渐变段处采用变截面。

本次设计计算采用MIDAS/Civil2006结构分析软件。

图1箱梁纵梁单元划分图

图2箱梁纵梁单元划分示意图

图3箱梁消隐模型图

2.2计算荷载

2.2.1一期恒载

预应力混凝土、钢筋混凝土容重γ=26kN/m3；

钢绞线、钢筋容重γ=78.5kN/m3；

2.2.2二期恒载

防撞墙荷载加在边纵梁上，防撞墙的每延米自重为12.1kN/m。

沥青混凝土铺装厚度10cm，容重γ=24kN/m3，根据每根纵梁顶面宽度，按梯形荷在纵梁上载加载桥面铺装荷载。

2.2.3基础不均匀沉降

本次计算按照各桥墩沉降0.5cm计，取最不利组合。

2.2.4温度作用

1）体系温差

结构整体温度变化按桥位处最高和最低温度确定，按照规范规定，本地区属于温热地区，计算最高温度为34℃，计算最低温度为-3℃。

考虑到实际温度大于计算温度，本次验算按照升降温20℃考虑，体系温差只对纵梁设置。

2）温度梯度

主梁结构温度梯度按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004的温度梯度曲线确定。

温度梯度只对纵梁设置。

2.2.5活载

公路－I级，按4车道偏载布置车道荷载，偏载系数取1.15。

冲击系数，总体计算按《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2004第4.3.2条计算。

2.2.6收缩徐变

采用《桥规》附录F算法，其中主梁构件理论厚度程序自动计算，环境相对湿度85%，开始收缩的龄期为3天，受载龄期5天，考虑3650天（10年）的混凝土收缩、徐变影响力。

2.2.7预应力效应

按照施工图所确定的钢束位置及束数进行输入，采用塑料波纹管成型，有关预应力损失按照规范规定进行。

2.2.8施工过程模拟

本次计算按照施工图所确定的施工顺序进行。

2.3计算工况及验算内容

2.3.1计算工况

本桥主体结构设计基准期为100年。

结构安全等级为一级。

采用以可靠度理论为基础的极限状态设计方法，按分项系数的设计表达式进行设计。

考虑以下三种设计状况及其相应的极限状态设计：

持久状况:

桥梁建成后承受结构自重、车辆荷载等持续时间很长的状况。

该状况作承载能力极限状态和正常使用极限状态设计。

短暂状况:

桥梁施工过程中承受临时性作用（或荷载）的状况。

该状况作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计。

偶然状况:

桥梁使用过程中偶然出现的如罕遇地震、船舶撞击等的状况。

该状况仅作承载能力极限状态设计。

2.3.2作用组合及控制要求

2.3.2.1持久状况

1）承载能力极限状态

基本组合：

1.1×[（1.2×恒载+1.2×预应力+1.0×收缩徐变+0.5×基础变位）+1.4×汽车（含汽车冲击力）+0.8×1.4×温度影响]

2）正常使用极限状态

长期效应组合：

恒载+预应力+基础变位+收缩徐变+0.4×汽车（不含冲击力）+0.8×温度影响

（当长期效应组合用于裂缝验算时，只计恒载、预应力和汽车荷载）

短期效应组合：

恒载+预应力+基础变位+收缩徐变+0.7×汽车（不含冲击力）+0.8×温度影响

标准值效应组合：

恒载+预应力+基础变位+收缩徐变+汽车（不含冲击力）+温度影响

2.3.2.2短暂状况

恒载+预应力+基础变位+收缩徐变+施工荷载（短暂状况不考虑温度）

2.3.2.3主梁抗裂性验算

本次施工图设计计算按部分预应力混凝土A类构件计算。

2.3.2.4主梁变形

按照规范JTGD60-2004第6.5.3条规定进行，结构长期挠度值控制在L/600以内。

2.3.3验算指标

正常使用极限状态短期状况构件应力验算按照规范JTGD62-2004第7.2.1条规定进行，施工荷载均采用标准值，组合时不考虑荷载组合系数。

验算时需满足规范JTGD62-2004第7.2.8条（压应力、拉应力）的有关规定。

正常使用极限状态持久状况标准值效应组合验算按照规范JTGD62-2004第7.1.1条规定进行，所有参与应力组合的各种荷载的分项组合系数都为1.0。

验算时需满足规范JTGD62-2004第7.1.5条（正压应力）、7.1.6条（主压应力）的有关规定。

正常使用极限状态持久状况抗裂验算按照规范JTGD62-2004第6.3条规定进行。

验算短期效应组合下正应力、主拉应力，长期效应组合下正应力满足规范要求。

承载能力极限状态基本组合验算按照规范JTGD62-2004第5.1.5条和5.2条的规定进行，按此组合验算结构的承载能力极限状态的强度，要求结构内力小于结构抗力。

活载下主梁挠度验算按照规范JTGD62-2004第6.5.2条和6.5.3条的规定进行。

3上部结构计算

3.1计算模型

全桥共分为50个单元，59个节点。

边界条件的自由度约束均设计图纸设置，即单向支座约束Z轴和X、Y轴其中一个自由度，释放旋转自由度；双向支座约束Z轴自由度，释放旋转自由度；固定支座约束X、Y、Z轴自由度，释放旋转自由度。

3.2短暂状况构件应力验算

图4.短暂状况最大正应力图

图5.短暂状况最小正应力图

短暂状况下纵梁最大压应力5.457MPa<0.7×0.8×fck=18.144MPa；主梁最大正应力仍为负，即短暂阶段全梁未出现拉应力，预拉区纵向钢筋配置率不小于0.2%（容易满足）。

满足规范要求。

3.2.2持久状况标准值组合构件应力验算

图6.荷载标准值组合作用混凝土的最大压应力（单位：

MPa，压应力符号为负）

图7.荷载标准值组合作用混凝土的最大主压应力（单位MPa压应力符号为负）

持久状况下主梁最大压应力9.007MPa<0.5×fck=16.2MPa，满足规范要求。

持久状况下主梁最大主压应力9.009MPa<0.6×fck=19.44MPa，满足规范要求。

受拉区预应力钢筋的最大拉应力：

（查看PSC验算结果）

钢束

验算

Sig_DL（N/mm^2）

Sig_LL（N/mm^2）

Sig_ADL（N/mm^2）

Sig_ALL（N/mm^2）

1-1

NG

1238.918

1214.068

1395

1209

1-2

OK

1211.765

1202.969

1395

1209

1-3

NG

1223.239

1210.802

1395

1209

1-4

OK

1144.209

1162.746

1395

1209

2-1

NG

1238.918

1217.008

1395

1209

2-2

OK

1216.319

1202.543

1395

1209

2-3

OK

1222.064

1202.786

1395

1209

2-4

OK

1147.707

1159.723

1395

1209

3-1

NG

1267.953

1241.846

1395

1209

3-2

NG

1292.78

1235.322

1395

1209

3-3

NG

1301.997

1249.241

1395

1209

3-4

NG

1334.209

1259.789

1395

1209

受拉区钢筋最大主拉应力1259.79MPa<1.05×1209=1269.45MPa，能够满足规范要求。

3.2.3持久状况构件抗裂验算

图8.荷载短期效应作用下结构最大正拉应力（单位MPa）

图9.荷载短期效应作用下结构最大主拉应力（MPa）

在作用（或荷载）短期效应组合下主梁最大正应力为1.167<0.7×2.65=1.855MPa，正截面抗裂满足规范部分预应力混凝土A类构件要求。

在作用（或荷载）短期效应组合下主梁最大主拉应力为1.3779MPa>0.5ftk=1.325MPa（出现在横梁出，此处为实心截面，计算失真），斜截面抗裂满足规范要求。

图10.荷载长期效应作用下结构最大正应力

在作用（或荷载）长期效应组合下主梁全梁受压（端部模拟失真），满足规范要求部分预应力混凝土A类构件要求。

3.2.4持久状况承载能力极限状态验算

1）基本组合下弯矩包罗图

图11基本荷载效应组合纵梁弯矩包络图

图12基本荷载效应组合纵梁竖向剪力包络图

图14弯矩承载力包络图

由以上结果可以知，在荷载基本组合下，纵梁的最大正弯矩为37396.1KN·m，最大负弯矩为-25359.6KN·m；经计算跨中抗力为51155.1KN·m，支点抗力为-51155.1KN·m，均大于最大内力。

在荷载基本组合下，纵梁的最大竖向剪力为7810.5KN。

加厚段及支点处腹板厚度0.6m，腹板高1.6m，箍筋采用直径16mmHRB335钢筋，双肢，间距0.1m，经计算支点抗剪承载力为8916KN，大于最大内力；跨中处腹板厚度0.4m，腹板高1.6m，箍筋采用直径16mmHRB335钢筋，双肢，间距0.15m，经计算抗剪承载力为7644KN，大于跨中计算剪力。

承载能力极限状态结构能够满足受力要求。

3.2.5活载下主梁挠度

表1短期效应组合下活载位移

项目

位置

汽车

最大（cm）

最小（cm）

增长

系数

边跨跨中

0.017（上拱）

-0.267（下挠）

1.425

中跨跨中

-0.226（下挠）

-0.226（下挠）

在活载短期效应作用下，主梁跨中最大挠度-0.226cm，并考虑荷载长期效应增长系数1.425后，其长期挠度值为0.226×1.425=0.322cm

3.3上部结构计算小结

通过对本桥的详细验算，可以得出如下结论：

1、短暂状况构件应力验算构件全部处于受压状态，因此主梁在施工过程中结构受力均能满足规范要求；

2、持久状况标准值组合构件正压应力和主压应力均满足规范要求，预应力钢筋最大拉应力满足规范要求；

3、持久状况抗裂验算短期效应组合时构件正应力和主拉应力满足规范要求，长期效应组合全部处于受压状态，满足规范要求；

4、持久状况基本组合承载能力验算中，最大抗力大于最大内力，最小抗力大于最小内力，承载能力极限状态结构能够满足受力要求；

5、结构刚度满足规范要求。

4横梁计算

上部结构横梁计算另见《从化至东莞高速公路第一合同段广惠高架桥左幅第四联现浇箱梁横梁计算报告》