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1、深圳上坪水库拱桥设计 结构计算书深圳市上坪水库刚架拱桥结构计算书一、项目概述深圳市上坪水库大桥位于深圳盐田区大梅沙北侧菠萝山上坪水库下游50m处。桥梁结构施工图设计为16.05+52.48+7.37m的三跨现浇钢筋混凝土肋梁式刚架拱桥，全75.90米，主跨矢跨比为1/8，桥面设计总宽度为9.10米,桥面现浇板厚0.20米。桥梁设计汽车荷载等级为公路1级，人群荷载为3kN/m2。该桥实腹段底部为二次抛物线，其他均为直线杆，桥梁的纵向和横向剖面图见图1。该桥拱腿、斜杆部位采用C40混凝土，拱肋、现浇桥面采用C30混凝土，墩承台采用C30混凝土，其余采用C25混凝土。钢筋：主筋采用HRB335B。本
2、桥属大型桥梁，设计安全等级为二级，设计基准期为100年；且主跨采用刚架拱桥，结构受力较为复杂。为掌握桥梁结构的受力特性，要求对上坪水库大桥的施工过程和运营阶段的受力状况进行分析，以为结构设计提供科学依据，确保设计的安全性和合理性，确保桥梁结构施工及运营安全。a) 上坪刚架拱桥立面图C)桥中拱肋实腹段截面图：上翼宽230，梁肋宽35X75; 弦杆部位梁肋35X95D)拱脚截面38X85; 斜杆截面35X55;b) 上坪刚架拱桥横断面图图1 上坪刚架拱桥整体布置图-31-二、中跨主拱验算2.1 计算说明与假定根据公路桥涵设计手册（拱桥），采用弹性支承连续梁简化计算方法计算各拱片的横向分布系数，计算
3、结果见表1。经计算，采用中拱的荷载横向分布系数桥梁所受活载效应（汽车人群）较大，因此，这里偏安全的统一采用中拱横向分布进行分析。各拱片荷载横向分布计算结果 表1拱 号荷载类型横向分布系数备 注边拱汽车0.4842列、不折减人群0.778宽度按全宽1.25m计算中拱汽车0.5862列、不折减人群0.419宽度按1.25m计算横向结构离散后，采用桥梁博士有限元程序对单片拱肋进行计算。计算模型如图2。全桥共划分单元64个，其中上弦杆21224个，实腹段12个，斜撑2612个，拱腿2816个。按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）4.3.13条规定，“桥面板可与刚架拱片
4、联合作用承受桥上活荷载”，参考公路桥涵设计手册（拱桥），在进行拱片弦杆及实腹段的单元离散建模时，考虑了现浇桥面铺装混凝土的刚度。建模时考虑了各构件的主要受力钢筋。其支承条件为拱脚固结，在弦杆两端约束竖向位移。a）单元编号b）节点编号图2 刚架拱桥单片拱单元离散计算模型(1)计算荷载恒载：一期恒载按结构自重计入；二期恒载按护栏1.5kN/m，铺装荷载为6.0kN/m（按5cm沥青混凝土计），作用到单片拱片顶面。横隔梁按实际体积计算得到重量在各拱片间分配后,作用到纵向相应位置。汽车荷载：设计荷载为公路级，取用中拱横向分布0.586。汽车荷载冲击系数为1.05。人群荷载：3kN/m2，取用中拱横向分
5、布系数0.419。温度荷载：取结构整体温差20，梯度温差按照公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 第4.3.10.3条50mm沥青混凝土铺装采用，具体见下图3。 升温计算图示 降温计算图示图3 竖向梯度温度计算图示收缩徐变：按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计算，考虑时间为1000天；地震荷载:按7度设防，水平地震系数为0.1。(2)荷载组合按公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 第4.1.64.1.8条组合。结构重要性系数取1.0。各荷载效应组合的具体情况如下：1) 极限承载能力组合组合I（基本组合）：恒载汽车人群（组合系数恒载1.2，汽车
6、荷载1.4，人群荷载1.12）；组合II（基本组合）：恒载汽车人群升温温度梯度（组合系数取恒载1.2，汽车1.4，人群、升温及升温梯度为0.84）；组合III（基本组合）：恒载汽车人群降温温度梯度（组合系数取恒载1.2，汽车1.4，人群、降温及降温梯度为0.84）；组合IV（偶然组合）恒载地震荷载（组合系数取恒载1.2，地震荷载0.67）2) 正常使用阶段组合组合I（短期组合）：恒载人群汽车升温升温梯度（组合系数取恒载1.0，汽车荷载0.7，人群1.0，温度梯度作用0.8，升温作用1.0）；组合II（短期组合）：恒载人群汽车降温降温梯度（组合系数取恒载1.0，汽车荷载0.7，人群1.0，温度梯
7、度作用0.8，降温作用1.0）组合III（长期组合）：恒载人群汽车升温+升温梯度收缩徐变（组合系数取恒载1.0，汽车和人群荷载0.4，温度梯度作用0.8，其他荷载1.0）组合IV（长期组合）：恒载汽车人群降温降温梯度收缩徐变（组合系数取恒载1.0，汽车和人群荷载0.4，温度梯度作用0.8，其他荷载1.0）2.2主要计算结果2.2.1正常使用状态（1）裂缝宽度验算考虑长期效应影响后，按照正常使用极限状态短期效应组合计算得到的各截面上下缘的最大裂缝宽度分别如表2和表3所示；从中可以看出，在上述正常使用极限状态荷载组合I下，根据计算，小结点截面与跨中截面下缘将出现较大的裂缝，宽度分别为0.186mm
8、和0.19mm，但是仍小于规范规定的0.20mm的限值，符合要求；在上述正常使用极限状态荷载组合II下，最大的计算裂缝宽度出现在斜拱腿拱脚截面的上缘，为0.193mm，也满足规范规定的0.20mm的限值，符合要求。综上所述，裂缝宽度的验算满足规范要求。（2）挠度验算消除结构自重产生的挠度后，在上述正常使用极限状态荷载组合I和组合II下的计算最大挠度和最小挠度分别如图4和图5所示，从中可以看出：在组合I下，其最大挠度为1.94cm，位于跨中截面附近，最小挠度为反挠0.66cm，位于跨中；在组合II下，其最大计算挠度为0.38cm，位于大结点附近，最小挠度（反挠）为2.43cm，位于跨中；综合来看
9、，其挠度与反挠之和最大为2.43+0.382.81cm，乘以挠度长期增长系数1.60，得到其长期挠度值为4.50cm，其小于规范限值l/6005000/6008.33cm，挠度验算满足规范要求。2.2.2承载能力极限状态.表4-表6示出了承载能力极限状态不同荷载组合下各截面的最大受力与截面抗力的比较，表中，N（轴力）的单位为KN，M（弯矩）的单位为KN.m，R（截面抗力）的单位根据截面受力形式的不同而变化，当截面受弯为主时，其为弯矩值，单位为KN.m，当截面为受压（偏压）或受拉（偏拉）为主时，其为轴力值，单位为KN。从中可以看出，在承载能力极限状态组合I和组合II下，对于各种不同的组合类型，其
10、截面的承载能力均远远大于计算值，极限承载能力满足要求；在承载能力极限状态荷载组合III下，截面的承载能力在最大弯矩、最大轴力、最小弯矩组合时仍有较大的富余，在最小轴力组合下，由于本组合考虑降温效应和降温梯度的影响，一些截面出现了较大的偏拉力，虽然截面的抗力仍然满足要求，但是富余量已经不多，需要引起注意。承载能力极限状态组合IV是偶然组合，主要考虑恒载和地震荷载的组合效应，具体情况见下节上部结构验算。正常使用极限状态荷载组合I下各截面最大长期裂缝宽度 表2单元号左上缘左下缘右上缘右下缘108.49E-1800.0451200.04510.008960.073730.008960.07370.02
11、420.086740.02420.08670.04650.085250.03210.1880.05240.18360.05240.1830.07930.12770.03870.08590.01330.14980.01330.1490.02080.18690.02080.1860.02170.128100.02170.1280.02940.142110.02940.1420.04020.148120.04020.1480.05370.147130.0121000.01561400.015600.0331500.03300.1241600.12400.1561700.15600.1791800.1
12、7900.191900.1900.1792000.17900.1562100.15600.1242200.12400.0332300.03300.01562400.01560.01210250.05370.1470.04020.148260.04020.1480.02940.142270.02940.1420.02170.128280.02170.1280.02080.186290.02080.1860.01330.149300.01330.1490.03870.0859310.07930.1270.05240.183320.05240.1830.03210.188330.04650.0852
13、0.02420.0867340.02420.08670.008950.0737350.008950.073700.04513600.04514.17E-170370.1090.09970.10.0984380.10.098400.07993900.079900.04564000.04560041000.03630420.036300.130430.1300.0363 0440.0363000450000.04564600.045600.07994700.07990.10.0984480.10.09840.1090.0997490.09710.1020.08480.103500.08480.10300.1015100.1010052000053000054000055000.1430560.14300057000.1430580.143000590000600000610000620000.1016300.1010.08480.103640.08480.1030.09
