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1、陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 陕西省柞水至山阳段高速公路 两阶段初步设计 陕西省柞水至山阳段高速公路 两阶段初步设计 大 中 桥 梁 结 构 计 算 书大 中 桥 梁 结 构 计 算 书 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 1 -第一篇第一篇 理论计算（上部结构）理论计算（上部结构） 一、20m 预应力混凝土组合箱梁计算书一、20m 预应力混凝土组合箱梁计算书 1.1. 分析计算的主要内容 分析计算的主要内容 上部箱梁持久状态极限承载承载能力计算； 上部箱梁正常使用阶段抗裂计算； 上部箱梁持久状态压应力计算； 上部箱梁刚度计算。 2.2.
2、计算方法及原则 计算方法及原则 上部箱梁纵向计算按平面杆系理论，采用QJX 系列程序进行计算。根据桥梁的实际施工过程和施工方案划分施工阶段，并进行结构离散。 1.荷载取值与荷载组合 荷载取值 一期恒载：预应力混凝土容重取 2.6t/m3。 二期恒载：包括护栏、桥面铺装等，详见各桥梁取值。 活载: 公路级。 温度梯度：主梁顶、底板日照温差按照公路桥涵设计通用规范4.3.10 条规定取值计算；竖向梯度温度分布见图 7-1（尺寸单位：mm） ： 降温梯度 升温梯度 图 1-1 温度梯度 强迫位移：10mm。 材料 预制箱梁 C40 混凝土 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 -
3、 2 -现浇接头、湿接缝 C40 混凝土 荷载组合 组合一： 恒载 组合二： 恒载+活载 组合三： 恒载活载温度荷载 1 组合四： 恒载活载温度荷载 2 组合五： 恒载活载温度荷载 1强迫位移 组合六： 恒载活载温度荷载 2强迫位移 3.3. 桥梁计算 桥梁计算 1.概述 上部结构跨径为 420m，桥宽 12.50m。共设置 4 片小箱梁，梁高 1.2 m。 边跨中梁钢束与边跨边梁钢束布置相同， 中跨中梁钢束与中跨边梁钢束布置布置相同。采用刚接梁法进行横向分布系数计算，边主梁横向分布系数最大为 0.744，中主梁横向分布系数为 0.612 。 2.荷载取值 二期恒载：包括护栏、桥面铺装等，经横
4、向分配后边梁为共计 1.795t/m，中梁为 1.673m。 预应力钢束张拉控制应力取 0.75fpk，即 1395Mpa。 冲击系数：按照公路桥涵设计通用规范4.3.2 计算求得，边梁冲击系数为=0.340；中梁冲击系数为=0.350。 3.桥梁复核计算 边梁边梁 持久状态极限承载能力计算 各种荷载组合下，持久状况承载能力极限状态计算如下，详见下图： 图 1-3a 荷载组合五极限状态承载能力计算 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 3 -图 1-3b 荷载组合六极限状态承载能力计算 本计算考虑了普通钢筋的作用，上部箱梁持久状态极限承载能力计算满足要求。 正常使用阶段
5、抗裂计算 预应力混凝土受弯构件为满足正常使用极限状态，应进行抗裂计算。 短期效应荷载组合 短期效应荷载组合下，正截面法向拉应力计算结果详见下图： 图 1-4a 短期效应荷载组合五上下缘法向拉应力 图 1-4b 短期效应荷载组合六上下缘法向拉应力 规范强制性条款 6.3.1，对于 A 类预应力混凝土受弯构件，在短期效应组合下拉应力不允许超过 0.7ftk=1.757MPa。跨中位置满足规范要求，但是支点位置处没有负弯矩预应力，需要考虑普通钢筋参与作用对裂缝进行计算，按钢筋混凝土构件采用桥陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 4 -梁博士软件对裂缝进行补充计算。最不利位置裂
6、缝宽度为 0.147mm，小于 0.2mm，满足规范要求。 长期效应荷载组合 长期效应荷载组合下，正截面法向拉应力计算结果详见下图： 图 10-5a 长期效应荷载组合五上下缘法向拉应力 图 10-5b 长期效应荷载组合六上下缘法向拉应力 最不利状态上缘跨中部分没有拉应力出现，满足规范要求，支点位置抗裂按照钢筋混凝土构件考虑，短期效应下裂缝宽度满足规范要求，长期效应下不做要求。 持久状况与短暂状况截面正应力计算 按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件， 应计算其使用阶段正截面混凝土法向压应力和斜截面混凝土的主压应力。计算时，作用取其标准值，汽车荷载考虑冲击系数，预应力分项系数取为 1.0，计入温度
7、效应等引起的次效应。 正截面法向压应力在各荷载组合下的应力结果请见下图： 表 10-3 荷载标准值组合效应下主梁压应力计算 （单位：Mpa） 应力 组合一 组合二 组合三 组合四 组合五 组合六 上缘 4.07 7.67 10.34 7.68 10.42 7.68 下缘 8.13 11.17 11.17 12.29 12.60 12.95 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 5 -图 10-6a 持久状态荷载组合五上下缘法向压应力 图 10-6b 持久状态荷载组合六上下缘法向压应力 规范条款 7.1.5-1，对于 A 类预应力混凝土受弯构件，在作用标准值组合下， kc
8、+pt0.5fck=13.40MPa，最不利状况下压应力为 12.95 MPa，满足规范要求。 挠度计算 表 10-4 活载位移表 部位 位移方向 位移值(mm) /L 计算值 /L 规范要求值 边跨跨中 竖向 10.46 （正负绝对 值相加） 1/1912 1/600 中跨跨中 竖向 9.58（正负绝对 值相加） 1/2087 1/600 注：表中已考虑挠度长期增长系数=1.45。 可见，结构刚度满足规范要求。 中梁中梁 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 6 -持久状态极限承载能力计算 各种荷载组合下，持久状况承载能力极限状态计算如下，详见下图： 图 1-3a 荷
9、载组合五极限状态承载能力计算 图 1-3b 荷载组合六极限状态承载能力计算 本计算考虑了普通钢筋的作用，上部箱梁持久状态极限承载能力计算满足要求。 正常使用阶段抗裂计算 预应力混凝土受弯构件为满足正常使用极限状态，应进行抗裂计算。 短期效应荷载组合 短期效应荷载组合下，正截面法向拉应力计算结果详见下图： 图 1-4a 短期效应荷载组合五上下缘法向拉应力 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 7 -图 1-4b 短期效应荷载组合六上下缘法向拉应力 规范强制性条款 6.3.1，对于 A 类预应力混凝土受弯构件，在短期效应组合下拉应力不允许超过 0.7ftk=1.757MPa
10、。跨中位置满足规范要求，但是支点位置处没有负弯矩预应力，需要考虑普通钢筋参与作用对裂缝进行计算，按钢筋混凝土构件采用桥梁博士软件对裂缝进行补充计算。最不利位置裂缝宽度为 0.131mm，小于 0.2mm，满足规范要求。 长期效应荷载组合 长期效应荷载组合下，正截面法向拉应力计算结果详见下图： 图 10-5a 长期效应荷载组合五上下缘法向拉应力 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 8 -图 10-5b 长期效应荷载组合六上下缘法向拉应力 最不利状态上缘跨中部分没有拉应力出现，满足规范要求，支点位置抗裂按照钢筋混凝土构件计算，短期效应下裂缝宽度满足规范要求，长期效应下不做
11、要求。 持久状况与短暂状况截面正应力计算 按持久状况设计的预应力混凝土受弯构件， 应计算其使用阶段正截面混凝土法向压应力和斜截面混凝土的主压应力。计算时，作用取其标准值，汽车荷载考虑冲击系数，预应力分项系数取为 1.0，计入温度效应等引起的次效应。 正截面法向压应力在各荷载组合下的应力结果请见下图： 表 10-3 荷载标准值组合效应下主梁压应力计算 （单位：Mpa） 应力 组合一 组合二 组合三 组合四 组合五 组合六 上缘 4.32 7.38 10.07 7.38 10.07 7.38 下缘 8.28 10.92 10.92 10.43 11.77 12.28 图 10-6a 持久状态荷载组
12、合五上下缘法向压应力 图 10-6b 持久状态荷载组合六上下缘法向压应力 规范条款 7.1.5-1，对于 A 类预应力混凝土受弯构件，在作用标准值组合下， 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 9 -kc+pt0.5fck=13.40MPa，最不利状况下压应力为 12.28 MPa，满足规范要求。 挠度计算 表 10-4 活载位移表 部位 位移方向 位移值(mm) /L 计算值 /L 规范要求值 边跨跨中 竖向 8.72（正负绝对 值相加） 1/2293 1/600 中跨跨中 竖向 8.00（正负绝对 值相加） 1/2500 1/600 注：表中已考虑挠度长期增长系数=
13、1.45。 可见，结构刚度满足规范要求。 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 10 -二、340m 预应力混凝土装配式连续组合箱梁 二、340m 预应力混凝土装配式连续组合箱梁 1.概述 上部结构跨径为 340m，半幅桥共设置 4 片小箱梁，梁高 2.0 m。 边梁中梁钢束与边跨边梁钢束布置相同， 中跨中梁钢束与中跨边梁钢束布置布置相同。采用刚接梁法进行横向分布系数计算，边主梁横向分布系数最大为 0.524，中主梁横向分布系数为 0.511。故下面仅对边主梁进行结构计算。 全桥共划分为 108 个单元，109 个节点，结构离散图详见 7-3-1。 图 7-3-1 结构
14、离散图 2.荷载取值 二期恒载：包括护栏、桥面铺装等，共计 1.588t/m。 预应力钢束张拉控制应力取 0.73fpk，即 1357.8Mpa。 冲击系数：按照公路桥涵设计通用规范4.3.2 计算求得，跨中为=0.223，支点为=0.320。 3.桥梁设计计算 持久状态极限承载能力计算 各种荷载组合下，持久状况承载能力极限状态计算如下，详见图 7-3-2（仅示出荷载组合二、三、五） ： 弯矩（T-M） 最大值：1690.45 单元号： 91 j端 最小值：-746.97 单元号： 37 i端图 7-3-2a 荷载组合二极限状态承载能力计算 弯矩（T-M） 最大值：1777.58 单元号： 91 j端 最小值：-746.97 单元号： 37 i端图 7-3-2b 荷载组合三极限状态承载能力计算 陕西省柞水至山阳段高速公路两阶段初步设计 桥梁结构计算书 - 11 -弯矩（T-M） 最大值：1785.48 单元号： 91 j端 最小值：-868.39 单元号： 36 j端图 7-3-2c 荷载组合五极限状态承载能力计算 弯矩（T-M） 最大值：1783.59 单元号： 91 j端
