高速公路改扩建工程K3+736二号高架桥38+50+38m箱梁计算书.doc

国家高速公路网包头至茂名高速公路（G65）陕西境西安至铜川高速公路改扩建工程K3+736二号高架桥第十六联38+50+38m箱梁计算书陕西省公路勘察设计院二八年五月箱梁计算采用大型有限元计算程序桥梁博士进行；并采用桥梁博士结合手算的方法对桥梁部分结构构件进行了验算，详述如下：一、箱梁纵向预应力的计算（一）计算说明：1、采用同豪土木桥梁博士3.0计算;2、基础资料：a. 荷载等级：公路-I级；b. 活载横向分布调整系数： m=车道数*折减系数*1.15;对处于小半径曲线上的桥梁，考虑一定的抗扭系数;具体如下：箱梁荷载横向分布调整系数取用荷载横向分布系数小半径时分布系数桥面宽度（m）车道数车道折减系数<71.00 1.00 1.15 1.21 7-10.52.00 1.00 2.30 2.42 10.5-143.00 0.78 2.69 2.83 14-17.54.00 0.67 3.08 3.24 17.5-215.00 0.60 3.45 3.62 21-24.56.00 0.55 3.80 3.98 c.材料：主梁混凝土:C50；预应力钢材采用符合国家标准(GB5224-2003)的钢绞线，钢绞线标准强度为1860Mpa，公称直径为15.2mm，公称面积为139mm2，弹性模量为1.9E5Mpad.桥面二期恒载：混凝土桥面铺装容重取为26KN/立方，沥青混凝土桥面铺装取为23KN/立方，护栏单侧取为6KN/立方；e.张拉控制应力con=0.75fpK=0.75*1860=1395MPa锚具回缩变形单端6mm 孔道摩阻系数及孔道局部偏差的摩擦系数取为桥梁博士的默认值体系温度：取升温25(温1)，降温25(温2)；梯度温度：根据桥涵设计通用规范，10厘米沥青混凝土桥面铺装时，下面的顶板升温为T1=14，10cm下为5.5；本桥采用了混凝土铺装，箱梁顶板升温取为7,降温取为-3.5（桥面铺装厚度较大）；支座不均匀沉降取为10mm；3、施工及使用阶段应力计算：将设计的预应力束输入到模型中，使用阶段箱梁最大压应力控制在小于16.5Mpa,拉应力大于0 Mpa；4、极限强度验算：按设计钢束情况进行验算，主要验算各支点断面及跨中断面的极限承载能力;5、张拉伸长量计算: 不考虑张拉工作段钢束的影响,所计算出的单端伸长量；6、位移计算：活载及温度组合最大效应下的跨中挠度;7、钢束应力验算：钢束组合最大应力应满足要求；8、支反力计算：根据计算出的墩台顶反力选用支座；（二）结构概述本联桥上部结构采用为38+50+38m 现浇预应力混凝土连续箱梁。采用单箱三室截面，桥面单向横坡2，箱梁顶面全宽20.4m。箱梁采用变截面，跨中梁高190cm、端部梁高300cm。外侧腹板斜率为4：1。 箱梁顶板宽20.4m，底板变宽。顶板厚为28cm、底板在支点附近厚度为40cm，跨中厚度为22cm。箱梁悬臂长250cm，悬臂端部厚15cm，根部变厚。跨中腹板厚40cm，加厚段60cm。箱梁跨中标准横断面见下图，各部尺寸详见设计图纸箱梁一般构造图。 本桥采用满堂支架整体现浇完成上部结构的施工。腹板内预应力束采用两端张拉。施工方法及施工工序详见相关图纸及说明部分。a、 设计规范与标准1、 公路工程技术标准JTG B01-2003；2、 公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004；3、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004。b、 主要材料1、 混凝土 箱梁梁体： C50混凝土 桥面铺装： 10cm厚沥青混凝土 桥面防撞护栏： C30混凝土 2、普通钢筋：采用R235级和HRB335级钢筋。其技术标准应分别符合国家标准（GB1301391）、（GB149998）的规定。3、预应力钢绞线：均采用GB/T5224-2003标准的高强度低松弛钢绞线，标准强度为1860MPa，公称直径为15.2mm，公称面积为139mm2，弹性模量为Ey=1.95×105MPa，松弛率为3.0%。4、锚具：采用符合交通行业标准JTT329.11997公路桥梁预应力钢绞线用YM锚具、连接器规格系列要求的产品，纵向预应力锚具采用OVM1517(10)型。5、拌制混凝土用的砂石和水的质量要求应符合公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）的有关规定。c、 计算取用主要参数1、混凝土材料力学特性：·混凝土抗压弹性模量：3.45×104MPa·混凝土抗弯弹性模量：3.45×104MPa·预应力混凝土的容重：26KN/M3 ·铺装沥青混凝土容重：23KN/M3 ·混凝土线性膨胀系数：1.0×10-52、砼材料收缩徐变特性：·28天标准强度： 50MPa·计算混凝土收缩用传力锚固龄期：7天·计算混凝土徐变用加载龄期：7天·环境相对湿度： 70 3、预应力材料力学特性：·预应力孔道面积：78.0cm2 ·钢束面积：23.8(14.0)cm2 ·钢绞线弹性模量： 1.95×105MPa ·张拉控制应力： 0.73fpk=1357.8MPa ·钢绞线松弛率： 3.0% ·孔道摩阻系数： 0.25 ·孔道偏差系数： 0.0015 ·钢束回缩及锚具变形值(单端)： 6mm4、基础不均匀沉降： 1.5mm5、箱梁计算温度场：T14/5.56、支座摩阻系数： 0.057、设计荷载：公路级8、桥梁安全等级：一级9、结构设计类型：全预应力混凝土构件d、 计算模型与方法结合本桥桥型结构特点，箱梁结构共离散为86个主梁单元（对应87个节点），4个支撑杆元:1、箱梁上部结构施工阶段计算，结合箱梁结构型式、施工顺序和工艺等实际情况，考虑了三个施工阶段： 第一阶段：整体支架现浇混凝土箱梁（截面几何性质见附表）； 第二阶段：分批张拉腹板预应力钢束；第三阶段：拆除支架，上护栏、铺装等二期荷载。准备运营。 以上阶段分别对各截面的内力、应力进行了计算。2、箱梁上部结构使用阶段静力分析采用桥梁博士 V3.03进行，分别包括成桥状态下恒载、活载、预应力、混凝土收缩徐变、支座强迫位移、温度变化等荷载作用的计算。计算中按有关规范规定对各种荷载进行不同的荷载组合，对结构的强度和应力进行计算。 主梁主要材料力学指标及应力限值一览表 表1名称项 目符 号单 位数 值混凝土立方体强度fcuMPa50弹性模量EcMPa3.45E-04轴心抗压标准强度fckMPa32.4抗拉标准强度ftk MPa2.65抗压设计强度fcdMPa22.4抗拉设计强度FtdMPa1.83施工阶段极限压应力0.7 fckMPa6.7极限拉应力1.15 ftkMPa0持久状况极限压应力0.5 fckMPa10.3极限主压应力0.6 fckMPa10.3正常使用长期组合极限拉应力lt-pcMPa0短期组合极限拉应力st-0.8*pc MPa0短期组合极限主拉应力0.4 ftkMPa0.6预应力钢绞线标准强度fpkMPa1860弹性模量EpMPa1.95 E5抗拉设计强度fpdMPa1260张拉控制应力0.75 fpkMPa1375正常使用阶段最大组合应力限值0.65 fpkMPa1209e、 主要计算结果施工阶段及使用阶段各组合状况下的应力如下（因结构对称，仅列出一半单元）：由计算结果可以看出，使用阶段各单元最大压应力为10.3MPa；最大拉应力为正值，全截面受压；满足全预应力混凝土构件要求；输出附加内容单元号:1-43输出阶段号:1-3输出组合类型:1-3*指定单元截面应力输出*第1施工阶段应力结果阶段累计应力:单元号 左上缘 左下缘 右上缘 右下缘1 -0.0228 -0.018 3.71 5.182 3.7 5.17 3.84 53 3.84 5 3.95 4.874 3.95 4.87 4.07 4.725 4.07 4.72 4.13 5.016 4.13 5.01 4.53 5.187 4.53 5.18 4.81 5.68 4.81 5.59 5.19 5.769 5.19 5.75 5.53 6.0710 5.24 5.03 5.48 5.2511 5.48 5.24 5.67 5.612 5.66 5.6 5.73 5.8313 5.73 5.83 5.78 5.5514 5.78 5.55 5.74 5.4215 5.74 5.42 5.62 5.4716 5.62 5.47 5.51 5.4617 5.51 5.46 5.45 5.4218 5.45 5.42 5.37 5.3919 5.37 5.39 5.7 4.820 5.7 4.8 5.83 3.8121 5.84 3.81 5.88 3.0322 5.88 3.03 6.15 2.2623 6.16 2.26 6.21 1.7924 6.21 1.79 5.95 1.7125 5.96 1.71 5.45 1.9326 5.46 1.93 5.06 2.3327 5.06 2.33 4.31 3.128 4.31 3.1 4.99 2.3329 4.99 2.33 5.34 1.9230 5.33 1.92 5.71 1.6931 5.71 1.69 5.86 1.7832 5.86 1.78 5.63 2.3533 5.63 2.35 5.18 3.2534 5.18 3.25 5.01 4.1235 5.01 4.12 4.75 5.2136 4.75 5.21 4.16 6.137 4.16 6.1 3.64 6.9738 3.64 6.97 3.31 7.5939 3.31 7.59 3.16 7.9740 3.16 7.97 3.22 8.0241 3.22 8.02 3.25 8.242 3.25 8.2 3.19 8.5543 3.19 8.55 3.18 8.19第2施工阶段应力结果阶段累计应力:单元号 左上缘 左下缘 右上缘 右下缘1 -0.0301 -0.0235 3.68 5.142 3.66 5.13 3.91 4.843 3.91 4.84 4.13 4.594 4.13 4.59 4.44 4.245 4.44 4.23 4.65 4.336 4.64 4.32 5.18 4.287 5.18 4.27 5.57 4.448 5.57 4.43 6.02 4.469 6.02 4.45 6.41 4.6310 6.1 3.73 6.37 3.8711 6.36 3.87 6.56 4.1612 6.56 4.16 6.61 4.3913 6.61 4.39 6.58 4.2614 6.58 4.26 6.43 4.3115 6.43 4.31 6.17 4.5516 6.17 4.55 5.91 4.7717 5.91 4.77 5.67 4.9818 5.68 4.98 5.41 5.2119 5.41 5.21 5.52 4.920 5.52 4.91 5.49 4.1221 5.5 4.13 5.39 3.5522 5.39 3.55 5.43 3.0523 5.43 3.05 5.27 2.8224 5.28 2.82 4.83 2.9425 4.83 2.94 4.15 3.3526 4.15 3.34 3.64 3.8827 3.64 3.88 2.7 4.8628 2.71 4.86 3.57 3.8729 3.57 3.87 4.03 3.3430 4.03 3.34 4.59 2.9231 4.59 2.92 4.94 2.832 4.94 2.8 4.91 3.1433 4.91 3.14 4.7 3.7634 4.7 3.76 4.69 4.4235 4.68 4.42 4.59 5.2936 4.59 5.29 4.22 5.937 4.22 5.9 3.9 6.4938 3.9 6.49 3.74 6.8639 3.74 6.86 3.75 7.0240 3.75 7.02 3.94 6.8841 3.94 6.87 4.09 6.8842 4.09 6.87 4.11 7.0943 4.11 7.08 4.11 6.72正常使用阶段应力计算结果使用阶段荷载组合1应力:单元号 节点号 上缘最大 上缘最小 下缘最大 下缘最小 最大主压 最大主拉1 1 -0.0301 -0.106 -0.0235 -0.0785 0.114 -0.1811 2 3.68 3.5 5.17 4.96 5.17 -0.2222 2 3.66 3.45 5.15 4.92 5.15 -0.2382 3 3.97 3.7 4.87 4.56 4.87 -0.1723 3 3.97 3.7 4.87 4.56 4.87 -0.1723 4 4.24 3.91 4.62 4.24 4.62 -0.1284 4 4.24 3.91 4.62 4.24 4.62 -0.1284 5 4.64 4.2 4.28 3.75 4.64 -0.06975 5 4.64 4.2 4.28 3.75 4.64 -0.06985 6 4.93 4.4 4.4 3.69 4.93 -0.1666 6 4.93 4.39 4.4 3.68 4.93 -0.1666 7 5.54 4.9 4.38 3.46 5.54 -0.1677 7 5.53 4.89 4.38 3.46 5.53 -0.1677 8 5.99 5.25 4.59 3.41 5.99 -0.18 8 5.99 5.25 4.58 3.4 5.99 -0.18 9 6.5 5.66 4.64 3.29 6.5 -0.08249 9 6.49 5.65 4.64 3.28 6.49 -0.08219 10 6.92 6.01 4.86 3.34 6.92 -0.06310 10 6.6 5.72 3.94 2.6 6.6 -0.036110 11 6.9 5.96 4.11 2.64 6.9 -0.019111 11 6.9 5.95 4.11 2.64 6.9 -0.019111 12 7.12 6.12 4.44 2.84 7.12 -0.005812 12 7.12 6.12 4.43 2.84 7.12 -0.0058112 13 7.2 6.15 4.7 3 7.2 -0.010613 13 7.2 6.15 4.7 3 7.2 -0.010613 14 7.15 6.08 4.58 2.93 7.15 -0.042614 14 7.15 6.09 4.58 2.93 7.15 -0.042614 15 6.98 5.91 4.65 3.06 6.98 -0.094815 15 6.98 5.91 4.65 3.06 6.98 -0.094715 16 6.69 5.63 4.91 3.38 6.69 -0.16116 16 6.7 5.63 4.91 3.38 6.7 -0.16116 17 6.4 5.35 5.14 3.68 6.4 -0.10217 17 6.4 5.35 5.14 3.69 6.4 -0.10217 18 6.12 5.09 5.36 3.99 6.12 -0.16918 18 6.13 5.09 5.36 3.99 6.13 -0.16918 19 5.82 4.8 5.6 4.33 5.82 -0.071219 19 5.82 4.8 5.6 4.33 5.82 -0.071219 20 5.88 4.87 5.3 4.16 5.88 -0.0091820 20 5.89 4.87 5.3 4.16 5.89 -0.0091720 21 5.8 4.83 4.51 3.55 5.8 -0.0087321 21 5.81 4.84 4.51 3.55 5.81 -0.0087221 22 5.65 4.72 3.91 3.12 5.65 -0.020422 22 5.65 4.73 3.91 3.12 5.65 -0.020322 23 5.62 4.75 3.4 2.79 5.62 -0.054523 23 5.62 4.76 3.4 2.79 5.62 -0.054523 24 5.4 4.58 3.17 2.66 5.4 -0.13624 24 5.41 4.58 3.18 2.66 5.41 -0.13624 25 4.92 4.13 3.33 2.84 4.92 -0.24525 25 4.92 4.13 3.32 2.84 4.92 -0.24525 26 4.22 3.47 3.74 3.27 4.36 -0.58526 26 4.22 3.47 3.74 3.27 4.36 -0.58526 27 3.71 2.97 4.28 3.8 4.48 -0.73227 27 3.71 2.97 4.28 3.8 4.48 -0.73227 28 2.78 2.03 5.28 4.78 5.28 -0.93928 28 2.78 2.03 5.28 4.78 5.28 -0.96928 29 3.63 2.91 4.26 3.8 4.48 -0.7629 29 3.63 2.91 4.26 3.8 4.48 -0.7629 30 4.09 3.38 3.7 3.27 4.28 -0.61430 30 4.09 3.38 3.7 3.27 4.28 -0.61430 31 4.66 3.93 3.27 2.84 4.66 -0.26531 31 4.66 3.92 3.27 2.83 4.66 -0.26631 32 5.05 4.29 3.12 2.67 5.05 -0.12532 32 5.05 4.29 3.11 2.67 5.05 -0.12532 33 5.07 4.3 3.42 2.92 5.07 -0.031233 33 5.07 4.3 3.42 2.91 5.07 -0.031333 34 4.9 4.13 4.05 3.4 4