钢筋混凝土中承式拱计天桥通用图结构设计.doc

钢筋混凝土中承式拱计天桥通用图结构设计第一篇、工程概况一、结构概述本天桥通用图桥型采用钢筋混凝土中承式拱，桥梁全长51.96米。本桥主梁和桥面均设置0.5的对称纵坡，在施工中利用现浇纵横梁和桥面板形成，平面位于直线段内。桥宽8米天桥纵横梁高0.8米，桥宽12米纵横梁高1.0米。二、结构图纸三、主要技术标准荷载等级：公路级；桥梁宽度：7m（行车道）+0.5米（护栏）8m，全宽9.7m11m（行车道）+0.5米（护栏）12m，全宽14.1m；桥下净空：5.0m(桥下净高至少留有20cm余地)；桥面横坡： 1.5%人字形双面坡四、主要建筑材料 拱肋、行车道系混凝土：C40混凝土 桥面铺装：沥青混凝土 台帽：C30混凝土 台身、基础：C25片石混凝土 普通钢筋：R235（级钢筋），HRB335（级钢筋）焊接的钢筋均应满足可焊要求，其他钢材应符合国标规定要求。吊杆：精轧螺纹钢，桥宽8m拱桥采用规格D32mm，fpk=785Mpa，桥宽12m拱桥采用规格D32mm，fpk=930Mpa 风撑：Q235型钢材（桥宽12米）第二篇、有限元计算模型一、概述：桥梁结构抽检验算是按公路桥梁通用规范(JTG D602004)及公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004)进行的，提出的检算结果是通过对桥梁运营阶段结构姿态模拟，建立桥梁结构计算模型进行的，但结构化模型的设计计算，仍存在一些不确定的因素及假定，使其计算结果不可能完全符合结构的实际受力状况，只是在一定的控制概率内反应结构的虚拟模型，参照验算结果，进行磋商。建设条件、外部因素变化（例如临时支架支撑条件的变化、地质资料）等都会严重影响结构计算结果的精度与可靠性，但由于这些因素存在不确定性，本分析报告中未考虑这些因素的影响，另外计算中也未考虑支架等临时设施与设备自身的稳定与安全问题。二、计算软件本桥采用大型空间有限元分析软件Midas进行全桥分析，局部截面验算采用桥梁通7.571和手算。三、考虑的荷载工况：1自重2公路-II级汽车荷载3二期恒载：包括桥面铺装和护栏重量，按均布荷载添加4 温度荷载：模型考虑了整体升温20，整体降温15和梁截面温度梯度效应，温度梯度按照JTG D60-2004 表4.3.10-3中100mm沥青混凝土铺装层取用5支座沉降：模型考虑了两片拱肋支座不均匀沉降L/30001.4cm所产生的效应6 本天桥采用满堂支架施工，施工过程中不存在结构体系转换，故计算模型未考虑施工阶段的影响710年的收缩徐变荷载8计算模型未考虑JTG D60-2004规定的偶然作用9 汽车荷载的冲击力、离心力10计算模型未考虑风荷载作用四、结构设计安全等级结构设计安全等级为二级，结构重要性系数取1.0五、有限元计算模型图1、桥宽8m拱桥2、桥宽12m拱桥六、荷载组合按照JTG D602004的规定，最终计算结果采用了三种荷载组合，承载能力基本组合、正常使用短期组合和正常使用长期组合1、承载能力基本组合：组合A与组合B的包络组合荷载组合A荷载组合B荷载工况组合系数荷载工况组合系数恒荷载(CS)1.2恒荷载(CS)1.2徐变二次(CS)1徐变二次(CS)1收缩二次(CS)1收缩二次(CS)1整体升温(ST)1.12整体降温(ST)1.12拱圈升温(ST)1.12拱圈降温(ST)1.12纵梁升温(ST)1.12纵梁降温(ST)1.12横梁升温(ST)1.12横梁降温(ST)1.12支座沉降(SM)0.5支座沉降(SM)0.5汽车(MV)1.4汽车(MV)1.42、正常使用短期组合：组合C与组合D的包络组合荷载组合C荷载组合D荷载工况组合系数荷载工况组合系数恒荷载(CS)1恒荷载(CS)1徐变二次(CS)1徐变二次(CS)1收缩二次(CS)1收缩二次(CS)1整体降温(ST)1整体升温(ST)1拱圈降温(ST)0.8拱圈升温(ST)0.8纵梁降温(ST)0.8纵梁升温(ST)0.8横梁降温(ST)0.8横梁升温(ST)0.8支座沉降(SM)1支座沉降(SM)1汽车(MV)0.6377汽车(MV)0.63773、正常使用长期组合：组合E与组合F的包络组合荷载组合E荷载组合F荷载工况组合系数荷载工况组合系数恒荷载(CS)1恒荷载(CS)1徐变二次(CS)1徐变二次(CS)1收缩二次(CS)1收缩二次(CS)1整体降温(ST)1整体升温(ST)1拱圈降温(ST)0.8拱圈升温(ST)0.8纵梁降温(ST)0.8纵梁升温(ST)0.8横梁降温(ST)0.8横梁升温(ST)0.8支座沉降(SM)1支座沉降(SM)1汽车(MV)0.3644汽车(MV)0.3644(其中根据全桥模态分析结构基频为1.9Hz)第三篇、12m拱桥计算结果一、12m拱桥内力计算结果承载能力极限组合全桥弯矩图形二、拱肋安全性验算1、承载能力极限拱肋弯矩图由图形可知，拱肋最大弯矩发生在拱脚-5700KN.M，拱肋跨中和1/4部分弯矩图大致类似，弯矩大概1300 KN.M2、承载能力极限拱肋轴力图由图形可知，拱肋轴力分布较为均匀，为受压构件，最大轴力-6900KN, 拱肋跨中和1/4部分轴力图大致类似，轴力大概-5200 KN3、正常使用短期组合弯矩图由图形可知，拱肋最大弯矩发生在拱脚-4500KN.M，拱肋跨中和1/4部分弯矩图大致类似，弯矩大概900 KN.M4、正常使用短期轴力图由图形可知，拱肋轴力分布较为均匀，为受压构件，最大轴力-5500KN, 拱肋跨中和1/4部分轴力图大致类似，轴力大概-4100 KN5、正常使用长期弯矩图6、正常使用长期轴力图7、 拱肋验算对于拱肋按钢筋混凝土偏心受压构件进行验算，计算长度按无铰拱0.36L取用。分别利用桥梁通对拱脚和拱肋跨中截面进行验算7.1拱脚截面验算 矩形截面强度裂缝配筋原始数据表(拉弯压弯-双筋对称设计) (2007年11月1日15点14分计算) 混凝土等级 提高系数 截面高度cm 截面宽度cm 计算长度cm 抗弯压力kN 抗弯弯矩kNm C40 1.00 120.00 90.00 1700.00 6900.00 -5700.00 钢筋类型 抗裂压力kN 抗裂弯矩kNm 裂缝宽度限值mm 荷载作用系数C2 构件系数C3 带肋钢筋 5500.00 -4500.00 0.20 1.490 0.900 下筋种类 下保护层cm 下筋直径mm 下筋根数 HRB335钢筋 5.0 28 矩型截面配筋或复核计算结果表-强度配筋结果：大偏心受压 下缘筋面积 上缘筋面积 下缘抗弯筋根数 上缘抗弯筋根数 强度值Mj 强度值Nj 134.25 134.25 22 22 -5699.99 6899.99 注：1、钢筋面积单位cm2，强度计算值单位：轴力N为kN，弯矩M为kN-m。 2、大偏心受压，下缘受压，上缘受拉(或较小受压)。 受压高度系数 砼受压高cm 初始偏心距cm 计算偏心距cm 偏心距增大系数 钢筋应力 0.3623 41.6666 82.6 99.1 1.1996 280.00 纵向稳定系数 按轴心受压计算的钢筋面积cm2 钢筋根数 按轴心构件计算受压承载力 0.78333 0.00 0 6900.00 矩形截面裂缝中间计算结果表裂缝筋根数配筋率u 钢筋表面系数C1荷载作用系数C2构件系数C3裂缝筋面积cm2 钢筋直径系数 26 0.01547 1.000 1.490 0.900 160.10 1.3 注：本表为公路规范裂缝中间计算结果。 矩形截面裂缝计算结果表 项 目 钢筋应力MPa 裂缝值mm 按公路规范计算 194.32 0.1990 最小配筋率钢筋面积表 最小配筋率纵向筋面积cm2 最小配筋率一侧筋面积cm2 54.00 54.00 7.2拱肋跨中截面验算 矩形截面强度裂缝配筋原始数据表(拉弯压弯-双筋对称设计) (2007年11月1日15点15分计算) 混凝土等级 提高系数 截面高度cm 截面宽度cm 计算长度cm 抗弯压力kN 抗弯弯矩kNm C40 1.00 120.00 90.00 1700.00 5200.00 -1300.00 钢筋类型 抗裂压力kN 抗裂弯矩kNm 裂缝宽度限值mm 荷载作用系数C2 构件系数C3 带肋钢筋 4100.00 -900.00 0.20 1.490 0.900 下筋种类 下保护层cm 下筋直径mm 下筋根数 HRB335钢筋 5.0 28 矩型截面配筋或复核计算结果表-强度配筋结果：大偏心受压 下缘筋面积 上缘筋面积 下缘抗弯筋根数 上缘抗弯筋根数 强度值Mj 强度值Nj 0.00 0.00 1 1 -1823.80 7295.19 注：1、钢筋面积单位cm2，强度计算值单位：轴力N为kN，弯矩M为kN-m。 2、大偏心受压，下缘受压，上缘受拉(或较小受压)。 受压高度系数 砼受压高cm 初始偏心距cm 计算偏心距cm 偏心距增大系数 钢筋应力 0.3831 44.0531 25.0 38.0 1.5189 280.00 纵向稳定系数 按轴心受压计算的钢筋面积cm2 钢筋根数 按轴心构件计算受压承载力 0.78333 0.00 0 5200.00 矩形截面裂缝中间计算结果表裂缝筋根数配筋率u 钢筋表面系数C1荷载作用系数C2构件系数C3裂缝筋面积cm2 钢筋直径系数 6 0.00600 1.000 1.490 0.900 36.95 1.3 注：本表为公路规范裂缝中间计算结果。表中第1项实际u值小于0.006，取0.006计算。 矩形截面裂缝计算结果表 项 目 钢筋应力MPa 裂缝值mm 按公路规范计算 141.29 0.1850 最小配筋率钢筋面积表 最小配筋率纵向筋面积cm2 最小配筋率一侧筋面积cm2 54.00 54.00 三、中横梁验算1、承载能力极限弯矩图由上图可知，最大弯矩发生在跨中，为2100KN.M，吊杆附近的负弯矩较小，大概-950 KN.M2、正常使用极限短期组合弯矩图由上图可知，最大弯矩发生在跨中，为1300KN.M，吊杆附近的负弯矩较小，大概-520 KN.M3、中横梁截面验算根据计算结果，中横梁主要以承受弯矩为主，截面宽度和高度与中横梁长度相比较小，按纯弯构件进行验算，中横梁验算考虑和桥面板的共同作用，桥面板参与验算长度为0.6倍厚度，最终中横梁按T型截面进行验算 I型或T型截面强度裂缝配筋原始数据表(一般纯弯-压筋反算拉筋) (2007年11月1日15点25分计算) 混凝土等级 提高系数 抗弯弯矩kNm C40 1.00 2100.00 截面变宽高度表(cm) 截面高1 截面高2 截面高3 截面高4 0.00 20.00 20.00 100.00 截面变宽宽度表(cm) 截面宽1 截面宽2 截面宽3 截面宽4 300.00 300.00 60.00 60.00 钢筋类型 抗裂弯矩kNm 裂缝宽度限值mm 荷载作用系数C2 构件系数C3 带肋钢筋 1300.00 0.20 1.400 1.000 下筋种类 下保护层cm 下筋直径mm 下筋根数 上筋种类 上保护层上筋直径上筋根数 HRB335钢筋 5.0 28 HRB335钢筋 5.0 28 6 I型或T型截面配筋或复核计算结果表-强度配筋结果：一般纯弯 下缘筋面积 上缘筋面积 下缘抗弯筋根数 上缘抗弯筋根数 强度值Mj 80.69 36.95 14 6 2100.00 注：1、钢筋面积单位cm2，强度计算值单位：轴力N为kN，弯矩M为kN-m。 2、一般纯弯，下缘受拉，上缘受压。 受压高度系数 混凝土受压高度cm 0.0431 4.0927 I、T形截面裂缝中间计算结果表裂缝筋根数配筋率u 钢筋表面系数C1荷载作用系数C2构件系数C3裂缝筋面积cm2 钢筋直径系数 14 0.01512 1.000 1.400 1.000 86.21 1.3 注：本表为公路规范裂缝中间计算结果。 I、T形截面裂缝计算结果表 项 目 钢筋应力MPa 裂缝值mm 按公路规范计算 182.46 0.1967 最小配筋率钢筋面积表 最小配筋率下缘筋面积cm2 15.12 四、纵梁验算1、承载能力极限弯矩图由上图可知，最大弯矩发生在纵梁端，为-1900KN.M，纵梁其他地方截面上下缘弯矩较均衡，弯矩数值大概1000 KN.M2、正常使用极限短期组合弯矩图由上图可知，最大弯矩发生在纵梁端，为-1500KN.M，纵梁其他地方截面上下缘弯矩较均衡，弯矩数值大概600 KN.M3、纵梁截面验算纵梁以承受弯矩为主，按一般受弯构件验算，理论上桥面板的一部分应参与纵梁一起承受外力作用，这里偏安全按矩形截面（不考虑桥面板联合作用）验算3.1、纵梁梁端截面验算 矩形截面强度裂缝配筋原始数据表(一般纯弯-双筋对称设计) (2007年11月1日15点34分计算) 混凝土等级 提高系数 截面高度cm 截面宽度cm 抗弯弯矩kNm C40 1.00 100.00 100.00 -1900.00 钢筋类型 抗裂弯矩kNm 裂缝宽度限值mm 荷载作用系数C2 构件系数C3 带肋钢筋 -1500.00 0.20 1.400 1.000 下筋种类 下保护层cm 下筋直径mm 下筋根数 HRB335钢筋 5.0 25 矩型截面配筋或复核计算结果表-强度配筋结果：一般纯弯 下缘筋面积 上缘筋面积 下缘抗弯筋根数 上缘抗弯筋根数 强度值Mj 75.40 75.40 16 16 -1900.00 注：1、钢筋面积单位cm2，强度计算值单位：轴力N为kN，弯矩M为kN-m。 2、一般纯弯，下缘受压，上缘受拉。 受压高度系数 混凝土受压高度cm 0.1218 11.5747 矩形截面裂缝中间计算结果表裂缝筋根数配筋率u 钢筋表面系数C1荷载作用系数C2构件系数C3裂缝筋面积cm2 钢筋直径系数 21 0.01085 1.000 1.400 1.000 103.08 1.3 注：本表为公路规范裂缝中间计算结果。 矩形截面裂缝计算结果表 项 目 钢筋应力MPa 裂缝值mm 按公路规范计算 176.06 0.1983 最小配筋率钢筋面积表 最小配筋率下缘筋面积cm2 最小配筋率上缘筋面积cm2 25.19 25.19 3.2、纵梁跨中截面验算 矩形截面强度裂缝配筋原始数据表(一般纯弯-双筋对称设计) (2007年11月1日15点36分计算) 混凝土等级 提高系数 截面高度cm 截面宽度cm 抗弯弯矩kNm C40 1.00 100.00 100.00 -1000.00 钢筋类型 抗裂弯矩kNm 裂缝宽度限值mm 荷载作用系数C2 构件系数C3 带肋钢筋 -600.00 0.20 1.400 1.000 下筋种类 下保护层cm 下筋直径mm 下筋根数 HRB335钢筋 4.0 25 矩型截面配筋或复核计算结果