江杨路蕴藻浜大桥设计计算复核报告-典尚设计

江杨路蕴藻浜大桥设计计算复核报告 上海新同济建设工程监理公司一九九九年十一月 江杨路蕴藻浜大桥设计计算复核报告蕴藻浜大桥是江杨路拓宽改造工程中的一座主要桥梁，主跨结构型式为85m的下承式预应力混凝土梁拱组合桥。为了确保本桥设计、施工的安全可靠，受工程指挥部的委托，上海新同济建设工程监理公司承担了该桥设计监理工作。根据合同的内容和要求，本报告向委托方提供桥梁整体静力计算、施工计算、稳定计算以及横梁静力计算等复核结果。 一、复核计算的依据与内容1、主要规范1.1公路工程技术标准（JTJ001-97）1.2公路桥涵设计通用规范（JTJ021-89）1.3公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTJ023一85）1.4钢管混凝土结构设计与施工规程（JCJ 01-89）2、基本资料2.1蕴藻浜大桥（主桥）工程施工图设计（上海市政工程设计研究院）2.2复核计算参数2.2.1材料(1）系梁、横梁、钢管内混凝土采用50号，钢管采用A3钢；(2）吊杆采用1097低松弛镀锌钢丝成品索，标准强度为Ryb1670MPa。(3）预应力采用j15.24钢绞线束，Ryb1860MPa，：Ey=1.95xl05MPa，锚下控制张拉应力为k=0.75 Ryb 。2.2.2设计荷载（1）恒载 系梁、拱肋、吊杆的自重按容重自动计入，横梁及横撑按集中力作用于单元节点，桥面板、桥面铺装二期恒载按均布荷载作用于系梁单元上。（2）活载 汽车一超20级、挂车一120级、人群荷载3.5kNm2，考虑车辆横向最不利加载和汽车车道折减的影响。3.计算复核考虑因素3.1预应力钢筋的作用过程；3.2混凝土的徐变、收缩和钢与混凝土之间的内力重分布；3.3桥梁施工全过程。4.复核内容4.1施工期结构安全度4.2成桥初期结构安全度4.3成桥后期结构安全度4.4正常使用阶段结构安全度4.5成桥状态侧向稳定安全度4.6桥面板安全度4.7成桥初期状态中横梁安全度4.8成桥后期状态中横梁安全度4.9正常使用阶段中横梁安全度4.10成桥初期状态端横梁安全度4.11成桥后期状态端横梁安全度4.12正常使用阶段端横梁安全度二、复核计算结果1、 整体结构静力验算1.1施工期结构状态验算(1)吊杆初张拉后结构状态 拱肋及吊杆安装完毕，拆除支架并初次张拉吊杆后，结构应力状态为：系梁槽型梁部分的最大应力为13.81 MPa，顶板的最大应力为6.38 MPa，均发生在梁端；拱肋中钢管内混凝土的最大压应力为10.15MPa， A3钢的最大应力为110.2MPa，均位于拱脚处。图1-4及表1为吊杆初张拉后结构中系梁和吊杆的主要应力。（表1）吊杆初张拉后结构主要应力（MPa）构件及应力项目最大/最小压应力最大/最小拉应力系梁（槽型梁）上缘13.81/11.33-系梁（槽型梁）下缘8.34/6.69-系梁（顶板）上缘6.38/5.03-系梁（顶板）下缘4.38/3.41-拱肋（混凝土）上缘10.15/2.21-拱肋（混凝土）下缘7.10/0.68-拱肋（A3钢）上缘110.21/15.14-拱肋（A3钢）下缘77.89/0.22-吊杆-423/298(2)最后一次预应力张拉后结构状态系梁最后一次预应力张拉完毕后，结构应力状态为：系梁槽型梁的最大应力为13.81 Mpa，顶板的应力为5.23 Mpa，均发生在梁端处。拱肋中钢管内混凝土的最大压应力为10.15MPa，发生在拱脚处；A3钢的最大应力为162.75MPa，位于拱脚处。吊杆的最大最小拉应力为423MPa298MPa。图5-8及表2为吊杆初张拉后结构中系梁及吊杆的主要应力。（表2）最后一次预应力张拉后结构主要应力（MPa）构件及应力项目最大/最小压应力最大/最小拉应力系梁（槽型梁）上缘12.64/10.54-系梁（槽型梁）下缘6.74/5.46-系梁（顶板）上缘5.23/4.41-系梁（顶板）下缘3.38/2.67-拱肋（混凝土）上缘13.40/3.50-拱肋（混凝土）下缘7.90/0.00.2/0.0拱肋（A3钢）上缘163.85/37.6-拱肋（A3钢）下缘97.1/0.00.0/5.12吊杆-423/2981.2成桥状态整体静力验算(1)成桥初期结构恒载状态成桥初期即施工结束刚竣工时，结构恒载状态的应力为：系梁槽型梁的最大应力为10.88 Mpa，顶板的应力为6.05 Mpa，均位于梁端；吊杆的最大最小拉应力为607MPa451MPa。图5-6及表3为桥梁竣工初期系梁和吊杆的主要应力。 （表3） 桥梁竣工初期恒载状态主要应力（MPa）构件及应力项目最大/最小压应力最大/最小拉应力系梁（槽型梁）上缘10.88/6.34-系梁（槽型梁）下缘7.85/2.74-系梁（顶板）上缘6.05/1.25-系梁（顶板）下缘3.95/1.42-吊杆-607/451(2)成桥后期结构恒载状态 桥梁后期恒载状态，指竣工三年后的结构恒载受力情况。图9-10及表4为桥梁竣工后期系梁和吊秆的主要应力。（表4） 桥梁后期恒载状态主要应力（MPa）构件及应力项目最大/最小压应力最大/最小拉应力系梁（槽型梁）上缘9.17/5.34-系梁（槽型梁）下缘7.45/2.33-系梁（顶板）上缘6.35/1.31-系梁（顶板）下缘4.34/1.91-吊杆-607/456 因混凝土徐变、收缩继续发生，结构恒载状态的应力为：系梁槽型梁的最大压应力为9.17MPa，顶板的最大压应力为6.35Mpa，均位于梁端。吊杆的最大最小拉应力为607MPa456MPa。1.3使用阶段整体静力验算1.3.1主要、验算荷载下系梁、吊杆应力包络叠加将所有设计荷载按发生可能性进行最不利叠加，得到图9-10和表5为桥梁使用阶段系梁、拱肋和吊杆的主要应力。结构包络叠加应力为：系梁槽型梁的最大压应力为8.64MPa，顶板的最大压应力为6.96Mpa，均出现在系梁梁端。吊杆的最大最小拉应力分别为654MPa455MPa。 （表5） 使用阶段主要荷载及验算荷载包络叠加应力（MPa）构件及应力项目最大/最小压应力最大/最小拉应力系梁（槽型梁）上缘8.64/4.84-系梁（槽型梁）下缘7.79/1.58-系梁（顶板）上缘6.96/0.58-系梁（顶板）下缘4.51/1.47-吊杆-654/4551.3.2钢管混凝土拱肋承载能力 拱肋按钢管混凝土设计规程验算。 根据规程，钢管混凝土偏心受压杆件承载力设计值可按下式计算： 其中：-纵向力设计值； -钢管混凝土偏心受压杆件设计承载力折减系数； -核心混凝土强度提高系数； -的修正值，按下式计算：=1.039 ，= 23.5，=240,=32 =0.1053 ，=2.7436 ， ，钢管含筋率 ,拱轴线长S=95米，由于失稳模态为反对称S形，取计算长度=0.5S，则=35，偏安全取=40。偏心距按下式计算： ， ， ， ，取最大弯矩及所对应轴力值为=438tm,=3368t，则考虑了结构构件重要性系数后的荷载效应设计值为： =4381.1=482tm , =33681.1=3704t 。查表得 =1.27，=0.97,则=0.033, =13266t, =1.62,=0.2641, 取0.5758则有: ，即满足承载能力要求。2、成桥状态侧向稳定验算2.1侧向稳定计算 采用空间有限元分析软件进行弹性侧向稳定系数计算，空间结构模型见图15。系梁、拱肋、横梁、风撑等均作为梁单元，不计入预制桥面板的刚度，只计入其自重；吊杆视为简单拉伸构件。荷载计入自重装等恒载及风载和人群、汽超-20等活载。计算得到蕴藻浜大桥的整体弹性稳定安全系数为K=15.1。在考虑混凝土非线性、徐变等折减因素后，结构的稳定安全性完全能满足规范要求。失稳模态为反对称S形，参见图16。3、 桥面板静力验算取两中横梁之间桥面板，汽超-20车辆布置如图：则有效分布宽度为：=0.6+0.24+18+5/3=20.51取a=21.33m，车轮布置如图：挂-120车辆布置如图：则有效分布宽度为：=0.5+0.24+2.7+5/3=4.04取a=6.03m，车轮布置如图：汽超-20产生的内力：作用于每米宽上的弯矩： 9.22tm作用于每米宽上的剪力： Q=1.37.35=9.56t挂-120产生的内力：作用于每米宽上的弯矩： 12.32tm作用于每米宽上的剪力： Q=1.312.89=16.76t每米宽板的恒载内力： 弯矩：tm 剪力：2.38t荷载组合：（1）汽超-20+恒载 弯矩：跨中Msj=0.5（1.22.97+1.49.22）=8.24tm 支点Msj=0.7（1.22.97+1.49.22）=11.53tm 剪力：Qsj=1.22.38+1.49.56=16.24t（2）挂-120+恒载 弯矩：跨中Msj=0.5（1.22.97+1.112.32）=8.56tm 支点Msj=0.7（1.22.97+1.112.32）=11.98tm 剪力：Qsj=1.22.38+1.116.76=21.29t 每米宽板承载能力： 正弯矩：MR=负弯矩：MR=剪力：=0.03810018.22.450.1=16.9t0.051=0.05110018.20.1=65.63tQR=0.0349=23.8t 可见 ， ，故桥面板满足设计要求。4、中横梁结构静力验算 由于中横梁受力形式属弹性固结梁，在纵向满载和局部加载情况下，受力状态不一致，故分别采用简支和两端固结两种计算模式进行校核，以考虑跨中及与系梁连接处的最不利情况。4.1成桥状态静力验算4.1.1成桥初期结构恒载状态 成桥初期结构恒载状态的应力为：1按简支模式计算：最大压应力为13.2 Mpa，位于跨中截面梁的下翼缘。最大拉应力为0.57 Mpa，发生在悬臂板最边缘处。2. 按两端固结模式计算：最大压应力为17.34 Mpa，位于悬臂板上翼缘。最大拉应力为1.3 Mpa，发生在跨中截面梁的上翼缘。图17、18为桥梁竣工初期中横梁的应力图。4.1.2成桥后期恒载状态 因混凝土徐变、收缩继续发生，成桥后期恒载状态的应力为：1.按简支模式计算：最大压应力为11.39MPa，位于跨中截面梁下翼缘。最大拉应力为0.57MPa，发生在悬臂板最边缘处。2.按两端固结模式计算：最大压应力为14.68MPa，位于悬臂板上翼缘。最大拉应力为0.57 MPa，发生在悬臂板最边缘处。图19、20为桥梁竣工后期中横梁的应力图。4.2使用阶段静力验算4.2.1使用阶段计算结果4.2.1.1主要、验算及附加荷载包络叠加 将所有设计荷载按发生可能性进行最不利叠加，得到结构包络叠加正应力为：1. 按简支模式计算：最大压。拉应力均位于跨中截面梁下翼缘，分别为11.39MPa和1.3MPa。2按两端固结模式计算：最大压应力为14.68MPa，位于位于悬臂板上翼缘。最大拉应力为0.57MPa，发生在悬臂板最边缘处。图21、22为使用阶段中横梁的应力包络图。5、端横梁结构静力验算 由于端横梁受力形式属弹性固结梁，为简化计算分别采用简支和两端固结两种计算模式进行校核，以考虑跨中及与系梁连接处的最不利情况。5.1成桥状态静力验算5.1.1成桥初期恒载状态 成桥初期恒载状态的应力为：1按简支模式计算：最大压应力为3.87MPa，位于与系梁连接处截面的下翼缘。最大拉应力为0.75MPa，发生在位于与系梁连接处截面的上翼缘。2按两端固结模式计算：最大压应力为3.18MPa，位于放置支座处截面下翼缘。最大拉应力为0.73 MPa，发生在放置支座处截面上翼缘。图23、24为桥梁竣工初期端横梁的应力图。5.1.2成桥后期恒载状态 因混凝土徐变、收缩继续发生，成桥后期恒载状态的最大压、拉应力发生的位置不变，数值稍有下降，分别为：1按简支模式计算：最大压应力3.76MPa，最大拉应力0.73MPa。2按两端固结模式计算：最大压应力为3.14MPa，最大拉应力为0.72MPa。图21、22为桥梁竣工后期端横梁的应力图。5.2使用阶段应力验算5.2.1使用阶段计算结果5.2.1.1主要、验算及附加荷载包络叠加 将所有设计荷载按发生可能性进行最不利叠加，得到结构包络叠加应力为：1按简支模式计算：最大压应力为3.76MPa，位于放置支座处截面下翼缘。最大拉应力为0.73 MPa，发生在放置支座处截面上翼缘。2按两端固结模式计算：最大压应力为3.14 MPa，放置支座处截面下翼缘。最大拉应力为0.72 MPa，发生在放置支座处截面上翼缘。图23、24为使用阶段端横梁的应力包络图。6、拱、梁联结处局部应力计算 采用空间分析程序，把结构离散为块体单元，系梁、端横梁均为一端铰接另一端施加预应力，拱肋施加轴力、剪力及弯矩，支座处施加支座反力。应力状态为：最大主拉应力为2.46Mpa，最大主压应力为13.55 Mpa，最大剪应力为1.51 Mpa，满足规范要求。计算结果参见图29-31。 三、复核结论 通过对桥梁整体与局部验算，本桥在施工及使用阶段的受力均能满足规范要求；使用阶段拱肋的稳定安全性满足要求。四、复核结果附图1复核结果 复核结果见图1至图26，图中数据的符号同材料力学的规定，单位tm21100Mpa，正负号规定：+为拉，-为压。 系梁（槽型梁）吊杆初张拉后应力（图1）系梁（顶板）吊杆初张拉后应力（图