水库大桥结构计算书.doc

何家山水库大桥结构计算书 新余市虎踞大道新建市政设计工程何家山水库大桥施工图设计结构计算书计算： 复核： 审核： 中交第二航务工程勘察设计院有限公司2011年7月何山家水库大桥结构计算书1、计算依据及设计规范1.1 计算依据1公路等级：城市主干道；2设计荷载：公路级；1.2 设计规范1公路工程技术标准(JTG B012003)2、公路桥涵设计通用规范(JTG D602004)3、公路圬工桥涵设计规范(JTG D612005)4、公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D622004)5、公路桥涵地基与基础设计规范(JTG D63-2007)6、公路桥梁抗震设计细则(JTG/TB02-01-2008)7、公路桥涵施工技术规范(JTJ0412000)8、公路交通安全设施设计规范(JTG D812006)9、公路交通安全设施施工技术规范(JTGF712006)2、设计参数桥梁分两幅，每幅宽17.75m，上部采用现浇钢筋砼实腹式拱桥，净跨径为18m，矢跨比为1/2。混凝土、普通钢筋各项力学指标按公路钢筋混凝土和预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）执行。混凝土剪变模量按弹性模量的0.4倍采用，柏松比采用0.2。主要参数如下：结构重要性系数：1.1。混凝土容重：26kN/m3。沥青混凝土容重：25kN/m3。收缩徐变按10年考虑。汽车冲击系数分别按D60-2004选取。梁体整体升温温差20，整体降温温差20。3、上部结构计算软件计算结果由桥梁博士计算软件生成，采用平面杆系模型计算。4、上部结构计算结果（附内力图）4.1主拱圈1主拱圈持久状况正常使用极限状态承载能力满足规范要求2施工阶段主拱圈正截面强度验算满足规范要求。3荷载短期效应组合（考虑长期效应影响）裂缝宽度验算满足规范要求。1.1 概述何山家水库大桥位于虎踞大道第二合同段，中心桩号为K2+570，交角90度。该桥位于缓和曲线和圆曲线上和直线上。全桥分分两幅，每幅宽17.75m，上部采用718m实腹式拱桥，矢跨比为1/2，拱圈厚度为65cm。横断面布置见下图11。 图11 横断面布置 单位：cm1.2 结构模型结构共划分673个单元，674个节点，其中第345 361 379 397 409 419 425 429 9-35/2 430 426 420 410 398 380 362 346 461 337 355 371 387 401 413 421 427 54-80/2 428 422 414 402 388 372 356 338 492 331 349 363 377 391 405 415 423 99-125/2 416 406 392 378 364 350 332 526 327 341 353 369 383 395 407 417 145-171/2 418 408 396 384 370 354 342 328 560 323 335 347 359 373 385 399 411 191-217/2 412 400 386 374 360 348 336 324 594 321 329 339 351 365 375 389 403 237-263/2 404 390 376 366 352 340 330 322 628 319 325 333 343 357 367 381 393 283-309/2 394 382 368 358 344 334 326 320 424单元为主拱圈单元，填料单元431-460 462-491 663 493 495-525 527 529-559 561 563-593 595 597-627 629-661 662为虚拟单元，第1201、1202、1203、1204、1205、1206、1208、1207节点为支承节点，详见附图12。1.3 施工阶段划分总体计算根据桥梁施工流程划分结构计算阶段，施工阶段划分见下表1.1。表1.1 施工阶段划分表序号施工阶段安装单元号1浇注承台666-6732浇注墩台494 528 562 5963现浇拱圈345 361 379 397 409 419 425 429 9-35/2 430 426 420 410 398 380 362 346 461 337 355 371 387 401 413 421 427 54-80/2 428 422 414 402 388 372 356 338 492 331 349 363 377 391 405 415 423 99-125/2 416 406 392 378 364 350 332 526 327 341 353 369 383 395 407 417 145-171/2 418 408 396 384 370 354 342 328 560 323 335 347 359 373 385 399 411 191-217/2 412 400 386 374 360 348 336 324 594 321 329 339 351 365 375 389 403 237-263/2 404 390 376 366 352 340 330 322 628 319 325 333 343 357 367 381 393 283-309/2 394 382 368 358 344 334 326 320 4244填料荷载5回填填料及桥面431-460 462-491 663 493 495-525 527 529-559 561 563-593 595 597-627 629-661 662 1-8 10-36/2 37-53 55-81/2 82-97 98-126/2 127-143 144-172/2 173-189 190-218/2 219-235 236-264/2 265-281 282-310/2 311-318 664 6656成桥十年1.4 计算结果1主拱圈强度及稳定性验算由桥梁博士程序求得结构极限承载力和使用阶段各组合下的最不利荷载组合设计值。主拱圈抗力图见下图1-3(只绘出第四跨)。其中最外缘粗线条表示结构的极限抗力曲线，内侧线条为在使用阶段最不利荷载组合下的抗力包络曲线从图中可以看出，主拱圈在持久状况下极限承载力满足规范要求。2. 施工阶段主拱圈正截面强度验算主拱在主要施工阶段荷载组合作用下，结构的应力值见下图1-4（第四跨）。图1-4 施工阶段正应力验算图示公桥规第7.2.4规定：钢筋混凝土构件正截面应力应符合下列规定：C40混凝土的最大容许压应力 0.8fck0.8026.821.44MPa结论：由以上分析可知，主拱圈在施工阶段最大压应力为3.01MPa，满足规范要求。3荷载短期效应组合（考虑长期效应影响）裂缝宽度验算主拱圈在持久状况正常使用极限状态下，主拱圈（只示出第四跨）各截面裂缝宽值见下图1-6。图1-6 短期效应组合裂缝宽度验算图示从上图可以看出，在荷载短期效应组合（考虑长期效应影响）下，主拱圈截面的最大裂缝宽度为0.128 mm。公桥规第6.4.2规定：钢筋混凝土构件在I类和II类环境下，最大裂缝宽度不应超过0.2mm。结论：由以上分析可知，荷载短期效应组合（考虑长期效应影响）裂缝宽度验算满足规范要求。5、桥墩计算本桥为左右幅设置，上部结构为左幅620m普通钢筋混凝土现浇箱梁、530m预应力混凝土现浇箱梁，右幅520m普通钢筋混凝土现浇箱梁、530m预应力混凝土现浇箱梁，桥墩均采用直径150cm的柱式墩。经计算比较，左幅1号墩（墩高为16.1m）、左幅7号墩（墩高为10.0m）、左幅11号过渡墩（墩高为12.5m）最为不利。因此计算书仅给出以上3个桥墩计算结果。5.1左幅1号墩5.1.1桥墩墩身计算（1）荷载汇总及组合由计算可知，2号墩最不利，取2号墩计算。承载能力极限状态荷载组合I内力结果:单元号 = 492, 左节点号 = 347内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 4.498e+004 3.577e+004 4.429e+004 3.585e+004 3.750e+004 4.381e+004剪力 1.151e+004 9.249e+003 1.215e+004 9.249e+003 9.458e+003 1.202e+004弯矩 -1.662e+004 -1.362e+004 -1.846e+004 -1.364e+004 -1.311e+004 -1.860e+004单元号 = 492, 右节点号 = 358内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 4.207e+004 3.335e+004 3.342e+004 4.139e+004 3.511e+004 4.087e+004剪力 -1.151e+004 -9.249e+003 -9.249e+003 -1.215e+004 -9.482e+003 -1.201e+004弯矩 -1.087e+004 -8.994e+003 -9.012e+003 -1.244e+004 -8.398e+003 -1.265e+004正常使用极限状态荷载组合I内力结果:单元号 = 492, 左节点号 = 347内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 3.310e+004 3.257e+004 3.292e+004 3.259e+004 3.302e+004 3.279e+004剪力 8.518e+003 8.408e+003 8.682e+003 8.408e+003 8.463e+003 8.649e+003弯矩 -1.247e+004 -1.239e+004 -1.294e+004 -1.240e+004 -1.226e+004 -1.298e+004单元号 = 492, 右节点号 = 358内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 3.090e+004 3.037e+004 3.038e+004 3.072e+004 3.082e+004 3.058e+004剪力 -8.518e+003 -8.408e+003 -8.408e+003 -8.682e+003 -8.469e+003 -8.646e+003弯矩 -8.211e+003 -8.188e+003 -8.193e+003 -8.619e+003 -8.033e+003 -8.671e+003（2）墩身强度计算取用最不利组合进行计算：承载能力极限状态：N= 37500 KN M=-13110KNm正常使用极限状态：N=33020 KN M=-12260 KNm 计算结果如下： 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 -117669 336581.84 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、小偏心受压，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 0.66708 130.07994 35.0 35.0 1.00000 131.51 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 1.00000 0.00 0 37500.00 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 48 0.00600 1.000 1.340 1.150 235.62 1.0 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 158.77 0.1979 实配118根25，满足要求。5、桥墩承台计算（1）荷载汇总及组合由计算可知，2号墩承台最不利，取2号墩承台计算。承载能力极限状态荷载组合I内力结果:单元号 = 667, 左节点号 = 1202内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 1.106e+005 9.022e+004 1.096e+005 9.154e+004 9.134e+004 1.095e+005剪力 3.167e+002 2.636e+002 1.355e+003 -7.742e+002 -7.010e+002 1.291e+003弯矩 -7.496e+003 -6.162e+003 -1.272e+004 -1.181e+003 -7.574e+002 -1.304e+004单元号 = 667, 右节点号 = 444内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 1.032e+005 8.403e+004 8.535e+004 1.022e+005 8.513e+004 1.020e+005剪力 -3.167e+002 -2.636e+002 7.742e+002 -1.355e+003 6.599e+002 -1.229e+003弯矩 -6.862e+003 -5.634e+003 -2.492e+003 -1.024e+004 -1.891e+003 -1.073e+004正常使用极限状态荷载组合I内力结果:单元号 = 667, 左节点号 = 1202内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 8.264e+004 8.202e+004 8.236e+004 8.236e+004 8.231e+004 8.234e+004剪力 2.398e+002 2.396e+002 5.113e+002 -3.172e+001 -1.250e+001 4.945e+002弯矩 -5.629e+003 -5.602e+003 -6.993e+003 -4.299e+003 -4.188e+003 -7.078e+003单元号 = 667, 右节点号 = 444内力性质 最大轴力 最小轴力 最大剪力 最小剪力 最大弯矩 最小弯矩轴力 7.701e+004 7.639e+004 7.674e+004 7.674e+004 7.668e+004 7.670e+004剪力 -2.398e+002 -2.396e+002 3.172e+001 -5.113e+002 1.670e+000 -4.782e+002弯矩 -5.149e+003 -5.122e+003 -4.301e+003 -6.032e+003 4.143e+003 -6.160e+003取用最不利组合进行计算：承载能力极限状态：N= 110600 KN M=-750KNm计算结果如下： 承台底面单桩竖向力max(kN)min(kN)Nid=Fd/nMyd*xi/xi2Mxd*yi/yi2=13932.14 13717.86 参数输入Fd(kN)=110600n=8Myd(kNm)=750xi(m)=1.75Mxd(kNm)=0yi(m)=1.75承台短悬臂“撑杆系杆体系承载力验算参数输入0=1.1s(m)=0.175h0(m)=1.825Nid(kN)=55728.57 d(mm)=25a(m)=0.27375Did(kN)=63897.97 n=3000=60.7094 Tid(kN)=31261.44 b(m)=1.2ha(m)=0.325撑杆抗压承载力(kN)69788.74 h(m)=2t(m)=1.2056 as(m)=0.175As(mm2)=147262.16 撑杆抗压承载力不满足要求，请重新设计x1(m)=0.751=0.00096 系杆抗压承载力(kN)41233.40 fcu,k=20.1fcd,s=9.648bs(m)=6Es=200000系杆抗压承载力满足要求ftd(MPa)=1.39fsd(MPa)=280 承台计算截面弯矩设计值Mxcd=66874.28571Mycd=66874.286参数输入yci(m)=1.2Nid(kN)=13932.14 xci(m)=1.2i=4 承台计算截面抗剪计算参数输入0=1.1Vd(kN)=55728.57 bs(m)=6斜截面抗剪承载力(kN)81545.96 h0(m)=1.825axi(m)=0.75斜截面抗剪承载力满足要求ayi(m)=0.75m=0.5P=1.34486 fcu,k=20.15、桩基计算由计算可知，各支反力如下：荷载组合I支承反力组合结果:节点号 = 1201内力性质 水平最大 水平最小 竖向最大 竖向最小 弯矩最大 弯矩最小水平力 9.725e+001 -3.910e+002 -1.460e+002 -1.455e+002 -3.553e+002 5.529e+001竖向力 8.039e+004 8.039e+004 8.070e+004 8.002e+004 8.035e+004 8.031e+004弯矩 3.850e+003 5.424e+003 4.613e+003 4.583e+003 5.565e+003 3.706e+003节点号 = 1202内力性质 水平最大 水平最小 竖向最大 竖向最小 弯矩最大 弯矩最小水平力 8.888e-001 -4.804e+002 -2.397e+002 -2.396e+002 -4.648e+002 -1.673e+001竖向力 8.240e+004 8.240e+004 8.270e+004 8.202e+004 8.237e+004 8.234e+004弯矩 4.299e+003 6.993e+003 5.629e+003 5.602e+003 7.078e+003 4.188e+003节点号 = 1203内力性质 水平最大 水平最小 竖向最大 竖向最小 弯矩最大 弯矩最小水平力 4.933e+002 1.416e+001 2.523e+002 2.522e+002 4.693e+001 4.728e+002竖向力 8.020e+004 8.019e+004 8.050e+004 7.982e+004 8.013e+004 8.014e+004弯矩 3.232e+003 5.464e+003 4.336e+003 4.311e+003 5.519e+003 3.089e+003节点号 = 1204内力性质 水平最大 水平最小 竖向最大 竖向最小 弯矩最大 弯矩最小水平力 2.459e+002 -2.375e+002 3.848e+000 3.724e+000 -2.201e+002 2.265e+002竖向力 8.195e+004 8.195e+004 8.225e+004 8.157e+004 8.193e+004 8.189e+004弯矩 2.535e+003 4.950e+003 3.726e+003 3.700e+003 5.042e+003 2.409e+003节点号 = 1205内力性质 水平最大 水平最小 竖向最大 竖向最小 弯矩最大 弯矩最小水平力 2.452e+002 -2.417e+002 9.366e-001 6.835e-001 -2.123e+002 2.182e+002竖向力 8.120e+004 8.120e+004 8.151e+004 8.082e+004 8.115e+004 8.113e+004弯矩 2.773e+003 4.811e+003 3.775e+003 3.750e+003 4.914e+003 2.622e+003节点号 = 1206内力性质 水平最大 水平最小 竖向最大 竖向最小 弯矩最大 弯矩最小水平力 3.458e+002 -1.511e+002 9.581e+001 9.405e+001 -1.180e+002 3.157e+002竖向力 8.033e+004 8.033e+004 8.064e+004 7.996e+004 8.029e+004 8.028e+004弯矩 2.393e+003 4.021e+003 3.197e+003 3.182e+003 4.164e+003 2.222e+003节点号 = 1207内力性质 水平最大 水平最小 竖向最大 竖向最小 弯矩最大 弯矩最小水平力 8.799e+003 8.553e+003 8.641e+003 8.553e+003 8.581e+003 8.789e+003竖向力 4.110e+004 4.072e+004 4.131e+004 4.072e+004 4.123e+004 4.100e+004弯矩 -2.581e+004 -2.484e+004 -2.514e+004 -2.484e+004 -2.471e+004 -2.589e+004节点号 = 1208内力性质 水平最大 水平最小 竖向最大 竖向最小 弯矩最大 弯矩最小水平力 -8.518e+003 -8.770e+003 -8.609e+003 -8.518e+003 -8.762e+003 -8.546e+003竖向力 3.809e+004 3.846e+004 3.868e+004 3.809e+004 3.838e+004 3.859e+004弯矩 2.696e+004 2.798e+004 2.726e+004 2.69