30m跨小箱梁计算书.doc

咨询计算书邢汾高速公路4x30m装配式预制预应力混凝土箱梁咨询计算书 本桥具体尺寸请参照邢汾高速公路施工图。一、主要技术标准（1）设计车道数及横向分布系数：参见表1-5；（2）荷载标准：公路-I级；（3）按部分预应力A类构件进行设计；（4）设计安全等级：I级二、计算依据（1）公路工程技术标准（JTG B01-2003）（2）部颁公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）（3）部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）三、计算基本数据1、 计算荷载（1） 钢筋混凝土重力密度为26kn/m3；沥青混凝土重力密度为24kn/m3。表1-1 恒载集度统计表桥宽14.012m边梁宽(m)中梁宽(m)边梁荷载(kn/m)中梁荷载(kn/m)12cm现浇调平层混凝土 3.63.49.67 10.61 10cm沥青混凝土3.63.47.13 7.82 两侧防撞墙11.85x2 kn/m6.924.93（2） 温度荷载：整体升温30，整体降温35；截面正温差梯度如图1所示，T1=14, T2=5.5；截面负温差梯度在正温差梯度的基础上乘以-0.5。图1（3） 车道荷载：公路I级，三车道；冲击系数见表1-2。表1-2 汽车冲击系数统计表桥宽（m）冲击系数跨中支点14.0120.260.36 （4） 收缩徐变：按规范取值。相对湿度取60。（5） 预应力荷载：采用strand1860钢绞线，OVM15-5和OVM15-4型锚具。张拉控制应力1339.2mpa，参见表1-3。表1-3 一片小箱梁钢绞线统计表边跨钢绞线（46束）编号型号根数115.2-42215.2-42315.2-52415.2-52515.2-52中跨钢绞线（40束）编号型号根数115.2-52215.2-52315.2-52415.2-52负弯矩区钢绞线（25束）编号型号根数115.2-52215.2-51315.2-52波纹管金属波纹管（6） 支座沉降：将各墩分别沉降0.01m，由程序自动包络取最不利值；（7） 横向分布系数采用刚接梁法进行计算，计算结果参见下表；表1-4 小箱梁截面特性统计表（包括横向湿接缝）桥宽（m）14.012截面特性边梁跨中中梁跨中面积(m2)1.327 1.260抗弯(m4)0.408920.39758 抗扭(m4)0.441880.4405表1-5 横向分布系数表桥宽（m）梁数车道数横向湿接缝桥面板宽度（cm）横向分布系数（已计入车道折减系数）边梁中梁14.012431000.71 0.64 注意：设计考虑1.3倍汽车荷载；2、 结构特性（1） 预制小箱梁及横向湿接缝混凝土强度等级为C50；桥面现浇层混凝土强度等级为C40；（2） 普通钢筋采用HRB335钢筋，受力主筋参见下表；表1-6 普通钢筋统计表截面跨中支点直径上缘下缘上缘下缘20mm15301116mm1112mm11（3） 计算模型及截面如下（桥面现浇层不参与受力）： 边梁 中梁图2 跨中截面（单位：cm） 边梁 中梁图3 支点截面（单位：cm）四、截面验算1、施工阶段应力验算 按照规范JTGD62-2004第7.2.8条，进行预应力混凝土受弯构件施工阶段法向应力验算。 预应力混凝土受弯构件，在预应力和构件自重等施工荷载作用下，截面边缘混凝土的压应力应满足 ；截面边缘压拉应力 时，预拉区应配置其配筋率不小于0.2%的纵向钢筋。本桥仅构造钢筋即满足配筋要求。2、正常使用阶段抗裂验算 本节按照正常使用极限状态的要求，采用作用的短期效应组合和短期效应组合并考虑长期效应组合的影响，按A类预应力混凝土构件进行抗裂和挠度验算。 a)按照正常使用极限状态的规范强制性要求，对于A类预应力混凝土受弯构件，在作用短期组合下，拉应力应小于0.7ftk，预桥规公式（6.3.1-3）。边梁中梁图4 正常使用阶段截面上下缘最小正应力(短期组合抗裂验算) 边主梁上下缘最小正应力(短期组合抗裂验算) 表2-1节点号上缘最小正应力下缘最小正应力容许最小正应力上缘是否满足下缘是否满足(MPa)(MPa)(MPa)163.420.967-1.85是是34-1.28-1.15-1.85是是 中主梁上下缘最小正应力(短期组合抗裂验算) 表2-2节点号上缘最小正应力下缘最小正应力容许最小正应力上缘是否满足下缘是否满足(MPa)(MPa)(MPa)164.271.57-1.85是是34-0.918-0.193-1.85是是注：表格中16号节点为边跨跨中截面；34号节点为次边墩支点截面，以下不再另行说明。从上图和表格可以看出：正常使用阶段短期组合下正截面抗裂满足规范要求。 b)A类预应力混凝土构件长期效应荷载组合，长期效应只计入直接荷载，不计入间接荷载，故温度力、汽车冲击力等荷载长期组合不计入。规范强制性要求，对于A类预应力混凝土受弯构件，在长期效应组合下，不允许出现拉应力。截面拉应力抗裂验算公式为预桥规公式（6.3.1-4）。边梁中梁图5 正常使用阶段截面上下缘最小正应力(长期组合抗裂验算) 边主梁上下缘最小正应力(长期组合抗裂验算) 表3-1节点号上缘最小正应力下缘最小正应力容许最小正应力上缘是否满足下缘是否满足(MPa)(MPa)(MPa)165.273.860是是341.881.950是是 中主梁上下缘最小正应力(长期组合抗裂验算) 表3-2节点号上缘最小正应力下缘最小正应力容许最小正应力上缘是否满足下缘是否满足(MPa)(MPa)(MPa)166.134.280是是342.272.830是是可以看出，正常使用阶段长期组合下正截面抗裂满足规范要求。c)规范强制性要求：作用短期效应组合下，A类预应力混凝土预制构件主拉应力应小于0.7ftk，预桥规公式 （6.3.1-8）。边梁中梁图6 正常使用阶段截面最大主拉应力图 边主梁最大主拉应力(斜截面抗裂验算) 表4-1节点号主拉应力容许主拉应力是否满足MPa(MPa)34-1.68-1.33否68-1.82-1.33否注：表格中68号节点为中墩支点截面 中主梁最大主拉应力(斜截面抗裂验算) 表4-2节点号主拉应力容许主拉应力是否满足MPa(MPa)34-1.39-1.33否68-1.48-1.33否可以看出，正常使用阶段支点截面斜截面抗裂不满足规范要求。d) 挠度验算本例为A类预应力混凝土构件，截面不会开裂，截面刚度取为： 预规6.5.2-3式桥规第6.5.3条规定，受弯构件在使用阶段挠度应考虑长期效应的影响，按以上刚度计算的挠度值乘以挠度长期增长系数，长期挠度值在消除结构自重产生的长期挠度后，梁式桥最大挠度（跨中），不允许超过计算跨径的。 挠度增长系数： 混凝土强度标准值C40-C80时，C50内插得。 预应力引起的上拱度桥规第6.5.4条，由预加力引起的反挠度，用结构力学法进行计算，其值应乘以长期增长系线2，即。 边梁预拱度计算表 表4-3节点号荷载短期效应组合长期竖向挠度(mm)预加应力产生的长期挠度(mm)消除结构自重后结构挠度(mm)是否设反预拱度上拱值(mm)18-57.995-13.2是37.751-45.492-10.6是47.4注：表中挠度向上为正，预拱度向下为正。 中梁预拱度计算表 表4-4节点号荷载短期效应组合长期竖向挠度(mm)预加应力产生的长期挠度(mm)消除结构自重后结构挠度(mm)是否设反预拱度上拱值(mm)18-43.493-12.3是49.651-40.283-9.82是43.0注：表中挠度向上为正，预拱度向下为正。结论：预加力长期反拱值大于荷载短期效应组合长期挠度，因此应设置向下反预拱度。4）施工阶段的变形由于预应力的徐变产生的挠度很小，并在挠度增长系数中考虑了，可不计算。3、持久状况应力验算1)按照规范JTGD62-2004第7.1.5条，对持久状况预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的最大正应力进行验算。持久状况预应力混凝土截面受压区最大压应力应小于0.5fck，预桥规公式（7.1.5-1）;且受拉区预应力钢绞线的最大拉应力应不大于0.65 fpk, 预桥规公式（7.1.5-2）。预应力混凝土受弯构件受拉区的普通钢筋，其使用阶段的应力很小，可不必验算。边梁中梁图7 持久状况截面上下缘最大压应力图 边主梁持久状况截面上下缘最大压应力(规范7.1.5条) 表5-1节点号上缘最大正应力下缘最大正应力容许最大压应力是否满足(MPa)(MPa)(MPa)3110.520.616.2否3811.217.816.2否注：节点31、38为次边墩支点两侧节点，以下不再说明。 中主梁持久状况截面上下缘最大压应力(规范7.1.5条) 表5-2节点号上缘最大正应力下缘最大正应力容许最大压应力是否满足(MPa)(MPa)(MPa)3111.220.716.2否3811.818.016.2否从上图和表可以看出，持久状况支点两侧下缘截面最大压应力不满足规范要求。2) 按照规范JTGD62-2004第7.1.6条，对持久状况预应力混凝土受弯构件斜截面混凝土的最大主压应力进行验算。持久状况预应力混凝土截面受压区最大主压应力应小于0.6 fck，预桥规公式（7.1.6-1）。边梁中梁图8 持久状况主梁主压应力图 边主梁持久状况主梁主压应力 表7-1节点号最大主压应力容许主压应力是否满足要求(MPa)(MPa)3120.619.4否3817.819.4否 中主梁持久状况主梁主压应力 表7-2节点号最大主压应力容许主压应力是否满足要求(MPa)(MPa)3120.719.4否3818.019.4否从上面图表可以看出，持久状况主梁支点两侧截面最大主压应力不满足规范要求。3）预应力钢绞线验算 表8-1 边梁钢束最大拉应力验算钢束号最大应力(Mpa)容许最大应力(Mpa)是否满足中跨钢束-1.05E+03-1.21E+03是-1.06E+03-1.21E+03是-1.09E+03-1.21E+03是-1.13E+03-1.21E+03是边跨钢束-1.07E+03-1.21E+03是-1.05E+03-1.21E+03是-1.07E+03-1.21E+03是-1.09E+03-1.21E+03是-1.14E+03-1.21E+03是负弯矩钢束-969-1.21E+03是-1.07e+03-1.21E+03是-1.08e+03-1.21E+03是表8-2 中梁钢束最大拉应力验算钢束号最大应力(Mpa)容许最大应力(Mpa)是否满足中跨钢束-1.01E+03-1.21E+03是-1.03E+03-1.21E+03是-1.05E+03-1.21E+03是-1.09E+03-1.21E+03是边跨钢束-1.04E+03-1.21E+03是-1.03E+03-1.21E+03是-1.03E+03-1.21E+03是-1.05E+03-1.21E+03是-1.10E+03-1.21E+03是负弯矩钢束-952-1.21E+03是-1.06e+03-1.21E+03是-1.07e+03-1.21E+03是由上表可以看出，钢束应力满足规范要求。4、强度验算1)抗弯承载力最不利组合弯矩图及抗力图如下：边梁中梁图10 弯矩包络图边梁中梁图11 带有抗力的弯矩包络图 边主梁抗弯强度验算 表9-1节点号内力属性Mj极限抗力受力类型受压区高度是否满足强度是否满足(KN.M)(KN.M)16最大弯矩1.3e+041.1e+04下拉受弯是否最小弯矩4.3e+031.1e+04下拉受弯是是50最大弯矩1.16e+049.59e+03下拉受弯是否最小弯矩2.46e+039.59e+03下拉受弯是是注：节点50为中跨跨中节点，以下不再说明。 中主梁抗弯强度验算 表9-2节点号内力属性Mj极限抗力受力类型受压区高度是否满足强度是否满足(KN.M)(KN.M)16最大弯矩1.19e+041.1e+04下拉受弯是否最小弯矩3.9e+031.1e+04下拉受弯是是50最大弯矩1.03e+049.7e+03上拉受弯是否最小弯矩1.89e+039.7e+03上拉受弯是是由上面图表可以看出仅考虑预应力钢束的作用，跨中截面抗弯承载力不满足规范要求。五、分析（一）由上面计算可知此桥：正常使用阶段支点两侧下缘压应力不满足规范要求；正常使用阶段支点上缘拉应力过大（不同于下缘无钢束情况）；正常使用阶段支点主拉应力不满足规范要求；预制梁上拱度过大；仅考虑预应力钢束的作用，跨中截面抗弯承载力不满足规范要求。（二）分析如下：1、与通用图相比，本桥边梁较宽，湿接缝较宽，自重作用增大，因此增大预应力配束是合理的。下表为钢束数量对比表。钢束对比图编号通用图本桥边跨钢束3646中跨钢束3240支点负弯矩钢束2625由表