midas 连续梁计算书

第1章 89#92#预应力砼连续梁桥1.1 结构设计简述本桥为27+27+25.94现浇连续箱梁，断面型式为弧形边腹板大悬臂断面，根据道路总体布置要求，主梁上下行为整体断面，变宽度32.713m -35m，单箱5室结构变截面。箱梁顶板厚度为0.22m，底板厚度0.2m；支点范围腹板厚度0.7m，跨中范围腹板厚度0.4m。主梁单侧悬臂长度为4.85m，箱梁悬臂端部厚度为0.2m，悬臂沿弧线一直延伸至主梁底板。主梁两侧悬臂设置0.1m后浇带，与防撞护栏同期进行浇筑。本桥平、立面构造及断面形式如图11.1.1和图11.1.2所示。图11.1.1 箱梁构造图图11.1.2 箱梁断面图纵向预应力采用s15.2高强度低松弛钢绞线(级)(GB/T5224-1995)，标准强度=1860。中支点断面钢束布置如图11.1.3所示。图11.1.3 中支点断面钢束布置图主要断面预应力钢束数量如下表截面位置边跨跨中中支点中跨跨中钢绞线（s15.2）束数363636墩横梁预应力采用采用s1519，单向张拉，如下图。1.2 主要材料1.2.1 主要材料类型(1) 混凝土：主梁采用C50砼；(2) 普通钢筋：R235、HRB335钢筋；(3) 预应力体系：采用s15.2高强度低松弛钢绞线(级)(GB/T5224-1995)，标准强度=1860；预应力锚具采用符合GB/T14370-2002预应力筋锚具、夹具和连接器中类要求的优质锚具；波纹管采用符合JT/T529-2004标准的塑料波纹管。1.2.2 主要材料用量指标本桥上部结构主要材料用量指标如表11.2.2-1所示，表中材料指标均为每平米桥面的用量。表11.2.2-1 上部结构主要材料指标材料全桥用量用量指标单位用量单位用量指标混凝土（C50）m32015.8m3/m20.737预应力钢绞线t35.902kg/m213.131普通钢筋t345.221kg/m2126.2611.3 结构计算分析1.3.1 计算模型结构计算模型如下图所示。图11.3.1-1 结构模型图图11.3.1-2 箱梁抗弯刚度折减系数示意图1.3.2 支座反力计算本桥各桥墩均设三支座。经计算，本桥各墩处的反力见表11.3.2-1，支座布置如图11.3.2-1示。图11.3.2-1 支座位置示意图表11.3.2-1 支座反力一览表(反力单位：kN)位置沉降(最大)沉降(最小)梯度升温梯度降温活载(最大)活载(最小)钢束二次恒载组合最大组合最小端支点(89#墩)966 -966 667 -333 2678 -244 635 8842 13462 7608 中支点(90#墩)2905 -2905 -673 337 3860 -406 4 24697 31381 20295 中支点(91#墩)2992 -2992 -681 340 3814 -455 4 24337 31386 20111 中支点(92#墩)1052 -1052 687 -344 2661 -266 533 8852 13458 7396 注：(1) 汽车荷载效应中已包含冲击力；(2) “组合”项为标准值的组合结果；(3) 表中数据为每个墩位处合计支座反力。1.3.3 主梁持久状况承载能力极限状态验算本桥按承载能力极限状态组合的弯矩和剪力包络图及对应的抗力分别如图11.3.3-12所示。图中单位为kN.m与kN。图11.3.3-1 承载能力组合弯矩包络图及对应抗力图(单位：kN.m)图11.3.3-2 承载能力组合剪力包络图及对应抗力图(单位：kN)本桥按承载能力组合的正、负弯矩最大值分别为100,281kN.m和-86,295kN.m；最大、最小剪力分别为22,074kN 和-21,959kN。根据以上图形可以看出，主梁各截面的正截面抗弯验算、斜截面抗剪验算均满足规范要求。1.3.4 主梁持久状况正常使用极限状态验算(1) 正截面抗裂验算本桥按A类构件进行正截面抗裂验算时，在作用短期效应组合和长期效应组合下的正截面拉应力包络图如图11.3.4-14所示，图中应力单位为MPa，以拉应力为正。由图11.3.4-14可见，在短期效应作用下，主梁上缘在中支点及跨中截面出现拉应力且在中间支座处有最大值3.9MPa，主梁下缘在中支座附近截面亦出现拉应力达2.4MPa，均超过规范0.7*ftk (1.855MPa)。在按长期效应组合时，主梁上缘在中间支点及跨中截面处出现拉应力，且在中间支座处有最大值0.8MPa，不满足规范要求（长期效应组合不允许出现拉应力）；主梁下缘未出现拉应力。可见，主梁在中间支座和跨中截面不满足规范对于A类预应力构件的正截面抗裂要求。图11.3.4-1 短期组合上缘最大拉应力包络图(单位：MPa)图11.3.4-2 短期组合下缘最大拉应力包络图(单位：MPa)图11.3.4-3 长期组合上缘最大拉应力包络图(单位：MPa)图11.3.4-4 长期组合下缘最大拉应力包络图(单位：MPa)(2) 斜截面抗裂验算本桥按A类构件计算时，在作用短期效应组合下主拉应力包络图如图11.3.4-5所示。由图11.3.4-5可知，主梁在各支点附近及跨中截面出现拉应力且最大达3.9MPa，超出规范要求的0.5*ftk (1.325MPa)。可见，主梁在中间支座和跨中截面不满足规范对于A类预应力砼构件的斜截面抗裂要求。图11.3.4-5 短期组合主拉应力包络图(单位：MPa)(3) 挠度验算本桥按作用短期效应组合计算的最大、最小竖向位移图(已扣除恒载变形)如图11.3.4-67所示。图11.3.4-6 短期组合(扣除自重)最大竖向位移图(单位：mm)图11.3.4-7 短期组合(扣除自重)最小竖向位移图(单位：mm)从图可见，结构的最大正负挠度之和为1.5mm，考虑挠度长期增长系数，长期挠度为2.1mm，规范允许值为L/600=58mm，故满足要求。1.3.5 主梁持久状况应力验算(1) 正截面混凝土压应力验算本桥按荷载标准值组合计算的截面上下缘压应力包络图分别如图11.3.5-12所示。图11.3.5-1 标准组合上缘压应力包络图(单位：MPa)图11.3.5-2 标准组合下缘压应力包络图(单位：MPa)由上图可见，按标准值组合的主梁上缘最大压应力为10.9MPa；下缘最大压应力为8.3MPa。上下缘应力均满足规范要求。(2) 混凝土主压应力验算本桥按荷载标准值组合计算的截面主压应力包络图如图11.3.5-3所示。图11.3.5-3 标准组合主压应力包络图(单位：MPa)由图可见，按标准值组合的混凝土最大主压应力为10.9MPa，满足规范要求。1.3.6 端横梁验算端横梁宽度1.2m，支座间距13.6m，为预应力混凝土结构。计算模型如下。图11.3.6-1 端横梁计算模型图考虑到横梁悬臂部分的受力与跨中并无太大区别，而斜腹板处为预应力钢束集中锚固的区域，杆系模型的计算结果不太真实，因此，对横梁的计算结果着重考察中间等高的部分。表1.3.6-1 支座反力一览表(反力单位：kN)位置活载(最大)活载(最小)钢束二次恒载组合最大组合最小左支点1137 -56 -457 3931 4613 3420 中支点1547 -178 1045 7082 9611 7886 右支点884 -105 -528 2601 2959 1970 注：(1) 汽车荷载效应中已包含冲击力；(2) “组合”项为标准值的组合结果；(3) 表中数据为右端横梁下墩顶每个支座处反力。(4) 支点位置中的“左中右”指从92#墩向小号方向看(1) 横梁持久状况承载能力极限状态验算端横梁按承载能力极限状态组合的弯矩和剪力包络图及对应的抗力分别如图11.3.6-23所示。计算截面抗力时，纵向普通钢筋按上下缘各8根D28，箍筋按D16150mm考虑。图中单位为kN与kN.m。图11.3.6-2 承载能力组合弯矩包络图及对应抗力图(单位：kN.m)图11.3.6-3 承载能力组合剪力包络图及对应抗力图(单位：kN)根据图11.3.6-2，端横梁按承载能力组合的最大正、负弯矩为7,520kN.m，21，567kN.m；最大、最小剪力分别为6,051kN和-7,215kN。根据图11.3.6-3可知，端横梁中间等高部分预应力束范围内正截面抗弯验算、斜截面抗剪验算均满足规范要求。(2) 横梁持久状况正常使用极限状态验算按荷载短期、长期效应组合，端横梁上、下缘的最大拉应力包络图参见图11.3.6-47。图11.3.6-4 端横梁短期组合上缘最大拉应力(单位：MPa)图11.3.6-5 端横梁短期组合下缘最大拉应力(单位：MPa)图11.3.6-6 端横梁长期组合上缘最大拉应力(单位：MPa)图11.3.6-7 端横梁长期组合下缘最大拉应力(单位：MPa)由图11.3.6-47可见，按荷载短期组合，该端横梁上缘未出现拉应力，下最大拉应力为0.6MPa，满足规范要求。按荷载长期组合，该端横梁上缘未出现拉应力，下缘最大拉应力为0.5 MPa，出现在两边支座内侧梁段，不满足规范要求。按荷载短期效应组合，端横梁最大主拉应力包络图参见图11.3.6-8。图11.3.6-8 端横梁短期组合最大主拉应力(单位：MPa)由图11.3.6-9可见，按荷载短期组合，端横梁主拉应力最大值达1.0MPa，满足规范要求。(3) 横梁持久状况应力验算按荷载标准效应组合，端横梁上、下缘的最大压应力包络图参见图11.3.6-1011。图11.3.6-10 端横梁标准组合上缘最大压应力(单位：MPa)图11.3.6-11 端横梁标准组合下缘最大压应力(单位：MPa)由上图可见，按标准值组合的主梁上缘最大压应力为5.8MPa；下缘最大压应力为7.0MPa。上下缘应力均满足规范要求。端横梁按荷载标准值组合计算的截面主压应力包络图如图11.3.6-12所示。图11.3.6-12 端横梁标准组合最大主压应力(单位：MPa)由图可见，按标准值组合的混凝土最大主压应力为7.6MPa，满足规范要求。1.3.7 中横梁验算中横梁宽度2.2m，支座间距13.6m，为预应力混凝土结构。计算模型如下。图11.3.7-1 中横梁计算模型图考虑到横梁悬臂部分的受力与跨中并无太大区别，而斜腹板处为预应力钢束集中锚固的区域，杆系模型的计算结果不太真实，因此，对横梁的计算结果着重考察中间等高的部分。表1.3.6-1 支座反力一览表(反力单位：kN)位置活载(最大)活载(最小)钢束二次恒载组合最大组合最小左支点1650 -47 7930 9532 7882 中支点2354 -368 48 13428 15829 13107 右支点1559 1 8365 9925 8366 注：(1) 汽车荷载效应中已包含冲击力；(2) “组合”项为标准值的组合结果；(3) 表中数据为右端横梁下墩顶每个支座处反力。(4) 支点位置中的“左中右”指从91#墩向小号方向看(1) 横梁持久状况承载能力极限状态验算中横梁按承载能力极限状态组合的弯矩和剪力包络图及对应的抗力分别如图11.3.7-23所示。计算截面抗力时，纵向普通钢筋按上、下缘15根D28进行考虑；箍筋按D16150mm考虑。图中单位为kN与kN.m。图11.3.7-2 承载能力组合弯矩包络图及对应抗力图(单位：kN.m)图11.3.7-3 承载能力组合剪力包络图及对应抗力图(单位：kN)中横梁按承载能力组合的最大正、负弯矩为13,887kN.m和-23，491kN.m，根据图11.3.7-2，中横梁的抗弯承载能力满足要求。中横梁按承载能力组合的最大、最小剪力分别为11,269kN（该截面抗剪能力11，025 kN）和-10,333kN，最大剪应力位于中支座处，超出承载能力2%。根据图11.3.7-3，端横梁的斜截面抗剪验算不满足要求。 (2) 横梁持久状况正常使用极限状态验算按荷载短期、长期效应组合，中横梁上、下缘的最大拉应力包络图参见图11.3.7-47。图11.3.7-4 中横梁短期组合上缘最大拉应力(单位：MPa)图11.3.7-5 中横梁短期组合下缘最大拉应力(单位：MPa)图11.3.7-6 中横梁长期组合上缘最大拉应力(单位：MPa)图11.3.7-7 中横梁长期组合下缘最大拉应力(单位：MPa)由图11.3.7-47可见，按荷载短期组合，该端横梁上、下缘最大拉应力分别2.0MPa、1.5MPa，不满足规范要求；按荷载长期组合，该端横梁上、下缘均出现拉应力且最大值都为1.8MPa，不满足规范要求。按荷载短期效应组合，中横梁最大主拉应力包络图参见图11.3.7-8。图11.3.7-8 中横梁短期组合最大主拉应力(单位：MPa)由图3.3.33可见，按荷载短期组合，中横梁主拉应力最大值达2.0MPa，不满足规范要求。(3) 横梁持久状况应力验算按荷载标准效应组合，中横梁上、下缘的最大压应力包络图参见图11.3.7-910。图11.3.7-9 中横梁标准组合上缘最大压应力(单位：MPa)图11.3.7-10 中横梁标准组合下缘最大压应力(单位：MPa)由上图可见，按标准值组合的主梁上缘最大压应力为5.5MPa；下缘最大压应力为6.0MPa。上下缘压应力均满足规范要求。中横梁按荷载标准值组合计算的截面主压应力包络图如图11.3.7-11所示。图11.3.7-11 中横梁标准组合最大主压应力(单位：MPa)由图可见，按标准值组合的混凝土最大主压应力为6.0MPa，满足规范要求。1.4 计算结果小结与分析本桥在模型计算中考虑了荷载有效分布宽度，通过对本桥的计算分析可知：(1)桥梁