水荷立交E匝道上部结构计算书

1、.水荷立交E匝道上部结构计算书1 技术标准及结构形式1.1 工程概况水荷立交E匝道桥起点桩号EK0+467.560，终点桩号EK0+776.340，全长308.78m，分8孔，其中前两跨为预应力混凝土简支T梁，后六跨为三孔一联的钢混凝土组合箱梁，桥面宽度为10m。桥位处匝道中心线处于圆曲线以及缓和曲线上，跨越水官高速路和机荷高速公路。下部结构采用钢管混凝土柱。桥台采用桩基接盖梁式桥台、基础均为钻孔灌注桩基础。本计算书是45m +55.5 m +45m钢-混凝土组合连续梁部分。本桥上部采用: 45m +55.5 m +45m钢-混凝土组合连续梁部分主梁由底板、两外侧壁及中侧壁组成开口单箱双室截面

2、，截面高度1.75m，在开口箱形截面上设预制板，后浇桥面板采用C50无收缩混凝土，厚35cm，箱梁总高度为2.1m，钢箱全宽6m。图1-1桥梁立面图图1-2组合梁横断面1.2 技术标准及设计依据1.2.1公路工程技术标准 (JTG B01-2003)1.2.2公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)1.2.3公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 (JTG D62-2004)1.2.4公路工程抗震设计规范 (JTJ004-89)1.2.5公路桥涵地基与基础设计规范 (JTG D63-2007)1.2.6公路桥涵施工技术规范 (JTJ041-2000)1.2.7钢结构设计规范 (GB

3、 50017-2003)1.2.8钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程 (JGJ 82-91)1.3 设计荷载等级：公路级。1.4 桥面净宽：净8.75+2×0.5m1.5 抗震等级：桥址区地震动峰值加速度为0.1g2 计算参数2.1材料：2.1.1 混凝土强度 等级弹性模量容重线膨胀 系数标准值设计值fckftkfcdftd(MPa)(kN/m3)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)C5034500261.00E-0532.42.6522.41.832.1.2 预应力钢筋预应力 钢筋弹性模量容重线膨胀 系数fpkfpdf'pd(MPa)(kN/m3)(MPa)(M

4、Pa)(MPa)钢绞线19500078.51.20E-0518601260390箱梁的纵向预应力钢束采用的低松弛高强度预应力钢绞线应符合GB/T 5224-2003的规定标准，直径为15.2mm，钢绞线=1860 MPa，张拉控制应力=0.70 =1302 MPa，弹性模量Ep=1.95×105 MPa。2.1.3 钢板钢材弹性模量容重厚度抗拉、压及弯强度设计值应力允许值(MPa)(kN/m3)(mm)(MPa)(MPa)Q34520600076.981635295轴向： =200Mpa弯曲：210Mpa剪：=120Mpa2.2设计荷载：2.2.1恒载：一期恒载：结构自重在计算过程中

5、由程序自动计算。二期恒载：桥面构造为10cm沥青混凝土桥面铺装和防撞护栏。10cm沥青混凝土桥面铺装：21.6 kN/m防撞护栏: 15 kN/m2.2.2活载：公路-级按照公路桥涵设计通用规范，并考虑冲击系数。2.2.3温度变化：整体升温：20 整体降温 ：-20 3 计算模型3.1 单元划分结构计算采用Midas有限元计算软件,各节段截面特性值见下表。图3-1有限元模型中截面表3-1截面特性值面积7.92993e+005mm2Ixx9.32539e+011mm4Iyy4.87291e+011mm4Izz5.24008e+012mm43.1.1 单元数量 : 全桥上部结构划分为146 个梁单

6、元。3.1.2 节点数量 :147个图3-2有限元模型立面图图3-3有限元模型俯视图3.1.3 钢束数量表3-2原设计钢束数量表项目编号规格根数N198N298N398N498N598N698表3-3调整后钢束数量表项目编号规格根数N158N258N378N458N558N678图3-4模型中钢束布置俯视图图3-5模型中钢束布置立面图3.2荷载组合公路桥涵结构设计按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合。3.3.1承载能力极限状态效应组合恒载=自重+二恒+预应力承载能力极限状态=1.2*恒载+* 汽车荷载+1.4*0.8温度效应3.3.2 正常使用极限状态效应组合3.3.2.1 作

7、用短期效应组合正常使用极限状态=恒载+0.7*汽车荷载+0.8*温差效应3.3.2.2作用长期效应组合正常使用极限状态=恒载+0.4*汽车荷载+0.8*温差效应3.3数值符号规定弯矩：以使单元下缘受拉为正，单元上缘受拉为负应力：以压应力为负，拉应力为正4 承载能力极限状态基本组合效应原设计组合截面My弯矩包络图：组合后截面My最大正弯矩为27171.0，截面My最大负弯矩为-31975.3图4-1原设计组合截面My弯矩包络图调整后组合截面My弯矩包络图：组合后截面My最大正弯矩为28643.7，截面My最大负弯矩为-36820.7图4-2调整后组合截面My弯矩包络图4.1正截面抗弯承载力验算对

8、最大正弯矩截面进行承载能力验算。1）最大正弯矩验算承载能力极限状态组合下最大正弯矩Mj27171.0（28643.7）所以中心轴在混凝土内，受压区高度为：341.4mm截面中心轴在钢梁截面内（对中心轴取距，由力平衡得出下式）：=()=85087.3> Mj27171.0（28643.7）满足要求2）最大负弯矩验算承载能力极限状态组合下最大负弯矩Mj-31975.3（-36820.7）原设计截面顶缘至中性轴高度为： =725.4mm截面中心轴在钢梁腹板内,由于上缘受拉，故混凝土拉力部分不计（对中心轴取距，由力平衡得出下式）：=()=85079.8>Mj31975.3满足要求调整后截面

9、顶缘至中性轴高度为： =1522.7mm截面中心轴在钢梁腹板内,由于上缘受拉，故混凝土拉力部分不计（对中心轴取距，由力平衡得出下式）：=()=107313.3>Mj36820.7满足要求4.2斜截面抗剪承载能力验算图4-3原设计组合截面Fz剪力包络图图4-4调整后组合截面Fz剪力包络图1）支座截面承载能力极限状态下支座截面最大剪力：箱梁腹板高度箱梁腹板厚度支点截面抗剪承载力：17850>满足要求。2）桥墩位置处组合箱梁截面承载能力极限状态下桥墩截面最大剪力：箱梁腹板高度箱梁腹板厚度支点截面抗剪承载力：17850>满足要求。其中上述括号外数字为原设计计算值，括号内数字为调整后的

10、计算值。5.正常使用极限状态应力验算 新公桥规第7.1.5条规范：使用阶段预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力，应符合下列规定：受压区混凝土的最大压应力 未开裂构件 kc+pt0.5fck 允许开裂构件 cc0.5fck 新公桥规第6.3条规范：正截面抗裂应对构件正截面混凝土的拉应力进行验算，并应符合下列规定：1 全预应力混凝土构件，在作用(或荷载)短期效应组合下 预制构件 st0.85pc0 分段浇筑或砂浆接缝的纵向分块构件 st0.80pc02 A类预应力混凝土构件，在作用(或荷载)短期效应组合下 stpc0.7ftk 但在荷载长期效应组合下 ltpc05.1短期效应组合截面位置1表示

11、组合箱梁钢板位置，截面位置2表示组合箱梁混凝土位置，根据有限元计算结果（应力单位Mpa）：原设计单元截面位置1钢板处最小应力为-95.4Mpa（受压）<210 Mpa,单元截面位置1钢板处最大应力为47.3Mpa（受拉）<210 Mpa；单元截面位置2混凝土最大压应力为-7.1Mpa（受压）<-16.2 Mpa（受压），混凝土最大拉应力为1.89Mpa（受拉）>1.86Mpa，不满足要求。具体见下图：图5-1原设计短期效益组合下截面位置1应力包络图图5-2原设计短期效益组合下截面位置2应力包络图调整后单元截面位置1钢板处最小应力为-92.5Mpa（受压）<210

12、Mpa,单元截面位置1钢板处最大应力为50.7Mpa（受拉）<210 Mpa；单元截面位置2混凝土处于受压状态，最大压应力为-3.96Mpa（受压）<-16.2 Mpa（受压），但在钢束N1以及钢束N4两端部均局部出现拉应力，最大拉应力为1.11Mpa（受拉）<1.86Mpa，满足要求。具体见下图：图5-3调整后短期效益组合下截面位置1应力包络图图5-4调整后短期效益组合下截面位置2应力包络图5.2长期效应组合截面位置1表示组合箱梁钢板位置，截面位置2表示组合箱梁混凝土位置，根据有限元计算结果（应力单位Mpa）：原设计单元截面位置1钢板处最小应力为-84.0Mpa（受压）<210 Mpa,单元截面位置1钢板处最大应力为37.7Mpa（受拉）<210 Mpa；单元截面位置2混凝土处于受压状态，最大压应力为-6.97Mpa（受压）<-16.2 Mpa（受压），但在钢束N1以及钢束N4两端部均局部出现拉应力，最大拉应力为1.54Mpa（受拉）。具体见下图：图5-5原设计长期效益组合下截面位置1应力包络图图5-6原设计长期效益组合下截面位置2应力包络图调整后单元截面位置1钢板处最小应力为-79.2Mpa（受压）