G线跨成灌高速桥

第二章桥梁承载能力检算

1桥梁概况

详见第一章第1节所述。

2检算基本参数

2.1检算依据

《城市桥梁养护技术标准》(CJJ99-2017)

《城市桥梁检测与评估技术规范》(CJJ/T233-2015)

《城市桥梁设计规范》(CJJ11-2011)

《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)

2.2结构尺寸参数

木桥上部结构主桥上部结构由简支梁和异型箱梁组成，异型箱梁为连续变板面箱梁

和连续等截面箱梁，简支梁为预制空心板梁。预制空心板梁长为I8m、22m,中、边板

宽均为1.49m,板厚均为1m,共计147块。本桥选取第七跨22m简支空心板进行验算。

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图2.2-122m空心板跨中截面普通钢筋配制示意图

图222预应力钢束平立面布置图

2.3相关材料参数

表2.3・1相关材料参数表

序弹性模量泊松比容重抗压强度标抗拉强度标

名称型号数量

号MPaVkN/m'准值MPa准值MPa

1混凝土C503.45x10，0.226.032.42.65934.3m3

7111.0kg

2预应力钢筋15.2mm1.95x10s80.01860.01860.0

0.36根

7250.0kg

3普通钢筋HRB3352.0x10578.5280.0280.0

0.3298根

3123.6kg

4普通钢筋R2352.1X1O578.5195.0195.0

03630根

3检算内容

本桥上部结构为预应力混凝土连续箱梁，选取本桥第七跨22m预应力混凝土空心

板梁进行承载能力检算，依据《城市桥梁检测与评估技术规范》(CJJ/T233-2015)5.3.1

条规定，本桥应检算内容包括：

1)跨中截面受弯承载力及支点截面受剪承载力、受弯承载力；

2)1/4截面及横截面尺寸变化处在弯剪组合下的承载力；

3)上部结构的变形。

4荷载取值

4.1荷载参数

4.1.1一期恒载

一期恒载包括箱梁自身材料重量，重力密度为外=26kN/n?,各构件均按实际断面

计取重量。

4.1.2二期恒载

二期恒载包括：桥面铺装、栏杆。

4.1.3活载

本桥活荷载为公路I级。

根据《城市桥梁设计规范》(CJJ11-2011)第100.2条第5点，汽车荷载的冲击力

应按现行行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60-2015的规定计算。根据《公路

桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)第4.3.2条，预应力混凝土桥应计算汽车的冲击作

用，冲击系数根据结构基频进行计算。

4.1.4收缩徐变

混凝土的收缩徐变按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG

D62-2004)附录F进行计算，此处由于采用MIDAS/Civil有限元软件进行计算，在定义

时间依存材料特性时选择该规范即可。

4.1.5温度荷载

根据《城市桥梁检测与评估技术规范》(CJJ/T233-2015)第5.2.3条，温度作用宜

按现行行业标准《公路桥涵设计通用规范》JTGD60的规定采用。根据《公路桥涵设计

通用规范》(JTGD60-2015)第4312条，结合成都地区气温状况，考虑整体升温20℃、

整体降温2()℃与卷向温度梯度。

4.2荷载组合

4.2.1承载能力极限状态荷载组合

承载能力极限状态强度检算，根据《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)第

4.1.5条规定，按以下荷载组合进行检算：

组合I：承载能力极限状态基本组合：1.2x恒载+1.4X汽车+0.75X1.4X温度荷载。

4.2.2正常使用极限状态荷载组合

在营运阶段，对主梁正常使用极限状态下的应力及挠度进行检算，根据《公路桥

涵设计通用规范》(JTGD60-2015)第4.1.6条规定，按以下荷载组合进行检算：

组合I：正常使用极限状态频遇组合：l.()x恒载+().7x汽车+().8x温度荷载；

组合II：正常使用极限状态准永久组合：I.()x恒载+0.4X汽车+().8x温度荷载。

4.2.3持久状况应力计算效应组合

组合I：正常使用极限状态下持久状况应力计算时效应组合（标准组合）：l.Ox恒

载+1.Ox汽车+1.Ox温度荷载。

4.3施工阶段定义

内力计算模拟施工过程划分施工阶段如下表所示。

序号施工内容持续时间临时支撑

施工阶段1浇筑上部梁体100天无

施工阶段2二期铺装栏杆施工20天无

施工阶段3收缩徐变3650天无

5承载能力检算

5.1计算模型

采用桥梁专用有限元计算软件MIDAS-Civil进行计算，考虑自重、二期恒载、汽车

荷载、温度荷载等作用。并按照实际检测成果（结构尺寸、材料强度）对桥梁进行建模

计算，模型示意图和计算模型图如下：

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图5.1-1计算模型示意图

5.2承载能力极限状态检算

配筋混凝土桥梁承载能力极限状态，应根据桥梁检测结果按《城市桥梁检测与评估

技术规范》（CJJ/T233-2015）第5.1.6条进行计算评定：

式中：Xo——结构的重要性系数;

S——承载能力极限状态下作用组合的效应设计值；

R。)—结构或构件的抗力函数；

人一材料性能实测值；

%—结构或结构构件几何参数实测值；

几——损伤、钢筋锈蚀、约束条件变异等对结构或构件所产生的不利影响附加

值。

根据《城市桥梁检测与评估技术规范》(CJJ4233-2015)第5.1.7条规定，对己经

发生钢筋锈蚀的钢筋混凝土构件进行承载能力评定时，应计入钢筋锈蚀导致的钢筋截面

减少和粘结力退化的综合影响，对钢筋截面进行折减。根据第一章检测成果，本桥上部

结构钢筋缺损程度评定为完好，按照下表取折减系数为1.0。

表5.2・1钢筋混凝土构件的钢筋截面折减系数

缺损程度评定截面折减系数1

完好0.98<^<1.00

轻微0.95<40.98

中等0.90<^<0.95

严重0.80<卷<0.90

危险^<().80

5.2.1主梁正截面抗弯检算

根据《城市桥梁检测与评估技术规范》(CJJ/T233・2015)的规定，主梁正截面抗弯

承载能力应按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)规

范5.2.1〜5条进行检算。

利用MIDAS/Civil的PSC设计功能，选择《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵

设计规范》(JTGD62-2004)规范，可以自动按照规范进行检算，在最不利荷载组合下

的受力最不利中板弯矩包络图和极限承载力包络图如下图所示。

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图5.2・1最不利荷载组合下弯矩包络图(绿线为极限承载力包络图)

由上图的计算结果可得，主梁正截面抗弯检算结果满足规范要求。

5.2.2主梁斜截面抗剪检算

根据《城市桥梁检测与评估技术规范》(CJJ/T233-2015)的规定，主梁斜截面抗

剪承载能力应按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004第

5.2.7条规定进行计算：

-%«匕=%+%+%

.二■a&O/Sx炉的)J(2+O.6P)7ZJ4几

%=0.75x10—3几工4后皿

匕,=0.75xl(r3/*EA“,sin%

式中%—承载能力极限状态基本组合下的截面剪力设计值(kN)；

匕一斜截面抗弯承载力设计值(kN)；

匕一斜截面内混凝土和箍筋共同的抗剪承载力设计值(kN)；

%—与斜截面相交的普通弯起钢筋抗剪承载力设计值(kN)；

乂添——与斜截面相交的预应力弯起钢筋抗剪承载力设计值(kN)；

a、—异号弯矩影响系数，取1.0；

%—预应力提高系数，对预应力混凝土受弯构件，取1.25；

%—受压翼缘的影响系数，取L1；

b—斜截面受压端正截面处，箱形截面腹板宽度；

力。一斜截面受压端正截面处梁的有效高度；

P——斜截面内纵向受拉钢筋的配筋率，2=100/9,夕=(&+AN，+Aj/b4,当

P>2.5时，取2.5,

PSY—斜截面内箍筋配筋率，2,=务；

S、b

儿——箍筋抗拉设计强度(MPa)；

fpd——预应力弯起钢束的抗拉设计强度(MPa)；

Aph---斜截面内在同一弯起平面的预应力弯起钢筋的截面面积(mn?)；

我——预应力弯起钢筋在斜截面受压端正截面处的切线与水平线的夹角C

利用MIDAS/Civil的PSC设计功能，选择《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设

计规范》(JTGD62-2004；规范，可以自动按照规范进行检算，在最不利荷载组合下的

受力最不利中板剪力包络图和极限承载力包络图如下图所示。

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图5.2・8最不利荷载组合下剪力包络图(绿线为极限承载力包络图)

由上表的计算结果可得，承载能力极限状态下梁板的抗剪能力满足规范要求。

5.3正常使用极限状态检算

5.3.1变形检算

根据《城市桥梁检测与评估技术规范》(CJJ/T233-2015)第5.4.1条和表5.4.1-L

采用频遇组合并考虑长期作用影响计算的挠度值，对于预应力混凝土梁桥，其主跨跨中

挠度值不得超过计算跨径的1/600,长期作用效应按照现行行业标准《公路钢筋混凝土

及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62的规定取值。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)第653

条，受弯构件在使用阶段的挠度应考虑荷载长期效应的影响，即按荷载短期效应组合(频

遇组合)计算的挠度值，乘以挠度长期增长系数为(C50混凝土，%=主梁在

频遇组合下扣除恒载的变形图如下：

图5.3-1频遇组合下扣除恒载的变形图

由上图可知，主梁在频遇组合下扣除恒载的最大挠度为8.3mm,检算结果见下表。

表5.3』正常使用极限状态下变形检算结果（单位：mm）

荷载组合跨中截面

荷载变形计算值人产/仆为1.43x13.9=11.8

变形限值fL22000/600=36.7

是否满足满足

由上表的计算结果可得，正常使用极限状态下结构刚度满足规范要求。

5.3.2主梁抗裂性检算

1）正截面抗裂性检算：

根据《城市桥梁检测与评估技术规范》（CJJ/T233-2015）第5.4.1条，预应力混凝

土构件抗裂性能应符合现行行业标准《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》

JTGD62的规定。

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004笫6.3.1条规

定，A类预应力混凝土预制构件在荷载短期效应组合下应满足：

—0pcWO.7/tk

式中%二—M=3M），0下，M“取边梁频遇组合弯矩值；

叱）zo

NNe

O>=才+十”下，

A类预应力混凝土预制构件在荷载长期效应组合下应满足：

Gt-"WO

利用MIDAS/Civil的PSC设计功能自动按照规范进行检算。正截面抗裂性检算结

果如下图所示。

短期效应组合下

长期效应组合下

图5.3-2主梁正截面抗裂检算结果图

由上图结果可知，主梁正常使用极限状态正截面抗裂性检算结果满足规范要求。

2）斜截面抗裂性检算：

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004第7.1.5条规

定，对预制的全预应力混凝土构件，在作用短期效应组合下，斜截面混凝土主拉应力，

应符合下列要求：

式中a,由作用短期效应组合（频遇组合）和预应力产生的混凝土主拉应力，按下

式计算：

r=匕S°（Z/Ap〃si叫）S”

"*bln

式中5*―在计算主应力点，由作用短期效应组合和预应力产生的混凝土法向应力;

1y——由竖向预应力钢筋的预加力产生的混凝土竖向压应力；

r―在计算主应力点，由作用短期效应组合和预应力产生的混凝土剪应力；

。明——计算处纵向预应力产生的法向预压应力；

Ms,——作用短期效应组合（频遇组合）弯矩；

），0——计算点到换算截面重心轴的距离；

匕一作用短期效应组合（频遇组合）剪力。

利用MIDAS/Civil的PSC设计功能自动按照规范进行检算。斜截面抗裂性检算结

果如下图所示。

图5.3-3主梁斜面抗裂检算结果图

由上图结果可知，主梁正常使用极限状态正截面抗裂性检算结果满足规范要求。

5.4持久状况应力检算

5.4.1混凝土正截面压应力检算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004第7.1.5条规

定，A类预应力混凝土受弯构件正截面混凝土的压应力，应满足下列规定:

心+"0・5匕：

MNNe

式中：％=-^），o；%”=/±_p”，*=可人—

利用MIDAS/Civil的PSC设计功能自动按照规范进行检算。主梁正截面压应力检

算结果如下图所示。

图5.4・1主梁正截面压应力检算