桥梁计算书

1研究生课程作业(2012-2013学年第一学期)课程名称：大跨度桥梁结构专业：桥梁与隧道工程姓名：王沸仁学号：201220106248任课教师：颜全胜分数：2天龙立交第二联结构计算书1结构概况天龙立交第二联主梁采用变高度箱梁，跨中及端部梁高1.60m，墩顶处梁高按直线型变高至3.3m。顶板宽13m，底板宽8m，跨中处腹板厚40cm,顶板厚30cm，底板厚25cm。在墩顶处顶板加厚至50cm，底板加厚至80cm。在墩顶及端部均设实心段横梁，在梁高变化拐点处设置30cm厚横隔板。图1.1天龙立交第二联立面与平面图2技术标准和设计参数2.1设计技术条件公路等级：汽车荷载-城A级。2.2主要设计参数桥梁结构所承受的荷载(或作用)包括结构自重、预应力、混凝土收缩徐变、支座强迫位移（按沉降量按1.0cm考虑）、活载、结构整体升降温和温度梯度等。上部结构设计计算取用的有关参数如下：1、结构重力:混凝土容重取26KN/m³2、二期恒载:包括桥面铺装、栏杆等防撞墙:10KN/m(单侧)钢筋硷铺装:25KN/m沥青硅铺装:24KN/m二期恒载的总荷载为：69KN/m³3、收缩徐变影响力:按04设计规范取用，天数3650天4、基础变位影响力:不均匀沉降按1.0cm计35、相对湿度70%6、纵向预应力锚下控制应力1395MPa7、孔道偏差系数0.00158、一端锚具回缩0.006m9、钢束松弛率0.310、预应力孔道摩擦系数0.1711、施加预应力混凝土强度≥90%12、温度荷载整体温差+20℃、-20℃温度梯度：按04规范取值，即14.0℃—5℃—0℃，反温差为上述值的-0.5倍。13、车道偏差系数：1.15，四车道的车道系数为3×0.78×1.15=2.691。3有限元模型3.1单元和截面的建立天龙立交第二联模型共38个单元，47个节点。其中1~39为梁单元节点，40~47为支座节点。图3.1.1单元号与节点号图3.1.2天龙立交全桥模型3.2边界条件边界条件采用实际双支座位置，截面中心节点和支座之间采用刚性连接，而支座则用一般支承来约束支座节点。4图3.2.1天龙立交支座3.3主要荷载荷载主要有二期荷载，预应力，自重，温度梯度，系统升降温，横隔板。自重:26KN/m³，采用程序系统提供的-1.04自重系数加载。系统升降温：升温20度，降温20度。温度梯度：14℃/5.5℃。二期恒载：69kN/m，采用线均布荷载来加载到截面上。预应力荷载：张拉应力1395Mpa，两端张拉。两端支点处横隔板以及中支点处横隔板按均布荷载施加到箱梁上，中横隔板按点荷载施加到箱梁上。两端支点处横隔板为81.8KN/m，中支点处横隔板为463.5KN/m，中横隔板为24.5KN。其中预应力钢束竖曲线要素如下表。表3.3.1预应力钢束竖曲线要素钢束编号转点钢束坐标半径R（cm）X(cm)Y(cm)N1120-5502300-1580034225-1580044525-11580056475-11580066775-15800710700-15800810980-550N2120-9002700-13080031675-13080041975-3080053925-3080064225-13080076775-13080087075-3080099025-30800109325-1308001110300-13080051210980-900N3120-12502500-14580032075-14580042375-4580053625-4580063925-14580077075-14580087375-4580098625-45800108925-1458001110500-1458001210980-1250N411200-50021500-1580034400-1580044700-500N516300-50026600-1580039500-1580049800-500N61225-11502525-14580031675-14580041975-1150N71-600-20502-300-608003300-608004600-2050N817400-205027700-6080038300-60800648600-2050注：以第1跨顶点顶板的中间处为原点，顺桥向为X方向，往底板为Y方向。其中N1~N3预应力钢束平曲线要素如下表。表3.3.2预应力钢束平曲线要素钢束编号转点钢束坐标半径R（cm）X(cm)Y(cm)N1~N312022.50246712.515003200012.515004300012.515005400012.515006700012.515007800012.515008900012.5150091053312.51500101098022.50注：以第1跨顶点顶板的中间处为原点。3.4施工阶段天龙立交施工方法为一次落架，所以将施工阶段简单的分为两个施工阶段。阶段一为桥梁浇筑完成，以及张拉预应力钢筋。阶段二为二期恒载，以及收缩徐变十年。4计算结果4.1正常使用极限状态一、短期荷载组合应力包络图7图4.1.1短期荷载组合上缘应力包络图图4.1.2短期荷载组合下缘应力包络图二、长期荷载组合应力包络图图4.1.3长期荷载组合上缘应力包络图8图4.1.4长期荷载组合下缘应力包络图4.2承载能力极限状态图4.1.5承载能力极限状态组合弯矩包络图图4.1.6承载能力极限状态组合剪力包络图4.3分析结果一览表9表4.3.1正常使用极限状态应力计算汇总表工况跨中边跨0.4L边中支点上缘应力（MPa）下缘应力（MPa）上缘应力（MPa）下缘应力（MPa）上缘应力（MPa）下缘应力（MPa）短期荷载组合（最大）-3.09-4.88-3.86-8.16-3.23-1.36短期荷载组合允许应力1.851.851.851.851.851.85长期荷载组合（最大）-3.19-5.59-4.16-8.84-3.49-1.42长期荷载组合允许应力000000注：应力拉为正，压为负。表4.3.2极限承载力计算汇总表工况跨中边跨0.4L边中支点边支点弯矩（KN*M）剪力（KN）弯矩（KN*M）剪力（KN）弯矩（KN*M）剪力（KN）剪力（KN）承载能力极限状态600051111253212092-103241143295778允许值11121598877435611610-29973628292173994.4结论通过正常使用极限状态应力图可以看出，天龙立交的上下缘应力差别较大，对桥梁后期使用中的收缩徐变不利。5验算结果5.1施工阶段压应力验算施工阶段压应力包络图如下，。可以看出施工阶段梁段最大和最小设计压应力值都没有超过允许值。10注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.1施工阶段最大压应力验算包络图注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.1.2施工阶段最小压应力验算包络图5.2受拉区钢筋拉应力验算受拉区钢筋拉应力验算图如下，从图中可以看出，预应力钢筋设计应力没有超出其允许值。注：Sig_DL:施工阶段扣除短期预应力损失后的预应力钢筋锚固端的有效预应力Sig_LL:扣除全部预应力损失并考虑使用阶段作用标准值引起的钢束应力变化后的预应力钢筋的拉应力Sig_ADL:施工阶段预应力钢筋锚固端张拉控制应力容许值Sig_ALL:使用阶段预应力钢筋拉应力容许值图5.2受拉区预应力钢筋应力验算包络图5.3使用阶段正截面抗裂验算使用阶段正截面抗裂验算如下，可以看出各截面的设计值均能满足规范要11求。注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.3使用阶段正截面抗裂验算包络(短期)图注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.3使用阶段正截面抗裂验算包络(长期)图5.4使用阶段斜截面抗裂验算从使用阶段斜截面抗裂验算图可以看出，使用阶段斜截面抗剪验算满足规范要求。注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.4使用阶段斜截面抗裂验算包络图5.5使用阶段正截面压应力验算从使用阶段正截面压应力验算图中，可以看出，天龙立交的正截面压应力在允许范围以内。12注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.5使用阶段正截面压应力验算包络图5.6使用阶段斜截面主压应力验算从使用阶段斜截面主压应力验算图中，可以看出，天龙立交的斜截面主压应力在允许范围以内。注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.6使用阶段斜截面主压应力验算包络图5.7使用阶段正截面抗弯验算从使用阶段正截面抗弯验算包络图中可以看出，天龙立交的正截面设计最大弯矩和最小弯矩均在允许范围以内。注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.7.1使用阶段正截面弯矩验算包络图（最大）13注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.7.2使用阶段正截面弯矩验算包络图（最小）5.8使用阶段斜截面抗剪验算从使用阶段斜截面抗剪验算包络图中可以看出，天龙立交的斜截面剪力最大和最小设剪力计值均在允许范围以内。注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.8.1使用阶段斜截面抗剪验算图（最大）注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.8.2使用阶段斜截面抗剪验算包络图（最小）5.9使用阶段抗扭验算从使用阶段斜截面抗扭验算包络图中可以看出，天龙立交的扭矩设计值基本均在允许范围以内。仅当剪力最大时，节点24位置处，也就是跨中变截面点抗扭超过规范允许值，但所超值不大。14注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.9.1使用阶段抗扭验算包络图（扭矩最大时）注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.9.2使用阶段抗扭验算包络图（剪力最大时）注：图中绿色线为规范允许值，红色线为设计计算值。图5.9.3使用阶段抗扭验算包络图（剪力最小时）6结论天龙立交的计算结果表明：1、正常使用极限状态下，箱梁上下缘的应力差别较大，导致后期使用阶段收缩徐变对桥梁影响较大。2、通过桥梁的验算结果表明，天龙立交桥的各项设计计算值满足规范要求。仅当剪力最大时，节点24位置处，也就是跨中变截面点抗扭超过规范允许值，但所超值不大。对结构影响较小。