独柱墩桥梁的稳定性验算报告

1独柱墩桥梁的稳定性验算报告2独柱墩桥梁的稳定性验算报告一、工程概况本报告验算的桥梁包括钟家湾立交桥、大帝山立交桥、山阴大桥和平水东江大桥等桥梁中的各独柱墩桥梁。各座桥梁布置情况如表1：表1各独柱桥梁布置表二、验算依据2、《关于要求对独柱式桥墩桥梁进行稳定性复核验算的通知》浙交[2008]65号文件；3、《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)；4、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)；桥梁配跨(m)起点桩号终点桩号主梁结构形式桥面宽度(m)桥面铺装平曲线钟家湾立交桥22+38+22K1502+300.5K1502+786.57现浇预应力砼等高度连续箱梁，梁高2m0.5+8.5+0.513cm钢筋砼R=450m平水东江桥25+1.8+25+1.8+25K38+753.68K38+911.04后张法空心板，梁高1.1m，三跨简支0.5+13+0.513cm现浇砼刻纹路面R=400m山阴大桥1-40K5+260K5+630后张法预应力砼T梁，梁高2.3m(0.5+3+0.25+8.5+1.25)*210cm钢筋砼R=2400m大帝山立交桥A匝道桥2-3*20K0+41.450K0+164.450现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m0.5+1.25+3.75+2.5+0.513cm钢筋砼R=40mC匝道桥2-3*20K0+79.700K0+202.700现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m0.5+1.25+3.75+2.5+0.513cm钢筋砼R=45mD匝道桥2-3*20K0+48.500K0+171.500现浇普通钢筋砼等高度连续箱梁，梁高1.4m0.5+1.25+3.75+2.5+0.513cm钢筋砼R=45m35、《公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)；6、《公路桥梁地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)；7、《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041-2000)；8、《公路工程基本建设项目设计文件编制办法》(2007)；9、《预应力混凝土结构用碳素钢丝》(YB255-64)。三、各桥的计算（一）钟家湾立交桥1、主要技术标准（1）设计荷载：汽-20级，挂-100；本报告验算时取公路I级荷载；（2）设计车速:60/kmh；（3）桥梁横断面：0.5m（防撞护栏）+8.5m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；（4）本桥平面设计线位于R=450m的圆曲线上，由于需要跨老104国道，为保证通车要求采用22+38+22m的预应力砼连续箱梁，下部为独柱式桥墩。2、主要材料（1）混凝土：箱梁砼：C50混凝土；桥墩和墩帽砼：C40混凝土桥面铺装：13cm厚钢筋砼；（2）普通钢筋：采用R235钢筋，抗拉强度设计值为195MPa；采用HRB335钢筋，抗拉强度设计值为280MPa；（3）钢绞线钢绞线孔道采用内径9.0cm的预埋波纹管，设计采用标准强度1860byRMPa的高强低松弛钢绞线，1215.24j一束，每束钢绞线的张拉控制力为2343.2KN。3、计算参数（1）桥梁几何参数该计算联为22+38+22m的现浇预应力混凝土等高度连续箱梁，下部结构12、13号桥墩为独柱墩，立柱的尺寸为1.6*1.3m；两侧的11、14号墩为桩柱式桥墩，4基础为钻孔桩基础。桥墩上设置的都是盆式橡胶支座（双支座），11和14号墩上的支座型号为GJZF4(400*500*87)，12和13号独柱墩上的支座型号为GPZ4000，内侧支座偏离桥梁中心线0.5m，外侧支座偏离桥梁支座中线线0.5m，双支座的间距为3.5m。箱梁梁体顶板宽9.5m，高2.0m，底板宽度5.0m；翼缘处顶板高0.2m，顶底板厚0.25m，腹板0.4m，端部处腹板0.6m。（2）荷载设计参数1）永久作用①箱梁自重由计算程序自动根据梁体计算。②桥面铺装桥面为13cm厚的钢筋砼，钢筋砼的重力密度取325.0/kNm，桥面净宽8.5m，所以铺装层的单位长度质量为：250.138.527.625/kNm。③防撞护栏防撞护栏由钢筋混凝土实体和金属立柱、钢管护手组成。单侧护栏折算线荷载集度260.287.28/kNm，两侧护栏总线荷载集度14.56/kNm。④横隔板自重横隔板自重根据横隔板尺寸计算，以节点集中力作用于桥梁上。三跨中仅38m跨中有一横隔板，折算其自重为254.87121.75kN。⑤基础变位支座沉降按/3000L计算，即0.013m。⑥收缩徐变在计算中考虑10年的收缩徐变影响。2）可变作用①汽车荷载双车道，设计速度60/kmh，设计荷载为公路II级，验算时按实际运营状况采用公路I级荷载；双车道布载分两种不利情况，沿外侧最边缘布置两个车道荷载和沿内侧最边缘布置两个车道荷载。②汽车冲击力输入相关桥梁数据，由MIDAS自动计算桥梁的冲击系数。5③离心力按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.3计算，离心力系数值为22600.063127127450VCR。④全桥温度荷载按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10计算，取全桥升温+20℃，全桥降温-20℃计算。⑤日照温度梯度荷载按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10计算，桥面铺装钢筋砼13cm，取125T℃,26.7T℃。4、结构有限元分析本报告计算采用MIDAS建立双支座模型，模拟桥梁的双支座，与实际支座设置情况较符合；根据实际情况在模型中输入预应力钢束和普通钢筋。根据建立的MIDAS双支座模型，对荷载作用进行组合，考查的对象主要是支座竖向反力和独柱桥墩的抗倾覆稳定。全桥离散成单元64个，均为主梁单元，节点71个。1）、MIDAS计算模型MIDAS计算空间模型和独柱墩模型示意图如图1：图1MIDAS建立的计算空间模型和独柱墩模型示意图2）、荷载组合(1)支座反力各个标准值计算时应考虑以下几个工况：工况1：+++永久荷载全桥升温日照温差汽车荷载（内车道，含冲击力）6工况2：+++永久荷载全桥降温日照温差汽车荷载（内车道，含冲击力）工况3：++++永久荷载全桥升温日照温差汽车荷载（外车道，含冲击力）离心力工况4：++++永久荷载全桥降温日照温差汽车荷载（外车道，含冲击力）离心力上述工况中，永久荷载包括箱梁自重、桥面铺装、防撞护栏、横梁自重、基础变位和收缩徐变等作用。内车道布载主要检验外侧支座是否脱空，离心力为有利因素，故不参与组合；外车道布载主要检验内侧支座是否脱空，离心力为不利因素，故参与组合。但规范中规定当弯道桥的曲线半径小于等于250m时应计算汽车荷载引起的离心力，此桥半径大于250m，因此该桥不计离心力的影响。（2）各工况支座竖向反力结果如表2(单位：KN)表2各工况作用下的支座竖向反力工况支座1支座2支座3支座4支座5支座6支座7支座8工况1max2518.101490.864803.103700.554249.904255.492774.361233.79工况1min999.631464.072646.023711.942092.834266.871255.821207.06工况2max2493.291465.674828.133725.524274.234281.162749.871208.28工况2min974.811438.892671.053736.912117.164292.541231.341181.55注：上表中沿桥纵向定义支座(1、2)，支座(3、4),支座(5、6),支座(7、8),靠曲线内侧支座为小号支座。由计算结果可以看出，所有工况支座竖向反力Fz均不出现负值，说明所有荷载组合工况下支座都不会脱空。(3)独柱桥墩抗倾覆稳定计算中需考虑的荷载组合有：1）桥墩在顺桥向承受最大竖向荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、组合III的荷载内容组合；2）桥墩在顺桥向承受最大水平荷载的组合，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合II、组合IV的荷载内容组合；3）桥墩承受最大横桥方向的偏载、最大竖向荷载，此时按公路桥梁设计规范中所列的组合I、II、III、IV的荷载内容组合。4）桥墩在施工阶段的稳定验算，按公路桥梁设计规范中所列的组合V进行验算。抗倾覆稳定系数0K，对组合I抗取1.5；组合II、III、IV取1.3；组合V7采用1.2。由于该桥桥墩的横向刚度大于其纵向刚度，因此对于该桥墩的抗倾覆稳定验算时，只需考虑桥墩在顺桥向的稳定性。对于本桥的计算在考虑桥墩在顺桥向的稳定性时，主要考虑的荷载组合主要有以下工况：工况5：永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+温度力；工况6：永久荷载+汽车荷载不利反力+制动力+离心力+温度力，当制动力与离心力同时计算时，制动力取70%来计算。桥墩的抗倾覆稳定系数0yKNX/M1.5（这里定义桥墩在沿桥向为X轴，横桥向为y轴）；计算结果如表3。表3各工况作用下的桥墩抗倾覆稳定系数0K计算结果0K0maxK0minK0K0maxK0minK工况52.691.73工况6//由计算结果可得0minK1.731.5，由此可见桥墩在纵桥向不会倾覆。在桥墩的稳定性计算时未考虑风力、支座摩阻力和流水压力及浮力的作用。（二）平水东江桥1、主要技术标准（1）设计荷载：汽-20级，挂-100；本报告验算时取公路I级荷载；（2）桥梁横断面：0.5m（防撞护栏）+13.0m（行车道）+0.5m（防撞护栏）；（3）本桥平面设计线位于R=400m的圆曲线上，由于桥梁与航道斜交角度比较大，为确保通航净宽，通航孔采用预应力独柱式桥墩。2、主要材料（1）混凝土：25m空心板和墩帽砼：C50混凝土；桥墩砼：C40混凝土桥面铺装：13cm厚现浇砼刻纹路面；（2）普通钢筋：8采用R235钢筋，抗拉强度设计值为195MPa；采用HRB335钢筋，抗拉强度设计值为280MPa；（3）钢绞线25m空心板钢绞线孔道采用内径6.7cm的预埋波纹管，设计采用标准强度1860byRMPa的高强低松弛钢绞线，515.24j一束，每束钢绞线的张拉控制力为976.5KN。墩帽钢绞线设计采用标准强度1860byRMPa的高强低松弛钢绞线，张拉控制应力为1400Mpa，钢绞线11根一束，每束的张拉控制力为2100KN。3、计算参数（1）桥梁几何参数该计算联为25+1.8+25+1.8+25m的简支梁，上部结构为后张法预应力空心板，25m空心板的梁高1.1m；中间的两个墩为独柱式桥墩，立柱为1.8m的圆柱墩；两侧的两个墩为桩柱式桥墩，基础为钻孔桩基础。桥墩上设置的都是板式橡胶支座，25m跨径采用250厚4.9cm的支座。（2）荷载设计参数1)永久作用①箱梁自重由计算程序自动根据梁体计算。②桥面铺装桥面铺装为13cm厚的钢筋混凝土，钢筋混凝土的重力密度取325.0/kNm，而每块空心板净宽0.99m，所以每块空心板的铺装层的单位长度质量为：250.130.993.2175/kNm。③防撞护栏防撞护栏由钢筋混凝土实体和金属立柱、钢管护手组成。单侧护栏折算线荷载集度260.287.28/kNm，两侧护栏总线荷载集度14.56/kNm。④基础变位支座沉降按/3000L计算，即0.0083m。⑤收缩徐变9在计算中考虑10年的收缩徐变影响。2)可变作用①汽车荷载三车道，设计速度60/kmh，设计荷载为公路II级，验算时按实际运营状况采用公路I级荷载。②汽车冲击力输入相关桥梁数据由MIDAS自动计算桥梁的冲击系数。③离心力按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.3计算，离心力系数值为22600.071127127400VCR。④全桥温度荷载按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10计算，取全桥升温+20℃，全桥降温-20℃计算。⑤日照温度梯度荷载按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.10计算，桥面铺装钢筋砼13cm，取125T℃,26.7T℃。4、结构有限元分析本报告计算采用MIDAS建立桥梁的