主桥计算书

-1-庆元城东大桥计算书第一部分：主桥部分一、工程概况庆元城东大桥是跨越庆元松源溪的一座大桥，桥址处现状河面宽约100米.桥梁采用20+80+20米的中承式钢管混凝土拱桥，拱肋拱轴线为二次抛物线y=(4f/L2)×X(L-X)，主跨拱肋矢跨比f/L=1/4，采用钢管砼结构。边跨拱肋采用1/7。采用钢筋混凝土结构。主拱肋截面为带倒圆角矩型，拱肋1.6m(高)x0.8m(宽)，壁厚δ=20mm的钢板焊接组成，内灌C40为膨胀砼；。桥面以上全桥共设3道一字式横撑，钢管截面为Φ90cm，壁厚δ=10mm，桥面下主墩两侧各设1道K撑。桥面吊杆横梁采用普通钢筋砼梁，肋间横梁采用钢结构箱梁，梁高为1.1米。桥面板选用30cm厚的实心板，桥面吊杆为73Φ7高强平行钢丝外加2层PE防护，吊杆间距为5.5米，吊杆两端采用冷铸墩头锚锚固，张拉端设于拱肋上。桥面铺装层结构为8cm钢纤维防水砼+5cm沥青砼。桥台为重力式结构结合钻孔灌注桩基础，桥墩采用重力式桥墩结合钻孔灌注桩基础。二、技术标准2.1、设计行车速度：30km/h。2.2、设计荷载：公路Ⅱ级，人群荷载4.0kN/㎡。2.3、桥面宽度：行车道宽9.0米，两侧各设2.5米宽人行道（不包括拱肋宽度和栏杆），全宽14.5米。2.4、水位标准：50年一遇洪水位为359.02米；控制景观水位为354.9米；桥下无航净空要求。2.5、桥梁坡度：桥面纵坡：双向1.05%，竖曲线半径R=4000m，E=0.22m，T=42m；横坡：车行道双向1.5%，人行道单向1.5%。2.6、地震烈度：地震基本烈度Ⅵ度。-2-三、设计规范1、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）2、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）3、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）4、《公路桥梁抗震设计细则》（JTGB02-01-2008）5、《钢管混凝土设计与施工规程》（CECS28:90）6、《矩形钢管混凝土结构技术规程》（CECS159:2004）7、《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ13-51-2003)8、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）9、《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）10、《钢结构设计规范》GB50017-2003四、设计参数1、混凝土a.拱肋钢管内灌注C40混凝土b.吊杆、拱上横梁、边拱肋C30混凝土c.桥道板、现浇接缝C30混凝土d.现浇接缝C30混凝土e.桥面铺装C40防水混凝土f.拱座及拱上立柱、台帽C30混凝土g.桩基础C25水下混凝土H.桥台台身/承台C25混凝土混凝土的材料特性包括：标准强度、设计强度、弹性模量、剪切模量、线膨胀系数、容重等按有关规范取用。2、钢材：系杆预应力钢绞线为Φs15.20低松弛预应力钢铰线，标准抗拉极限强度为1860MPa，钢绞线采用GB/T5224-2003技术标准。拱肋、钢横梁截面采用Q345c钢。吊杆采用fpk＝1670MPa的高强钢丝。-3-钢材主要指标一览表钢筋种类抗拉设计强度)(Mpa抗压设计强度)(Mpa标准强度)(Mpa弹性模量)(MpaR2351951952355101.2HRB3352802803355100.2Strand18601260390186051095.1Wire1670114041016702.05510Q3452102103452.06510五、设计荷载取值1、恒载上部结构自重，混凝土容重取26KN/m3；拱肋钢材容重取78.5KN/m3。桥面铺装钢筋混凝土容重取25KN/m3。沥青混凝土铺装容重取24KN/m3，栏杆按5KN/m计算。2、计算荷载：汽车荷载按公路-Ⅱ级，双向2车道计算。3、温度力体系整体升温20℃；体系整体降温25℃六、计算概述主桥总体静力计算分别采用“MIDAS/CIVIL程序”及“桥梁博士程序”计算。按桥梁施工流程划分结构计算阶段，根据荷载组合要求的内容进行内力、应力、极限承载力计算，验算结构在运营阶段应力、极限承载力及整体刚度是否符合规范要求。主桥计算结果以MIDAS计算结果为主，桥梁博士计算结果为辅，因此报告中主桥验算结果未做特殊说明的部分均为MIDAS计算结果。主桥端、中横梁、桥面板计算等采用桥梁博士V3.03程序进行计算。七、荷载组合说明桥梁博士荷载组合说明如下：承载能力极限组合为组合Ⅰ，即基本组合，按规范JTGD60—2004第4.1.6条规定。按此组合验算结构的承载能力极限状态的强度。正常使用极限状态内力组合-4-分为三种组合，组合Ⅰ：长期效应组合，按规范JTGD60—2004第4.1.7条规定；组合Ⅱ：短期效应组合，按规范JTGD60—2004第4.1.7条规定；组合Ⅲ：标准值组合。MIDAS荷载（作用）直接按照《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)第4.1.4，4.1.5，4.1.6，4.1.7，4.1.8，4.1.9规定进行组合。八、主桥上部结构验算1、主桥MIDAS计算模型如图1所示，全桥计算模型共划分为415个节点和66个桁架单元（吊杆、系杆）和513个梁单元（拱肋、横梁、桥面板等）。计算文件中各种力的单位采用kN，长度单位采用m，应力单位为MPa。图1.MIDAS计算模型图2、主桥边界条件MIDAS计算模型中，将一个主拱肋、边拱肋交点设置成弹性支座（由群桩等效等到），其余拱脚支座设成滑动支座，滑动方向与设计文件同。九、施工阶段计算1、施工阶段步骤表主桥计算施工阶段划分情况如下表所示：MIDAS计算过程中施工步骤划分表施工步骤号施工步骤名称历时（天）施工结构部位施加荷载（作用）添加边界条件拆除边界条件1搭架浇注边拱肋段、端横梁10边拱自重弹性支撑、滑动支座、部分刚性支撑2主拱钢管10主拱-5-3主拱灌注混凝土54浇注边拱上立柱、横梁28张拉第一批系杆1600KN5安装拱上横梁、吊杆横梁36安装桥面板、浇注湿接头7张拉第二批系杆1600KN7二期恒载10收缩、徐变10年3650注：结构自重在第一个施工阶段添加后，在接下来的施工节段里，程序会自重添加。桥梁博士计算施工顺序与本表同。十、弹性阶段拱肋计算1、主拱肋内力计算主拱肋部分采用钢管混凝土结构，设计采用容许应力法，荷载组合按相应规范要求采用标准值组合。根据计算拱肋以“恒载+汽车荷载+人群+降温工况控制设计”。拱肋组合内力如下图所示：恒载+汽车荷载+人群+降温作用下弯矩（My）包络图（kN-m）MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM弯矩-y2.82082e+0032.12689e+0031.43295e+0037.39018e+0020.00000e+000-6.48851e+002-1.34279e+003-2.03672e+003-2.73065e+003-3.42459e+003-4.11852e+003-4.81246e+003CBSall:sLCB6MAX:31MIN:95文件:庆元桥拱肋计算单位:kN*m日期:10/27/2009表示-方向X:-0.336Y:-0.922Z:0.191恒载+汽车荷载+人群+降温作用下弯矩（FX）包络图（kN-m）-6-MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMDIAGRAM轴力-6.06470e+003-6.34435e+003-6.62399e+003-6.90364e+003-7.18328e+003-7.46293e+003-7.74257e+003-8.02222e+003-8.30186e+003-8.58151e+003-8.86115e+003-9.14080e+003CBSall:sLCB6MAX:80MIN:21文件:庆元桥拱肋计算单位:kN日期:10/27/2009表示-方向X:-0.303Y:-0.750Z:0.588其各设计控制点内力如下：拱脚：轴力9140.8KN，弯矩4812.5KN·m1/4拱肋：轴力6808.0KN，弯矩2671.0KN·m拱顶：轴力6068.0KN，弯矩2820.8KN·m2、矩形钢管混凝土拱截面验算拱脚截面：钢管混凝土截面尺寸b0.8m钢管混凝土截面尺寸h1.3m钢管壁厚t0.02m钢管抗弯惯性矩Is0.0197762m4混凝土抗弯惯性矩Ic0.1266905m4桥梁安全等级γ1一级为1.1，二级为1.0，三级为0.9C40混凝土抗压强度fc=19.1MpaC40混凝土弹性模量Ec32500Mpa钢材抗压强度f=295Mpa钢材弹性模量Es206000Mpa混凝土部分面积Ac0.9431m2钢管面积As0.0776m2混凝土工作承担系数fcAc/(fcAc+fAs)=αc=0.4403647拱轴线长度S90.82m拱轴x轴计算长度l0x32.6952m拱轴y轴计算长度l0y40m（x轴按无铰拱为0.36S，y轴计算长度按两段固定梁考虑，偏安全不考虑风撑影响取0.5L）强度验算Nu=Acfc+Asfs40905.21KN设计最大轴力N9140.8KNN/Nu0.2234631/γ=1满足-7-Mux=[0.5As(h-2t-dn)+bt(t+dn)]f12142.602KNm设计最大弯矩Mx4812.5KNmMx/Mu0.39633191/γ=1满足dn=(As-2bt)/[(b-2t)fc/f+4t]0.3529227mN/Nu+(1-αc)M/Mu=0.44526431/γ=1满足稳定验算部分轴心受压相对长细比λ0x=0.7953250.215轴心受压相对长细比λ0y=0.9730174轴心受压长细比λx=l0x/r061.054625轴心受压长细比λy=l0y/r074.695521r0=0.5355073m轴心受压稳定系数φx0.7263929轴心受压稳定系数φy0.6177335N'ex=Nex/1.168753.33KNNex=Nu*π2*Es/(λx)2/f75628.663KNβ1N/φx/Nu+(1-αc)*β*Mx/(1-0.8N/N'ex)/Mux=0.56344541/γ=1满足平面内稳定β*Mx/(1-0.8N/N'ex)/Mux=0.45710411/γ=1满足平面外稳定N/φy/Nu+β*Mx/Mux=0.75807841/γ=1满足1/4拱肋截面：钢管混凝土截面尺寸b0.8m钢管混凝土截面尺寸h1.3m钢管壁厚t0.02m钢管抗弯惯性矩Is0.0197762m4混凝土抗弯惯性矩Ic0.1266905m4桥梁安全等级γ1一级为1.1，二级为1.0，三级为0.9C40混凝土抗压强度fc=19.1MpaC40混凝土弹性模量Ec32500Mpa钢材抗压强度f=295Mpa钢材弹性模量Es206000Mpa混凝土部分面积Ac0.9431m2钢管面积As0.0776m2混凝土工作承担系数fcAc/(fcAc+fAs)=αc=0.4403647拱轴线长度S90.82m拱轴x轴计算长度l0x32.6952m拱轴y轴计算长度l0y40m（x轴按无铰拱为0.36S，y轴计算长度按两段固定梁考虑，偏安全不考虑风撑影响取0.5L）强度验算Nu=Acfc+Asfs40905.21KN设计最大轴力N6808KNN/Nu0.16643361/γ=1满足-8-Mux=[0.5As(h-2t-dn)+bt(t+dn)]f12142.602KNm设计最大弯矩Mx2671KNmMx/Mu0.21996931/γ=1满足dn=(As-2bt)/[(b-2t)fc/f+4t]0.3529227mN/Nu+(1-αc)M/Mu=0.28953621/γ=1满足稳定验算部分轴心受压相对长细比λ0x=0.7953250.215轴心受压相对长细比λ0y=0.9730174轴心受压长细比λx=l0x/r061.054625轴心受压长细比λy=l0y/r074.695521r0=0.5355073m轴心受压稳定系数φx0.7263929轴心受压稳定系数φy0.6177335N