马宁主桥计算书76+2130+76连续刚构.docx
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马宁主桥计算书76+2130+76连续刚构
马宁特大桥主桥采用76+2*130+76=412m预应力混凝土连续刚构,上部结构采用左右幅桥分修,单幅为单箱单室,箱梁顶面宽16.25m,箱宽7.8m,悬臂4.225m。
下部采用单肢箱型截面,群桩基础。
承台及基桩采用左右单修。
本桥纵向分析采用同豪公司开发的平面杆系程序”桥梁博士(V3.03)”结构设计施工计算程序。
一.主要计算依据
(1)、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004),以下简称《通规》;
(2)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004),以下简称《公预规》;
(3)、《公路工程技术标准》(JTGB01-2003);
(4)、《公路桥涵地基和基础设计规范》(JTJ024-85);
(5)、《公路工程抗震设计规范》(JTJ004-89)。
(6)、《公路桥梁抗风设计规范》(JTGD60-01-2004)。
二.主要计算参数和假定
1.设计标准
(1)荷载等级:
公路—Ⅰ级;
(2)设计安全等级:
一级。
2.材料特性和计算参数
(1)本结构采用的混凝土特性见表1:
表1混凝土参数取值
类别
标号
部位
弹性模量MPa
泊松比ν
热膨胀系数α
容重kN/m3
抗压标准强度MPa
抗拉标准强度MPa
C60
主梁
3.60E4
0.2
0.00001
26.0
38.50
2.85
C40
墩身
3.25E4
0.2
0.00001
25.5
26.80
2.40
C30
承台
3.00E4
0.2
0.00001
25.5
20.10
2.01
C25
基桩
2.80E4
0.2
0.00001
25.5
16.70
1.78
(2)桥面铺装水泥混凝土容重采用26kN/m3。
(3)预应力钢筋特性
预应力采用钢绞线束施加,钢绞线弹性模量为Ep=1.95×105MPa,钢绞线采用低松弛钢绞线,公称直径15.24mm,公称面积为140mm2,抗拉标准强度为fpk=1860MPa。
锚下张拉控制应力为1395MPa。
预应力预埋波纹管道采用塑料波纹管,真空辅助压浆。
锚具设计采用OVM配套锚具。
锚具单端回缩量按6mm计算,孔道摩阻系数μ=0.20和偏差系数k=0.0015。
竖向预应力钢筋采用精轧螺纹钢筋,公称直径d=25mm,抗拉强度标准值fpk=785MPa,每根精轧螺纹钢筋设计锚下张拉控制应力σcon=0.9fpk=706.5MPa,考虑锚具回缩1mm,松弛5%。
但本计算中暂未考虑竖向预应力钢筋参和结构受力。
3.恒载
一期恒载:
一期恒载包括主梁。
横隔板作为外部荷载考虑,不参和结构受力,主墩顶每片横隔板重550kN,边横隔板每片重600kN。
二期恒载:
二期恒载为桥面防撞栏、桥面铺装等,其中桥面铺装为厚9cm水泥混凝土,计算时按13cm厚考虑,以避免施工时摊铺不均匀对结构的产生影响。
二期恒载q=70kN/m。
4.运营活载
活载:
公路—Ⅰ级,四车道
偏载系数:
近似全桥一致,取值1.15。
横向分布系数:
汽车 4x0.67x1.15=3.082,取值3.1。
5.挂篮型式和临时荷载
上部结构悬浇最大块件重量为1646kN,挂篮重取最大节段重的0.45倍,并考虑施工的人员及临时施工机具等临时荷载的影响,取值为750kN。
合龙吊架以350KN考虑。
6.施工环境和温度模式
(1)施工环境:
年平均相对湿度取RH=80%,环境类别为Ⅰ类。
(2)温度模式:
a)均匀温差:
升温取+20℃,降温取-20℃。
b)梯度温度:
由于桥面铺装采用钢筋砼结构,日照温差对结构影响较大,公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)规定日照正温差为T1=25℃,T2=6.7℃,T3=0℃,日照反温差为正温差的-0.5倍,由于我国幅员辽阔,我院经过谨慎考虑和咨询专家意见后,日照温差设计采用值为日照正温差为T1=22℃,T2=6.7℃,T3=0℃;日照反温差为T1=-10℃,T2=-3.75℃,T3=0℃。
c)合龙温度:
以15℃~25℃考虑。
7.基础不均匀沉降:
考虑到桩基础为嵌岩桩,虽然施工中桩基底会有沉淀土厚度,但在悬浇过程中结构恒载作用下的沉降已基本完成,因此本次计算中,边墩取值-1.0cm,主墩取值-2.0cm共五组沉降值,由程序自动组合计算最不利荷载组合值。
8.施工工序
本桥下部结构为群桩基础,采用钻孔施工;上部结构采用悬臂浇注法三个T同时施工,先合龙两个边跨,后合龙中跨。
边跨合龙段采用设置临时墩合龙;中跨合龙段采用合龙吊架施工。
9.桥梁线形
本桥为直线桥;纵坡为3.5%,竖曲线顶点位于本桥主跨内。
在计算中假定本桥为平直桥。
10.构件设计
采用全预应力混凝土、分段浇筑的纵向分块构件进行设计。
11.作用组合
共采用五种作用组合:
1、承载能力极限状态组合,下称“承载能力组合”
2、持久状况正常使用极限状态,作用长期效应组合,下称“组合1”
3、持久状况正常使用极限状态,作用短期效应组合,下称“组合2”
4、持久状况结构弹性阶段截面应力验算,下称“组合3”
5、短暂状况结构弹性阶段截面应力验算(施工阶段验算),下称“组合5”
三.结构离散
本次计算将整个桥梁离散为207个单元,其中,上部138个单元,墩身30个单元,承台3个单元,基桩24个单元,余为挂篮单元。
节点按照顺序划分,不同单元、相同节点号时程序默认为单元刚结。
对于桩基础,参考鲍卫刚“桥梁承台桩基柔度的模拟”计算得到模拟刚度三个桥墩桩基础差别不大,统一取为b=2m,h=2.5m的矩形;桩长取22m计算。
计算模型共分58个施工阶段及1个运营阶段(详见下表)。
每一节段箱梁施工周期为9天,其中张拉预应力钢束时混凝土龄期为7天。
支点处(不考虑局部加厚)、跨中断面如图1所示,单位厘米:
图1支点及跨中横断面图
单元划分(一半结构离散图)见如下结构离散图:
图2计算离散图
表2施工阶段概述
四.主要计算成果
1、承载能力组合(强度验算)
1)最大抗力及对应内力图3
图3最大抗力及对应内力(成桥后3600天)
2)最小抗力及对应内力图4
图4最小抗力及对应内力(成桥后3600天)
2、组合1(作用长期效应桥梁受力状况)
1)长期效应截面最小最大正应力(成桥后3600d)图5
图5长期效应截面最大正应力状况(成桥后3600天)
3、组合2(短期效应截面抗裂验算)
1)短期效应截面最小正应力(成桥后3600d)图6
图6短期效应截面最小正应力(成桥后3600天)
2)短期效应斜截面最大主拉应力(成桥后3600d)图7
图7短期效应截面最大主拉应力(成桥后3600天)
4、组合3(截面弹性阶段压应力验算)
1)截面最大正应力(桥后30d)图8
图8弹性阶段截面最大正应力(成桥后30天)
2)斜截面最大主压应力(桥后30d)图9
图9弹性阶段截面最大主压应力(成桥后30天)
5、组合4(施工阶段应力验算)
1)施工阶段截面正应力最值图10
图10施工中第二梁段未张拉前截面正应力最值
图11施工中最大悬臂时截面正应力最值
6、挠度计算
暂时不考虑施工预抛高,经计算,中跨跨中,在短期效应组合(包括结构自重)下最大下挠4.16cm,挠度长期增长系数取为1.41。
五.主要计算结论
1、对于强度验算(抗弯)(承载能力组合)
从计算结果可见:
强度不存在包络不到之截面,满足规范。
中跨跨中[R]=229318KN.M>γ0Sud=157937KN.M
边跨跨中附近[R]=112508KN.M>γ0Sud=85665KN.M
中跨支点[R]=-1483554KN.M>γ0Sud=-794116KN.M
次中跨支点[R]=-1479752KN.M>γ0Sud=-799738KN.M
2、结构长期应力状况(组合1)
根据结构设计理论可知,砼在长期高压下比较危险。
从计算结果看来(最大压应力为11.22MPa,应力均匀良好),结构并没有出现长期在高压之下,不存在应力比较大的突变。
图5
3、对于持久状况正常使用极限状态抗裂验算
根据《公预规》第6.3.1条之规定,对分段浇筑的纵向分块全预应力混凝土构件,在短期效应组合下,正截面抗裂应满足σst-0.8σpc≤0(公式6.3.1-2),斜截面抗裂,应满足σtp≤0.4ftk(公式6.3.1-6)。
0.4ftk=0.4*2.85=1.14MPa;
查在作用(或荷载)短期效应组合下的最小正应力图(图6)可知,全桥基本没出现拉应力,满足公式6.3.1-2的要求;
查在作用(或荷载)短期效应组合下的最大主拉应力图(图7)可知,再未考虑竖向粗钢筋作用下,最大主拉应力为σtp=-1.26MPa,大于-1.14MPa,相去0.12MPa,这差值远小于竖向粗钢筋对主拉提供的范围之内,故结构满足公式6.3.1-6的要求。
4、持久状况弹性阶段截面应力验算(组合4)
根据《公预规》第7.1.5条、第7.1.6条之规定,受压区混凝土的最大压应力(对未开裂构件)应满足σkc+σpt≤0.5fck(公式7.1.5-1);受拉区预应力钢筋的最大拉应力(钢筋为钢绞线的未开裂构件)应满足σpe+σp≤0.65fpk(公式7.1.5-2);预应力混凝土的主压应力应满足σcp≤0.6fck(公式7.1.6-1)。
0.5fck=0.5*38.5=19.25MPa;
0.65fpk=0.65*1860=1209MPa;
0.6fck=0.6*38.5=23.1MPa;
查使用阶段(弹性阶段)混凝土截面的最大正应力图(图8)可知,最大正压应力为18.50MPa<19.25MPa,满足公式7.1.5-1的要求;
查使用阶段(弹性阶段)混凝土截面的最大主应力图(图9)可知,最大主压应力为18.50MPa<23.1MPa,满足公式7.1.6-1的要求;
查看使用阶段预应力束的输出结果,刚束出现最大应力为1206MPa<1209MPa,满足公式7.1.5-2的要求。
5、短暂状况构件的应力验算(即施工阶段验算)(组合5)
根据《公预规》第7.2.7条、第7.2.8条之规定,施工阶段压应力应满足σtcc≤0.7fck’,拉应力应满足σtct≤1.15ftk’。
0.7fck’=0.7*38.5*0.75=20.21MPa;
1.15ftk’=1.15*2.85*0.75=2.46MPa;
由施工阶段应力图(图10)输出结果可知,最大压应力为σtcc=11.13MPa<20.21MPa,未出现拉应力,满足规范要求。
6、挠度
在短期效应(未剔除结构自重效应)作用下,主梁跨中最大挠度4.49cm,并考虑荷载长期效应增长系数1.41后,其长期挠度值为6.33cm 21.6cm,满足规范要求。 综上所述,本桥梁整体结构的设计完全满足规范
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