陈家坝(飞燕拱桥)计算书.doc
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陈家坝(飞燕拱桥)计算书.doc
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平利陈家坝工业园
坝河大桥计算书
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北京武交工程勘察设计院
二〇一〇年五月
目录
1项目概况 1
1.1桥梁概况 1
1.2计算标准和依据 1
1.3主要材料 1
2计算模型 3
2.1计算说明 3
2.2模型荷载输入 3
2.3数值符号规定 4
3全桥结构计算 4
3.1不同荷载组合下的力学性能验算 4
3.1.1荷载组合形式 4
3.1.2力学性能分析 5
3.2截面验算 9
3.2.1主拱肋截面应力验算 9
3.2.2主拱肋按承载力极限状态进行验算 10
3.2.3风撑按承载力极限状态进行验算 13
3.2.4横梁按承载力极限状态进行验算 15
4全桥稳定性能分析 17
5拱座受力性能分析 19
6墩台验算 22
6.1桥墩基底承载力验算 22
6.2桥台稳定性验算 23
坝河大桥计算书
1项目概况
1.1桥梁概况
坝河大桥桥头引道起点接线于省道S308K22+800处,终点接线至坝河北岸4米宽混凝土水泥路。
引道在K0+148.55处与拟建河堤大道平交。
本桥桥型采用钢筋混凝土飞燕式拱,桥梁中心桩号为K0+213.55,桥梁起点桩号为K0+169.87,桥梁终点桩号为K0+263.63,桥梁跨径为18+50+18米,桥梁全长为93.76米。
桥梁主跨在纵面位于R=3000米的竖曲线内,桥梁中心向两岸设1.5%的纵坡,桥面设1.5%的双向横坡,便于桥面排水;平面位于直线段内。
1.2计算标准和依据
1)桥梁设计荷载:
公路—Ⅰ级
2)桥面宽度:
净10m(行车道)+2×2.0m(人行道)=14m,全宽15.9m
3)设计洪水频率:
1/100
4)桥梁横坡:
双向1.5%
5)桥涵结构设计安全等级:
二级
6)桥涵结构环境类别:
Ⅰ类环境
7)地震动参数:
抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g,设计特征周期为0.35s。
1.3主要材料
1)混凝土
主拱肋、中跨横梁、纵系梁均采用C50;边拱肋、行车道系、风撑采用C40;护栏、桥头搭板C30;墩身、墩帽、台帽、侧墙帽采用C30;台身、扩大基础采用C25;桥面铺装采用C40钢纤维防水混凝土+沥青砼。
2)圬工砌体
锥坡护坡及锥坡基础采用M7.5浆砌片石。
3)预应力钢绞线
预应力钢绞线应符合《无粘结预应力钢绞线》(JG161-2004)标准要求,公称直径15.2mm,公称截面积139.0mm2,钢绞线标准强度fpk=1860MPa,松弛率小于2.5%,弹性模量Ep=1.95×105MPa。
防腐润滑脂应满足无粘结预应力筋专用防腐润滑脂(JG3007-1993)的要求。
4)高强钢丝
吊杆高强钢丝应符合《高强低松弛预应力钢绞线》(GB/T5224-2003)标准要求,拱桥吊杆采用61Ф5mm高强钢丝,其标准强度fpk=1670MPa,松弛率为2.5%弹性模量Ep=1.95×105MPa。
5)普通钢筋
普通钢筋必须符合“GB1499-1988”和“GB13013-1995”标准的规定,其中:
钢筋直径D>10mm,全部采用HRB335级钢筋,抗拉标准强度fsk=335Mpa。
钢筋直径D≤10mm,全部采用R235级钢筋,抗拉标准强度fsk=235Mpa。
6)钢纤维
钢纤维应符合《混凝土用钢纤维》(YB/T151-1999)钢纤维混凝土施工应符合《钢锭铣削型钢纤维混凝土应用技术规程》(DBJ08―59―2006),桥面现浇层及伸缩缝两侧采用铣削型钢纤维,其抗拉强度不应低于600MPa。
钢纤维长度应与混凝土粗集料最大公称粒径相匹配,最短长度宜大于粗集料最大公称粒径的1/3;最大长度不宜大于粗集料最大公称粒径的2倍;钢纤维长度与标称值的偏差不应超过±10%。
桥面现浇层每立方米混凝土加入45Kg钢纤维,伸缩缝槽口处每立方米混凝土加入50Kg钢纤维。
7)钢材
均采用Q235钢,技术标准必须符合《普通碳素结构钢技术条件》(GB/T700-1998)的规定,选用的焊接材料应符合《碳钢焊条》(GB/T5117-1995)及《低合金钢焊条》(GB/T5118-1995)的要求。
8)锚具
预应力锚具采用OVM锚具及其配套张拉设备,管道成孔采用金属波纹管;吊杆锚具采用OVMLZM5-61锚具。
9)支座
采用板式橡胶支座,其性能应符合《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4-2004)。
10)伸缩缝
0、3号桥台处采用80异型钢伸缩缝,其标准须符合《公路桥梁橡胶伸缩缝装置》(JT/T327)的规定,伸缩缝应在厂家的指导下施工,安装时必须满足该处桥面标高的要求。
11)桥梁结构混凝土耐久性要求
桥梁结构混凝土耐久性的基本要求是:
最大水灰比0.55,最小水泥用量275Kg/m3,最低混凝土强度等级C25,最大氯离子含量0.30%,最大碱含量3.0Kg/m3。
12)其他
本桥所有材料质量的要求应符合《公路桥梁施工技术规范》(JTJ041-2000)的有关规定,并符合相应的国家标准。
本桥所有材料及标准件产品均应采用通过国家级或部级鉴定的产品,并应按国标部标要求进行抽样检验。
2计算模型
2.1计算说明
将拱圈自重、拱上立柱自重、墩上立柱自重、和桥面系自重通过荷载形式输入模型;考虑桥梁结构整体升温40度、降温-5度;移动荷载为公路一级,横向双车道。
桥梁结构计算采用空间结构计算软件Midas/Civil有限元软件进行计算,将结构离散为3302个节点和3522个单元。
根据桥梁的实际情况用有限元建立模型,针对其结构特性,根据其具体的施工方法对全桥各组成部分进行详细计算分析。
图1陈家坝大桥模型
2.2模型荷载输入
拱圈自重、温度作用和汽车荷载在Midas/Civil软件中输入,由程序自动实现。
图2人群荷载(kN/m2)
2.3数值符号规定
弯矩:
以下侧受拉为正,上侧受拉为负
轴力:
受压为负,受拉为正
应力:
以压应力为负,拉应力为正
3全桥结构计算
3.1不同荷载组合下的力学性能验算
本桥采用满堂支架施工。
根据这种施工方法针对全桥各组成部分分别建立模型,并分别进行计算,再进行截面强度验算,配置受力钢筋,经过反复调整,最后得出主拱圈的内力和横梁、横撑的应力,满足设计规范要求为止。
本次建模采用的单元主要有:
梁单元、板单元和只受拉单元。
梁单元有:
主拱圈、纵梁、中横梁和拱肋横梁;板单元有:
边拱圈、拱上立柱、墩上立柱、端横梁、行车道板;只受拉单元有:
吊杆。
3.1.1荷载组合形式
在用Midas对该桥进行计算时主要采用了5种荷载组合形式如下:
组合1:
恒载+公路Ⅰ级
组合2:
恒载+公路Ⅰ级+系统升温+支座沉降1
组合3:
恒载+公路Ⅰ级+系统升温+支座沉降2
组合4:
恒载+公路Ⅰ级+系统降温+支座沉降1
组合5:
恒载+公路Ⅰ级+系统降温+支座沉降2
荷载工况系数为:
恒载为1.2,公路Ⅰ级为1.4,其余均为1的系数。
3.1.2力学性能分析
1)主拱肋不同控制截面下的应力
表1主拱肋不同组合工况下应力比较(单位:
MPa)
部位
项目
拱脚
1/4L0
拱顶
组合1
上缘
-15.28
0.91
-12.07
下缘
-13.68
-14.64
-4.19
组合2
上缘
-15.47
0.79
-12.19
下缘
-13.63
-13.79
-4.19
组合3
上缘
-14.77
1.47
-11.93
下缘
-14.19
-14.41
-4.41
组合4
上缘
-15.78
-0.87
-12.25
下缘
-13.38
-13.58
-4.14
组合5
上缘
-15.08
1.24
-11.99
下缘
-13.93
-14.19
-4.37
从上表可以看出:
不同荷载组合下主拱肋主要承受压应力,最大的压应力为:
15.78MPa,主拱肋用的是C50混凝土,C50最大抗压强度为22.4MPa,最大抗拉强度为1.83MPa,由此可见,主拱肋的压应力在安全范围之内还存在很大的富余,满足安全设计的要求。
2)纵梁内力分析
荷载组合1
荷载组合2
荷载组合3
荷载组合4
荷载组合5
从以上几种荷载组合下纵梁的所受的内力图可以看出,纵梁主要受的是压力,在梁端有最大轴压力7132kN,在桥墩处有最小12.31kN的轴压力
3)板单元
图35种不同荷载组合下的板单元应力分布图
从上述图中可以看出:
在不同荷载组合的情况下,板单元的应力也是在安全考虑的范围之内,并且不同的荷载组合对板单元的应力并没有很大的影响。
4)风撑
从上述图中可以看出:
在不同荷载组合的情况下,风撑均处于压应力状态,符合受力特点要求,最大压应力为4MPa多,最小压应力为2MPa多,混凝土抗压强度为22.4MPa,由此可见,风撑的压应力存在很大的富余。
3.2截面验算
3.2.1主拱肋截面应力验算
表2主拱肋截面应力验算(恒+汽)
项目
部位
单片拱肋内力
拱肋应力(MPa)
单片肋拱脚反力
竖向位移
(mm)
弯矩
(KN*m)
轴力(KN)
上缘
下缘
水平H
(KN)
竖直V
(KN)
主
拱
肋
拱脚
-141.5
-8275.1
-15.5
-13.5
8275.1
822.7
—
1/4Lo
-25.5
-7565.6
-9.2
-8.74
—
拱顶
30.5
-6663.0
-12.3
-12.0
-16.6
从计算结果可知,主拱肋全截面在组合荷载作用下均为压应力,并有最小8.74MPa的压应力储备,在考虑温度应力和支座沉降影响时也满足要求,此处不再单独列出。
3.2.2主拱肋按承载力极限状态进行验算
1)主拱肋跨中截面
中拱肋为普通钢筋混凝土结构,根据内力计算结果,拱圈上下缘各配8根Φ28普通HRB335钢筋作为主要受力钢筋验算结构的截面强度,计算结果表明,正截面强度承载力是安全的。
<<桥梁博士>>---截面设计系统输出
文档描述:
拱肋计算
任务标识:
主拱肋跨中截面计算
任务类型:
截面验算
------------------------------------------------------------
截面高度:
1.4m
构件计算长度:
0.0m
------------------------------------------------------------
荷载信息:
荷载类型:
轴力(KN)剪力(KN)弯矩(KN-m)
结构重力5.54e+037.00e-02842
汽车冲击系数:
0.3
------------------------------------------------------------
计算信息:
钢筋混凝土截面承载能力极限状态荷载组合I
------------------------------------------------------------
计算结果:
荷载组合结果:
内力最大轴力最小轴力最大剪力最小剪力最大弯矩最小弯矩
轴力6.65e+035.54e+036.65e+035.54e+036.65e+
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- 陈家坝 飞燕 拱桥 计算