某拱桥加固计算书.docx
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某拱桥加固计算书
XX桥
加固方案计算书
XXX
XXX年XX月
一工程概述
XX桥位X034,中心桩号为K7+693,跨铁山水库,该建成于1980年1月。
上部结构为3×42m双曲拱;下部结构:
桥台为U型重力式桥台,桥墩为重力式桥墩,基础为扩大基础,桥梁全长157m,桥面全宽为8m(0.45m安全带+7.1m行车道+0.45m安全带),原设计荷载等级为汽车-15、挂-80级,总体布置图如图1.1所示。
图1.1XX大桥总体布置图
主拱圈横截面由拱肋、拱波、拱板和横向连接系组成,其断面型式如图1.2所示。
主拱肋采用25号钢筋混凝土,拱板采用20号混凝土,拱波采用土模卧式
图1.2XX大桥断面图
预制的混凝土块件,梁采用25号钢筋混凝土,横墙座采用20号混凝土,横墙、腹孔圈及护拱均采用砂浆砌片石,桥台为混凝土砌块片石。
XX大桥主要材料如表1.1所示。
表1.1XX大桥主要材料
类型
主要构件
材料说明
混凝土
主拱肋
C25混凝土
拱板
C20混凝土
拱波
凝土预制块
横系梁
C25混凝土
横墙座
C20混凝土
横墙、腹孔圈、护拱
浆砌块片石
钢材
普通钢筋
Ⅱ级
图1-2湾头大桥横截面图
二计算依据及技术标准
XX大桥加固计算依据及主要技术指标如下:
2.1加固计算依据
1.《公路工程技术标准》(JTGB01-2003);
2.《公路桥涵通用设计规范》(JTJ021-89);
3.《公路砖石及混凝土桥涵设计规范》(JTJ022-85);
4.《公路圬工桥涵设计规范》(JTGD61-2005);
5.《公路桥涵施工技术规范》(JTGJ041-2000);
6.《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004);
2.2主要技术指标
1.桥面行车:
双向二车道;
2.原设计荷载:
汽-15,挂-80;
3.地震基本烈度:
抗震设计烈度<7度,不设防;
4.通航要求:
不通航;
5.设计洪水频率:
1/50;
6.桥梁纵坡:
0%。
三结构受损前受力分析
3.1有限元模型建立
采用大型通用有限元计算程序桥梁博士及Ansys建立了如图3.1所示的有限元计算模型。
a.模型立面示意
b.主拱单元标准截面
图3.1XX大桥有限元计算模型
材料容重和弹性模量等结构主要计算参数的取值如表3.1所示,模型中将横系梁的重量等效为集中荷载,作用于结构对应的节点处,模型的边界条件在拱脚处处理为固结。
3.2计算参数选取
相对湿度:
80%;
徐变、收缩天数:
30年;
地基及基础不均匀沉降:
1cm;
温度荷载:
均匀升温25℃,均匀降温-20℃。
结构有限元模型主要计算参数,如表3.1所示。
表3.1XX大桥主要计算参数
项目
标准
活载
汽车-20级,挂车-100
材料参数
主要构件
材料说明
弹性模量
容重
MPa
KN/m3
主拱肋
C25混凝土
2.85×104
25
拱板
C20混凝土
2.60×104
24
拱波
凝土预制块
600Rja
24
横系梁
C25混凝土
2.85×104
25
横墙座
C20混凝土
2.60×104
24
横墙、腹孔圈、护拱
浆砌块片石
600Rja
24~25
钢材
普通钢筋
Ⅱ级
2.0×105
78.5
3.3计算结果分析
计算内容包括对钢筋混凝土主拱圈进行内力、应力计算,并进行持久状况承载能力极限状态和持久状况正常使用极限状态下内力、应力验算,以及运营阶段稳定性的验算。
计算中考虑了结构自重、汽车荷载、温度作用、基础变位作用及混凝土收缩及徐变作用等作用。
3.3.1内力计算
主拱圈运营阶段内力计算时考虑了结构自重、汽车荷载、温度作用、基础变位作用及混凝土收缩及徐变作用等作用。
各项作用产生的效应如下表所示:
1)恒载作用效应
恒载作用包括主拱圈自重,拱上建筑、二期恒载等,产生的效应如表3.2所示。
表3.2主拱圈恒载作用效应
效应
截面位置
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
第一跨
拱脚
1.04E+04
4.38E+02
-3.05E+03
1/8L
8.87E+03
5.81E+02
-7.18E+02
1/4L
6.92E+03
2.61E+02
-9.39E+02
3/8L
6.42E+03
1.21E+02
6.72E+01
拱顶
6.35E+03
7.13E+01
2.06E+02
第二跨
拱脚
1.05E+04
4.94E+02
-3.09E+03
1/8L
8.86E+03
5.62E+02
-6.41E+02
1/4L
6.91E+03
2.59E+02
-9.03E+02
3/8L
6.48E+03
1.41E+02
-2.66E+01
拱顶
6.34E+03
6.66E+01
2.08E+02
第三跨
拱脚
1.05E+04
5.00E+02
-3.10E+03
1/8L
8.83E+03
5.68E+02
-6.31E+02
1/4L
6.87E+03
2.65E+02
-8.62E+02
3/8L
6.44E+03
1.40E+02
3.01E+01
拱顶
6.31E+03
5.94E+01
2.46E+02
2)温度作用效应
温度作用分别考虑整体升温25℃与降温20℃的影响,结果如表3.3所示。
表3.3主拱圈温度作用效应表
效应
截面位置
升温25℃
降温20℃
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
第一跨
拱脚
2.31E+02
3.69E+01
2.18E+02
-1.85E+02
-2.95E+01
-1.75E+02
1/8L
2.53E+02
-1.12E+02
4.00E+02
-2.02E+02
8.92E+01
-3.20E+02
1/4L
1.38E+03
-5.47E+02
1.80E+03
-1.10E+03
4.37E+02
-1.44E+03
3/8L
1.47E+03
-2.06E+02
-1.07E+03
-1.17E+03
1.65E+02
8.54E+02
拱顶
1.48E+03
-2.19E+01
-1.52E+03
-1.19E+03
1.75E+01
1.21E+03
第二跨
拱脚
1.64E+02
-9.21E+01
5.51E+02
-1.31E+02
7.36E+01
-4.41E+02
1/8L
2.72E+02
-8.65E+01
2.92E+02
-2.17E+02
6.92E+01
-2.33E+02
1/4L
1.36E+03
-5.32E+02
1.69E+03
-1.09E+03
4.26E+02
-1.35E+03
3/8L
1.44E+03
-2.71E+02
-7.11E+02
-1.15E+03
2.17E+02
5.69E+02
拱顶
1.46E+03
-1.31E+01
-1.50E+03
-1.17E+03
1.05E+01
1.20E+03
第三跨
拱脚
1.92E+02
-9.74E+01
5.48E+02
-1.54E+02
7.79E+01
-4.39E+02
1/8L
3.05E+02
-9.26E+01
2.75E+02
-2.44E+02
7.41E+01
-2.20E+02
1/4L
1.38E+03
-5.31E+02
1.61E+03
-1.11E+03
4.25E+02
-1.29E+03
3/8L
1.46E+03
-2.66E+02
-7.70E+02
-1.17E+03
2.13E+02
6.16E+02
拱顶
1.48E+03
-4.67E+00
-1.53E+03
-1.19E+03
3.73E+00
1.22E+03
3)基础沉降作用效应
主拱圈基础沉降按两边两个拱座与中间两个桥墩都有可能沉降,按中间其中一个桥墩产生1cm的竖向向下的沉降考虑,所产生的不利效应值如表3.4所示。
表3.4主拱圈基础沉降作用效应
效应
截面位置
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
第一跨
拱脚
1.08E+02
-3.22E+01
5.77E+01
1/8L
1.24E+02
-2.19E+01
-7.38E+01
1/4L
1.94E+01
3.10E+01
-3.86E+02
3/8L
1.16E+01
3.47E+01
-1.48E+02
拱顶
7.17E+00
3.59E+01
-2.38E+01
第二跨
拱脚
-9.60E+01
2.73E+01
-3.77E+01
1/8L
-1.09E+02
1.88E+01
7.43E+01
1/4L
7.49E+00
-3.81E+01
3.90E+02
3/8L
1.44E+01
-3.61E+01
1.76E+02
拱顶
2.05E+01
-3.29E+01
1.07E+00
第三跨
拱脚
4.80E+00
-9.44E+00
4.98E+01
1/8L
4.83E+00
-1.15E+00
-7.92E+00
1/4L
-2.49E+01
1.23E+01
-6.51E+01
3/8L
-2.67E+01
7.45E+00
-6.75E+00
拱顶
-2.76E+01
2.61E+00
2.00E+01
4)徐变、收缩作用效应
主拱圈徐变、收缩按10000天考虑,所产生的效应值如下表3.5所示。
表3.5主拱圈徐变、收缩作用效应
效应
截面位置
徐变
收缩
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
第一跨
拱脚
1.77E-01
7.04E-01
-7.60E+00
-6.34E-01
-9.80E-01
2.26E+00
1/8L
1.52E+00
-6.33E-01
2.76E+00
2.35E-01
1.07E+00
-1.63E+00
1/4L
4.13E+00
-1.59E+00
4.01E+00
-4.50E+00
1.91E+00
-8.75E+00
3/8L
4.39E+00
-5.73E-01
-4.26E+00
-4.82E+00
7.94E-01
1.52E+00
拱顶
4.43E+00
-2.17E-02
-5.45E+00
-4.89E+00
1.87E-01
3.40E+00
第二跨
拱脚
2.05E-01
8.07E-01
-7.88E+00
2.80E-01
6.93E-01
-2.00E+00
1/8L
1.51E+00
-6.71E-01
2.98E+00
-6.32E-03
7.36E-01
-3.12E-01
1/4L
4.09E+00
-1.59E+00
4.07E+00
-4.70E+00
1.89E+00
-8.04E+00
3/8L
4.31E+00
-8.06E-01
-3.08E+00
-4.96E+00
9.87E-01
5.30E-01
拱顶
4.38E+00
-3.25E-02
-5.41E+00
-5.06E+00
9.51E-02
3.50E+00
第三跨
拱脚
1.39E-01
8.22E-01
-7.90E+00
-2.19E-01
8.09E-01
-2.13E+00
1/8L
1.43E+00
-6.57E-01
3.01E+00
-6.11E-01
8.54E-01
-1.27E-01
1/4L
3.98E+00
-1.57E+00
4.14E+00
-5.37E+00
2.00E+00
-7.27E+00
3/8L
4.20E+00
-8.04E-01
-2.94E+00
-5.65E+00
9.71E-01
1.62E+00
拱顶
4.27E+00
-4.97E-02
-5.29E+00
-5.73E+00
-4.22E-02
4.24E+00
5)汽车荷载作用效应
分别考虑主拱圈在汽-15,挂-80级的活载作用下,最大N、M、Q以及最小N、M、Q所对应的效应值如下表所示。
表3.6主拱圈汽车荷载作用轴力Nmax/Nmin效应
效应
截面位置
Nmax
Nmin
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
第一跨
拱脚
5.05E+02
-3.31E+01
8.42E+00
-2.03E+01
6.96E+00
-2.59E+01
1/8L
5.02E+02
2.26E+00
-8.65E+01
-2.58E+01
5.27E+00
-2.08E+00
1/4L
4.42E+02
4.17E+01
-1.54E+02
-5.55E+01
1.59E+01
-2.35E+01
3/8L
4.23E+02
7.45E+01
3.11E+01
-5.75E+01
1.55E+00
4.76E+01
拱顶
4.12E+02
-5.97E+01
2.17E+02
-5.74E+01
-4.15E+00
4.50E+01
第二跨
拱脚
5.01E+02
-2.60E+01
-3.55E+01
-2.08E+01
8.94E+00
-3.14E+01
1/8L
4.98E+02
2.96E+00
-9.03E+01
-2.44E+01
3.18E+00
1.15E+01
1/4L
4.43E+02
4.80E+01
-1.15E+02
-4.89E+01
1.75E+01
-5.98E+01
3/8L
4.17E+02
7.64E+01
3.70E+01
-5.13E+01
7.45E+00
1.55E+01
拱顶
3.96E+02
4.42E+01
1.60E+02
-4.88E+01
-9.59E-01
3.42E+01
第三跨
拱脚
5.00E+02
-2.66E+01
-2.96E+01
0.00E+00
0.00E+00
0.00E+00
1/8L
5.01E+02
2.81E+00
-9.41E+01
0.00E+00
0.00E+00
0.00E+00
1/4L
4.62E+02
5.65E+01
-5.81E+01
-5.16E+01
2.59E+01
-1.42E+02
3/8L
4.26E+02
3.49E+01
7.11E+01
-5.55E+01
1.60E+01
-1.77E+01
拱顶
4.13E+02
5.23E+01
1.62E+02
-5.72E+01
4.95E+00
3.95E+01
表3.7主拱圈汽车荷载作用弯矩Mmax/Mmin效应
效应
截面位置
Mmax
Mmin
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
第一跨
拱脚
3.37E+02
-7.52E+01
1.99E+02
1.60E+02
9.65E+01
-2.89E+02
1/8L
1.46E+02
5.03E+01
8.52E+01
4.97E+02
-1.02E+01
-1.09E+02
1/4L
1.48E+02
-5.72E+01
2.12E+02
3.70E+02
6.25E+01
-2.33E+02
3/8L
2.38E+02
-4.88E+01
3.48E+02
3.16E+02
4.51E+00
-1.92E+02
拱顶
2.01E+02
-3.49E+01
3.49E+02
2.50E+02
1.47E+01
-1.69E+02
第二跨
拱脚
2.55E+02
-7.77E+01
2.55E+02
3.79E+02
7.25E+01
-3.39E+02
1/8L
1.17E+02
5.60E+01
9.59E+01
4.86E+02
-1.57E+01
-1.11E+02
1/4L
1.36E+02
-6.33E+01
3.04E+02
3.77E+02
3.64E+01
-3.02E+02
3/8L
2.62E+02
-1.83E+01
3.44E+02
2.49E+02
1.68E+01
-1.95E+02
拱顶
1.90E+02
-8.81E+01
3.54E+02
2.48E+02
1.32E+01
-1.64E+02
第三跨
拱脚
2.64E+02
-7.50E+01
2.37E+02
2.96E+02
8.41E+01
-3.11E+02
1/8L
1.06E+02
5.89E+01
9.67E+01
4.82E+02
-1.82E+01
-1.08E+02
1/4L
1.39E+02
-6.56E+01
3.24E+02
3.57E+02
3.65E+01
-3.06E+02
3/8L
2.25E+02
-8.69E+01
3.37E+02
2.28E+02
1.17E+01
-1.50E+02
拱顶
2.12E+02
-3.99E+01
3.40E+02
2.65E+02
-1.52E+01
-1.52E+02
表3.8主拱圈汽车荷载作用剪力Qmax/Qmin效应
效应
截面位置
Qmax
Qmin
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
第一跨
拱脚
1.72E+02
1.03E+02
-3.06E+02
4.03E+02
-7.90E+01
1.87E+02
1/8L
1.89E+02
9.42E+01
4.91E+01
3.54E+02
-4.68E+01
-2.30E+01
1/4L
7.71E+01
1.67E+02
6.85E+01
3.26E+02
-8.20E+01
1.57E+02
3/8L
2.20E+02
1.16E+02
3.64E+02
2.56E+02
-7.61E+01
2.21E+02
拱顶
3.06E+02
9.72E+01
2.73E+02
2.16E+02
-9.30E+01
3.37E+02
第二跨
拱脚
1.64E+02
1.01E+02
-3.11E+02
3.59E+02
-8.49E+01
2.30E+02
1/8L
1.83E+02
9.67E+01
6.21E+01
3.43E+02
-4.71E+01
-3.24E+01
1/4L
9.87E+01
1.52E+02
1.15E+02
2.24E+02
-7.56E+01
2.66E+02
3/8L
1.98E+02
1.20E+02
2.97E+02
2.50E+02
-8.01E+01
2.32E+02
拱顶
2.35E+02
9.48E+01
2.85E+02
2.31E+02
-8.93E+01
2.93E+02
第三跨
拱脚
1.84E+02
9.93E+01
-3.03E+02
3.79E+02
-8.36E+01
2.15E+02
1/8L
2.23E+02
1.00E+02
6.86E+01
3.59E+02
-4.47E+01
-4.21E+01
1/4L
1.28E+02
1.45E+02
9.89E+01
2.39E+02
-7.59E+01
2.69E+02
3/8L
2.00E+02
1.13E+02
2.58E+02
2.51E+02
-8.20E+01
2.41E+02
拱顶
2.27E+02
1.00E+02
3.27E+02
2.99E+02
-8.93E+01
2.62E+02
表3.9主拱圈挂车荷载作用轴力Nmax/Nmin效应
效应
截面位置
Nmax
Nmin
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
N(kN)
Q(kN)
M(kN·m)
第一跨
拱脚
1.21E+03
-1.25E+02
9.48E+01
-4.97E+01
1.72E+01
-6.53E+01
1/8L
1.22E+03
-5.77E+00
-2.83E+02
-6.34E+01
1.32E+01
-6.64E+00
1/4L
1.01E+03
3.02E+01
-5.63E+02
-1.35E+02
3.89E+01
-5.85E+01
3/8L
9.81E+02
2.27E+02
2.17E+02
-1.41E+02
5.82E+00
1.16E+02
拱顶
9.42E+02
-6.09E+01
7.66E+02
-1.40E+02
-1.17E+01
1.10E+02
第二跨
拱脚
1.18E+03
-7.24E+01
-2.08E+02
-4.55E+01
1.82E+01
-6.90E+01
1/8L
1.19E+03
-4.92E+00
-2.73E+02
-5.65E+01
1.13E+01
2.76E+00
1/4L
9.66E+02
1.06E+02
-6.89E+02
-8.89E+01
2.05E+01
9.26E+00
3/8L
9.32E+02
2.59E+02
2.38E+02
-9.11E+01
1.20E+00
8.57E+01
拱顶
8.71E+02
-7.80E+00
7.88E+02
-9.03E+01
-1.24E+01
6.82E+01
第三跨
拱脚
1.23E+03
-9.58E+01
-1.05E+02
0.00E+00
0.00E+00
0.00E+00
1/8L
1.25E+03
-1.48E+01
-2.65E+02
0.00E+00
0.00E+00
0.00E+00
1/4L
1.05E+03
1.22E+02
-6.42E+02
-1.26E+02
6.31E+01
-3.44E+02
3/8L
1.01E+03
2.93E+02
4.18E+02
-1.35E+02
3.88E+01
-4.31E+01
拱顶
9.43E+02
4.80E+01
7.
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- 拱桥 加固 计算