西部地區(qū)中小跨徑適用橋梁形式研究

1、西部地區(qū)中小跨徑適用橋梁形式研究通用圖設(shè)計計算書13m裝配式先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板計算目錄1.概況與基本數(shù)據(jù)11.1概況11.2技術(shù)規(guī)范11.3基本數(shù)據(jù)11.4 作用荷載、荷載組合、荷載作用簡圖21.5 計算模式、重要性系數(shù)21.6 材料主要指標(biāo)21.7 主要材料選用32計算模型及相關(guān)參數(shù)32.1 空心板施工階段32.2 結(jié)構(gòu)離散圖32.3 空心板橫斷面42.4 活載橫向分布系數(shù)與汽車沖擊系數(shù)42.5 預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)造52.6 預(yù)應(yīng)力配置52.7 溫度效應(yīng)及支座沉降53簡支空心板計算結(jié)果驗算53.1 簡支空心板邊板施工階段驗算53.2 簡支空心板邊板使用階段驗算73.3 簡支空心板中板施工階

2、段驗算103.4簡支空心板中板使用階段驗算124計算結(jié)論151.概況與基本數(shù)據(jù)1.1概況 依據(jù)西部地區(qū)中小跨徑橋梁技術(shù)研討會會議紀(jì)要、西部地區(qū)中小跨徑適用橋梁形式研究下一步工作內(nèi)容和計劃及我院任務(wù)通知單。課題組進(jìn)行課題相關(guān)設(shè)計開發(fā)。開發(fā)原則為：（1） 上部構(gòu)造形式采用9板式（2） 板寬模數(shù)B=1.24米，預(yù)制高度為0.75米。（3） 混凝土強(qiáng)度等級：C50 （4） 邊板懸臂長度34厘米。（5） 空心板兩端及順橋向采用單排支座。（6） 適用路基寬度：整體式路基24.50米、分體式路基12.0米。（7） 適用于直線橋。1.2技術(shù)規(guī)范1公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(JTG B01-2003)2公路橋涵設(shè)計通用規(guī)

3、范（JTG D60-2004）3公路磚石及混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTJ 022-85）4公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）5公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（JTJ 024-85）6公路工程抗震設(shè)計規(guī)范（JTJ 004-89）7公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范（JTJ 041-2000）1.3基本數(shù)據(jù)（1） 結(jié) 構(gòu)：先張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板（2） 計算跨經(jīng)：13米（3） 路基寬度：整體式路基24.5米、12米（4） 車 道 數(shù)：雙向4車道（5） 汽車荷載：公路級1.4 作用荷載、荷載組合、荷載作用簡圖1永久作用：結(jié)構(gòu)重力、預(yù)加力和混凝土的收縮及徐變作用2可變作用：汽車荷載、溫

4、度作用3.作用效應(yīng)組合（1）承載能力極限狀態(tài) 組合設(shè)計值Sud=1.2×永久作用 +1.4×汽車荷載+0.8×1.4溫度汽車荷載計沖擊力，組合值還應(yīng)乘的結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1（2）正常使用極限狀態(tài) 作用短期效應(yīng)組合：永久作用+0.7×汽車荷載+0.8×溫度梯度+1.0×均勻溫度作用 作用長期效應(yīng)組合：永久作用+0.4×汽車+0.8×溫度梯度+1.0×均勻溫度作用1.5 計算模式、重要性系數(shù)按簡支結(jié)構(gòu)計算，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)為1.1。1.6 材料主要指標(biāo)材料名稱及強(qiáng)度取值表 表1.6材 料項 目參 數(shù)C50 混凝

5、土抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fck32.4Mpa抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度ftk2.65Mpa抗壓設(shè)計強(qiáng)度fcd22.4Mpa抗拉設(shè)計強(qiáng)度ftd1.83Mpa抗壓彈性模量Ec34500Mpa計算材料容重26kN/m3線膨脹系數(shù)0.00001s15.2低松弛鋼鉸線抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fpk1860Mpa抗拉設(shè)計強(qiáng)度fpd1260Mpa抗壓設(shè)計強(qiáng)度fpd390Mpa截面面積140 mm2單位重量1.102kg/m彈性模量Ep1.95×105Mpa管道摩擦系數(shù)0管道偏差系數(shù)k0 張拉控制應(yīng)力con0.75fpk鋼絲松弛系數(shù)0.3單端錨具回縮值L6mm普通鋼筋HRB335抗拉標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度fsk335Mpa抗拉設(shè)計強(qiáng)度fsd280M

6、pa抗壓設(shè)計強(qiáng)度fsd280Mpa1.7 主要材料選用（1） 瀝青混凝土：橋面鋪裝 。（2） C40混凝土：橋面鋪裝 。（3） C50混凝土：預(yù)制空心板。（4）mm鋼絞線：預(yù)制空心板2計算模型及相關(guān)參數(shù)2.1 空心板施工階段采用公路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)GQJS 9.2計算，簡支空心板（1-13米）施工階段共劃分為3個，各階段工作內(nèi)容見表5。表2.1 簡支空心板施工階段劃分說明施工階段施工天數(shù)工 作 內(nèi) 容 說 明110場內(nèi)預(yù)制空心板并張拉正彎矩預(yù)應(yīng)力束260安裝預(yù)制板，現(xiàn)澆鉸縫320現(xiàn)澆橋面鋪裝、防撞護(hù)墻及防撞護(hù)欄2.2 結(jié)構(gòu)離散圖（1） 13米簡支空心板結(jié)構(gòu)離散圖見圖1。劃分為30個單元31個節(jié)

7、點。 圖1簡支空心板計算模型2.3 空心板橫斷面(1) 空心板邊板橫截面 圖7 空心板邊板橫截面（單位：cm）(2) 空心板中板橫截面圖8 空心板中板橫截面（單位：cm）2.4 活載橫向分布系數(shù)與汽車沖擊系數(shù)空心板采用平面桿系有限元程序進(jìn)行計算。按平面桿系有限元計算，考慮活荷載橫向分布系數(shù)，進(jìn)行影響線加載。活載橫向分布系數(shù)按空間結(jié)構(gòu)分析計算。汽車沖擊系數(shù)按公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004）條計算。計算結(jié)果見表4。表2.4 活載橫向分布系數(shù)及汽車沖擊系數(shù)結(jié)構(gòu)類型橫向分布系數(shù)沖擊系數(shù)支點跨中簡支中板0.50.3080.367邊板0.50.3850.3702.5 預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)造預(yù)應(yīng)力鋼筋

8、構(gòu)造見裝配式結(jié)構(gòu)連續(xù)空心板通用設(shè)計圖。2.6 預(yù)應(yīng)力配置邊板采用12根mm鋼絞線，中板采用10根mm鋼絞線。2.7 溫度效應(yīng)及支座沉降考慮整體均勻溫升25，整體均勻溫降-30。非線形溫度梯度按公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D60-2004）第條規(guī)定執(zhí)行。3簡支空心板計算結(jié)果驗算3.1 簡支空心板邊板施工階段驗算(1) 第1施工階段l 第1施工階段位移累計值 (單位：m)計算結(jié)果摘錄跨中16節(jié)點節(jié)點號位移性質(zhì)最大水平最小水平最大豎向最小豎向最大轉(zhuǎn)角最小轉(zhuǎn)角16豎向位移0.12E-0020.12E-0021.13E-0021.13E-00200注：位移以向上為正值l 第1施工階段組合應(yīng)力（應(yīng)力單位

9、：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果節(jié)點號上緣最大上緣最小下緣最大下緣最小最大主壓最大主拉3-0.418-0.4181.6221.6221.622-0.41810-0.464-0.4647.5877.5877.587-0.464160.1210.1216.9176.9176.9170(2) 第2施工階段l 第2施工階段位移累計值 (單位：m)計算結(jié)果摘錄跨中11節(jié)點節(jié)點號位移性質(zhì)最大水平最小水平最大豎向最小豎向最大轉(zhuǎn)角最小轉(zhuǎn)角16豎向位移0.14E-0020.14E-0021.23E-0021.23E-00200注：位移以向上

10、為正值l 第2施工階段組合應(yīng)力（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果節(jié)點號上緣最大上緣最小下緣最大下緣最小最大主壓最大主拉3-0.416-0.4161.6141.6141.614-0.41610-0.446-0.4467.5117.5117.511-0.446160.1380.1386.8456.8456.8450(3) 第3 施工階段l 第3施工階段位移累計值 (單位：m)計算結(jié)果摘錄跨中11節(jié)點節(jié)點號位移性質(zhì)最大水平最小水平最大豎向最小豎向最大轉(zhuǎn)角最小轉(zhuǎn)角16豎向位移0.26E-0020.26E-0020.99E-

11、0020.99E-00200注：位移以向上為正值l 第3施工階段組合應(yīng)力（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果節(jié)點號上緣最大上緣最小下緣最大下緣最小最大主壓最大主拉3-0.411-0.4111.5821.5821.582-0.411101.5511.5515.0065.0065.006-0.070162.7162.7163.7003.7003.7000（4）施工階段應(yīng)力驗算邊梁為C50的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）第條的規(guī)定：C50混凝土壓應(yīng)力限值： 0.70

12、0.70×32.422.68Mpa。C50混凝土拉應(yīng)力限值1.151.15×（-2.65）-3.048MPa由邊板施工階段組合應(yīng)力表中知： 邊板截面應(yīng)力滿足施工階段要求。3.2 簡支空心板邊板使用階段驗算（1）正常使用極限狀態(tài)驗算l 正常使用極限狀態(tài)作用長期效應(yīng)組合下簡支邊板拉應(yīng)力: 僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）節(jié)點號上緣最小下緣最小最大主拉3-0.4951.530-0.495101.5593.692-0.1255162.7442.108-0.0042l 正常使用極限狀態(tài)作用短期效應(yīng)組合下

13、簡支邊板拉應(yīng)力:僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）節(jié)點號上緣最小下緣最小最大主拉3-1.4711.187-1.471100.5912.627-0.1609161.7930.820-0.0134l 正常使用極限狀態(tài)作用簡支邊板壓應(yīng)力:僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）節(jié)點號上緣最大下緣最大最大主壓31.4092.4172.417104.9565.4835.483166.5734.1486.637l 正常使用極限狀態(tài)簡支空心板邊板截面驗算邊

14、板為C50預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）第條、第7.1.5條、第7.1.6條，混凝土構(gòu)件的法向應(yīng)力和主拉、壓應(yīng)力及部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類受彎構(gòu)件的法向拉應(yīng)力應(yīng)符合下面規(guī)定：Ø法向壓應(yīng)力限值： 0.50.5×32.4=16.2 Mpa法向拉應(yīng)力限值（短期效應(yīng)組合）：0.70.7×2.65=1.855 Mpa主壓應(yīng)力限值： 0.60.6×32.4=19.44 Mpa主拉應(yīng)力限值（短期效應(yīng)組合）： 0.7=0.7×2.65=1.855 Mpa由正常使用極限狀態(tài)荷載組合應(yīng)力表中可知：在荷載組合作用

15、下，邊梁截面應(yīng)力均滿足要求。使用荷載作用下，簡支邊板各束預(yù)應(yīng)力鋼絞線最大拉應(yīng)力值為1021 Mpa，小于按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）第條，7股鋼絞線最大拉應(yīng)力限值0.650.65×18601209 Mpa，滿足要求l 正常使用極限狀態(tài)簡支空心板邊板豎向撓度驗算a 撓度驗算按短期效應(yīng)組合并消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的位移，結(jié)構(gòu)的最大位移為-0.00285m（向下為負(fù)）。按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范中的剛度并考慮撓度長期增長系數(shù)，計算的撓度為：，滿足公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范中的要求。b預(yù)加力引起的反拱計算及預(yù)拱度的設(shè)置短期效應(yīng)

16、組合產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的最大位移為0.0098m，預(yù)加力產(chǎn)生的反拱值為0.0094m，C50混凝土的撓度長期增長系數(shù)為1.425，故考慮荷載長期效應(yīng)的影響下，最終計算跨中的最大撓度為：0.0098m/0.95×1.4250.0147m。預(yù)加力產(chǎn)生的反拱值長期增長系數(shù)為2.0，故0.0094m×2.00.0188m>0.0147m。因為由預(yù)加力產(chǎn)生的長期反拱值大于按荷載短期效應(yīng)組合計算的長期撓度，不設(shè)預(yù)拱度。（2）承載能力極限狀態(tài)驗算l 承載能力極限狀態(tài)正截面強(qiáng)度驗算:單元號類型性質(zhì)MjR10下拉受彎最大彎矩11301370滿足下拉受彎最小彎矩4491370滿足16下拉受彎最大彎

17、矩14751370不滿足，需配普通鋼筋下拉受彎最小彎矩6151370滿足單位：軸力以KN，彎矩以KN*M計截面下緣加配225鋼筋，其截面承載能力為：，>1475MPa,滿足要求。l 斜截面強(qiáng)度驗算邊板距支點處斜截面抗剪承載力計算剪力值最大（偏安全的取支點處的彎矩）。簡支空心板普通鋼筋構(gòu)造見“裝配式簡支空心板上部構(gòu)造通用圖”。邊板支點處斜截面箍筋配置4肢 HRB335級鋼筋，箍筋間距8cm，；縱向受拉鋼筋采用225mm HRB335級鋼筋，；混凝土采用C50，按JTG D62規(guī)范公式（），截面尺寸應(yīng)符合下列要求：剪力設(shè)計值 b=340mm，693mm 截面尺寸滿足要求。按公式（）驗算截面抗

18、剪承載力 剪力設(shè)計值，故需要進(jìn)行斜截面抗剪承載力驗算。按公式（）驗算斜截面抗剪承載力 0.0166 0.0042（不計預(yù)應(yīng)力鋼束）1254kN 滿足斜截面抗剪承載力要求。3.3 簡支空心板中板施工階段驗算(1) 第1施工階段l 第1施工階段位移累計值 (單位：m)計算結(jié)果摘錄跨中16節(jié)點節(jié)點號位移性質(zhì)最大水平最小水平最大豎向最小豎向最大轉(zhuǎn)角最小轉(zhuǎn)角16豎向位移0.10e-0020.10e-0020.86e-0020.86e-00200注：位移以向上為正值l 第1施工階段組合應(yīng)力（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果節(jié)點

19、號上緣最大上緣最小下緣最大下緣最小最大主壓最大主拉3-0.468-0.4681.6431.6431.643-0.46810-0.158-0.1586.7686.7686.768-0.158160.4690.4696.1726.1726.1720（2） 第2 施工階段l 第2施工階段位移累計值 (單位：m)計算結(jié)果摘錄跨中16節(jié)點節(jié)點號位移性質(zhì)最大水平最小水平最大豎向最小豎向最大轉(zhuǎn)角最小轉(zhuǎn)角16豎向位移0.12e-0020.12e-0020.97e-0020.97e-00200注：豎向位移以向上為正值，水平位移以右向為正值l 第2施工階段組合應(yīng)力（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）僅摘取支撐中心

20、線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果節(jié)點號上緣最大上緣最小下緣最大下緣最小最大主壓最大主拉3-0.466-0.4661.6371.6371.637-0.46610-0.141-0.1416.7006.7006.700-0.141160.4850.4856.1076.1076.1070（3） 第3施工階段l 第3施工階段位移累計值 (單位：m)計算結(jié)果摘錄跨中16節(jié)點節(jié)點號位移性質(zhì)最大水平最小水平最大豎向最小豎向最大轉(zhuǎn)角最小轉(zhuǎn)角16豎向位移0.22e-0020.22e-0020.75e-0020.75e-00200注：位移以向上為正值l 第3施工階段組合應(yīng)力（應(yīng)力單位

21、：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果節(jié)點號上緣最大上緣最小下緣最大下緣最小最大主壓最大主拉3-0.462-0.4621.6101.6101.610-0.462101.8361.8364.6604.6604.660-0.0605163.0443.0443.5383.5383.5380（4）施工階段應(yīng)力驗算中板為C50的預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）第條的規(guī)定：C50混凝土壓應(yīng)力限值： 0.700.70×32.422.68Mpa。C50混凝土拉應(yīng)力限值1.151.

22、15×（-2.65）-3.048MPa由中梁施工階段組合應(yīng)力表中知： 中板截面應(yīng)力滿足要求。3.4簡支空心板中板使用階段驗算（1）正常使用極限狀態(tài)驗算l 正常使用極限狀態(tài)作用長期效應(yīng)組合下簡支中板拉應(yīng)力: 僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）節(jié)點號上緣最小下緣最小最大主拉3-1.4821.225-1.482100.9133.091-0.1138162.1481.723-0.0043l 正常使用極限狀態(tài)作用短期效應(yīng)組合下簡支中板拉應(yīng)力:僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)

23、果（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）節(jié)點號上緣最小下緣最小最大主拉3-1.5711.225-1.571100.8402.431-0.175162.0980.863-0.0145l 正常使用極限狀態(tài)作用簡支中板壓應(yīng)力:僅摘取支撐中心線（3節(jié)點）、1/4跨（10節(jié)點）及半跨（16號節(jié)點）處計算結(jié)果（應(yīng)力單位：Mpa,壓為正，拉為負(fù)）節(jié)點號上緣最大下緣最大最大主壓31.3972.3882.388105.4235.0195.563167.1233.8677.189l 正常使用極限狀態(tài)簡支空心板中板截面驗算中板為C50預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-200

24、4）第條、第7.1.5條、第7.1.6條，混凝土構(gòu)件的法向應(yīng)力和主拉、壓應(yīng)力及部分預(yù)應(yīng)力混凝土A類受彎構(gòu)件的法向拉應(yīng)力應(yīng)符合下面規(guī)定：法向壓應(yīng)力限值： 0.50.5×32.4=16.2 Mpa法向拉應(yīng)力限值（短期效應(yīng)組合）：0.70.7×2.65=1.855 Mpa主壓應(yīng)力限值： 0.60.6×32.4=19.44 Mpa主拉應(yīng)力限值（短期效應(yīng)組合）： 0.7=0.7×2.65=1.855 Mpa由正常使用極限狀態(tài)荷載組合應(yīng)力表中知：在荷載組合作用下，中板截面應(yīng)力均滿足要求。l 正常使用極限狀態(tài)簡支中板各束預(yù)應(yīng)力鋼絞線最大拉應(yīng)力使用荷載作用下，簡支中板各束預(yù)應(yīng)力鋼絞線最大拉應(yīng)力值為1121 Mpa,小于按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范（JTG D62-2004）第條，7股鋼絞線最大拉應(yīng)力限值0.650.65×18601209 Mpal 常使用極限狀態(tài)簡支空心板中板豎向撓度驗算a 撓度驗算按短期效應(yīng)組合并消除結(jié)構(gòu)自重產(chǎn)生的位移，結(jié)構(gòu)的最大位移為-0.00265m（向下為負(fù)）。按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范中的剛度并考慮撓度長期增長