大桥拱桥拱圈纵向计算.doc

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1、xx大桥工程计算书xx大桥拱桥拱圈纵向计算书一、 工程设计概况1. 桥梁概况xx大桥2X20+4X30+2X20m，全长200m，采用八跨上承式钢筋混凝土拱桥，主拱圈和边拱圈均为等截面钢筋砼板拱。边拱拱圈L0=18.0m，f0=3.94m，矢跨比f0/ L0=1/4.57。拱轴线为抛物线，拱圈宽度2x16.0m，拱圈厚度0.5m；主拱拱圈L0=27.64m，f0=6.1m，矢跨比f0/ L0=1/4.53，拱轴线为抛物弧，拱圈宽度2x16.0m，拱圈厚度0.6m。2. 设计范围及内容拱桥上部结构设计，下部结构的桥台、承台、桩基础；桥梁附属设施的设计等。3. 设计主要技术标准1、 道路等级和断面

2、城市主干道，双向四车道，设计速度V40km/h；2、 桥梁横断面 3m人行道+4m非机动车道+2.5m分隔带+15m机动车道+2.5m分隔带+4m机动车道+3m人行道，桥面全宽34m，本桥分两幅，每幅桥宽17.0m，两幅桥之间设置2cm的结构缝。3、 设计荷载：城-A级。4、 设计纵坡：2.97和-2.97。5、 竖曲线半径：R=1600m。6、 平面：全桥位于直线段。7、 桥面横坡：双向1.5的横坡。8、 桥面铺装：4cm细粒式沥青混凝土(AC-13)+ 6cm中粒式沥青混凝土(AC-16)+防水层+10cm厚C40防水混凝土（W6）。9、 设计基准期：100年。 10、结构设计安全等级：一

3、级。11、环境类别：类。12、地震：加速度峰值为0.05g，抗震设防烈度为6度。13、最大冻结深度：0.5 m。4. 设计采用的规范1、 工程建设标准强制性条文（建标200299号）2、 城市道路工程设计规范（CJJ 37-2012）3、 城市桥梁设计规范（CJJ 11-2011）4、 城市桥梁抗震设计规范（CJJ 166-2011）5、 公路工程技术标准（JTGB01-2003）6、 公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）7、 公路圬工桥涵设计规范（JTG D61-2005）8、 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）9、 公路桥涵地基与基础设计规范（

4、JTG D63-2007）10、 公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）11、 公路桥梁抗震设计细则（JTG B02-01-2008）12、 公路排水设计规范（JTJ 018-97）13、 公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）14、 公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-012004）其它有关道路及桥梁工程设计的规范及规定。5. 设计采用的主要材料5.1. 混凝土拱桥拱圈、桥面板、拱上立柱 C40混凝土桥面铺装 4cm细粒式沥青混凝土(AC-13)6cm中粒式沥青混凝土(AC-16)10cm厚C40防水混凝土（W6）拱座 C35混凝土承台、桩基础 C30

5、混凝土 5.2. 普通钢筋及钢材普通钢筋采用R235光圆钢筋和HRB335螺纹钢筋；钢材采用符合GB/T700-88标准的Q235钢。5.3. 支座桥台和桥墩上支座采用板式橡胶支座。二、 结构计算参数1. 主要材料参数的选取混凝土混凝土的泊松比：c=0.2混凝土的线膨胀系数：=0.00001C40混凝土抗压弹性模量： Ec=32500Mpa抗压强度标准值：fck=26.8MPa抗拉强度标准值：ftk=2.40MPa2. 计算荷载 结构重要性系数：1.12.1. 结构重力混凝土结构容重计算采用26.0 kN/m3二期荷载：按140KN/m考虑，主要包括以下几项：桥面铺装：8cm沥青混凝土、10c

6、m防水混凝土、栏杆、人行道板 2.2. 移动荷载汽车荷载为城-A级荷载，两车道，非机动车及人群荷载按5kN/m2纵向计算时汽车的冲击系数取车道荷载的冲击系数，按规范采用2.3. 支座不均匀沉降考虑支座发生不均匀沉降的最不利荷载组合，支座的不均匀沉降值按5mm考虑2.4. 汽车制动力按照公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）中有关条款的规定取值2.5. 温度作用纵向整体计算时温度变化分别按整体升温30、降温-35考虑2.6. 台后土压力按规范要求添加水平土压力及竖向土压力2.7. 荷载组合按照公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）的有关规定进行最不利荷载组合。（1）承载能力极

7、限状态（基本组合、偶然组合）（2）正常使用极限状态（作用短期效应组合、作用长期效应组合）三、 分析计算结果1. 上部结构静力验算图1 全桥计算模型1.1. 计算模型纵向静力计算采用MIDAS Civil程序。按施工顺序进行结构离散。全桥共划分为553个节点，533个单元。结构离散图见图1。1.2. 施工阶段划分根据设计文件中的施工阶段及次序划分,共划分为3个阶段，逐阶段计算并累加后得到成桥内力和其他荷载效应。阶段1： 施工基础，支架上现浇拱圈和拱上立柱，上桥面板。阶段2： 上二期铺装。阶段3： 10年徐变。1.3. 使用阶段计算结果1.3.1. 基本组合结果图2-图5为基本组合下拱圈对应的轴力

8、和弯矩图图2 基本组合（max）拱圈轴力图图3 基本组合（max）拱圈弯矩图图4 基本组合（Min）拱圈轴力图图5 基本组合（Min）拱圈弯矩图1.3.2. 短期组合结果图6-图9为作用短期组合下拱圈对应的轴力和弯矩图。图6 短期组合（max）拱圈轴力图图7 短期组合（max）拱圈弯矩图图8 短期组合（min）拱圈轴力图图9 短期组合（min）拱圈弯矩图1.3.3. 长期组合结果图10-图13为长期组合下拱圈对应的轴力和弯矩图。图10 长期组合（max）拱圈轴力图图11 长期组合（max）拱圈弯矩图图12 长期组合（min）拱圈轴力图图13 长期组合（min）拱圈弯矩图1.3.4. 使用阶段拱

9、圈截面强度和裂缝验算根据公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）第4.3.10条的规定，本桥对对第一跨两侧拱脚、边拱3/8拱圈、拱顶，第三跨近第二跨处拱脚、拱跨3/8和拱顶共七个截面进行强度和裂缝验算。表2 边拱桥台侧拱脚截面强度和抗裂验算边拱左拱脚边拱左拱脚一、基本数据1i1i矩形：1；IandT型：211 1.弯矩组合设计值Md=265.14 KN.m6602.87 KN.m 2.轴力组合设计值Nd10039.36 KN.m7694.04 KN.m 2.桥梁结构的重要性系数01.11.1 3.截面的全高h=500 mm500 mm 4.腹板的宽度b=16000

10、mm16000 mm 5.受压翼缘的高度hf250 mm250 mm 6.受压翼缘的宽度bf16000 mm16000 mm 7.受拉翼缘的高度hf250 mm250 mm 8.受拉翼缘的宽度bf16000 mm16000 mm截面面积A=8000000.00 m28000000.00 m2 9.构件的计算长度l07259.0 mm7259.0 mm 10.混凝土标号为C40C4011.混凝土的弹性模量Ec=32500.0 MPa32500.0 MPa12.混凝土抗压强度设计值fcd=18.4 MPa18.4 MPa13.混凝土抗拉强度设计值ftd=1.65 MPa1.65 MPa14.受拉钢

11、筋的强度等级HRB335HRB33515.受拉钢筋的抗拉强度设计值fsd=280 MPa280 MPa16.受拉钢筋直径=252517.受拉钢筋的设计间距s= 18.受拉钢筋的根数n=161 根161 根19.受拉钢筋至受拉区边缘的距离a=80 mm80 mm20.受拉钢筋的弹性模量Es=200000 MPa200000 MPa21.受压钢筋的强度等级HRB335HRB33522.受压钢筋的设计强度fsd=280 MPa280 MPa23.受压钢筋直径=252524.受压钢筋的设计间距= 25.受压钢筋的根数=161 根161 根26.受压钢筋到受压区边缘的距离a=80 mm80 mm5.3.

12、3相对界限受压区高度b的确定27.钢筋混凝土b(预应力构件参考规范公式)=0.560.56全部纵向钢筋面积As=158061.4 mm2158061.4 mm2二、正截面抗压承载力计算5.3.1轴心受压验算lo/b(当界面不是矩形时，参考表5.3.1)=14.514.5(表5.3.1)=0.910.910Nd11043.3 KN8463.4 KN0.9（fcdA+fsdAs)=155941.9 KN155941.9 KN是否满足0Nd0.9（fcdA+fsdAs)满足要求满足要求1.截面的有效高度h0=420.0 mm420.0 mm2.一侧受拉钢筋的最小配筋百分率=0.200%0.200%3

13、.最小受拉钢筋面积Amin=13440.0 mm213440.0 mm24.受拉钢筋的面积As=79030.7 mm279030.7 mm2AsAminAsAmin5.受压钢筋的面积As=79030.7 mm279030.7 mm26.轴向力对截面重心轴的偏心距e026.4 mm858.2 mm7.荷载偏心率对截面曲率的影响系数10.370 1.000 8.构件长细比对截面曲率的影响系数21.000 1.000 9.偏心距增大系数1.885 1.074 10.轴向力作用点至截面受拉边或受压较小边 纵向钢筋的距离e(es)219.8 mm1091.4 mm11.轴向力作用点至截面受压边或受压较大

14、边 纵向钢筋的距离e(es)120.2 mm-751.4 mmIandT截面X求解方程系数（AX2+Bx+C=0)A=fcd*b=294400.0 N/mm294400.0 N/mmB=fcd(hfes+hfh0-bfes+hobf+bes-bh0)=2943042.3 N6952493.1 NC=fcdhf(bf-b)(es-h0+hf/2)-sAses-fsdAses=#12.初步估算混凝土的受压区高度X=502.19 mm37.04 mm13.初步估算的截面的相对受压区高度1.196 0.088 小偏心受压构件大偏心受压构件（一）大偏心受压构件计算5.3.5矩形偏心受压验算14.截面的抗

15、压承载力Nu按5.2.5-1计算 0Nd15.截面的抗弯承载力Mu7523.7 KN.m 0Nde / 0Nde6359.5 KN.m承载力满足要求（二）小偏心受压构件计算小偏心受压构件5.3.4小偏心受压验算14.截面非均匀受压时的极限压应变cu0.00330.003315.截面受压区矩形应力图高度与实际受压区高度的比值(表5.3.3)0.80 0.80 16.混凝土的受压区高度的试算数值X1=14720017.混凝土的受压区高度X=-58941294.9518.截面的相对受压区高度880435786819.截面受拉边或受压较小边的钢筋应力s-3.85204E+120.14726534720

16、.截面的抗压承载力Nu410.00 mm58.61 mm 0Nd410.14726530.98=0.56 21.截面的抗弯承载力Mu-119.3 MPa 0Nde满足规范要求152305.6 KN22.轴向力至受压较大边纵向钢筋的距离e=11043.3 KN23.受压较小边至受压较大边钢筋的距离h0=承载力满足要求24.截面的抗弯承载力Mu33475.5 KN.m 0Nde2427.2 KN.m承载力满足要求三、截面裂缝宽度计算1.按荷载短期效应组合计算的弯矩值Ms5942.12 KN.m242.72 KN.m2.按荷载短期效应组合计算的轴力值Ns7192.72 KN.m9258.25 KN.

17、m3.按荷载长期效应组合计算的弯距值Ml5561.93 KN.m242.49 KN.m4.轴向力对截面重心轴的偏心距e0826.1 mm26.2 mm5.使用阶段的轴向压力偏心距增大系数s1.077 3.412 6.截面重心至纵向受拉钢筋合力点的距离ys170.0 mm170.0 mm7.轴向压力作用点至纵向受拉钢筋的距离es1059.4 mm259.4 mm8.受压翼缘与腹板有效截面面积的比值f0.000 0.000 9.纵向受拉钢筋至截面受压区合力点的距离z357.5 mm233.3 mm10.由短期效应引起的纵向受拉钢筋的应力ss178.7 MPa13.1 MPa11.作用（或荷载）长期

18、效应影响系数C2=1.468 1.500 12.钢筋的表面形状系数C1=1.0 1.0 13.与构件受力性质有关的系数C30.900 0.900 14.焊接钢筋骨架的影响系数K1.000 1.000 15.纵向受拉钢筋的换算直径de252516.纵向受拉钢筋配筋率1.176%1.176%17.应力正负判断大偏心受压大偏心受压18.最大裂缝宽度Wfk0.163 mm0.012 mm 0.20 mmAminAsAmin5.受压钢筋的面积As=64304.5 mm264304.5 mm26.轴向力对截面重心轴的偏心距e0521.1 mm101.2 mm7.荷载偏心率对截面曲率的影响系数11.000

19、0.851 8.构件长细比对截面曲率的影响系数21.000 1.000 9.偏心距增大系数1.121 1.531 10.轴向力作用点至截面受拉边或受压较小边 纵向钢筋的距离e(es)754.3 mm325.0 mm11.轴向力作用点至截面受压边或受压较大边 纵向钢筋的距离e(es)-414.3 mm15.0 mmIandT截面X求解方程系数（AX2+Bx+C=0)A=fcd*b=294400.0 N/mm294400.0 N/mmB=fcd(hfes+hfh0-bfes+hobf+bes-bh0)=5401833.2 N3427154.6 NC=fcdhf(bf-b)(es-h0+hf/2)-

20、sAses-fsdAses=#12.初步估算混凝土的受压区高度X=57.29 mm319.93 mm13.初步估算的截面的相对受压区高度0.136 0.762 大偏心受压构件小偏心受压构件（一）大偏心受压构件计算5.3.5矩形偏心受压验算14.截面的抗压承载力Nu按5.2.5-1计算 0Nd15.截面的抗弯承载力Mu6121.8 KN.m 0Nde / 0Nde2346.5 KN.m承载力满足要求（二）小偏心受压构件计算小偏心受压构件5.3.4小偏心受压验算14.截面非均匀受压时的极限压应变cu0.00330.003315.截面受压区矩形应力图高度与实际受压区高度的比值(表5.3.3)0.80

21、 0.80 16.混凝土的受压区高度的试算数值X1=14720017.混凝土的受压区高度X=-27958104.6618.截面的相对受压区高度1352526272519.截面受拉边或受压较小边的钢筋应力s-4.63503E+120.00213000920.截面的抗压承载力Nu73.67 mm274.00 mm 0Nd274.002130.65=0.56 21.截面的抗弯承载力Mu149.3 MPa 0Nde满足规范要求89068.5 KN22.轴向力至受压较大边纵向钢筋的距离e=8706.1 KN23.受压较小边至受压较大边钢筋的距离h0=承载力满足要求24.截面的抗弯承载力Mu28950.2

22、 KN.m 0Nde2829.8 KN.m承载力满足要求三、截面裂缝宽度计算1.按荷载短期效应组合计算的弯矩值Ms2288.14 KN.m815.94 KN.m2.按荷载短期效应组合计算的轴力值Ns4706.61 KN.m7197.27 KN.m3.按荷载长期效应组合计算的弯距值Ml2072.70 KN.m823.90 KN.m4.轴向力对截面重心轴的偏心距e0486.2 mm113.4 mm5.使用阶段的轴向压力偏心距增大系数s1.130 1.558 6.截面重心至纵向受拉钢筋合力点的距离ys170.0 mm170.0 mm7.轴向压力作用点至纵向受拉钢筋的距离es719.4 mm346.6

23、 mm8.受压翼缘与腹板有效截面面积的比值f0.000 0.000 9.纵向受拉钢筋至截面受压区合力点的距离z348.2 mm291.4 mm10.由短期效应引起的纵向受拉钢筋的应力ss78.0 MPa21.2 MPa11.作用（或荷载）长期效应影响系数C2=1.453 1.500 12.钢筋的表面形状系数C1=1.0 1.0 13.与构件受力性质有关的系数C30.900 0.900 14.焊接钢筋骨架的影响系数K1.000 1.000 15.纵向受拉钢筋的换算直径de252516.纵向受拉钢筋配筋率0.957%0.957%17.应力正负判断大偏心受压大偏心受压18.最大裂缝宽度Wfk0.07

24、5 mm0.021 mm 0.20 mmAminAsAmin5.受压钢筋的面积As=48596.5 mm248596.5 mm26.轴向力对截面重心轴的偏心距e0597.6 mm11.1 mm7.荷载偏心率对截面曲率的影响系数11.000 0.271 8.构件长细比对截面曲率的影响系数21.000 1.000 9.偏心距增大系数1.106 2.549 10.轴向力作用点至截面受拉边或受压较小边 纵向钢筋的距离e(es)830.8 mm198.2 mm11.轴向力作用点至截面受压边或受压较大边 纵向钢筋的距离e(es)-490.8 mm141.8 mmIandT截面X求解方程系数（AX2+Bx+

25、C=0)A=fcd*b=294400.0 N/mm294400.0 N/mmB=fcd(hfes+hfh0-bfes+hobf+bes-bh0)=5753858.4 N2843757.1 NC=fcdhf(bf-b)(es-h0+hf/2)-sAses-fsdAses=-11706438828.6 N*mm-6315431794.2 N*mm12.初步估算混凝土的受压区高度X=87.47 mm525.26 mm13.初步估算的截面的相对受压区高度0.208 1.251 大偏心受压构件小偏心受压构件（一）大偏心受压构件计算5.3.5矩形偏心受压验算14.截面的抗压承载力Nu按5.2.5-1计算

26、0Nd15.截面的抗弯承载力Mu7523.7 KN.m 0Nde / 0Nde2907.1 KN.m承载力满足要求（二）小偏心受压构件计算小偏心受压构件5.3.4小偏心受压验算14.截面非均匀受压时的极限压应变cu0.00330.003315.截面受压区矩形应力图高度与实际受压区高度的比值(表5.3.3)0.80 0.80 16.混凝土的受压区高度的试算数值X1=14720017.混凝土的受压区高度X=-65295545.7418.截面的相对受压区高度840921715519.截面受拉边或受压较小边的钢筋应力s-3.47376E+120.00111966820.截面的抗压承载力Nu114.45

27、 mm436.55 mm 0Nd436.55111971.04=0.56 21.截面的抗弯承载力Mu-152.0 MPa 0Nde满足规范要求154141.8 KN22.轴向力至受压较大边纵向钢筋的距离e=8574.9 KN23.受压较小边至受压较大边钢筋的距离h0=承载力满足要求24.截面的抗弯承载力Mu30552.1 KN.m 0Nde1699.6 KN.m承载力满足要求三、截面裂缝宽度计算1.按荷载短期效应组合计算的弯矩值Ms2735.94 KN.m359.86 KN.m2.按荷载短期效应组合计算的轴力值Ns4789.99 KN.m7113.74 KN.m3.按荷载长期效应组合计算的弯距

28、值Ml2484.79 KN.m555.48 KN.m4.轴向力对截面重心轴的偏心距e0571.2 mm50.6 mm5.使用阶段的轴向压力偏心距增大系数s1.111 2.250 6.截面重心至纵向受拉钢筋合力点的距离ys170.0 mm170.0 mm7.轴向压力作用点至纵向受拉钢筋的距离es804.4 mm283.8 mm8.受压翼缘与腹板有效截面面积的比值f0.000 0.000 9.纵向受拉钢筋至截面受压区合力点的距离z351.7 mm255.0 mm10.由短期效应引起的纵向受拉钢筋的应力ss78.0 MPa10.2 MPa11.作用（或荷载）长期效应影响系数C2=1.454 1.50

29、0 12.钢筋的表面形状系数C1=1.0 1.0 13.与构件受力性质有关的系数C30.900 0.900 14.焊接钢筋骨架的影响系数K1.000 1.000 15.纵向受拉钢筋的换算直径de252516.纵向受拉钢筋配筋率1.176%1.176%17.应力正负判断大偏心受压大偏心受压18.最大裂缝宽度Wfk0.071 mm0.009 mm 0.20 mm 0.20 mm满足规范要求满足规范要求表5 边拱主拱侧拱脚截面强度和抗裂验算边拱右拱脚边拱右拱脚一、基本数据36j36j矩形：1；IandT型：211 1.弯矩组合设计值Md=6540.03 KN.m177.78 KN.m 2.轴力组合设

30、计值Nd7689.53 KN.m10040.28 KN.m 2.桥梁结构的重要性系数01.11.1 3.截面的全高h=500 mm500 mm 4.腹板的宽度b=16000 mm16000 mm 5.受压翼缘的高度hf250 mm250 mm 6.受压翼缘的宽度bf16000 mm16000 mm 7.受拉翼缘的高度hf250 mm250 mm 8.受拉翼缘的宽度bf16000 mm16000 mm截面面积A=8000000.00 m28000000.00 m2 9.构件的计算长度l07259.0 mm7259.0 mm 10.混凝土标号为C40C4011.混凝土的弹性模量Ec=32500.0 MPa32500.0 MPa12.混凝土抗压强度设计值fcd=18.4 MPa18.4 MPa13.混凝土抗拉强度设计值ftd=1.65 MPa1.65 MPa14.受拉钢筋的强度等级HRB335HRB33515.受拉钢筋的抗拉强度设计值fsd=280 MPa280 MPa16.受拉钢筋直径=252517.受拉钢筋的设计间距s= 18.受拉钢筋的根数n=161 根161 根19.受拉钢筋至受拉区边缘的距离a=80 mm80 mm20.受拉钢筋的弹性模量Es=200000 MPa200000 MPa21.受压钢筋的强度等级HRB335