2×26m裤衩核算

崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第1页共13页(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算一、基本概况主线桥一共4联2×26m异形裤衩连续梁，分别接A、B、C、D匝道，其中A匝道桥宽10.5m，相对较宽，本计算以主线桥接A匝道处2×26m异形裤衩连续梁为计算对象，进行结构核算。该联连续梁构造简图如下所示。考虑到为增加主线混凝土箱梁的抗裂性，本连续梁纵向采用A类预应力结构，钢束布置情况如下：由于受两头主线预应力砼连续梁的限制，本联连续梁1～5号肋通长布设6根12－7φ5通长腹板钢束，采用单端弯起顶板开槽张拉，另一端P锚锚固，张拉端为交错布置。6号肋为裤衩端短肋，在6号肋与4号肋间区域实际上车轮交通布载的可能性较小，为此，6号肋布设4根12－7φ5腹板短束，钢束截断位置为中横梁附近。崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第2页共13页纵向钢束用量为21660kg，钢束指标为19.8kg/m2。梁体普通钢筋用量为201.3t（包括横梁钢筋），指标为246.4kg/m3。梁体圬工C50为817m3，圬工指标为0.748m3/m2。中横梁按A类预应力构件设计，布设为10束15－7φ5钢束，两端交错张拉。端横梁按普通钢筋混凝土构件设计。二、计算模式按空间杆系结构（梁格法模型）核算，对该裤衩连续梁均进行结构核算，计算软件采用MIDAS/CIVIL7.4.1版本。计算模型如图所示。三、计算依据及结算参数取用1.计算依据及参数取值⑴《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）。⑵《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）。⑶主要材料及设计参数根据设计文件及规范取值详见下表。⑷预应力钢筋按规范中提供的钢绞线参数确定。材料项目参数备注C50混凝土抗压设计强度fcd22.4Mpa抗拉设计强度ftd1.830Mpa崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第3页共13页弹性模量Ec34500Mpa混凝土特性参数计算材料容重ρ26KN/m3线膨胀系数α1.0E-5桥梁所处地区相对湿度0.75低松弛钢绞线标准强度fpk1860Mpa控制张拉应力1395Mpa均为单端张拉弹性模量1.95E5Mpa松弛系数0.3锚具及波纹管钢束管道摩阻系数0.17塑料波纹管钢束管道偏差系数0.0015单端锚具变形及回缩值0.006m2.荷载取值与荷载组合⑴荷载取值①一期恒载主要是梁体自重。混凝土容重取26KN/m3，梁体按实际断面计取重量。②防撞护栏和9cm沥青混凝土桥面铺装仅作为二期恒载施加，不参与构件受力。③活载：汽车荷载采用公路I级荷载，由于为空间杆系模型，车道加载按可能布设的各类工况考虑，不再考虑偏载系数，多个车道的横向折减系数由程序依据规范自动处理。④温度力体系升温温差20℃，体系降温温差25℃。梁体上、下缘梯度升温14℃~5.5℃，梯度降温－7℃~－2.75℃⑤支座沉降：考虑支座沉降5mm作为安全储备。⑵荷载组合①承载能力极限状态基本组合②正常使用极限状态短期效应组合③正常使用极限状态长期效应组合1、各梁肋持久状况极限状态抗弯承载能力核算各梁肋承载能力组合弯矩分布包络图如下所示：崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第4页共13页最大正弯矩出现在匝道跨中位置：M＋＝13923kN.m最大负弯矩出现在4号肋中墩顶位置：M－＝4104kN.m。计入普通钢筋的贡献，正弯矩区抗力设计值为R+=19132kN.m;负弯矩区抗力设计值为R－＝8977kN.m。计算结果表明，各梁肋抗弯承载力满足规范要求。2、各梁肋持久状况极限状态抗剪承载能力核算各梁肋承载能力组合剪力分布包络图如下所示：最大剪力Q＝3035kN.m，出现在匝道裤衩梁端内侧梁肋处。单个腹板端头处b＝650mm，高h＝1700mm，截面构造抗剪核算如下：1640650501051.01051.033bhR＝3844kNγ0Vd＝1.1×3305＝3636kN，腹板截面抗剪尺寸满足规范要求。箍筋为2肢D16的HRB335钢筋，间距10cm布置，考虑2根12-7φ5弯起钢束（起弯角度27度），抗剪承载力计算值为4307kN,该值大于构造抗剪计算值，承载能力取崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第5页共13页3844kN。计算结果表明，各梁肋抗剪承载力满足规范要求。3.各纵梁梁肋持久状况正常使用极限状态计算①短期效应组合正截面抗裂验算下图为短期效应组合上缘截面正应力包络图（拉应力为正）：下图为短期效应组合下缘截面正应力包络图（拉应力为正）：短期效应组合最不利工况截面上缘最大拉应力为0.77MPa，出现在梁端腹板束弯起段；下缘最大拉应力为1.43MPa，出现裤衩端短束截断位置，实际上为应力突变处，略大于规范限值（1.325MPa）。②长期效应组合正截面抗裂验算下图为长期效应组合上缘截面正应力包络图（拉应力为正）：崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第6页共13页下图为长期效应组合下缘截面正应力包络图（拉应力为正）：长期效应组合截面上缘最大拉应力为－0.71MPa（为压应力），出现在梁端腹板束弯起段；下缘最大拉应力为0.35MPa，出现裤衩端短束截断位置，实际上为应力突变处，可以略去不计。综上所述，正截面抗裂验算基本满足A类构件要求。②短期效应组合斜截面抗裂验算崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第7页共13页梁端钢束弯起开槽张拉段和墩顶负弯矩区局部主拉应力略接近规范限值（1.325MPa），其余梁端主拉应力均较小，满足规范要求。在作用短期效应组合下，斜截面应力验算满足要求。4.各纵梁梁肋正截面混凝土压应力验算使用阶段各项荷载标准值下，各梁肋截面最大压应力包络图如下所示。最大压应力为10.55MPa，小于规范限值16.2MPa，满足规范要求。5、横梁抗弯承载力核算崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第8页共13页上图为各梁格构件的承载能力组合弯矩包络图。中横梁处悬臂较大，负弯矩控制承载能力。最大负弯矩为23148kN.m。抗弯承载力设计抗力值为38278kN.m（按10束15-7φ5钢束布设于梁顶面下32cm处，受拉钢筋、受压钢筋均为39根d28的HRB335钢筋计算）。中横梁抗弯承载能力满足要求。端横梁亦为负弯矩控制，控制截面在接18m宽主线桥处的悬臂位置。最大负弯矩为7887kN.m。抗弯承载力设计抗力值为10127kN.m（按受拉钢筋46根和受压钢筋23根d25的HRB335钢筋计算）。端横梁抗弯承载力满足要求。6、横梁正截面抗裂核算中横梁为A类构件，短期效应组合下，最大拉应力包络图如下所示，最大拉应力仅0.46MPa，满足规范要求。端横梁为普通钢筋构件。短期效应组合下，弯矩包络图如下所示。崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第9页共13页长期效应组合下，弯矩包络图如下所示。短期效应最大负弯矩为4858kN.m，最大正弯矩3265kN.m。长期效应最大负弯矩4228kN.m，最大正弯矩2922kN.m。按该数值核算，端横梁最大裂缝计算值负弯矩区为0.186mm，正弯矩区为0.126mm。7、横梁斜截面抗剪核算端、中横梁处承载能力组合剪力包络图如下所示。中横梁处最大剪力9542kN，端横梁处最大剪力为4881kN。中横梁处b＝2000mm，高h＝1700mm，截面构造抗剪核算如下：16402000501051.01051.033bhR崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第10页共13页＝11828kNγ0Vd＝1.1×9542＝10496kN，截面抗剪尺寸满足规范要求。箍筋为12肢D16的HRB335钢筋，间距10cm布置，抗剪承载力计算值为12393kN,该值大于构造抗剪计算值，承载能力取11828kN。计算结果表明，中横梁抗剪承载力满足规范要求。端横梁处b＝1500mm，高h＝1700mm，截面构造抗剪核算如下：16401500501051.01051.033bhR＝8871kNγ0Vd＝1.1×4881＝5369kN，截面抗剪尺寸满足规范要求。箍筋为8肢D16的HRB335钢筋，间距10cm布置，抗剪承载力计算值为8080kN。计算结果表明，端横梁抗剪承载力满足规范要求。8.预应力钢筋最大拉应力验算所有钢束均为单端张拉，计算结果适用阶段钢束应力最值为1160MPa，小于规范限值1206MPa，满足规范要求。9.支座反力计算①恒载下支座反力如下图所示：②考虑支座不均匀沉降5mm，恒活载标准值组合下，最大支座反力如下图所示。崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第11页共13页中墩支座反力最大10579kN；边墩支座反力最大6088kN；裤衩端支反力最大7281kN。③若不计支座沉降，各支座最大支反力如下图所示：中墩支座反力最大9887kN；边墩支座反力最大5106kN；裤衩端支反力最大4884kN。④短期效应组合下，各支座最大支反力如下图所示：崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第12页共13页中墩支座反力最大8903kN；边墩支座反力最大4578kN；裤衩端支反力最大4532kN。⑤⑥短期效应组合下，各支座最小支反力如下图所示：裤衩外侧支反力最小－171kN，会出现脱空！⑤支座设置建议：（1）中墩支座建议选用GPZ10规格，边墩及裤衩匝道处支座宜选用GPZ5规格。（2）裤衩处接10.5m宽双车道匝道桥，外侧支座有脱空的可能。宜将内侧支座再向内侧靠，支座间距由原设计的2.75m增大到3.5m较为合适。五、核算意见和建议原设计采用平面杆系计算，与空间杆系分析计算结果存在较大差异，空间杆系计崇义互通主线桥(2×26)m预应力砼裤衩连续梁结构核算第13页共13页算结果表明原设计纵向梁肋在中横梁处最大拉应力达到2.8MPa（下缘受拉），且中横梁预应力度略偏低，中横梁最大拉应力达到2.3MPa。本次计算已经对纵向钢束和横梁钢束略做调整，建议本桥实施时应做相应的变更。变更内容应包括：1、纵向钢束底层采用通长布设，不再在中墩位置弯起；2、纵向第二层钢束在中横梁处布设位置下调，离梁顶面的距离由原来的50cm调整至60cm；3、横梁钢束布设根数由原来的8根15-7φ5增加至10根；4、裤衩侧端横梁在分叉处存在较大的正弯矩区，原设计为底面受拉侧只有1层d25钢筋，应调整至2层；5、支座规格应做相应调整，建议如前所述，同时宜将裤衩匝道内侧支座向内靠，距离以3.5m为合适（已核算，不会出现脱空）。6、裤衩侧短束张拉在箱体内进行，原设计缺锚固齿板设计图，应补充。