马宁特大桥下部计算书

张应迁 2017年6月8日浏览：1591

马宁特大桥下部计算书

马宁特大桥下部主墩计算书

一、技术标准与设计参数

1　设计参数

1.1、设计荷载：公路Ⅰ级。

1.2、设计车速：100Km/h。

1.3、桥面宽度：整体式路基宽为33.5m，每半幅桥宽为16.5m。

1.4、桥面纵坡：主桥纵坡为i=±3.5%。

1.5、平曲线：主桥平面位于直线段内。

2　设计采用的技术规范、标准

2.1《公路工程技术标准》（JTG B01—2003）

2.2《公路桥涵设计通用规范》（JTJ D60－2004）（以下简称《通规》）

2.3《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）（以下简称《桥规》）

2.4《公路桥梁抗风设计规范》（JTJ/T D60-01－2004）

2.5《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTJ024—85）

2.6《公路工程抗震设计规范》（JTJ004—89）

2.7《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）

3　设计荷载取值及设计参数

3.1、自重取26KN/m³

3.2、百年一遇基本风速：24m/s

4　主要材料及设计参数

4.1、混凝土

C40混凝土（墩身）

弹性模量：Ec=32500Mpa

剪切模量：Gc=13000 Mpa

泊松比：Vc=0.2

轴心抗压标准强度：f_ck=26.8 Mpa

抗拉标准强度：f_tk=2.40 Mpa

C30混凝土（承台、桩基）

弹性模量：Ec=30000Mpa

剪切模量：Gc=12000 Mpa

泊松比：Vc=0.2

轴心抗压标准强度：f_ck=20.1 Mpa

抗拉标准强度：f_tk=2.01 Mpa

4.2、钢筋HRB335

弹性模量：200000 Mpa

标准强度：335 Mpa

二、计算方法与重点

1　计算方法概述

因为承台刚度比较大而且采用群桩基础，计算时假定墩底完全固结。内力与稳定计算模型采用空间杆系模型，根据《通规》和《公路桥梁抗风设计规范》相关规定，风载采用静力风载计算。结构计算程序采用桥梁博士3.0、QJX4.0计算程序、MIDAS/Civil2006。

2　计算重点

根据文献《高墩大跨连续刚构桥》的建议：最大双悬臂施工阶段为最不

利阶段，故本计算书只计算最大双悬臂施工阶段考虑风荷载时的桥墩的弯剪扭强度及双向偏心受压的强度计算。由于墩身高度小于20m，并且墩身截面足够强大，故本桥墩身稳定性不计算。

三、工况与荷载计算（最大双悬臂施工状态）

1 风荷载计算

根据《公路桥梁抗风设计规范》4.5.2条规定，应对最大悬臂施工状态时的风载进行分析计算。

因为21号墩为最高墩，在截面尺寸相同的情况下，21号墩的稳定性最差，所以计算时都以21号墩为对象计算。根据《公路桥涵设计通用规范》4.3.7在横桥向风作用下主梁单位长度上的横向静风荷载（阻力）计算如下表：

	上部横向风荷载		梁重心高度25m
风荷载计算			25m	10m
V_d=k₂k₅V₁₀		k₂=	1.31
43.3872		k₅=	1.38
W₀=rV₁₀²/2g		V₁₀=	24
0.352270874
W_d=rV_d²/2g		r=	0.011987
1.150097262
F_wh=k₀k₁k₃W_dA_wh		k₀=	0.75
961.7351245	(kN)	k₁=	1.7655	B/H=16.25/4.8579=3.345
		k₃=	1	一般地区
均布力(kNn/m)(横桥向)		A_wh=	631.527
7.397962496	(kN/m)	梁高=	4.8579
1.522872537	(kN/m²)	梁长=	130
		距离地面高度
		h=	20
顺桥向均布力		顺桥向桥墩面积
1.066010776	(kN/m²)	Asq=	124.7625
顺桥向F_wh		距离地面高度
132.9981694	(kN)	h=	27.5
2.659963388	(kN/m)

由计算可知，横桥向风力上部结构偏安全的取7.4kN/m计算，下部结构取3.1kN/m计算。横桥向风力产生的升力较小，此部分影响计入到梁段不平衡重阶段中。

风荷载采用工况组合为：仅一侧悬臂作用风荷载，系数为1.0，另一端空载。

2 施工荷载计算

施工荷载共考虑四种：

（1）假设梁段自重不均匀，一侧取1.025梁重，另一侧取0.975梁重。

（2）最后一悬臂浇注梁段不同步施工，一端满载，一端半载，即考虑半个梁段差。

（3）考虑到实际施工需要，施工用临时工具材料，计算时取一侧悬臂作用5kN/m的均布荷载，并在悬臂端头有200kN集中力，另一端空载。

（4）一侧挂篮意外掉落，挂篮重量取为800kN。

4.1.3工况组合

根据荷载及不利情况推测，进行如下工况组合

工况1：施工荷载（1）+施工荷载（2）+施工荷载（3）+风荷载组合

工况2：施工荷载（1）+施工荷载（3）+施工荷载（4）+风荷载组合

四、强度计算

1 桥墩施工状态强度分析

由设计经验可知桥墩强度最不利截面应在实心与空心交界处，因此在设计时验算实心与空心交界面处的强度。根据《桥规》（JTG D62—2004）中5.5.6条规定，弯剪扭构件在进行设计时，正截面计算与剪扭计算要分别计算并配筋。因此在进行桥墩最大双悬臂施工的状态强度分析时分别进行弯压计算和剪扭计算，最后综合配筋。

对施工阶段的分析以21号墩为对象进行计算。采用施工荷载与风荷载的两种组合，以此得到的内力结果进行强度复核。

2 墩底最不利截面内力计算

根据前面计算的各施工工况，用MIDAS2006加载最后得到各施工工况下下部单元实心与空心交界处的内力如下：

下部单元划分图

工况1作用下的墩载面内力：

单元	荷载	位置	轴向 (kN)	剪力-y (kN)	扭矩 (kN*m)	弯矩-y (kN*m)	弯矩-z (kN*m)
52	组合1	I[56]	-60380.9	-577.1	-15632.5	-111822	10845.2
52	组合1	J[55]	-61496.1	-595.7	-15632.5	-111822	12604.4
53	组合1	I[57]	-59823.2	-567.8	-15632.5	-111822	9986.52
53	组合1	J[56]	-60380.9	-577.1	-15632.5	-111822	10845.2
54	组合1	I[58]	-59265.6	-558.5	-15632.5	-111822	9141.79
54	组合1	J[57]	-59823.2	-567.8	-15632.5	-111822	9986.52
55	组合1	I[59]	-58522.1	-546.1	-15632.5	-111822	8037.19
55	组合1	J[58]	-59265.6	-558.5	-15632.5	-111822	9141.79
56	组合1	I[60]	-57964.5	-536.8	-15632.5	-111822	7225.02
56	组合1	J[59]	-58522.1	-546.1	-15632.5	-111822	8037.19
57	组合1	I[61]	-57221	-524.4	-15632.5	-111822	6163.81
57	组合1	J[60]	-57964.5	-536.8	-15632.5	-111822	7225.02
58	组合1	I[62]	-56477.5	-512	-15632.5	-111822	5127.41
58	组合1	J[61]	-57221	-524.4	-15632.5	-111822	6163.81
59	组合1	I[63]	-55734	-499.6	-15632.5	-111822	4115.81
59	组合1	J[62]	-56477.5	-512	-15632.5	-111822	5127.41
60	组合1	I[64]	-55362.2	-493.4	-15632.5	-111822	3619.31
60	组合1	J[63]	-55734	-499.6	-15632.5	-111822	4115.81
61	组合1	I[65]	-54618.7	-481	-15632.5	-111822	2644.91
61	组合1	J[64]	-55362.2	-493.4	-15632.5	-111822	3619.31

工况2作用下的墩载面内力：

单元	荷载	位置	轴向 (kN)	剪力-y (kN)	扭矩 (kN*m)	弯矩-y (kN*m)	弯矩-z (kN*m)
52	组合2	I[56]	-58898.4	-577.1	-15632.5	-104644	10845.2
52	组合2	J[55]	-60013.6	-595.7	-15632.5	-104644	12604.4
53	组合2	I[57]	-58340.7	-567.8	-15632.5	-104644	9986.52
53	组合2	J[56]	-58898.4	-577.1	-15632.5	-104644	10845.2
54	组合2	I[58]	-57783.1	-558.5	-15632.5	-104644	9141.79
54	组合2	J[57]	-58340.7	-567.8	-15632.5	-104644	9986.52
55	组合2	I[59]	-57039.6	-546.1	-15632.5	-104644	8037.19
55	组合2	J[58]	-57783.1	-558.5	-15632.5	-104644	9141.79
56	组合2	I[60]	-56482	-536.8	-15632.5	-104644	7225.02
56	组合2	J[59]	-57039.6	-546.1	-15632.5	-104644	8037.19
57	组合2	I[61]	-55738.5	-524.4	-15632.5	-104644	6163.81
57	组合2	J[60]	-56482	-536.8	-15632.5	-104644	7225.02
58	组合2	I[62]	-54995	-512	-15632.5	-104644	5127.41
58	组合2	J[61]	-55738.5	-524.4	-15632.5	-104644	6163.81
59	组合2	I[63]	-54251.5	-499.6	-15632.5	-104644	4115.81
59	组合2	J[62]	-54995	-512	-15632.5	-104644	5127.41
60	组合2	I[64]	-53879.7	-493.4	-15632.5	-104644	3619.31
60	组合2	J[63]	-54251.5	-499.6	-15632.5	-104644	4115.81
61	组合2	I[65]	-53136.2	-481	-15632.5	-104644	2644.91
61	组合2	J[64]	-53879.7	-493.4	-15632.5	-104644	3619.31

3 墩底最不利截面剪扭计算

由以上内力比较可以看出，主要是墩底的顺桥向起控制作用，因此以顺桥向内力为基础计算。

根据《桥规》（JTG D62—2004）中5.5进行基本参数计算：

五、承台及桩基计算

1 荷载组合

成桥后，综合考虑汽车制动力、船舶撞击力等的影响，得到荷载组合如下表所示：（其中船舶撞击力取值为：顺桥向—1100kN，横桥向—1400kN，撞击点分别取承台和设计通航水位线以上2m的位置。）

经计算，船舶撞击两边主墩时对结构是最不利的，并且横桥向的撞击不控制设计。

22#边主墩的荷载组合值略高，下表中仅列出成桥后22#边主墩的组合内力。

主墩承台内力汇总表（桥梁博士结果）

项目工况	位置		类型	N	Q	M
项目工况	位置		类型	(kN)	(kN)	(kN-m)
最大双悬臂阶段	21#主墩	承台底		75214	596	111823
最不利荷载组合	22#边主墩	承台底	轴力最大	119000	2300	16900
			轴力最小	89100	-4050	-40100
			剪力最大	113000	6510	44500
			剪力最小	95700	-5000	-22900
			弯矩最大	94200	1990	39100
			弯矩最小	115000	-3590	-61300
最不利荷载组合 + 船舶撞击22#墩承台	22#边主墩	承台底	轴力最大	119000	2300	16900
			轴力最小	89300	-4700	-33900
			剪力最大	113000	6870	37100
			剪力最小	95700	-5000	-23000
			弯矩最大	94300	620	37900
			弯矩最小	115000	-3740	-62500
最不利荷载组合 + 船舶撞击22#墩承台（最高通航水位以上2m）	22#边主墩	承台底	轴力最大	119000	2300	16900
			轴力最小	89300	-4630	-37700
			剪力最大	113000	6800	40800
			剪力最小	95700	-5000	-22900
			弯矩最大	94200	1990	39100
			弯矩最小	115000	-3880	-57600

2 承台验算

选取荷载组合中最不利组合，按《桥规》（JTG D62—2004）8.5.2~8.5.5条规定进行验算，结果如下表：

承台短悬臂“撑杆－系杆体系承载力验算
参数输入		γ₀=	1.1
s(m)=	0.45	h0(m)=	3.65	Nid(kN)=	56000.00
d(mm)=	28	a(m)=	0.5475	Did(kN)=	61759.87
n=	183	θ⁰=	65.0583	Tid(kN)=	26043.84
b(m)=	1.76	ha(m)=	0.618	撑杆抗压承载力(kN)	245944.60
h(m)=	4	t(m)=	1.8565	撑杆抗压承载力(kN)	245944.60
as(m)=	0.35	As(mm²)=	112682.65	撑杆抗压承载力满足要求
x1(m)=	1.15	ε1=	0.00068	系杆抗拉承载力(kN)	31551.14
f_cu,k=	30	f_cd,s=	14.4	系杆抗拉承载力(kN)	31551.14
bs(m)=	9.2	Es=	200000	系杆抗拉承载力满足要求
f_td(MPa)=	1.39	f_sd(MPa)=	280

承台计算截面弯矩设计值				柱或墩台向下冲切承台的冲切承载力计算
参数输入		γ₀=	1.1	参数输入		γ₀=	1
Vd(kN)=	45909.09			F_ld(kN)=	94000	λ_x=	0.75000
bs(m)=	9.2	斜截面抗剪承载力(kN)	183694	h(m)=	4	λ_y=	0.75000
h0(m)=	3.65	斜截面抗剪承载力(kN)	183694	as(m)=	0.25	α_px=	1.2632
a_xi(m)=	1.76	斜截面抗剪承载力满足要求		h0(m)=	3.75	α_py=	1.2632
a_yi(m)=	1.76	斜截面抗剪承载力满足要求		b_x(m)=	3.2	向下冲切承台的冲切承载力(kN)	94734
m=	0.5			b_y(m)=	7.8
P=	0.33556			a_x(m)=	0.27
f_cu,k=	30			a_y(m)=	0.72	向下冲切承台的冲切承载力满足要求
				f_td(MPa)=	1.39	向下冲切承台的冲切承载力满足要求

柱或墩台向下的冲切破坏锥体以外的角桩和边桩，其向上冲切承台的冲切承载力计算
柱或墩台向下的冲切破坏锥体以外的角桩和边桩，其向上冲切承台的冲切承载力计算

参数输入		γ₀=	1
F_ld(kN)=	26000	λ_x=	0.75000
h(m)=	4	λ_y=	0.75000
as(m)=	0.25	α^'_px=	0.8421
h0(m)=	3.75	α^'_py=	0.8421
b_x(m)=	2.73	向上冲切承台的冲切承载力(kN)	26464.62
b_y(m)=
a_x(m)=	0.27
a_y(m)=		向上冲切承台的冲切承载力满足要求
b_p(m)=	1.76
f_td(MPa)=	1.39
bs(m)=	15.11