慶元城東大橋計(jì)算書

第一部分：主橋部分

一 、工程概況

    慶元城東大橋是跨越慶元松源溪的一座大橋，橋址處現(xiàn)狀河面寬約100 米.橋梁采用20+80+20 米的中承式鋼管混凝土拱橋，拱肋拱軸線為二次拋物線y=(4f/L2)×X(L-X)，主跨拱肋矢跨比f/L=1/4，采用鋼管砼結(jié)構(gòu)。邊跨拱肋采用1/7。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。主拱肋截面為帶倒圓角矩型，拱肋1.6m(高)x0.8m(寬)，壁厚δ=20mm的鋼板焊接組成，內(nèi)灌C40 為膨脹砼；。橋面以上全橋共設(shè)3 道一字式橫撐，鋼管截面為Φ90cm，壁厚δ=10mm，橋面下主墩兩側(cè)各設(shè)1 道K 撐。橋面吊桿橫梁采用普通鋼筋砼梁，肋間橫梁采用鋼結(jié)構(gòu)箱梁，梁高為1.1 米。橋面板選用30cm 厚的實(shí)心板，橋面吊桿為73Φ7 高強(qiáng)平行鋼絲外加2 層PE 防護(hù)，吊桿間距為5.5 米，吊桿兩端采用冷鑄墩頭錨錨固，張拉端設(shè)于拱肋上。橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)為8cm 鋼纖維防水砼+5cm瀝青砼。橋臺(tái)為重力式結(jié)構(gòu)結(jié)合鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，橋墩采用重力式橋墩結(jié)合鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。

二、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

2.1、設(shè)計(jì)行車速度：30km/h。

2.2、設(shè)計(jì)荷載：公路Ⅱ級(jí)，人群荷載4.0kN/㎡。

2.3、橋面寬度：行車道寬9.0 米，兩側(cè)各設(shè)2.5 米寬人行道（不包括拱肋寬度和欄桿），全寬14.5 米。

2.4、水位標(biāo)準(zhǔn)：50 年一遇洪水位為359.02 米；控制景觀水位為354.9 米；橋下無航凈空要求。

2.5、橋梁坡度：橋面縱坡：雙向1.05%，豎曲線半徑R=4000m， E=0.22m，T=42m；橫坡：車行道雙向1.5%，人行道單向1.5%。

2.6、地震烈度： 地震基本烈度Ⅵ度。

三、設(shè)計(jì)規(guī)范

1、《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）

2、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）

3、《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D63-2007）

4、《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG B02-01-2008）

5、《鋼管混凝土設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（CECS28:90）

6、《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS 159:2004）

7、《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(DBJ 13-51-2003)

8、《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 （JTJ025-86）

9、《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》 （JTJ041-2000）

10、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50017-2003

四、設(shè)計(jì)參數(shù)

1、混凝土

混凝土的材料特性包括：標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度、設(shè)計(jì)強(qiáng)度、彈性模量、剪切模量、線膨脹系數(shù)、容重等按有關(guān)規(guī)范取用。

2、鋼材：

   系桿預(yù)應(yīng)力鋼絞線為Φs15.20 低松弛預(yù)應(yīng)力鋼鉸線，標(biāo)準(zhǔn)抗拉極限強(qiáng)度為1860MPa，鋼絞線采用GB/T5224-2003 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

   拱肋、鋼橫梁截面采用Q345c 鋼。

   吊桿采用fpk＝1670MPa 的高強(qiáng)鋼絲。

鋼材主要指標(biāo)一覽表

五、設(shè)計(jì)荷載取值

1、恒載

上部結(jié)構(gòu)自重，混凝土容重取26KN/m3；拱肋鋼材容重取78.5KN/m3。

橋面鋪裝鋼筋混凝土容重取25KN/m3。

瀝青混凝土鋪裝容重取24KN/ m3，欄桿按5KN/m 計(jì)算。

2、計(jì)算荷載：

汽車荷載按公路-Ⅱ級(jí)，雙向2 車道計(jì)算。

3、溫度力

體系整體升溫20℃；體系整體降溫25℃

六、計(jì)算概述

    主橋總體靜力計(jì)算分別采用“MIDAS/CIVIL 程序”及“橋梁博士程序”計(jì)算。按橋梁施工流程劃分結(jié)構(gòu)計(jì)算階段，根據(jù)荷載組合要求的內(nèi)容進(jìn)行內(nèi)力、應(yīng)力、極限承載力計(jì)算，驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力、極限承載力及整體剛度是否符合規(guī)范要求。主橋計(jì)算結(jié)果以MIDAS 計(jì)算結(jié)果為主，橋梁博士計(jì)算結(jié)果為輔，因此報(bào)告中主橋驗(yàn)算結(jié)果未做特殊說明的部分均為MIDAS 計(jì)算結(jié)果。主橋端、中橫梁、橋面板計(jì)算等采用橋梁博士V3.03 程序進(jìn)行計(jì)算。

七、荷載組合說明

橋梁博士荷載組合說明如下：

    承載能力極限組合為組合Ⅰ，即基本組合，按規(guī)范JTG D60—2004 第4.1.6 條規(guī)定。按此組合驗(yàn)算結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)的強(qiáng)度。正常使用極限狀態(tài)內(nèi)力組合分為三種組合，組合Ⅰ：長(zhǎng)期效應(yīng)組合，按規(guī)范JTG D60—2004 第4.1.7 條規(guī)定；組合Ⅱ：短期效應(yīng)組合，按規(guī)范JTG D60—2004 第4.1.7 條規(guī)定；組合Ⅲ：標(biāo)準(zhǔn)值組合。

    MIDAS 荷載（作用）直接按照《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTG D60-2004)第4.1.4，4.1.5，4.1.6，4.1.7，4.1.8，4.1.9 規(guī)定進(jìn)行組合。

八、主橋上部結(jié)構(gòu)驗(yàn)算

1、主橋MIDAS 計(jì)算模型

   如圖1 所示，全橋計(jì)算模型共劃分為415 個(gè)節(jié)點(diǎn)和66 個(gè)桁架單元（吊桿、系桿）和513 個(gè)梁?jiǎn)卧ü袄摺M梁、橋面板等）。計(jì)算文件中各種力的單位采用kN，長(zhǎng)度單位采用m，應(yīng)力單位為MPa。

圖1.MIDAS 計(jì)算模型圖

2、主橋邊界條件

    MIDAS 計(jì)算模型中，將一個(gè)主拱肋、邊拱肋交點(diǎn)設(shè)置成彈性支座（由群樁等效等到），其余拱腳支座設(shè)成滑動(dòng)支座，滑動(dòng)方向與設(shè)計(jì)文件同。

九、施工階段計(jì)算

1、施工階段步驟表

主橋計(jì)算施工階段劃分情況如下表所示：

MIDAS計(jì)算過程中施工步驟劃分表

注：結(jié)構(gòu)自重在第一個(gè)施工階段添加后，在接下來的施工節(jié)段里，程序會(huì)自重添加。橋梁博士計(jì)算施工順序與本表同。

十、彈性階段拱肋計(jì)算

1、主拱肋內(nèi)力計(jì)算

    主拱肋部分采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采用容許應(yīng)力法，荷載組合按相應(yīng)規(guī)范要求采用標(biāo)準(zhǔn)值組合。

    根據(jù)計(jì)算拱肋以“恒載+汽車荷載+人群+降溫工況控制設(shè)計(jì)”。

    拱肋組合內(nèi)力如下圖所示：

恒載+汽車荷載+人群+降溫作用下彎矩（My）包絡(luò)圖（kN-m）

恒載+汽車荷載+人群+降溫作用下彎矩（FX）包絡(luò)圖（kN-m）

其各設(shè)計(jì)控制點(diǎn)內(nèi)力如下：

拱腳：軸力9140.8KN，彎矩4812.5KN·m

1/4 拱肋：軸力6808.0KN，彎矩2671.0KN·m

拱頂：軸力6068.0KN，彎矩2820.8KN·m

2、矩形鋼管混凝土拱截面驗(yàn)算

拱腳截面：

1/4 拱肋截面：

拱頂截面：

備注：鋼管混凝土計(jì)算部分參照《矩形鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS 159:2004

第六章壓彎構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算

經(jīng)計(jì)算得到各截面均滿足規(guī)范要求。

2、邊拱肋內(nèi)力計(jì)算

邊拱肋部分采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采用極限狀態(tài)法，荷載組合按相應(yīng)規(guī)范要求進(jìn)行組合。

根據(jù)計(jì)算拱肋以“恒載+汽車荷載+人群+降溫工況控制設(shè)計(jì)”。

恒載+汽車荷載+人群+降溫作用下彎矩（My）包絡(luò)圖（kN-m）

恒載+汽車荷載+人群+降溫作用下彎矩（FX）包絡(luò)圖（kN-m）

其各設(shè)計(jì)控制點(diǎn)內(nèi)力如下：

拱腳：軸力6930KN，彎矩3903KN·m

1/4 拱肋：軸力4945.6KN，彎矩4084.5KN·m

采用橋梁博士進(jìn)行截面配筋計(jì)算：截面按1.6x1.3m 計(jì)算：

經(jīng)計(jì)算截面僅需按構(gòu)造配筋即可滿足設(shè)計(jì)要求，實(shí)際配置鋼筋為

上下緣各26φ25。驗(yàn)算結(jié)果如下：

任務(wù)類型：截面驗(yàn)算

-截面高度： 1.6 m

構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度： 18.0 m

荷載信息；

荷載類型： 軸力(KN) 剪力(KN) 彎矩(KN-m)

結(jié)構(gòu)重力 6.93e+03 0.0 3.9e+03

汽車沖擊系數(shù): 0.0

------------------------------------------------------------

計(jì)算信息: 鋼筋混凝土截面承載能力極限狀態(tài)荷載組合I

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計(jì)算結(jié)果：

荷載組合結(jié)果：

內(nèi)力 最大軸力 最小軸力 最大剪力 最小剪力

最大彎矩 最小彎矩

軸力 8.32e+03 6.93e+03 6.93e+03 6.93e+03

8.32e+03 6.93e+03

剪力 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0

彎矩 4.68e+03 3.9e+03 3.9e+03 3.9e+03

4.68e+03 3.9e+03

------------------------------------------------------------

承載能力極限狀態(tài)荷載組合I 強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果：

最大軸力強(qiáng)度驗(yàn)算

截面受力性質(zhì): 下拉偏壓

內(nèi)力描述: Nj = 8.32e+03 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 4.68e+03 KN-m

截面抗力: NR = 1.55e+04 KN >= Nj = 8.32e+03 KN(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 4.16e-03 m**2 < 實(shí)際配筋面積 Ag = 1.28e-02 m**2

(滿足)

最小軸力強(qiáng)度驗(yàn)算

截面受力性質(zhì): 下拉偏壓

內(nèi)力描述: Nj = 6.93e+03 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 3.9e+03 KN-m

截面抗力: NR = 1.55e+04 KN >= Nj = 6.93e+03 KN(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 4.16e-03 m**2 < 實(shí)際配筋面積 Ag = 1.28e-02 m**2

(滿足)

最大彎矩強(qiáng)度驗(yàn)算

截面受力性質(zhì): 下拉偏壓

內(nèi)力描述: Nj = 8.32e+03 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 4.68e+03 KN-m

截面抗力: NR = 1.55e+04 KN >= Nj = 8.32e+03 KN(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 4.16e-03 m**2 < 實(shí)際配筋面積 Ag = 1.28e-02 m**2

(滿足)

最小彎矩強(qiáng)度驗(yàn)算

截面受力性質(zhì): 下拉偏壓

內(nèi)力描述: Nj = 6.93e+03 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 3.9e+03 KN-m

截面抗力: NR = 1.55e+04 KN >= Nj = 6.93e+03 KN(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 4.16e-03 m**2 < 實(shí)際配筋面積 Ag = 1.28e-02 m**2

(滿足)

任務(wù)類型: 截面驗(yàn)算

------------------------------------------------------------

截面高度； 1.6 m

構(gòu)件計(jì)算長(zhǎng)度： 18.0 m

------------------------------------------------------------

荷載信息：

荷載類型： 軸力(KN) 剪力(KN) 彎矩(KN-m)

結(jié)構(gòu)重力 4.95e+03 0.0 4.81e+03

汽車沖擊系數(shù): 0.0

------------------------------------------------------------

計(jì)算信息: 鋼筋混凝土截面承載能力極限狀態(tài)荷載組合I

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計(jì)算結(jié)果：

荷載組合結(jié)果：

內(nèi)力 最大軸力 最小軸力 最大剪力 最小剪力

最大彎矩 最小彎矩

軸力 5.93e+03 4.95e+03 4.95e+03 4.95e+03

5.93e+03 4.95e+03

剪力 0.0 0.0 0.0 0.0

0.0 0.0

彎矩 5.77e+03 4.81e+03 4.81e+03 4.81e+03

5.77e+03 4.81e+03

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承載能力極限狀態(tài)荷載組合I 強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果：

最大軸力強(qiáng)度驗(yàn)算

截面受力性質(zhì): 下拉偏壓

內(nèi)力描述: Nj = 5.93e+03 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 5.77e+03 KN-m

截面抗力: NR = 9.22e+03 KN >= Nj = 5.93e+03 KN(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 4.16e-03 m**2 < 實(shí)際配筋面積 Ag = 1.28e-02 m**2

(滿足)

最小軸力強(qiáng)度驗(yàn)算

截面受力性質(zhì): 下拉偏壓

內(nèi)力描述: Nj = 4.95e+03 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 4.81e+03 KN-m

截面抗力: NR = 9.22e+03 KN >= Nj = 4.95e+03 KN(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 4.16e-03 m**2 < 實(shí)際配筋面積 Ag = 1.28e-02 m**2

(滿足)

最大彎矩強(qiáng)度驗(yàn)算

截面受力性質(zhì): 下拉偏壓

內(nèi)力描述: Nj = 5.93e+03 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 5.77e+03 KN-m

截面抗力: NR = 9.22e+03 KN >= Nj = 5.93e+03 KN(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 4.16e-03 m**2 < 實(shí)際配筋面積 Ag = 1.28e-02 m**2

(滿足)

最小彎矩強(qiáng)度驗(yàn)算

截面受力性質(zhì): 下拉偏壓

內(nèi)力描述: Nj = 4.95e+03 KN, Qj = 0.0 KN, Mj = 4.81e+03 KN-m

截面抗力: NR = 9.22e+03 KN >= Nj = 4.95e+03 KN(滿足)

最小配筋面積 Agmin = 4.16e-03 m**2 < 實(shí)際配筋面積 Ag = 1.28e-02 m**2

(滿足)

十一、振型模態(tài)及周期

主橋振型模態(tài)如下：

第1 階振型圖(拱肋面外變形)

第2 階振型圖（橋面面內(nèi)反對(duì)稱變形）

第3 階振型圖（橋面扭轉(zhuǎn)變形）

橋梁自振周期表

模態(tài) 號(hào)

頻率 周期

(rad/sec) (cycle/sec) (sec)

1 4.627887 0.736551 1.357679

2 12.365613 1.968048 0.508118

3 12.371831 1.969038 0.507862

4 13.998096 2.227866 0.448860

5 17.723773 2.820826 0.354506

6 17.723773 2.820826 0.354506

7 17.726619 2.821279 0.354449

8 17.728693 2.821609 0.354408

9 18.089210 2.878987 0.347344

10 18.089310 2.879003 0.347342

從振型上來看，橋梁面內(nèi)剛度要大于面外剛度，一般表現(xiàn)為側(cè)向失穩(wěn)。穩(wěn)定分析詳見穩(wěn)定分析。

十二、穩(wěn)定分析結(jié)果

主橋在自重+二期恒載狀態(tài)下穩(wěn)定安全系數(shù)為12.10

模態(tài)一穩(wěn)定分析結(jié)果1

主橋在自重+二期恒載+車輛偏載+人群偏載狀態(tài)下穩(wěn)定安全系數(shù)為11.5

模態(tài)一穩(wěn)定分析結(jié)果2

主橋在自重+二期恒載+車輛滿載+人群滿載狀態(tài)下穩(wěn)定安全系數(shù)為10.96

模態(tài)一穩(wěn)定分析結(jié)果3

根據(jù)規(guī)范，橋梁彈性穩(wěn)定系數(shù)應(yīng)在4～6 之間，故本橋滿足要求。

詳細(xì)文檔見附件，謝謝！

20 80 20飛燕拱主橋計(jì)算書.pdf