主桥计算书汇总

-10- 庆元城东大桥计算书

第一部分：主桥部分

一 、工程概况

庆元城东大桥是跨越庆元松源溪的一座大桥，桥址处现状河面宽约100米.桥梁采用20+80+20米的中承式钢管混凝土拱桥，拱肋拱轴线为二次抛物线y=(4f/L2)×X(L-X)，主跨拱肋矢跨比f/L=1/4，采用钢管砼结构。边跨拱肋采用1/7。采用钢筋混凝土结构。主拱肋截面为带倒圆角矩型，拱肋1.6m(高)x0.8m(宽)，壁厚δ=20mm的钢板焊接组成，内灌C40为膨胀砼；。桥面以上全桥共设3道一字式横撑，钢管截面为Φ90cm，壁厚δ=10mm，桥面下主墩两侧各设1道K撑。桥面吊杆横梁采用普通钢筋砼梁，肋间横梁采用钢结构箱梁，梁高为1.1米。桥面板选用30cm厚的实心板，桥面吊杆为73Φ7高强平行钢丝外加2层PE防护，吊杆间距为5.5米，吊杆两端采用冷铸墩头锚锚固，张拉端设于拱肋上。桥面铺装层结构为8cm钢纤维防水砼+5cm沥青砼。桥台为重力式结构结合钻孔灌注桩基础，桥墩采用重力式桥墩结合钻孔灌注桩基础。

二、技术标准

2.1、设计行车速度：30km/h。

2.2、设计荷载：公路Ⅱ级，人群荷载4.0kN/㎡。

2.3、桥面宽度：行车道宽9.0米，两侧各设2.5米宽人行道（不包括拱肋宽度和栏杆），全宽14.5米。

2.4、水位标准：50年一遇洪水位为359.02米；控制景观水位为354.9米；桥下无航净空要求。

2.5、桥梁坡度：桥面纵坡：双向1.05%，竖曲线半径R=4000m， E=0.22m，T=42m；横坡：车行道双向1.5%，人行道单向1.5%。

2.6、地震烈度： 地震基本烈度Ⅵ度。

-10- 三、设计规范

1、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）

2、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）

3、《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007）

4、《公路桥梁抗震设计细则》（JTG B02-01-2008）

5、《钢管混凝土设计与施工规程》（CECS28:90）

6、《矩形钢管混凝土结构技术规程》（CECS 159:2004）

7、《钢管混凝土结构技术规程》(DBJ 13-51-2003)

8、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》 （JTJ025-86）

9、《公路桥涵施工技术规范》 （JTJ041-2000）

10、《钢结构设计规范》GB50017-2003

四、设计参数

1、混凝土

a.拱肋钢管内灌注 C40混凝土

b.吊杆、拱上横梁、边拱肋 C30混凝土

c.桥道板、现浇接缝 C30混凝土

d.现浇接缝 C30混凝土

e.桥面铺装 C40防水混凝土

f.拱座及拱上立柱、台帽 C30混凝土

g.桩基础 C25水下混凝土

H.桥台台身/承台 C25混凝土

混凝土的材料特性包括：标准强度、设计强度、弹性模量、剪切模量、线膨胀系数、容重等按有关规范取用。

2、钢材：

系杆预应力钢绞线为Φs15.20低松弛预应力钢铰线，标准抗拉极限强度为1860MPa，钢绞线采用GB/T5224-2003技术标准。

拱肋、钢横梁截面采用Q345c钢。

吊杆采用fpk＝1670MPa的高强钢丝。

-10- 钢材主要指标一览表

钢筋种类 抗拉设计强度)(Mpa 抗压设计强度)(Mpa 标准强度)(Mpa 弹性模量)(Mpa

R235 195 195 235 5101.2

HRB335 280 280 335 5100.2

Strand1860 1260 390 1860 51095.1

Wire1670 1140 410 1670 2.05510

Q345 210 210 345 2.06 510

五、设计荷载取值

1、恒载

上部结构自重，混凝土容重取26KN/m3；拱肋钢材容重取78.5KN/m3。

桥面铺装钢筋混凝土容重取25KN/m3。

沥青混凝土铺装容重取24KN/ m3，栏杆按5KN/m计算。

2、计算荷载：

汽车荷载按公路-Ⅱ级，双向2车道计算。

3、温度力

体系整体升温20℃；体系整体降温25℃

六、计算概述

主桥总体静力计算分别采用“MIDAS/CIVIL程序”及“桥梁博士程序”计算。按桥梁施工流程划分结构计算阶段，根据荷载组合要求的内容进行内力、应力、极限承载力计算，验算结构在运营阶段应力、极限承载力及整体刚度是否符合规范要求。主桥计算结果以MIDAS计算结果为主，桥梁博士计算结果为辅，因此报告中主桥验算结果未做特殊说明的部分均为MIDAS计算结果。主桥端、中横梁、桥面板计算等采用桥梁博士V3.03程序进行计算。

七、荷载组合说明

桥梁博士荷载组合说明如下：

承载能力极限组合为组合Ⅰ，即基本组合，按规范JTG D60—2004第4.1.6条规定。按此组合验算结构的承载能力极限状态的强度。正常使用极限状态内力组合

-10- 分为三种组合，组合Ⅰ：长期效应组合，按规范JTG D60—2004第4.1.7条规定；组合Ⅱ：短期效应组合，按规范JTG D60—2004第4.1.7条规定；组合Ⅲ：标准值组合。

MIDAS荷载（作用）直接按照《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)第4.1.4，4.1.5，4.1.6，4.1.7，4.1.8，4.1.9规定进行组合。

八、主桥上部结构验算

1、主桥MIDAS计算模型

如图1所示，全桥计算模型共划分为415个节点和66个桁架单元（吊杆、系杆）和513个梁单元（拱肋、横梁、桥面板等）。计算文件中各种力的单位采用kN，长度单位采用m，应力单位为MPa。

图1.MIDAS计算模型图

2、主桥边界条件

MIDAS计算模型中，将一个主拱肋、边拱肋交点设置成弹性支座（由群桩等效等到），其余拱脚支座设成滑动支座，滑动方向与设计文件同。

九、施工阶段计算

1、施工阶段步骤表

主桥计算施工阶段划分情况如下表所示：

MIDAS计算过程中施工步骤划分表

施工

步骤号 施工步骤名称 历时（天） 施工结构

部位 施加荷载

（作用） 添加

边界条件 拆除

边界条件

-10- 1 搭架浇注边拱肋段、端横梁 10 边拱 自重 弹性支撑、滑动支座、部分刚性支撑

2 主拱钢管 10 主拱

3 主拱灌注混凝土 5

4 浇注边拱上立柱、横梁 28 张拉第一批系杆1600KN

5 安装拱上横梁、吊杆横梁 3

6 安装桥面板、浇注湿接头 7 张拉第二批系杆1600KN

7 二期恒载 10

收缩、徐变10年 3650

注：结构自重在第一个施工阶段添加后，在接下来的施工节段里，程序会自重添加。桥梁博士计算施工顺序与本表同。

十、弹性阶段拱肋计算

1、主拱肋内力计算

主拱肋部分采用钢管混凝土结构，设计采用容许应力法，荷载组合按相应规范

-10- 要求采用标准值组合。

根据计算拱肋以“恒载+汽车荷载+人群+降温工况控制设计”。

拱肋组合内力如下图所示：

恒载+汽车荷载+人群+降温作用下弯矩（My）包络图（kN-m）

MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM弯矩-y2.82082e+0032.12689e+0031.43295e+0037.39018e+0020.00000e+000-6.48851e+002-1.34279e+003-2.03672e+003-2.73065e+003-3.42459e+003-4.11852e+003-4.81246e+003CBSall: sLCB6MAX : 31MIN : 95文件:庆元桥拱肋计算单位:kN*m日期:10/27/2009表示-方向X:-0.336Y:-0.922Z:0.191

恒载+汽车荷载+人群+降温作用下弯矩（FX）包络图（kN-m）

MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAM DIAGRAM轴力-6.06470e+003-6.34435e+003-6.62399e+003-6.90364e+003-7.18328e+003-7.46293e+003-7.74257e+003-8.02222e+003-8.30186e+003-8.58151e+003-8.86115e+003-9.14080e+003CBSall: sLCB6MAX : 80MIN : 21文件:庆元桥拱肋计算单位:kN日期:10/27/2009表示-方向X:-0.303Y:-0.750Z:0.588

其各设计控制点内力如下：

拱脚：轴力9140.8KN，弯矩4812.5KN·m

1/4拱肋：轴力6808.0KN，弯矩2671.0KN·m

拱顶：轴力6068.0KN，弯矩2820.8KN·m

2、矩形钢管混凝土拱截面验算

拱脚截面：

钢管混凝土截面尺寸b 0.8 m

-10- 钢管混凝土截面尺寸h 1.3 m

钢管壁厚t 0.02 m

钢管抗弯惯性矩Is 0.0197762 m4

混凝土抗弯惯性矩Ic 0.1266905 m4

桥梁安全等级γ 1 一级为1.1，二级为1.0，三级为0.9

C40混凝土抗压强度 fc= 19.1 Mpa

C40混凝土弹性模量 Ec 32500 Mpa

钢材抗压强度 f= 295 Mpa

钢材弹性模量 Es 206000 Mpa

混凝土部分面积 Ac 0.9431 m2

钢管面积 As 0.0776 m2

混凝土工作承担系数fcAc/(fcAc+fAs)= αc= 0.4403647

拱轴线长度 S 90.82 m

拱轴x轴计算长度 l0x 32.6952 m

拱轴y轴计算长度 l0y 40 m

（x轴按无铰拱为0.36S，y轴计算长度按两段固定梁考虑，偏安全不考虑风撑影响取0.5L）

强度验算

Nu=Acfc+Asfs 40905.21 KN

设计最大轴力N 9140.8 KN

N/Nu 0.223463 <1/γ= 1 满足

Mux=[0.5As(h-2t-dn)+bt(t+dn)]f 12142.602 KNm

设计最大弯矩Mx 4812.5 KNm

Mx/Mu 0.3963319 <1/γ= 1 满足

dn=(As-2bt)/[(b-2t)fc/f+4t] 0.3529227 m

N/Nu+(1-αc)M/Mu= 0.4452643 <1/γ= 1 满足

稳定验算部分

轴心受压相对长细比λ0x= 0.795325 >0.215

轴心受压相对长细比λ0y= 0.9730174

轴心受压长细比λx=l0x/r0 61.054625

轴心受压长细比λy=l0y/r0 74.695521

r0= 0.5355073 m

轴心受压稳定系数φx 0.7263929

轴心受压稳定系数φy 0.6177335

N'ex=Nex/1.1 68753.33 KN