-
30m
组合箱梁上部结构计算书
Ⅰ、设计资料和结构尺寸
一、设计资料
1.
标准跨径
:30.0m
；
2.
计算跨径
:
边跨
29.24m
，中跨
29m
；
3.
桥面宽度
:
全宽
2
×
(0.5+11.5+0.75)+0.5=26m
；净宽
2<
/p>
×
11.5m
；
4.
设计荷载
:
公路
-I
级；
5.
材料及特性
（
1
）
混凝土：
预应力混凝土预制箱梁
、
横梁及现浇接头湿接缝混凝土均为
C50
。
6cm
调平层混凝土为
C40<
/p>
，桥面铺装层采用
10cm
厚沥青混凝土
。
（
2
）钢
绞线：采用符合
GB/T
5224-1995
技术标准的低松弛钢绞线。
（
3
）非预应力钢筋：采用符合新规范的
R235,HRB335
钢筋。凡钢筋直径≥
12
毫米
者，采用
HRB335(20Mn
Si)
热轧螺纹钢；凡钢筋直径
<12
毫米者，采用
R235
钢。
（
4
）钢板应符合
GB
700
－
88
规定的
< br>Q235
钢板。
（
5
）材料容重：钢筋混凝土
γ
=26kN/m
,
沥青混凝土
γ<
/p>
=23kN/m
,
钢板容重
γ
=78.5kN/m
。
以上各种材料特性参数值参见《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》
(JTG
D62-2004)
，所需参数如下：
3
3
3
6.
锚具
GVM15-3
、
GVM15-4
和
GVM1
5-5
。
7.
施工工艺
预制梁部分按后张法制作主
梁，预留预应力钢丝孔道，由
Φ
=50mm
和
Φ
=55mm
的预
埋波纹管形成。在现场安装完成后现浇湿接头，完成结构转换工作。
8.
设计依据
:
（
1
）
《公路工程技术标准》
（
JTG
B01-2003
）
；
（
2
）
《公路桥涵设计通用
规范》
（
JTG
D60-2004
）
；
（
3
）
《公路钢筋混凝土及
预应力混凝土桥涵设计规范》
(JTG
D62-2004)
。
7.
计算方法
:
极限状态法。
二、结构尺寸
箱梁梁高
160cm
，预制中梁宽
240cm
，预制边梁宽
285cm
。桥梁横断面布置如下图
：
三、箱梁的横截面几何特性计算
预制端截面
预应力钢筋锚固截面
根据已定好的箱梁结构尺寸，计算其截面特性，结果如下：
截面面积：
A=1.235m^2
抗扭惯矩：
Ixx=0.272m^4
抗弯惯矩：
Iyy=0.367m^4
截面中心：
y=1.2m
，
z=0.
957m
上核心距：
ks=0.311m
下核心距：
kx=0.462m
换算截面：
一般区段，
b=360mm
；
端部区
段：
b=500mm
。
Ⅱ、荷载计算
一、电算模型
1.
使用软件
3.0
、
Ansys
、
MidasCivil6.7.1
、
GQJS
。
2.
模型分析
（
1
）外部环境特性
计算相对湿度
75
％；
不均
匀沉降考虑为
1/3000
；
桥面板与
其他部分的温差为±
14
℃。
（
2
）施工阶段划分
按照该桥梁实际施工工序，即预制安装（
40
< br>天）——现浇湿接头和张拉负区束（其
中两边跨现浇段为第一步，
第二三跨现浇段为第二步，
第三四跨现浇段为第三步，
共
35
天）——铺装桥面及设备（
10
天）——完工——使用阶段，建立从施工阶段到成桥阶段
的模型
。
（
3
）单
元划分
根据该桥梁构造特性，共划分
98
个单元，其中边跨为
2x22
个，
中跨为
3x18
个，
将端横梁视为集中
荷载加载于相应位置。
（
4
）预应力钢束特性
预应力管道为钢波纹管管道
，
摩擦系数ｕ＝
0.23
；
管道偏差系数
κ
＝
0.0
015/m
；
钢
筋回缩和锚具变形为每
侧
6mm
，两端张拉，张拉控制应力
?
con
?
0
.
72
f
pk
?
1339
MPa
。
（
5
）荷载信息
根据荷载横向分布计算结果，按跨中和支点段分别计算跨中与支点段的荷载效
应。
模型简图（半桥）
二、恒载作用计算
1.
每延米梁重：
g
1
?
1
.
235
*
26
?
32
.
11
kN
/
m
<
/p>
2.
湿接桥面板重：
g
< br>2
?
0
.
75
*
0
.
18
*
26
?
3
.
51
kN
/
m
3.
现浇层、沥青铺装层及内外侧栏杆
现浇砼厚
6cm
，则现浇层的荷载集度
为：
0
.
06
?
12
.
75
?
25
?
19
.
125
kN
/
m
沥青铺装层的荷载集度为：
0<
/p>
.
1
?
11
.
5
?
23
?
26
.
45
kN
/
m
栏杆的荷载集度为
14
kN
/
m
（两侧合计
）
按照荷载分布位置，有
g
3
?
(
19
.
125
?
26
.
45
)
/
4
?
14
?
0
.
5
?
< br>18
.
4
kN
< br>/
m
三、活载作用计算
1.
荷载横向分布影响线的计算
（
1
）
ANSYS
计算结果
横桥向共
< br>4
根梁，根据横梁截面及横梁间桥面板截面尺寸，用
AN
SYS
建立空间杆系
模型，通过在不同节点上施加单位荷载，求
出在不同工况下（荷载沿桥跨纵向及横向不
同位置）各梁的横向分布效应，结果如下表：
工
况
1
2
3
4
5
6
1
＃梁
2
＃梁
3
＃梁
4
＃梁
1
＃梁
2
＃梁
3
＃梁
4
＃梁
?
11
0.4981
0.4536
0.4091
0.3925
0.3786
0.3715
?
21
0.2314
0.2469
0.2624
0.2676
0.2696
0.2707
?
31
0.1512
0.1665
0.1818
0.1880
0.1937
0.1968
?
41
工
况
?
12
0.243
?
22
0.4640
0.3896
0.3152
0.3153
0.2924
0.2966
?
32
0.1931
0.2134
0.2337
0.2361
0.2401
0.2407
?
42
0.1196
0.1539
0.1882
0.1808
0.1982
0.1917
0.1193
17
0.2231
0.1330
18
0.1467
19
0.2629
0.1519
20
0.2678
0.1581
21
0.2693
0.1611
22
0.2710
7
8
9
0.3636
0.3598
0.3548
0.2708
0.2711
0.2709
0.2709
0.2707
0.2707
0.2706
0.2706
0.2706
0.2706
0.2003
0.2020
0.2043
0.2054
0.2069
0.2075
0.2083
0.2086
0.2089
0.2089
0.1653
23
0.2707
0.1671
24
0.2710
0.1700
25
0.2712
0.1711
26
0.2701
0.1730
27
0.2717
0.1736
28
0.2692
0.1747
29
0.2723
0.1750
30
0.2684
0.1753
31
0.2731
0.1753
32
0.2677
0.2839
0.2880
0.2799
0.2828
0.2780
0.2794
0.2772
0.2772
0.2774
0.2760
0.2419
0.2424
0.2425
0.2434
0.2427
0.2440
0.2427
0.2445
0.2425
0.2447
0.2035
0.1987
0.2063
0.2036
0.2076
0.2073
0.2078
0.2099
0.2070
0.2116
10
0.3526
11
0.3494
12
0.3482
13
0.3464
14
0.3458
15
0.3452
16
0.3452
其中工况
1-16
为单位荷载在
1#
梁上从支点移动到跨中的工况，工况
17
-32
为单位
荷载在
2#
梁上从支点移动到跨中的工况，
在
3#
梁以及在
4#
梁上的工况情况分别与
2#
和
4#
梁的工况相对称。
根据以上横向分布效应值，有：
?
11
电算结果
21
31
?
ij
41
12
22
32
42
0.345
0.271
0.209
0.175
0.268
0.276
0.248
0.212
a.
三列车
1#
梁：
m=(0.360+0.318+0.266+0.2
69+0.205+0.225)*0.78/2=0.641
2#
< br>梁：
m=(0.287+0.249+0.274+0.266+0.240+0
.258)*0.78/2=0.614
b.
两列车
1#
梁：
m=(0.360+0.318+0.266+0.
269)/2=0.607
2#
梁：
m=(0.287+0.249+0.274+0.266)/2=0.538
因此，
荷载横向分布系数取
0.641
，为外边梁三列车作用的情况。
（
2
）
GQJS
计算结果
计算方法
:
刚接板法
桥面宽度
人行道宽
主梁跨径
主梁根数
翼缘宽度
翼缘悬臂长
翼缘板厚
抗弯惯矩
抗扭惯矩
12.75
1.25 30 4 2.4 0.66
0.18 0.367 0.272
活载信息
:
汽车荷载
:
公路
-I
级
横向分布系数计算结果
:
1#
梁
0.643
2#
梁
0.611
3.
梁端横向分布系数
支点处荷载横向分布系数按照杠杆原理法计算，得
m
0
?
1
。
4.
荷载横向分布系数
荷载横向分布系数沿桥跨的变化，按跨中到四分点处保持不变的
m
c
，从四分点到支
点处的区段内荷载横向分布系数
呈直线变化。
荷载横向分布系数表
荷载
三列车
跨中～四分点
m
c
0.642
支点
m
0
1
5.
活载作用内力计算
活载加载时，该桥梁结构已由简支结构转为连续结构，因此，活载内力计算是基于
成桥状态的连续结构求解的。
（
1
）冲击系数计算
依据《公路桥涵设计通用规范》
（
JTG
D60-2004
）第
84
页对于连续梁桥正弯矩段与
负弯矩段的基频
f
1
与
f
2
的计算方法，有：
13
.
61
6
f
1
?
2<
/p>
?
l
2
23
.
651
f
2
?
2
?
l
2
EIg
13
.
616
?
G
2
?
*
29
2
EIg
23
.
651<
/p>
?
G
2
?
*
29
2
3
.
45
*
10
10
*
0
.
367
*
9
.
8
?
1
.
798
Hz
254808
.<
/p>
333
3
.
45
*
10
10
*
0
.
367
*
9
.
8
?
3
.
123
Hz<
/p>
254808
.
333
< br>因此，根据《公路桥涵设计通用规范》
（
JTG D60
-2004
）第
4.3.2
条，有：<
/p>
正弯矩段：
?
?
0
.
1767
ln
f
?
0
.
0157
?
0
.
1767
*
ln
< br>1
.
798
?
< br>0
.
0157
?
0
.
088
负弯矩段：
?
?
0
.
1767
ln
f
?
0
.
0157
?
0
.
1767<
/p>
*
ln
3
.
123
?
0
.
0157
?
0
.<
/p>
186
（
2<
/p>
）活载作用内力
S=(1+
μ
)
ξ
Σ
m
i
p
i
y
i
式中：
1+
μ
—冲击系数
；
ξ
—多车道桥涵的汽车荷载折减系数；
m
i
—沿桥跨纵向与
荷载位置对应的横向分布系数；
p
i
—车辆荷载的轴重；
y
i
—沿桥跨纵向与
荷载位置对应的内力影响线坐标值。
四、
内力组合
（
1
）基本组合
< br>在此基本组合考虑永久作用—结构重力，可变作用—汽车荷载、温度梯度、基础沉
降作用，则基本组合作用效应表达式为：
n
< br>?
0
S
ud
?
?
0
(
?
G
S
G
?<
/p>
?
Q
1
S
Q
1
k
?
?
c
?
?
Qj
S
Qjk
)
式中：
?
0
—结构重要性系数，取为
1.0
；
< br>
j
?
2
?
G
—永久作用结构重力效应分项系数
，取为
1.2
；
?
Q
1
k
、
?
Qjk
—可变作用荷载效应分项系
数，取为
1.4
；
< br>?
c
—除汽车荷载效应（含冲击力、离心力）、风荷载外
其它可变作用效应系数；
S
G
—永久作用结构重力效应标准值；
S
Q
—可变作用汽车荷载效应标准值。
（
2
）短期组合
<
/p>
在此短期组合考虑永久作用—结构重力，可变作用—汽车荷载、温度梯度、基础沉
降作用，则短期组合作用效应表达式为：
n<
/p>
S
sd
?
S
G
?
?
?
1
j
S
Qjk
j
?
1
?
1
j
—可变作用荷载效应
频遇值系数，
式中：
汽车取为
0.7<
/p>
，
温度梯度取为
0.8
< br>，
其他
1.0
；
S
Qjk
—第
j
个可变作用荷载效应频遇值。
< br>（
3
）长期组合
在此长期组合考虑永久作用—结构重力，可变作用—汽车荷载、温度梯度、基础沉
降作用，则长期组合作用效应表达式为：
n
S
sd
?
S
G
?
?
?
2
j
S
Qjk
j
?
1
?
2
j
—可变作用荷载效应频遇值系数
，
式中：
汽车取为
0.4
，
温度梯度取为
0.8
，<
/p>
其他
1.0
；
S
Qjk
—第
j
个可变作用荷载效应准永久值。
（
4
）连续梁内力组合（按施工顺序计算，不计预应力）
控制内力
边跨
/
边支点
中跨
/
中支点
弯矩
(kN*m)
跨中
9280
8420
1/4
6230
6720
支点
-135
-4520
跨中
251
357
剪力
(kN)
1/4
993
911
支点
1620
1750
弯矩包络图
剪力包络图
Ⅲ、预应力钢束的估算和布置
一、截面钢束的估算与确定
1.
估算方法
按承载力极限状态应力要求和使用阶段应力要求综合考虑。
2.
钢束布置
边跨配束
8
< br>束，其中
N1
、
N4
由
4
根编束，
N2
、
N3
由
5
根编束，共
36
根钢束，对称
< br>布置；中跨配束
8
束，其中
N1
、
N2
、
N3
由
4
根编束，
N4
由
3
根编束，共
< br>30
根钢束，对
称布置。
二、预应力钢束的布置
1.
跨中预应力钢束布置
采用
Φ
=50mm
（
3
根编束）和
Φ
=
55mm
（
4
根及以上编束）的波纹管
成型，在保证管
道构造要求的前提下，使钢束群重心尽量偏离形心，布置如下图，其重心
距梁底：
边跨：
a
< br>y
=(2
×
4
< br>×
9+2
×
5
< br>×
9+2
×
5
< br>×
20+2
×
4
×
31)/36=16.9cm
中跨：
a
y
=(2
×
3
×
9+2
×
4
×
9+2
×
4
×
20+2
×
4
×
31)/30=17.8cm
2.
梁端预应力钢束布置（中梁同边梁）
梁端预应力钢束布置遵循两个原则：一是预应力钢束群
重心尽可能靠近截面形心，
使截面受压均匀；二是考虑锚头布置可能性，满足张拉操作。
因此，端截面预应力钢束
距底面距离分别为：
12.5cm
、
56cm
、
88
cm
、
120cm
，其重心距梁底：<
/p>
边跨：
a
y<
/p>
=(2
×
4
×<
/p>
120+2
×
5
×
88+2
×
5
×
56+2
×
4
×
12.5)/36=69.4cm
中跨：
a
y
=(2
×
4
×
120+2
×
4
×
88+2
×
4
×
56+2
×
3
×
12.5)/30=72.9cm
端截面
跨中截面
3.
顶板预应力钢束布置（中梁同边梁）
顶板预应力钢束主要用于负弯矩区，其一般段距箱梁顶缘
8cm
，锚固区距箱梁顶缘
14cm
，即处于顶板中间位置
。
T1
长束
3
束，每束
5
根；
T2
< br>短束
2
束，每束
5
根。
一般区段
锚固区段
三、预加应力后荷载组合（持久状况承载能力极限组合）
半跨弯矩包络图
半跨剪力包络图
< br>荷载组合值详见第
V
部分持久状况承载能力极限状态验算
。
Ⅳ、普通钢筋配筋估算
一、截面普通钢筋的估算与确定
<
/p>
本桥梁为部分预应力混凝土结构，根据电算结果，在原设计钢筋直径情况下，支点
附近箱梁上缘拉应力不能满足规范要求，
因此将箱梁底部和负弯矩段
Φ
16
的钢筋改为
Φ
20
，箱梁顶板内
Φ
10
的钢筋改为
Φ
12
，经过验算，梁体上缘的应力得到了改善，满足规
范要求。具体应力值
可参见第Ⅷ部分构件应力计算结果。
二、普通钢筋的布置
顶部和底部最外
缘的钢筋距截面边缘
42mm
，
排成一
排；
负弯矩区钢筋配置在墩顶两
侧各
6
m
范围内，比普通段加密一倍。
Ⅴ、持久状况承载能力极限状态计算
一、结果显示单元号的确定
由于单元
划分较多，不能在此一一显示，因此依据内力和应力值确定显示结果单元
号，一般有跨中
、支点、
1/4
跨、变截面处、配筋变化点等。本模型最终确定
显示计算
结果的节点号为：
10#
（边
跨跨中）
、
17#
（边跨
1/4
截面）
、
25#
（近次中支点）
、
28#
< br>（次
中跨
1/4
截面）
、
32#
（次中跨跨中）
、
43#
（近中支点）
、
47#
（中跨
1/4
截面
）
、
50#
（中
跨跨中）
。
二、正截面抗弯承载力计算
桥梁博士系统文本结果输出
项目名
称
:5x30m
箱梁
输出组合类型
:1
（承载能力极限组合）
10#
单元左截面
:
类型
性质
Nj
Mj R
最大轴力
上拉偏压
6.937e+003
-7.571e+002 2.248e+004
最小轴力
上拉偏压
5.781e+003
-2.876e+002 2.438e+004
最大弯矩
下拉偏压
5.781e+003
2.679e+003 1.674e+004
最小弯矩
上拉偏压
6.937e+003
-1.873e+003 1.854e+004
10#
单元右截面
:
类型
性质
Nj
Mj R
最大轴力
上拉偏压
6.942e+003
-8.302e+002 2.217e+004
最小轴力
上拉偏压
5.785e+003
-3.279e+002 2.415e+004
最大弯矩
下拉偏压
5.785e+003
2.659e+003 1.686e+004
最小弯矩
上拉偏压
6.942e+003
-2.013e+003 1.815e+004
17#
单元左截面
:
类型
性质
Nj
Mj R
最大轴力
上拉偏压
9.665e+003
-1.978e+003 2.191e+004
最小轴力
上拉偏压
8.054e+003
-1.071e+003 2.372e+004
最大弯矩
下拉偏压
8.054e+003
9.125e+002 2.657e+004
最小弯矩
上拉偏压
9.665e+003
-3.863e+003 1.818e+004
17#
单元右截面
:
类型
性质
Nj
Mj R
最大轴力
上拉偏压
9.647e+003
-2.188e+003 2.146e+004
最小轴力
上拉偏压
8.039e+003
-1.233e+003 2.322e+004
最大弯矩
下拉偏压
8.039e+003
6.531e+002 2.751e+004
最小弯矩
上拉偏压
9.647e+003
-4.115e+003 1.750e+004
25#
单元左截面
:
类型
性质
Nj
Mj R
最大轴力
上拉偏压
1.031e+004
-1.776e+003 2.837e+004
最小轴力
上拉偏压
8.591e+003
-7.455e+002 3.235e+004
最大弯矩
下拉偏压
8.591e+003
4.823e+002 3.866e+004
最小弯矩
上拉偏压
1.031e+004
-4.936e+003 1.794e+004
25#
单元右截面
:
类型
性质
Nj
Mj R
最大轴力
上拉偏压
1.031e+004
-1.744e+003 2.857e+004
最小轴力
上拉偏压
8.592e+003
-7.211e+002 3.257e+004
最大弯矩
下拉偏压
8.592e+003
4.962e+002 3.856e+004
最小弯矩
上拉偏压
1.031e+004
-4.853e+003 1.819e+004
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