I匝道1号桥复核计算分析

I匝道1号桥复核计算分析

陈伟平

广东中建国际建设咨询有限公司广东省珠海市519000

摘要：以对厦漳高速公路厦门段I匝道1号桥进行主梁结构验算分析为工程背景，采用midasCivil对桥梁按A类预应力混凝土结构进行分析计算。

关键词：上部结构；支承反力；承载能力极限状态；正常使用极限状态

1、工程概况

1.1桥跨布置

I匝道1号桥上跨厦漳高速主线，跨径布置为22+19.3+19.3+22m预应力砼连续箱梁桥，平面位于A-135的左偏缓和曲线及R=150m的左偏圆曲线上，满堂支架整体现浇。

1.2上部构造

箱梁顶板横向宽10.5m，箱底宽3.5m，翼缘悬臂长2.0m，箱梁梁高1.5m，顶底板厚25cm，腹板从跨中至横梁部位从50cm过渡70cm；箱梁中支点设2.0m宽的中横隔梁，梁端设1.5m宽的端横隔梁。

主桥上部结构按A类预应力混凝土构件设计，纵向预应力采用符合国家标准《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T5224-2003）高强度低松弛钢绞线，其标准强度fpk=1860MPa，弹性模量Ep=1.95×105MPa，松弛率小于0.035，设计锚下张拉控制应力1395MPa。箱梁纵向预应力单根钢绞线公称直径为15.2mm，公称面积139mm2，采用15-15和15-12钢束；纵向预应力管道均采用预埋金属波纹管成孔。

2、设计标准

荷载：公路—Ⅰ级。

桥宽：桥宽布置为0.5m（钢护栏）+净9.5m（行车道）+0.5m（钢护栏）。

地震动峰值加速度:0.15g。

3、标准及规范

《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）；

《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）；

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）；

《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）；

《公路工程抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）；

《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041—2000）；

4、主要计算内容及结论

4.1主要计算内容

I匝道1号桥结构安全性计算。

4.2主要计算结论

（1）圆弧内侧支座脱空，需采用加大横桥向支座间距、设置偏心等措施。

（2）主梁正截面抗弯、斜截面抗剪、截面抗扭承载力满足规范要求。

（3）主梁正截面抗裂、斜截面抗裂满足规范关于A类预应力混凝土构件的要求。

（4）主梁正截面压应力、斜截面主压应力、钢束拉应力，均满足规范要求。

（5）施工阶段主梁截面法向压应力、拉应力均满足规范要求。

5、结构计算

5.1结构计算离散图

主梁离散为空间梁单元，采用MIDAS进行计算分析。结构离散为50个单元，59个节点，其中26、52~59节点为支承节点，节点约束情况与设计图纸的支座布置一致。

主梁结构离散图

5.2计算参数

（1）材料

混凝土：主梁采用C50混凝土。

钢绞线：Φs15.2低松弛预应力钢绞线，标准强度＝1860MPa，弹性模量Ep＝1.95x105MPa，锚下控制张拉应力：σcon=0.75×fpk=1395MPa，锚具变形与钢束回缩值（一端）：△L＝6mm，管道摩阻系数：μ＝0.25，管道偏差系数：κ＝0.0015。

收缩徐变参数按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62—2004）取值。

（2）恒载

一期恒载：按实际断面尺寸计重量，箱梁混凝土容重按26kN/m3取值，横隔梁按集中力施加在结构上，考虑内外弧不等长引起的自重均布扭矩7.46KN.m/m。

二期恒载：沥青砼22.8KN/m，钢护栏按单侧7kN/m，二期恒载合计36.8kN/m，考虑内外弧不等长引起的二期恒载均布扭矩3.19KN.m/m。

（3）汽车荷载

公路—Ⅰ级，两车道布置，外圆弧偏载，冲击系数由程序自动计算。

（4）汽车离心力

（5）温度作用

体系升、降温作用按照+25℃，-25℃考虑取值；

梯度温差按《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60—2004）4.3.10条规定的梯度温度计算，日照正温差T1采用14℃，T2采用5.5℃，日照反温差T1采用-7℃，T2采用-2.75℃。

（6）支座不均匀沉降

按5mm计算。

5.3荷载组合

Midas程序自动组合。

5.4计算结果

5.4.1支承反力

恒载作用下，支座均未出现负反力，最小值为727.9KN，运营阶段CBCmin：标准值组合作用下，圆弧内侧支座出现了最大1511.4KN的拉力，出现支座脱空情况，建议采取加大横桥向支座间距、设置偏心等措施保证支座在各种工况下均不出现负反力并有一定的富余，同时结合支座承受的水平力及位移量来选择支座规格。支承反力值详见下表1。

表1运营阶段最大/最小支座反力表

5.4.2上构箱梁持久状况承载能力极限状态计算

A、箱梁在使用阶段正截面抗弯承载力的计算

计算结果显示，所有截面正截面抗弯承载力满足规范要求。

正截面抗弯承载力验算图

B、箱梁在使用阶段斜截面抗剪承载力的计算

计算结果显示，上构箱梁在使用阶段斜截面抗剪承载力满足规范要求。

截面抗剪承载力验算图

C、箱梁在使用阶段抗扭承载力的计算

计算结果显示，上构箱梁在使用阶段抗扭承载力满足规范要求。

截面抗扭承载力验算图（剪力最大）

截面抗扭承载力验算图（扭转最大）

5.4.3上构箱梁持久状况正常使用极限状态计算

A、箱梁在正常使用极限状态下正截面压应力计算

规范限值：

使用阶段箱梁正截面最大压应力为10.6MPa（28号节点），规范限值不超过0.5fck=16.2MPa，满足规范要求。

主梁截面上缘正应力图（标准值组合）

主梁截面下缘正应力图（标准值组合）

B．箱梁在正常使用极限状态下混凝土主压应力计算

规范限值：

使用阶段箱梁斜截面最大主压应力为10.6MPa（28号节点），规范限值不超过0.6fck=19.44MPa，满足规范要求。

C、箱梁正截面抗裂计算

A类预应力混凝土构件计算，结构短期效应组合下应力应满足：

短期效应组合：

长期效应组合：

使用阶段主梁各单元在短期效应组合下最大拉应力为1.2Mpa（梁端1、50号节点），在长期效应组合下没有出现拉应力；满足规范A类预应力混凝土构件要求。

D、箱梁斜截面抗裂计算

按A类预应力混凝土构件计算，规范限值：

σtp≤0.5ftk=1.325MPa

短期效应组合下，最大主拉应力为1.2Mpa（梁端1、50号节点），满足规范斜截面抗裂要求。

E、正常使用极限状态下预应力钢束应力计算

规范限值：σpe+σp≤0.65fpk=1209Mpa

主梁截面上缘正应力图（短期组合）

主梁截面下缘正应力图（短期组合）

主梁截面上缘正应力图（长期组合）

主梁截面下缘正应力图（长期组合）

5.4.4上构箱梁短暂状况正常使用极限状态计算

（1）短暂状况应力计算

短暂状况应力计算主要对构件在预应力和自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力进行计算。

规范限值：（计算抗压容许应力时取用的施工阶段混凝土的抗压强度标准值按）

时，预拉区应配置其配筋率不小于0.2%的纵向钢筋。

计算结果显示，施工阶段主梁法向压应力最大值为7.94MPa，施工阶段未出现拉应力，均满足规范要求。