某波形钢腹板Pc箱梁桥计算报告

南水北调波形钢腹板PC组合梁桥

计算报告

计算：

复核：

东南大学交通学院

二○一一年三月二十九日

1计算模型介绍

1.1 工程概况

本桥位于邢台至衡水高速公路邢台段上，桥梁中心桩号为K24+353.185，起点桩号为K24+218.935，终点桩号为K24+487.435，全长268.5米，跨径组合为70+120+70米，桥梁跨越南水北调渠，桥轴线与南水北调渠呈90°。本桥为（70+120+70）米的波形钢腹板预应力混凝土变截面连续箱桥。最大梁高为7.5m，最小梁高为3.5m，梁高按二次抛物线变化。桥梁平面位于直线上，纵断面位于R=20000米竖曲线上，纵坡分别为0.220%、-3.522%，桥梁总体布置图如图1-1所示。

邢台衡水7012070

0#1#2#3#

图1-1 南水北调大桥立面图

1.2 计算模型及参数

1.2.1 计算模型概况及计算假定

上部结构计算采用Midas/Civil-2010进行计算，单幅主梁采用空间梁单元进行模拟，全桥共88个单元和93个节点。阶段按结构特点及悬臂施工流程进行划分，共47个施工阶段。由于桥梁位于曲线半径较大，故按直桥进行计算，有限元模型如图1-2所示：

图1-2 南水北调大桥有限元模型

支承条件按图纸说明进行约束，对0#、1#、3#支座约束横向及竖向位移，对于2#

支座约束3个方向位移。

墩顶截面采用混凝土截面，波形钢腹板截面采用midas自带波形钢腹板截面，对于内衬混凝土的波形钢腹板段，等效为混凝土截面进行计算。墩顶及跨中截面如图1-3所示：

（a）墩顶截面（b）跨中截面

图1-3 南水北调大桥截面示意图

混凝土采用C55，弹性模量为3.45E4MPa，混凝土线膨胀系数（以摄氏温度计）为1.0E-5。C55混凝土轴心抗压强度标准值为35.5 MPa，轴心抗拉强度标准值为2.74 MPa，轴心抗压强度设计值为24.4 MPa，轴心抗拉强度设计值为1.89 MPa。

波形钢腹板采用Q345钢材，钢板材质符合现行标准国标GB1591-94要求，弹性模量为2.06E5 MPa，热膨胀系数（以摄氏度计）为1.2E-5，计算容重为78.5kN/m3。容许轴向应力]

[σ为200 MPa，容许剪应力]

[τ为120 MPa。

mm，预应力钢筋采用低松弛1860钢绞线，单根钢绞线直径为15.2mm，面积为1392

弹性模量为1.95E5 MPa，标准强度为1860 MPa，热膨胀系数（以摄氏温度计）为1.2E-5。

计算中认为箱梁符合平截面假定，腹板与顶底板能共同工作且不发生相对滑移。忽略波形钢腹板对结构抗弯的贡献，由混凝土顶、底板承受全部弯矩；波形钢腹板承担所有剪力，其应力状态一般视为纯剪且沿腹板高度方向等值分布；波形钢腹板箱梁弯矩和剪力不发生相互作用。

1.2.2 荷载及荷载组合

计算中主要考虑一下几种荷载：

（1）结构自重：混凝土容重为26 kN/m3，钢材为78.5 kN/m3。

（2）混凝土收缩徐变效应：Midas模型中按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）定义。收缩徐变考虑10年累计效应。

（3）二期恒载：考虑10cm厚沥青混凝土铺装层及8cm厚防水混凝土层以及两侧混凝土护栏，共计80kN/m。

（4）预应力：预应力考虑其损失及对超静定结构次效应，按设计说明，孔道壁摩擦系数0.25，管道偏差系数0.0015，一端锚具变形及钢束回缩量0.006m，体内束张拉控制应力为1395MPa，体外束张拉控制应力为1116MPa，均采用两端张拉。

（5）整体升温：按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）中有关规定，取整体升温14℃。

（6）整体降温：按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）中有关规定，取整体降温-30℃。

（7）梯度温度：按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60—2004）中有关规定，考虑铺装层厚度为10cm沥青混凝土，取相应的值。

（8）汽车荷载：设计荷载为公路Ⅰ级，单幅三车道。计算时考虑四车道偏载。具体加载位置见图1-4所示。根据结构特征值计算得到基频求的冲击系数为0.05。.

（9）支座沉降：取1#、2#墩各沉降2cm，取其包络效应，0#、3#桥台沉降1cm。

（10）挂篮荷载：考虑该桥为悬臂浇注，取挂篮荷载为800kN。

四车道偏载

图1-4 汽车荷载横向布置图

对于不同的验算内容，需采用不同的荷载组合，本桥计算中主要采取以下几种荷载组合：

1、荷载效应短期组合包络；

2、荷载效应标准值组合包络；

3、荷载效应基本组合包络。

2计算结果分析

2.1 施工阶段应力计算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）中7.2.1条规定：桥梁构件按短暂状况设计时，应计算其在制作、运输及安装等施工阶段，由自重、施工荷载等引起的正截面和斜截面的应力，并不超过规定限值。施工荷载处有特别规定外采用标准值。

南水北调大桥为悬臂浇注，需根据其实际施工状况进行有限元模拟，并对结构进行施工阶段应力验算。主要施工阶段如图2-1所示，由于箱梁采用波形钢腹板PC箱梁，故只需验算其正截面应力。

（a）墩顶支架现浇

（b）悬臂浇注阶段

（c）边跨合拢阶段

（d）成桥阶段

图2-1 南水北调大桥施工阶段示意图

预应力混凝土受弯构件在预施应力和构件自重等施工荷载作用下截面边缘混凝土的法向应力按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）7.2.8条规定

① 压应力 '

7.0ck t cc f ≤σ

施工阶段由现浇梁单独受力，张拉钢束时，混凝土标准强度为C55的100%

考虑，即MPa f ck

85.247.0'

=。施工阶段标准值组合下箱梁截面最大压应力如图2-2、2-3所示：

图2-2 施工阶段箱梁截面上缘最大压应力（MPa ）

图2-3 施工阶段箱梁截面下缘最大压应力（MPa ）

② 拉应力

各施工阶段主梁截面最大拉应力（或最小压应力）如图2-4、2-5所示：

图2-4 施工阶段箱梁截面上缘最大拉应力（MPa ）

图2-5 施工阶段箱梁截面下缘最大拉应力（MPa ）