南京地铁275+40+40+275m连续梁计算说明.doc

南京地铁三号线27.5+40+40+27.5米预应力混凝土连续箱梁计 算 说 明计算： 计算时间： 复核： 复核时间： 审核： 审核时间： 目 录1 桥梁设计11.1 设计依据11.2 结构形式及尺寸11.3 施工方法12 纵向计算(线间距3.8227.131m米)22.1 纵向计算荷载22.1.1 主力22.1.2 主+附力32.2 混凝土应力和抗裂验算32.2.1 混凝土截面正应力验算32.2.2 混凝土斜截面抗裂验算52.2.3 混凝土正截面抗裂验算52.2.4 混凝土截面剪应力验算62.3 强度计算62.3.1 正截面抗弯强度计算62.3.2 斜截面抗剪强度计算73 箱梁环框计算(线间距4.52米)73.1 环框计算荷载73.1.1 主力73.1.2附加力83.2 无接触网立柱跨中截面环框计算83.3 有接触网立柱跨中截面环框计算9附录1 二期恒载计算(线间距3.8227.133mm)91 桥梁设计1.1 设计依据地铁设计规范(GB50157-2003)。铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）。铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范（TB10002.3-2005）。铁路桥涵混凝土和砌体结构设计规范（TB10002.4-2005）。铁路桥涵地基和基础设计规范（TB10002.5-2005）。铁路工程抗震设计规范（GB50111-2006）。南京地区建筑地基基础设计规范（DGJ32/J 12-2005）。铁路桥梁盆式橡胶支座（TB/T2331-2004）。铁路混凝土结构耐久性设计规范（TB10005-2010）。1.2 结构形式及尺寸主梁为变宽度，宽度9.022m12.331m，采用斜腹板单箱单室与单箱双室截面。跨中梁高1.8m，中支点梁高2.8m，梁高变化采用直线过渡；箱梁顶板尺寸考虑纵向预应力顶板钢束的构造要求，以及局部受力，采用变厚度25cm50cm；底板厚度由跨中25cm变至支点55cm；腹板厚度45cm65cm。每个墩(台)顶设置一道横隔梁，B58、B59、B60中横梁厚度2.5m，B57、B61端横梁厚度1.5m。梁缝为100mm。详见主梁构造图。 梁体圬工采用C50混凝土；该桥只设纵向预应力钢束，纵向预应力钢束采用高强度低松弛钢绞线，钢绞线公称直径15.2mm，规格为13-s15.2、11-s15.2、10-s15.2三种；普通钢筋采用HRB335和HPB235，各材料弹性模量及强度数值依照铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范(TB 10002.3-2005)。支座采用盆式橡胶支座。1.3 施工方法 采用满堂支架现浇施工，施工单位也可采用其它施工方式，但需要征得业主、设计、监理单位同意。 连续梁位于曲线上时，采用曲梁曲做，施工单位根据预应力钢束平面布置图、预应力钢束立面布置图、预应力钢束折点示意图、预应力钢束曲线要素表进行定位和下料，钢束弯折半径根据预应力钢束曲线要素确定。 为满足连续梁桥两端预应力张拉要求，连续梁桥左侧一跨简支梁桥和右侧桥台台帽以上部分待连续梁桥两端预应力张拉完成后再施工。2 纵向计算(线间距3.8227.131m米)计算软件采用Midas/Civil 2010 V780版，采用空间梁单元建模，本桥为在缓和曲线上的变宽连续梁桥，模型仿真按实际曲线变化建立梁单元。全桥按照截面变化规律，以梗胁、变高、跨中等关键变化截面对称划分单元，共分94个单元，115个节点，并设置双支座模拟支座受力，以求解支座反力。其中，3、25、54、81、103号节点为边、中支点，39、67号节点为跨中节点。计算模型如图2-1所示。 图2-1 桥梁有限元分析离散图2.1 纵向计算荷载2.1.1 主力1、自重及二期恒载结构自重按26kN/m3计算，根据南京地铁三号线二期恒载计算方法确定二期恒载为88.04494.662kN/m，详细计算过程见附录3。2、地铁车辆荷载及动力作用地铁列车荷载根据下图（南京地铁三号线为四动两拖六辆车编组，见图2-2，图示为两辆车，图中下排数字单位为mm）计算，并考虑动力系数的影响。动力系数值为1+，其中为按铁路桥涵设计基本规范(TB 10002.1-2005)4.3.5条计算值乘以0.8确定，即1+0.8=1+0.8×( )=1+0.8×2×()=1.137图2-2 地铁列车荷载模式3、基础变位单墩不均匀沉降取1cm计算，考虑单墩及隔墩最不利情况组合。4、 收缩徐变 混凝土的收缩应变的徐变系数终极值按铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005）规定办理。徐变系数的计算参照公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)办理。预应力梁二期恒载加载龄期不小于60天，徐变龄期计算至1500天。2.1.2 主+附加力组合1、制动力考虑其与冲击力组合，取一线竖向静活载的10%计算。2、温度影响整体升温按17.8计算，降温按-12.4计算；日照温差按顶板升温5计算。2.2 混凝土应力和抗裂验算2.2.1 混凝土截面正应力验算计算结果如图2-32-10所示，图中右侧红色方框线对应的数值即改图中的最大数值，压应力为负，拉应力为正，单位为Mpa。图2-3 主力组合作用下混凝土截面上缘最大正应力图（最大-8.68Mpa）图2-4 主力组合作用下混凝土截面上缘最小正应力图（最大-7.27Mpa）图2-5 主力组合作用下混凝土截面下缘最大正应力图（最大-10.35Mpa）图2-6 主力组合作用下混凝土截面下缘最小正应力图（最大-8.5Mpa）图2-7 主+附组合作用下混凝土截面上缘最大正应力图（最大-8.73Mpa）图2-8 主+附组合作用下混凝土截面上缘最小正应力图（最大-7.32Mpa）图2-9 主+附组合作用下混凝土截面下缘最大正应力图（最大-10.36Mpa）图2-10 主+附组合作用下混凝土截面下缘最小正应力图（最大-8.5Mpa）2.2.2 混凝土斜截面抗裂验算计算结果如图2-112-14所示，图中右侧红色方框线对应的数值即改图中的最大数值，压应力为负，拉应力为正，单位为Mpa。图2-11 主力组合作用下混凝土截面主拉应力图（最大0.73Mpa）图2-12 主力组合作用下混凝土截面主压应力图（最大-10.4Mpa）图2-13 主+附组合作用下混凝土截面主拉应力图（最大0.77Mpa）图2-14 主+附组合作用下混凝土截面主压应力图（最大-10.12Mpa）2.2.3 混凝土正截面抗裂验算正截面抗裂验算详细计算过程参见附件一，下面只列出几个控制截面的验算结果。验算选取中支点截面(对应节点号为25、54和81)和各跨跨中截面(对应节点号依次为15、39、67和91)验算，计算结果见表2-1。表2-1 正截面抗裂验算结果截面位置 (kN/m2)c (kN/m2)fct (kN/m2)安全系数15-7151.55412661.3546-4438.62452.391125-3904.74755741.6413-3924.16632.475439-10890.743414742.6817-4454.28771.762754-5207.07597737.5015-3662.03912.189267-10665.486916103.9579-4433.28031.925681-3947.30296308.1105-4950.86932.852391-6203.481613650.2103-3203.79592.71692.2.4 混凝土截面剪应力验算计算结果见图2-152-16，图中右侧红色方框线对应的数值即该图中的最大数值。可见最不利组合作用下截面最大最小剪应力分别为2.25Mpa和-2.05Mpa，小于0.17fc=5.7Mpa。图2-15 主力组合作用下混凝土截面剪应力图图2-16 主+附组合作用下混凝土截面剪应力图2.3 强度计算强度计算包括正截面抗弯强度和斜截面抗剪强度，详细计算过程参见附件一，下面只列出几个控制截面的强度计算结果。2.3.1 正截面抗弯强度计算正截面强度计算选取中支点截面(对应节点号为25、54和81)和各跨跨中截面(对应节点号依次为15、39、67和91)验算，计算结果见表2-2。计算弯距和强度以下缘受拉为正。表2-2 正截面抗弯强度计算结果截面位置主+附组合计算弯距(kN.m)强度(kN.m)安全系数151.64E+043.22E+041.9625-3.74E+04-1.33E+053.57391.74E+047.92E+044.5554-4.95E+04-2.15E+054.35673.08E+047.77E+043.5181-4.56E+04-1.87E+054.11911.94E+044.83E+042.482.3.2 斜截面抗剪强度计算取7、19、35、70、75、90和100号截面进行验算，计算结果见表2-3。表2-3 斜截面抗剪强度计算结果截面位置主+附组合计算剪力(kN)强度(kN)安全系数7-1316.551-3654.27482.7756192544.3116784.97742.666735-629.3473-3118.43024.95570576.68462478.0764.2971753625.67868380.47052.311490-999.8556-2071.30752.07161003409.34767777.79532.28133 箱梁环框计算(线间距4.52米)环框计算沿桥纵向取1m宽板厚计算，计算软件采用Civil 2010 V780版，无接触网立柱和有接触网立柱时的计算模型如图3-1和图3-2所示。图3-1 无接触网立柱计算模型节点示意图图3-2 有接触网立柱计算模型节点示意图3.1 环框计算荷载3.1.1 主力1、桥面恒载1）声屏障及附属：结构高度4.0m（从轨顶计算，全封闭）声屏障自身重2600kg/m（26kN/m）（双侧）。（已含原电缆托架H型钢、电缆以及托架重量、ALC护栏板重量，风、雪荷载计算时已经考虑）2）桥面铺装：3.8227.131m线间距： 2.0kN/m2 2.0×（9.02212.331）=18.04424.662 KN/m3）单线轨道：22kN/m。4）接触网立柱荷载：最不利荷载为65kN的集中力与130kN/m的弯距。2、活载取活载轴重160kN，纵向影响范围1.0m计算。特种荷载分布长度： L=(0.52-0.176)×2=0.688m特种荷载分布集度：考虑动力系数特种荷载最终分布集度：q=116.28×1.137=132.21kN/m（其中1+u=1.137）3.1.2附加力1、温度荷载整体升温按17.8计算，降温按-12.4计算。考虑日照升温温差和寒潮降温温差，具体按铁路桥涵钢筋混凝土结构设计规范(TB 10002.3-2005) 附录B办理。3.2 无接触网立柱跨中截面环框计算最不利荷载下弯距如图3-3所示。图3-3 无接触网立柱最不利荷载作用截面弯距图(kN-m)无接触网立柱跨中截面环框计算结果显示22号截面为最不利，该截面的计算和配筋结果见表3-1。表3-1 无接触网立柱跨中截面环框计算结果最不利截面号22最不利弯距值(kN.m)169.1需配钢筋总面积(mm2)1608实配钢筋面积(mm2)2212实配钢筋后裂缝宽度(mm)0.17643.3 有接触网立柱跨中截面环框计算最不利荷载下弯距如图3-5所示。图3-4 有接触网立柱最不利荷载作用截面弯距图(kN-m)站台衔接处跨中截面环框计算结果显示：22和60号截面均可能为最不利，他们的计算和配筋结果见表3-3和表3-4。表3-2 有接触网立柱跨中截面环框计算结果最不利截面号22最不利截面弯距值(kN.m)324.1需配钢筋总面积(mm2)2881实配钢筋面积(mm2)6773实配钢筋后裂缝宽度(mm)0.1149表3-3 有接触网立柱跨中截面环框计算结果最不利截面号60最不利截面弯距值(kN.m)170需配钢筋总面积(mm2)4375实配钢筋面积(mm2)6773实配钢筋后裂缝宽度(mm)0.137附录1 支座反力计算计算结果见附表1，计算图示见附图1。附表1 27.5+40+40+27.5m连续梁支座反力计算结果节点荷载FZ (kN)1066(全部)2183.2561081076(全部)2143.8891871086(全部)6132.3304531096(全部)6033.4859361106(全部)7187.095541116(全部)7338.2803881126(全部)7344.3805681136(全部)7403.659431146(全部)2568.1857091156(全部)2705.547308附图1 支座反力计算图示附录2 连续梁变形验算 由分析可知：边跨最大竖向位移发生在93节点85号单元处，最大位移为 1.5cm<L/800=3.4cm(边跨)，验算合格。 由分析可知：中跨最大竖向位移发生在77节点71号单元处，最大位移为 0.9cm<L/700=5.7cm(中跨)，验算合格。附图2 变形验算图示附录3 二期恒载计算(线间距3.8227.133mm)1、 声屏障及附属：结构高度4.0m（从轨顶计算，全封闭）声屏障自身重2600kg/m（26kN/m）（双侧）。（已含原电缆托架H型钢、电缆以及托架重量、ALC护栏板重量，风、雪荷载计算时已经考虑）2、铺装：3.8227.131m线间距： 2.0kN/m22.0×（9.02212.331）=18.04424.662 KN/m3、单线轨道：22kN/m二期均部恒载：26+（18.04424.662）+22×288.04494.662kN/m （不含接触网支柱及加宽部分）注：接触网支柱荷载详见接触网互提资料 12