后张法空心板设计计算书

设计计算书

工程名称 盐城港大丰港区大件码头工程大件码头引桥工程

设计阶段 施工图 专业： 路桥

计算内容 大件码头引桥工程计算书

计算页数： 14 计算日期：2010-12-21

计 算： 校 核：

复 校： 审 核：

中交第三航务工程勘察设计院有限公司

2010年12月

目 录

1 工程概况.......................................................... 1 2 技术标准 ......................................................... 1 3 主要材料 ......................................................... 1 4 设计依据 ......................................................... 2 5 技术规范 ......................................................... 3 6 桥梁总体布置 ..................................................... 3 7 结构计算 ......................................................... 4

7.1 横向分布系数计算 ............................................ 4 7.2 结构计算 .................................................... 5

7.2.1 简支板梁中板结构计算................................... 5 7.2.2 简支板梁边板结构计算................................... 8 7.2.3 简支小箱梁结构计算.................................... 11 7.3 桩基础竖向承载力验算 ....................................... 14

1 工程概况

盐城港大丰港区大件码头工程码头引桥全桥长度为380m。跨径布置为4×20m预应力混凝土简支板梁桥+12×22m预应力混凝土简支小箱梁桥。桥面宽度为11m。桥梁起点桥面高程为+8.885m，前80m纵坡为1.39%，后300m不设纵坡，引桥与码头变宽段引桥桥面接点高程为+10.0m。

2 技术标准

（1）桥梁设计基准期：100年

（2）桥梁设计荷载：大件荷载，按双排双列平板车荷载布置（见下图），最大轴重720KN（包括自重），轴距1.6m，共12根轴。

3 主要材料

（1）混凝土

预应力钢筋混凝土板梁和小箱梁混凝土强度等级为C50，桥台、盖梁、承台

1

混凝土强度等级为C30，桥梁混凝土强度等级应满足《公路钢筋砼及预应力砼桥涵设计规范》（JTGD62-2004）的要求。

（2）主要钢材

箱梁所有预应力钢绞线规格均采用《预应力混凝土用钢绞线》（GB/T 5224-2003）:九股钢驰，弹性模量为1.95绞线d=15.2mm，标准强度fpk=1860MPa，低松驰，弹性模量为1.95×105Mpa，每股钢绞线公称截面积139mm2，公称重量1.101kg/m。

锚具：锚具采用OVM夹片锚具，其质量应符合GB/T14370-93的要求。 普通钢筋：采用热轧R235、必须符合GB13013-1991的规定；采用热轧HRB335钢筋，必须符合GB1499-1998的规定。

所用钢板均为符合GB700-79规定的普通碳素结构钢（A3钢）。

波纹管：预应力钢束均采用塑料波纹管配真空辅助灌浆施工工艺。塑料波纹管质量要求应满足JT/T529-2004的要求。

4 设计依据

（1）我院与建设单位签订的设计合同。

（2）我院2010年5月出版的\"盐城港大丰港区大件码头工程工程可行性研究报告\"。

（3）江苏省水文水资源勘测局盐城分局和扬州分局2010年4月1:2000地形测图。

（4）中交第三航务工程勘察设计院有限公司《盐城港大丰港区大件码头工程岩土工程勘察。

（5）建设单位提供的有关设计前提资料（建设用地地形图、建设用地坐标、规划红线图、规划设计要求、建设用地周边道路标高等）。报告》（2010.5）。

（6）中交水运规划设计院\"大丰港二期工程码头、引桥等相关施工图\"（2009）；

（7）盐城市水利勘测设计院\"大丰港二期工程引堤施工图\"（2009）；

2

5 技术规范

交通部JTGB01－2003《公路工程技术标准》 交通部JTGD20－2006《公路路线设计规范》

交通部JTGD62－2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 交通部JTGD60－2004《公路桥涵设计通用规范》 交通部JTGD81－2006《公路交通安全设施设计规范》 交通部JTGD50－2006《公路沥青路面设计规范》 交通部JTJ D63－2007《公路桥涵地基与基础设计规范》 交通部JTJ004－89《公路工程抗震设计规范》

6 桥梁总体布置

（1）桥梁上部结构

根据桥梁线形及桥墩布置的限制，简支梁桥采用预应力钢筋混凝土结构，简支板梁桥计算跨径均为19.3m，简支小箱梁桥计算跨径为21.02m。

连接引堤的前80m桥梁上部结构采用预应力钢筋混凝土简支板梁，梁高1.3m。中板宽1.0m，边板宽1.5m，外侧悬臂长0.5m，悬臂端部厚0.15m，悬臂

3

根部厚0.3m。板梁腹板跨径中部厚度为0.25m，靠近锚端侧1.43m长度范围内厚度为0.3m。板梁顶底板厚度均为0.15m。

引桥后300m桥梁上部结构采用预应力钢筋混凝土简支斜腹板小箱梁桥，梁高1.6m，宽2.6m，相邻两个箱梁见设0.2m的现浇接缝。小箱梁腹板厚0.3m，顶底板厚0.2m，翼缘长度0.4m，其中等厚度段0.2m。

（2）桥梁下部结构

桥梁下部基础0#桥台采用钻孔灌注桩，桩径为Φ1200mm，承台下设置5根钻孔灌注桩；1#-4#盖梁下部采用钢管桩，桩径为Φ1000mm，每个盖梁下布置6根钢管桩，均为直桩；5#-16#盖梁下部采用PHC桩，桩径为Φ1000mm，5#-13#和16#盖梁布置6根桩，均为斜桩，14#、15#盖梁下部布置8根桩，也为斜桩。

7 结构计算

7.1 横向分布系数计算

（1）简支板梁横向分布系数计算

截面特性如表所示：

边板 中板 面积(m2) 0.922 0.799 抗弯惯矩(m4) 0.172 0.139 抗扭惯矩(m4) 0.189 0.180 中性轴高度(m) 0.710 0.638 横向分布计算采用铰接板法， 车道数 = 2, 自动计入车道折减

计算得到板梁横向分布系数：汽车－边板0.295、中板0.238。

4

（2）简支小箱梁横向分布系数计算

截面特性如表所示：

小箱梁 面积(m2) 1.574 抗弯惯矩(m4) 0.465 抗扭惯矩(m4) 0.649 中性轴高度(m) 0.920 横向分布计算采用铰接板法， 车道数 = 2, 自动计入车道折减

计算得到小箱梁横向分布系数：汽车－0.341

7.2 结构计算

7.2.1 简支板梁中板结构计算

结构计算采用桥梁博士3.1版计算程序，全桥共分20个单元，1号节点水平、竖向刚性约束，21号节点竖向刚性约束。

5

1、 荷载组合内力

 承载能力基本组合弯矩包络图（KN.m）：

 承载能力基本组合剪力包络图（KN）

 正常使用短期效应组合弯矩包络图（KN.m）：

2、

持久状况构件应力抗裂验算 中板配束为6束φs15.20-6

根据规范 （JTGD62－2004）6.3.1，预制构件 σst－0.85σc≤0

正常使用短期效应组合的应力包络图如下所示：

综合上述计算可知，构件各单元截面均无拉应力出现， 即0.85σc－σst≥0，满足规范要求。 3、

持久状况构件承载能力验算 1) 正截面强度验算

简支梁跨中弯距最大，因此对跨中截面进行验算。

根据承载能力基本组合计算，跨中最大弯矩：M=6014.3 (KN.M)

6

顶板宽为：b′＝99（㎝） 顶板厚为：h′＝15（㎝）

钢绞线抗拉强度设计值fpk＝1260Mpa C50混凝土抗压强度设计值 fcd ＝22.4Mpa HRB335钢筋抗拉强度设计值fsd＝280Mpa 钢绞线面积Ap＝50.04cm2(36φs15.20) 普通钢筋As＝25.136㎝2(8Φ20)

（fsdAs+fpkAp ）＝fcd b′x

由上式解得：x ＝（1260×50.04+280×25.136） /（22.4×99）

＝31.61（㎝）

x≤0.56（h－a）＝0.56×（130－18）＝62.72（㎝）

满足受压区高度界限。

空心板截面抵抗矩（γ0结构重要性系数1.1）：

Md ＝[fcd bx（h0－x/2）] / γ0

＝[ 22.4×99×31.61×（112-31.61/ 2）] / 1.1 ＝6130（kN﹒m）＞6014.3（kN﹒m） 通过验算

式中：γc—结构重要性系数，按《公预规》第5.1.5条规定取1.1。

2) 斜截面抗剪强度验算

a.承载力上限-板截面尺寸

板截面腹板宽度b=500mm,梁高度h0=1120mm, 0=1.1

0.51103fcukbh00.511035050011202019.5KN0Vd1.11197.71317.47KN

满足规范要求 b.抗剪承载力下限

0.501032ftdbh00.501031.251.835001120640.5KN0Vd1.1298.1327.91KN满足规范要求 c.抗剪承载力计算

纵向钢筋配筋率p=100×(36×139)/(500×1120)=0.89

7

箍筋配筋率2箍Φ12，svAsv/svb混凝土和箍筋的抗剪承载力

2113.100.005

100500Vcs1230.45103bh0(20.6p)fcuksvsvf1.01.251.10.451035001120(20.60.89)500.005280 1735.4KN0Vd1317.47KN满足要求 4、

持久状况构正常使用扰度验算

扰度计算按荷载短期效应组合乘以长期增长系数η，由按《公预规》第6.5.3条，η＝1.475

在消除结构自重产生的长期扰度后，主梁跨中最大扰度由程序计算得1.32cm ，

fmax=1.475x1.32＝1.947cm fmax< L/600=3.16cm，符合规范。

7.2.2 简支板梁边板结构计算

结构计算采用桥梁博士3.1版计算程序，全桥共分20个单元，1号节点水平、竖向刚性约束，21号节点竖向刚性约束。

1、 荷载组合内力

 承载能力基本组合弯矩包络图（KN.m）：

8

 承载能力基本组合剪力包络图（KN）

 正常使用短期效应组合弯矩包络图（KN.m）：

2、 持久状况构件应力抗裂验算

中板配束为6束φs15.20-6

根据规范 （JTGD62－2004）6.3.1，预制构件 σst－0.85σc≤0

正常使用短期效应组合的应力包络图如下所示：

综合上述计算可知，构件各单元截面均无拉应力出现， 即0.85σc－σst≥0，满足规范要求。 3、 持久状况构件承载能力验算

1. 正截面强度验算

简支梁跨中弯距最大，因此对跨中截面进行验算。

根据承载能力基本组合计算，跨中最大弯矩：M=6185.2 (KN.M) 顶板宽为：b′＝149.5（㎝） 顶板厚为：h′＝15（㎝）

钢绞线抗拉强度设计值fpk＝1260Mpa C50混凝土抗压强度设计值 fcd ＝22.4Mpa HRB335钢筋抗拉强度设计值fsd＝280Mpa

9

钢绞线面积Ap＝50.04cm2(36φs15.20) 普通钢筋As＝25.136㎝2(8Φ20)

（fsdAs+fpkAp ）＝fcd b′x

由上式解得：x ＝（1260×50.04+280×25.136） /（22.4×149.5）

＝20.93（㎝）

x≤0.56（h－a）＝0.56×（130－18）＝62.72（㎝）

满足受压区高度界限。

空心板截面抵抗矩（γ0结构重要性系数1.1）：

Md ＝[fcd bx（h0－x/2）] / γ0

＝[ 22.4×149.5×20.93×（112-20.93/ 2）] / 1.1

＝6470（kN﹒m）＞6185.2（kN﹒m） 通过验算

式中：γc—结构重要性系数，按《公预规》第5.1.5条规定取1.1。

2. 斜截面抗剪强度验算

a.承载力上限-板截面尺寸

板截面腹板宽度b=500mm,梁高度h0=1120mm, 0=1.1

0.51103fcukbh00.511035050011202019.5KN0Vd1.11231.91355.09KN

满足规范要求 b.抗剪承载力下限

0.501032ftdbh00.501031.251.835001120640.5KN0Vd1.1330.3363.33KN满足规范要求 c.抗剪承载力计算

纵向钢筋配筋率p=100×(36×139)/(500×1120)=0.89 箍筋配筋率2箍Φ12，svAsv/svb混凝土和箍筋的抗剪承载力

2113.100.005

10050010

Vcs1230.45103bh0(20.6p)fcuksvsvf1.01.251.10.451035001120(20.60.89)500.005280 1735.4KN0Vd1355.09KN满足要求

4、 持久状况构正常使用扰度验算

扰度计算按荷载短期效应组合乘以长期增长系数η，由按《公预规》第6.5.3条，η＝1.475

在消除结构自重产生的长期扰度后，主梁跨中最大扰度由程序计算得1.87cm ，

fmax=1.475x1.32＝2.76cm fmax< L/600=3.16cm，符合规范。

7.2.3 简支小箱梁结构计算

结构计算采用桥梁博士3.1版计算程序，全桥共分20个单元，1号节点水平、竖向刚性约束，21号节点竖向刚性约束。

1、 荷载组合内力

 承载能力基本组合弯矩包络图（KN.m）：

 承载能力基本组合剪力包络图（KN）

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 正常使用短期效应组合弯矩包络图（KN.m）：

2、 持久状况构件应力抗裂验算

箱梁配束为8束φs15.20-7

根据规范 （JTGD62－2004）6.3.1，预制构件 σst－0.85σc≤0

正常使用短期效应组合的应力包络图如下所示：

综合上述计算可知，构件各单元截面应力均载允许范围内出现， 即0.85σc－σst≥0，满足规范要求。 3、 持久状况构件承载能力验算

1. 正截面强度验算

简支梁跨中弯距最大，因此对跨中截面进行验算。

根据承载能力基本组合计算，跨中最大弯矩：M=12494.7 (KN.M) 腹板宽为：b′＝110（㎝） 底板厚为：h′＝30（㎝）

钢绞线抗拉强度设计值fpk＝1260Mpa C50混凝土抗压强度设计值 fcd ＝22.4Mpa HRB335钢筋抗拉强度设计值fsd＝280Mpa HRB335钢筋抗压强度设计值fsd＝280Mpa 钢绞线面积Ap＝77.84cm2(56φs15.20) 抗拉普通钢筋As＝34.562㎝2(11Φ20) 抗压普通钢筋As’=150.816㎝2(48Φ20)

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（fsdAs+fpkAp ）＝fcd b′x+fsd’As’

由上式解得：x ＝（1260×77.84+280×34.562-280×150.816） /（22.4×110）

＝26.594（㎝）

x≤0.56（h－a）＝0.56×（160－17.25）＝79.94（㎝）

满足受压区高度界限。

小箱梁截面抵抗矩（γ0结构重要性系数1.1）：

Md ＝[fcd bx（h0－x/2）+fsd’As’(h0-as’)] / γ0

＝[ 22.4×110×26.594×（142.75-26.594/ 2）+280×150.816×(142.75-10)]

/ 1.1

＝12808（kN﹒m）＞12494.7（kN﹒m） 通过验算

式中：γc—结构重要性系数，按《公预规》第5.1.5条规定取1.1。

2. 斜截面抗剪强度验算

a.承载力上限-板截面尺寸

箱梁截面腹板宽度b=600mm,梁高度h0=1427.5mm, 0=1.1

0.51103fcukbh00.51103506001427.53088.7KN0Vd1.12473.32720.63KN

满足规范要求 b.抗剪承载力下限

0.501032ftdbh00.501031.251.836001427.5979.6KN0Vd1.1629.8692.78KN满足规范要求 c.抗剪承载力计算

纵向钢筋配筋率p=100×(56×139)/(600×1427.5)=0.91 箍筋配筋率4箍Φ12，svAsv/svb混凝土和箍筋的抗剪承载力

Vcs1230.45103bh0(20.6p)fcuksvsvf1.01.251.10.451036001427.5(20.60.91)500.008280 3365.4KN0Vd2720.63KN13

4113.100.008

100600满足要求

4、 持久状况构正常使用扰度验算

扰度计算按荷载短期效应组合乘以长期增长系数η，由按《公预规》第6.5.3条，η＝1.475

在消除结构自重产生的长期扰度后，主梁跨中最大扰度由程序计算得1.65cm ，

fmax=1.475x1.65＝2.43cm fmax< L/600=3.50cm，符合规范。

7.3 桩基础竖向承载力验算

根据《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007），1.0.8条，桩基础竖向承载力按正常使用极限状态的短期效应组合值验算，作用效应组合值应小于或等于相应的抗力-单桩的承载能力允许值。

大件码头引桥在正常使用极限状态的短期效应组合反力为：

墩台 0# 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 12# 桩型 φ1200钻孔灌注桩 φ1000钢管桩 φ1000钢管桩 φ1000钢管桩 φ1000钢管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 桩基反力计算值（KN） 2289.8 3105.8 3105.8 3105.8 3042.1 2932.5 2932.5 2932.5 2932.5 2932.5 2932.5 2932.5 2932.5 承载力容许值（KN 3562.6 3883.2 3743.8 3836.7 3470.0 3235.8 3582.6 3642.1 3573.7 3335.0 3678.4 3558.4 3582.2 14

13# 14# 15# 16# φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 φ1000PHC管桩 2932.5 2199.4 2199.4 1692.1 3496.4 3174.7 3200.9 3690.9 根据大件码头引桥地质勘查报告，桩基持力层选择Ⅳ灰色粉细砂层。根据单桩轴向受压承载力容许值计算公式

1nRauiliqikrApqrk

2i1计算得到的桩基允许承载力容许值见上表。由上表可知，桩基承载力允许值均能满足设计要求。

经验算，全桥结构安全性验算通过。

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