那兵桥承载力验算-OK.doc

1、 1 附录 C 桥梁承载力检算书 那兵 桥 承载力验算 1 桥梁概况 那兵 桥 于 1982 年竣工，主孔为 216.0m普通混凝土简支 形 梁 ，支座采用橡胶支座，桥梁立面和平面如图 1-1 和 1-2 所示，桥梁横断面布置见图 1-3，单片梁具体尺寸及钢筋布置见图 1-4。 主要相关设计技术标准为： （ 1）设计荷载为：汽 15； （ 2）桥面净宽：净 7+20. 5 米护栏 （ 按 2 车道计算） ； （ 3）上构：全桥共 2 跨，每跨均为 16.0m矩形板 。 由于 那兵 桥 技术资料保存不完全，因此理论计算时部分参数取自现场勘察和检测的结果。 850 16 00 16 00 6004

2、6 50右立面图那兵在妙0#台 2#台1#墩1#跨 2#跨图 1-1 桥梁立 面示意图 （单位： cm） 5170051802图 1-2 桥梁平 面示意 图 （单位： cm） 2 1. 5 % 1. 5 %图 1-3 桥梁横断面 布置示意 图（单位： cm） 25 12 1416212.721053113.57.5407.513.52103 73 7图 1-4 断面尺寸及 钢 筋布置示 意图（单位： cm） 2 计算规范 本 桥承载力 采用新旧 规范 进行检算，新规范 采用公路 级荷载标准，老规范采用汽 -15 荷载标准， 所用的规范 具体有 ： 公路桥涵设计通用规范 JTJ 021-89 公

3、路桥涵设计通用规范 JTG D60-2004 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTJ 023 85 公路钢筋混凝土及预应力 混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004 公路旧桥承载能力鉴定方法（试行） 1988 公路桥梁承载能力检测评定规程（ 征求意见 稿） 2003 年 4 月 3 验算方法 及 相关参数取值 3.1 验算方法 该桥为 16.0m 混凝土简 支梁桥，跨中最大正弯矩是设计考虑的首选要素 ，同时适当3 考虑支座最大剪力。 结构横向由 5 片 形 梁组成，其活载计算时 跨中弯矩 按 绞 接板 梁法计算受力最不利的一块板的效应 ，支座剪力则按照杠杆法计算， 当结构（构件）

4、在恒载和活载作用下的组合效应（弯矩 和剪力 ）小于结构（构件）本身 相应 的抗力时，验算通过，反之 ，验算 通不过。 3.2 现场测试结果 表 3-1 列出了现场回弹及碳化深度等测试结果， 考虑到 建桥年代 ， 综合现场测得数据， 那兵 桥 按 C40（新规范） 计算。 表 3-1 现场回弹测试结果 构件名称 平均值 （ MPa） 标准差 （ MPa） 平均碳 化深度 （ mm） 强度 推定值 （ MPa） 推定混凝土强度 等级 1#跨 4#I 梁左侧面 53.0 4.34 1.0 46.0 C46 1#墩墩身那兵 23.7 3.15 3.0 18.5 C18 1#墩帽梁那兵 51.0 2.4

5、3 1.0 47.0 C47 台帽不符合布区要求，无法进行回弹检测 3.3 验算参数的取值 结构尺寸参数、钢筋参数、混凝土参数及恒载活载参数取值分别见表 3-25。 当采用旧规范进行相应的加载和理论值计算时，钢筋抗拉设计强度也应用旧规范的强度，由 JTJ 023-85 规范可知级钢筋的抗拉设计强度为 240MPa，级钢筋的抗拉设计强度为 340MPa。 表 3-2 单片 I 梁 结构尺寸参数取值 计算跨径 0l /m 梁宽 b /m 梁高 1h /m 15.20 1.62 1.05 4 表 3-3 钢筋相关参数取值 纵向钢筋 种类 钢筋数量 sn 钢筋直径sd /mm 单根钢筋面积 / 2m

6、纵向钢筋总面积 SA / 2m 拉设计强度sdf /MPa 弹性模量sE /MPa 1 8 25 4.910-4 3.9210-3 280 2.0 510 2 6 12 1.110-4 6.7910-4 280 2.0 510 3 4 14 1.510-4 6.1610-4 280 2.0 510 箍筋 支座附近箍筋间距 1vS /mm 跨中附近箍筋间距 2vS /mm 箍筋直径箍d /mm 单根箍筋面积 1svA / 2m / 抗拉设计强度sdf /MPa 弹性模量svE /MPa 200 200 8 5.0 510 / 195 2.1 510 表 3-4 混凝土相关参数取值 规范 混凝土标

7、 号 抗压设计强度cdf /MPa 抗拉设计强度tdf /MPa 混凝土标号R /MPa 弹性模量cE /MPa 04 C40 18.4 1.65 40 3.25 410 85 C40 23.0 2.15 40 3.3 410 表 3-5 恒载活载 等 参数取值 桥梁安全等级 结构重要系数 0 车道数 荷载等级 桥面混凝土铺装厚度 /cm 混凝土铺装容重 /kN/m3 II 级 1.0 2 车道 公路 级 9 25 II 级 1.0 2 车 道 汽 15 挂 80 9 25 3.4 桥梁冲击系数和 活载 横向分布计算 3.4.1 冲击系数 JTJ 021-89 规范规定冲击系数取值方法为：当桥

8、的跨径小于或等于 5 米时，冲击系数取 0.3；当桥跨径大于或等于 45 米时，冲击系数为 0，当跨径在 5 到 45 米之间时，线性插值得到冲击系数。 按 JTG D60-04 新规范 计算冲击系数时， 不 考虑混凝土铺装层 及防撞墙 刚度 与 质量的贡献 ，利用 GQJS 软件进行有限元计算得到的结构振动基频和冲击系数见表 3-6。 5 表 3-6 那兵 桥 冲击系数 规范 跨径 结构基频 f1/Hz 冲 击系数 04 15.20 7.582 0.342 89 15.20 / 0.224 3.4.2 横向分布系数 由于现场检查发现 那兵桥 桥面板底面 出现较多 纵向 与 横向裂缝 ，且不少

9、裂缝缝宽大于 0.20mm，因此该 桥 活载跨中 弯矩 横向分布系数按照 铰接 板梁法计算， 支座剪力 横向分布系数 则 按照 杠杆 法计算， 计算时不考虑桥面混凝土铺装层的影响，参数取值见表3-7，各 片 梁跨中截面弯矩和支座剪力横向分布系数如表 3-8 和 3-9。 表 3-7 单片 梁计算参数表 截面特性 截面位置 抗弯惯性矩（ m4） 抗扭惯性矩（ m4） 面积 （ m2） 边 梁 截面 0.0476 0.0075 0.4816 中梁 截面 0.0473 0.0071 0.4679 表 3-8 活载跨中弯矩横向分布系数 板编号 1#板 2#板 3#板 4#板 5#板 汽车 0.429

10、0.489 0.488 0.489 0.429 挂车 0.235 0.344 0.342 0.344 0.235 表 3-9 活载支座剪力横向分布系数 板编号 1#板 2#板 3#板 4#板 5#板 汽车 0.344 0.500 0.595 0.500 0.344 挂车 0.094 0.422 0.468 0.422 0.094 4 承载力验算 4.1 荷载组合 承载能力极限状态验算 新规范： 根据规范 JTG D60-2004 第 4.1.6 条规定，公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，采用两种作用效应组合：基本组合和偶然组合。根据本桥实际情况仅考虑以下基6 本组合 ： 基本组合： 1.2

11、 恒载 +1.4 汽车 老规范： 根据规范 JTJ 023 85 规定，公路桥涵结构按承载能力极限状态设计时，采用两种作用效应组合：基本组合和偶然组合。根据本桥实际情况仅考虑以下基本组合 ： 基本组合： 1.2 恒载 +1.4 汽 车 正常使用极限状态验算 根据规范 JTG D60-2004 规定 ，公路桥涵结构按正常极限状态设计时，采用两种作用效应组合：作用效应短期组合和作用效应长期偶然组合。根据本桥实际情况仅考虑以下效应组合： 长 期效应组合 1：恒载 +0.4 汽车 短期效应组合 2：恒载 +0.7 汽车 此桥汽车荷载按 公路 级和 汽 -15 级两种汽车荷载进行检算。 4.2 内力计算

12、结果 采用桥梁专用有限元计算软件 GQJS 进行计算，考虑自重、二期恒载、汽车荷载 （含冲击系数） 、挂车荷载等， 按照公 桥 规 JTG D60-2004 进行荷载组合后的内力最大 值包络图 分别见图 4-1 4，内力极值如表 4-1。 图 4-1 弯矩最大值包络图（设计荷载作用下承载能力极限状态） 图 4-2 剪力最大值包络图（设计荷载作用下承载能力极限状态） 7 图 4-3 正常使用状态下弯矩值（短期效应组合） 图 4-4 正常使用状态下弯矩值（长期效应组合） 表 4-1 内力计算 结果 设计荷载 项目 承载能力极限状态 正常使用极限状态 长 期 效应组合 正常使用极限状态 短 期 效应

13、组合 公路 级 弯矩 / kN m 1336 626 751 剪力 / kN 433 汽 15 弯矩 / kN m 942 700 596 剪力 / kN 301 4.3 承载能力极限状态计算 4.3.1 正截面抗弯承载力 JTG D62 2004 新规范： 中性轴高度（相对于梁 /板的上缘）： , 0 . 0 4 9 ms d g s d gcdf A f Ax fb 表 4-2 分别给出了受拉受压钢筋合力点至上缘距离： 8 表 4-2 受拉受压钢筋合力点至上缘距离 h0 计算表 受拉钢筋合力点至上缘距离 h0（ m） 普通钢筋编号 受拉钢筋强度fsd（ MPa） 钢筋面积Asi（ m2）

14、合力大小Fsi（ N） 距离上缘轴距离 dsi（ m） 弯矩大小 Msi（ kNm） 1 280 0.00393 1099557 0.977 1075 2 280 0.00068 190003 0.630 120 3 280 0.00062 172411 0.310 53 受拉钢筋合力 Fp（ N） 1.46E+06 受拉钢筋产生的总弯矩大小 Mp（ Nm） 1.25E+06 受拉钢筋合力点到上缘距离 h0（ m） 0.854 按照新规范 JTG D62-2004 计算的正截面承载力如下： , , ,000( ) ( )2 1 2 1 2 k N mc d s d s scxf b x h f

15、 A h aM JTJ 023 85 老 规范： 中性轴高度 （相对于梁 /板的上缘）： 0.048 mx 01 ( ) 1 1 7 8 k N m2jac xM R b x h 注 ： c 混凝土安全系数， c 采用 1.25； s 钢筋安全系数， s 采用 1.25；其余符号意义参见 规范 JTJ 023 85。 4.3.2 斜截面 抗剪承载力 本桥需验算距支座中心 1.05 0.525 m22h 处 截面的抗剪承载力 。 按照 新规范 JTG D62-2004 的规定 计算出斜截面投影至水平面的 C=0.869m， 在这个斜截面上有 10 根共 20 肢 8 箍筋 。 混凝土和箍筋抗剪承

16、载力： 31 2 3 0 ,0 . 4 5 1 0 ( 2 0 . 6 )c s c u k s v s vV b h p f f 普通弯起钢筋抗剪承载力： 30 . 7 5 1 0 sins b s d s b sV f A 弯起预应力钢筋抗剪承载力： 30 .7 5 1 0 sinp b s d p b sV f A 老规范 JTJ 023 85 的规定计算出斜截面投影至水平面的 C=0.896m， 在这个斜截9 面上有 10 根共 20 肢 8 箍筋 。 混凝土和箍筋抗剪承载力：0,0 . 0 3 4 9 ( 2 )c s c u k s v s vV b h p f f弯起钢筋抗剪承载

17、力： 0 .0 6 s ins s d s sV f A 表 4-3 距离支座中心 /2h 处 截面 的抗剪承载力 规范 混凝土和箍筋抗剪承载 力csV /kN 预应力弯起钢筋抗剪承载力 pbV /kN 普通弯起钢筋抗剪承载力 sbV /kN 截面抗剪承载力 dV /kN 04 502 0 0 502 85 425 0 0 426 4.4 正常使用极限状态计算 4.4.1 裂缝宽度 计算 JTG D62 2004 新规范：1 2 3 30()0 .2 8 1 0ssfk s dW c c c E （ mm） JTJ 023 85 旧规范： m a x 1 2 330()0 .2 8 1 0gf

18、gdc c c E （ mm） 式中 各参数取值及 裂缝宽度 计算结果见表 4-4。 表 4-4 裂缝宽度 计算 结果 规范 1C 2C 3C ss /MPa sE /MPa d /mm fkW /mm 04 1.0 1.42 1.0 219.66 200000 25 1.571% 0.19 85 1.0 1.43 1.0 204.62 200000 25 1.571% 0.17 4.4.2 结构挠度计算 利用 GQJS 软件计算得到的该桥在 正常使用极限状态 下 (对 C40 凝土已经考虑荷载长期效应 1.45 的影响，并且扣除自重引起的长期挠度 )的挠度 见表 4-8，小于 其计算跨径 的

19、 1/600，即 挠度极限值 0l /600=1520/600 =25.33mm，符合规定。 4.5 桥梁承载力检算 4.5.1 旧桥检算系数及其它折减系数的确定 由于桥梁结构 运营年限已久，需要针对 目前状态 对桥梁结构（构件）的检测评定结果，确定承载能力检算系数 1Z 、恶化系数 e 和混凝土截面折减系数 c 、钢筋截面折减10 系数 s 以及活载影响 修正系数等，即要对上述抗力计算结果进行一定的折减，才能更真实反应实际桥梁结构的承载力。 对配筋混凝土桥梁，依据交通部公路科学研究所 2003 年 4 月公路桥梁承载能力检测评定规程（征求意见稿）公式 (4.7.2-1)，即： )1();()

20、,( 1 essscccdbqgd ZRRRQGS 结构或构件的技术状况指标对桥梁结构承载能力的影响 包括：桥梁外观质量、混凝土强度、钢筋保护层厚度等。 本桥 经现场检测发现 ， I 梁侧面 出现较多 竖向与斜向裂缝 ， 桥面板底面 出现较多 纵向 与 横向裂缝 ， 横隔板 出现多道 竖向 裂缝、 斜向裂缝 与网裂 。综合考虑 现场桥梁 结构调查与检测 结果后，确定 1Z 1.00； e 0.05， c 0.94， s 0.97。 经过折减后的结构抗力近似按下式计算，即： dR 1Z (1- e )c s dR =1.00(1-0.05) 0.940.97dR =0.866 dR 4.5.2

21、桥梁承载力检算结果 那兵桥承载力检算结果分别见表 4-58。 表 4-5 承载能力极限状态检算结果（ 公路 级 ） 项目 折减 前 极限承载力dR 折减后 dR 内力最大值 dS 是否满足规范要求 正截面抗弯 / kNm 1212 1050 1336 不满足 斜截面抗剪 / kN 502 435 433 满足 表 4-6 承载能力极限状态检算结果（汽 15） 项目 折减 前 极限承载力dR 折减后 dR 内力最大值 dS 是否满足 规范要求 正截面抗弯 / kNm 1178 1020 942 满足 斜截面抗剪 / kN 425 368 301 满足 表 4-7 正常使用极限状态 裂缝宽度 检算结果 项目 设计荷载 最大计算值 规范允许值 是否满足 裂缝宽度 /mm 公路 级 0.19 0.20 满足 汽 15 0.17 0.20 满足