钢筋混凝土T梁桥承载能力验算

新街桥上部结构抗弯承载能力计算二〇一六年一月I目录一、概况........................................................................................................................................11.1桥梁概况...........................................................................................................................11.2参数...........................................................................................................................21.3计算依据...........................................................................................................................3二、建立模型................................................................................................................................42.1静力荷载集度...................................................................................................................42.2施工阶段描述...................................................................................................................42.3移动荷载添加...................................................................................................................42.4模型建立结果...................................................................................................................52.4.1模型图示................................................................................................................52.4.2桥梁基频分析结果.................................................................................................52.4.3桥梁支反力结果.....................................................................................................62.4.4作用基本组合弯矩值.............................................................................................62.4.5作用长、短期效应组合弯矩值.............................................................................7三、承载能力极限状态正截面抗弯验算.....................................................................................83.1翼缘板有效宽度bf’确定..................................................................................................83.2计算参数的确定...............................................................................................................93.3判断T形截面受力类型...................................................................................................93.4结构承载能力计算............................................................................................................93.5结构抗弯承载能力验算结果..........................................................................................10四、正常使用极限状态裂缝宽度验算.......................................................................................104.1及参数取值......................................................................................................104.2裂缝宽度计算.................................................................................................................114.3裂缝宽度验算结果..........................................................................................................111一、概况1.1桥梁概况新街桥位于云南省昭通市鲁甸县，桥梁建造于90年代，荷载不详，桥面全宽9m=7m(车行道)+2×1m（人行道）；上部结构为2×16m现浇钢筋混凝土T型梁；下部结构桥台为重力式U型桥台，桥墩为重力式桥墩。桥梁使用多年，桥梁结构出现部分影响桥梁使用功能的病害，在保证结构受力满足规定条件的前提下，需对其进行维修处治。由于桥梁建设于上世纪90年代，故本次结构验算的计算材料设计强度取值按照89规范取值，验算荷载采用最新04规范规定值进行验算。桥梁桥型布置图见图1.1-1，桥梁标准横断面见图1.1-2。图1.1-1桥型布置图图1.1-2标准横断面图21.2材料参数1、本次建模将上部结构分为4片T梁，主梁之间互相刚接。结构划分形式如下：桥梁中梁高1.3m，宽2.21m，翼缘板厚20cm，腹板厚为27cm；边梁高1.3m，宽2.19m，内侧翼缘板厚20cm，外侧翼缘板由20cm变厚至12cm，腹板厚27cm，具体构造见图1.2-1~图1.2-2。图1.2-1中梁一般构造图图1.2-2边梁一般构造图2、主梁纵向受力钢筋共8根直径φ28的螺纹钢筋，1根直径φ22的螺纹钢筋。钢筋布置见图1.2-3。图1.2-3主梁梁肋钢筋布置图33、由于桥梁建造年代为90年代，材料参数按照《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）规定取值：主梁采用C30混凝土，弯曲抗压强度设计值取为16.5MPa；钢筋采用Ⅱ级热轧钢筋，抗拉强度设计值为335Mpa。1.3计算依据《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）《混凝土结构设计规范》（GBJ10-89）4二、建立模型本次计算采用Midas2015计算软件，采用梁格法建立桥梁有限元空间模型。2.1静力荷载集度桥面采用8cm厚沥青铺装，两侧设置1m宽人行道以及护栏，共4道横隔板，横隔板高度为90cm，厚度为20cm。表2.1-1主梁二期恒载一览表序号项目中梁边梁1桥面铺装4.07kN/m4.03kN/m2护栏3.88kN/m2.2施工阶段描述表2.2-1施工阶段划分施工阶段说明持续时间CS1浇筑T梁20CS2浇筑横向联系+桥面铺装152.3移动荷载添加1）定义移动荷载规范选择中国规范。2）定义车辆车辆荷载，按照2014技术标准规定取值Pk、Qk。3）定义交通车道线，横向联系梁法本桥为梁格模型，车道荷载采用“横向联系梁”方式进行加载。（按公路-Ⅱ级双车道汽车荷载进行布置，取最不利荷载组合进行验算）4）定义荷载工况移动荷载工况-偏载工况最不利荷载工况为偏载工况。5）设置移动荷载分析控制。52.4模型建立结果2.4.1模型图示按照以上步骤建立桥梁上部结构空间模型如图2.4.1-1~图2.4.1-2所示。图2.4.1-1上部结构结构渲染图图2.4.1-2上部结构结构离散图2.4.2桥梁基频分析结果图2.4.2-1结构一阶模态图及频率6由上图可以知道桥梁基频为7.430247Hz，按照《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）4.3.2章计算冲击系数，当ƒ介于1.4HZ至14HZ之间时0.339计算的桥梁冲击系数为。2.4.3桥梁支反力结果桥梁最不利布载情况下桥梁边梁以及中梁的最大支反力结果见表2.4.3-1。表2.4.3-1桥梁支反力结果项目恒载（KN）恒载+活载（KN）边梁支反力228.3498.3中梁支反力219.6534.9图2.4.3-1桥梁支反力结果2.4.4作用基本组合弯矩值1、验算荷载采用最新04规范混凝土受弯构件持久状况承载能力极限状态计算包括正截面抗弯承载能力计算和斜截面承载能力计算。在进行承载能力极限状态计算时，作用的效应应采用其组合设计值；结构材料性能采用其强度设计值。软件计算结果如图2.4.4-1。表2.4.4-1作用效应基本组合弯矩值项目基本组合弯矩值边梁最大弯矩2049.6中梁最大弯矩2153.07图2.4.4-1桥梁基本组合弯矩值（04规范）2、验算荷载采用89规范表2.4.4-2作用效应基本组合弯矩值项目基本组合弯矩值边梁最大弯矩1931.4中梁最大弯矩1999.8图2.4.4-2桥梁基本组合弯矩值（89规范）2.4.5作用长、短期效应组合弯矩值钢筋混凝土构件在正常使用极限状态下的裂缝宽度，应按照作用短期效应组合并考虑长期影响进行验算。作用短期效应组合：作用长期效应组合：8表2.4.5-1作用长、短期效应组合弯矩值项目作用短期弯矩值Ms边梁最大弯矩1222.3中梁最大弯矩1256.8项目作用长期弯矩值Ml边梁最大弯矩1040.7中梁最大弯矩1006.8图2.4.5-1桥梁作用短期组合弯矩值图2.4.5-2桥梁作用长期组合弯矩值三、承载能力极限状态正截面抗弯验算3.1翼缘板有效宽度bf’确定1、《公路桥规》规定，T形截面（内梁）的受压翼缘板有效宽度bf`用以下三者中的最小者：(1)简支梁计算跨径的1/3。本桥支座距梁端0.28m，计算跨径为16-0.28×2=15.44m，bf`=5.147m。(2)相邻两片梁的平均间距，bf`=2.21m。(3)b+2bh+12hf`，此处T梁不设承托，bh=0；bf`=0.27+12×0.2=2.67m。根据以上结果可知，中梁受压翼缘板有效宽度为bf`=2.21m。92、边梁受压翼缘的有效宽度取相邻内梁翼缘有效宽度之半加上边梁肋宽度之半，再加6倍的外侧悬臂板平均厚度或外侧悬臂板实际宽度的两者中的较小者。边梁悬臂平均厚度的6倍为6×0.16=0.96m，外侧悬臂板实际宽度为0.95m，故此处取边梁受压翼缘有效宽度为bf`=2.21/2+0.27/2+0.95=2.19m3.2计算参数的确定主梁采用C30混凝土，弯曲抗压强度设计值取为ƒcd=16.5MPa；钢筋采用Ⅱ级热轧钢筋，抗拉强度设计值为ƒsd=335Mpa。受拉区共配置8根直径φ28的螺纹钢筋，1根直径φ22的螺纹钢筋As=8×615.8+1×380.1=5306.5mm2；h=130cm，中梁hf`=20cm，边梁hf`=18cm，ξb=0.53。桥梁结构重要性系数γ0=1.0。1、as(受拉钢筋合力点距受拉边缘的距离)2、有效高度h0=h-as=130-9.18=120.82cm3.3判断T形截面受力类型1、中梁ƒƒ属于第一类T形截面，应按照宽度为bf`的矩形截面计算。2、边梁ƒƒ属于第一类T形截面，应按照宽度为bf`的矩形截面计算。3.4结构承载能力计算根据公式ƒ计算相对受压区高度x。1、中梁x=48.75mmξbh0=0.53×1189.7mm。抗弯承载能力ƒ’.2、边梁x=49.20mmξbh0=0.53×1189.7mm。10抗弯承载能力ƒ’.3.5结构抗弯承载能力验算结果根据模型计算的荷载组合效应值以及计算正截面抗弯承载能力对桥梁上部结构进行验算，验算结果见表3.5-1~表3.5-2。表3.5-1正截面抗弯承载能力验算结果（04规范）项目基本组合弯矩值Md(KN*m)重要性系数γ0结构抗弯承载能力Mu（KN*m）是否满足边梁最大弯矩2049.61.02104.25满足中梁最大弯矩2153.01.02104.45不满足表3.5-2正截面抗弯承载能力验算结果（89规范）项目基本组合弯矩值Md(KN*m)重要性系数γ0结构抗弯承载能力Mu（KN*m）是否满足边梁最大弯矩1931.41.02104.25满足中梁最大弯矩1999.81.02104.45满足四、正常使用极限状态裂缝宽度验算4.1计算公式及参数取值T形钢筋混凝土构件其最大裂缝宽度Wfk按下列公式计算：钢筋表面形状系数：C1=1.0；作用长期效应影响系数：边梁：C2=1+0.5ML/MS=1+0.5×1040.7/1222.3=1.43；中梁：C2=1+0.5ML/MS=1+0.5×1006.8/1256.8=1.40与构件受力性质有关的系数：C3=1.0；钢筋弹性模量Es=200000Mpa11纵向受拉钢筋换算直径∑∑××××边梁：bf`=2190mm；hf`=180mm中梁：bf`=2210mm；hf`=200mm纵向受拉钢筋配筋率边梁：×...×（）×纵向受拉钢筋配筋率中梁：×...×（）×4.2裂缝宽度计算由作用短期效应组合引起的开裂截面纵向受拉钢筋的应力边梁：..×.×.×.中梁：..×.×.×.裂缝宽度计算：边梁：.....中梁：.....4.3裂缝宽度验算结果Ⅰ类环境和Ⅱ类环境下钢筋混凝土构件其计算的最大裂缝宽度不应超过0.20mm。上述计算结果显示中梁跨中裂缝宽度为0.26mm，边梁跨中裂缝宽度为0.25mm，故主梁裂缝验算不通过。