黄河公路大桥钢筋混凝土套箱设计.doc

吴忠黄河公路大桥钢筋混凝土套箱设计计算书 一、工程概况 普兰店海湾特大桥位于辽东半岛南部，横跨普兰店湾，与沈大高速公路并行，中心里程DK4+269.57，桥长4960.79m。海面宽度3350m,北部海滩宽1450m，南部海湾宽1150m，主海沟宽750m。两侧海滩主要为扇贝养殖区和海参池，湾内水流主要受潮汐影响，水流平稳，流速小于1m/s。桥址处最大水深10m,最高高潮位2.99m，最低低潮位－0.81m，常水位1.41m。全桥共138个桥墩，2个桥台，其中72#～88#墩承台采用双壁钢套箱施工，71#和89#墩承台采用钢板桩围堰施工，42#～70#墩和90#～135#墩承台采用混凝土套箱施工。 二、混凝土套箱尺寸设计 根据普兰店海湾桥的现场情况，42#～70#墩和90#～135#墩承台采用混凝土套箱施工，其截面形式为矩形截面，考虑42#～60#墩和90#～135#墩承台平面尺寸为8.1m×12.5m，61#～70#墩承台平面尺寸为和9.1m×12.5m，故混凝土套箱的内截面尺寸采用9.1m×13.5m和10.1m×13.5m两种，即每侧宽出承台尺寸0.5m，为减少集中应力，在四角设置倒角。由于海底表层为淤泥层，层厚一般在2～5m之间，且承载力较低，一般为40～80KPa, 混凝土套箱封底混凝土厚度采用1.5m，根据最高潮水位2.99m，套箱顶高程定为3m，混凝土套箱墙厚50cm，混凝土强度等级为C20。 混凝土套箱总高度：H=3-(承台底高程)+1.5 根据以上计算式得套箱最高高度为65＃－67＃墩11.077m，套箱内部用双[400（背焊）进行支撑，详细见《混凝土套箱示意图》。 三、箱体混凝土套箱配筋计算 根据混凝土套箱高度、结构及支撑情况，按套箱高度11m进行配筋设计，根据主动土压力公式与深度成正比关系，故箱底所受侧向土压力最大，最不利情况为箱底水平方向，现以双槽钢支撑处（距箱底2m）进行进行配筋计算，此处填土高度为H=11-2＝9m，根据最高潮位为2.99m，地下水位与套箱顶齐平，故此处地下水高度同为9m。 建立模型：模型截面尺寸为h=500mm，b=400mm 土压力计算：主动土压力公式 ： —主动土压力(kN/m2）； —粘土的饱和重度(kN/m3)； —土的浮重度(kN/m3)； —水的重度(kN/m3)； —所计算点的填土高度(m)； —填土的内摩擦角； —主动土压力系数； —填土的内聚力(kN/m2）。 根据粘土特性查有关资料查得： ＝19kN/m3，取15°，＝13kN/m2 根据以上数据计算得： 主动土压力系数： 浮重度： 主动土压力： 均布荷载： 47.108kN/m C20钢筋混凝土弹性模量： =2.55×104MPa 构件惯性矩： 构件截面面积： =0.4×0.5=0.02m2 则钢筋混凝土的抗压刚度： 0.02=510000kN 钢筋混凝土抗弯刚度 =106250kN·m2 通过以上计算数据 ，，运行《结构力学求解器》计算构件最大弯矩及此处最大轴力如下： =94.9kN·m N=112.24kN 以混凝土套箱外围(11.1m×14.5m)尺寸定为模型结构，具体模型尺寸、受力情况及弯矩见附图，根据弯矩图，在变号弯矩作用下，构件受压变成受拉，受拉变成受压，故采用对称配筋。 变量定义： —弯矩值； —轴向压力； —混凝土弯曲抗拉强度设计值； —钢筋的抗拉强度设计值； —对称配筋时的钢筋截面面积； —截面宽度； —截面高度； —截面有效高度； —相对界限受压区高度； —受压区计算高度； —系数，当混凝土强度等级不超过C50时，取1.0； ，—保护层厚度； —轴向压力作用点至受拉钢筋合力点之间的距离； —初始偏心距； —轴向压力对截面重心的偏心距，； —附加偏心距，其值取偏心方向截面尺寸的1/30和20mm中的较大值； —纵向弯曲的轴向力偏心距增大系数； —偏心受压构件的长度； —偏心距变化对截面曲率的影响系数； —构件长细比对截面曲率的影响系数； 当时，取