MIDAS钢箱梁计算书.pdf

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11.11.1B07F03D07H0350.5+65+50.5m（桥宽10m）钢箱梁B07F03D07H0350.5+65+50.5m（桥宽10m）钢箱梁1.1.1计算参数及参考规范1.1.1计算参数及参考规范

（1）标准设计荷载：

城-A级；桥梁安全等级为一级，结构重要性系数1.1；

（2）主要材料钢箱梁采用Q345D钢材，桥面板采用C40混凝土。

（3）参考规范公路钢结构桥梁设计规范报批稿，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范。

1.1.2主要计算内容1.1.2主要计算内容结构纵向整体应力，即主梁体系，采用三维有限元建模分析，采用梁格模型，计算主梁顶、底板最不利应力。

1.1.3纵向整体计算1.1.3纵向整体计算1.1.3.1.1计算模型1.1.3.1.1计算模型纵向整体计算采用三维有限元建模分析，采用梁格法模型进行模拟。

参照公路钢结构桥梁设计规范报批稿进行钢梁有效分布宽度的计算。

2根据桥面布置，汽车按最不利情况进行影响线加载。

温度考虑整体升降温20度和梯度温度。

永久支承按简支支承条件进行约束。

全桥共划分为241个单元，162个节点。

结构计算几何模型如下图：

3计算几何模型1.1.3.1.2计算荷载1.1.3.1.2计算荷载

（1）一期恒载主梁顶、底和腹板采用实际板厚，钢材重力密度78.5kN/m3，单元重力密度考虑各种加劲肋和焊缝实际重量提高1.24倍；混凝土桥面板重力密度25kN/m3。

沥青混凝土重力密度24kN/m3。

（2）二期恒载1.1.3.1.3计算参数1.1.3.1.3计算参数

（1）钢材材料特性如下表：

结构钢材性能表应用结构钢箱加劲梁材质Q345DQ345D力学性能弹性模量E（MPa）210000剪切模量G（MPa）81000泊松比0.3轴向容许应力（MPa）200弯曲容许应力w（MPa）210容许剪应力（MPa）120屈服应力s（MPa）345热膨胀系数（）0.000012

（2）梯度温差：

参照混凝土规范规定：

升温取T1=14C，T2=5.5C，负4温度效应按照一半考虑。

（3）基础变位：

主墩沉降2cm，边墩沉降1cm。

1.1.3.1.4施工阶段计算分析结果1.1.3.1.4施工阶段计算分析结果

（1）施工阶段划分步骤施工内容cs1中间支点节段架设cs2其余梁段架设cs3合拢段施工cs4二期恒载

（2）施工阶段应力计算上缘最大应力（压应力为负，单位：

MPa）上缘最小应力（压应力为负，单位：

MPa）下缘最大应力（压应力为负，单位：

MPa）5下缘最小应力（压应力为负，单位：

MPa）最大剪应力（单位：

MPa）施工阶段主梁应力（压应力为负，单位：

MPa）截面位置最大压应力最大拉应力最大剪应力容许值midas结果有效分布宽度考虑分布宽度后结果midas结果有效分布宽度考虑分布宽度后结果上缘-51.550.944-54.5969.810.73595.01210下缘-103.380.677-152.7675.720.92182.26210腹板剪力-50.21120由上图表可以看出，在施工阶段，主梁的正应力和剪应力均满足规范要求。

（3）施工阶段变形跨中竖向位移（单位：

mm）从上图可以看出成桥阶段跨中竖向位移为向下96.8mm。

1.1.3.1.5纵向计算分析结果1.1.3.1.5纵向计算分析结果采用容许应力法进行荷载组合，现场采用分节段拼装的施工方案，计算得6到主梁顶、底板最不利正应力和剪应力。

标准组合上缘法向应力（压应力为负，单位：

MPa）标准组合下缘法向应力（压应力为负，单位：

MPa）标准组合剪应力（单位：

MPa）7活载应力幅（单位：

MPa）钢箱梁应力表（单位：

MPa）截面位置最大压应力最大拉应力最大剪应力容许值midas结果有效分布宽度考虑分布宽度后结果midas结果有效分布宽度考虑分布宽度后结果上缘-120.470.944-127.57124.380.735169.28210下缘-172.150.677-254.37-254.37157.430.921171.02210腹板剪力89.1120疲劳验算118.4118.4121.7从上表可以看出跨中支点下缘压应力偏大，不满足规范要求。

活载的应力幅较大，疲劳验算虽能满足要求，但富裕不是很大。

腹板上设置了两道纵向加劲肋，由公路钢结构桥梁设计规范报批稿5.3.3-1：

mmh168.6310/2200*275/254310/0L/600=108.3mm,不满足规范要求不满足规范要求。

中跨：

恒+0.5活=0.5*（80.1+175.0）=127.6mm,图中预拱度为11.5cm，偏小偏小。

边跨：

恒+0.5活=0.5*（44.4+130.5）=87.5mm,图中预拱度为7cm，偏小偏小。

1.1.3.1.7反力和支座选型1.1.3.1.7反力和支座选型标准组合下支点最大反力如下图所示：

9从上图可以看出中支点最大反力为4871kn，图中所选支座型号为GPZ（2009）8系列，承载力满足要求，富裕偏大。

富裕偏大。

从上图可以看出边支点最大反力为2475kn，图中所选支座型号为GPZ（2009）5系列，承载力满足要求，富裕偏大。

1.1.3.1.8纵向计算结论富裕偏大。

1.1.3.1.8纵向计算结论

（1）在标准组合下，中支点下缘压应力偏大，不满足规范要求。

不满足规范要求。

疲劳验算虽能满足要求，但富裕不是很大。

但富裕不是很大。

（2）计算活载挠度不满足不满足规范要求，预拱度设置基本合理。

（3）所选支座类型承载力满足要求，富裕偏大富裕偏大。

1.1.4中横梁计算1.1.4中横梁计算根据纵向计算结果选取恒载和活载最大的中横梁进行复核计算。

横隔板翼缘板参照现代钢桥取为24倍的顶底板厚。

计算几何模型采用容许应力法进行荷载组合，得到横梁顶、底板最不利正应力和剪应力。

上缘法向应力（压应力为正，单位：

MPa）10下缘法向应力（压应力为正，单位：

MPa）剪应力（压应力为正，单位：

MPa）部位截面位置最大压应力最大拉应力最大剪应力容许值钢箱梁上缘-12.98124.3210下缘-128.1512.98210腹板剪力103.25120从上表可以看出正应力满足要求，腹板剪应力虽满足要求，但偏大，建议对腹板至支座之间的横隔板进行局部加强。

腹板剪应力虽满足要求，但偏大，建议对腹板至支座之间的横隔板进行局部加强。

1.1.5端横梁计算1.1.5端横梁计算根据纵向计算结果选取恒载和活载最大的端横梁进行复核计算。

横隔板翼缘板参照现代钢桥取为24倍的顶底板厚。

计算几何模型11采用容许应力法进行荷载组合，得到横梁顶、底板最不利正应力和剪应力。

上缘法向应力（压应力为正，单位：

MPa）下缘法向应力（压应力为正，单位：

MPa）剪应力（压应力为正，单位：

MPa）部位截面位置最大压应力最大拉应力最大剪应力容许值钢箱梁上缘-14.8437.77210下缘-38.9614.84210腹板剪力38.54120从上表可以看出正应力满足要求，腹板剪应力满足要求。

121.1.6桥面板局部计算分析1.1.6桥面板局部计算分析1.1.6.1.1建立模型1.1.6.1.1建立模型对局部钢桥面板进行模拟，取出主梁段节段5m长的钢箱梁桥面板模型，在横隔板和纵腹板的位置进行竖向约束。

使用MIDAS建立板梁模型如下图：

桥面板有限元模型1.1.6.1.2加载方式1.1.6.1.2加载方式考虑荷载为自重，二期和车轮压力，其中车轮压力采用公路桥涵设计通用规范车辆荷载加载，为了得到最大的拉、压应力考虑了最不利的车轮作用位置工况。

车辆荷载采用城-A级车辆荷载标准值，取最大的中间轴重力标准值2x140kN，并考虑冲击系数0.4，同时考虑自重、栏杆及铺装荷载作用。

车轮的着地宽度及长度为0.6x0.2m，轮距1.8m，两轴间距1.2m。

按照公路桥涵设计通用规范布置横向车辆荷载。

1.1.6.1.3计算结果1.1.6.1.3计算结果计算结果如下图所示：

13恒+活应力云图（主拉应力，单位：

MPa）由上述结果可知，桥面板顶板局部最大主拉应力为196.9Mpa，虽能满足规范要求，但主拉应力偏大。

建议悬臂处的加劲肋改为T型加劲肋或U型加劲肋。

虽能满足规范要求，但主拉应力偏大。

建议悬臂处的加劲肋改为T型加劲肋或U型加劲肋。

恒+活应力云图（主压应力，单位：

MPa）由上述结果可知，桥面板顶板局部最大主压应力为151.1Mpa，满足规范要求。

发生在翼缘挑梁根部下缘。

14恒+活应力云图（范梅赛斯应力，单位：

MPa）由上述结果可知，桥面板顶板局部最大范梅赛斯应力为203.9Mpa，满足规范要求1.1*200=220MPa。

1.1.7桥面系刚度验算1.1.7桥面系刚度验算1.1.7.1.1肋间相对挠度1.1.7.1.1肋间相对挠度根据公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南对钢桥面加劲肋间的相对挠度进行验算如下：

1.1.7.1.2肋间曲率半径1.1.7.1.2肋间曲率半径根据公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南对钢桥面板变形最小曲率半径进行验算如下：

151.1.8抗倾覆验算1.1.8抗倾覆验算依据公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范报批稿4.1.10对钢桥进行抗倾覆验算。

为考虑安全，活载加载按3倍的车辆荷载进行加载。

第一种倾覆工况：

倾覆轴绕边跨外侧2支座旋转。

稳定力矩如下：

支座位置反力力臂稳定力矩knmkn*m0内582.44.1702428.60外1215.60.0000.01内2804.24.18111724.41外3109.70.0000.02内2863.832.04991781.92外3070.928.75088288.43内544.671.60038993.43外124570.20187400.2合计320616.9倾覆力矩如下：

车道数qkpke超载系数倾覆力矩kn/m2m2knmkn*m10.410.533.233601.45833669.920.410.5183.333604.558314976.5合计18646.516安全系数为17.19，满足要求。

安全系数为17.19，满足要求。

第二种倾覆工况：

倾覆轴绕中跨外侧2支座旋转。

稳定力矩如下：

支座位置反力力臂稳定力矩knmkn*m0内582.425.38214782.50外1215.622.09726861.11内2804.24.19811772.01外3109.70.0000.02内2863.84.17611959.22外3070.90.0000.03内544.627.75515115.43外124524.71330767.7合计111257.9倾覆力矩如下：

车道数qkpke超载系数倾覆力矩kn/m2m2knmkn*m10.410.558.73601.77835277.020.410.5374.53604.878323891.0合计29168.0安全系数为3.18，满足要求。

安全系数为3.18，满足要求。