35+50+35米钢箱梁计算书.docx
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35+50+35米钢箱梁计算书
（0）工程概况
本项目跨径组合为35+50+35米。
上部结构箱梁梁高2.0米（箱梁内轮廓线高度）。
顶面全宽13.0米，两侧各设2.25米宽挑臂，箱梁顶底板设6.0%横坡，腹板间距布置为2.8+2.9+2.8米。
箱梁顶板厚16毫米，下设“U”形和板式加劲肋，“U”形加劲肋板厚8毫米，板式加劲肋160×14毫米；箱梁底板厚14毫米，设“T”形加劲肋，加劲肋腹板120×8毫米，翼缘100×10毫米，间距300或350毫米；腹板厚12毫米，设三道140×14毫米板式加劲肋，各加劲肋除支承隔板处断开与支承隔板焊连外，其余加劲肋均穿过横隔板或挑臂并与之焊连。
普通横隔板间距约3米，厚10毫米，中部挖空设100×10毫米翼缘。
桥台简支处支撑隔板板厚20毫米，桥墩连续处支撑隔板板厚30毫米，支撑隔板为围焊。
简支处隔板四角不设焊缝通过的切口，保证整个钢箱梁安装完成后的气密性；其他横隔板四角均设置焊缝通过的切口。
挑臂为“T”形截面，腹板厚10毫米，下翼缘300×14毫米。
结构计算分析模型
主要规范标准.
（1）《城市桥梁设计规范》（CJJ11－2011）
（2）《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
（3）《公路圬工桥涵设计规范》（JTGD61-2005）
（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）
（5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTGD63-2007）
（6）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）
（7）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）
（8）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）
（9）《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ2—2008）
（10）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025—86）
（11）《钢结构工程施工质量及验收规范》（GB50205-2001）
（12）《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）
主要材料及力学参数
Q345qD：
弹性模量E=2.1×105MPa
剪切模量G=0.81×105MPa
轴向容许应力：
200MPa
剪切容许应力：
120MPa
表2-1钢材容许应力表
计算荷载取值
（1）结构设计安全等级：
一级
（2）永久作用
自重：
实际结构建立计算模型，由程序自动计算，材料容重取78.5kN/m3；
横隔板：
横隔板处按节点荷载加载，支点截面45kN，其余隔板处15kN；
二期：
8cm沥青混凝土铺装：
25×0.08×13=26kN/m，墙式护栏按10kN/m计算，共计36kN/m。
（3）可变作用
1）汽车荷载效应
车道荷载：
公路—I级车道荷载；
冲击系数：
车道荷载冲击系数根据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）第4.3.2条取值计算。
2）整体温度作用
按结构整体升温25℃、降温25℃计算。
3）梯度温度作用
边界条件
表2-2支座布置表
墩号位置
P13
P14
P15
P16
内侧
双向
单向
双向
双向
外侧
单向
固定
单向
单向
计算模型
采用大型有限元分析软件MidasCivil2013（V8.2.1R1）。
上部结构为35+50+35m连续钢箱梁结构，梁高2米，采用单箱三室箱形截面，桥梁宽度13米，采用三维梁单元建立单梁模型，全桥共计55个节点，46个单元，如图2-1所示。
图2-1有限元计算模型
图2-2箱梁标准横断面（单位mm）
荷载组合
表2-3荷载组合表
荷载组合
整体升温
整体降温
梯度升温
梯度降温
移动荷载
恒荷载
sLCB1
1
1
sLCB2
1
1
1
1
sLCB3
1
1
1
1
sLCB4
1
1
1
1
sLCB5
1
1
1
1
sLCB6
1
sLCB7
1
1
sLCB8
1
1
1
1
sLCB9
1
1
1
1
sLCB10
1
1
1
1
sLCB11
1
1
1
1
sLCB12
1
计算结果
结构成桥内力图
成桥阶段恒载主梁内力图
图3-1成桥阶段主梁恒载弯矩图（单位:
kN-m）
图3-2成桥阶段主梁剪力图（单位:
kN）
活载作用下主梁内力图
图3-3车道荷载作用主梁弯矩包络图（单位:
kN-m）
图3-4车道荷载作用主梁剪力包络图（单位:
kN）
基本组合作用下主梁内力图
图3-5基本组合弯矩包络图（包络）（单位:
kN-m）
图3-6基本组合剪力包络图（包络）（单位:
kN）
结构成桥应力验算
成桥阶段主梁正应力验算
图3-7主梁上缘正应力图（包络）（单位:
MPa）
图3-8主梁下缘正应力图（包络）（单位:
MPa）
由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-42.8MPa，最大拉应力62.9MPa；下缘最大压应力-76.1MPa，最大拉应力84.4MPa。
Q345钢的容许正应力210MPa，主梁强度满足规范要求。
成桥阶段主梁剪应力验算
图3-9主梁剪应力图（包络）（单位:
MPa）
由以上应力图知，单梁计算截面最大剪应力45.3MPa。
Q345钢的容许剪应力120MPa，主梁抗剪强度满足规范要求。
主梁刚度验算
挠度验算
结构恒载及汽车荷载作用下，空间曲线单梁挠度如下图：
图3-10恒载作用主梁最大挠度图（单位:
mm）
图3-11移动荷载作用主梁最大挠度图（单位:
mm）
由以上位移图知，汽车荷载作用下单梁计算最大挠度23.7mm，挠度跨度比为23.7/50000=1/2110。
规范容许挠度跨度比为L/600，故主梁刚度满足规范要求。
预拱度计算
图3-12恒载+静活载作用主梁最大挠度图（单位:
mm）
由图3-12可知，主梁在恒载和静活载载作用下的最大挠度为55mm>L/1600=50×1000/1600=31.25mm,需设置预拱度。
按照公路钢桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ025—86）1.1.6的要求计算预拱度，预拱度值按结构自重和1/2可变荷载频遇值之和采用。
图3-13预拱度设置示意图（单位:
mm）
支座反力
图3-14恒载作用下支座反力（单位：
kN）
图3-15移动荷载作用下支座最小反力（单位：
kN）
图3-16移动荷载作用下支座最大反力（单位：
kN）
图3-17基本组合作用下支座最小反力（单位：
kN）
图3-18基本组合作用下支座最大反力（单位：
kN）
图3-19支座布置图
由以上图示可以看出，在荷载作用下，支座未出现脱空现象且支反力均小于所选支座承载力，支座满足要求。
支座部位局部承压计算
支座处横隔板及加劲肋局部承压计算公式如下：
式中：
[σb]——局部承压容许应力；
Rv——支座反力；
As——横向加劲肋净面积；
tD——横隔板厚度；
Beb——横隔板有效宽度，考虑支点板的45°扩散作用。
B——支座垫板厚度；
tf——下翼板厚度。
图3-20支座处局部承压及竖向应力计算图式
按以上计算公式，分别对中支点和端支点的局部承压进行计算，结果见下表。
表3-1中支点局部承压计算
项目
单位
数值
支反力Rv
kN
4247
横向加劲肋净截面积As
mm2
48560
横隔板厚度td
mm
20
支座垫板宽度B
mm
900
下翼板厚度tf
mm
14
横隔板有效宽度Beb
mm
928
局部承压应力σb
MPa
63.3
局部承压容许应力[σb]
MPa
200
支座处局部承压满足规范要求。
表3-2端支点局部承压计算
项目
单位
数值
支反力Rv
kN
1860
横向加劲肋净截面积As
mm2
30560
横隔板厚度td
mm
20
支座垫板宽度B
mm
700
下翼板厚度tf
mm
14
横隔板有效宽度Beb
mm
728
局部承压应力σb
MPa
41.2
局部承压容许应力[σb]
MPa
200
支座处局部承压满足规范要求。
支座处横隔板及加劲肋竖向应力计算公式如下：
式中：
[σc]——轴心受压容许应力；
Bev——横隔板竖向应力有效宽度，考虑支点板的45°扩散作用。
按以上计算公式，分别对中支点和端支点的竖向应力进行计算，结果见下表。
表3-3中支点竖向应力计算
项目
单位
数值
支反力Rv
kN
4247
横向加劲肋净截面积As
mm2
44560
横隔板厚度td
mm
20
外侧加劲肋中心距bs
mm
400
30td
mm
600
横隔板有效计算宽度Bev
mm
1000
横隔板及加劲肋竖向应力σc
MPa
65.8
轴向受压容许应力[σc]
MPa
200
支座处竖向应力满足规范要求。
表3-4端支点竖向应力计算
项目
单位
数值
支反力Rv
kN
1860
横向加劲肋净截面积As
mm2
30560
横隔板厚度td
mm
20
外侧加劲肋中心距bs
mm
400
30td
mm
600
横隔板有效计算宽度Bev
mm
1000
横隔板及加劲肋竖向应力σc
MPa
36.8
轴向受压容许应力[σc]
MPa
200
支座处竖向应力满足规范要求。
腹板局部稳定计算
按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）第1.5.10条，对于Q345钢，当腹板高厚比60式中：
a——双向加劲肋的间距，以mm计；
δ——腹板厚度，以mm计；
τ——验算板梁处的腹板平均剪应力，以MPa计。
项目
单位
支点处
跨中处
腹板高度h0
mm
2000
2000
腹板厚度δ
mm
12
12
h0/δ
/
166.67
166.67
平均剪应力τ
MPa
45.3
12.1
竖向加劲肋α
mm
1693.8
3277.3
根据上表，本钢箱梁支点处和跨中处的腹板高厚比h0/δ为166.67，均大于60，因此需设置竖向加劲肋。
由上表得，支点处和腹板处的竖向加劲肋最大间距分别为1.7m和3.3m。
本钢箱梁设置了横隔板，相当于竖向加劲肋，在支点处的间距为1.5m，跨中处的间距为3.0m，均小于计算值，且小于2m。
故本桥腹板局部稳定满足规范要求。
另外本钢箱梁腹板上设置了两道纵向水平加劲肋，增加了腹板的局部稳定性，以作为安全储备。
底板局部稳定验算
结论
根据以上结果可知，结构的强度、刚度等均能满足规范要求。
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