m钢箱梁计算书.docx

42m钢箱梁计算书（总16页）-本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可-内页可以根据需求调整合适字体及大小.-inES匝道钢箱梁上 部 结 构 计 算 书目录一、概述错误!未定义书签。桥梁简介错误!未定义书签。模型概况错误!未定义书签。1设计规范错误!未定义书签。2参考规范错误!未定义书签。3主要材料及性能指标错误!未定义书签。4荷载错误!未定义书签。二、模型概述错误!未定义书签。第一体系建模错误!未定义书签。第二体系建模错误!未定义书签。三、结果验算错误!未定义书签。顶底板强度验算错误!未定义书签。1计算结果错误!未定义书签。2强度验算错误!未定义书签。腹板验算错误!未定义书签。1厚度验算错误!未定义书签。2腹板强度验算错误!未定义书签。3腹板纵向加劲肋构造验算错误!未定义书签。4腹板横向加劲肋构造验算错误!未定义书签。构件设计验算错误!未定义书签。1加劲肋构造验算错误!未定义书签。2受压板加劲肋刚度验算错误!未定义书签。3闭口肋几何尺寸验算 错误!未定义书签。4支承加劲肋验算错误!未定义书签。刚度验算错误!未定义书签。1车道荷载挠度值错误!未定义书签。2正交异形板桥面顶板挠跨比 错误!未定义书签。3横隔板刚度验算错误!未定义书签。整体稳定验算错误!未定义书签。疲劳验算错误!未定义书签。四、结论错误!未定义书签。一、概述桥梁简介ES匝道桥为一单跨42m简支钢箱梁桥。截面采用等截面形式，梁宽，梁高2m。主梁线 型为圆曲线，中心线位于半径R=682m的圆弧上。顶板厚18mm，腹板和底板厚20mm，顶板U 肋厚8mm，开口肋厚20mm。材料采用Q345C材质。图典型钢箱梁横断面(mm)模型概况1设计规范公路工程结构可靠度设计统一标准(GB/T 50283-1999);公路工程技术标准(JTG B01-2014)公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)钢结构设计规范(GB50017-2014)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004)2参考规范道路桥示方书同解说(日本道路协会，平成8年12月)3主要材料及性能指标主梁采用Q345C钢材，其主要力学性能见下表。表钢材力学性能表钢种力学性能Q345C弹性模量E (MPa)206000剪切模量G (MPa)79000泊松比Y拉压弯容许应力o(MPa)275 (W16mm)拉压弯容许应力o(MPa)270 (16mm，V40mm)剪切容许应力T(MPa)160屈服强度os(MPa) 线膨胀系数(1/°C)3454荷载恒荷载：包括自重和二期荷载。横隔板和加劲肋重力以点荷载形式加在实际位置。二期 荷载包括9cm沥青铺装和2道防撞墙，均布荷载分别按m和m考虑。温度作用：升温按25C考虑，降温按-25C考虑；由于中国规范未对钢箱梁桥温度梯度 有明确规定，故参考BS5400，正温度梯度为C，负温度梯度为C。支座沉降：支座沉降取并按照每个地基及基础的最大沉降量的最不利的荷载组合进行计 算。汽车荷载：公路-I级。对于汽车荷载纵向整体冲击系数u，按照公路桥涵通用设计规范第条， 冲击系数u可按下式计算:当fV时，u=； 当WfW14Hz 时，u = (f)一； 当 f>14Hz 时，u=；根据程序计算的基频为，计算得汽车荷载冲击系数为。2850uni一 一 1750ZB50防择增U UTTlTTTTju u图车道布载离心力：根据公路桥涵设计通用规范(JTG D60-2015)第条，离心力系数：2=2T由v=60km/h, R=682m算得C=。将离心力也均布于全跨，方向为径向向外。算得q=m。二、模型概述第一体系建模第一体系整体模型采用Midas Civil 2017软件建立，主梁工划分为34个单元，38个 节点，桥梁采用盆式支座，以弹性连接中输入各方向刚度模拟，支座径向布置，支座与主梁 采用刚性连接。支座布置和计算模型如图所示。图支座布置示意图图整体计算模型示意图图钢箱梁标准断面模型示意图考虑剪力滞影响计算，根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，计算剪 力滞有效分布宽度。表顶板考虑剪力滞后有效宽度计算表bilbi/lbeibe/b120104200020102154542000154531545420001545415454200015455154542000154562010420002010求和1020010200表底板考虑剪力滞后有效宽度计算表bilbi/lbeibe/b11545420001545215454200015453154542000154541545420001545求和61806180经过上述计算可知，有效宽度仍然为截面翼缘宽度，截面刚度未折减。第二体系建模取第一体系中顶板应力较大的区段，进行第二体系应力计算。桥面板体系通过考虑纵肋 和横肋的有效分布宽度，建立梁格模型计算纵肋和横肋的应力；纵肋和横肋的有效分布宽度 参考现代钢桥确定；1) 纵肋盖板有效分布宽度横隔板间距:L=3000 (mm)等效跨径：l=*L=1800(mm)纵肋间距：2b=300 (mm),故 b=150 (mm)b/l=可得 Cs=124 (mm)2) 横隔板盖板有效分布宽度腹板间距：L=3090 (mm)等效跨径：l=3090 (mm)隔板间距：2b=3000 (mm),故 b=1500(mm)b/l=可得 Cs= (mm)取最重轮轴140kN,考虑冲击系数。轴重P=140*=196kN。顺桥向长度取跨中附近6m长， 横桥向取腹板间距宽范围内盖板建立有限元模型；车辆荷载按照车轮作用在实际位置按照影 响线加载；纵肋和横隔板断面根据前面计算有效宽度取用。模型见图。图桥面体系模型示意图图桥面体系模型边界示意图三、结果验算顶底板强度验算1计算结果由于桥面为正交异性钢板，在进行顶板强度验算时，尚应计入第二体系（桥面体系）在 车辆单独作用的应力影响。整体模型计算结果罗列如下：图基本组合包络（all）作用梁体顶板最大压应力（MPa）图基本组合包络（all）作用梁体底板最大拉应力（MPa）可见第一体系计算中顶板最大压应力，底板最大拉应力。第二体系模型计算结果罗列如下:图第二体系计算桥面顶板应力包络图（MPa）心） 缶用 73# L&1.14图第二体系计算U肋应力包络图（MPa）可见第二体系计算中，顶板最大拉应力，最大压应力；U肋最大拉应力，最大压应力。2强度验算1）顶板应力第一体系作用下，顶板最大拉应力：。t=0 （Mpa）；顶板压应力为：。（Mpa）； 第二体系作用下，顶板最大拉应力：Ot=（Mpa）；顶板压应力为：o（Mpa）； 第三体系应力较小，不予考虑则三体系叠加作用下，顶板拉应力：' =（Mpa）；顶板压应力为：。（Mpa）；根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)规定，当16<t<40时，。二270 (Mpa)，可知顶板强度满足设计要求。2)底板应力底板应力验算仅考虑第一体系作用下的应力。第一体系作用下，底板压应力：Ot=(Mpa)；底板拉应力为：o0(Mpa)；根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)规定，当16<t<40时，。：=270 (Mpa)，可知底板强度满足设计要求。腹板验算1厚度验算腹板设置一道纵向加劲肋和一道横向加劲肋，根据第一体系计算，在基本组合作用下支 点附近腹板最大剪应力如下图所示。图基本组合作用下梁体腹板最大剪应力(MPa)t二，根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，门=；=0.54 < 0.85，取 n 二，f 160vdtw=20mmNX 1962/240=，腹板厚度满足规范要求。2腹板强度验算1) 根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，丫疽孔，即: X=W160MPa，满足规范强度要求。2) 腹板局部应力验算考虑铺装厚度90mm对局部车轮压力扩散的影响。不考虑U肋分担车压。=F/ (tl ) =140000/ (20X(50+2X90)=Y0。=X=<fd=275MPa；局部应力满足规范要求。3) 腹板组合应力验算前面知道，在墩顶附近腹板剪应力最大，但墩顶几乎没有正应力，经过验算满足规范要 求。现对跨中进行组合应力验算。根据上述计算结果，跨中最大正应力为底板。剪应力分布见图：图基本组合包络(max)作用下钢箱梁腹板剪应力图(MPa)可见跨中剪应力。根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条：(f )2 +f )2 W1dvd即:1"*2+(竺2275160=0.53 < 1，腹板顶部组合应力满足规范要求。3腹板纵向加劲肋构造验算根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条：I NI=E ht3，即： z 1 l w wE(1500/1962) 2X(1500/1962)<，取 E腹板单侧纵肋对腹板的惯性矩：Iz=2003X20/3=mm4>IX 1962X203二mm4；腹板纵向加劲肋惯性矩满足规范要求；1根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条"七5"(了)，即：200/20=10W18腹板纵向加劲肋宽厚比满足规范要求。4腹板横向加劲肋构造验算根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)第2条：腹板横向加劲肋的间距a 不得大于腹板高度hw的倍。本桥腹板横向加劲肋间距，腹板高度，满足规范要求。本桥设一 道纵向加劲肋，横向加劲肋的间距a还应满足式和。129.seFur- l nrnnnnTTmm125.SE117.99IOS. 1194.22B2.S70.44-的成34.7722.89n.nn-0S9图基本组合包络（min ）作用下钢箱梁受压翼缘腹板底部最大正应力图（MPa）图基本组合包络（min）作用下钢箱梁受压翼缘腹板剪应力图（MPa）对跨中：（_!96L）4 100*10(129.88 、900 /12.65对墩顶:(1962 ( 0 )2100*10 " ( 900 /2+ (.)2 = 0.36 < 1，满足规范要求。90 + 77(1962/1500)2,46.38+ ()290 + 77(1962/1500)2=0.65 < 1，满足规范要求。根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2015）第3条：腹板横向加劲肋惯性矩应满足I N3ht3即： tw wIt=1962*225"3/12+1962*225*"2=50mm4N 3X 1962 X 203二 mm4,满足规范要求。构件设计验算1加劲肋构造验算根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2015）条，验算加劲肋构造。对球扁钢：、=200 < 18 ；竺=18满足规范要求；七 20 弋fy对闭口肋：b = 30<30 ；竺 =30 , h = 30.1 <40 ：竺 =40满足规范要求。七七 '：f经计算，加劲肋构造满足规范要求。2受压板加劲肋刚度验算根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2015）条，进行受压加劲板刚度验算。先对顶板（t=18mm）进行验算：D=Et3/ (12 (1-V2),Yi=EIi/(bD)=12(1-V2)Ii/(bt3)=12X()X7/ (3090X 183)=n=n +1=5+1=6 la = 41 + n =01a=a/b=3000/3090=Va =05 1=A i/ (bt) =5725/ (2800X20)=Y i*=4n2 (1+n5)a2- (a2+1) 2/n=WYA i=5933mm2bt/(10n) =3090X18/ (10X6) =927mm2则顶板纵肋刚度满足规范要求。再对底板(t=20mm)进行验算：D=Et3/ (12 (1-V2),Yi=EI1/(bD)=12(1-V2)I1/(bt3)=12X()X9/ (3 0 90 X 203)=n=n +1=6+1=7 ia = 4I + n =01a=a/b=3000/3090=Va =05 1=A i/ (bt) =5725/ (2800X20)=Y i*=4n2 (1+n5)a2- (a2+1) 2/n=WYA =4000mm2bt/(10n) =3090X20/ (10X7)= s , i则底板纵肋刚度满足规范要求。3闭口肋几何尺寸验算根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，t a 3 _ 8 x 3003 而183 x 247f= 149.95 < 400,满足规范要求。4支承加劲肋验算根据第一体系计算，整体结构在基本荷载组合作用下单支座最大反力为。基本组合包络结果如图:图基本组合包络支座反力图(kN)根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，支承加劲肋应满足以下要求:Y R < f0 A + B t cd2r'W，10 A + BV t - fs ev w取支承加劲肋厚度ts=16mm，单侧宽度hs=235mm，各支座处支承加劲肋详细布置情况见 断面布置图。支承加劲肋验算结果列于下表tw=24, tf=28, B=900。ns和bs的值根据各支 座位置再由断面布置图。支承加劲肋验算表Rv(N)As(mm"2)Beb(mm)Bev(mm)左边左边fcdfd验算261848072000800880355270OK323266372000800880355270OK261862172000800880355270OK323345272000800880355270OK计算表明支承加劲肋满足规范要求。根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，验算支承加劲肋构造要求:L =癸 = 14.69 > 12 ：兰打=12，不满足规范要求。七 16f刚度验算1车道荷载挠度值根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，简支桥梁汽车荷载作用下的最 大向下竖向挠度Dz<=l/500：活载作用最大正向挠度和负挠度分别如图:1.4（ 1.4, I n w 口 50J 0.6 D.fi D.8 0.& 0-B 0-B D.C 07 D.7 0J 0.6 n 6 n、驻itDOL球皿4强冬泣些亶地城图最大正向挠度图（单位：mm）图最大负向挠度图(单位：mm)则 Dz=+=V42000/500=84mm，满足规范要求。2正交异形板桥面顶板挠跨比根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，正交异形板顶板的挠跨比 D/LW1/700。第二体系计算结果如图：图车辆作用最大挠度图图桥面顶板构造图L1=300mm ,L2=210mm， D二。计算可知D/L1>1/700； D/L2>1/700；不满足规范要求。3横隔板刚度验算根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)条，验算横隔板刚度。顶板厚18mm，顶板宽1000mm,底板厚20mm，底板宽6200mm，腹板厚20mm，腹板高 1962mm，横隔板厚度12mm。横隔板间距Ld=3000mm，算得：扇形惯性矩 Id=, 20EId/(Ld) 3=3x1020mm横隔板刚度K=K<20EIdw/(Ld)3,不满足规范要求。整体稳定验算根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)节，验算主梁整体稳定性。梁高h=2000mm，钢箱梁截面两腹板之间距离b0=3090mm，跨度L1=42000mmo满足h / b0 < 6,L1/b尸65。根据规范可不进行整体稳定性验算。疲劳验算根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2015)节采用等效的公路I级荷载进行验算，集中力为匕，均布荷载为彳。Pk和qk应该按公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004 第条取值；在计算疲劳荷载模型I的车道荷载时，为了有一定的安全储备，现取车道荷载为原车道 荷载，而非等效车道荷载。一，kAc丫 Ab < d，P" MfAb 广(1+A*)(b p max " p .各截面位置应力计算结果如下表：表疲劳荷载下梁截面应力汇总位置Max （MPa）Min （MPa）应力幅Ac与伸缩缝相 距A梁端处0<6m跨中处21m>6m0钢箱梁主体材料疲劳强度计算偏于安全考虑采用2类连接类型，Ab D=144MPa，根据上表 可得：梁端正应力:Ac = (1+网加=(1+ 0.275)x 0.7 = 0.89MPapAc = 0.89 < 七ACd = 1.0、144 = 106.7MPap丫"矽 1.0 x1.35跨中正应力:Ac = (1+A)Ac = (1.0+ 0) x15.3 = 15.3MPapk Ac1.0 x144Ac = 15.3 < d = 106.7 MPapYJ砂 1.0 x1.35可见主梁材料疲劳强度满足要求。四、结论1钢箱梁的顶底板强度满足规范要求；2腹板厚度、强度、加劲肋构造均满足规范要求；3开口肋构造、U肋构造、受压顶板纵肋刚度、受压顶板横肋刚度和桥面板构造满足规 范要求；4支承加劲肋强度满足规范要求，构造不满足规范要求；5主梁挠度满足规范要求，桥面板顶板挠跨比不满足规范要求；6横隔板刚度不满足规范要求；7整体稳定性满足规范要求；8疲劳强度满足规范要求。