355035米钢箱梁计算书.doc

钢箱梁结构计算书 目 录1.工程概况12.结构计算分析模型12.1.主要规范标准.12.2.主要材料及力学参数22.3.计算荷载取值22.4.边界条件32.5.计算模型32.6.荷载组合43.计算结果43.1.结构成桥内力图43.2.结构成桥应力验算73.3.主梁刚度验算83.4.支座反力93.5.支座部位局部承压计算113.6.腹板局部稳定计算133.7.底板局部稳定验算134.结论151. 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16014 毫米；箱梁底板厚14 毫米，设“T”形加劲肋，加劲肋腹板1208 毫米，翼缘10010 毫米，间距300 或350 毫米；腹板厚12 毫米，设三道14014 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10010 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30014 毫米。2. 结构计算分析模型2.1. 主要规范标准.（1）城市桥梁设计规范（CJJ 112011）（2）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）（3）公路圬工桥涵设计规范(JTG D61-2005)（4）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）（5）公路桥涵地基与基础设计规范（JTG D63-2007）（6）公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）（7）混凝土结构设计规范（GB50010-2010）（8）公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）（9）城市桥梁工程施工与质量验收规范（CJJ 22008）（10）公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ02586）（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（TB 10002.2-2005）2.2. 主要材料及力学参数Q345qD：弹性模量E=2.1105MPa剪切模量G=0.81105MPa轴向容许应力：200MPa剪切容许应力：120MPa表2-1 钢材容许应力表2.3. 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：250.0813=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(JTG D60-2004)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2.4. 边界条件表2-2 支座布置表墩号位置P13P14P15P16内侧双向单向双向双向外侧单向固定单向单向2.5. 计算模型采用大型有限元分析软件Midas Civil 2013 ( V8.2.1 R1)。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）2.6. 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sLCB111sLCB21111sLCB31111sLCB41111sLCB51111sLCB61sLCB711sLCB81111sLCB91111sLCB101111sLCB111111sLCB1213. 计算结果3.1. 结构成桥内力图3.1.1. 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)3.1.2. 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)3.1.3. 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)3.2. 结构成桥应力验算3.2.1. 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。3.2.2. 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。3.3. 主梁刚度验算3.3.1. 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。3.3.2. 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55mmL/1600=501000/1600=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（JTJ 02586）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)3.4. 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。3.5. 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：b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RvkN4247横向加劲肋净截面积Asmm248560横隔板厚度tdmm20支座垫板宽度Bmm900下翼板厚度tfmm14横隔板有效宽度Bebmm928局部承压应力bMPa63.3局部承压容许应力bMPa200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RvkN1860横向加劲肋净截面积Asmm230560横隔板厚度tdmm20支座垫板宽度Bmm700下翼板厚度tfmm14横隔板有效宽度Bebmm728局部承压应力bMPa41.2 局部承压容许应力bMPa200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：c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RvkN4247横向加劲肋净截面积Asmm244560横隔板厚度tdmm20外侧加劲肋中心距bsmm40030tdmm600横隔板有效计算宽度Bevmm1000横隔板及加劲肋竖向应力cMPa65.8 轴向受压容许应力cMPa200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RvkN1860横向加劲肋净截面积Asmm230560横隔板厚度tdmm20外侧加劲肋中心距bsmm40030tdmm600横隔板有效计算宽度Bevmm1000横隔板及加劲肋竖向应力cMPa36.8 轴向受压容许应力cMPa200支座处竖向应力满足规范要求。3.6. 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（JTJ 025-86）第1.5.10条，对于Q345钢，当腹板高厚比60h0/140时，仅需设置竖向加劲肋，间距a应满足下式计算要求，且不得大于2m。式中：a双向加劲肋的间距，以mm计； 腹板厚度，以mm计； 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h0mm20002000腹板厚度mm1212h0/166.67166.67平均剪应力MPa45.312.1竖向加劲肋mm1693.83277.3根据上表，本钢箱梁支点处和跨中处的腹板高厚比h0/为166.67，均大于60，因此