40m组合梁上部结构计算-典尚设计

一、 概述一跨简支，标准跨径：40m，计算跨径38.5m，斜交角77，主梁中心高1.8m，采用预弯钢-砼组合箱梁结构，钢箱梁中心高1.5m，采用Q345C钢材，现浇混凝土C50钢纤维混凝土，厚30cm。桥型截面布置如下（单位：mm）：单幅桥主梁断面图 1二、主梁材料及参数1主梁Q345C钢，工厂预制。Q345C钢物理力学性能如下：弹性模量: Es2.06x105 MPa剪切模量: Gs0.79x105 MPa质量密度: r78.5 kN/m3线膨胀系数: as1.2 x10-5/泊松比: ms0.3应力松弛: s1.5%局部次要钢结构采用Q235C钢钢材基本容许应力（MPa）：钢材型号轴向应力弯曲应力w剪应力Q345C200（189）210（198.5）120（113.4）Q235C14014585 对于Q345C钢材，厚度16mm钢板采取上表括号外数值，对于1620m，单侧人行道宽度2.5m，根据城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98）（4.5-2*（38.5-20）/80）*（20-2.5）/203.53 kN/m 4）汽车荷载（城-A，计算跨径38.5m） q10 kN/m（计算弯矩） q15 kN/m（计算剪力） P300 kN （集中力） 冲击系数：根据城市荷载规范，车道荷载冲击系数20/（80+38.5）0.169 车辆荷载冲击系数0.6686-0.3032*log38.50.1885）其它可变荷载施工荷载：主梁混凝土现浇层浇注过程考虑施工机械、人员荷载对每片梁按10kN/m取值。四、计算模型 单幅桥上部结构由三片梁共同作用，相邻梁之间通过两端横梁及12片中横梁连接，采用偏心受压法计算横向分布系数。横向分布系数1梁2梁3梁人行道构件及人群0.9840.333-0.318人行护栏1.1040.333-0.438防撞墙-0.4220.3331.09中间给水管及支撑板-0.50.3331.167汽车两个车道（不折减）1.0730.6671.49三个车道（*0.8折减系数）0.90.81.4（横向分布系数详见图，2梁处于中间，其分布系数为1/3）1梁横向分布系数图示3梁横向分布系数图示主梁计算分施工阶段和使用阶段，施工阶段具体施工步骤及受力控制截面见下图，使用阶段受力截面与施工阶段五截面一致。1、 施工阶段一施工阶段一：AB段预制梁拼接后进行吊装，与准备拼接C段预制梁计算截面模型文件见施工阶段一.mcb（Midas-Version6.7.1）主要荷载：主梁自重、设备荷载、拼接荷载弯矩包络图：（kNm）剪力包络图：(kN）主梁上缘应力图:（kPa）主梁下缘应力图：（kPa）主梁剪应力：(kPa)根据内力包络图，手工核算主梁应力如下（考虑截面塑性发展系数1.05）：Mymax1683 kNmMymin-511 kNmVmax400kN下缘最大应力Mymax*Yx/Ix=1.05*1683*0.5465/0.0599=16122kPaw200000kPaOK！上缘最大应力Mymax*Ys/Ix=1.05*1683*0.9535/0.0599=28130 kPaw200000kPaOK！腹板最大剪应力Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=400/(1.456*0.032)=8585kPa120000kPaOK！主梁竖向位移（m）：主梁最大竖向位移max-0.0052m19.75/8000.0247mOK！2、施工阶段二施工阶段二为C段梁也连接好，考虑主梁上机械设备人员荷载10kN/m，并考虑不利因素，作用一跨和整跨布置，计算截面与施工阶段一一致计算截面模型文件见施工阶段二.mcb（Midas-Version6.7.1）主要荷载：主梁自重、设备荷载（满布和单跨布置）弯矩包络图：（kNm）剪力包络图：(kN）主梁上缘应力图:（kPa）主梁下缘应力图：（kPa）主梁剪应力：(kPa)根据内力包络图，手工核算主梁应力如下（考虑截面塑性发展系数1.05）：Mymax1152kNmMymin-1592 kNmVmax456 kN下缘最大应力Mymax*Yx/Ix=1.05*1592*0.5465/0.0599=15250kPaw200000kPaOK！上缘最大应力Mymax*Ys/Ix=1.05*1592*0.9535/0.0599=26608 kPaw200000kPaOK！腹板最大剪应力Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=456/(1.456*0.032)=9787kPa120000kPaOK！主梁竖向位移（m）：主梁最大竖向位移max-0.0052m19.75/8000.0247mOK！3、施工阶段三施工阶段三为主梁焊接好后，浇注临时墩顶混凝土现浇层，混凝土不参与受力，仅作为荷载考虑，同时考虑主梁上机械设备人员荷载10kN/m，并考虑不利因素，作用一跨和整跨布置，计算截面与施工阶段一一致。计算截面模型文件见施工阶段三.mcb（Midas-Version6.7.1）主要荷载：主梁自重、设备荷载（满布和单跨布置）、中间混凝土现浇层湿重弯矩包络图：（kNm）剪力包络图：(kN）主梁上缘应力图:（kPa）主梁下缘应力图：（kPa）主梁剪应力：(kPa)根据内力包络图，手工核算主梁应力如下（考虑截面塑性发展系数1.05）：Mymax1401kNmMymin-2178kNmVmax728 kN下缘最大应力Mymax*Yx/Ix=1.05*2178*0.5465/0.0599=20864kPaw200000kPaOK！上缘最大应力Mymax*Ys/Ix=1.05*2178*0.9535/0.0599=36403 kPaw200000kPaOK！腹板最大剪应力Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=728/(1.456*0.032)=15625kPa120000kPaOK！主梁竖向位移（m）：主梁最大竖向位移max-0.0038m19.75/8000.0247mOK！4、施工阶段四中间临时墩主梁混凝土现浇层强度达到95后浇注其余部分混凝土现浇层，中间现浇层参与受力，其余作为湿重荷载。计算截面一计算截面二（混凝土按C45考虑，此处将混凝土面积折算成等效钢截面，弹性模量之比：nEEc/Es3.45x104/2.06x1050.167）等效截面如下：模型文件见施工阶段四.mcb（Midas-Version6.7.1）主要荷载：主梁自重、设备荷载（满布和单跨布置）、两边混凝土现浇层湿重弯矩包络图：（kNm）剪力包络图：(kN）主梁上缘应力图:（kPa）程序只计算出钢梁截面应力，联合截面下面通过手工计算进行验算主梁下缘应力图：（kPa）程序只计算出钢梁截面应力，联合截面下面通过手工计算进行验算主梁剪应力：(kPa)程序只计算出钢梁截面应力，联合截面下面通过手工计算进行验算根据内力包络图，手工核算主梁应力如下（考虑截面塑性发展系数1.05）：联合截面应力验算Mymax1942kNmMymin-4148kNmVmax942 kN下缘最大应力Mymax*Yx/Ix=1.05*4148*1.2204/0.1738=30583kPaw200000kPaOK！上缘最大应力Mymax*Ys/Ix=1.05*4148*0.4546/0.1738=11392 kPaw200000kPaOK！腹板最大剪应力Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=942/(1.456*0.032)=20218kPa120000kPaOK！主梁竖向位移（m）：主梁最大竖向位移max-0.0045m19.75/8000.0247mOK！5、施工阶段五 主梁现浇层浇注完并达到设计强度后，由于此时主梁为联合截面，主梁受力比施工阶段四更为有利，故不对此阶段进行单独验算。6、使用阶段使用阶段计算截面（此处将混凝土面积折算成等效钢截面，弹性模量之比：nEEc/Es3.45x104/2.06x1050.167）等效截面如下： 使用阶段荷载组合详见荷载组合表，其中温度梯度作用和混凝土收缩徐变作用详见以下计算1、 温度顶板升温对简支梁有利，不予考虑，仅考虑顶板降温，降温模式如图： 截面等效成混凝土截面：因为轴力被释放，所以不予考虑，仅考虑弯矩效应。Mt0-Ay*ty*c*Ec0.1*4.8*（5.8+2.15）/2*1x10-5*3.45x107*（0.5854-0.05）+0.2*4.8*2.15/2*1x10-5*3.45x107*（0.5854-0.15）507kNm2、 收缩徐变收缩徐变按混凝土顶板降温20计算Mt0-Ay*ty*c*Ec0.1*4.8*20*1x10-5*3.45x107*（0.5854-0.15）1442kNm其余各项计算根据主梁构造及规范规定荷载取值，各种荷载组合工况下组合后见表格文件：荷载组合.xls打印时插入该表格MmaxQmax极限荷载组合31599.6 2977.4 应力荷载组合24218.2 2256.0 下缘最大应力Mymax*Yx/Ix=1.05*24218.2*1.2204/0.1738=178559kPaw189000kPaOK！上缘最大应力Mymax*Ys/Ix=1.05*24218.2*0.4546/0.1738=66513 kPaw200000kPaOK！腹板最大剪应力Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=2256/(1.456*0.032)=48420kPaMmax=31599.6 kNmOK！极限抗剪承载能力：QuhftfRj/gs=1546*32*0.54*324*10-3/1.1=7869Qmax=2977.4 kNOK！稳定性验算 本桥在施工阶段为开口箱涵，使用阶段通过顶板现浇层联为整体，施工时中间设置临时墩，因此荷载比较小，临时墩撤除后混凝土现浇层已参与整体受力，因此整体性好，箱梁内部纵、横向均加设缀板，满足构造要求，其整体稳定性和局部稳定性均能满足要求。变形控制按钢桥规规定：对于简支或连续梁由汽车荷载（不计冲击力）所引起得竖向挠度不应超过L/600。均布荷载简支梁跨中挠度为：5qL4/（384EsI0）集中荷载简支梁跨中挠度为：PL3/（48EsI0）其中汽车荷载对3梁荷载效应最大，引起的竖向挠度值为