大型设计院跨高速公路顶推钢箱梁midas计算书

第部分：第1联顶推钢箱梁 结构计算报告书目 录1. 纵向计算31.1 概算31.2 设计参数71.2.1 结构重力71.2.2 基础变位作用71.2.3 汽车荷载、人群荷载71.2.4 汽车荷载冲击力系数71.2.5 温度作用71.2.6 抗震要求71.2.7 桥梁设计基准期81.2.8 桥梁设计使用年限81.2.9 桥梁设计安全等级81.2.10 环境类别81.2.11 材料性能81.3 计算分析81.3.1 支承反力81.3.2 刚度91.3.3 内力91.3.4 截面101.3.5 应力112. 普通横隔板计算122.1 计算模式122.2 截面及截面特性122.3 设计荷载132.3.1 结构重力132.3.2 汽车荷载132.4 强度检算142.5 稳定检算143. 中支点横隔板143.1 计算模式143.2 强度检算143.3 稳定检算154. 端支点横隔板164.1 计算模式164.2 强度检算164.3 稳定检算175. 左侧悬臂托架175.1 计算模式175.2 截面及截面特性185.3 设计荷载185.3.1 结构重力185.3.2 汽车荷载195.4 内力195.5 强度检算195.5.1 正应力205.5.2 剪应力205.5.3 稳定检算：206. 右侧悬臂托架206.1 计算模式206.2 截面及截面特性206.3 设计荷载216.3.1 结构重力216.3.2 汽车荷载226.4 内力226.5 强度检算226.5.1 正应力226.5.2 剪应力236.5.3 稳定检算：237. 支承加劲肋检算237.1 计算模式237.2 强度核算237.3 稳定核算248. 结构抗倾覆稳定性计算249. 施工阶段腹板核算259.1 计算模式259.2 截面及截面特性259.3 稳定核算2510. 纵向加劲肋核算2610.1 计算参数2610.2 纵肋截面特性2610.3 纵肋荷载2610.4 计算结果27XX设计院股份有限公司 XX设计院股份有限公司 第29页 共29页本计算书第部分所验算的为跨宁沪高速公路节点桥的第1联桥。采用等高连续钢箱梁，跨径组合左幅为（44+70+40）m，右幅为（40+70+44）m，全幅桥宽为54.543.5m，分左右幅设置，每幅桥断面为：0.5m（护栏）+0.5m（路缘带）+43.5m（机动车道）+0.5m（路缘带）+0.5m（护栏）+3.5m（非机动车道）+2m（人行道（含栏杆）=21.5m，两幅桥之间为0.5m空隙，两幅桥总宽：221.5m+0.5m=43.5m。鉴于桥梁左右幅在桥梁跨径、断面组成及构造尺寸上差异不大，本次计算报告只给出左幅桥梁计算结果。1. 纵向计算1.1 概算梁高2.8m，单幅采用单箱三室（部分节段为单箱四室）斜腹板截面，边腹板斜率外侧为4：3，内侧为3.815：3，顶板宽2721.5m，底板宽18.74213.242m，箱梁悬臂长2.5m。边跨钢箱梁顶板厚14mm，底板厚14mm，梁高2.8m；中跨钢箱梁顶板厚16mm，底板厚20mm，梁高2.808m；中支点15m范围内顶板加厚为20mm，中支点21m范围内底板加厚为25mm，梁高2.817m。腹板顺桥向等厚，板厚均采用20mm。顶板下设U形加劲肋和开口加劲肋，U形加劲肋板厚8mm，间距600mm；开口加劲肋位于箱梁两侧，截面采用14140mm及14160mm两种。底板下设U形加劲肋，U形加劲肋板厚8mm，间距525mm633mm。腹板设水平加劲肋及竖向加劲肋，水平加劲肋尺寸12150mm。横隔板间距3m，普通横隔板厚12mm，中横隔梁板厚35mm，端横隔梁板厚25mm。其横断面如图1.1所示。图1.1 第1联钢箱梁断面（单位：mm）采用midas civil桥梁结构计算软件进行计算，全桥离散为平面杆系单元，共107个节点、106个单元，运营阶段计算模型如图1.2示，最大悬臂阶段计算模型如图1.3示：图1.2 成桥阶段计算结构离散图图1. 3 最大悬臂阶段计算结构离散图整体计算中截面特性按照道路桥示方书考虑截面翼缘有效宽度：跨中断面：L=b (bl0.05)L=1.1-2blb (0.05bl0.3)L=0.15l (0.3bl) 中支点断面：s=b (bl0.02)s=1.06-3.2bl+4.5(bl)2b 0.02bl0.3 s=0.15l (0.3bl)强度和稳定按照铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）进行计算1.2 设计参数1.2.1 结构重力1、结构自重钢材及焊缝容重：78.5kN/m3；2、桥面铺装桥面钢筋混凝土铺装容重：26kN/m3；桥面沥青混凝土铺装容重：24kN/m3。人行道填料及铺装容重：24kN/m3。3、防撞护栏两侧护栏为钢混结构，外侧按20.6kN/m计算，内侧按19.6kN/m计算；机非隔离栏按14 kN/m计算。1.2.2 基础变位作用基础不均匀沉降按跨径的1/4000考虑，由程序自动判别最不利组合。1.2.3 汽车荷载、人群荷载汽车荷载等级：城-A级；人群荷载：按城市桥梁设计规范（CJJ 11-2011）第10.0.5条取用。设计车速：40km/h。1.2.4 汽车荷载冲击力系数钢梁冲击系数按公路通规4.3.2条5款采用。1.2.5 温度作用钢梁温度作用按整体升温33，整体降温35计算。梯度温差：按规范“100mm沥青混凝土铺装层”对应项结合实际铺装厚度取值计算正负梯度温差效应。1.2.6 抗震要求地震动峰值加速度0.05g，地震基本烈度6度，抗震措施按7度设防，抗震设防分类为乙类，抗震设计方法为A类。1.2.7 桥梁设计基准期桥梁设计基准期为100年。1.2.8 桥梁设计使用年限设计使用年限为100年。1.2.9 桥梁设计安全等级结构设计安全等级为一级，结构重要性系数o1.1。1.2.10 环境类别本工程环境类别为I类。1.2.11 材料性能钢箱梁采用Q345qD钢材1.3 计算分析计算结果中，支承反力的单位为kN，向上为正，向下为负；轴力的单位为kN，以受压为正，受拉为负；剪力的单位为kN，以使杆端有顺时针旋转的趋势为正，使杆端有逆时针旋转的趋势为负；弯矩的单位为kNm，以下缘受拉为正；应力的单位为Mpa，以受拉为正，受压为负。1.3.1 支承反力边墩和中墩的支承反力如表1.2所示：表1.2 支承反力表 (单位：kN)位置成桥阶段运营阶段Max运营阶段Min左支座右支座左支座左支座右支座右支座XT443178.52935.55107.75074.52764.82351.0XT459327.98814.713276.112686.08691.28222.3XT468534.08537.312470.812511.27792.87822.2XT472194.42195.54392.24577.71419.31490.9注：XT44号过渡墩压重按180t计算，XT47号过渡墩压重按150t计算，。1.3.2 刚度运营期间最大竖向位移如图1.4示，其具体数值见表1.2。图1.4 汽车荷载引起的竖向位移图表1.2 运营期间最大竖向位移位置竖向位移（mm）容许挠度值（mm）设置预拱度（mm）向上向下边跨12.227.50中跨61.143.855.0结构重力和静活载在44m、40m边跨产生的挠度不超过跨径的1/1600，不设预拱度。70m中跨设置预拱度，其值等于结构重力和1/2静活载所产生的竖向挠度和。1.3.3 内力1、运营阶段运营阶段的弯矩和剪力包络图分别如图1.5图1.6示。图1.5 运营阶段弯矩包络图图1.6 运营阶段剪力包络图最大正弯矩为.4kNm，发生在70m跨跨中，最小负弯矩为-.1kNm，发生在XT45号桥墩处。钢梁最大剪力为16417.0kN，发生在XT45号桥墩处，钢梁最小剪力为-16125.7kN，发生在XT46号桥墩处，最大平均剪应力=1641710004202772=74.0MPa（只考虑四条通长腹板承受剪力）纵向腹板剪应力小于100Mpa。注：铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）中规定Q345最大剪应力为120Mpa，此处按照平均剪应力计算，控制容许应力100Mpa。2、最大悬臂阶段最大悬臂阶段的弯矩和剪力图分别如图1.7图1.8示。图1.7 最大悬臂阶段弯矩包络图图1.8 最大悬臂阶段剪力包络图最弯矩为kNm。最大剪力为5207.1kN，最大平均剪应力=5207.110004202772=23.5MPa（只考虑四条通长腹板承受剪力）纵向腹板剪应力小于100Mpa。注：铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）中规定Q345最大剪应力为120Mpa，此处按照平均剪应力计算，控制容许应力100Mpa。1.3.4 截面跨中截面有效宽度见图1.9,XT45支点处截面有效宽度见图1.10图1.9 跨中截面有效宽度图图1.10XT45支点处截面有效宽度图1.3.5 应力1、运营阶段运营阶段的钢梁应力包络图如图1.12示。图1.12 运营阶段应力包络图跨中上=My上I=.410611951.775351012=83.2Mpa=210Mpa下=My下I=.410616091.775351012=112.0Mpa=210Mpa支点处上=My上I=.1106.8=127.1Mpa=210Mpa下=My下I=.11061633.265.8=176.9Mpa=210Mpa2、最大悬臂阶段最大悬臂阶段的钢梁应力包络图如图1.13示。图1.13 最大悬臂阶段应力图上=My上I=106.8=85.1Mpa=210Mpa下=My下I=1061633.265.8=118.4Mpa=210Mpa2. 普通横隔板计算2.1 计算模式普通横隔板标准间距为3.0m，取最长横隔板简化为五跨连续梁计算，计算简图如图2.1所示：图2.1 普通横隔板计算简图2.2 截面及截面特性横隔板b/l=1.5/0.2(5.4+6.6)=0.625，S=0.150.2(5.4+6.6)=0.36m，则横隔板跨中截面上翼缘有效宽度：B=20.36=0.72m。截面形式如图2.2所示。图2.2 普通横隔板跨中截面 （单位：mm）2.3 设计荷载2.3.1 结构重力1、结构自重结构自重按550kg/m2取值，换算成均布线荷载为：q1=5.53=16.5kN/m2、桥面铺装8cm厚钢纤维混凝土，容重为26kN/m3，换算成均布线荷载为：q2=0.08326=6.24kN/m10cm厚沥青层，容重为24kN/m3，换算成均布线荷载为：q3=0.1324=7.2kN/m3、结构重力计算简图普通横隔板的结构重力计算简图如图2.3所示：图2.3 普通横隔板结构重力计算简图2.3.2 汽车荷载普通横隔板标准间距为3m，则汽车轮压荷载的纵向布置如图2.4所示：图2.4 汽车荷载纵向布置图作用于横隔板上的轮压荷载R=70(1+0.6)=112kN，汽车荷载的冲击系数为1.3，则：1.3R=145.6kN。计算汽车荷载对横隔板的影响时，将汽车轮压荷载按影响线进行横向加载。2.4 强度检算最大正弯矩为413.1kNm，最大剪力为610KN。=MyI=413.11065000=9.6Mpa=210Mpa腹板平均剪应力： 0=Vh=61012=28.3Mpa=100Mpa2.5 稳定检算c=l0rxhry=1.86.6106.342.812.77=35.3查下表得2=0.86=MyI=413.11065000=9.6Mpa2=0.86210Mpa=180.6Mpa3. 中支点横隔板3.1 计算模式选XT45支点横隔板进行计算，根据纵向计算结果，运营阶段中支点XT45号桥墩的最大支反力为18142.6kN，假设每片纵腹板作用于中支点横隔板上的集中力均相等，则每片纵腹板作用于中支点横隔板上的集中力为RXT45=25962/4=6490.5kN。计算简图如图3.1所示：图3.1 XT45中支点横隔板计算简图3.2 强度检算其弯矩图和剪力图分别如图3.2与图3.3所示：图3.2 XT45中支点弯矩图 （单位：kNm）最大弯矩为30060.7kNm 。图3.3 XT45中支点弯矩图 （单位：kNm）最大剪力为7788.6kN。中支点横隔板左侧b/l=22/10.5=2.1，L=0.15l =0.158.1=1.215m，则翼缘有效宽度：B=21.215=2.43m。截面形式如图3.4所示。 图3.4 XT45中支点截面 （单位：mm）XT45中支点强度检算：上缘应力： 上=My上I=30060.71061488.00=165Mpa=210Mpa下缘应力： 下=My下I=30060.71061328.00=147.2Mpa=210Mpa腹板平均剪应力： 0=Vh=7788.635=80.3Mpa=100Mpa3.3 稳定检算c=l0rxhry=1.86.6115.32.851.06=9.6查下表得2=0.9=MyI=30060.71061488.00=165Mpa2=0.9210Mpa=189Mpa4. 端支点横隔板4.1 计算模式选XT44横隔板进行计算，根据纵向计算结果，端支点XT44的最大反力为10182.2kN，假设每片纵腹板作用于端支点横隔板上的集中力均相等，则每片纵腹板作用于端支点横隔板XT44上的集中力为RXT44=10182.2/5=2036.5kN。 端支点横隔板的计算简图如图4.1所示：图4.1 XT44端支点横隔板计算简图4.2 强度检算XT45端支点横隔板弯矩图和剪力图分别如图4.2和图4.3所示：图4.2 XT44端支点横隔板弯矩图 （单位：kNm）最大弯矩为14561.6kNm 。图4.3 XT45端支点端支点横隔板剪力图 （单位：kN）最大剪力为4887.6kN。端支点横隔板b/l=22/10.5=2.1，L=0.15l =0.1510.5=1.575m，箱梁顶、底板伸出端支点横隔板0.57m，所以翼缘有效宽度：B=0.57+1.575=2.145m。截面形式如图4.4所示。 图4.4 XT44端支点横隔板截面 （单位：mm）隔板强度检算：(取隔板最大内力检算)上缘应力：上=My上I=14561.610600000=140.4Mpa=210Mpa下缘应力：下=My下I=14561.610600000=140.4Mpa=210Mpa腹板平均剪应力：0=Vh=4887.625=70.5Mpa=100Mpa4.3 稳定检算c=l0rxhry=1.86.6111.532.842.19=11.2查下表得2=0.9=MyI=14561.610600000=140.4Mpa2=0.9210Mpa=189Mpa5. 左侧悬臂托架5.1 计算模式悬臂托架标准间距为1.5m，简化为悬臂梁计算，计算简图如图5.1所示：图5.1 悬臂托架计算简图5.2 截面及截面特性悬臂托架b/l=0.75/（22.5）=0.15，S=1.06-3.2(b/l)+4.5(b/l)b=0.51m，则上翼缘有效宽度：B=20.51=1.02m。悬臂托架根部截面形式如图5.2所示。图5.2 悬臂托架根部截面 （单位：mm）5.3 设计荷载5.3.1 结构重力1、结构自重结构自重按550kg/m2取值，换算成均布线荷载为：q1=51.5=8.25KN/m2、桥面铺装8cm厚钢纤维混凝土，容重为26kN/m3，换算成均布线荷载为：q2=0.081.526=3.12kN/m10cm厚沥青层，容重为24kN/m3，换算成均布线荷载为：q3=0.11.524=3.6kN/m3、防撞护栏侧护栏为混凝土，沿纵向按20.6KN/m/道计算，换算为集中荷载为：P=20.61.5=30.9KN4、人行道荷载q4=0.35*1.5*24=12.6KN/m5、结构重力计算简图悬臂托架的结构重力计算简图如图5.3所示： 图5.3 悬臂托架结构重力计算简图5.3.2 汽车荷载悬臂托架标准间距为1.5m，则汽车轮压荷载的纵向布置如图5.4所示：图5.4 汽车荷载纵向布置图作用于悬臂托架上的轮压荷载R=70(1+0.2)=84kN，汽车荷载的冲击系数为1.3，则：1.3R=109.2kN。汽车轮压荷载的横向布置如图5.5所示： 图5.5 悬臂托架汽车荷载计算简图5.4 内力悬臂托架在结构重力及汽车荷载作用下的根部最大弯矩为：M=1214.972.52+30.9*2.25+12.6*1.5(1.75+0.5)=158.8kNm在结构重力及汽车荷载作用下的根部最大剪力为：V=14.972.5+12.6*1.5+109.2+30.9=196.4kN5.5 强度检算5.5.1 正应力上缘应力： 上=My上I=158.8106137.=22.3Mpa=210Mpa5.5.2 剪应力腹板平均剪应力： 0=Vh=196.410=32.7Mpa=100Mpa5.5.3 稳定检算：c=l0rxhry=1.8521.050.623.76=13.3查下表得2=0.9=MyI=158.8106137.=22.3Mpa2=0.9210Mpa=189Mpa6. 右侧悬臂托架6.1 计算模式悬臂托架标准间距为1.5m，简化为悬臂梁计算，计算简图如图6.1所示：图6.1 悬臂托架计算简图6.2 截面及截面特性悬臂托架b/l=0.75/（22.5）=0.15，S=1.06-3.2(b/l)+4.5(b/l)b=0.51m，则上翼缘有效宽度：B=20.51=1.02m。悬臂托架根部截面形式如图6.2所示。图6.2 悬臂托架根部截面 （单位：mm）6.3 设计荷载6.3.1 结构重力1、结构自重结构自重按550kg/m2取值，换算成均布线荷载为：q1=51.5=8.25KN/m2、桥面铺装8cm厚钢纤维混凝土，容重为26kN/m3，换算成均布线荷载为：q2=0.081.526=3.12kN/m10cm厚沥青层，容重为24kN/m3，换算成均布线荷载为：q3=0.11.524=3.6kN/m3、防撞护栏侧护栏为混凝土，沿纵向按19.6KN/m/道计算，换算为集中荷载为：P=19.61.5=29.4KN4、人行道荷载q4=0.35*1.5*24=12.6KN/m5、结构重力计算简图悬臂托架的结构重力计算简图如图6.3所示： 图6.3 悬臂托架结构重力计算简图6.3.2 汽车荷载悬臂托架标准间距为1.5m，则汽车轮压荷载的纵向布置如图6.4所示：图6.4 汽车荷载纵向布置图作用于悬臂托架上的轮压荷载R=70(1+0.2)=84kN，汽车荷载的冲击系数为1.3，则：1.3R=109.2kN。汽车轮压荷载的横向布置如图6.5所示： 图6.5 悬臂托架汽车荷载计算简图6.4 内力悬臂托架在结构重力及汽车荷载作用下的根部最大弯矩为：M=1214.972.52+29.4*2.25+12.6*1.51.75+0.5+109.2*1.5=319.3kNm在结构重力及汽车荷载作用下的根部最大剪力为：V=14.972.5+12.6*1.5+109.2+29.4=194.9kN6.5 强度检算6.5.1 正应力上缘应力： 上=My上I=319.3106177.0=40.1Mpa=210Mpa6.5.2 剪应力腹板平均剪应力： 0=Vh=194.910=32.5Mpa=100Mpa6.5.3 稳定检算：c=l0rxhry=1.8524.750.723.24=13.7查下表得2=0.9=MyI=319.3106177.0=40.1Mpa2=0.9210Mpa=189Mpa7. 支承加劲肋检算7.1 计算模式中墩单个支座最大反力为13276.1KN，边墩单个支座最大反力为5107.7KN 公路钢结构规范1.5.9条规定：支承加劲肋两侧15倍腹板板厚可作为支承有效面积，中墩处加劲肋单侧支承有效长度=600-300=3001535=525mm，边墩处加劲肋单侧支承有效长度=550-300=250mm1525=375mm。此处偏安全考虑不计腹板对有效支承面积的贡献，只考虑支承加劲肋及横隔板支座范围内的面积，中墩支座有效支承面积=430025+424025+120035=96000mm2，边墩支座有效支承面积=430020+424020+110025=70700mm27.2 强度核算中墩支点支承加劲肋的承压应力=13276.1103/96000=138.3Mpa200MPa边墩支点支承加劲肋的承压应力=5107.7103/70700=72.3Mpa200Mpa7.3 稳定核算中墩支点支承加劲肋稳定核算=.2=20.7查下表得2=0.9=NA=13276.1=138.3Mpa2=0.9200Mpa=180Mpa边墩支点支承加劲肋稳定核算=.2=20.7查下表得2=0.9=NA=5107.7=72.3Mpa2.5。9. 施工阶段腹板核算9.1 计算模式施工阶段恒荷载按550Kg/m2考虑，每根轨道荷载为5.521.5/2=59.1KN/m。横隔板间距为3m，故取3m长度为计算单元。P=59.13=177.4KN。9.2 截面及截面特性腹板b/l=3.3/2.772=1.2，L=0.15l =0.152.8=0.42m，则上翼缘有效宽度：B=20.42=0.84m。腹板截面形式如图5.2所示。 图9.1 计算模式及截面 施工阶段腹板的承压应力=177.4103/79680=2.23Mpa200MPa9.3 稳定核算=22.7查下表得2=0.9=NA=177.4=2.23Mpa2=0.9200Mpa=180Mpa10. 纵向加劲肋核算10.1 计算参数顶板厚度14mm,横肋布置间距3000mm，纵肋间距最大为300 mm，城-A车辆中后轮着地宽度为0.6mm,分布宽度为0.6+0.182即0.96 m,最大轮重100KN。城-A车辆前轮着地宽度为0.25mm,分布宽度为0.25+0.182即0.61 m,最大轮重30KN。10.2 纵肋截面特性加劲肋b/l=150/1800=0.08，S=1.06-3.2bl+4.5(bl)2b =1.06-3.20.08+4.50.082150=125mm，纵肋组成1-25014（桥面板），2-2808（腹板），3-398（下翼