香滨路钢箱梁计算书(3.22)

哈尔滨香滨路上跨桥工程PM9-PM12钢箱梁上部结构计算书1 工程概况PM9-PM12上部结构采用40m+53m+40m连续钢箱梁结构，两侧设防撞栏，主梁顶宽11.8m，底宽6.8m，设置结构单向横坡2.0%，梁底水平，主梁为全桥等高度钢箱梁，中心梁高1.8m。施工方法为预制拼装施工。钢箱梁典型断面图如图1-1所示。图1-1 箱梁典型断面图（单位：mm）2 技术标准和设计依据2.1技术标准（1）桥面布置：0.5m防撞栏+11m行车道+0.5m防撞栏12.0m全宽（2）设计车道数：单向3车道（3）桥面纵坡：最大纵坡：2.73%；最小纵坡：6.74。（4）桥面横坡：2.0%（向内单向坡）（5）荷载等级：城市-A级（6）温度：体系升温：24，体系降温：47。2.2设计规范（1）城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98） （2）公路工程技术标准（JTG BO-1-2003） （3）公路桥涵钢结构及木结设计规范（JTJ 025-86） （4）公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004（5）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2004) （6）公路工程抗震设计规范（JTJ004-89） （7）城市桥梁设计准则（CJJ11-93） （8）钢结构设计规范（GB50017-2003） （9）公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件（JT/T 722-2008）3 主要材料及技术参数钢材采用Q345 qE钢，其技术指标应符合公路钢桥规范（JTJ 02586），弹性模量E=2.1105Mpa，剪切模量G= 0.81105MPa。钢材容许应力见下表：表3-1 钢材容许应力表应力种类钢材种类Q345 qE轴向应力（MPa）200弯曲应力（MPa）210剪应力（MPa）1204 连续钢梁上部结构纵向计算 4.1 计算方法与模型本节采用Midas civil计算程序，对主梁进行容许应力计算。模型采用梁格法对钢箱梁进行模拟，纵向设置三根纵肋，单元分别是1-70；71-140，141-210，三根纵肋利用间距为2m的横隔板进行连接，单元编号为：211-352，共计142块横隔板。边界条件采用横向双支座的支撑形式对桥梁支座进行模拟，节点号214至221，根据实际的支座受力，外部支座只在固定支座（218节点处）进行两方向约束Dx、Dz，其他外侧支座（214，216，220节点）只对Dz进行约束；对于内侧支座只在固定支座（219节点处）进行三方面约束Dx、Dy、Dz，其他内侧支座（215，217，221节点处）Dy、Dz进行约束。结构离散图如图4-1所示。图4-1 结构离散图4.2设计荷载及验算内容4.2.1设计荷载（1）一期恒载包括主梁自重及横隔梁自重。按构件实际断面并考虑构造因素计入，容重按76.98kN/m3计，自重系数1。（2）二期恒载：桥面铺装为10cm厚混凝土和9cm厚沥青混凝土，容重分别为25kN/m3和23kN/m3，宽度按实际桥宽计。防撞栏杆： 6kN/m（左侧）+6 kN/m（右侧） =12kN/m； （3）汽车荷载汽车等级为城市-A级。纵向计算采用车道荷载，横桥向按3车道考虑。计算弯矩时，车道荷载的均布荷载标准值采用10.0kN/m，计算剪力时，采用15.0kN/m，集中荷载采用300kN。横向按单向3车道进行加载。横向偏载系数1.25，计入横向车道折减系数0.78。汽车冲击力：冲击系数按公路钢桥规范（JTJ 025-86）计算，即：=15/（37.5+L）=15/(37.5+40)=0.194汽车制动力标准按城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98）中相应规定，加载车道为2条以上，以两车道为准，不进行折减，其值为10%的车道荷载与160kN中的较大者。即制动力取为688.5kN。（4）人群荷载不计人群荷载。（5）温度荷载整体温差：体系整体按升温24C，降温47C计。局部温差：按公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）第4.3.10条计算，铺装层厚为9cm沥青混凝土，即正温差T1=14，T2=5.5，负温差T1=-7，T2=-2.75。（6）支座沉降基础不均匀沉降取为8mm。4.2.2荷载组合设计荷载组合：（1）组合：1.0恒载+1.0汽车荷载+1.0整体升温+1.0正温度梯度+1.0支座沉降（2）组合：1.0恒载+1.0汽车荷载+1.0整体升温+1.0负温度梯度+1.0支座沉降（3）组合：1.0恒载+1.0汽车荷载+1.0整体降温+1.0正温度梯度+1.0支座沉降（4）组合：1.0恒载+1.0汽车荷载+1.0整体降温+1.0负温度梯度+1.0支座沉降4.2.3验算内容（1）正截面正应力验算正截面正应力验算，对构件正截面的正应力按容许应力法进行验算，在组合-作用下须满足：式中：结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系数；设计规范规定的容许应力；不同荷载组合的容许应力提高系数。（2）结构变形验算结构变形验算包括恒载挠度和活载挠度验算。当最大恒载挠度L/1600时，可以不设预拱度否则应设置预拱度。在活载作用下的最大挠度应L/600。4.3 主要计算结果（1）结构正截面应力计算：表4-1 荷载组合（一）节点号应力极值（组合一）节点号应力极值（组合一）节点号应力极值（组合一）114.77215.414314.0215.67313.214420.9314.37428.914537.5438.07542.014651.0556.97652.414762.3671.57760.614871.1782.97866.914977.2892.07971.215080.4998.18073.415180.810101.08173.515278.511101.08271.715373.41298.58367.815465.61392.78462.215555.11484.18554.615641.01572.78643.315733.31654.88739.2158-47.01736.68853.2159-65.41846.68968.8160-82.519-63.59089.6161-70.320-85.491115.0162-83.821-107.09295.3163-98.822-79.293104.0164-80.523-91.19479.6165-57.724-72.29556.816637.52551.39640.716727.72640.19732.716844.12737.89846.316958.62856.69957.517071.42975.110066.917182.33090.810174.917291.231103.010281.117397.432113.010385.8174101.033119.010488.6175102.034123.010589.7176101.035125.010689.017797.236123.010785.817891.437119.010881.217982.838112.010974.818072.239102.011067.018158.74089.811156.618243.74175.111245.018327.24257.611332.318436.04338.411441.2185-53.14437.511557.6186-73.74549.011676.1187-95.346-68.711798.9188-77.347-93.511878.4189-87.748-74.211991.8190-80.349-86.012082.1191-94.050-77.612197.0192-75.251-92.512276.8193-57.652-70.812360.5194-41.75351.312447.419532.45441.912536.019645.35542.612646.219757.95659.012755.419867.95772.712862.819975.35883.612968.320080.05991.713071.920182.26097.013173.620281.76199.313273.220378.56298.813370.920472.76395.313466.520564.06488.913560.220653.26579.513651.820739.56667.413741.120822.06752.713827.920914.26834.513913.321015.16914.414015.2211-74.97015.414114.421290.77114.114214.9213-131.0注：应力以Mpa为单位。图4-2 组合截面应力包络图(MPa)表4-2 荷载组合（二）节点号应力极值（组合二）节点号应力极值（组合二）节点号应力极值（组合二）1-7.3472-6.87143-9.462-7.5773-10.114430.83-9.6774-32.214546.5428.175-45.514659.1545.676-56.114769.565977-64.314877.5769.578-70.214982.7877.779-7415085.1982.880-75.615184.7108581-75.115281.61184.382-72.515375.71280.583-67.915467.21373.884-61.415555.91464.285-52.915640.9155286-40.3157-31.2163387-30.2158-4917-47.588-44.3159-68.818-67.989-59.8160-87.419-87.190-80.7161-69.720-10991-106162-85.121-12992-88.1163-10522-94.893-94.8164-85.723-11494-72.1165-61.924-9695-50.2166-41.125-73.896-33.5167-22.826-53.697-24.416840.127-35.398-37.716954.42830.799-49.917067.22949.1100-60.517178.13064.7101-69.317286.83177.3102-7617392.83286.4103-80.917496.43393.2104-83.817597.53497.1105-84.617696.23598.3106-83.317792.33696.6107-80.317886.33792.3108-75.417977.73885.5109-68.318067.13975.8110-59.418153.44063.4111-48.918238.34148.6112-36.6183-224231.1113-22.7184-39.443-32.7114-34.8185-59.144-50.9115-50.5186-80.145-72.3116-68.4187-10346-94.3117-90.4188-77.447-118118-72.1189-88.448-92.3119-85.1190-80.449-104120-75.5191-10050-95.3121-87.6192-79.851-116122-67.6193-61.152-94.3123-51.3194-44.253-73.9124-38.1195-28.854-55.5125-29.519644.555-38.8126-41.819757.95638.2127-52.319868.75752.8128-60.719976.95864.6129-67.220082.55973.6130-71.720185.56079.7131-74.220285.86183132-74.620383.56283.3133-72.920478.46380.7134-69.120570.76475.2135-63.320660.86566.8136-55.2207486655.7137-44.820831.66742.1138-31.5209-9.3868-25.3139-10.1210-7.5569-9.52140-6.89211-67.970-7.68141-7.1921287.771-7.04142-7.78213-124注：应力以Mpa为单位。图4-3 组合截面应力包络图(MPa)表4-3 荷载组合（三）节点号应力极值（组合三）节点号应力极值（组合三）节点号应力极值（组合三）114.77215.414314.0215.67313.214420.9314.27428.814537.4438.17541.914650.9557.07652.314762.1671.67760.814870.9783.17867.214976.9892.07971.515080.0998.18073.815180.410101.08174.015278.011101.08272.215372.91298.58368.415465.11392.88462.815554.51484.18555.315640.31572.88644.015732.51654.98738.4158-47.91735.88852.4159-66.41845.88967.9160-83.619-63.49088.7161-71.020-85.391114.0162-84.521-107.09294.5163-99.122-78.993103.0164-80.623-90.29478.5165-57.824-71.29555.7166-37.62549.79639.616726.62638.69731.916843.72738.29845.216958.02857.29956.817070.52975.510067.017181.23091.110175.517290.131104.010282.117396.232113.010387.017499.833120.010489.8175101.034123.010590.617699.935125.010689.317796.136123.010786.517890.237119.010881.917981.738112.010975.218071.239103.011066.618157.54090.811156.718242.54175.911244.818326.14258.611331.518434.64339.511439.7185-53.74435.611556.0186-74.74547.011674.5187-96.746-67.511797.3188-78.247-92.011877.3189-88.648-73.211990.7190-81.349-85.012081.0191-95.350-76.612195.4192-76.151-91.112275.3193-58.152-69.812359.2194-42.053-50.312446.119531.45440.312534.819644.45543.412645.719757.15659.812755.019867.15773.412862.419974.65884.212968.020079.55992.313071.620181.76097.413173.220281.26199.813272.920378.16299.213370.620472.36395.713466.220563.76489.313559.920653.06579.813651.620739.36667.613741.020822.06752.913827.820914.26834.613913.321015.16914.414015.2211-75.27015.314114.421290.57114.114214.9213-131.0注：应力以Mpa为单位。图4-4 组合 截面应力包络图(MPa)表4-4 荷载组合（四）节点号应力极值（组合四）节点号应力极值（组合四）节点号应力极值（组合四）1-7.372-6.9143-9.52-7.673-10.114430.83-9.774-32.314546.4428.175-45.714659.0545.776-56.314769.3659.277-64.514877.2769.678-70.514982.4877.779-74.415084.8982.980-76.015184.31085.181-75.515281.21184.382-73.015375.31280.683-68.415466.71373.884-62.015555.41464.385-53.615640.31552.086-41.0157-31.91633.187-29.4158-50.017-47.588-43.5159-69.818-67.989-59.0160-88.419-87.090-79.8161-70.420-108.091-105.0162-85.821-129.092-87.3163-106.022-94.693-95.6164-85.823-113.094-73.2165-62.024-95.095-51.3166-41.225-72.796-34.6167-23.526-52.597-25.516840.027-34.798-38.916954.22831.399-51.017066.52949.6100-61.717177.23065.1101-70.517285.93177.7102-77.317391.93286.7103-82.217495.43393.5104-85.117596.53497.4105-86.017695.33598.7106-84.717791.43697.3107-81.717885.43792.8108-76.817976.83886.0109-69.818066.23976.5110-60.918152.44064.4111-50.418237.24149.6112-38.1183-22.44232.2113-24.3184-39.943-32.4114-34.5185-59.844-50.6115-50.1186-81.245-71.8116-68.2187-104.046-93.3117-90.5188-78.447-117.0118-72.3189-89.348-91.3119-85.3190-81.349-103.0120-75.7191-101.050-94.3121-87.8192-80.851-115.0122-67.6193-61.752-93.5123-51.3194-44.653-73.4124-38.0195-29.154-55.3125-30.719643.755-38.7126-42.919757.25639.0127-53.319868.15753.5128-61.719976.35865.3129-68.120082.05974.2130-72.520185.06080.3131-74.920285.46183.5132-75.220383.16283.8133-73.420478.06381.2134-69.620570.36475.6135-63.620660.56567.1136-55.520747.96655.9137-45.020831.56742.2138-31.6209-9.468-25.4139-10.1210-7.669-9.5140-6.9211-68.170-7.7141-7.221287.471-7.0142-7.8213-125.0注：应力以Mpa为单位。图4-5 组合截面应力包络图(MPa)由计算得结构正截面的最大拉应力=124.7MPa=1210=210Mpa，最大压应力=-133.7MPa=1210=210 Mpa满足规范要求。（2）结构挠度计算图4-6 活载最大向上挠度图(mm)图4-7 活载最大向下挠度图(mm)从上图可以看出，边跨最大活载挠度为34mmL/600=40000/600=67mm，中跨最大活载挠度为51mmL/600=53000/600=88 mm，满足刚度要求。（3）支承反力汇总表4-5 支承反力表（单位：KN） 支座位置 工况 PM9-1PM9-2PM10-1PM10-2PM11-1PM11-2PM12-1PM12-2恒载131010263439313435563018987946汽车MAX17211574261624402653251615141517汽车MIN-798-704-633-589 -643-732-588-613 梯度（）132-54 297-368109-1966911梯度（-）-6627-149184-5498-34-6支座MAX37257312732371612支座MIN-37-25-73-127-32-37-16-12整体升温-1.01.00.5-0.51.6-1.6-1.41.3整体降温0.8-0.8-0.40.4-1.31.31.1-1.1反力最大32012653642658856352567025872487反力最小408242.22584205028262051348314注：奇数支座代表外侧支座，偶数支座代表内侧支座30哈尔滨市市政工程设计院5 钢梁最不利处桥面板计算5.1 计算方法桥面板横向计算采用悬臂板计算方法，对横桥向最不利位置（挑臂根部）进行验算，计算中取1m长的桥面板进行横向计算，断面尺寸取距挑臂横隔板两侧各0.5m，此处挑臂斜撑厚度14mm，挑臂横隔板厚度为14mm。结构局部计算图示如下：图5-1 悬臂板计算图示图5-2 1m宽桥面板截面图5.2 计算荷载（1）恒载一期恒载：计算中取1m单位长度平面框架进行横向计算，钢板材料容重采用78.5kN/m3, 框架具体尺寸如图5-1、5-2所示。二期恒载：二期铺装采用两层铺装：10cm混凝土铺装，其容重为25KN/m3；9cm沥青混凝土铺装，容重为23kN/m3，桥面铺装按均布荷载考虑，宽度按行车道宽度计入。混凝土防撞栏杆：6 kN（每道），按集中力作用。（2）汽车活载 汽车荷载：城市-A级。汽车冲击系数按1.19取用。5.3 计算内容5.3.1 车辆荷载分布宽度计算 挑臂横隔板的间距为2m，城市A级车辆荷载最不利布载形式为：（1）轮重100kN后轴，作用在挑臂横隔板正上方：车轮荷载分布宽度为：=（0.2+20.19）+21.49=3.56 其中为悬臂板的跨径（如图5-1）。（2）两间距1.2m轮重70kN的车轴，作用在挑臂横隔板的两侧：车轮荷载分布宽度为：=2（0.2+20.19）+21.49 1.2=5.92其中为悬臂板的跨径（如图5-1）。5.3.2 车辆荷载作用下悬臂根部的最大弯矩（1） 恒载弯矩取纵桥向1米宽桥面板的恒载计算：桥面顶板：2.20kN/m(按均布力计)；挑臂侧面外包钢板：0.16kN(按集中力计) ；挑臂横隔板：0.91 kN(按集中力计) ；挑臂斜撑：0.88kN(按集中力计) ；挑臂装饰板：0.63kN(按集中力计) ；T型纵肋：1.20kN(按集中力计) ；防撞护栏：6kN(按集中力计) ；桥面铺装：9.14kN(按集中力计)。综上，悬臂根部的恒载弯矩为：=(2.221+0.162+0.911+0.881+0.631+1.21+62+9.141)= 29.48kN.m（2） 活载弯矩1、轮重100kN后轴作用下活载产生的弯矩： = (1+0.19)(1.49-)= 33.43 kN.m2、两间距1.2m轮重70kN作用下活载产生的弯矩： = (1+0.19)(1.49-)= 28.14 kN.m对比以上两个结果得出，在轮重100kN后轴作用下悬臂根部产生的活载弯矩较大。5.3.3 悬臂根部的最大应力桥面板悬臂根部的最大弯矩：= （29.48+33.43）= 62.91kN.m顶板拉应力为：=9920.4kN/m=9.9Mpa悬臂斜撑压应力为：=21256.6 N/m=21.3 Mpa式中：为顶板、挑臂横隔板、挑臂斜撑所组成的共同受力截面（如图5-2所示）的惯性矩；为共同受力截面顶端到截面形心轴的距离；为共同受力截面底端到截面形心轴的距离。6 主梁应力6.1 截面有效宽度考虑剪力滞的影响，按现代钢桥中第一体系计算截面有效宽度。跨间断面：中间支点断面：式中，b为主梁腹板间距的一半或悬臂板宽度；为换算跨径。 表4.2.1 主梁有效宽度计算表截面位置计算跨径(mm)结构计算宽度b(mm)有效宽度be (mm)折减系数Be/B悬臂左箱内右箱内总宽B悬臂左箱内右箱内总宽Be40m边跨跨间顶板320002000195019501180019501907.31907.311529.20.977底板3200020170017006840201689.41689.46797.60.99453m中跨跨间顶板31800200019501950118001948.41905.81905.8115200.976底板3180020170017006840201688.21688.26792.80.99340-53跨中间支点顶板186002000195019501180015361509.51509.591100.772底板1860020170017006840201368.71368.75514.80.8066.2 局部稳定系数 轴心受压板件的局部稳定系数由相对宽厚比R按下式计算 式中 b加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）；t被加劲板板厚；E弹性模量；v泊松比；k加劲板的弹性屈曲系数，加劲肋的刚度符合条款5.2.6项规定时，可参考附录A的简化公式计算。 钢箱梁腹板和横隔板围成的翼缘板部分，当纵向加劲肋等间距布置时，加劲板的弹性屈曲系数k可由以下式计算： 时 时 式中：nnl1受压板被纵向加劲肋分割的子板元数；nl等间距布置纵向加劲肋根数; 加劲板的长宽比a=a/b； a加劲板的长度（横隔板或刚性横向加劲肋的间距）；b加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）;t加劲板的厚宽;l单根加劲肋的截面面积与被加劲板的面积之比；Al单根加劲肋的截面面积；纵向加劲肋的相对刚度；Il纵向单根加劲肋对被加劲板的抗弯惯矩；D单宽板刚度；表6-1 局部稳定系数板件顶板悬臂顶板箱内底板箱内弹性屈曲系数k196 676484相对宽厚比R0.3510.4110.409 局部稳定系数fl10.9690.971 材料容许应力s210.0210.0210.0构件容许应力fl s210 203.5203.9 6.3 控制截面应力控制截面应力计算结果如下表，应力满足要求，有较大的余富。表6-2 （恒载活载+温度+梯度+支座沉降）组合控制截面应力构 件40m边跨跨中53m中跨跨中40m53m中间支点截面应力上缘应力u (MPa)压应力：76.0 203.5 压应力：86.0 203.5 拉应力：117.7 203.5 容许值、验算结果203.5 OK203.5 OK203.5 OK下缘应力l (MPa)拉应力：101.7 203.9 拉应力：124.7 203.9 压应力：133.3 203.9 容许值、验算结果203.9 OK203.9 OK203.9 OK腹板剪应力(MPa)4.9 120.0 10.3 120.0 10.3 120.0 容许值、验算结果120.0 OK120.0 OK120.0 OK7 加劲肋验算7.1 主梁顶底板加劲肋按照公路钢结构桥梁设计规范征求意见稿计算定加劲肋的刚度Il宜满足下式要求：式中：nnl1受压板被纵向加劲肋分割的子板元数；nl等间距布置纵向加劲肋根数; 加劲板的长宽比a=a/b； a加劲板的长度（横隔板或刚性横向加劲肋的间距）；b加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）;t加劲板的厚宽;l单根加劲肋的截面面积与被加劲板的面积之比；Al单根加劲肋的截面面积；纵向加劲肋的相对刚度；Il纵向单根加劲肋对被加劲板的抗弯惯矩；D单宽板刚度；E弹性模量。 主梁顶底板加劲肋刚度计算结果如下表，顶底板及悬臂板刚度均满足要求。表7-1 主梁顶底板加劲肋刚度计算板件顶板悬臂顶板箱内底板箱内加劲板厚t161616加劲板宽b185840423400横向加劲间距aa200020002000纵向加劲加劲肋根数nl61210加劲肋厚度tr101010纵向加劲间距300311309.1等分数n=nl+1n71311bt3/12(1-v2)69692015161201275311aa/b1.0760.4950.588Il3.53 E+0713.22 E+0713.22 E+07Ieq3.44E+073.32+073.35E+07OKOKOK7.2 主梁腹板加