钢-混凝土组合梁结构计算_7598

1、.钢混凝土组合梁结构计算书编制单位：计算：复核：审查：2009年3月word 资料.目录1.设计资料 .12.计算方法 .22.1规标准 .22.2换算原理 .32.3计算方法 .33.不设临时支撑 _计算结果 .43.1组合梁法向应力及剪应力结果.53.2施工阶段钢梁竖向挠度结果.73.3结论 .83.4计算过程（附件） .84. 设置临时支撑 _有限元分析计算 . .84.1有限于建模 .84.2施工及使用阶段结构力 .104.2.1施工阶段结构力 .114.2.2使用阶段结构力 .124.3组合梁截面应力 .154.3.1截面应力汇总 .154.3.2截面应力组合 .174.4恒载作用竖

2、向挠度 .184.4.1施工阶段竖向挠度 .184.4.2使用阶段恒载作用竖向挠度.184.5结论 .18word 资料.钢混凝土组合梁结构计算1. 设计资料钢混凝土组合梁桥，桥长40.84m，桥面宽 19.0m；钢主梁高 1.6m( 梁端高 0.7m) ，桥面板厚 0.35m；钢材采用 Q345D级，桥面板采用 C50混凝土；车辆荷载采用公路-I 级车道荷载计算。图 1 横向布置 (cm)图 2 桥梁立面 (cm)表 1 材料力学指标表轴心抗压 轴心抗压材 料弹性模量剪切模量泊松比强度强度容许压应力线膨胀容重Ec(MPa)(MPa)标准值设计值(MPa)系数(kN/m3)f ck (MPa)

3、f cd(MPa)C50 混凝土34500138000.232.422.420.4120.0000125.0表 2 材料力学指标表16 35mm 抗拉、抗压剪切基弯曲基本弹性模量剪切模量泊松比厚钢材屈和抗弯强度本容许线膨胀容重材 料容许应力(kN/m 3)Es (MPa)G(MPa)服点强度设计值应力系数(MPa)f y(MPa)f(MPa)(MPa)Q345D钢材206000790000.33252952101200.00001278.5钢主梁沿纵向分3 个制作段加工， 节段长度为 13.6+13.64+13.6m ，边段与中段主要word 资料.结构尺寸（图 3 ）见下表，其余尺寸详见设计

4、图纸表 3钢主梁主要尺寸表下翼板下翼板梁高腹板厚宽厚宽厚H(mm)tw(mm)(mm) tf1(mm)(mm) tf2(mm)边 制 作2081600400182424段4中 制 作2081600400183224段4图 3钢梁标准构造(mm)2. 计算方法2.1 规标准现行钢结构设计规 (GB 50017-2003) 第 11章钢与混凝土组合梁针对不直接承受动力荷载的一般简支组合梁及连续组合梁而确定，对于直接承受动力荷载的组合梁，则应采用弹性分析法计算。铁路桥梁钢结构设计规(TB 10002.2-2005) 第条也规定：结构构件的力应按弹性受力阶段确定。尽管弹性分析法( 容许应力法 ) 不能

5、充分组合梁的承载能力极限状态， 但对于承受动力荷载的桥梁钢结构的强度计算是基本符合结word 资料.构的实际受力状况的。计算依据：1. 钢结构设计规 (GB 50017-2003)2. 铁路桥梁钢结构设计规 (TB 10002.2-2005)3.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规(JTG D62-2004)4. 钢混凝土组合梁设计原理 ( 第二版 ). 朱聘儒 .: 中国建筑工业 ,20065. 公路桥涵钢结构及木结构设计规 (JTJ 025-86)2.2 换算原理根据总力不变及应变相同的等效条件，将混凝土翼板换算成与钢等效的换算截面；换算过程中要求混凝土翼板截面形心在换算前后保持不变，翼

6、板面积换算转化为翼板宽度的换算。公路桥涵钢结构及木结构设计规(JTJ 025-86)第 条，组合梁混凝土桥面板有效计算宽度be 取两梁轴线间的距离，即be=2.0m材料弹性模量比nEs =5.971 ，则等效换算宽度 beq=2.0/5.971=0.335m 。Ec图 4 换算原理 (cm)结构计算软件Midas 分析时，徐变及收缩效应采用换算弹性模量法计算，徐变（长期）：n1=n(1+ t /2)= 5.971 ×(1+2/2)= 11.942，收缩： n2=n(1+ t /2)= 5.971 ×(1+4/2)=17.913 ；徐变系数 t 在计算徐变及收缩时分别取2 及

7、 4。2.3 计算方法word 资料.计算采用手工结合软件两种方式计算，其中初步计算时采用手工计算，施工阶段未布设临时支撑； Midas 有限元软件建模时，在被交主路（吐乌大）中央分隔带位置设置临时支撑。3. 不设临时支撑 _计算结果施工阶段两端简支，不设临时支撑（计算过程附后）图 5计算简图不设临时支撑图 6强度验算位置word 资料.3.1 组合梁法向应力及剪应力结果表 4截面正应力钢梁应力 (MPa)混凝土应力 (MPa)C50 混凝C50 混凝土Q345D钢材弯曲荷 载土应力 su sl cu cl容许压应力 (Mpa)轴心抗压 (Mpa)基本容许应力 (Mpa)(一期恒载 ( 钢梁自

8、重-207.65105.8-32.420.4122101)+桥面板砼湿重 )289(二期恒载 ( 铺装 )-4.6358.849-0.635-0.4232)(活载-11.21942.24-3.838-0.5443)6(温差 ( 钢梁高 10 )-10.9681.657-0.7841.6134)(温差 ( 钢梁低 10 )10.968-1.650.784-1.6135)7(混凝土收缩7.022-1.690.801-1.6496)4注：1. 公路桥涵钢结构及木结构设计规(JTJ 025-86）第 条：联合梁的钢筋混凝土桥面板的容许压应力为0.63fck，word 资料.fck 为混凝土轴心抗压标准

9、强度。2. 容许应力提高系数，参考铁路桥梁钢结构设计规(TB 10002.2-2005)第条或公路桥涵钢结构及木结构设计规(JTJ 025-86）第 条表5剪应力钢梁应力 (MPa)混凝土应力 (MPa)Q345D钢材C50 抗拉C50 混凝土剪荷 载剪应力强度应力 su sl cu cl基本容许应力设计值基本容许应力(Mpa)f td (Mpa)0.6f td (Mpa)(一期恒载 ( 钢梁自重2.7623.241-1201.831.0981)+桥面板砼湿重 )(二期恒载 ( 铺装 )0.3260.215-0.0072)(活载1.8591.126-0.0473)word 资料.注：1. 钢材

10、容许应力提高系数，参考铁路桥梁钢结构设计规(TB 10002.2-2005) 第 3.2.8条或公路桥涵钢结构及木结构设计规(JTJ 025-86 ）第 1.2.10条2. 桥面板混凝土剪应力容许值参照钢混凝土组合梁设计原理( 第二版 ). 朱聘儒第四章建议取值c<=0.6ftd且在任何情况下c<=0.25fcdf cd 为混凝土轴心抗压强度设计值3.2 施工阶段钢梁竖向挠度结果施工阶段在混凝土未达到设计强度之前，桥面板只能作为湿重荷载，此阶段仅有钢梁作为承重构件l =16.0cmword 资料.3.3 结论初步计算结果表明， 由于施工阶段及成桥后截面刚度存在差异，Ieq/Is=0

11、.098441/0.027211=3.62 倍（换算截面惯性矩 / 钢梁净截面惯性矩）表 6钢梁与组合梁截面特性对比惯性矩y(m)抗弯模量 (m3)I(m 4 )y上y下上下WW钢梁0.02721131.00.50.025680.0503526409组合梁0.09844050.61.20.143550.0778649634提高 (%)361.76%-559.01%154.62%施工阶段桥面板未参与共同受力，因此该阶段钢梁截面应力及挠度值均很大，可采取两种方式解决：方案一，增大钢梁截面刚度， 其中加大梁高是增加截面惯性矩的一种非常有效方式；然而钢梁作为薄壁构件，梁高过大容易造成结构失稳。方案二，

12、施工时，在被交线（吐乌大）中央分隔带附近设置临时竖向支撑，该方式在施工阶段可以非常有效地减小主梁跨度，减小截面力（弯矩、剪力），从而相应减小施工阶段钢梁截面应力。综上述，推荐在施工阶段设置临时竖向支承的方案。3.4 计算过程（附件）详细计算过程，见附件。4. 设置临时支撑 _有限元分析计算4.1 有限于建模有限元数值分析采用Midas 商业结构计算软件，在被交线（吐乌大）中央分隔带附近位置设临时支撑，利用施工阶段联合截面的功能建模。word 资料.图 7 计算简图施工阶段设置临时支架模型沿桥纵向共划分为84 个单元，施工阶段联合截面输入时，混凝土桥面板厚度取用平均厚度 32cm，板托厚度假定

13、3cm，保证组合截面梁高不变图 8单元划分图 9组合截面word 资料.图 10组合截面特性4.2 施工及使用阶段结构力图 11 梁单元局部坐标系中力( 或应力 ) 正负号的约定word 资料.施工阶段结构力图 12 施工阶段恒载弯矩图(kN.m)图 13施工阶段恒载剪力图 (kN)表 7施工阶段钢主梁截面弯矩截面位置荷载阶段弯矩 My(kN.m)支点恒荷载CS1 浇注桥面板砼-8.341/8恒荷载CS1 浇注桥面板砼421.931/4恒荷载CS1 浇注桥面板砼161.043/8恒荷载CS1 浇注桥面板砼-834.14临时支承恒荷载CS1 浇注桥面板砼-1407.791/2恒荷载CS1 浇注桥

14、面板砼-428.345/8恒荷载CS1 浇注桥面板砼683.063/4恒荷载CS1 浇注桥面板砼1136.74word 资料.7/8恒荷载CS1 浇注桥面板砼861.23支点恒荷载CS1 浇注桥面板砼-8.34注：支点截面距梁端0.5m使用阶段结构力图 14成桥阶段恒载弯矩图(kN.m)图 15 成桥阶段恒载剪力图(kN)表 8使用阶段组合梁截面力截面荷载阶段轴向 (kN)弯矩 M(kN.m)y支点恒荷载CS4成桥钢梁-2.58-8.96恒荷载CS4成桥桥面板2.58-0.091/8恒荷载CS4成桥钢梁1696.971655.81word 资料.恒荷载CS4成桥桥面板-1696.9725.89

15、恒荷载CS4成桥钢梁3571.41886.91/4CS4成桥-3571.458.01恒荷载桥面板恒荷载CS4成桥钢梁5159.411659.123/8CS4成桥-5159.4183.8恒荷载桥面板恒荷载CS4成桥钢梁5683.071338.52临时支承CS4成桥-5683.0692.31恒荷载桥面板恒荷载CS4成桥钢梁5235.952101.911/2CS4成桥-5235.9485.05恒荷载桥面板恒荷载CS4成桥钢梁4292.022757.155/8CS4成桥-4292.0169.72恒荷载桥面板恒荷载CS4成桥钢梁3013.582593.043/4CS4成桥-3013.5848.95恒荷载

16、桥面板恒荷载CS4成桥钢梁1449.261914.997/8CS4成桥-1449.2622.11恒荷载桥面板恒荷载CS4成桥钢梁-2.58-8.96支点CS4成桥2.58-0.09恒荷载桥面板图 16 活载弯矩图 (kN.m)表 9 车辆荷载作用截面（弯矩最大值）单元荷载剪力 Qz(kN)弯矩 M(kN.m)y支点车辆荷载001/8车辆荷载-75.491272.031/4车辆荷载-9.282405.69word 资料.3/8车辆荷载57.563082.18临时支承车辆荷载82.673214.821/2车辆荷载120.333289.435/8车辆荷载183.093082.183/4车辆荷载249

17、.932405.697/8车辆荷载316.151272.03支点车辆荷载92.880注：上表剪力值为弯矩最大时同时发生的力值图 17 活载剪力图 (kN)表 10 车辆荷载作用截面（剪力最大值）单元荷载剪力 Qz(kN)弯矩 M(kN.m)y支点车辆荷载243.91-101.091/8车辆荷载27.64826.51/4车辆荷载65.51688.173/8车辆荷载108.342324.64临时支承车辆荷载125.622488.041/2车辆荷载152.782643.025/8车辆荷载201.32628.313/4车辆荷载257.482177.517/8车辆荷载317.691217.13支点车辆荷

18、载370.39-0.81注：上表弯矩值为剪力最大时同时发生的力值word 资料.4.3 组合梁截面应力截面应力汇总word 资料截面支点1/81/43/8临时支承1/25/83/47/8支点.表 11截面应力一期恒载二期恒载活载徐变收缩温差 ( 钢梁高 10)温差 ( 钢梁低 10 )构件 上 下 上下上 下 上下上 下 上 下上 下(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)钢梁0.51-0.440.04-0.041.76-1.502.12-1.80-23.2019.70-15.4013.1015

19、.40-13.10桥面板0.000.000.000.000.13-0.130.88-0.88-1.641.64-1.091.091.09-1.09钢梁-8.147.35-2.061.87-10.109.08-5.174.67-24.5022.10-16.3014.7016.30-14.70桥面板0.000.00-0.070.07-0.320.320.83-0.83-0.780.78-0.520.520.52-0.52钢梁-6.273.20-1.070.54-25.9013.20-25.0012.80-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60桥面板0.000.00-0.0

20、30.03-0.650.651.26-1.26-0.790.79-0.530.530.53-0.53钢梁32.50-16.606.60-3.30-33.2016.90-37.3019.00-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60桥面板0.000.000.17-0.17-0.840.841.62-1.62-0.790.79-0.530.530.53-0.53钢梁54.80-28.0011.00-5.50-34.6017.60-41.3021.10-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60桥面板0.000.000.28-0.28-0.880.881

21、.74-1.74-0.790.79-0.530.530.53-0.53钢梁16.70-8.513.30-1.69-35.4018.00-38.0019.40-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60桥面板0.000.000.08-0.08-0.900.901.64-1.64-0.790.79-0.530.530.53-0.53钢梁-26.6013.60-5.202.60-33.2016.90-30.8015.70-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60桥面板0.000.00-0.130.13-0.840.841.42-1.42-0.790.79

22、-0.530.530.53-0.53钢梁-44.3022.60-8.604.40-25.9013.20-20.8010.60-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60桥面板0.000.00-0.220.22-0.650.651.13-1.13-0.790.79-0.530.530.53-0.53钢梁-16.6015.00-4.604.10-10.109.08-3.873.49-24.5022.10-16.3014.7016.30-14.70桥面板0.000.00-0.150.15-0.320.320.78-0.78-0.780.78-0.520.520.52-0.52钢

23、梁0.51-0.440.04-0.041.76-1.502.12-1.80-23.2019.70-15.4013.1015.40-13.10桥面板0.000.000.000.000.13-0.130.88-0.88-1.641.64-1.091.091.09-1.09word 资料.截面应力组合表 12 截面应力组合截面构件组合组合组合组合上 (MPa)下 (MPa)上 (MPa) 下 (MPa) 上 (MPa)下 (MPa)上 (MPa)下 (MPa)支点钢梁2.31-1.97-18.7715.93-34.1729.03-3.372.83桥面板0.13-0.13-0.640.64-1.731.730.45-0.451/8钢梁-20.3018.30-49.9745.07-66.2759.77-33.6730.37桥面板-0.390.39-0.340.34-0.860.860.18-0.181/4钢梁-33.2416.94-89.5445.74-110.4456.34-68.6435.14桥面板-0.680.68-0.210.21-0.740.740.32-0.323/8钢梁5.90-3.00-62.7032.00-83.6042.60-41.8021.40桥面板-0.