42m鋼箱梁計算書(共16頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上ES匝道鋼箱梁上部結構計算書2017.11專心-專注-專業(yè)目錄一、概述1.1橋梁簡介ES匝道橋為一單跨42m簡支鋼箱梁橋。截面采用等截面形式，梁寬10.2m，梁高2m。主梁線型為圓曲線，中心線位于半徑R=682m的圓弧上。頂板厚18mm，腹板和底板厚20mm，頂板U肋厚8mm，開口肋厚20mm。材料采用Q345C材質(zhì)。圖1.1典型鋼箱梁橫斷面(mm)1.2 模型概況1 設計規(guī)范公路工程結構可靠度設計統(tǒng)一標準（GB/T 50283-1999）;公路工程技術標準（JTG B01-2014）公路橋涵設計通用規(guī)范（JTG D60-2015）公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D6

2、4-2015）鋼結構設計規(guī)范(GB50017-2014)公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(JTG D62-2004)2 參考規(guī)范道路橋示方書·同解說（日本道路協(xié)會，平成8年12月）3 主要材料及性能指標主梁采用Q345C鋼材，其主要力學性能見下表。表1.1鋼材力學性能表鋼種力學性能Q345C彈性模量E（MPa）剪切模量G（MPa）79000泊松比0.31拉壓彎容許應力（MPa）275（16mm）拉壓彎容許應力（MPa）270（16mm，40mm）剪切容許應力（MPa）160屈服強度s（MPa）345線膨脹系數(shù)（1/）0.4 荷載恒荷載：包括自重和二期荷載。橫隔板和加勁肋重力以

3、點荷載形式加在實際位置。二期荷載包括9cm瀝青鋪裝和2道防撞墻，均布荷載分別按23.4kN/m和18.2kN/m考慮。溫度作用：升溫按25考慮，降溫按-25考慮；由于中國規(guī)范未對鋼箱梁橋溫度梯度有明確規(guī)定，故參考BS5400，正溫度梯度為2.08，負溫度梯度為-1.04。支座沉降：支座沉降取-0.5cm并按照每個地基及基礎的最大沉降量的最不利的荷載組合進行計算。汽車荷載：公路-I級。對于汽車荷載縱向整體沖擊系數(shù)，按照公路橋涵通用設計規(guī)范第4.3.2條， 沖擊系數(shù)可按下式計算： 根據(jù)程序計算的基頻為0.12Hz，計算得汽車荷載沖擊系數(shù)為0.05。圖1.2車道布載離心力：根據(jù)公路橋涵設計通用規(guī)范（

4、JTG D60-2015）第4.3.3條，離心力系數(shù)：C=v2127R由v=60km/h，R=682m算得C=0.042。將離心力也均布于全跨，方向為徑向向外。算得q=0.78kN/m。二、模型概述2.1 第一體系建模第一體系整體模型采用Midas Civil 2017軟件建立，主梁工劃分為34個單元，38個節(jié)點，橋梁采用盆式支座，以彈性連接中輸入各方向剛度模擬，支座徑向布置，支座與主梁采用剛性連接。支座布置和計算模型如圖所示。圖2.1支座布置示意圖圖2.2整體計算模型示意圖圖2.3鋼箱梁標準斷面模型示意圖考慮剪力滯影響計算，根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.1.8條，

5、計算剪力滯有效分布寬度。表2.1頂板考慮剪力滯后有效寬度計算表bilbi/lbeibe/b12010 42000 0.048 2010 21545 42000 0.037 1545 31545 42000 0.037 1545 41545 42000 0.037 1545 51545 42000 0.037 1545 62010 42000 0.048 2010 求和10200 10200 1.000 表2.2底板考慮剪力滯后有效寬度計算表bilbi/lbeibe/b11545 42000 0.037 1545 21545 42000 0.037 1545 31545 42000 0.037

6、1545 41545 42000 0.037 1545 求和6180 6180 1.000 經(jīng)過上述計算可知，有效寬度仍然為截面翼緣寬度，截面剛度未折減。2.2 第二體系建模取第一體系中頂板應力較大的區(qū)段，進行第二體系應力計算。橋面板體系通過考慮縱肋和橫肋的有效分布寬度，建立梁格模型計算縱肋和橫肋的應力；縱肋和橫肋的有效分布寬度參考現(xiàn)代鋼橋確定；1）縱肋蓋板有效分布寬度橫隔板間距:L=3000 (mm)等效跨徑:l=0.6*L=1800(mm)縱肋間距:2b=300 (mm),故b=150 (mm)b/l=0.083可得Cs=124 (mm)2）橫隔板蓋板有效分布寬度腹板間距:L=3090 (

7、mm)等效跨徑:l=3090 (mm)隔板間距:2b=3000 (mm),故b=1500(mm)b/l=0.485可得 Cs=463.5 (mm)取最重輪軸140kN,考慮沖擊系數(shù)0.4。軸重P=140*1.4=196kN。順橋向長度取跨中附近6m長，橫橋向取腹板間距3.1m寬范圍內(nèi)蓋板建立有限元模型；車輛荷載按照車輪作用在實際位置按照影響線加載；縱肋和橫隔板斷面根據(jù)前面計算有效寬度取用。模型見圖2.4-2.5。圖2.4橋面體系模型示意圖圖2.5橋面體系模型邊界示意圖三、結果驗算3.1頂?shù)装鍙姸闰炈? 計算結果由于橋面為正交異性鋼板，在進行頂板強度驗算時，尚應計入第二體系（橋面體系）在車輛單獨

8、作用的應力影響。整體模型計算結果羅列如下：圖3.1.1 基本組合包絡（all）作用梁體頂板最大壓應力（MPa）圖3.1.2基本組合包絡（all）作用梁體底板最大拉應力（MPa）可見第一體系計算中頂板最大壓應力-91.7MPa，底板最大拉應力129.88MPa。第二體系模型計算結果羅列如下：圖3.1.3第二體系計算橋面頂板應力包絡圖（MPa）圖3.1.4第二體系計算U肋應力包絡圖（MPa） 可見第二體系計算中，頂板最大拉應力31.2MPa，最大壓應力-26.9MPa；U肋最大拉應力96.09MPa，最大壓應力-51.1MPa。2 強度驗算1）頂板應力第一體系作用下，頂板最大拉應力：t=0 (Mp

9、a)；頂板壓應力為：c=-91.7 (Mpa)；第二體系作用下，頂板最大拉應力：t=31.2(Mpa)；頂板壓應力為：c=-26.9(Mpa)；第三體系應力較小，不予考慮則三體系疊加作用下，頂板拉應力: t =31.2(Mpa)；頂板壓應力為: c=-155.9 (Mpa)；根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范(JTG D64-2015)規(guī)定，當16<t<40時，t=270 (Mpa)，可知頂板強度滿足設計要求。2）底板應力底板應力驗算僅考慮第一體系作用下的應力。第一體系作用下，底板壓應力：t=-129.88(Mpa)；底板拉應力為：t=0(Mpa)；根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范(JTG D6

10、4-2015)規(guī)定，當16<t<40時，t=270 (Mpa)，可知底板強度滿足設計要求。3.2 腹板驗算1 厚度驗算腹板設置一道縱向加勁肋和一道橫向加勁肋，根據(jù)第一體系計算，在基本組合作用下支點附近腹板最大剪應力如下圖所示。圖3.2.1基本組合作用下梁體腹板最大剪應力（MPa）=46.38MPa，根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.3.3條，取=0.85，tw=20mm0.85×1962/240=6.95mm，腹板厚度滿足規(guī)范要求。2 腹板強度驗算1）根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.3.1條，0fvd，即：1.1×

11、;46.38=51.02MPa160MPa，滿足規(guī)范強度要求。2）腹板局部應力驗算考慮鋪裝厚度90mm對局部車輪壓力擴散的影響。不考慮U肋分擔車壓。z=F/（tlx）=/（20×（50+2×90）=30.43MPa0z=1.1×30.43=33.48MPafd=275MPa；局部應力滿足規(guī)范要求。3）腹板組合應力驗算前面知道，在墩頂附近腹板剪應力最大，但墩頂幾乎沒有正應力，經(jīng)過驗算滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)對跨中進行組合應力驗算。根據(jù)上述計算結果，跨中最大正應力為底板129.88MPa。剪應力分布見圖3.6：圖3.2.2基本組合包絡（max）作用下鋼箱梁腹板剪應力圖（MPa

12、）可見跨中剪應力12.65MPa。根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.3.1條：1即：，腹板頂部組合應力滿足規(guī)范要求。3 腹板縱向加勁肋構造驗算根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.3.3條：IzI1=lhwtw3，即：l=（1500/1962）2×2.5-0.45×（1500/1962）<1.5，取l=1.5腹板單側縱肋對腹板的慣性矩：Iz=2003×20/3=mm4>I1=1.5×1962×203=mm4；腹板縱向加勁肋慣性矩滿足規(guī)范要求；根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-20

13、15）5.1.5條：h/t18，即：200/20=1018腹板縱向加勁肋寬厚比滿足規(guī)范要求。4 腹板橫向加勁肋構造驗算根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.3.3第2條：腹板橫向加勁肋的間距a不得大于腹板高度hw的1.5倍。本橋腹板橫向加勁肋間距1.5m，腹板高度1.962m，滿足規(guī)范要求。本橋設一道縱向加勁肋，橫向加勁肋的間距a還應滿足式(5.3.3-2a)和(5.3.5-2b)。圖3.3.1基本組合包絡（min）作用下鋼箱梁受壓翼緣腹板底部最大正應力圖（MPa）圖3.3.2基本組合包絡（min）作用下鋼箱梁受壓翼緣腹板剪應力圖（MPa）對跨中：，滿足規(guī)范要求。對墩頂：，

14、滿足規(guī)范要求。根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.3.3第3條：腹板橫向加勁肋慣性矩應滿足It3hwtw3即：It=1962*2253/12+1962*225*112.52=mm43×1962×203= mm4，滿足規(guī)范要求。3.3 構件設計驗算1 加勁肋構造驗算根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.1.5條，驗算加勁肋構造。對球扁鋼：滿足規(guī)范要求；對閉口肋： ，滿足規(guī)范要求。經(jīng)計算，加勁肋構造滿足規(guī)范要求。2 受壓板加勁肋剛度驗算根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.1.6條，進行受壓加勁板剛度驗算。先對頂板

15、(t=18mm)進行驗算：D=Et3/（12（1-v2）,l=EI1/(bD)=12(1-v2)I1/(bt3)=12×（1-0.312）×/（3090×183）=149.11n=nl+1=5+1=60=5.47=a/b=3000/3090=0.970=5.471=As，l/（bt）=5725/（2800×20）=0.11l*=4n2（1+n1）2-（2+1）2/n=36.49l=149.11As，l=5933mm2bt/（10n）=3090×18/（10×6）=927mm2則頂板縱肋剛度滿足規(guī)范要求。再對底板(t=20mm)進行驗算

16、：D=Et3/（12（1-v2）,l=EI1/(bD)=12(1-v2)I1/(bt3)=12×（1-0.312）×/（3090×203）=54.58n=nl+1=6+1=70=4.42=a/b=3000/3090=0.970=5.471=As，l/（bt）=5725/（2800×20）=0.06l*=4n2（1+n1）2-（2+1）2/n=37.81l=54.58As，l=4000mm2bt/（10n）=3090×20/（10×7）=882.85mm2則底板縱肋剛度滿足規(guī)范要求。3 閉口肋幾何尺寸驗算根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JT

17、G D64-2015）8.2.3條，滿足規(guī)范要求。4 支承加勁肋驗算根據(jù)第一體系計算，整體結構在基本荷載組合作用下單支座最大反力為3233.4kN?；窘M合包絡結果如圖：圖3.3.3基本組合包絡支座反力圖(kN)根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.3.4條，支承加勁肋應滿足以下要求：取支承加勁肋厚度ts=16mm，單側寬度hs=235mm，各支座處支承加勁肋詳細布置情況見斷面布置圖。支承加勁肋驗算結果列于下表tw=24, tf=28, B=900。ns和bs的值根據(jù)各支座位置再由斷面布置圖。支承加勁肋驗算表Rv(N)As(mm2)Beb(mm)Bev(mm)(5.3.4-

18、1)左邊(5.3.4-2)左邊f(xié)cdfd驗算72000800880105.584199.469355270OK72000800880130.349246.255355270OK72000800880105.59199.479355270OK72000800880130.381246.316355270OK計算表明支承加勁肋滿足規(guī)范5.3.4要求。根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）5.1.5條，驗算支承加勁肋構造要求：，不滿足規(guī)范要求。3.4剛度驗算1 車道荷載撓度值根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）4.2.3條，簡支橋梁汽車荷載作用下的最大向下豎向撓度D

19、z<=l/500：活載作用最大正向撓度和負撓度分別如圖：圖3.4.1最大正向撓度圖（單位：mm）圖3.4.2最大負向撓度圖（單位：mm）則Dz=0.8+32.7=33.5mm42000/500=84mm，滿足規(guī)范要求。2 正交異形板橋面頂板撓跨比根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）8.2.5條，正交異形板頂板的撓跨比D/L1/700。第二體系計算結果如圖：圖3.4.3車輛作用最大撓度圖圖3.4.4 橋面頂板構造圖L1=300mm ,L2=210mm，D=-1.3mm。計算可知D/L1>1/700；D/L2>1/700；不滿足規(guī)范要求。3 橫隔板剛度驗算根據(jù)公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）8.5.2條，驗算橫隔板剛度。頂板厚18mm，頂板寬1000mm,底板厚20mm，底板寬6200mm，腹板厚20mm，腹板高1962mm，橫隔板厚度12mm。橫隔板間距Ld=3000mm，算得：扇形慣性矩 Idw=1.6505x1018mm4, 20EIdw/(Ld)3=3x1020mm橫隔板剛度K=2.3x1019mm4K<20EIdw/(Ld