鋼結構課程設計丁緒歐08.

1、 鋼結構課程設計題目：20m簡支鋼混組合梁設計 姓 名： 丁 緒 歐 學 號： 1442264108 專業(yè)班級： 14土木本（道橋）1班 院 系： 土木與環(huán)境工程學院 指導老師： 胡 鵬 設計時間： 2016.12.52016.12.18 教務處制目 錄1 選擇材料11.1 鋼材11.2 混凝土11.3 剪力連接件12 初步擬定截面尺寸12.1 混凝土橋面板22.2 鋼梁22.3 橫隔鋼22.4 剪力連接件23 主梁內力計算33.1 混凝土板的計算寬度33.2 主梁內力計算33.2.1 受力第一階段33.2.2 受力第二階段44 截面特性計算44.1 受力第一階段44.1.1 截面的重心位置5

2、4.1.2 工字鋼截面特性54.2 受力第二階段64.2.1 混凝土面積折算成鋼的面積64.2.2 組合梁截面重心軸x-x位置64.2.3 組合梁截面特性計算65 強度驗算75.1 組合梁抗彎承載力驗算75.2 抗剪強度計算85.3 組合梁的剛度驗算86 整體穩(wěn)定性驗算97 剪力連接件的設計107.1 受力計算107.1.1 縱向水平剪力107.1.2 剪力連接件的計算117.2 連接件的抗剪驗算及布置117.2.1 抗剪驗算117.2.2 連接件的布設128 橫隔板的設置129 確定截面形式13參考文獻14 1 選擇材料1.1 鋼材選用16Mnq鋼，選用Q420qE鋼，彈性模量Eg=2.1x

3、105 MPa，容重2=78 KN/m3。有害元素含量應符合現(xiàn)行規(guī)范要求。 1.2 混凝土選用C55鋼筋混凝土，彈性模量Ec=3.55x104 MPa，容重1=26.5KN/m3，軸心抗壓強度設計值fcd=24.4 MPa，軸心抗拉強度設計值ftd=1.83 MPa，為降低混凝土收縮率，在混凝土中加入鋼纖維。1.3 剪力連接件連接件選用25的圓柱頭焊釘連接件，焊釘材料的抗拉強度最小值Fsu=375MPa。2 初步擬定截面尺寸擬定的截面設置如圖1所示。 圖1.初步擬定的組合梁截面尺寸（單位：mm）12.1 混凝土橋面板混凝土橋面板擬采用C55現(xiàn)澆鋼筋混凝土翼板，翼板全寬取為橋寬1000 cm，厚

4、度取25 cm，鋼梁上翼緣不設承托。2.2 鋼梁鋼梁采用焊接工字鋼，鋼梁高取1300 mm，主梁腹板厚取60 mm，腹板高取1200 mm，上翼緣寬取400 mm，上翼緣厚度取40 mm，下翼緣寬取600 mm，下翼緣厚度取60 mm。共設4個這樣的工字鋼和混凝土翼板相連，每個工字梁的軸心距為2.5 m，兩端的鋼梁軸心距混凝土橋面板外側的距離為1.25 m。2.3 橫隔鋼為增強組合梁的整體穩(wěn)定性，兩片主梁間通過橫隔鋼板相連，橫隔板寬度為80 cm，厚2 cm，橫橋向長度為2.46 m，橫隔板間距擬定為5 m。2.4 剪力連接件擬采用25圓柱頭焊釘連接件，焊釘長取12cm，焊釘?shù)牟贾迷谙挛慕Y合縱

5、橋向水平剪力計算值具體設置。工字梁截面尺寸如圖2所示 圖2 工字梁截面尺寸（單位：mm）3 主梁內力計算已知條件：按設計任務書給定的條件橋寬10 m，橋上單車道均布荷載q1=10.5 KN/m，集中荷載F=240 KN，假定全橋按2個車道布置，主梁計算跨徑按19.4 m；橋上二期恒載按q2=10 KN/m，設恒、活荷載的分項系數(shù)分別為1.2、1.4；主梁容許撓度為L/600（L為計算跨徑）；組合梁施工時以鋼梁為腳手架，組合梁按二階段計算。剪力連接件按力學計算具體設置。3.1 混凝土板的計算寬度板的計算寬度取以下三個中的最小值。 梁計算跨徑的三分之一：l/3=19.4/3=6.46 m 相鄰兩梁

6、軸線間的距離：見圖1 S=2.5 m 翼緣板的寬度b1=0.4 m，板厚d=0.25 m，b1+12d=0.4+120.25=3.4 m故板的計算寬度b=3.4m。3.2 主梁內力計算3.2.1 受力第一階段恒載為 混凝土板，容重1 = 26.5 KN/m3，線分布力q11 = bd1= 3.40.2526.5 = 22.525 KN/m 鋼梁，容重2 = 78 KN/m3，鋼梁的截面積Ag=4004012006060060124000 mm2線分布力q12=Ag2780.1249.672 KN/m一期恒載q01=q11q12=22.5259.67232.197 KN/m該階段上的力全部由鋼梁

7、承受。M1max=1/8q01L21.21/832.19719.421.2=1817.649 KNmV1max=1/2q01L1.21/232.19719.41.2=374.773 KN3.2.2 受力第二階段恒載為：q2=10 KN/m活載為：q1=10.5 KN/m，F(xiàn)=240 KN該階段的力由組合梁截面承受。(1) 恒載下：Mo max=1/8q2L21.21/81019.421.2564.540 KNmVo max=1/2q2L1.21/21019.41.2116.400 KN(2) 活載下每個行車道受力為：集中力作用于梁中間位置時有最大彎矩：Mu max1.4（1/8q1L21/4F

8、L） 1.4(1/810.519.42+1/424019.4)2321.162 KNm集中力作用于梁端時有最大剪力：Vu max=1.4( 1/2q1L+F )1.4(1/210.519.4+240)=478.590 KN該橋設置2個行車道，按本設計有4個鋼梁來承擔這些力，因而，在活載作用下每個鋼梁將承受的力為：彎矩：M1u max=0.52321.162=1160.591 KNm剪力：V1u max=0.5478.590=239.295 KN（3）第二階段受力為M2 max=564.540+1160.591=1725.131 KNmV2 max=116.400+239.295=355.695

9、 KN4 截面特性計算4.1 受力第一階段該階段的力只由工字鋼承擔，需計算工字鋼的截面特性，計算圖如圖3所示。4.1.1 截面的重心位置將該工字鋼截面視為3個矩形（尺寸為：40040，601200，60600），分別對1-1軸（1-1軸設在下翼緣板底部）求面積矩，該值等于整個工字鋼的面積Ag對1-1軸的靜矩。設O-O軸（O-O軸為整個工字鋼的重心位置）到1-1軸的距離為y，則有：4004012601200606606006030(4004012006060060)y 解 y=555 mm4.1.2 工字鋼截面特性(1) 截面慣性矩Io=400403/124004074526012003/126

10、012001052600603/12600605052 27508033330 mm4(2) 鋼梁最外點抗彎截面模量重心軸至上翼緣板yo=745mmWo1=Io/745=27508033330/745=36923534.68 mm3重心軸至下翼緣板yu=525mmWu1=Io/525=27508033330/555=49564024.02 mm3 圖3工字鋼截面特性計算用圖（單位：mm）4.2 受力第二階段該階段的恒載與活載由組合梁承受，在計算組合梁截面特性時，由于混凝土和鋼梁不是同一種材料，故需將混凝土面板的面積折合成鋼材的面積。計算圖如圖4所示。4.2.1 混凝土面積折算成鋼的面積設混凝土

11、板折算成鋼的面積為A1g則： EgA1g=EcAc Ac為原混凝土板的面積2.1105A1g=3.55x104 3400250A1g=143691 mm24.2.2 組合梁截面重心軸x-x位置設鋼梁的重心軸o-o軸至組合梁截面重心軸x-x的距離為z，混凝土板至鋼梁的重心軸o-o軸的距離a= 1070 mm，整個組合梁的面積為A。依據(jù)面積矩原理有 z=(A1g1070)/A =(1436911070)/(124000+143691) =575 mm即組合梁截面重心位置距鋼梁下翼緣板底部的距離為555+575=1130 mm4.2.3 組合梁截面特性計算(1) 組合截面慣性矩Ix=Ig+Agz2+

12、Ic/n+Ac(a-z)2/nIg鋼梁的慣性矩即之前所述的Io=27508033330 mm4n鋼梁的彈性模量Eg與混凝土的彈性模量之比n=Eg/Ec=2.1105/3.55104=5.915Ic混凝土的慣性矩，Ic=34002503/12=4427083333 mm4組合截面的慣性矩：Ix=27508033330+1240005752+4427083333/5.915+1436915552=113514403900 mm4(2) 組合截面最外點抗彎截面模量Wo=Ix/(yo-z)=113514403900/(745-575)=667731788 mm3Wu=Ix/(yu+z)=1135144

13、03900/(555+575)=100455225 mm3 圖4 組合梁截面特性計算用圖（單位：mm）5 強度驗算5.1 組合梁抗彎承載力驗算(1) 上翼緣板處的正應力，按公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）查有關資料Q420qE鋼當厚度為4063mm時，fwcd=305MPa重要性系數(shù)， 有51.8111305滿足規(guī)范的要求。(2) 下翼緣板處的正應力，按公路鋼結構橋梁設計規(guī)范（JTG D64-2015）153.846305滿足規(guī)范的要求。該梁的抗彎強度符合要求。5.2 抗剪強度計算組合梁截面的剪力應全部由鋼梁腹板承擔，不考慮混凝土板的抗剪作用。查相關資料Q420鋼，當厚度為4

14、063mm時，其抗剪強度設計值為fwvd=175MPa根據(jù)規(guī)范該組合梁截面的抗剪承載力Vu=fwvdAw，Aw為鋼梁腹板的面積。則 Vu=175120060=12600000N=12600 KN組合梁截面剪力設計值Vd=V1max+V2max=374.773355.695730.468 KN按規(guī)范的驗算公式 有1730.46812600經計算表明該梁的抗剪強度符合要求。5.3 組合梁的剛度驗算均布線荷載標準值qk=q01+q02+qu=32.197+10+10.5=52.697 KN/m剛度：組合梁剛度能滿足要求。6 整體穩(wěn)定性驗算（1）穩(wěn)定系數(shù)的計算 鋼梁對軸（弱軸）的慣性矩 鋼梁面積Ag=

15、124000mm2對y軸的回轉半徑 梁在側向支承點間對截面弱軸的長細比 梁整體穩(wěn)定的等效臨界彎矩系數(shù)先確定參數(shù)：按均布荷載算： 截面不對稱影響系數(shù)，該梁的設計屬加強受拉翼緣，下翼緣板寬度則 Q420鋼，屈服強度 按受壓纖維確定的梁截面模量由以上參數(shù)計算(2) 整體穩(wěn)定性經計算表明，鋼梁的整體穩(wěn)定性能滿足要求。7 剪力連接件的設計7.1 受力計算7.1.1 縱向水平剪力由鋼筋混凝土板和鋼梁通過剪力連接件組成的組合梁，在荷載作用下，鋼筋混凝土板和鋼梁接縫處要產生錯動的縱向水平剪力?；詈奢d作用下，在每條鋼梁和混凝土板接縫間的縱向水平剪力為：恒載作用下引起的剪力為:組合梁截面的剪力設計值鋼筋混凝土板對

16、組合截面重心軸的面積矩組合梁慣性矩剪力連接件每米要承擔的剪力為7.1.2 剪力連接件的計算剪力連接件采用的圓柱頭焊釘連接件，每一個剪力連接件的抗剪承載力為：焊釘桿徑的截面面積則：故單個圓柱頭焊釘連接件的抗剪承載力7.2 連接件的抗剪驗算及布置7.2.1 抗剪驗算為了能抵抗鋼筋混凝土板和鋼梁接縫處產生錯動的縱向水平剪力，則至少需要的剪力連接件的個數(shù)為n=808556.9/128854.425=6.3個結合圓柱頭焊釘連接件在鋼梁上布置的構造要求，順橋向焊釘?shù)牟贾脼?個/m，（每隔12.5cm設置一個焊釘），則單個連接件（圓柱頭焊釘）承擔的剪力設計值依據(jù)規(guī)范的要求進行抗剪驗算經驗算符合規(guī)范的要求。7

17、.2.2 連接件的布設連接件的布置見圖5圖6根據(jù)以上計算結果并結合圓柱頭焊釘連接件在鋼梁上布置的構造要求，順橋向焊釘?shù)牟贾脼?個/m，（每隔12.5cm設置一個焊釘）；橫橋向每隔10cm設一個焊釘，到鋼梁翼緣板邊緣的距離為5cm。 圖5 橫橋向連接件布置（單位：cm）順橋向以一米長為例，焊釘布置如下 圖6 順橋向焊釘布置（單位：cm）8 橫隔板的設置為增強結構的整體性，兩片主梁間通過橫隔板相連。橫隔板的設置尺寸為橫隔板寬度為80 cm，厚2 cm，橫橋向長度為2.46 m，橫隔板間距為5 m，共設置4塊橫隔板，其中首尾兩塊板距梁端的距離為2.5 m。9 確定截面形式通過以上計算，最初擬定的截面形式能滿足強度要求（抗彎、抗剪、剛度）及整體穩(wěn)定性，剪力連接件能滿足抗剪要求。故將最初擬定的方案作為最終的設計結果。如下圖圖7 橋型最終布置方案（單位：mm）鋼梁的截面形式為工字鋼，截