崇啟挑臂計(jì)算書

PAGE崇啟跨江通道工程施工圖設(shè)計(jì)主航道橋上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算書計(jì)算項(xiàng)目:挑臂計(jì)算設(shè)計(jì)人:日期核對人:日期審核人:日期挑臂計(jì)算一、概述鋼箱梁具有4.3m長的挑臂，其橫向受力是鋼箱梁一關(guān)鍵技術(shù)問題，本次計(jì)算通過局部的有限元模型分析挑臂應(yīng)力及位移，以確定合理的板厚。二、有限元計(jì)算采用有限元的計(jì)算方法，用Shell63模擬鋼箱梁各板件，Link8單元模擬桁架式橫隔板。本次計(jì)算取橋面板較薄的邊跨1/4處的附近區(qū)域進(jìn)行分析。1.計(jì)算模型縱橋向取邊跨SA4,SA5,SA6三個節(jié)段，如圖2所示:標(biāo)準(zhǔn)橫斷面節(jié)段SA4SA5SA6頂板161616U肋888挑臂141414挑臂翼緣202020縱向計(jì)算節(jié)段Ansys計(jì)算模型(全)在車輪荷載加載區(qū)域細(xì)化模型，控制單元最大長度0.1m，其余區(qū)域單元最大長度0.3m，局部模型如圖3所示。約束:在有橫隔板的箱梁底板處施加豎向約束，節(jié)段兩端施加水平約束，以弱化第一體系應(yīng)力的影響。2.荷載和計(jì)算工況自重按板件實(shí)際重量考慮，二期鋪裝:環(huán)氧瀝青鋪裝及電纜等按2.14kN/m2，鋼護(hù)欄按4.35kN/m2，作用于相應(yīng)位置處。局部車輪荷載采用《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTJD60-2004)中的車輛荷載，僅考慮其兩個后輪及兩個中論的作用。輪子縱向著地長度為0.2米，考慮鋪裝層的擴(kuò)散作用為0.2＋2×0.055＝0.31米，橫向著地長度分別為0.6米，考慮鋪裝層的擴(kuò)散作用后分別為0.71米，活載沖擊系數(shù)為0.3，則作用在單元上的均布載為:重車后輪:p=1.3×140/2/0.31/0.71=413.45kN/m2重車中輪:p=1.3×120/2/0.31/0.71=354.38kN/m2橫向按二車道偏載加載，縱向?qū)⒁恢剀嚭筝喿饔糜趦蓹M隔板之間跨中處，另一重車后輪置于橫隔板處，縱橫向加載模式如如下圖所示?？v向加載圖式橫向加載圖式護(hù)欄立柱所受車輛撞擊荷載按《公路交通安全設(shè)施設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTJ/TD81-2006)考慮，本橋護(hù)欄防護(hù)等級為SA級，立柱處集中力P0=430/4=107.5kN，偏心距偏安全取為1m，則集中彎矩為107.5kN-m，將此彎矩作用在受力最大的挑臂處。計(jì)算工況:工況一:自重+二期鋪裝+局部車輪荷載工況二:自重+二期鋪裝+局部車輪荷載+車輛沖擊荷載3.工況一計(jì)算結(jié)果取關(guān)心的SA5梁段頂板應(yīng)力車輪荷載作用處頂板節(jié)點(diǎn)SX、SY、mises應(yīng)力如圖6～8所示，由圖可知，頂板最大縱橋向拉應(yīng)力48.89MPa(橫隔板處)，最大縱橋向壓應(yīng)力-34.0MPa(跨中車輪荷載作用處)；頂板最大橫橋向拉應(yīng)力64.75MPa(橫隔板、頂板、腹板交匯處)，最大橫橋向壓應(yīng)力-71.51MPa(橫隔板車輪荷載作用處)；頂板最大mises應(yīng)力61.95MPa(橫隔板車輪荷載作用處)?？梢娞舯厶庬敯宥?、三體系應(yīng)力并不大。頂板縱向正應(yīng)力SX(kN/m2)頂板橫向正應(yīng)力SY(kN/m2)頂板mises應(yīng)力(kN/m2)頂板U肋應(yīng)力車輪荷載作用處頂板U肋節(jié)點(diǎn)SX、SY、mises應(yīng)力如圖9～12所示，由圖可知，頂板U肋最大縱橋向拉應(yīng)力52.80MPa，最大縱橋向壓應(yīng)力-32.56MPa；頂板U肋最大橫橋向拉應(yīng)力36.85MPa，最大橫橋向壓應(yīng)力-26.37MPa；頂板U肋最大mises應(yīng)力59.91MPa?？梢娞舯厶庬敯錟肋二、三體系應(yīng)力并不大。頂板U肋縱向正應(yīng)力SX(kN/m2)頂板U肋橫向正應(yīng)力SY(kN/m2)頂板U肋mises應(yīng)力(kN/m2)挑臂處橫隔板應(yīng)力車輪荷載作用處挑臂處橫隔板節(jié)點(diǎn)SY、SYZ、mises應(yīng)力如圖12～14所示，由圖可知，挑臂處橫隔板最大橫橋向拉應(yīng)力46.08MPa，最大橫橋向壓應(yīng)力-72.51MPa；挑臂處橫隔板最大剪應(yīng)力29.2MPa；挑臂處橫隔板最大mises應(yīng)力70.08MPa?？梢娞舯厶帣M隔板應(yīng)力不大。挑臂處橫隔板橫向正應(yīng)力SY(kN/m2)挑臂處橫隔板剪應(yīng)力SYZ(kN/m2)挑臂處橫隔板mises應(yīng)力(kN/m2)橫隔板翼緣應(yīng)力車輪荷載作用處橫隔板翼緣節(jié)點(diǎn)SY、mises應(yīng)力如圖15～16所示，由圖可知，橫隔板翼緣最大橫橋向壓應(yīng)力-95.12MPa；橫隔板翼緣最大mises應(yīng)力92.0MPa。可見挑臂處橫隔板翼緣應(yīng)力并不大。橫隔板翼緣橫向正應(yīng)力SY(kN/m2)橫隔板翼緣mises應(yīng)力(kN/m2)表1 箱梁各構(gòu)件應(yīng)力匯總項(xiàng)目SX(Mpa)SY(Mpa)SYZ(Mpa)mises(Mpa)頂板48.9/-34.064.8/-71.5--61.9U肋52.8/-32.636.9/-26.4--59.9挑臂橫隔板--46.1/-72.529.270.1挑臂翼緣95.1--92挑臂最大位移車輪荷載作用處頂板豎向位移如圖17所示，由圖可知，當(dāng)忽略第一體系影響后，頂板在車輪荷載作用下，挑臂處位移僅為4.4mm，挑臂橫向具有足夠的剛度。頂板豎向位移(m)3.工況二計(jì)算結(jié)果取關(guān)心的挑臂橫隔板附近區(qū)域頂板應(yīng)力頂板節(jié)點(diǎn)SY應(yīng)力如下圖所示，由圖可知，頂板最大橫橋向拉應(yīng)力66.1MPa，最大橫橋向壓應(yīng)力-64.02MPa?？梢娕c工況一相比頂板橫橋向拉應(yīng)力增加，壓應(yīng)力減小，總體變化不大。頂板橫向正應(yīng)力SY(kN/m2)挑臂橫隔板應(yīng)力挑臂橫隔板橫橋向SY應(yīng)力如下圖所示，由圖可知，挑臂橫隔板最大橫橋向拉應(yīng)力43.99MPa，最大橫橋向壓應(yīng)力-77.24MPa?？梢娕c工況一相比挑臂橫隔板壓應(yīng)力有所增加，但總體變化不大。挑臂橫隔板橫向正應(yīng)力SY(kN/m2)挑臂橫隔板翼緣應(yīng)力挑臂橫隔板翼緣橫橋向SY應(yīng)力如下圖所示，由圖可知，挑臂橫隔板翼緣最大橫橋向壓應(yīng)力-100.7MPa?？梢娕c工況一相比挑臂橫隔板翼緣壓應(yīng)力均有所增加，但總體變化不大。挑臂橫隔板翼緣橫向正應(yīng)力SY(kN/m2)表2 工況一、工況二橫向應(yīng)力對比表項(xiàng)目工況一(Mpa)工況二(Mpa)頂板64.8/-71.566.1/-64.0