箱梁靜載試驗(yàn)反力梁計(jì)算書

箱梁靜載試驗(yàn)反力梁計(jì)算書設(shè)計(jì)為裝配式預(yù)應(yīng)力鋼箱結(jié)構(gòu)。鋼梁需要承擔(dān)10個(gè)千斤頂集中荷載，單個(gè)千斤頂荷載標(biāo)準(zhǔn)值取200噸，安全系數(shù)取1.5，荷載設(shè)計(jì)值取300噸。1、畫鋼梁內(nèi)力圖鋼梁的受力簡圖：FigureSEQFigure\*ARABIC1鋼梁受力簡圖彎矩圖：FigureSEQFigure\*ARABIC2鋼梁彎矩圖剪力圖：FigureSEQFigure\*ARABIC3鋼梁剪力圖材料參數(shù)鋼材及拉索設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)（N/mm2）種類強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值強(qiáng)度設(shè)計(jì)值彈性模量剪切模量抗拉抗剪Q345鋼板3252901652.06x1057.9x104鋼絞線186013201.95x1052、梁截面尺寸擬定參考預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)專著，梁截面面積采用下式確定本設(shè)計(jì)中，由彎矩圖得知跨中最大彎矩設(shè)計(jì)值為M=109500KNm=1.095x1011Nmm；查資料鋼材抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=290N/mm2；先命腹板長細(xì)比k=100,根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)梁腹板面積與梁全截面面積比一般取m=0.5～0.55；μ=fE3f3E=290×1.95×1051320×2.06×105=565.5×1052719.2×105=0.21，查表，經(jīng)插值計(jì)算得C=0.354。將這些數(shù)據(jù)代入上式算得所需梁截面面積A≈224909mm2，腹板面積取Aw=0.52A=112454mm上、下翼緣板A1=A2=1400mmx50mm，腹板Aw=2x30mmx2900mmFigureSEQFigure\*ARABIC4初選鋼梁截面截面特性面積A=A1+A2+Aw=70000+70000+174000=314000mm2>224909mm2慣性矩Ix=2×(如設(shè)計(jì)為普通梁，荷載作用下跨中截面上翼緣邊緣最大拉應(yīng)力為σ強(qiáng)度顯然不能滿足，考慮對(duì)結(jié)構(gòu)施予預(yù)應(yīng)力。3、拉索布置及預(yù)拉力計(jì)算由于梁端剪力較大，所以拉索宜布置為折線或曲線索。下圖為配索的1/2梁跨隔離體受力分析圖。FigureSEQFigure\*ARABIC5配索1/2梁隔離體受力圖圖4截面特性計(jì)算：腹板長細(xì)比k=290060=48.3，m=AwA=174000314000Ix=I由梁受壓整體穩(wěn)定性確定的最大預(yù)拉力繞弱軸失穩(wěn)臨界力N回轉(zhuǎn)半徑i計(jì)算長度loy長細(xì)比λ對(duì)于焊接箱型截面b0tN1由翼緣板受壓局部穩(wěn)定性確定的最大預(yù)拉力上翼緣板Iy1=iy1每隔4000mm布一道隔板，則長細(xì)比λy1=4000根據(jù)上翼緣平面外穩(wěn)定性確定可承受的最大預(yù)拉力N對(duì)于曲線配索，實(shí)際所需最大預(yù)拉力應(yīng)由下式?jīng)Q定N=2908.61×10-6=33700KN，未超過Min（單根張拉控制應(yīng)力取0.7fptk=0.7*1860MPa=1302MPa<fpd=1320MPa配14束12-1×7φ15.2鋼絞線，總張拉力N=14×12×180=30240KN＜33700KN，可以。14束預(yù)拉力在上、下翼緣產(chǎn)生的最大預(yù)壓、預(yù)拉應(yīng)力為σpecσpet均小于強(qiáng)度設(shè)計(jì)值290MPa，可以。5、空間三維梁單元有限元模型整體受力分析上面依據(jù)理論初步設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力鋼箱梁，對(duì)其建立有限元模型分析，如圖6所示。FigureSEQFigure\*ARABIC6預(yù)應(yīng)力鋼梁空間梁單元模型自重產(chǎn)生的位移如圖7所示?？缰凶畲鬄?.19mm。FigureSEQFigure\*ARABIC7自重產(chǎn)生的位移預(yù)應(yīng)力作用產(chǎn)生的反拱值如圖8所示。跨中最大為23.71mm。FigureSEQFigure\*ARABIC8預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生的反拱值千斤頂荷載作用下的位移如圖9所示?？缰凶畲鬄?1mm。FigureSEQFigure\*ARABIC9千斤頂荷載作用下位移荷載組合作用下的位移如圖10所示。荷載組合：自重+預(yù)應(yīng)力+活載（千斤頂荷載）FigureSEQFigure\*ARABIC10荷載組合作用下位移荷載組合作用下受拉區(qū)邊緣組合應(yīng)力如圖11所示。FigureSEQFigure\*ARABIC11受拉區(qū)邊緣組合應(yīng)力荷載組合作用下受壓區(qū)邊緣組合應(yīng)力如圖12所示。FigureSEQFigure\*ARABIC12受壓區(qū)邊緣組合應(yīng)力荷載組合作用下剪應(yīng)力分布如圖13所示。FigureSEQFigure\*ARABIC13剪應(yīng)力分布結(jié)論：荷載組合下鋼梁跨中撓度為67.54mm。受拉區(qū)邊緣最大應(yīng)力246.5MPa，為拉應(yīng)力，小于鋼板抗拉強(qiáng)度290MPa；受壓區(qū)邊緣最大應(yīng)力為-398.5MPa，為壓應(yīng)力，大于鋼板抗拉強(qiáng)度290MPa。都發(fā)生在跨中截面。梁端最大剪應(yīng)力為89.4MPa，小于鋼材抗剪強(qiáng)度165MPa，最大組合應(yīng)力為-122MPa，小于抗壓強(qiáng)度290MPa。綜上，梁變形較大，剛度不能滿足使用要求，抗壓強(qiáng)度也不滿足，需調(diào)整截面尺寸。6、優(yōu)化設(shè)計(jì)頂板厚度降低為40mm，增加兩根腹板，梁抗彎剛度能得到恨到提高。幾面尺寸及其形心位置yc如圖14.1，有限元模型如圖14.2。頂板：A1=1400x40=56000；y1=2980底板：A2=1400x50=70000；y2=25腹板：A3=A4=A5=A6=65700；y3=y4=y5=y6=1505A=56000+70000+87300x4=475200ycFigureSEQFigure\*ARABIC14.1優(yōu)化設(shè)計(jì)截面Figure14.2有限元模型自重下變形如圖15。跨中最大下?lián)?.43mm。FigureSEQFigure\*ARABIC16自重產(chǎn)生的下?lián)衔灰茍D預(yù)應(yīng)力作用下梁反拱變形如圖16。跨中最大向下反拱15.90mm。FigureSEQFigure\*ARABIC17預(yù)應(yīng)力作用梁反拱變形千斤頂荷載作用下梁變形如圖17?？缰凶畲笙蛏衔灰?5.92mm。FigureSEQFigure\*ARABIC18千斤頂荷載作用梁變形圖荷載組合作用下梁變形如圖18?？缰凶畲笪灰茷?9.3mm。FigureSEQFigure\*ARABIC19荷載組合作用下梁變形圖應(yīng)力查看，強(qiáng)度校核荷載組合作用下梁受拉邊緣組合應(yīng)力分布圖如圖19。Max=215.61MPa，拉應(yīng)力。FigureSEQFigure\*ARABIC20荷載組合作用下受拉邊緣組合應(yīng)力分布圖荷載組合作用下梁受壓邊緣組合應(yīng)力分布圖如圖20。Max=-303.71MPa，為壓應(yīng)力。FigureSEQFigure\*ARABIC21荷載組合作用下受壓邊緣組合應(yīng)力分布圖荷載組合下剪應(yīng)力Max=46.79MPa，發(fā)生在梁兩端支座附近，如圖21。支座附近最大組合應(yīng)力為-73.65MPa，如圖19。FigureSEQFigure\*ARABIC22梁剪應(yīng)力分布