35+50+35米钢箱梁计算书

目 录

1. 2.

工程概况 ........................................................ 1 结构计算分析模型 ................................................ 1 2.1. 主要规范标准................................................. 1 2.2. 主要材料及力学参数........................................... 2 2.3. 计算荷载取值................................................. 2 2.4. 边界条件..................................................... 3 2.5. 计算模型..................................................... 3 2.6. 荷载组合..................................................... 4 3.

计算结果 ........................................................ 4 3.1. 结构成桥内力图............................................... 4 3.2. 结构成桥应力验算............................................. 7 3.3. 主梁刚度验算................................................. 8 3.4. 支座反力..................................................... 9 3.5. 支座部位局部承压计算........................................ 11 3.6. 腹板局部稳定计算............................................ 13 3.7. 底板局部稳定验算............................................ 13 4.

结论 ........................................................... 15

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1. 工程概况

本项目跨径组合为35+50+35 米。上部结构箱梁梁高2.0 米（箱梁内轮廓线高度）。顶面全宽13.0 米，两侧各设2.25 米宽挑臂，箱梁顶底板设6.0%横坡，腹板间距布置为2.8+2.9+2.8 米。箱梁顶板厚16 毫米，下设“U”形和板式加劲肋，“U”形加劲肋板厚8 毫米，板式加劲肋160×14 毫米；箱梁底板厚14 毫米，设“T”形加劲肋，加劲肋腹板120×8 毫米，翼缘100×10 毫米，间距300 或350 毫米；腹板厚12 毫米，设三道140×14 毫米板式加劲肋，各加劲肋除支承隔板处断开与支承隔板焊连外，其余加劲肋均穿过横隔板或挑臂并与之焊连。普通横隔板间距约3 米，厚10 毫米，中部挖空设100×10 毫米翼缘。桥台简支处支撑隔板板厚20 毫米，桥墩连续处支撑隔板板厚30 毫米，支撑隔板为围焊。简支处隔板四角不设焊缝通过的切口，保证整个钢箱梁安装完成后的气密性；其他横隔板四角均设置焊缝通过的切口。挑臂为“T”形截面，腹板厚10 毫米，下翼缘300×14 毫米。

2. 结构计算分析模型 2.1. 主要规范标准.

（1）《城市桥梁设计规范》（CJJ 11－2011） （2）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） （3）《公路圬工桥涵设计规范》(JTG D61-2005)

（4）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004） （5）《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007） （6）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/T B02-01-2008） （7）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010） （8）《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011） （9）《城市桥梁工程施工与质量验收规范》（CJJ 2—2008） （10）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025—86） （11）《钢结构工程施工质量及验收规范》（GB50205-2001）

（12）《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2-2005）

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2.2. 主要材料及力学参数

Q345qD：

弹性模量E=2.1×105MPa 剪切模量G=0.81×105MPa 轴向容许应力：200MPa 剪切容许应力：120MPa

表2-1 钢材容许应力表

2.3. 计算荷载取值

（1）结构设计安全等级：一级 （2）永久作用

自重：实际结构建立计算模型，由程序自动计算，材料容重取78.5kN/m3； 横隔板：横隔板处按节点荷载加载，支点截面45kN，其余隔板处15kN；

二期：8cm沥青混凝土铺装：25×0.08×13=26kN/m， 墙式护栏按10kN/m计算，共计36kN/m。 （3）可变作用 1）汽车荷载效应

车道荷载：公路—I级车道荷载；

冲击系数：车道荷载冲击系数根据《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)第4.3.2条取值计算。

2）整体温度作用

按结构整体升温25℃、降温25℃计算。

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3）梯度温度作用

2.4. 边界条件

表2-2 支座布置表

墩号位置 内侧 外侧 P13 双向 单向 P14 单向 固定 P15 双向 单向 P16 双向 单向 2.5. 计算模型

采用大型有限元分析软件Midas Civil 2013 ( V8.2.1 R1)。上部结构为35+50+35m连续钢箱梁结构，梁高2米，采用单箱三室箱形截面，桥梁宽度13米，采用三维梁单元建立单梁模型，全桥共计55个节点，46个单元，如图2-1所示。

图2-1 有限元计算模型

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图2-2 箱梁标准横断面 （单位mm）

2.6. 荷载组合

表2-3 荷载组合表

荷载组合 sLCB1 sLCB2 sLCB3 sLCB4 sLCB5 sLCB6 sLCB7 sLCB8 sLCB9 sLCB10 sLCB11 sLCB12 整体升温 整体降温 梯度升温 梯度降温 移动荷载 恒荷载 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3. 计算结果

3.1. 结构成桥内力图

3.1.1. 成桥阶段恒载主梁内力图

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图3-1成桥阶段主梁恒载弯矩图 (单位: kN-m)

图3-2成桥阶段主梁剪力图(单位: kN)

3.1.2. 活载作用下主梁内力图

图3-3车道荷载作用主梁弯矩包络图 (单位: kN-m)

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图3-4车道荷载作用主梁剪力包络图(单位: kN)

3.1.3. 基本组合作用下主梁内力图

图3-5基本组合弯矩包络图（包络）(单位: kN-m)

图3-6基本组合剪力包络图（包络）(单位: kN)

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3.2. 结构成桥应力验算

3.2.1. 成桥阶段主梁正应力验算

图3-7主梁上缘正应力图（包络）(单位: MPa)

图3-8主梁下缘正应力图（包络）(单位: MPa)

由以上应力图知，单梁计算截面上缘最大压应力-42.8MPa，最大拉应力62.9MPa；下缘最大压应力-76.1MPa，最大拉应力84.4MPa。Q345钢的容许正应力210MPa，主梁强度满足规范要求。

3.2.2. 成桥阶段主梁剪应力验算

图3-9主梁剪应力图（包络）(单位: MPa)

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由以上应力图知，单梁计算截面最大剪应力45.3MPa。Q345钢的容许剪应力120MPa，主梁抗剪强度满足规范要求。

3.3. 主梁刚度验算

3.3.1. 挠度验算

结构恒载及汽车荷载作用下，空间曲线单梁挠度如下图：

图3-10恒载作用主梁最大挠度图(单位: mm)

图3-11移动荷载作用主梁最大挠度图(单位: mm)

由以上位移图知，汽车荷载作用下单梁计算最大挠度23.7mm，挠度跨度比为23.7/50000=1/2110。规范容许挠度跨度比为L/600，故主梁刚度满足规范要求。

3.3.2. 预拱度计算

图3-12恒载+静活载作用主梁最大挠度图(单位: mm)

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由图3-12可知，主梁在恒载和静活载载作用下的最大挠度为55mm>L/1600=50×1000/1600=31.25mm,需设置预拱度。

按照公路钢桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025—86）1.1.6的要求计算预拱度，预拱度值按结构自重和1/2可变荷载频遇值之和采用。

图3-13预拱度设置示意图(单位: mm)

3.4. 支座反力

图3-14恒载作用下支座反力（单位：kN）

图3-15移动荷载作用下支座最小反力（单位：kN）

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图3-16移动荷载作用下支座最大反力（单位：kN）

图3-17基本组合作用下支座最小反力（单位：kN）

图3-18基本组合作用下支座最大反力（单位：kN）

图3-19支座布置图

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由以上图示可以看出，在荷载作用下，支座未出现脱空现象且支反力均小于所选支座承载力，支座满足要求。

3.5. 支座部位局部承压计算

支座处横隔板及加劲肋局部承压计算公式如下：

b式中：[σb]——局部承压容许应力； Rv ——支座反力； As ——横向加劲肋净面积； tD ——横隔板厚度；

Rv[b]

AsBebtD Beb ——横隔板有效宽度，考虑支点板的45°扩散作用。 B ——支座垫板厚度； tf ——下翼板厚度。

图3-20支座处局部承压及竖向应力计算图式

按以上计算公式，分别对中支点和端支点的局部承压进行计算，结果见下表。

表3-1中支点局部承压计算

项目 支反力Rv 横向加劲肋净截面积As 横隔板厚度td 支座垫板宽度B 下翼板厚度tf .

单位 kN mm2 mm mm mm 数值 4247 48560 20 900 14 .

横隔板有效宽度Beb mm 928 局部承压应力σb MPa 63.3 局部承压容许应力[σb] MPa 200 支座处局部承压满足规范要求。 表3-2端支点局部承压计算

项目 单位 数值 支反力Rv kN 1860 横向加劲肋净截面积As mm2 30560 横隔板厚度td mm 20 支座垫板宽度B mm 700 下翼板厚度tf mm 14 横隔板有效宽度Beb mm 728 局部承压应力σb MPa 41.2 局部承压容许应力[σb] MPa 200 支座处局部承压满足规范要求。 支座处横隔板及加劲肋竖向应力计算公式如下：

c式中：[σc]——轴心受压容许应力；

2Rv[c]

AsBevtD Bev ——横隔板竖向应力有效宽度，考虑支点板的45°扩散作用。 按以上计算公式，分别对中支点和端支点的竖向应力进行计算，结果见下表。

表3-3中支点竖向应力计算

项目 单位 数值 支反力Rv kN 4247 横向加劲肋净截面积As mm2 44560 横隔板厚度td mm 20 外侧加劲肋中心距bs mm 400 30td mm 600 横隔板有效计算宽度Bev mm 1000 横隔板及加劲肋竖向应力σc MPa 65.8 轴向受压容许应力[σc] MPa 200 支座处竖向应力满足规范要求。 表3-4端支点竖向应力计算

项目 支反力Rv 横向加劲肋净截面积As .

单位 数值 kN 1860 mm2 30560 .

横隔板厚度td mm 20 外侧加劲肋中心距bs mm 400 30td mm 600 横隔板有效计算宽度Bev mm 1000 横隔板及加劲肋竖向应力σc MPa 36.8 轴向受压容许应力[σc] MPa 200 支座处竖向应力满足规范要求。 3.6. 腹板局部稳定计算

按照《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）第1.5.10条，对于Q345钢，当腹板高厚比60a950

式中：a——双向加劲肋的间距，以mm计； δ——腹板厚度，以mm计；

τ——验算板梁处的腹板平均剪应力，以MPa计。

项目 腹板高度h0 腹板厚度δ h0/δ 平均剪应力τ 竖向加劲肋α 单位 支点处 跨中处 mm mm / MPa mm 2000 12 166.67 45.3 1693.8 2000 12 166.67 12.1 3277.3 根据上表，本钢箱梁支点处和跨中处的腹板高厚比h0/δ为166.67，均大于60，因此需设置竖向加劲肋。由上表得，支点处和腹板处的竖向加劲肋最大间距分别为1.7m和3.3m。本钢箱梁设置了横隔板，相当于竖向加劲肋，在支点处的间距为1.5m，跨中处的间距为3.0m，均小于计算值，且小于2m。故本桥腹板局部稳定满足规范要求。另外本钢箱梁腹板上设置了两道纵向水平加劲肋，增加了腹板的局部稳定性，以作为安全储备。

3.7. 底板局部稳定验算

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1、 面板及加劲肋局部稳定验算 底板板厚14mm，最大横隔板间距L=3000mm。 钢材的弹性模量(MPa):E2.1105钢材的容许应力(MPa):L3000arrow191.2构件受压翼缘计算长度（取最大横梁的腹板间距）：一根纵肋及其对应的桥面翼缘板所构成的＂Ｔ＂型断面绕X-X,Y-Y轴的抗弯惯性矩(mm4):Ix26012693.3333Iy32338453.3333一根纵肋及其对应的桥面翼缘板所构成的＂Ｔ＂型断面的截面面积(mm2):Am6160中性轴距加劲肋下缘距离(mm):中性轴距桥面板上缘距离(mm):yx105.13ys38.87一根纵肋及其对应的桥面翼缘板所构成的＂Ｔ＂型断面绕X-X,Y-Y轴的回转半径(mm):rxIxAmryIyAmrx.983压杆容许应力安全系数：构件的长细比：xLrxn11.7x46.166yLryy41.405构件的换算长细比：1.8h350eLrxhrye13.838中心受压杆件的容许应力折减系数：10.65510.70.7330.6557060x60构件只在一个主平面内受弯时的容许应力折减系数：21.0整体计算中板的纵向最大压应力（Mpa）：n84.4一根纵肋及其对应的翼缘板所构成的＂Ｔ＂型断面所承受的轴向压力(N)：NAmn考虑弯矩因构件受压二增大所引用的值：11n1Nx2210.852EAm

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纵肋附加偏心矩(mm)e01MNe0纵肋附加偏心弯矩值(N*mm)：作用在一根纵肋及其对应的翼缘板所构成的＂Ｔ＂型断面上一根纵肋及其对应的翼缘板所构成的＂Ｔ＂型断面绕X-X轴的计算截面抵抗矩(mm4):WxIxyxWx2.474105WsIxysWs6.692105桥面板在两个横梁之中位置处稳定计算应力(Mpa):NAm112WsM84.9桥面板在两个横梁之中位置处稳定性验算：PB1\"稳定性满足要求\"\"不满足要求\"PB1\"稳定性满足要求\"if1arrow1arrow1.232otherwise

4. 结论

根据以上结果可知，结构的强度、刚度等均能满足规范要求。

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