長安大學(xué)鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)

1、鋼結(jié)構(gòu)課程設(shè)計(jì)班級：姓名： 學(xué)號：指導(dǎo)老師： 1、 設(shè)計(jì)資料1、 跨度和橋面寬度（1） 標(biāo)準(zhǔn)跨徑：30m；（2） 計(jì)算跨徑：29.2m；（3） 橋面寬度：12.6+2×0.5m采用混凝土防撞護(hù)欄，線荷載按7.5kN/m。2、 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)荷載：公路I級3、 主要材料（1） 混凝土標(biāo)號為C40（2） 鋼材為Q345c（3） 螺栓與栓釘按規(guī)范要求設(shè)計(jì)。2、 設(shè)計(jì)要求1、 結(jié)構(gòu)要求（1） 僅考慮自重與活載內(nèi)力，施工按先架設(shè)鋼梁，在現(xiàn)場澆筑混凝土橋面板；（2） 橋面鋪裝為60mm混凝土橋面鋪裝；（3） 橫截面圖與立面圖，如下圖：2、 設(shè)計(jì)參數(shù)（1） C40混凝土材料特性：密度為2600kg/

2、m3,fck=26.8MPa,fcd=18.4MPa,ftk=2.40MPa,ftd=1.65MPa,彈性模量Ec=3.25×104MPa。（2） Q345c鋼材的材料特性：彈性模量Es=2.1×105MPa，密度為7850kg/m3，軸向容許應(yīng)力=200MPa,彎曲應(yīng)力w=210MPa,剪應(yīng)力=120MPa,端部承壓應(yīng)力=300MPa。（3） 本設(shè)計(jì)中重力加速度g=10N/kg。3、 截面擬定及頂板有效寬度的計(jì)算按照要求鋼箱梁截面采用下圖所示形式。 根據(jù)公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ025-86)規(guī)定，鋼筋混凝土翼緣板有效分布寬度采用下列三種寬度中的最小值：be=minl

3、0/3,S,b1+12hf=min10000,2500,3700=2500mm.4、 截面幾何性質(zhì)1、 有效分布寬度混凝土頂板截面積：Ac=0.25×25=0.625m2;有效分布寬度范圍內(nèi)混凝土頂板對自身截面形心的慣性矩：Ic=1/12×25×0.252=0.00326m4;鋼梁截面積：As=(700-16)×45×2+1500×16=85560mm2;鋼梁對自身截面形心的慣性矩：Ic=(1/12×700×452+700×45×7252)×2+1/12×16×14

4、003=3.6784×1010mm42、 截面換算：混凝土翼緣板的換算面積：，則換算截面如下圖。組合梁換算截面面積：混凝土板和鋼梁形心之間的距離：組合梁截面形心至混凝土板形心的距離：組合梁截面形心至鋼梁形心的距離：組合梁換算截面慣性矩： 換算截面中和軸距截面下緣距離：a=1215mm換算截面抗扭慣性矩：IT4=1.168×109mm45、 作用效應(yīng)計(jì)算1、 永久作用效應(yīng)計(jì)算（1） 一期恒載G1（鋼梁自重和未硬化現(xiàn)澆混凝土重量）。G1=23kN/m（2） 二期恒載G2本設(shè)計(jì)采用混凝土防撞護(hù)欄，按單側(cè)7.5kN/m線荷載計(jì)全橋?qū)捗垦用讟蛎驿佈b重量為：0.06×26&#

5、215;12.6=19.656kN/m,為了設(shè)計(jì)方便，近似按鋼梁平均分配重量考慮，則G2=8.664kN/m。由上述計(jì)算得每片組合梁每延米總重為：G=G1+G2=23+8.664=31.664kN/m由此計(jì)算出簡支組合梁永久作用效應(yīng)，如下表。永久作用效應(yīng)計(jì)算表作用種類作用集度（kN/m)計(jì)算跨徑(m)彎矩（kN/m)剪力（kN)跨中L/4跨支點(diǎn)L/4跨G12329.22451.341838.505335.8167.9G28.664923.4692.56126.563.25G31.6643374.752531.06462.3231.152、 可變作用效應(yīng)計(jì)算公路-I級車道荷載的均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk

6、和集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk為：qk=10.5kN/m,計(jì)算彎矩時(shí)：Pk=(560-180)/(50-5)*(29.2-5)+180kN=384.36kN(1) 沖擊系數(shù)計(jì)算：結(jié)構(gòu)的基頻:f=4.11Hz由于1.5Hzf14Hz,則=0.1767lnf-0.0157=0.234(2) 汽車荷載橫向分布系數(shù)1） 跨中及L/4處荷載橫向分布系數(shù)計(jì)算（修正的剛性橫梁法）ai2=(12502+37502)*2=31250000則=0.941號梁影響線：車輛荷載最不利布載方式如下圖： cq1 解得：mcq1=0.8492號梁影響線 車輛荷載最不利布載方式如下圖：2） 支點(diǎn)處荷載橫向分布系數(shù)（杠桿法）1號梁影響線

7、2號梁影響線則2號梁支點(diǎn)處荷載橫向分布系數(shù)為：mop2=0.883） 組合梁橫向分布系數(shù)計(jì)算結(jié)果組合梁橫向分布系數(shù)梁號跨中及L/4處支點(diǎn)1#和4#0.8490.742#和3#0.6160.88（3） 車道荷載效應(yīng)計(jì)算計(jì)算車道荷載引起的組合梁跨中及L/4處截面的效應(yīng)時(shí)，均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值qk應(yīng)布滿于使組合梁產(chǎn)生最不利效應(yīng)同號影響線上，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值Pk只作用于影響線中一個最大影響線峰值處。1） 跨中截面彎矩：不計(jì)沖擊：M=3332.26kNm計(jì)沖擊：M=4112.01kNm剪力：不計(jì)沖擊：V=228.33kN計(jì)沖擊:V=281.76kN.2) L/4處截面彎矩：不計(jì)沖擊：M=2499.19kNm計(jì)沖

8、擊：M=3084kNm剪力：不計(jì)沖擊：V=391.3kN計(jì)沖擊：V=482.87kN3） 支點(diǎn)處截面剪力支點(diǎn)截面由于車道荷載產(chǎn)生的效應(yīng)，考慮橫向分布系數(shù)沿組合梁跨長的變化，同樣均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)滿布于使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生最不利效應(yīng)的同號影響線上，集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值只作用于相應(yīng)影響線中一個最大影響線的峰值處，本設(shè)計(jì)中沿跨徑方向設(shè)五道橫梁。不計(jì)沖擊：V=536.80kN計(jì)沖擊：V=662.41kN4）可變作用效應(yīng)彎矩（kNm)剪力（kN）跨中L/4處跨中L/4處支點(diǎn)不計(jì)沖擊3332.26228.332499.19391.3336.8計(jì)沖擊4112.01211.763084482.87662.413、 作用效應(yīng)組合

9、作用效應(yīng)組合荷載類型跨中截面L/4截面支點(diǎn)M(kNm)V(kN)M(kNm)V(kN)V(kN)第一期永久2451.3401838.505167.9335.8第二期永久923.40692.5663.25126.5總永久3374.7502531.06231.15462.3可變作用（不計(jì)沖擊）3332.262499.19228.33391.3536.8可變作用（計(jì)沖擊）4112.013084281.76482.87662.41標(biāo)準(zhǔn)組合（3+5）7486.7630842812.82714.021124.716、 鋼混凝土組合梁截面應(yīng)力計(jì)算1、 鋼梁和混凝土頂板正應(yīng)力計(jì)算對于沿跨徑截面尺寸不變的組合簡

10、支梁，只需進(jìn)行跨中截面正應(yīng)力驗(yàn)算。（1） 第一受力階段（施工階段）對于鋼梁不設(shè)支承的組合梁，施工階段全部荷載由鋼梁承擔(dān)，鋼材的容許應(yīng)力可以提高30%40%，則有鋼梁的上緣正應(yīng)力：su=71.70MPa1.3w=273MPa式中：Mqc施工荷載產(chǎn)生的彎矩，模板重量假定1kN/m2Mqc=1*10*29.22/8=1065.2kNm鋼梁下緣正應(yīng)力：s1=71.70MPa1.3w=273MPa（2） 第二受力階段（使用階段）在使用荷載作用階段，翼緣板現(xiàn)澆混凝土已經(jīng)硬化，并與鋼梁共同受力，后加的二期恒載包括橋面鋪裝、防撞護(hù)欄等重量及活載由組合截面承擔(dān)，應(yīng)按換算截面幾何特性值計(jì)算截面應(yīng)力。鋼梁上緣正應(yīng)力

11、：鋼梁下緣正應(yīng)力：混凝土翼板上緣正應(yīng)力：su=5.47MPafck=26.8MPa混凝土翼板下緣正應(yīng)力：s1=2.99MPafck=26.8MPa2、 溫差引起應(yīng)力計(jì)算根據(jù)橋規(guī)，鋼梁和混凝土間的計(jì)算溫度差一般采用1015oC。（1） 鋼梁比混凝土頂板高15oCPT=3.66×103kNMT=PT*ac=1562.82kNm式中：ac組合梁換算截面形心至混凝土板形心的距離混凝土翼板上緣應(yīng)力：cu=1.161MPa混凝土翼板下緣應(yīng)力：cl=1.93MPa鋼梁上緣應(yīng)力：su=-25.36MPa鋼梁下緣應(yīng)力：s1=4.42MPa（2） 鋼梁比混凝土頂板低15oC按上式，同理可得：cu=-1.

12、161MPacl=-1.93MPasu=25.36MPas1=-4.42MPa3、 剪應(yīng)力計(jì)算在組合梁設(shè)計(jì)中，一般對支點(diǎn)附近剪力作用最不利截面進(jìn)行剪應(yīng)力驗(yàn)算。鋼梁的剪應(yīng)力：混凝土翼板剪應(yīng)力：4、 鋼梁翼板和腹板連接處的折算應(yīng)力驗(yàn)算7、 抗剪連接件的設(shè)計(jì)計(jì)算采用4.6級16018栓釘連接件，又160、18>4,則f=215kN/mm2,=1.67單個栓釘抗剪承載力：本設(shè)計(jì)栓釘沿橋軸線方向間距200mm，橫橋方向間距175mm，栓釘?shù)戒摿阂砭壈暹吘壍膬艟嚯x為175mm。滿足規(guī)范要求，栓釘沿跨度方向均勻布置，每片梁單位長度內(nèi)栓釘布置如下圖。8、 組合梁撓度驗(yàn)算1、 第一受力階段（施工階段）鋼梁的撓度計(jì)算按荷載組合短期效應(yīng)，因此僅考慮施工階段的恒載g1，簡支梁在均布荷載下的撓度計(jì)算按下公式：滿足要求。2、 第二受力階段（使用階