鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)計(jì)算

1、鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)計(jì)算書編制單位: TOC o 1-5 h z 計(jì)算:復(fù)核:審查:2009 年 3 月 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark5 o Current Document 設(shè)計(jì)資料 1 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 計(jì)算方法 2規(guī)范標(biāo)準(zhǔn) 2換算原理 2計(jì)算方法 3 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 不設(shè)臨時(shí)支撐_計(jì)算結(jié)果3 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 組合梁法向應(yīng)力及剪應(yīng)力結(jié)果 5施工階段鋼梁

2、豎向撓度結(jié)果 7結(jié)論 8計(jì)算過程（附件） 8 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 設(shè)置臨時(shí)支撐_有限元分析計(jì)算 8有限于建模 8 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 施工及使用階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力 10 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力 11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 使用階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力 12組合梁截面應(yīng)力 14截面應(yīng)力匯總 14截面應(yīng)力組合 16恒載作用豎向撓度 17施工階段豎向撓度

3、 17使用階段恒載作用豎向撓度 17結(jié)論 17 鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)計(jì)算.設(shè)計(jì)資料鋼混凝土組合梁橋，橋長(zhǎng) 40.84m,橋面寬19.0m；鋼主梁高1.6m(梁端高0.7m), 橋面板厚0.35m；鋼材采用Q345D級(jí)，橋面板采用C50混凝土；車輛荷載采用公路-I 級(jí)車道荷載計(jì)算。筋4圖2橋梁立面(cm)表1材料力學(xué)指標(biāo)表材料彈性模量Ec(MPa)剪切模量(MPa)泊松比軸心抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fck(MPa)軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fcd(MPa)容許壓應(yīng)力(MPa)線膨脹系數(shù)a容重丫3(kN/m )C50混凝土34500138000.232.422.420.4120.0000125.0表2材料力學(xué)指標(biāo)表

4、材料彈性模量Es(MPa)剪切模量G(MPa)泊松比V16 35mm厚鋼材屈服點(diǎn)強(qiáng)度fy(MPa)抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f(MPa)彎曲基本容許應(yīng)力(MPa)剪切基本容許應(yīng)力(MPa)線膨脹 系數(shù)a容重丫(kN/m3)Q345D鋼材206000790000.33252952101200.00001278.5鋼主梁沿縱向分3個(gè)制作段加工，節(jié)段長(zhǎng)度為13.6+13.64+13.6m,邊段與中段主要結(jié)構(gòu)尺寸(圖3)見下表，其余尺寸詳見設(shè)計(jì)圖紙表3鋼主梁主要尺寸表圖3鋼梁標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造 (mm).計(jì)算方法規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003)第11章鋼與混凝土組合梁針對(duì)不直接 承受動(dòng)力

5、荷載的一般簡(jiǎn)支組合梁及連續(xù)組合梁而確定，對(duì)于直接承受動(dòng)力荷載的組合 梁，則應(yīng)采用彈性分析法計(jì)算。鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 10002.2-2005)第4.1.1 條也規(guī)定：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力應(yīng)按彈性受力階段確定。盡管彈性分析法(容許應(yīng)力法)不能 充分組合梁的承載能力極限狀態(tài)，但對(duì)于承受動(dòng)力荷載的橋梁鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計(jì)算是基本 符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況的。計(jì)算依據(jù)：.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50017-2003).鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 10002.2-2005).公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D62-2004).鋼混凝土組合梁設(shè)計(jì)原理(第二版).朱聘儒.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版

6、 社,2006.公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 025-86)換算原理根據(jù)總力不變及應(yīng)變相同的等效條件，將混凝土翼板換算成與鋼等效的換算截面；換算過程中要求混凝土翼板截面形心在換算前后保持不變，翼板面積換算轉(zhuǎn)化為翼板寬度的換算。公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 025-86）第5.1.16條，組合梁混凝土橋面板有效計(jì)算寬度be取兩梁軸線間的距離，即be=2.0m材料彈性模量比n=Es=5.971,則等效換算寬度beq=2.0/5.971=0.335m。Ec圖4換算原理（cm）結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件Midas分析時(shí)，徐變及收縮效應(yīng)采用換算彈性模量法計(jì)算，徐變（長(zhǎng) 期）：n1=n（1+M/2）

7、= 5.971X（1+2/2）= 11.942,收縮：n2=n（1+機(jī)2）= 5.971X（1+4/2）= 17.913; 徐變系數(shù)也在計(jì)算徐變及U縮時(shí)分別取2及4。計(jì)算方法計(jì)算采用手工結(jié)合軟件兩種方式計(jì)算，其中初步計(jì)算時(shí)采用手工計(jì)算，施工階段未 布設(shè)臨時(shí)支撐；Midas有限元軟件建模時(shí)，在被交主路（吐烏大）中央分隔帶位置設(shè)置 臨時(shí)支撐。3.不設(shè)臨時(shí)支撐計(jì)算結(jié)果施工階段兩端簡(jiǎn)支，不設(shè)臨時(shí)支撐（計(jì)算過程附后）圖5計(jì)算簡(jiǎn)圖不設(shè)臨時(shí)支撐在襄上橋面板正應(yīng)力屐*也上一滯置土機(jī)面板正應(yīng)力強(qiáng)算任置：- /二二，/乙搬疆土橋武板藥應(yīng)力追安他鬢,拇正應(yīng)娼*住置好第苴應(yīng)娼雌置黑主軻響力群似圖6強(qiáng)度驗(yàn)算位置 組合梁

8、法向應(yīng)力及剪應(yīng)力結(jié)果表4截面正應(yīng)力荷載鋼梁應(yīng)力(MPa)混凝土應(yīng)力(MPa)C50混凝土軸心抗壓(Mpa)C50混凝土 容許壓應(yīng)力(Mpa)20.412Q345D鋼材彎曲應(yīng)力 基本容許應(yīng)力(Mpa)(T sub slb cub cl1)(一期恒載(鋼梁自重+橋面板硅濕重)-207.652105.889-32.42102)(二期T1載(鋪裝)-4.6358.849-0.635-0.4233)(活載-11.21942.246-3.838-0.5444)(溫差(鋼梁高10 C)-10.9681.657-0.7841.6135)(溫差(鋼梁低10 C)10.968-1.6570.784-1.6136)

9、(混凝土收縮7.022-1.6940.801-1.649注:.公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 025-86 )第1.5.23條：聯(lián)合梁的鋼筋混凝土橋面板的容許壓應(yīng)力為0.63fck ,fck為混凝土軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度。.容許應(yīng)力提高系數(shù)，參考鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 10002.2-2005)第3.2.8條或公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 025-86)第1.2.10條荷載鋼梁應(yīng)力(MPa)混凝土應(yīng)力(MPa)P suP slP cuP cl(1)一期怛載(鋼梁自重+橋面板硅濕重)2.7623.241-(2)二期1載(鋪裝)0.3260.215-0.007(3)活載1.859

10、1.126-0.047表5剪應(yīng)力Q345D鋼材C50抗C50混凝土剪剪應(yīng)力拉強(qiáng)度應(yīng)力基本容許應(yīng)力設(shè)計(jì)值基本容許應(yīng)力(Mpa)ftd(Mpa)0.6ftd(Mpa)1201.831.098注：1.鋼材容許應(yīng)力提高系數(shù)，參考鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(TB 10002.2-2005)第3.2.8條或公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(JTJ 025-86)第1.2.10條2.橋面板混凝土剪應(yīng)力容許值參照鋼混凝土組合梁設(shè)計(jì)原理(第二版).朱聘儒 第四章建議取值 r c=0.6ftd且在任何情況下 r c=0.25fcdfcd為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值3.2 施工階段鋼梁豎向撓度結(jié)果施工階段在混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)

11、強(qiáng)度之前，橋面板只能作為濕重荷載，此階段僅有鋼梁作為承重構(gòu)件 l=16.0cm 結(jié)論初步計(jì)算結(jié)果表明，由于施工階段及成橋后截面剛度存在差異，Ieq/Is= 0.098441/0.027211=3.62倍（換算截面慣性矩/鋼梁凈截面慣性矩）表6鋼梁與組合梁截面特性對(duì)比慣性矩I（m4）y(m)3 抗彎1K量(m3)y上y下W上W下鋼梁0.027211321.060.540.0256800.050359組合梁0.098440540.691.260.1435530.077864提圖（%）361.76%-559.01%154.62%施工階段橋面板未參與共同受力，因此該階段鋼梁截面應(yīng)力及撓度值均很大，可采

12、取兩 種方式解決：方案一，增大鋼梁截面剛度，其中加大梁高是增加截面慣性矩的一種非常有效方式； 然而鋼梁作為薄壁構(gòu)件，梁高過大容易造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。方案二，施工時(shí)，在被交線（吐烏大）中央分隔帶附近設(shè)置臨時(shí)豎向支撐，該方式 在施工階段可以非常有效地減小主梁跨度，減小截面內(nèi)力（彎矩、剪力） ，從而相應(yīng)減 小施工階段鋼梁截面應(yīng)力。綜上述，推薦在施工階段設(shè)置臨時(shí)豎向支承的方案。計(jì)算過程（附件）詳細(xì)計(jì)算過程，見附件。4.設(shè)置臨時(shí)支撐 有限元分析計(jì)算有限于建模有限元數(shù)值分析采用Midas商業(yè)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件，在被交線（吐烏大）中央分隔帶附 近位置設(shè)臨時(shí)支撐，利用施工階段聯(lián)合截面的功能建模。408+.好枇免1742x

13、xlxllxlxxrx闋刷嫌圖7計(jì)算簡(jiǎn)圖 施工階段設(shè)置臨時(shí)支架模型沿橋縱向共劃分為84個(gè)單元，施工階段聯(lián)合截面輸入時(shí)，混凝土橋面板厚度 取用平均厚度32cm,板托厚度假定3cm,保證組合截面梁高不變圖8單元?jiǎng)澐謭D9組合截面卻面特tt值值（前）倒后）X期收縮單位疏7.7744OOe-O(K1.89205e-OD11.313364e-0011. i34722e-CEl#2Asy3.3766675-6021.6155D5C-IM1l,131fia7e-0015.7D413aa-cn2mPA5Z3.840000e4J025,1303346-0024,l456e-0024.7398736-002M2Ix

14、xlM&boqs2.00114De-D021.01t90e-0036.799921g-004wv2.72L132e-C029,349323e-0Q27.72O914e-0026.57427Ue-002mFIzz3.114760033.98429-0022.097800680021.5口241 日臥 002M4cyp5.21.DD3J&-CD15.210DDDS-DD15.21DODC1Q-0DL5.2iDQaoe-cnimCym5.210000&0015.210000e-0015.2100006-0015N1匚匚口口日電口口mCzp1.05964S9-MTIO3.3S352de-D015.49

15、724O0-OD16.6617990-001m而5.4035176-001L28 將ISe+DOO1.050276e+0009,3382018-001m。也O.DOOOOOe+OOOiO.OODOOOs+OOOO.OOOODOb+OODO.OOOOOOb+OTOM2Qibo.D3zcaae+a3a.DDOOe+KJO .DOeq-can0.GQG0口口 f+O 口MEPeri：O5.972000e+a)0l,O6120Oe+ODl1.0612CaiODl1.061200e+1 mPen：c.DOOOoaB+BO.OODOOOe+DOO0.0000IK&4000O.OOOOOOb+OOOmCen

16、ters5.21DODD&OD11.ODDOOOe+OOOl,OOODDOe+OOD1.000000e+000mCenter: z5.403517001L264648S口 001.050276e+0DD9.338331S-001mVI2.Q00003e-C01-a.OOOQDOe-DOl-s.ooooooe-ooi-2 DDOQOOe-OOlEZ1l.O99fr10e+OOO3.353524e-0015.497240e-00L6.661799e-0aim2.ODOOOOeCOl2.000DDDe-D012.COXIDD0-ODL20DOOOOe-OCllmL09964 日 b+0003.353

17、524e-0015.497240e-0016,6617995-001 rng5.21D0Hte-G015.2100Dte-D015.21000000001S. 2100000-001mZ3-5.4Q35176-Q01-1.264t4ge+0DO-1.05027+000-9.3362016-001(A-5.2100CQe-mi-5.2inoaM)i-5.2um0&001,2im00e001mz4-5.402517e-(ni-L.2S464ae+00-i.a5O27Be4nno-9.3BB2ail-0ai美用 I圖10組合截面特性4.2施工及使用階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力SheaAxial Force x 產(chǎn)

18、ToirqueLocal專他由華/x-axisMDiTwn 2Shear；圖11梁?jiǎn)卧植孔鴺?biāo)系中內(nèi)力（或應(yīng)力）正負(fù)號(hào)的約定iiii施工階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力KriiSii 1-1!M: Ml HI ， 一一iES圖12施工階段恒載彎矩圖（kN.m）圖13施工階段恒載男力圖（kN）表7施工階段鋼主梁截面彎矩截面位置荷載階段彎矩 My(kN.m)支點(diǎn)恒荷載CS1澆注橋面板硅-8.341/8恒荷載CS1澆注橋面板硅421.931/4恒荷載CS1澆注橋面板硅161.043/8恒荷載CS1澆注橋面板硅-834.14臨時(shí)支承恒荷載CS1澆注橋面板硅-1407.791/2恒荷載CS1澆注橋面板硅-428.345/8

19、恒荷載CS1澆注橋面板硅683.063/4恒荷載CS1澆注橋面板硅1136.747/8恒荷載CS1澆注橋面板硅861.23 支點(diǎn)恒荷載CS1澆注橋面板硅-8.34注：支點(diǎn)截面距梁端 0.5m使用階段結(jié)構(gòu)內(nèi)力圖14成橋階段恒載彎矩圖（kN.m）B-圖15成橋階段恒載剪力圖（kN）表8使用階段組合梁截面內(nèi)力截面荷載階段軸向（kN）彎矩 My(kN.m)支點(diǎn)恒荷載CS4成橋鋼梁-2.58-8.96恒荷載CS4成橋橋面板2.58-0.091/8恒荷載CS4成橋鋼梁1696.971655.81恒荷載CS4成橋橋面板-1696.9725.891/4恒荷載CS4成橋鋼梁3571.41886.9恒荷載CS4成

20、橋橋面板-3571.458.013/8恒荷載CS4成橋鋼梁5159.411659.12恒荷載CS4成橋橋面板-5159.4183.8臨時(shí)支承恒荷載CS4成橋鋼梁5683.071338.52恒荷載CS4成橋橋面板-5683.0692.311/2恒荷載CS4成橋鋼梁5235.952101.91恒荷載CS4成橋橋面板-5235.9485.055/8恒荷載CS4成橋鋼梁4292.022757.15恒荷載CS4成橋橋面板-4292.0169.723/4恒荷載CS4成橋鋼梁3013.582593.04恒荷載CS4成橋橋面板-3013.5848.957/8恒荷載CS4成橋鋼梁1449.261914.99恒荷

21、載CS4成橋橋面板-1449.2622.11支點(diǎn)恒荷載CS4成橋鋼梁-2.58-8.96恒荷載CS4成橋橋面板2.58-0.09表9車輛荷載作用截面（彎矩最大值）單元荷載剪力Qz(kN)彎1 My(kN.m)支點(diǎn)車輛荷載001/8車輛荷載-75.491272.031/4車輛荷載-9.282405.693/8車輛荷載57.563082.18臨時(shí)支承車輛荷載82.673214.821/2車輛荷載120.333289.435/8車輛荷載183.093082.183/4車輛荷載249.932405.697/8車輛荷載316.151272.03支點(diǎn)車輛荷載92.880注：上表剪力值為彎矩最大時(shí)同時(shí)發(fā)生的

22、內(nèi)力值圖17活載剪力圖（kN）表10車輛荷載作用截面（剪力最大值）單元荷載剪力Qz(kN)彎1 My(kN.m)支點(diǎn)車輛荷載243.91-101.091/8車輛荷載27.64826.51/4車輛荷載65.51688.173/8車輛荷載108.342324.64臨時(shí)支承車輛荷載125.622488.041/2車輛荷載152.782643.025/8車輛荷載201.32628.313/4車輛荷載257.482177.517/8車輛荷載317.691217.13支點(diǎn)車輛荷載370.39-0.81注：上表彎矩值為剪力最大時(shí)同時(shí)發(fā)生的內(nèi)力值4.3組合梁截面應(yīng)力截面應(yīng)力匯總 4.3.2截面應(yīng)力組合 表11

23、截面應(yīng)力截面構(gòu)件一期恒載二期恒載活載徐變收縮溫差（鋼梁高10 C）溫差（鋼梁低10C）6上(MPa)6下(MPa)6上(MPa)6下(MPa)6上(MPa)6下(MPa)6上(MPa)6下(MPa)6上(MPa)0-下(MPa)6上(MPa)6下(MPa)6上(MPa)6下(MPa)支點(diǎn)鋼梁0.51-0.440.04-0.041.76-1.502.12-1.80-23.2019.70-15.4013.1015.40-13.10橋面板0.000.000.000.000.13-0.130.88-0.88-1.641.64-1.091.091.09-1.091/8鋼梁-8.147.35-2.061.

24、87-10.109.08-5.174.67-24.5022.10-16.3014.7016.30-14.70橋面板0.000.00-0.070.07-0.320.320.83-0.83-0.780.78-0.520.520.52-0.521/4鋼梁-6.273.20-1.070.54-25.9013.20-25.0012.80-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.00-0.030.03-0.650.651.26-1.26-0.790.79-0.530.530.53-0.533/8鋼梁32.50-16.606.60-3.30-33.2016.90-3

25、7.3019.00-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.000.17-0.17-0.840.841.62-1.62-0.790.79-0.530.530.53-0.53臨時(shí) 支承鋼梁54.80-28.0011.00-5.50-34.6017.60-41.3021.10-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.000.28-0.28-0.880.881.74-1.74-0.790.79-0.530.530.53-0.531/2鋼梁16.70-8.513.30-1.69-35.4018.00-38.0019.4

26、0-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.000.08-0.08-0.900.901.64-1.64-0.790.79-0.530.530.53-0.535/8鋼梁-26.6013.60-5.202.60-33.2016.90-30.8015.70-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.00-0.130.13-0.840.841.42-1.42-0.790.79-0.530.530.53-0.533/4鋼梁-44.3022.60-8.604.40-25.9013.20-20.8010.60-31.3016.

27、00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.00-0.220.22-0.650.651.13-1.13-0.790.79-0.530.530.53-0.537/8鋼梁-16.6015.00-4.604.10-10.109.08-3.873.49-24.5022.10-16.3014.7016.30-14.70橋面板0.000.00-0.150.15-0.320.320.78-0.78-0.780.78-0.520.520.52-0.52支點(diǎn)鋼梁0.51-0.440.04-0.041.76-1.502.12-1.80-23.2019.70-15.4013.1015.40-13.10橋面板0.000.000.000.000.13-0.130.88-0.88-1.641.64-1.091.091.09-1.09表12截面應(yīng)力組合截面構(gòu)件I組合口組合HI組合IV組合上(MPa)下(MPa)b 上(MPa)b 下(MPa)b 上(MPa)”(MPa)b 上(MPa)b 下(MPa)支點(diǎn)鋼梁2.31-1.97-18.7715.93-34.1729.0