兩跨鋼桁梁橋墩屈曲及應(yīng)力分析計(jì)算書

兩跨鋼桁梁橋墩屈曲及應(yīng)力分析計(jì)算書計(jì)算:審核:2017年11月目錄119491工程概況 兩跨鋼桁梁橋墩屈曲及應(yīng)力分析計(jì)算書1工程概況該工程為兩跨簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，墩高95.3m，鋼桁梁跨度98.84m，為雙向二車道，公路等級(jí)為一級(jí)。橋墩截面如圖1所示。圖1橋墩截面圖（單位：cm）2荷載與工況2.1計(jì)算荷載依據(jù)規(guī)范計(jì)算荷載包括：自重、二期恒載、車道荷載、制動(dòng)力以及風(fēng)荷載等荷載。分別計(jì)算上述荷載。（1）自重可通過有限元軟件進(jìn)行定義。（2）二期恒載大小為12.3kN/m。（3）車道荷載通過邁達(dá)斯分析軟件進(jìn)行定義，其中汽車沖擊力需要通過在移動(dòng)荷載分析控制數(shù)據(jù)對(duì)話框里手動(dòng)輸入結(jié)構(gòu)基頻。結(jié)構(gòu)基頻計(jì)算結(jié)果如圖2所示，基頻為1.37Hz。圖2整體結(jié)構(gòu)基頻（4）制動(dòng)力。根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》，一個(gè)設(shè)計(jì)車道上由汽車荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值按照車道荷載標(biāo)準(zhǔn)值在加載長(zhǎng)度上計(jì)算的總重力的10%計(jì)算，其中公路-I級(jí)汽車荷載的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值不得小于165kN。計(jì)算制動(dòng)力如下：取制動(dòng)力。（5）風(fēng)荷載。根據(jù)《橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范》相關(guān)規(guī)定，橋墩橋塔等按下式進(jìn)行計(jì)算：；；；作用于橋墩或橋塔上的風(fēng)荷載可按地面或水面以上0.65倍墩高或塔高處的風(fēng)速值確定。相關(guān)參數(shù)可通過查閱規(guī)范得到，計(jì)算風(fēng)荷載：轉(zhuǎn)化為沿高度方向的線荷載：。2.2荷載組合考慮運(yùn)營(yíng)期六種工況以及施工期一種工況進(jìn)行屈曲分析，七種工況分別為：工況一：自重+二期恒載+雙幅一跨車道荷載+風(fēng)荷載；工況二：自重+二期恒載+雙幅兩跨車道荷載+風(fēng)荷載；工況三：自重+二期恒載+單幅一跨車道荷載+制動(dòng)力+風(fēng)荷載；工況四：自重+二期恒載+單幅兩跨車道荷載+制動(dòng)力+風(fēng)荷載；工況五：自重+二期恒載+雙幅一跨車道荷載+制動(dòng)力+風(fēng)荷載；工況六：自重+二期恒載+雙幅兩跨車道荷載+制動(dòng)力+風(fēng)荷載；工況七：自重+風(fēng)荷載；3計(jì)算模型鋼桁梁的計(jì)算模型如圖3所示，橋墩計(jì)算模型如圖4所示。圖3鋼桁梁模型圖4橋墩模型4結(jié)果分析4.1工況一4.1.1鋼桁梁支反力在工況一荷載組合作用下，支座反力如圖5所示。圖5工況一作用下支座反力圖（單位：kN）4.1.2橋墩屈曲分析在工況一荷載組合作用下，進(jìn)行橋墩的屈曲分析，橋墩的前四階屈曲模態(tài)如下圖6所示。第一階屈曲模態(tài)（b）第二階屈曲模態(tài)（c）第三階屈曲模態(tài)圖6工況一作用下前三階屈曲模態(tài)第一階屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為29.49，屈曲形式為縱向彎曲；第二階屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為107.3，屈曲形式為縱向彎曲；第三階屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為204.6，屈曲形式為S形彎曲。4.1.3橋墩應(yīng)力分析在工況一作用下，橋墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在墩底，大小為5.49MPa圖7工況一作用下橋墩應(yīng)力圖4.2工況二4.2.1鋼桁梁支反力在工況二荷載組合作用下，支座反力如圖8所示。圖8工況二作用下支座反力圖（單位：kN）4.2.2橋墩屈曲分析在工況二荷載組合作用下，進(jìn)行橋墩的屈曲分析，橋墩的前三階模態(tài)變形如下圖9所示。（a）第一階屈曲模態(tài)第二階屈曲模態(tài)第三階屈曲模態(tài)圖9工況二作用下第一屈曲模態(tài)第一屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為24.92，屈曲形式為縱向彎曲；第二屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為90.6，屈曲形式為縱向彎曲；第三屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為172.9，屈曲形式為S形彎曲。4.2.3橋墩應(yīng)力分析在工況二作用下，橋墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在墩底，大小為6.59MPa，應(yīng)力圖如圖10所示。圖10工況二作用下橋墩應(yīng)力圖4.3工況三4.3.1鋼桁梁支反力在工況三荷載組合作用下，支座反力如圖11所示。圖11工況三作用下支座反力圖（單位：kN）4.3.2橋墩屈曲分析在工況三荷載組合作用下，進(jìn)行橋墩的屈曲分析，橋墩的前三階模態(tài)變形如下圖12所示。（a）第一階屈曲模態(tài)（b）第二階屈曲模態(tài)（c）第三階屈曲模態(tài)圖12工況三作用下第一屈曲模態(tài)第一屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為53.6，屈曲形式為縱向彎曲；第二屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為194.7，屈曲形式為縱向彎曲；第三屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為372，屈曲形式為S形彎曲。4.3.3橋墩應(yīng)力分析在工況三作用下，橋墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在墩底，大小為5.84MPa，應(yīng)力圖如圖13所示。圖13工況三作用下橋墩應(yīng)力圖4.4工況四4.4.1鋼桁梁支反力在工況四荷載組合作用下，支座反力如圖14所示。圖14工況四作用下支座反力圖（單位：kN）4.4.2橋墩屈曲分析在工況四荷載組合作用下，進(jìn)行橋墩的屈曲分析，橋墩的前三階模態(tài)變形如下圖15所示。（a）第一階屈曲模態(tài)（b）第二階屈曲模態(tài)（c）第三階屈曲模態(tài)圖15工況四作用下第一屈曲模態(tài)第一屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為44.7，屈曲形式為縱向彎曲；第二屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為162.3，屈曲形式為縱向彎曲；第三屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為310，屈曲形式為S形彎曲。4.4.3橋墩應(yīng)力分析在工況四作用下，橋墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在墩底，大小為6.09MPa，應(yīng)力圖如圖16所示。圖16工況四作用下橋墩應(yīng)力圖4.5工況五4.5.1鋼桁梁支反力在工況五荷載組合作用下，支座反力如圖17所示。圖17工況五作用下支座反力圖（單位：kN）4.5.2橋墩屈曲分析在工況五荷載組合作用下，進(jìn)行橋墩的屈曲分析，橋墩的前三階模態(tài)變形如下圖18所示。（a）第一階屈曲模態(tài)（b）第二階屈曲模態(tài)（c）第三階屈曲模態(tài)圖18工況五作用下第一屈曲模態(tài)第一屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為61.8，屈曲形式為縱向彎曲；第一屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為224，屈曲形式為縱向彎曲；第三屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為429，屈曲形式為S形彎曲。4.5.3橋墩應(yīng)力分析在工況五作用下，橋墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在墩底，大小為5.75MPa，應(yīng)力圖如圖19所示。圖19工況五作用下橋墩應(yīng)力圖4.6工況六4.6.1鋼桁梁支反力在工況六荷載組合作用下，支座反力如圖20所示。圖20工況六作用下支座反力圖（單位：kN）4.6.2橋墩屈曲分析在工況六荷載組合作用下，進(jìn)行橋墩的屈曲分析，橋墩的前三階模態(tài)變形如下圖21所示。（a）第一階屈曲模態(tài)（b）第二階屈曲模態(tài)（c）第三階屈曲模態(tài)圖21工況六作用下第一屈曲模態(tài)第一屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為44.7，屈曲形式為縱向彎曲；第二屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為162.2，屈曲形式為縱向彎曲；第三屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為310，屈曲形式為S形彎曲。4.6.3橋墩應(yīng)力分析在工況六作用下，橋墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在墩底，大小為6.47MPa，應(yīng)力圖如圖22所示。圖22工況六作用下橋墩應(yīng)力圖4.7工況七4.7.1橋墩屈曲分析工況七為墩身自重與風(fēng)荷載進(jìn)行組合。在組合荷載作用下，進(jìn)行橋墩的屈曲分析，橋墩的前三階模態(tài)變形如下圖23所示。（a）第一階屈曲模態(tài)（b）第一階屈曲模態(tài)（c）第一階屈曲模態(tài)圖24工況七作用下第一屈曲模態(tài)第一屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為3067，屈曲形式為縱向彎曲；第二屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為3067，屈曲形式為縱向彎曲；第三屈曲模態(tài)特征值系數(shù)為6269，屈曲形式為S形彎曲。4.7.3橋墩應(yīng)力分析在工況七作用下，橋墩最大應(yīng)力出現(xiàn)在墩底，大小為5.39MPa，應(yīng)力圖如圖25所示。圖25工況七作用下橋墩應(yīng)力圖結(jié)