42m鋼箱梁計(jì)算書(shū)

ES匝道鋼箱梁上部結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)2017.11目錄一、概述 11.1橋梁簡(jiǎn)介 11.2模型概況 11設(shè)計(jì)規(guī)范 12參考規(guī)范 13主要材料及性能指標(biāo) 14荷載 2二、模型概述 32.1第一體系建模 32.2第二體系建模 4三、結(jié)果驗(yàn)算 53.1頂?shù)装鍙?qiáng)度驗(yàn)算 51計(jì)算結(jié)果 52強(qiáng)度驗(yàn)算 63.2腹板驗(yàn)算 71厚度驗(yàn)算 72腹板強(qiáng)度驗(yàn)算 73腹板縱向加勁肋構(gòu)造驗(yàn)算 84腹板橫向加勁肋構(gòu)造驗(yàn)算 83.3構(gòu)件設(shè)計(jì)驗(yàn)算 91加勁肋構(gòu)造驗(yàn)算 92受壓板加勁肋剛度驗(yàn)算 103閉口肋幾何尺寸驗(yàn)算 104支承加勁肋驗(yàn)算 113.4剛度驗(yàn)算 121車道荷載撓度值 122正交異形板橋面頂板撓跨比 123橫隔板剛度驗(yàn)算 133.5整體穩(wěn)定驗(yàn)算 133.6疲勞驗(yàn)算 13四、結(jié)論 14一、概述1.1橋梁簡(jiǎn)介ES匝道橋?yàn)橐粏慰?2m簡(jiǎn)支鋼箱梁橋。截面采用等截面形式，梁寬10.2m，梁高2m。主梁線型為圓曲線，中心線位于半徑R=682m的圓弧上。頂板厚18mm，腹板和底板厚20mm，頂板U肋厚8mm，開(kāi)口肋厚20mm。材料采用Q345C材質(zhì)。圖1.1典型鋼箱梁橫斷面(mm)1.2模型概況1設(shè)計(jì)規(guī)范《公路工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50283-1999）;《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2014）《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2014)《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》(JTGD62-2004)2參考規(guī)范《道路橋示方書(shū)·同解說(shuō)》（日本道路協(xié)會(huì)，平成8年12月）3主要材料及性能指標(biāo)主梁采用Q345C鋼材，其主要力學(xué)性能見(jiàn)下表。表1.1鋼材力學(xué)性能表鋼種力學(xué)性能Q345C彈性模量E（MPa）206000剪切模量G（MPa）79000泊松比γ0.31拉壓彎容許應(yīng)力[σ]（MPa）275（≤16mm）拉壓彎容許應(yīng)力[σ]（MPa）270（＞16mm，＜40mm）剪切容許應(yīng)力[τ]（MPa）160屈服強(qiáng)度σs（MPa）345線膨脹系數(shù)（1/℃）0.0000124荷載恒荷載：包括自重和二期荷載。橫隔板和加勁肋重力以點(diǎn)荷載形式加在實(shí)際位置。二期荷載包括9cm瀝青鋪裝和2道防撞墻，均布荷載分別按23.4kN/m和18.2kN/m考慮。溫度作用：升溫按25℃考慮，降溫按-25℃考慮；由于中國(guó)規(guī)范未對(duì)鋼箱梁橋溫度梯度有明確規(guī)定，故參考BS5400，正溫度梯度為2.08℃，負(fù)溫度梯度為-1.04℃。支座沉降：支座沉降取-0.5cm并按照每個(gè)地基及基礎(chǔ)的最大沉降量的最不利的荷載組合進(jìn)行計(jì)算。汽車荷載：公路-I級(jí)。對(duì)于汽車荷載縱向整體沖擊系數(shù)μ，按照《公路橋涵通用設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.2條，沖擊系數(shù)μ可按下式計(jì)算：EQ當(dāng)f＜1.5Hz時(shí)，μ＝0.05；EQ當(dāng)1.5Hz≤f≤14Hz時(shí)，μ＝0.1767ln(f)－0.0157；EQ當(dāng)f＞14Hz時(shí)，μ＝0.45；根據(jù)程序計(jì)算的基頻為0.12Hz，計(jì)算得汽車荷載沖擊系數(shù)為0.05。圖1.2車道布載離心力：根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）第4.3.3條，離心力系數(shù)：C=由v=60km/h，R=682m算得C=0.042。將離心力也均布于全跨，方向?yàn)閺较蛳蛲狻Ｋ愕胵=0.78kN/m。二、模型概述2.1第一體系建模第一體系整體模型采用MidasCivil2017軟件建立，主梁工劃分為34個(gè)單元，38個(gè)節(jié)點(diǎn)，橋梁采用盆式支座，以彈性連接中輸入各方向剛度模擬，支座徑向布置，支座與主梁采用剛性連接。支座布置和計(jì)算模型如圖所示。圖2.1支座布置示意圖圖2.2整體計(jì)算模型示意圖圖2.3鋼箱梁標(biāo)準(zhǔn)斷面模型示意圖考慮剪力滯影響計(jì)算，根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.1.8條，計(jì)算剪力滯有效分布寬度。表2.1頂板考慮剪力滯后有效寬度計(jì)算表bilbi/lbeibe/b12010420000.048201021545420000.037154531545420000.037154541545420000.037154551545420000.037154562010420000.0482010求和10200102001.000表2.2底板考慮剪力滯后有效寬度計(jì)算表bilbi/lbeibe/b11545420000.037154521545420000.037154531545420000.037154541545420000.0371545求和618061801.000經(jīng)過(guò)上述計(jì)算可知，有效寬度仍然為截面翼緣寬度，截面剛度未折減。2.2第二體系建模取第一體系中頂板應(yīng)力較大的區(qū)段，進(jìn)行第二體系應(yīng)力計(jì)算。橋面板體系通過(guò)考慮縱肋和橫肋的有效分布寬度，建立梁格模型計(jì)算縱肋和橫肋的應(yīng)力；縱肋和橫肋的有效分布寬度參考《現(xiàn)代鋼橋》確定；1）縱肋蓋板有效分布寬度橫隔板間距:L=3000(mm)等效跨徑:l=0.6*L=1800(mm)縱肋間距:2b=300(mm),故b=150(mm)b/l=0.083可得Cs=124(mm)2）橫隔板蓋板有效分布寬度腹板間距:L=3090(mm)等效跨徑:l=3090(mm)隔板間距:2b=3000(mm),故b=1500(mm)b/l=0.485可得Cs=463.5(mm)取最重輪軸140kN,考慮沖擊系數(shù)0.4。軸重P=140*1.4=196kN。順橋向長(zhǎng)度取跨中附近6m長(zhǎng)，橫橋向取腹板間距3.1m寬范圍內(nèi)蓋板建立有限元模型；車輛荷載按照車輪作用在實(shí)際位置按照影響線加載；縱肋和橫隔板斷面根據(jù)前面計(jì)算有效寬度取用。模型見(jiàn)圖2.4-2.5。圖2.4橋面體系模型示意圖圖2.5橋面體系模型邊界示意圖三、結(jié)果驗(yàn)算3.1頂?shù)装鍙?qiáng)度驗(yàn)算1計(jì)算結(jié)果由于橋面為正交異性鋼板，在進(jìn)行頂板強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，尚應(yīng)計(jì)入第二體系（橋面體系）在車輛單獨(dú)作用的應(yīng)力影響。整體模型計(jì)算結(jié)果羅列如下：圖3.1.1基本組合包絡(luò)（all）作用梁體頂板最大壓應(yīng)力（MPa）圖3.1.2基本組合包絡(luò)（all）作用梁體底板最大拉應(yīng)力（MPa）可見(jiàn)第一體系計(jì)算中頂板最大壓應(yīng)力-91.7MPa，底板最大拉應(yīng)力129.88MPa。第二體系模型計(jì)算結(jié)果羅列如下：圖3.1.3第二體系計(jì)算橋面頂板應(yīng)力包絡(luò)圖（MPa）圖3.1.4第二體系計(jì)算U肋應(yīng)力包絡(luò)圖（MPa）可見(jiàn)第二體系計(jì)算中，頂板最大拉應(yīng)力31.2MPa，最大壓應(yīng)力-26.9MPa；U肋最大拉應(yīng)力96.09MPa，最大壓應(yīng)力-51.1MPa。2強(qiáng)度驗(yàn)算1）頂板應(yīng)力第一體系作用下，頂板最大拉應(yīng)力：σt=0(Mpa)；頂板壓應(yīng)力為：σc=-91.7(Mpa)；第二體系作用下，頂板最大拉應(yīng)力：σt=31.2(Mpa)；頂板壓應(yīng)力為：σc=--26.9(Mpa)；第三體系應(yīng)力較小，不予考慮則三體系疊加作用下，頂板拉應(yīng)力:σt=31.2(Mpa)；頂板壓應(yīng)力為:σc=-155.9(Mpa)；根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD64-2015)規(guī)定，當(dāng)16<t<40時(shí)，[σt]=270(Mpa)，可知頂板強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。2）底板應(yīng)力底板應(yīng)力驗(yàn)算僅考慮第一體系作用下的應(yīng)力。第一體系作用下，底板壓應(yīng)力：σt=-129.88(Mpa)；底板拉應(yīng)力為：σt=0(Mpa)；根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTGD64-2015)規(guī)定，當(dāng)16<t<40時(shí)，[σt]=270(Mpa)，可知底板強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。3.2腹板驗(yàn)算1厚度驗(yàn)算腹板設(shè)置一道縱向加勁肋和一道橫向加勁肋，根據(jù)第一體系計(jì)算，在基本組合作用下支點(diǎn)附近腹板最大剪應(yīng)力如下圖所示。圖3.2.1基本組合作用下梁體腹板最大剪應(yīng)力（MPa）τ=46.38MPa，根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.3.3條，，取η=0.85，tw=20mm≥0.85×1962/240=6.95mm，腹板厚度滿足規(guī)范要求。2腹板強(qiáng)度驗(yàn)算1）根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.3.1條，γ0τ≤fvd，即：1.1×46.38=51.02MPa≤160MPa，滿足規(guī)范強(qiáng)度要求。2）腹板局部應(yīng)力驗(yàn)算考慮鋪裝厚度90mm對(duì)局部車輪壓力擴(kuò)散的影響。不考慮U肋分擔(dān)車壓。σz=F/（tlx）=140000/（20×（50+2×90））=30.43MPaγ0σz=1.1×30.43=33.48MPa≤fd=275MPa；局部應(yīng)力滿足規(guī)范要求。3）腹板組合應(yīng)力驗(yàn)算前面知道，在墩頂附近腹板剪應(yīng)力最大，但墩頂幾乎沒(méi)有正應(yīng)力，經(jīng)過(guò)驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。現(xiàn)對(duì)跨中進(jìn)行組合應(yīng)力驗(yàn)算。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，跨中最大正應(yīng)力為底板129.88MPa。剪應(yīng)力分布見(jiàn)圖3.6：圖3.2.2基本組合包絡(luò)（max）作用下鋼箱梁腹板剪應(yīng)力圖（MPa）可見(jiàn)跨中剪應(yīng)力12.65MPa。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.3.1條：≤1即：，腹板頂部組合應(yīng)力滿足規(guī)范要求。3腹板縱向加勁肋構(gòu)造驗(yàn)算根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.3.3條：Iz≥I1=ξlhwtw3，即：ξl=（1500/1962）2×[2.5-0.45×（1500/1962）]<1.5，取ξl=1.5腹板單側(cè)縱肋對(duì)腹板的慣性矩：Iz=2003×20/3=mm4>I1=1.5×1962×203=mm4；腹板縱向加勁肋慣性矩滿足規(guī)范要求；根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.1.5條：h/t≤18，即：200/20=10≤18腹板縱向加勁肋寬厚比滿足規(guī)范要求。4腹板橫向加勁肋構(gòu)造驗(yàn)算根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.3.3第2條：腹板橫向加勁肋的間距a不得大于腹板高度hw的1.5倍。本橋腹板橫向加勁肋間距1.5m，腹板高度1.962m，滿足規(guī)范要求。本橋設(shè)一道縱向加勁肋，橫向加勁肋的間距a還應(yīng)滿足式(5.3.3-2a)和(5.3.5-2b)。圖3.3.1基本組合包絡(luò)（min）作用下鋼箱梁受壓翼緣腹板底部最大正應(yīng)力圖（MPa）圖3.3.2基本組合包絡(luò)（min）作用下鋼箱梁受壓翼緣腹板剪應(yīng)力圖（MPa）對(duì)跨中：，滿足規(guī)范要求。對(duì)墩頂：，滿足規(guī)范要求。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.3.3第3條：腹板橫向加勁肋慣性矩應(yīng)滿足It≥3hwtw3即：It=1962*225^3/12+1962*225*112.5^2=7449468750mm4≥3×1962×203=mm4，滿足規(guī)范要求。3.3構(gòu)件設(shè)計(jì)驗(yàn)算1加勁肋構(gòu)造驗(yàn)算根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.1.5條，驗(yàn)算加勁肋構(gòu)造。對(duì)球扁鋼：滿足規(guī)范要求；對(duì)閉口肋：，滿足規(guī)范要求。經(jīng)計(jì)算，加勁肋構(gòu)造滿足規(guī)范要求。2受壓板加勁肋剛度驗(yàn)算根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.1.6條，進(jìn)行受壓加勁板剛度驗(yàn)算。先對(duì)頂板(t=18mm)進(jìn)行驗(yàn)算：D=Et3/（12（1-v2））,γl=EI1/(bD)=12(1-v2)I1/(bt3)=12×（1-0.312）×2/（3090×183）=149.11n=nl+1=5+1=6α0==5.47α=a/b=3000/3090=0.97＜α0=5.47δ1=As，l/（bt）=5725/（2800×20）=0.11γl*=[4n2（1+nδ1）α2-（α2+1）2]/n=36.49≤γl=149.11As，l=5933mm2≥bt/（10n）=3090×18/（10×6）=927mm2則頂板縱肋剛度滿足規(guī)范要求。再對(duì)底板(t=20mm)進(jìn)行驗(yàn)算：D=Et3/（12（1-v2））,γl=EI1/(bD)=12(1-v2)I1/(bt3)=12×（1-0.312）×124403129/（3090×203）=54.58n=nl+1=6+1=7α0==4.42α=a/b=3000/3090=0.97＜α0=5.47δ1=As，l/（bt）=5725/（2800×20）=0.06γl*=[4n2（1+nδ1）α2-（α2+1）2]/n=37.81≤γl=54.58As，l=4000mm2≥bt/（10n）=3090×20/（10×7）=882.85mm2則底板縱肋剛度滿足規(guī)范要求。3閉口肋幾何尺寸驗(yàn)算根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）8.2.3條，，滿足規(guī)范要求。4支承加勁肋驗(yàn)算根據(jù)第一體系計(jì)算，整體結(jié)構(gòu)在基本荷載組合作用下單支座最大反力為3233.4kN?；窘M合包絡(luò)結(jié)果如圖：圖3.3.3基本組合包絡(luò)支座反力圖(kN)根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.3.4條，支承加勁肋應(yīng)滿足以下要求：取支承加勁肋厚度ts=16mm，單側(cè)寬度hs=235mm，各支座處支承加勁肋詳細(xì)布置情況見(jiàn)斷面布置圖。支承加勁肋驗(yàn)算結(jié)果列于下表tw=24,tf=28,B=900。ns和bs的值根據(jù)各支座位置再由斷面布置圖。支承加勁肋驗(yàn)算表Rv(N)As(mm^2)Beb(mm)Bev(mm)(5.3.4-1)左邊(5.3.4-2)左邊f(xié)cdfd驗(yàn)算725.584199.469355270OK720.349246.255355270OK725.59199.479355270OK720.381246.316355270OK計(jì)算表明支承加勁肋滿足規(guī)范5.3.4要求。根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）5.1.5條，驗(yàn)算支承加勁肋構(gòu)造要求：，不滿足規(guī)范要求。3.4剛度驗(yàn)算1車道荷載撓度值根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）4.2.3條，簡(jiǎn)支橋梁汽車荷載作用下的最大向下豎向撓度Dz<=l/500：活載作用最大正向撓度和負(fù)撓度分別如圖：圖3.4.1最大正向撓度圖（單位：mm）圖3.4.2最大負(fù)向撓度圖（單位：mm）則Dz=0.8+32.7=33.5mm＜42000/500=84mm，滿足規(guī)范要求。2正交異形板橋面頂板撓跨比根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）8.2.5條，正交異形板頂板的撓跨比D/L≤1/700。第二體系計(jì)算結(jié)果如圖：圖3.4.3車輛作用最大撓度圖圖3.4.4橋面頂板構(gòu)造圖L1=300mm,L2=210mm，D=-1.3mm。計(jì)算可知D/L1>1/700；D/L2>1/700；不滿足規(guī)范