鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)計(jì)算書(shū)

...wd......wd......wd...鋼－混凝土組合梁構(gòu)造計(jì)算書(shū)編制單位：計(jì)算：復(fù)核：審查：2009年3月目錄1.設(shè)計(jì)資料12.計(jì)算方法22.1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)22.2換算原理22.3計(jì)算方法33.不設(shè)臨時(shí)支撐_計(jì)算結(jié)果33.1組合梁法向應(yīng)力及剪應(yīng)力結(jié)果43.2施工階段鋼梁豎向撓度結(jié)果53.3結(jié)論63.4計(jì)算過(guò)程〔附件〕64.設(shè)置臨時(shí)支撐_有限元分析計(jì)算64.1有限于建模64.2施工及使用階段構(gòu)造內(nèi)力84.2.1施工階段構(gòu)造內(nèi)力94.2.2使用階段構(gòu)造內(nèi)力104.3組合梁截面應(yīng)力124.3.1截面應(yīng)力匯總124.3.2截面應(yīng)力組合144.4恒載作用豎向撓度154.4.1施工階段豎向撓度154.4.2使用階段恒載作用豎向撓度154.5結(jié)論15鋼－混凝土組合梁構(gòu)造計(jì)算1.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(chē)輛荷載采用公路-I級(jí)車(chē)道圖SEQ圖\*ARABIC1橫向布置(cm)圖SEQ圖\*ARABIC2橋梁立面(cm)表SEQ表\*ARABIC1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

ν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)α容重γ(kN/m3)C50混凝土34500138000.232.422.420.4120.0000125.0表SEQ表\*ARABIC2材料力學(xué)指標(biāo)表材料彈性模量

Es(MPa)剪切模量

G(MPa)泊松比

ν16～35mm厚鋼材屈服點(diǎn)強(qiáng)度f(wàn)y(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)α容重γ(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，邊段與中段主要構(gòu)造尺寸〔REF_Ref223973809\h圖3〕見(jiàn)下表，其余尺寸詳見(jiàn)設(shè)計(jì)圖紙表SEQ表\*ARABIC3鋼主梁主要尺寸表梁高

H(mm)下翼板下翼板腹板厚

tw(mm)寬(mm)厚tf1(mm)寬(mm)厚tf2(mm)邊制作段16004001820842424中制作段16004001820843224圖SEQ圖\*ARABIC3鋼梁標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造(mm)2.計(jì)算方法2.1標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行?鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GB50017-2003)第11章?鋼與混凝土組合梁?針對(duì)不直接承受動(dòng)力荷載的一般簡(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，那么應(yīng)采用彈性分析法計(jì)算。?鐵路橋梁鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(TB10002.2-2005)第4.1.1條也規(guī)定：構(gòu)造構(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)力荷載的橋梁鋼構(gòu)造的強(qiáng)度計(jì)算是基本符合構(gòu)造的實(shí)際受力狀況的。計(jì)算依據(jù)：1.?鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(GB50017-2003)2.?鐵路橋梁鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(TB10002.2-2005)3.?公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(JTGD62-2004)4.?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)出版社,20065.?公路橋涵鋼構(gòu)造及木構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(JTJ025-86)2.2換算原理根據(jù)總力不變及應(yīng)變一樣的等效條件，將混凝土翼板換算成與鋼等效的換算截面；換算過(guò)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。?公路橋涵鋼構(gòu)造及木構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(JTJ025-86)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=5.971，那么等效換算寬度beq=2.0/5.971=0.335m。圖SEQ圖\*ARABIC4換算原理(cm)構(gòu)造計(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+φt/2)=5.971×(1+2/2)=11.942，收縮：n2=n(1+φt/2)=5.971×(1+4/2)=17.913；徐變系數(shù)φt在計(jì)算徐變及收縮時(shí)分別取2及4。2.3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(guò)程附后〕圖SEQ圖\*ARABIC5計(jì)算簡(jiǎn)圖不設(shè)臨時(shí)支撐圖SEQ圖\*ARABIC6強(qiáng)度驗(yàn)算位置3.1組合梁法向應(yīng)力及剪應(yīng)力結(jié)果表SEQ表\*ARABIC4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)Q345D鋼材彎曲應(yīng)力

基本容許應(yīng)力(Mpa)σsuσslσcuσcl(1)一期恒載(鋼梁自重

+橋面板砼濕重)-207.652105.889--32.420.412210(2)二期恒載(鋪裝)-4.6358.849-0.635-0.423(3)活載-11.21942.246-3.838-0.544(4)溫差(鋼梁高10℃-10.9681.657-0.7841.613(5)溫差(鋼梁低10℃10.968-1.6570.784-1.613(6)混凝土收縮7.022-1.6940.801-1.649注：1.?公路橋涵鋼構(gòu)造及木構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(JTJ025-86〕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。2.容許應(yīng)力提高系數(shù)，參考?鐵路橋梁鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(TB10002.2-2005)第3.2.8條或?公路橋涵鋼構(gòu)造及木構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(JTJ025-86〕第1.2.10條表SEQ表\*ARABIC5剪應(yīng)力荷載鋼梁應(yīng)力(MPa)混凝土應(yīng)力(MPa)Q345D鋼材剪應(yīng)力

基本容許應(yīng)力(Mpa)C50抗拉強(qiáng)度

設(shè)計(jì)值ftd(Mpa)C50混凝土剪應(yīng)力

基本容許應(yīng)力0.6ftd(Mpa)τsuτslτcuτcl(1)一期恒載(鋼梁自重

+橋面板砼濕重)2.7623.241--1201.831.098(2)二期恒載(鋪裝)0.3260.215-0.007(3)活載1.8591.126-0.047注：1.鋼材容許應(yīng)力提高系數(shù)，參考?鐵路橋梁鋼構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(TB10002.2-2005)第3.2.8條或?公路橋涵鋼構(gòu)造及木構(gòu)造設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?(JTJ025-86〕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τc<=0.6ftd且在任何情況下τc<=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到達(dá)設(shè)計(jì)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=16.03.3結(jié)論初步計(jì)算結(jié)果說(shuō)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SEQ表\*ARABIC6鋼梁與組合梁截面特性比照慣性矩I(m4)y(m)抗彎模量(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提高(%)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(guò)大容易造成構(gòu)造失穩(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。3.4計(jì)算過(guò)程〔附件〕詳細(xì)計(jì)算過(guò)程，見(jiàn)附件。4.設(shè)置臨時(shí)支撐_有限元分析計(jì)算4.1有限于建模有限元數(shù)值分析采用Midas商業(yè)構(gòu)造計(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。圖SEQ圖\*ARABIC7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SEQ圖\*ARABIC8單元?jiǎng)澐謭DSEQ圖\*ARABIC9組合截面圖SEQ圖\*ARABIC10組合截面特性4.2施工及使用階段構(gòu)造內(nèi)力圖SEQ圖\*ARABIC11梁?jiǎn)卧植孔鴺?biāo)系中內(nèi)力(或應(yīng)力)正負(fù)號(hào)的約定4.2.1施工階段構(gòu)造內(nèi)力圖SEQ圖\*ARABIC12施工階段恒載彎矩圖(kN.m)圖SEQ圖\*ARABIC13施工階段恒載剪力圖(kN)表SEQ表\*ARABIC7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澆注橋面板砼-8.341/8恒荷載CS1澆注橋面板砼421.931/4恒荷載CS1澆注橋面板砼161.043/8恒荷載CS1澆注橋面板砼-834.14臨時(shí)支承恒荷載CS1澆注橋面板砼-1407.791/2恒荷載CS1澆注橋面板砼-428.345/8恒荷載CS1澆注橋面板砼683.063/4恒荷載CS1澆注橋面板砼1136.747/8恒荷載CS1澆注橋面板砼861.23支點(diǎn)恒荷載CS1澆注橋面板砼-8.34注：支點(diǎn)截面距梁端0.5m4.2.2使用階段構(gòu)造內(nèi)力圖SEQ圖\*ARABIC14成橋階段恒載彎矩圖(kN.m)圖SEQ圖\*ARABIC15成橋階段恒載剪力圖(kN)表SEQ表\*ARABIC8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圖SEQ圖\*ARABIC16活載彎矩圖(kN.m)表SEQ表\*ARABIC9車(chē)輛荷載作用截面〔彎矩最大值〕單元荷載剪力Qz(kN)彎矩My(kN.m)支點(diǎn)車(chē)輛荷載001/8車(chē)輛荷載-75.491272.031/4車(chē)輛荷載-9.282405.693/8車(chē)輛荷載57.563082.18臨時(shí)支承車(chē)輛荷載82.673214.821/2車(chē)輛荷載120.333289.435/8車(chē)輛荷載183.093082.183/4車(chē)輛荷載249.932405.697/8車(chē)輛荷載316.151272.03支點(diǎn)車(chē)輛荷載92.880注：上表剪力值為彎矩最大時(shí)同時(shí)發(fā)生的內(nèi)力值圖SEQ圖\*ARABIC17活載剪力圖(kN)表SEQ表\*ARABIC10車(chē)輛荷載作用截面〔剪力最大值〕單元荷載剪力Qz(kN)彎矩My(kN.m)支點(diǎn)車(chē)輛荷載243.91-101.091/8車(chē)輛荷載27.64826.51/4車(chē)輛荷載65.51688.173/8車(chē)輛荷載108.342324.64臨時(shí)支承車(chē)輛荷載125.622488.041/2車(chē)輛荷載152.782643.025/8車(chē)輛荷載201.32628.313/4車(chē)輛荷載257.482177.517/8車(chē)輛荷載317.691217.13支點(diǎn)車(chē)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4.3.1截面應(yīng)力匯總表SEQ表\*ARABIC11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℃溫差(鋼梁低10℃σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ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-8.147.35-2.061.87-10.109.08-5.174.67-24.5022.10-16.3014.7016.30-14.70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32.50-16.606.60-3.30-33.2016.90-37.3019.00-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60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16.70-8.513.30-1.69-35.4018.00-38.0019.40-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60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-44.3022.60-8.604.40-25.9013.20-20.8010.60-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60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0.000.000.000.000.13-0.130.88-0.88-1.641.64-1.091.091.09-1.094.3.2截面應(yīng)力組合表SEQ表\*ARABIC12截面應(yīng)力組合截面構(gòu)件Ⅰ組合Ⅱ組合Ⅲ組合Ⅳ組合σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ下(MPa)σ上(MPa)σ下(MPa)支點(diǎn)鋼梁2.31-1.97-18.7715.93-34.1729.03-3.372.83橋面板0.13-0.13-0.640.64-1.731.730.45-0.451/8鋼梁-20.3018.30-49.9745.07-66.2759.77-33.6730.37橋面板-0.390.39-0.340.34-0.860.860.18-0.181/4鋼梁-33.