585+88+585m 变高钢箱梁结构计算书.docx
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585+88+585m变高钢箱梁结构计算书
58.5+88+58.5m变高钢箱梁
结构计算书
计算人:
校核人:
审核人:
审定人:
2019年8月
第一章概述
1、设计依据
(1)《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)
(2)《公路工程技术标准》(JTGB01-2014)
(3)《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)
(4)《城市桥梁设计规范》(CJJ11-2011)
(5)《钢结构设计标准》(GB50017-2017)
(6)《钢结构工程施工规范》(GB50755-2012)
(7)《钢结构焊接规范》(GB50661-2011)
(8)《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T3360-01-2018)
2、技术指标
(1)道路等级:
城市快速路;
(2)设计车速:
主线高架桥80km/h;
(3)设计荷载:
城—A级;
(4)桥梁结构设计安全等级:
一级;
(5)桥梁设计基准期:
100年。
3、材料参数
主梁Q345qE钢。
Q345钢物理-力学性能如下:
材料
项目
参数
Q345qE
弹性模量
Es
2.06x105MPa
剪切模量
G
0.79x105MPa
质量密度
ρ
78.5kN/m3
线膨胀系数
α
1.2x10-5/℃
泊松比
ν
0.31
钢材的强度设计值根据钢材的不同用厚度采用(MPa):
钢材型号
抗拉、抗压和抗弯fd
抗剪fvd
端面承压(刨平顶紧)fcd
牌号
厚度(mm)
Q345
≤16
275
160
355
16~40
270
155
4、设计荷载
5.1自重
主梁由程序自动计算,考虑隔板重量及焊缝,自重乘以增大系数。
5.2桥面铺装
4.5cm高粘改性沥青玛蹄脂碎石;
3.5cm热拌环氧沥青混凝土。
5.3防撞护栏
墙式护栏采用C50混凝土,桥梁路侧墙式护栏防撞等级选择SS级,设在箱梁翼缘板端部,翼缘板外侧顺桥向预留12cm现浇带与墙式护栏整体浇筑。
主线桥设置中央分隔带护栏,防撞等级为SAm级,采用F型中央分隔带混凝土护栏。
5.4声屏障
全线按设置3m声屏障或预留声屏障考虑,单侧q=2.5kN/m。
5.5配重
配重采用铁砂混凝土,容重不小于40kN/m3,详见相关图纸。
5.6温度作用
(1)整体升降温
按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015)取值:
整体升温:
36℃;
整体降温:
-63℃;
(2)温度梯度
升温温度梯度按欧洲规范EUococodel(1991-1-5:
2003)取用,降温温度梯度按-0.5倍升温温度梯度取用。
梁截面温度计算按下图所示:
5.7汽车荷载
按《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2015),包括汽车荷载、汽车冲击力。
q=10.5kN/m
P=360kN(集中力)
对于汽车荷载纵向整体冲击系数μ,按照《公路桥涵通用设计规范》第4.3.2条,冲击系数μ可按下式计算:
当f<1.5Hz时,μ=0.05;
当1.5Hz≤f≤14Hz时,μ=0.1767(f)-0.0157;
当f>14Hz时,μ=0.45;
5.8风荷载
地表类别D,全线按设置3m声屏障或预留声屏障考虑风载,风荷载作用高度包括梁高、防撞护栏、3m声屏障。
5.9支座沉降
支座沉降取L/5000。
5.10荷载组合
按承载能力极限状态进行验算。
γ0Sd≤Rd
式中:
γ0—结构重要性系数,γ0=1.1;
Sd—作用组合的效应(如轴力、弯矩或表示几个轴力、弯矩的向量)设计值;
Rd—结构或结构构件的抗力设计值。
第二章
58.5+88+58.5m变高钢箱梁结构计算
5、基本信息
主线高架桥STA10#~STA13#连续钢箱梁跨径布置为58.5+88+58.5m,桥宽39.446m~32m,边支点梁高3m,中支点梁高4.813m,跨中梁高3m。
箱梁设置双向坡,顶底板沿横坡方向弯折,桥面、梁底平行。
钢箱梁标准段横断面如下:
钢箱梁标准横断面
6、设计荷载
2.1自重
自重增大系数:
1.45。
2.2汽车荷载
结构基频:
f=2.00Hz;冲击系数μ=0.11。
7、计算模型
采用空间有限元程序Midascivil2019建立有限元模型计算分析。
钢箱梁纵向计算模型图
节点数量:
111;
单元数量:
78。
钢箱梁横向计算模型图
8、支承反力
计算结果中,支承反力的单位为kN,向上为正,向下为负。
各支座支承反力如下:
支承反力表(单位:
kN)
墩号
使用阶段(标准组合)
Max
STA10#
左
4363
左中
7901
右中
7889
右
5602
STA11#
左
5267
左中
15883
右中
17915
右
8272
STA12#
左
5544
左中
16352
右中
16848
右
5390
STA13#
左
2912
左中
7139
右中
7432
右
2408
9、受压板件加劲肋验算
5.1构造验算
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第5.1.5条,第8.2.3条对受压板加劲肋尺寸进行验算。
纵向U肋(单位:
mm):
公式5.1.5-5
满足要求
公式5.1.5-6
满足要求
闭口加劲肋几何尺寸公式8.2.3
满足要求
纵向板肋(单位:
mm):
公式5.1.5-1
满足要求
翼缘纵向T肋(单位:
mm):
公式5.1.5-2
满足要求
公式5.1.5-3
满足要求
箱室纵向T肋(单位:
mm):
公式5.1.5-2
满足要求
公式5.1.5-3
满足要求
5.2受压板加劲肋刚性验算
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第5.1.6条,对受压板加劲肋进行刚性验算。
表1
位置
变宽段跨中上缘
等宽段跨中上缘
翼缘U肋
受压加劲板
弹性模量
E
MPa
206000
206000
206000
泊松比
ν
-
0.31
0.31
0.31
母板厚度
t
mm
16
16
16
加劲板计算长度
a
mm
3000
3000
1500
加劲板计算宽度
b
mm
3639
2748
2000
加劲板长宽比
α
-
0.82
1.09
0.75
单宽板刚度
D
-
7.78E+07
7.78E+07
7.78E+07
纵向加劲肋
单根纵向加劲肋的截面面积
As,l
mm2
5870.76
5870.76
5870.76
单根纵向加劲肋对加劲板的抗弯惯矩
Il
mm4
2.19E+08
2.19E+08
2.19E+08
等间距布置纵向加劲肋根数
nl
-
5
4
3
中间参数
n
-
6
5
4
中间参数
α0
-
5.56
5.70
5.84
加劲肋与母板的面积之比
δl
-
0.10
0.13
0.18
纵向加劲肋的相对刚度
γl
-
159.17
210.78
289.61
纵向加劲肋的临界相对刚度
γl*
-
25.71
38.79
14.99
纵肋相对刚度比较系数
γl/γl*
-
6.19
5.43
19.31
纵肋面积比较系数
As,l/(bt/10n)
-
6.05
6.68
7.34
纵肋相对刚度是否满足
是
是
是
表2
位置
翼缘T肋
支点下缘
受压加劲板
弹性模量
E
MPa
206000
206000
泊松比
ν
-
0.31
0.31
母板厚度
t
mm
16
25
加劲板计算长度
a
mm
1500
1000
加劲板计算宽度
b
mm
1304
3083
加劲板长宽比
α
-
1.15
0.32
单宽板刚度
D
-
7.78E+07
2.97E+08
纵向加劲肋
单根纵向加劲肋的截面面积
As,l
mm2
3216.00
5870.76
单根纵向加劲肋对加劲板的抗弯惯矩
Il
mm4
4.71E+07
2.19E+08
等间距布置纵向加劲肋根数
nl
-
4
4
中间参数
n
-
5
5
中间参数
α0
-
4.68
3.97
加劲肋与母板的面积之比
δl
-
0.15
0.08
纵向加劲肋的相对刚度
γl
-
95.72
49.25
纵向加劲肋的临界相对刚度
γl*
-
45.78
2.66
纵肋相对刚度比较系数
γl/γl*
-
2.09
18.51
纵肋面积比较系数
As,l/(bt/10n)
-
7.71
3.81
纵肋相对刚度是否满足
是
是
10、结构刚度验算
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第4.2.3条规定,计算竖向挠度时,应按结构力学的方法并应采用不计冲击力的汽车车道荷载频遇值,频遇值系数为1.0。
计算挠度值不应超过下表规定的限值。
竖向挠度限值
桥梁结构形式
简支或连续桁架
简支或连续板梁
梁的悬臂端部
斜拉桥主梁
悬索桥加劲梁
限值
车道荷载频遇值(max)
车道荷载频遇值(min)
竖向挠度值(单位:
mm)
位置
向上
向下
挠度
限值
是否满足
STA10#~STA11#边跨
19.3
29.2
48.5
115.6
是
STA11#~STA12#中跨
24.6
59.1
83.7
176
是
STA12#~STA13#边跨
20.7
29.3
50.0
115.6
是
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第4.2.4条规定,按结构自重标准值加1/2车道荷载频遇值,频遇值系数为1.0,设置钢桥预拱度。
跨中最大预拱度设计值为78.7mm。
11、结构强度验算
7.1第一体系应力
(1)纵向按单梁模型计算。
截面上缘组合应力(-y,+z)
截面上缘组合应力(+y,+z)
截面下缘组合应力(+y,-z)
.截面下缘组合应力(-y,-z)
截面剪力
纵向应力表(单位:
MPa)
应力
位置
跨中
支点
模型
折减
系数
折减后
模型
折减
系数
折减后
拉应力
上缘
—
1.05
—
123.0
1.11
136.5
下缘
154.0
1.00
154.0
—
1.11
—
压应力
上缘
-119.2
1.05
-125.2
—
1.11
—
下缘
—
1.00
—
-113.3
1.11
-125.8
剪力
—
—
—
—
67.2
—
—
注:
“-”代表压应力,拉应力为正值,压应力为负值。
(2)横梁计算
STA10#边横梁组合应力(最大)
STA10#边横梁剪力
STA11#中横梁组合应力(最大)
STA11#中横梁剪力
STA12#中横梁组合应力(最大)
STA12#中横梁剪力
STA13#边横梁组合应力(最大)
STA13#边横梁剪力
支点横梁应力表(单位:
MPa)
应力
位置
STA10#
边横梁
STA11#
中横梁
STA12#
中横梁
STA13#
边横梁
拉应力
上缘
156.9
53.9
63.3
137.0
下缘
127.0
57.5
52.5
99.8
压应力
上缘
-152.9
-73.8
-62.5
-125.2
下缘
-140.4
-62.7
-56.7
-120.5
剪力
——
98.4
70.0
65.7
88.9
注:
“-”代表压应力,拉应力为正值,压应力为负值。
7.2第二体系应力
实腹式隔板标准间距为3m,将桥面板及U肋、T肋简化为3m跨度的连续梁,翼缘处隔板标准间距1.5m,将桥面板及T肋简化为1.5m跨度的连续梁。
自重采用程序自动计算。
计算宽度内桥面铺装。
汽车荷载:
将200kN轴重简化为作用在纵肋上的集中荷载。
考虑1.4的冲击系数。
计算简图如下:
第二体系计算简图
第二体系计算截面
第二体系应力计算如下:
U肋截面上缘组合应力
U肋截面下缘组合应力
U肋截面剪力
箱室T肋截面上缘组合应力
箱室T肋截面下缘组合应力
箱室T肋截面剪力
翼缘T肋截面上缘组合应力
翼缘T肋截面下缘组合应力
翼缘T肋截面剪力
第二体系应力表(单位:
MPa)
应力
位置
U肋截面
箱室T肋截面
翼缘T肋截面
拉应力
上缘
18.2
34.2
15.1
下缘
112.8
156.1
92.2
压应力
上缘
-38.9
-72.2
-32.1
下缘
-52.7
-74.0
-43.4
剪力
——
22.9
29.1
33.7
注:
“-”代表压应力,拉应力为正值,压应力为负值。
7.3应力验算
(1)根据第一体系、第二体系计算应力结果,截面上缘叠加后最大拉应力170.7MPa,最大压应力-179.4MPa,满足规范要求限值(270/1.1)。
截面下缘最大拉应力154.0MPa,最大压应力-125.8MPa,满足规范要求限值(270/1.1)。
纵向模型截面最大剪应力67.2MPa,支点横梁最大剪应力98.4MPa,满足规范要求限值(150/1.1)。
(2)根据第一体系纵向、横向计算应力结果,对中支点横梁应力叠加,计算结果如下:
表1
位置
STA10#边横梁上缘
STA10#边横梁下缘
STA13#边横梁上缘
STA13#边横梁下缘
中支点第一体系纵向正应力σx(MPa)
48.8
24.7
55.9
20.4
中支点处横向正应力σy(MPa)
-152.9
-140.4
-125.2
-120.5
截面剪应力τ(MPa)
0
0
0
0
主截面正应力σ1(MPa)
48.8
24.7
55.9
20.4
主截面正应力σ3(MPa)
-152.9
-140.4
-125.2
-120.5
叠加应力σr4(MPa)
182.3
154.2
160.6
131.9
应力限值fd(MPa)
270
270
270
270
重要性系数γ0
1.1
1.1
1.1
1.1
是否满足规范要求
是
是
是
是
表2
位置
STA11#中横梁上缘
STA11#中横梁下缘
STA12#中横梁上缘
STA12#中横梁下缘
中支点第一体系纵向正应力σx(MPa)
136.5
-125.5
133.9
-125.8
中支点处横向正应力σy(MPa)
-73.8
57.5
-62.5
52.5
截面剪应力τ(MPa)
0
0
0
0
主截面正应力σ1(MPa)
136.5
57.5
133.9
52.5
主截面正应力σ3(MPa)
-73.8
-125.5
-62.5
-125.8
叠加应力σr4(MPa)
184.8
162.1
173.8
158.7
应力限值fd(MPa)
270
270
270
270
重要性系数γ0
1.1
1.1
1.1
1.1
是否满足规范要求
是
是
是
是
注:
“-”代表压应力,拉应力为正值,压应力为负值。
12、支撑加劲肋验算
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第5.3.4条规定,对支承加劲肋进行验算,按基本组合最大支承反力计算。
位置
边支点
中支点
腹板厚度
tw
mm
30
30
支座反力设计值
Rv
N
10189030
23565020
重要性系数
γ0
-
1.1
1.1
支撑加劲肋
对数
ns
-
3
3
间距
bs
mm
300
400
面积
As
mm2
57000
115500
局部承压强度验算
上支座宽度
B
mm
750
1215
下翼板厚度
tf
mm
16
25
支座垫板厚度
tb
mm
40
50
腹板局部承压有效计算宽度
Beb
mm
862
1365
计算应力
-
MPa
135.3
165.7
承压应力
fcd
MPa
355
355
验算结果
是
是
竖向受压强度验算
腹板有效宽度
Bev
mm
1320
3040
计算应力
-
MPa
232.0
250.8
承压应力
fd
MPa
270
270
验算结果
是
是
13、腹板验算
9.1腹板应力验算
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第5.3.1第4条规定,平面内实腹式构件在正应力和剪应力共同作用时应满足下式:
重要性系数
γ0
-
1.1
正应力
σx
MPa
123
剪应力
τ
MPa
48.6
抗拉,抗压,抗弯
fd
MPa
270
抗剪
fvd
MPa
155
0.61
验算结果
OK
9.2腹板厚度验算
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第5.3.3第1条规定,验算腹板最小厚度。
位置
边支点
中支点
钢材型号
-
-
Q345
Q345
抗剪强度
fvd
MPa
155
155
基本组合腹板剪应力
τ
MPa
67.2
52.8
腹板计算高度
hw
mm
3468
4768
折减系数
η=max{SQRT(τ/fvd),0.85}
-
0.85
0.85
腹板最小厚度
竖向加劲肋+1道纵向加劲肋
ηhw/240
mm
9.5
-
竖向加劲肋+2道纵向加劲肋
ηhw/310
-
13.1
设计腹板厚度
tw
mm
16
20
腹板厚度是否满足条件
是
是
9.3腹板加劲肋验算
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第5.3.3第2条规定,验算腹板竖向加劲肋间距。
腹板计算高度
hw
mm
4768
4586
竖向加劲肋间距
a
mm
1050
1500
基本组合腹板正应力
σ
MPa
112.5
108.5
基本组合腹板剪应力
τ
MPa
52.8
40.5
0.08
0.24
验算结果
OK
OK
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第5.3.3第3条、第4条规定,验算腹板加劲肋惯性矩。
位置
边腹板
中腹板
腹板厚度
tw
mm
20
20
腹板计算高度
hw
mm
4768
4768
竖向加劲肋
要求刚度
3*hw*tw
mm4
1.14E+08
1.14E+08
实际刚度
It
mm4
6.94E+08
7.57E+08
验算结果
OK
OK
纵向加劲肋
竖向加劲肋间距
a
mm
1500
1500
中间参数
ξl=max{1.5,(a/hw)^2*[2.5-0.45(a/hw)]}
-
1.5
1.5
要求刚度
ξl*hw*tw
mm4
5.72E+07
5.72E+07
实际刚度
Il
mm4
7.10E+07
7.32E+07
验算结果
OK
OK
14、抗倾覆稳定性检算
按《公路钢结构桥梁设计规范》(JTGD64-2015)第4.2.2条规定,上部结构采用整体式截面的梁桥在持久状况下结构体系不应发生改变,并应按下列规定验算横桥向抗倾覆性能:
1.在作用基本组合下,单向受压支座始终保持受压状态。
2.当整联只采用单向受压支座支承时,符合下式要求:
——横向抗倾覆稳定性系数,规范取值2.5。
抗倾覆验算示意图
抗倾覆验算表
项目
支座编号
1-1
1-2
1-3
1-4
2-1
2-2
2-3
2-4
3-1
3-2
3-3
3-4
4-1
4-2
4-3
4-4
li(m)
0
13.2
18.8
32
0
13.2
18.8
32
0
13.2
18.8
31.5
0
13.2
18.8
31.5
支座竖向力
RGki(永久作用标准值效应)
4631
4264
4108
3740
9499
8574
8182
7257
7696
7752
7776
7830
3086
3126
3144
3183
失效支座对应最不利汽车荷载的标准值效应
Rqki,12
-465
-422
-403
-360
0
0
0
0
0
0
0
0
-344
-349
-351
-355
Rqki,13
-465
-422
-403
-360
0
0
0
0
0
0
0
0
-344
-349
-351
-355
Rqki,14
-465
-422
-403
-360
0
0
0
0
0
0
0
0
-344
-349
-351
-355
Rqki,22
0
0
0
0
-297
-277
-269
-249
0
0
0
0
0
0
0
0
Rqki,23
0
0
0
0
-297
-277
-269
-249
0
0
0
0
0
0
0
0
Rqki,24
0
0
0
0
-297
-277
-269
-249
0
0
0
0
0
0
0
0
Rqki,32
0
0
0
0
0
0
0
0
-282
-276
-273
-267
0
0
0
0
Rqki,33
0
0
0
0
0
0
0
0
-282
-276
-273
-267
0
0
0
0
Rqki,34
0
0
0
0
0
0
0
0
-282
-276
-273
-267
0
0
0
0
Rqki,42
-411
-373
-357
-319
0
0
0
0
0
0
0
0
-385
-390
-392
-397
Rqki,43
-411
-
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- 关 键 词:
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