钢箱梁计算示例1116汇总.docx
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钢箱梁计算示例1116汇总
5.8.3钢箱梁设计计算示例
一、设计资料
城一A级
17.25m(四车道)
45m
44m
1.80m
1/24.4
1、设计荷载:
2、桥面净宽:
3、标准跨径:
4、计算跨径:
5、主梁高度:
6、高跨比:
7、主要材料:
钢板采用符合国标《桥梁用结构钢》GB/T714-2000的可焊接低合金高强度桥梁用结构钢Q345q质量等级D级;
桥面铺装采用0.08m的SMA沥青混凝土;&设计规范与参考:
城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)
公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)
铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)
道路桥示方书•钢桥篇(日本道路协会)
英国标准BS5400钢桥、混凝土桥及结合桥(西南交通大学出版社)
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
二、设计断面与尺寸
钢箱梁的横断面、立面以及局部加劲构造见图5.8.3-1
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a、断面图
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1:
b、立面图
C、纵向U型加劲肋与横向加劲肋
图583-1设计断面与尺寸
顶板:
t=14mm
腹板:
t=12mm
顶板纵向加劲肋:
U型,上口宽360mm,下口宽240mm,高300mm,t=8mm,间距740mm顶板横向加劲肋:
腹板高520mm,t=14mm;下翼板宽200mm,t=16mm;间距2.75m
腹板竖向加劲肋;
板宽400mm,t=12mm;
底板纵向加劲肋:
板宽200mm,t=12mm;
底板横向加劲肋:
腹板高400mm,t=12mm;上翼板宽200mm,t=14mm;间距2.75m
三、桥面系(第二体系)计算
箱梁顶板第二体系(桥面系)是由钢盖板、纵肋和横肋组成的正交异性板,该体系支撑在主梁上,仅承受桥面车轮荷载,见图583-2。
经典实用的手算方法有P-E法。
本例采用梁格系电算方法计算。
1、计算简图
5503
in
5跨计算。
图583-2桥面系梁格构造图
单独计算第二体系时,主梁腹板位置按竖向支撑考虑,取
2、纵横肋的截面特性
参考日本道路协会《道路桥示方书-III钢桥篇》6.2钢床板的有关规定。
(1)纵肋桥面钢板有效宽度及截面特性
纵肋间距:
b1=360/2=180mm,b2=380/2=190mm平均B=185mm
纵肋跨径:
L=2.75m,多跨连续支撑,等效跨径L=0.6*2.75=1.65m宽跨比b/L=0.185/1.65=0.112
纵肋断面尺寸见图5.8.3-3
纵肋上翼板的平均单侧有效宽度
入={1.06-3.2(b/L)+4.5(b/L)2}b=(1.06-3.2*0.112+4.5*0.1122)*0.185=0.758*0.185=0.140m
图5.8.3-3纵肋断面尺寸纵肋截面特性:
A=14566mm2
I=2.008x108mm4
Ys=95.5mm
Yx=218.5mm
54
J=6.557x10mm
(2)横肋桥面钢板有效宽度及截面特性横肋跨径(腹板间距)
等效跨径
边跨:
中跨:
支点:
入1=0.15L1=0.15*3.04=0.456m
入2=0.15L2=0.15*2.28=0.342m
入3=0.15L3=0.15*1.52=0.228
-3800_
-3^00
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5010
J
十
L
——
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图583-4横肋上翼板有效宽度
V—d
横肋上翼板有效宽度汇总见表5.8.3-1
表5.8.3-1
截面特性
入1(边室中)
入2(中室中)
入3(腹板处)
面积(mm2)
23248
20056
16864
惯性矩(mm4)
1.0244x1(?
0.9328X109
0.8066X109
形心至上缘距离(mm)
164
189
224
形心至下缘距离(mm)
386
361
326
(3)荷载
1)、恒载:
纵肋钢重:
0.017*78.5=1.335kN/m
纵肋上铺装:
0.08*0.74*24=1.421kN/m
横肋钢重:
0.0105*78.5=0.83kN/m
2)汽车轮载:
车辆荷载轮载标准如图5.8.3-5
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2H
冲击系数:
取活载作用计算跨径L=2.75m
u=1+15/(37.5+2.75)=1.373
(4)应力计算结果
表5.832
位置
恒载弯矩
(kN.m)
活载弯矩(包括冲击影响)
(kN.m)
弯矩合计
(kN.m)
上缘应力
(Mpa)
下缘应力
(Mpa)
纵肋跨中
0.9
66.0
66.9
-35.4
70.4
纵肋支点
-2.1
-41.1
-42.8
18.4
-50.0
横肋跨中
12.3
121.3
132.7
-32.9
57.8
横肋支点
-18.5
-104.2
-121.4
44.1
-40.3
上表中的第二体系应力,均小于容许应力2]=160Mpa。
四、主梁应力(第一体系)计算
1、全截面特性
52
A=6.9639x10mm
114
1=4.3717x10mm
Ys=680mm
Yx=1134mm
114
J=9.2957x10mm
计算项
腹板内侧
腹板外侧
b(m)
1.90
3.425
L(m)
44
44
b/L
0.043
0.078
翼板面积Ay(m2)
0.0266
0.0480
纵向加劲面积Aj(m2)
0.01652
0.02402
a=Aj/Ay
0.621
0.501
J简支梁的有效宽度比》
0.972
0.928
日本桥规中的入值
1.0*1.90
0.944*3.425
翼缘有效宽度b'm)
1.846
3.178
2、有效翼缘宽度计算
在计算箱梁翼缘应力时,要考虑剪力滞影响,参考英国标准定和日本道路桥示方书的规定,计算箱梁翼板的有效宽度见表
BS5400规
5.833。
表5.8.3-3
翼缘有效宽度合计(m)
17.432
翼缘有效宽度截面惯性矩
(m4)
0.42793
翼缘有效宽度惯性矩系数
0.968
注:
1)入值根据日本道路桥示方书钢桥篇8.3.4条计算;
2)书值根据英国标准BS5400第三篇8.2节表4查取,为简化计算,统一取四分之一跨处的书值。
设计中偏安全取上述较小值。
3、有效截面惯性距系数
I'=0.42793/0.44178=0.968
5、内力与应力计算结果
位置
恒载弯矩
(kN.m)
活载弯矩(包括冲击影响)
(kN.m)
弯矩合计
(kN.m)
上缘应力
(Mpa)
下缘应力
(Mpa)
主梁跨中
29296
18151
47447
-84.0
133.5
表5.834
主梁跨中内力与应力汇总
Tm=27.1MPa
Tq1=24.1MPa
Tq2=18.0Mpa
五、支点处腹板平均剪应力恒载时:
活载剪力最大时:
活载扭矩最大时:
六、箱梁约束扭转翘曲应力
活载偏心作用下,箱梁截面翘曲受到约束而产生纵向应力。
为简化计算,
多室箱梁内腹板略去不计。
参考英国标准BS5400方法计算跨中截面翘曲应力。
1、下翼缘与腹板连接处的最大纵向翘曲应力
DT611
ctt^/b=——=1785*3276x10/9.29567x10=6.29Mpa
J
2、上翼缘与腹板连接处的最大纵向翘曲应力
(Bb、2DT
bTWT=(M)2B
BTJ(1十週3
Bt
26113
=(11400/11400)*1785*3276x10/(9.29567x10*(1+2*3425/11400))=1.53MPa
3、上翼缘外侧最大纵向翘曲应力
cttwt(1+经)=1.53*(1+2*3.425/11.40)=2.45MPaBt
Be
箱梁约束扭转翘曲应力分布见图5.8.3-6。
r—:
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Q
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■
Bb
]=|LJII1[]IL1III[~J
(yTWTmax
Be
2Br
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T-lI广IIlT1[
图583-6箱梁约束扭转翘曲应力分布
七、组合应力
1)桥面板:
-84.0Mpa;
-35.4Mpa;
在第一体系中,桥面板作为箱梁顶板,在跨中位置的最大应力是在第二体系中,桥面板作为纵肋顶板,在横肋之间的最大应力是箱梁约束扭转作用下的纵向翘曲应力是-2.45Mpa对应位置处桥面板的合成应力:
-84.0-35.4-2.5=-121.9Mpa
2)纵肋:
在第一体系中,纵肋组成箱梁顶板,在跨中位置的下缘最大应力是-46.4Mpa;
在第二体系中,纵肋在横肋处的下缘最大应力是-50.0Mpa;
两个体系对应位置处纵肋的合成应力:
-46.4-50.0=-96.4Mpav[b]=210MPa
3)底板:
在第一体系中,箱梁顶板在跨中位置的最大应力是133.5Mpa;
箱梁约束扭转作用下的最大纵向翘曲应力是6.3Mpa
对应位置处桥面板的合成应力:
133.5+6.3=139.8Mpa<^]=210MPa
八、跨中静活载挠度
fg=67mm
fq=38.5mm=L/1142vL/800
设置预拱度:
f=fg+fq/2=67+38.5/2=86mm
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