40.625+72+72+43.625m连续钢箱梁上部结构计算书2017.07目录一、概述 (1)1.1桥梁简介 (1)1.2 模型概况 (1)1设计规范 (1)2参考规范 (1)3主要材料及性能指标 (2)4 整体模型概述 (2)二模型主要计算结果 (5)2.1 结构刚度 (5)1 车道荷载挠度值 (5)2 预拱度设置 (6)3 正交异形板桥面顶板挠跨比 (7)2.2 反力计算 (8)三钢箱梁验算 (9)3.1顶底板强度验算 (9)1计算第一体系 (9)2计算第二体系 (13)3.2 腹板验算 (18)1 厚度验算 (18)2 强度验算 (18)3 腹板纵向加劲肋构造验算 (19)4 腹板横向加劲肋构造验算 (20)5 腹板屈曲验算 (21)3.3 正交异性桥面板匹配性验算 (23)1 构造验算 (23)2 受压顶板纵肋刚度验算 (23)3 受压顶板横肋刚度验算 (24)4 桥面板匹配性验算 (24)3.4支承加劲肋验算 (24)3.5 屈曲计算 (25)1 整体稳定计算 (25)2 局部稳定计算 (25)四、结论 (26)建议： (27)一、概述1.1桥梁简介40.625+72+43.625m连续钢箱梁，跨中梁高2.5m，中墩处梁高4.2m。
梁宽由17.6m渐变至21.4m。
主梁线型为圆曲线，中心线位于半径R=326m的圆弧上。
顶板厚16~28mm，腹板厚16 ~18mm，底板厚16~28mm。
采用Q345C材质。
边支点横断面中墩处横断面1.2 模型概况1设计规范《公路工程结构可靠度设计统一标准》（GB/T 50283-1999）;《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）《桥梁用结构钢》（GB/T 714-2008）2参考规范《道路桥示方书·同解说》（日本道路协会，平成8年12月）3主要材料及性能指标主梁采用Q345C钢材，其主要力学性能见下表。
钢材力学性能表4 整体模型概述1）整体模型简介对原桥进行合理简化，取平均宽度20m进行全桥等宽度建模。
整体模型采用Midas Civil 2015软件建立，主梁工划分为97个单元，150个节点，桥梁采用盆式支座，以弹性连接中输入各方向刚度模拟，支座径向布置，支座与主梁采用刚性连接。
计算模型如下图所示。
整体计算模型示意图2）计算剪力滞考虑剪力滞影响计算，根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）5.1.8条，计算剪力滞有效分布宽度。
半幅顶板考虑剪力滞后有效宽度计算表由上面计算知道，剪力滞对中支点处梁体影响较大，应与考虑。
3）荷载恒荷载：包括自重和二期荷载。
横隔板和加劲肋重力以点荷载形式加在实际位置。
二期荷载包括7cm沥青铺装和3道防撞墙，均布荷载分别按52kN/m和30kN/m考虑。
温度作用：升温按25℃考虑，降温按-20℃考虑；由于中国规范未对钢箱梁桥温度梯度有明确规定，故按欧洲规范Eurocode（1991-1-5:2003）取用，包括温度梯度升温和温度梯度降温。
如下图所示。
温度梯度加载示意图汽车荷载：公路-I级；按5车道加载，考虑两种偏载工况。
经计算桥梁基频f=0.26<1.5，根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）第4.3.2条，取冲击系数μ=0.05。
两种布载形式见下图。
偏载1布载偏载2布载制动力：根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）第4.3.5条计算，均布于全跨。
q1=0.1*[10.5*(40.625+72+43.625)+360]*2.34/(40.625+72+43.625)=3kN/m离心力：根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）第4.3.3条，离心力系数：由v=100km/h，R=326.0m算得C=0.24。
将离心力也均布于全跨，方向为径向向外。
q2=5*550*0.6*0.24/(40.625+72+43.625)=2.53kN/m4）荷载组合根据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）的规定，运营阶段分析主要考虑一下5种荷载组合。
①组合一：恒载+汽车；②组合二：恒载+汽车+升温+正温度梯度+基础沉降+制动力+离心力③组合三：恒载+汽车+升温+负温度梯度+基础沉降+制动力+离心力④组合四：恒载+汽车+降温+正温度梯度+基础沉降+制动力+离心力⑤组合五：恒载+汽车+降温+负温度梯度+基础沉降+制动力+离心力二模型主要计算结果2.1 结构刚度1 车道荷载挠度值根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）4.2.3条，桥梁汽车荷载作用下的最大向下竖向挠度为：偏载1：Dz=33.4+8.3=41.7mm＜72000/500=144mm，满足规范要求。
偏载2：Dz=29.4+7.3=36.7mm＜72000/500=144mm，满足规范要求。
两种偏载在汽车荷载作用下竖向位移包络图如下：偏1作用下竖向位移包络图（单位：mm）偏2作用下竖向位移包络图（单位：mm）2 预拱度设置根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）4.2.4条，钢桥应设置预拱度，预拱度大小视实际需要而定，宜为结构自重标准值加1/ 2车道荷载频遇值产生的挠度值，频遇值系数为1.0。
自重标准值+1/2偏载1频遇值作用下竖向挠度（单位：mm）自重标准值+1/2偏载2频遇值作用下竖向挠度（单位：mm）由上图可见，自重+1/2偏载1作用下主梁挠度最大，因此以此工况作为预拱度设置依据。
详见下表：3 正交异形板桥面顶板挠跨比根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）8.2.5条，正交异形板顶板的挠跨比D/L≤1/700。
查询“2计算第二体系”，局部模型挠度如下图所示。
正载作用最大挠度图D1/L=0.08/300=1/3750≤1/700，满足规范挠跨比要求。
D2/L=0.15/300=1/2000≤1/700，满足规范挠跨比要求。
偏载作用最大挠度图D1/L=0.16/300=1/1875≤1/700，满足规范挠跨比要求。
D2/L=0.1/300=1/3000≤1/700，满足规范挠跨比要求。
开口肋上方作用最大挠度图D1/L=0.26/450=1/1730≤1/700，满足规范挠跨比要求。
D2/L=0.1/450=1/1730≤1/700，满足规范挠跨比要求。
2.2 反力计算在恒载+偏载车道荷载标准组合作用下，支座反力包络值如下图所示。
恒载+偏1标准组合包络（max）作用下支座反力图（kN）恒载+偏1标准组合包络（max）作用下支座反力图（kN）三钢箱梁验算3.1顶底板强度验算1计算第一体系考虑到前面剪力滞的影响，这里需要对顶底板有效宽度进行调整，以支点截面为例，调整后的截面形状如下图所示。
中支点断面调整后形状示意图半横断面调整后截面特性调整后惯性矩: I’=[650843594156+220997×(1786-1516)2+832113637872+244606×(2066-1786)2+598287961080+198008×(1682-1786)2+598319120930+198019×(1682-1786)2+832160798913+244617×(2066-1786)2+737008477869+221652×(2081-1786)2+543167408983+193165×(1503-1786)2]=4885462504167 mm4调整前惯性矩：I=5510970000000mm4调整系数=I’/I=0.887为此，在模型中查询得到中支座处的正应力应放大：(1/0.887-1)×100%=12.7%基本组合包络（all）作用梁体顶板最大拉应力（MPa）基本组合包络（all）作用梁体顶板最大压应力（MPa）考虑中支座处放大12.7%，则顶板最大拉应力=95.58×1.127=107.74MPa，其他部位剪力滞引起的应力增大很小，可以忽略，则顶板的最大压应力70.33MPa。
由于顶板是正交异性板，在汽车荷载作用下，需要考虑第一和第二体系的叠加作用，所以尚需对顶板受压区进行第二体系计算。
见“2 计算第二体系”。
根据第二体系计算结果，中墩墩顶处顶板在车辆荷载（含冲击系数0.4）作用下最大拉应力为20.4MPa，两体系组合为1.1×（107.74+20.4×1.8）=158.90MPa＜270MPa，满足规范要求。
跨中处顶板在车辆荷载作用下最大压应力MPa，两体系组合为（尚未完成局部计算）基本组合包络（all）作用梁体底板最大拉应力（MPa）基本组合包络（all）作用梁体底板最大压应力（MPa）考虑中支座处放大12.7%，则底板最大压应力=88.6×1.127=99.85MPa＜275MPa，他部位剪力滞引起的应力增大很小，可以忽略，则底板的最大拉应力=131.7MPa＜275MPa。
底板应力满足规范要求。
2计算第二体系取第一体系中顶板应力较大的区段，进行第二体系应力计算。
取中墩墩顶区段进行计算，该区域长度4m，每隔1m设置1道横隔板，共计5道。
由对称性只取2m进行计算。
模型网格尺寸取50mm～60mm，对轮胎作用局部区域进行进一步细分。
整个模型共有单元272474个，节点239983个。
计算模型见下图。
有限元计算模型图边界条件共3类：1、支座处提供的支座约束，按实际位置布置，支座面积取400*400mm；2、正交异性钢桥面板第二体系约束，假定桥面支撑于两横隔板中间，因此对横隔板下方设置简支；3、对称约束。
边界条件设置图中墩墩顶支座约束表（以顺桥向为X，横桥向为Z）车辆荷载按正载和偏载进行加载。
正载偏载取最重轮重140kN进行加载，考虑70mm厚沥青铺装的扩散作用，并考虑冲击系数0.3，则加载荷载P=100000×1.4/（740×390）=0.485MPa。
工况设置见下表。
工况设置详表工况六- 靠近支座侧的两块横隔板之间开口肋工况一顶板顶面纵向应力图（MPa）工况一顶板底面纵向应力图（MPa）工况一顶板顶面mises应力图（MPa）工况一顶板底面mises应力图（MPa）工况二顶板顶面纵向应力图（MPa）工况二顶板底面纵向应力图（MPa）工况二顶板顶面mises应力图（MPa）工况二顶板底面mises应力图（MPa）工况三顶板顶面纵向应力图（MPa）工况三顶板底面纵向应力图（MPa）工况三顶板顶面mises应力图（MPa）工况三顶板底面mises应力图（MPa）工况四顶板顶面纵向应力图（MPa）工况四顶板底面纵向应力图（MPa）工况四顶板顶面mises应力图（MPa）工况四顶板底面mises应力图（MPa）工况五顶板顶面纵向应力图（MPa）工况五顶板底面纵向应力图（MPa）工况五顶板顶面mises应力图（MPa）工况五顶板底面mises应力图（MPa）工况六顶板顶面纵向应力图（MPa）工况六顶板底面纵向应力图（MPa）工况六顶板顶面mises应力图（MPa）工况六顶板底面mises应力图（MPa）3.2 腹板验算1 厚度验算设置横向加劲肋和一道纵向加劲肋，根据第一体系计算，在基本组合作用下支点附近腹板最大剪应力如下图所示。