2022年m组合梁上部结构计算[归 .pdf

一、概述一跨简支，标准跨径：40m，计算跨径 38.5m，斜交角 77，主梁中心高1.8m，采用预弯钢 - 砼组合箱梁结构，钢箱梁中心高1.5m，采用 Q345C钢材， 现浇混凝土C50 钢纤维混凝土，厚 30cm。桥型截面布置如下（单位：mm） ：单幅桥主梁断面图1 二、主梁材料及参数1主梁 Q345C钢，工厂预制。Q345C钢物理力学性能如下：弹性模量 : Es2.06x105 MPa 剪切模量 : Gs 0.79x105 MPa 质量密度 : r 78.5 kN/m3 线膨胀系数 : as1.2 x10-5/ 泊松比 : ms0.3 应力松弛 : s1.5% 局部次要钢结构采用Q235C钢钢材基本容许应力（MPa ） ：钢材型号轴向应力 弯曲应力 w 剪应力 Q345C 200（189）210（198.5 ）120（113.4 ）Q235C 140 145 85 对于 Q345C 钢材，厚度 16mm 钢板采取上表括号外数值，对于1620m，单侧人行道宽度2.5m，根据城市桥梁设计荷载标准（CJJ 77-98）（ 4.5-2* （38.5-20 ）/80 ）* （20-2.5 ）/20 3.53 kN/m 4）汽车荷载（城-A ，计算跨径38.5m）q10 kN/m （计算弯矩）q15 kN/m （计算剪力）P300 kN （集中力）冲击系数：根据城市荷载规范，车道荷载冲击系数20/（80+38.5） 0.169 车辆荷载冲击系数0.6686-0.3032*log38.5 0.188 5）其它可变荷载施工荷载：主梁混凝土现浇层浇注过程考虑施工机械、人员荷载对每片梁按10kN/m取值。四、计算模型单幅桥上部结构由三片梁共同作用，相邻梁之间通过两端横梁及12 片中横梁连接， 采用偏心受压法计算横向分布系数。横向分布系数1梁2梁3梁人行道构件及人群0.984 0.333 -0.318 人行护栏1.104 0.333 -0.438 防撞墙-0.422 0.333 1.09 中间给水管及支撑板-0.5 0.333 1.167 汽车两个车道（不折减）1.073 0.667 1.49 三个车道（ *0.8 折减系数）0.9 0.8 1.4 （横向分布系数详见图，2梁处于中间，其分布系数为1/3）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - - - - - - - 1梁横向分布系数图示3梁横向分布系数图示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 主梁计算分施工阶段和使用阶段，施工阶段具体施工步骤及受力控制截面见下图，使用阶段受力截面与施工阶段五截面一致。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 1、 施工阶段一施工阶段一： AB 段预制梁拼接后进行吊装，与准备拼接C 段预制梁计算截面模型文件见施工阶段一.mcb（Midas-Version6.7.1 ）主要荷载：主梁自重、设备荷载、拼接荷载弯矩包络图： （kNm） -8 415 965 1360 1599 1683 1683 1611 1455 1001 463 -231 -58 -11 284 658 916 1059 1090 1086 997 855 474 -511 -511 -178 剪力包络图： (kN）最大 : 400 最小 : -363 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 主梁上缘应力图:（kPa）最大 : 8128 最大 : 8128 最小 : -26768 最小: -26768 主梁下缘应力图： （kPa）最大 : 15342 最大 : 15342 最小 : -4659 最小 : -4659 主梁剪应力： (kPa) 最大 : 9207 最小 : -8343 根据内力包络图，手工核算主梁应力如下（考虑截面塑性发展系数1.05 ） ：Mymax 1683 kNm Mymin -511 kNm Vmax400kN 下缘最大应力 Mymax*Yx/Ix=1.05*1683*0.5465/0.0599=16122kPaw 200000kPa OK！上缘最大应力 Mymax*Ys/Ix=1.05*1683*0.9535/0.0599=28130 kPaw 200000kPa OK！腹板最大剪应力Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=400/(1.456*0.032)=8585kPa120000kPa OK！主梁竖向位移（m） ：最小 : -0.0052最大 : 0.0032主梁最大竖向位移max-0.0052m19.75/800 0.0247m OK！2、施工阶段二施工阶段二为C 段梁也连接好，考虑主梁上机械设备人员荷载10kN/m ，并考虑不利因素，作用一跨和整跨布置，计算截面与施工阶段一一致名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 计算截面模型文件见施工阶段二.mcb（Midas-Version6.7.1 ）主要荷载：主梁自重、设备荷载（满布和单跨布置）弯矩包络图： （kNm）最大 : 1148 最大 : 1152 最小 : -1592 最小 : -1592 剪力包络图： (kN）: 456 最大 : 448 最小 : -420 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 主梁上缘应力图:（kPa）最大 : 25320 最大 : 25320 最小 : -18253 最小 : -18322 主梁下缘应力图： （kPa）最大 : 10461 最大 : 10501 最小 : -14512 最小 : -14512 主梁剪应力： (kPa) 最大 : 10499 : 10309 最小 : -9663 根据内力包络图，手工核算主梁应力如下（考虑截面塑性发展系数1.05 ） ：Mymax 1152kNm Mymin -1592 kNm Vmax456 kN 下缘最大应力 Mymax*Yx/Ix=1.05*1592*0.5465/0.0599=15250kPaw 200000kPa OK！上缘最大应力 Mymax*Ys/Ix=1.05*1592*0.9535/0.0599=26608 kPaw 200000kPa OK！腹板最大剪应力Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=456/(1.456*0.032)=9787kPa120000kPa OK！主梁竖向位移（m） ：最大 : 0.0004最小 : -0.0030主梁最大竖向位移max-0.0052m19.75/800 0.0247m OK！名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 3、施工阶段三施工阶段三为主梁焊接好后，浇注临时墩顶混凝土现浇层，混凝土不参与受力，仅作为荷载考虑，同时考虑主梁上机械设备人员荷载10kN/m ，并考虑不利因素，作用一跨和整跨布置，计算截面与施工阶段一一致。计算截面模型文件见施工阶段三.mcb（Midas-Version6.7.1 ）主要荷载：主梁自重、设备荷载（满布和单跨布置）、中间混凝土现浇层湿重弯矩包络图： （kNm）最大 : 1378 最大 : 1410 最大 : 1401 最小 : -2178 最小 : -2178 剪力包络图： (kN）: 724 最大 : 716 最小 : -627 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 主梁上缘应力图:（kPa）最大 : 34644 最大 : 34644 最小 : -21919 最小 : -22422 最小 : -22281 主梁下缘应力图： （kPa）最大 : 12563 最大 : 12851 最大 : 12770 最小 : -19856 最小 : -19856 主梁剪应力： (kPa) : 16659 最大 : 16469 最小 : -14428 根据内力包络图，手工核算主梁应力如下（考虑截面塑性发展系数1.05 ） ：Mymax 1401kNm Mymin -2178kNm Vmax728 kN 下缘最大应力 Mymax*Yx/Ix=1.05*2178*0.5465/0.0599=20864kPaw 200000kPa OK！上缘最大应力 Mymax*Ys/Ix=1.05*2178*0.9535/0.0599=36403 kPaw 200000kPa OK！腹板最大剪应力 Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=728/(1.456*0.032)=15625kPa120000kPa OK！主梁竖向位移（m） ：最大 : 0.0005最小 : -0.0038主梁最大竖向位移max-0.0038m19.75/800 0.0247m OK！名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 4、施工阶段四中间临时墩主梁混凝土现浇层强度达到95后浇注其余部分混凝土现浇层，中间现浇层参与受力，其余作为湿重荷载。计算截面一计算截面二（混凝土按C45 考虑，此处将混凝土面积折算成等效钢截面，弹性模量之比：nE Ec/Es3.45x104/2.06x1050.167）等效截面如下：模型文件见施工阶段四.mcb（Midas-Version6.7.1 ）名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - - - - - - - 主要荷载：主梁自重、设备荷载（满布和单跨布置）、两边混凝土现浇层湿重弯矩包络图： （kNm）最大 : 1942 最大 : 1942 最小 : -4148 最小 : -4148 剪力包络图： (kN）最大 : 942 最小 : -837 主梁上缘应力图:（kPa）程序只计算出钢梁截面应力，联合截面下面通过手工计算进行验算最大 : 7078 最小 : -30898 最小 : -30898 主梁下缘应力图： （kPa）程序只计算出钢梁截面应力，联合截面下面通过手工计算进行验算最大 : 17709 最大 : 17709 最小 : -4057 主梁剪应力： (kPa) 程序只计算出钢梁截面应力，联合截面下面通过手工计算进行验算最大 : 10456 最小 : -12589 根据内力包络图，手工核算主梁应力如下（考虑截面塑性发展系数1.05 ） ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 联合截面应力验算Mymax 1942kNm Mymin -4148kNm Vmax942 kN 下缘最大应力 Mymax*Yx/Ix=1.05*4148*1.2204/0.1738=30583kPaw 200000kPa OK！上缘最大应力 Mymax*Ys/Ix=1.05*4148*0.4546/0.1738=11392 kPaw 200000kPa OK！腹板最大剪应力 Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=942/(1.456*0.032)=20218kPa120000kPa OK！主梁竖向位移（m） ：最大 : 0.0045最大 : 0.0045主梁最大竖向位移max-0.0045m19.75/800 0.0247m OK！5、施工阶段五主梁现浇层浇注完并达到设计强度后，由于此时主梁为联合截面，主梁受力比施工阶段四更为有利，故不对此阶段进行单独验算。6、使用阶段使用阶段计算截面（此处将混凝土面积折算成等效钢截面，弹性模量之比：nEEc/Es3.45x104/2.06x1050.167）等效截面如下：使用阶段荷载组合详见荷载组合表，其中温度梯度作用和混凝土收缩徐变作用详见以下计算名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 1、 温度顶板升温对简支梁有利，不予考虑，仅考虑顶板降温，降温模式如图：截面等效成混凝土截面：因为轴力被释放，所以不予考虑，仅考虑弯矩效应。Mt0 - Ay*ty* c*Ec 0.1*4.8*（ 5.8+2.15 ） /2*1x10-5*3.45x107*（ 0.5854-0.05 ）+0.2*4.8*2.15/2*1x10-5*3.45x107*（0.5854-0.15） 507kNm 2、 收缩徐变收缩徐变按混凝土顶板降温20计算Mt0-Ay*ty* c*Ec 0.1*4.8*20*1x10-5*3.45x107*（0.5854-0.15） 1442kNm 其余各项计算根据主梁构造及规范规定荷载取值，各种荷载组合工况下组合后见表格文件：荷载组合.xlsMmax Qmax 极限荷载组合31599.6 2977.4 应力荷载组合24218.2 2256.0 下缘最大应力 Mymax*Yx/Ix=1.05*24218.2*1.2204/0.1738=178559kPaw 189000kPa OK！上缘最大应力 Mymax*Ys/Ix=1.05*24218.2*0.4546/0.1738=66513 kPaw 200000kPa OK！腹 板 最 大 剪 应 力 Vmax*S/(I*tw)= Vmax /(h*tw)=2256/(1.456*0.032)=48420kPaQmax=2977.4 kN OK ！稳定性验算本桥在施工阶段为开口箱涵，使用阶段通过顶板现浇层联为整体，施工时中间设置临时墩，因此荷载比较小，临时墩撤除后混凝土现浇层已参与整体受力，因此整体性好， 箱梁内部纵、横向均加设缀板，满足构造要求，其整体稳定性和局部稳定性均能满足要求。变形控制按钢桥规规定：对于简支或连续梁由汽车荷载（不计冲击力）所引起得竖向挠度不应超过 L/600 。均布荷载简支梁跨中挠度为： 5qL4/（384EsI0）集中荷载简支梁跨中挠度为： PL3/ （48EsI0）其中汽车荷载对3梁荷载效应最大，引起的竖向挠度值为 5*10*38.54/(384*2.06*108*0.1738)+300*38.53/(48*2.06*108*0.1738) =0.038m38.5/600=0.064m OK! 其余钢梁自重、现浇混凝土层、铺装等附属构造对1梁产生的竖向挠度值0.174m 预拱度设置值取：（ 0.174+0.064 ） 0.12m（上拱），施工图中实际设置15cm。结论从以上对各项指标计算结果可以得出以下结论：主梁上部结构截面强度、刚度、稳定性验算均能满足规范要求。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -