地道架空6m副跨结构验算报告

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1、中铁电气化局石长铁路增建二线工程地道线路架空 6 米副跨结构验 算 书编制： 审核： 批准： 中铁电气化局石长铁路增建二线常德站北移项目部2015 年 08 月目 录1 前 言 .11.1 架空慨况 .12 计算基本资料 .32.1 设计规范及参考资料 .32.2 计算程序及计算参数 .33 架空结构受力检算 .43.1 空间计算模型的建立 .43.2 6 米副跨结构检算 .53.2.2 6 米梁简支状态横梁结构验算 .73.2.3 6 米梁简支状态横梁拼接和悬吊结构验算 .94 结 论 .1001 前 言1.1 架空概况6m 架空副跨构造如图 1-1-1。平面和侧立面图1主梁和横梁大样图横梁

2、分配梁及节点板大样图 1-1-2 6m 便梁构造图（单位：m ）22 计算基本资料2.1 设计规范及参考资料（1） 铁路桥涵设计基本规范 （TB10002.12005）（2） 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范 （TB10002.32005）（3） 铁路桥梁钢结构设计规范 （TB10002.22005）（4） 铁路桥涵地基和基础设计规范 （TB10002.52005）（5） 铁路桥梁抢修（建）技术规程（试行） （参照 2000 年报批稿）（6） 钢结构陈绍藩、顾强主编 中国建筑工业出版社 20032.2 计算程序及计算参数（1）通用有限元程序 MIDAS/Civil V6.71 和部

3、分手算。计算时采用以下计算参数：根据铁路桥梁钢结构设计规范 （TB10002.22005）第 3.1.6 条中的表3.1.6 查得 6 米便梁和工字钢弹性模量取 2.1105MPa，泊松比 0.3，钢材的容重取值 78.5kN/m3。便梁 I56b 工字钢材料为 Q235qD，20b 槽钢材料为Q345qD。查铁路桥梁钢结构设计规范 （TB10002.2-2005）表 3.2.1 得到 Q235qD钢材弯曲容许应力为140MPa，容许剪应力80MPa；Q345qD 钢材弯曲容许应力为200MPa，容许剪应力 120MPa；列车静活载按移动中活载计算，计算钢桥竖向挠度时不考虑桥面系及平联的共同作

4、用，横向频率有要求。33 架空结构受力检算本 6 米副跨纵梁为双拼 I56b 工字钢（采用 Q235D） ，在组合截面下翼缘设置一块 10mm 厚的钢板以便于和横梁连接；钢枕木为双拼20b 槽钢（采用Q345D） ，便梁在使用过程中，应力是否超限是施工过程中关注的主要问题，同时，在中活载作用下变形是否满足相应规范要求也是必须考虑的问题，便梁主梁和钢枕木如图 3-1-1。图 3-1-1 6 米便梁结构概图3.1 空间计算模型的建立在施工过程中采用 6 米副跨，施工过程中 6 米便梁均为简支受力状态。6 米副跨架空结构的模拟：对 6 米便梁建模时进行简化处理，考虑中主梁、横梁，采用梁单元建模，如图

5、 3-1-2。图 3-1-2 TJB 型 6 米便梁模型图43.2 6 米副跨结构检算结构的整体坐标系前进方向为 X 方向，Z 的正方向竖直向上，Y 指向钢枕木方向。3.2.1 6 米梁简支状态主梁结构验算由于列车运行速度为 45km/h，按照铁路桥梁抢修（建）技术规程（试行） 的要求，列车冲击系数取1.092。60)431(V图 3-2-1、3-2-2、3-2-3 示出了简支状态的 6 米边梁在中活载作用下（考虑冲击系数情况下）时主梁竖向位移等值线图、活载和自重作用下最大弯矩和剪力。 -2.953 -2.75 -2.60 -1.465 -0.491 -2.71 -2.49 -1.45 -0.

6、486 . .0图 3-2-1 6 米便梁在列车活载作用下主梁竖向位移等值线图（ 2.953mm，考虑冲击）maxf 40.6 381.9 315.6 210. 40.3 381.2 314.6 208.6 70. 72.1 图 3-2-2 6 米便梁在单线中活载作用下主梁组合弯矩图（kN.m）根据图 3-2-2 所示，弯矩取值取跨中位置弯矩值，即 404600000Nmm。 58.9 1.3 164.3 206.7 58.7 1. 164. 206.5 25. 25.8 图 3-2-3 6 米便梁在单线中活载作用下主梁组合剪力图（ kN）根据图 3-2-2 所示，剪力取值取最大值，即 225

7、800N。6 米便梁在中活载 45km/h 的计算条件下，跨中最大竖向位移为2.95mm（含冲击系数） ，静活载竖向挠跨比为 1/2194。根据钢结构附录 1 中的型钢规格表查得单根 I56b 工字钢的截面几何特性为：5410685mIx 310247mWxSx472d5.双拼 I56b 主梁最大弯曲应力： 82.67MPa =140MPaWM24706双拼 I56b 主梁最大剪应力：16.49MPa =80MPa5.14278dIQSx 我国桥梁钢结构设计规范主要采用容许应力法。容许应力设计以弹性设计理论为基础，设计准则是： 式中： 结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系数（即所有荷载组合

8、系数均是 1.0） ；设计规范规定的允许应力，对于钢结构约为 ； /1.7yf钢材的屈服强度，1.7 为综合安全系数；yf不同荷载组合时的容许应力提高系数。桥梁结构钢强度的允许应力一般以钢材的屈曲强度为依据除以某一安全系数 k，同时考虑结构的应力状态，板厚，板间的局部稳定等因数综合确定。安全系数由材料的匀质系数，超载系数和工作条件等综合确定，一般约 1.7。桥梁结构在设计使用期内，几种可变荷载同时出现或偶然出现的可能性一般比经常出现的主要载荷组合小。为了考虑不同荷载统计特性的影响，在验算结构的强度和稳定时，基本钢材和各种连接件的容许应力应乘以容许应6力提高系数。按照铁路桥梁抢修（建）技术规程（

9、试行） ，考虑结构的重要性等因素，将容许应力给予一定的提高系数，Q235D 桥梁钢结构的轴向容许应力取弯曲容许应力取 140MPa，剪应力为 80MPa。从以上的计算结果可以看出，在恒载、中活载作用下主梁最大弯曲应力值为 82.67MPa，剪应力为 16.49MPa，均满足规范的要求。3.2.2 6 米梁简支状态横梁结构验算图 3-2-4、3-2-5、3-2-6 示出了简支状态的 6 米便梁在中活载作用下（考虑冲击系数情况下）时横梁活载和自重作用下最大弯矩、剪力和轴力。 1. 79.2 80.2 80. 28.952.4 1.0 51.828.6 79.5 7.176.9 -371. .4 1

10、.3-16 -60-37- -14 1.4 .4 1.4图 3-2-4 6 米便梁在单线中活载作用下横梁组合弯矩图（ kN.m）横梁两端通过节点板与主梁相连，按照固结梁考虑，在集中力作用下跨中弯矩为： ， 其中 P 为列车荷载通过钢轨传递给双拼横梁单边反力laM2为 151.7kN（含动力系数，考虑前后轮轴重对横梁的荷载传递，反力会大于中活载轴重的规范取值） ，横梁 a 为钢轨距离横梁端部的尺寸取 2.23-0.51.435 1.5125m， l 为横梁跨径取 4.6m。则列车活载弯矩： 151.71.51251.5125/4.675.445kN.mlPM2自重作用下弯矩为：M=1.655kN

11、.m总的弯矩为：M=75.445+1.65577.1kN.m 与程序计算值吻合。根据图 3-2-4 所示，弯矩取值取跨中位置弯矩值，即 77100000Nmm。7-1.5 72.5 27. -0.8 -1.3-1. 73.2 72.73.0 7.9 27.527. -73.6 0.9 -3 -72.9 -7.4-73.2 1.6 1. 1.4 -26-1-69图 3-2-5 6 米便梁在单线中活载作用下横梁组合剪力图（ kN）根据图 3-2-5 所示，剪力取值取最大值，即 73600N。 95.0 95.0 95.7 95.0 95.095.0 95.0 95.095.0 95.7 95.79

12、5.7 -13. -13. -13. -13. -13.-13. -13. -13.-13. -13. -13.-13.图 3-2-6 6 米便梁在单线中活载作用下横梁组合轴力图（ kN）根据图 3-2-6 所示，轴力取值取最大值，即 95700N。根据钢结构附录 1 中的型钢规格表中可知20b 槽钢的截面几何特性为：438950mIx 31.5409mWxA=5080mm2双拼20b 横梁最大弯曲应力： 108.77MPa =200MPaWM1.3540927双拼20b 横梁最大剪应力：31.85MPa =120MPa9237.186dIQSx 双拼20b 横梁最大轴向拉力：=9.42MPa

13、5082AN双拼20b 槽钢最大组合应力正应力为 118.19MPa，最大剪应力为31.85MPa，比 Q345D 钢材的容许正应力 200MPa 和容许剪应力 120MPa 均要小，横梁强度满足要求。Sx.12md983.2.3 6 米梁简支状态横梁拼接和悬吊结构验算由图 3-2-4、 3-2-5、3-2-6 可知简支状态 6 米便梁在荷载作用下横梁拼接位置最大内力为：M=37.1kN.m，V=73.6kN，N=95kN。横梁拼接构造如图 3-2-7 所示，拼接螺栓为直径 16mm 的 12.6 级高强螺栓，每侧腹板采用 4 个螺栓，间距 50mm。图 3-2-7 横梁拼接单个高强螺栓的抗剪承载力为79.38kN 。26.1035.29.0. uPnNfbV翼缘承担的轴向力为 N=7511200165kN ，翼缘四个螺栓的承载力为317.52kNN=165kN，翼缘螺栓满足要求。腹板承担的弯矩按照腹板截面惯性矩和整个截面惯性矩的比例进行分配，其中 =8459628mm4， ，因此腹板承担的12)0(93wI 438950mI弯矩为： 0.237.17.42kNwMI弯矩在单个螺栓上产生的最大剪力为：37.1kN)05.(2472iyT9轴力产生的剪力由 4 个螺栓均分，即单个螺栓分担剪力为95/423.75KN；剪力在单个螺栓上产生的剪力由四个螺栓均分，单个螺栓承受的剪力