1 1010 钢桥算例 钢桥算例 本章选取一座三跨连续钢箱梁桥作为算例，主要是讲述计算钢箱梁桥的总体及截面尺寸设计，刚度、强度、稳定和疲劳验算10.110.1 计算资料 计算资料 10.1.110.1.1 工程概要 工程概要 本计算示例桥梁纵断面、平面和标准横断面如图 10-1 和 10-2 所示，道路等级为双向 8 车道城市快速路，采用分离式结构桥梁主桥跨越水库，标准跨径组合为(42+75+42)m，上部结构钢箱连续梁桥；引桥采用 30m 跨径预应力 T 梁桥主要技术标准如下：（1）道路等级 城市快速路，双向 8 车道，分离式结构桥梁；（2）设计荷载 汽车荷载：公路-I 级；（3）设计车速 主线：80km/h；辅道：40km/h4）桥梁标准横断面 主线单幅：0.5m(护栏)+15.25m(行车道)+0.5m(护栏)=16.25m；中央分隔带：1.0m；（5）抗震 地震动峰值加速度为 0.3g，抗震设防烈度为 8 度，抗震构造措施按 9 度设防设防分类为乙类，地震调整系数：桥梁 E1 作用下取 0.61，E2 作用下取 1.76）净空高度 地面机动车道5.0m；行人及非机动车净高2.5m；桥梁起点处改路3.5m。
7）桥梁设计安全等级 一级，结构重要性系数o1.18）环境类别 一般环境，作用等级 A 级9）桥梁设计基准期 桥梁设计基准期为 100 年2 图 10-1 桥梁纵断面和平面 图 10-2 桥梁标准横断面 10.1.210.1.2 主要设计规范 主要设计规范（1）工程结构可靠性设计统一标准（GB 50153-2008）（2）公路工程技术标准（JTG B01-2014）（3）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2015）（4）公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2015）（5）公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）（6）公路桥梁抗震设计细则（JTG/T B02-01-2008）（7）公路桥梁抗风设计规范（JTG/T D60-01-2004）3 （8）公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范（JTG/T B07-01-2006）（9）公路桥涵施工技术规范（JTG/T F50-2011）（10）公路交通安全设施设计规范（JTG D81-2006）10.1.310.1.3 主要材料及性能指标 主要材料及性能指标（1）桥面铺装：由 10cm 的沥青铺装层+10cm 的混凝土找平层，沥青混凝土容重为 23kN/m3；混凝土强度等级为 C50，容重为 26kN/m3，弹性模量 43.45 10cEMPa=，线膨胀系数5=1.0 101/Cca-（），泊松比为0.2cn=。
表 101 混凝土强度标准值和设计值(MPa)强度种类 强度等级 轴心抗压强度标准值 fck 轴心抗拉强度标准值 ftk 轴心抗压强度设计值 fcd 轴心抗拉强度设计值 ftd 弹性模量 Ec C50 32.4 2.65 22.4 1.83 3.45104 C40 26.8 2.40 18.4 1.65 3.25104 C30 20.1 2.01 13.8 1.39 3.00104 桥面板钢筋采用 HRB400 钢筋，弹性模量52.0 10sEMPa=表 102 普通钢筋强度标准值和设计值(MPa)强度种类 强度等级 抗拉强度标准值fsk 抗压强度标准值fsk 抗拉强度设计值 fsd 抗压强度设计值 fsdHRB400 400 400 330 330 HPB300 300 300 250 250 钢主梁：钢主梁钢材等级为 Q345C，容重为 78.5kN/m3，弹性模量52.06 10sEMPa=，剪切模量379 10GMPa=，线膨胀系数612 10(1/)sCa-=，泊松比0.3sn=表 103 钢材的强度设计值(MPa)钢材 母材及一级、二级焊缝 抗拉、抗压和抗弯 fd，fwd三级焊缝 抗拉 fwtd 母材及焊缝 抗剪 fvd，fwvd 端面承压(刨平顶紧)fcd 牌号 厚度(mm)Q345 16 275 235 160 355 1640 270 230 155 355 4063 260 220 150 355 6380 250 215 145 355 80100 245 210 140 355 Q235 16 190 160 110 280 1640 180 155 105 280 40100 170 145 100 280 4 10.210.2 上部结构总体布置与施工方法拟定 上部结构总体布置与施工方法拟定 10.2.110.2.1 上部结构总体布置 上部结构总体布置 主桥标准跨径组合为(42+75+42)m，上部结构钢箱连续梁桥，单幅采用双箱单室结构。
为满足上部结构抗震和支座布置要求，假设梁端支座中心到过渡墩桥跨分界线的距离为 0.7m考虑中间墩设置固定支座，同时考虑相邻联桥跨的伸缩变形的影响，初步假设采用 D160 伸缩缝，梁端到过渡墩桥跨分界线的距离为0.08m因此主梁长度为(41.92+75.0+41.92)158.84m，计算跨径为(41.3+75.0+41.3)m钢箱梁标准断面如图 10-3 所示，主桥顶板宽 16.25m，悬臂长度 1.825m，箱梁宽度 2.6m，箱梁之间距离 7.4m，支座间距 10.0m，主梁为直腹板，梁高 3.0m，为中跨跨径的 1/25钢结构成桥线形应与道路平面和纵断线形平行，成桥阶段的钢梁顶板和底板纵断线形为桥梁纵断线型加 1/2 活载预拱度，主梁制作线形应考虑纵断线形、预拱度和焊接变形等的影响预拱度保持与桥面曲线平顺钢梁横断面顶板和底板与桥梁横坡平行，钢箱梁为矩形截面，主梁腹板与顶底板垂直支点处横隔板和横梁为铅直方向，中间横隔板和横梁与顶底板垂直支座处采用楔形调平板调整桥梁纵横坡度主梁安装完成状态的左幅和右幅桥梁的支座楔形调平板顶面与桥梁纵横坡度相同，底面为水平状态钢桥面设置（10cm 厚 CF50 钢纤维混凝土+10cm 厚沥青混凝土）铺装，钢桥面顶面设 30cm30cm 间距 D1680 圆柱头焊钉，钢纤维混凝土内设 D10、D12 钢筋网（中墩墩顶两侧各 6m 范围内采用 D12 钢筋网，其它位置采用 D10 钢筋网）。
为了增强负弯矩区钢纤维混凝土层的抗裂性能，先浇筑跨中范围的钢纤维混凝土并压重，后浇筑墩顶负弯矩区钢纤维混凝土a)标准断面标准断面 (b)中间横梁断面中间横梁断面 5 (c)支点断面支点断面 图图 10-3 钢箱梁断面图钢箱梁断面图 10.2.210.2.2 施工方法的拟定 施工方法的拟定 考虑到水库常水位到桥梁顶面的高度达到 34m，水深超过 10m，并且为饮用水源地，水中不宜设置临时墩和支架，应采用无支架方法施工考虑钢梁自重较轻，并且具有很大的承受正负弯矩作用的能力，初步拟定采用顶推法施工顶推支点设置在箱梁腹板处顶推施工设置导梁，钢梁顶推至桥位时，通过调整支座高度实现钢梁顶面 2%的横坡调顶推具体施工步骤如下：两中墩主跨侧各搭设 8m 宽的三角支架；在邻跨拼装主梁；安装导梁，并在桥墩和三角支架上安装临时垫块；将主梁顶推到指定位置；拆除导梁、桥墩垫块和三角支架，使主梁回落到位；吊装安装非顶推段边跨段；施工桥面系结构6 10.310.3 结构初步设计 结构初步设计 10.3.110.3.1 恒载与活载效应近似计算 恒载与活载效应近似计算 1）作用及作用组合作用及作用组合（1）作用（1）作用 钢箱连续梁桥上部结构设计计算需要考虑的主要荷载有：钢结构、铺装、栏杆和其他附属结构等的自重，支座不均匀沉降，温度梯度，整体升降温和活载等。
由于结构设计时，事先不知道结构断面尺寸和刚度，无法计算支座不均匀沉降和温度梯度产生的荷载效应，整体升降温仅仅影响连续梁的伸缩量，对结构内力的影响可以忽略不计在截面尺寸拟定节段，结构受力近似计算时，首先仅考虑恒载和活载的影响，7 在截面尺寸确定之后的结构验算阶段考虑其他荷载和作用的影响活载根据桥梁的功能要求和技术标准确定，本示例采用公路-I 级铺装、栏杆和其他附属结构等的自重可以根据结构形式、相关设计规范和以往的设计经验确定由于结构设计时，事先不知道结构尺寸，先要根据结构形式、跨径和以往的设计经验，假定钢结构用钢量当没有相关参考资料时，每平方米桥梁面积的用钢量 w(kN/m2)可以根据跨径 L(m)按下式假定：w=5.0+0.012 L-60（）(10-1)借鉴以往的工程经验，本示例单个钢箱梁承受的恒载假定如下表表 104 作用计算表作用 计算方法 数值 单位 一期恒载 钢梁自重 用钢量指标(kN/m2)梁宽(m)=5.188.125 42.1 kN/m 二期恒载 混凝土铺装重量 铺装厚度(m)铺装宽度(m)重度(kN/m3)=0.17.62526 19.8 kN/m 沥青铺装重量 铺装厚度(m)铺装宽度(m)重度(kN/m3)=0.17.62524=18.3 kN/m 栏杆重量 单侧栏杆重量 12.0 kN/m 二期恒载总计 找平重量、铺装重量与栏杆重量之和 50.1 kN/m 恒载合计 92.2 kN/m （2）作用组合（2）作用组合 1）承载能力极限状态 公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2015）规定，钢结构桥梁进行截面承载力、整体稳定、抗剪连接件承载力计算时，作用的效应组合应采用现行业标准公路桥涵设计通用规范JTG D60 的基本组合；当进行倾覆稳定计算和疲劳计算时，作用的效应组合应采用标准组合。
1）基本组合 永久作用设计值效应与可变作用设计值效应相组合，其组合效应表达式为：01112，mnudGiGikQLkcLjQjjkijSG(10-2)其中：Sud-承载能力极限状态下作用基本组合的效应组合设计值；0-结构重要性系数，设计安全等级一级、二级和三级分别取 1.1、1.0、0.9Gi、QGik-第 i 个永久作用效应的分项系数和标准值；Q1、Q1k-汽车荷载效应（含冲击力、离心力）的分项系数和标准值，Q1=1.4；Qj、Qjk-除汽车荷载（含冲击力、离心力）外的其它可变作用效应的分项系数和标准值，风荷载：Qj=1.1，其它：Qj=1.4；c-除汽车荷载效应外的其它可变作用效应的组合系数，除汽车荷载（含冲击力、离心力）外其他可8 变作用组合系数，取 0.752）偶然组合 永久作用标准值与可变作用某种代表值、一种偶然作用设计值相组合与偶然作用同时出现的可变作用，可根据观测资料和工程经验取用频遇值或准永久值偶然作用设计值按下式计算：11112,A,（或）,mnadikdfqkqjjkijSSG(10-3)其中：Sad-承载能力极限状态下作用偶然组合的效应设计值；Ad-偶然作用的设计值；f1-汽车荷载（含冲击力、离心力）的频遇值系数，取 0.7；当某个可变作用在组合中其效应值超过汽车荷载效应时，则该作用取代汽车荷载，人群荷载取 1.0，风荷载取 0.75，温度梯度作用取 0.8，其他作用取 1.0；q1、qj-第 1 个和第 j 个可变作用的准永久值系数，汽车荷载（含汽车冲击力、离心力）取 0.4，人群取 0.4，风荷载取 0.75，温度梯度取 0.8，其他作用取 1.0。
2）正常使用极限状态 10 频遇组合 永久作用标准值效应与汽车荷载频遇值、其他可变作用准永久值相组合：1111,mnfdikfkqjjkijSSG(10-4)其中：Sfd-作用频遇组合效应设计值；f1-汽车荷载（不计冲击作用）频遇值系数，取 0.711 准永久组合 永久作用标准值与可变作用准永久值效应相组合：11，mnqdikqjjkijSSGQ(10-5)其中：Sqd-作用准永久组合的效应设计值；qj-汽车荷载（不计冲击力）准永久值系数，取 0.4表 105 各项作用效应的分项系数汇总表荷载名称 符号 基本组合 偶然组合 频遇 组合 准永久 组合 疲劳组合标准 组合 有利 不利 频遇值准永久值自重(包括附加力)DC 1.2(砼)1.1(钢)1.0。