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1、ES匝道钢箱梁上部结构计算书2023.11目录一、概述11.1桥梁简介11.2 模型概况11 设计规范12 参考规范13 重要材料及性能指标14 荷载2二、模型概述32.1 第一体系建模32.2 第二体系建模4三、结果验算53.1顶底板强度验算51 计算结果52 强度验算63.2 腹板验算71 厚度验算72 腹板强度验算73 腹板纵向加劲肋构造验算84 腹板横向加劲肋构造验算83.3 构件设计验算91 加劲肋构造验算92 受压板加劲肋刚度验算103 闭口肋几何尺寸验算104 支承加劲肋验算113.4刚度验算121 车道荷载挠度值122 正交异形板桥面顶板挠跨比123 横隔板刚度验算133.5
2、整体稳定验算133.6 疲劳验算13四、结论14一、概述1.1桥梁简介ES匝道桥为一单跨42m简支钢箱梁桥。截面采用等截面形式，梁宽10.2m，梁高2m。主梁线型为圆曲线，中心线位于半径R=682m的圆弧上。顶板厚18mm，腹板和底板厚20mm，顶板U肋厚8mm，开口肋厚20mm。材料采用Q345C材质。图1.1典型钢箱梁横断面(mm)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 B01-2023）公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2023）公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）钢结构设计规范(GB500
3、17-2023)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG D62-2023)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 重要材料及性能指标主梁采用Q345C钢材，其重要力学性能见下表。表1.1钢材力学性能表钢种力学性能Q345C弹性模量E（MPa）206000剪切模量G（MPa）79000泊松比0.31拉压弯允许应力（MPa）275（16mm）拉压弯允许应力（MPa）270（16mm，40mm）剪切允许应力（MPa）160屈服强度s（MPa）345线膨胀系数（1/）0.0000124 荷载恒荷载：涉及自重和二期荷载。横隔板和加劲肋重力以点荷载形式加在实际位置。二期
4、荷载涉及9cm沥青铺装和2道防撞墙，均布荷载分别按23.4kN/m和18.2kN/m考虑。温度作用：升温按25考虑，降温按-25考虑；由于中国规范未对钢箱梁桥温度梯度有明确规定，故参考BS5400，正温度梯度为2.08，负温度梯度为-1.04。支座沉降：支座沉降取-0.5cm并按照每个地基及基础的最大沉降量的最不利的荷载组合进行计算。汽车荷载：公路-I级。对于汽车荷载纵向整体冲击系数，按照公路桥涵通用设计规范第4.3.2条， 冲击系数可按下式计算： 根据程序计算的基频为0.12Hz，计算得汽车荷载冲击系数为0.05。图1.2车道布载离心力：根据公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2023）第
5、4.3.3条，离心力系数：由v=60km/h，R=682m算得C=0.042。将离心力也均布于全跨，方向为径向向外。算得q=0.78kN/m。二、模型概述2.1 第一体系建模第一体系整体模型采用Midas Civil 2023软件建立，主梁工划分为34个单元，38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。支座布置和计算模型如图所示。图2.1支座布置示意图图2.2整体计算模型示意图图2.3钢箱梁标准断面模型示意图考虑剪力滞影响计算，根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）5.1.8条，计算剪力滞有效分布宽度。表2.1顶板考虑剪力
6、滞后有效宽度计算表bilbi/lbeibe/b12023 42023 0.048 2023 21545 42023 0.037 1545 31545 42023 0.037 1545 41545 42023 0.037 1545 51545 42023 0.037 1545 62023 42023 0.048 2023 求和10200 10200 1.000 表2.2底板考虑剪力滞后有效宽度计算表bilbi/lbeibe/b11545 42023 0.037 1545 21545 42023 0.037 1545 31545 42023 0.037 1545 41545 42023 0.037
7、 1545 求和6180 6180 1.000 通过上述计算可知，有效宽度仍然为截面翼缘宽度，截面刚度未折减。2.2 第二体系建模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。桥面板体系通过考虑纵肋和横肋的有效分布宽度，建立梁格模型计算纵肋和横肋的应力；纵肋和横肋的有效分布宽度参考现代钢桥拟定；1）纵肋盖板有效分布宽度横隔板间距:L=3000 (mm)等效跨径:l=0.6*L=1800(mm)纵肋间距:2b=300 (mm),故b=150 (mm)b/l=0.083可得Cs=124 (mm)2）横隔板盖板有效分布宽度腹板间距:L=3090 (mm)等效跨径:l=3090 (mm)隔板间
8、距:2b=3000 (mm),故b=1500(mm)b/l=0.485可得 Cs=463.5 (mm)取最重轮轴140kN,考虑冲击系数0.4。轴重P=140*1.4=196kN。顺桥向长度取跨中附近6m长，横桥向取腹板间距3.1m宽范围内盖板建立有限元模型；车辆荷载按照车轮作用在实际位置按照影响线加载；纵肋和横隔板断面根据前面计算有效宽度取用。模型见图2.4-2.5。图2.4桥面体系模型示意图图2.5桥面体系模型边界示意图三、结果验算3.1顶底板强度验算1 计算结果由于桥面为正交异性钢板，在进行顶板强度验算时，尚应计入第二体系（桥面体系）在车辆单独作用的应力影响。整体模型计算结果罗列如下：图
9、3.1.1 基本组合包络（all）作用梁体顶板最大压应力（MPa）图3.1.2基本组合包络（all）作用梁体底板最大拉应力（MPa）可见第一体系计算中顶板最大压应力-91.7MPa，底板最大拉应力129.88MPa。第二体系模型计算结果罗列如下：图3.1.3第二体系计算桥面顶板应力包络图（MPa）图3.1.4第二体系计算U肋应力包络图（MPa） 可见第二体系计算中，顶板最大拉应力31.2MPa，最大压应力-26.9MPa；U肋最大拉应力96.09MPa，最大压应力-51.1MPa。2 强度验算1）顶板应力第一体系作用下，顶板最大拉应力：t=0 (Mpa)；顶板压应力为：c=-91.7 (Mpa
10、)；第二体系作用下，顶板最大拉应力：t=31.2(Mpa)；顶板压应力为：c=-26.9(Mpa)；第三体系应力较小，不予考虑则三体系叠加作用下，顶板拉应力: t =31.2(Mpa)；顶板压应力为: c=-155.9 (Mpa)；根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2023)规定，当16t40时，t=270 (Mpa)，可知顶板强度满足设计规定。2）底板应力底板应力验算仅考虑第一体系作用下的应力。第一体系作用下，底板压应力：t=-129.88(Mpa)；底板拉应力为：t=0(Mpa)；根据公路钢结构桥梁设计规范(JTG D64-2023)规定，当16t40时，t=270 (Mpa)，
11、可知底板强度满足设计规定。3.2 腹板验算1 厚度验算腹板设立一道纵向加劲肋和一道横向加劲肋，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。图3.2.1基本组合作用下梁体腹板最大剪应力（MPa）=46.38MPa，根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）5.3.3条，取=0.85，tw=20mm0.851962/240=6.95mm，腹板厚度满足规范规定。2 腹板强度验算1）根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）5.3.1条，0fvd，即：1.146.38=51.02MPa160MPa，满足规范强度规定。2）腹板局部应力验算考虑铺装厚度90m
12、m对局部车轮压力扩散的影响。不考虑U肋分担车压。z=F/（tlx）=140000/（20（50+290）=30.43MPa0z=1.130.43=33.48MPafd=275MPa；局部应力满足规范规定。3）腹板组合应力验算前面知道，在墩顶附近腹板剪应力最大，但墩顶几乎没有正应力，通过验算满足规范规定。现对跨中进行组合应力验算。根据上述计算结果，跨中最大正应力为底板129.88MPa。剪应力分布见图3.6：图3.2.2基本组合包络（max）作用下钢箱梁腹板剪应力图（MPa）可见跨中剪应力12.65MPa。根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）5.3.1条：1即：，腹板顶部组合应
13、力满足规范规定。3 腹板纵向加劲肋构造验算根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）5.3.3条：IzI1=lhwtw3，即：l=（1500/1962）22.5-0.45（1500/1962）I1=1.51962203=23544000mm4；腹板纵向加劲肋惯性矩满足规范规定；根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）5.1.5条：h/t18，即：200/20=1018腹板纵向加劲肋宽厚比满足规范规定。4 腹板横向加劲肋构造验算根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）5.3.3第2条：腹板横向加劲肋的间距a不得大于腹板高度hw的1.5倍。本桥腹板横向加劲肋间距1.5m，腹板高度1.962m，满足规范规定。本桥设一道纵向加劲肋，横向加劲肋的间距a还应满足式(5.3.3-2a)和(5.3.5-2b)。图3.3.1基本组合包络（min）作用下钢箱梁受压翼缘腹板底部最大正应力图（MPa）图3.3.2基本组合包络（min）作用下钢箱梁受压翼缘腹板剪应力图（MPa）对跨中：，满足规范规定。对墩顶：，满足规范规定。根据公路钢结构桥梁设计规范（JTG D64-2023）5.3.3第3条：腹板横向加劲肋惯性矩应满足It3hwtw3即：It=1962*2253/12+1962*225*112.5
