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1、目 录1.绪论32.设计概述42.1桥孔布置52.2 截面尺寸及拟定52.2.3箱梁面板厚度设置62.2.4箱梁腹板宽度设置73.主梁截面几何特性计算74.主梁内力计算84.1恒载内力计算84.1.1一期恒载内力94.1.2二期恒载内力104.1.3总恒载内力114.2活载内力计算124.2.1横向分布系数的计算124.2.2主梁内力影响线及加载134.3内力组合204.3.1承载能力极限状态205.第二体系的计算215.1桥面板的局部应力计算215.2截面几何特征值的计算225.3纵横肋的弯矩计算265.3.1活载的弯矩计算265.3.2恒载的弯矩计算275.3.3 横肋弹性变形附加弯矩计算
2、285.4纵肋截面的应力计算306.应力检算31小结33参考文献34致谢35附录A36BRIDGE TO THE FUTURE36桥梁走向未来451. 绪 论世界上第一钢箱梁桥是1850年英国建造的britania铁桥路桥。该桥架设在Conway-Britania间的Menai海峡上，跨度142m。可是由创始人George Stephenson提出的薄避闭口截面形式的桥梁在100年间却很少再被采用。第2次世界大战后，在西德，随着对被炸毁的莱茵河桥修复工程的展开，在50年代初期接连假设了若干近代的箱梁桥，打破了Britania桥的跨长记录。箱梁桥的飞速增加主要是由于下述理由： 由于箱梁桥的抗扭刚
3、度和抗扭强度均较大，适用于曲线桥。直线桥在偏心活荷载作用下，其横向的荷载分配是良好的。即在单室箱梁桥中，两个腹板弯曲应力相差很少，上下翼缘弯曲应力也几乎相等。 箱梁桥的翼缘宽度要比工形截面板梁桥大的多。因而，薄的翼缘也能很好的抵抗弯曲应力。工形板梁桥随着跨度加大，翼缘板要加厚，且需要高强度钢，从而连接就困难了。而箱梁因为翼缘薄这就不成其为问题了。一般来讲，箱梁和同跨度工形梁桥相比，梁的高度低。且有轻快美感。梁高跨比较小就具有十分是用的价值。 进来，随着安装机械大型化，分块架设法正在迅速发展。箱梁适于用分块架设安装，可以提高安装效率，缩短工期。 从箱梁的结构来看，无论是承受竖直偏心荷载，都能作为
4、一个空间结构来抵抗外力，能发挥各个杆件的理学性能，没有所谓的零杆。箱梁在所有荷载作用下，各杆件按空间结构力分担作用力，一个杆件可以起几种作用。箱梁上翼缘起的作用有：钢桥面板作用，将车轮荷载传递给主梁；在竖直荷载作用下，作为主梁翼缘抵抗弯曲；在偏心荷载作用下，作为闭口薄壁截面抵抗扭转。另一方面，下翼缘除了起、作用外，在水平荷载作用下，还起平纵联作用。因而力学性能好，设计可达到经济的效果。 箱梁的内部作为维修管理用的通道是很和使得不需要特殊的脚手架便可在内部进行观察、油漆和补修。 电缆、水管、煤气管等附属设备容易在箱梁内部通过。 箱梁不是密封的，与外面大气隔绝，不和海边、河上的湿气接触，有利于防止
5、锈蚀。 由于加劲杆、横联、节点板等几乎全设置在内部，箱梁外部显得很平滑。因而维修管理，油漆作业很容易，灰尘难以滞留，外观轻巧美观。 由于梁的高度低，整个结构纤细，轻快而优美。连续钢箱梁桥的截面形式很多，一般应根据桥梁的跨径、宽度、梁高度、支撑形式、总体布置和施工方法等方面综合确定，合理选择主梁的截面形式，对减轻桥梁自重、节约材料、简化施工和改善截面受力性能是十分重要的。目前连续钢箱梁桥的截面形式主要有：板式、肋梁式和箱形截面梁。其中，板式、肋梁式截面构造简单、施工方便，箱形截面具有良好的抗弯和抗剪性能，是预应力混凝土连续梁桥的主要截面形式。本设计采用箱（单厢三室），主要出于以下几点考虑：首先，
6、箱形截面整体性好，结构刚度大；其次，抗扭能力强，同时箱形截面能提供较大的顶板翼缘悬臂，底板宽度相应较窄，可大幅度减小下部结构工程量。采用变高度主要是适应连续梁内力变化的需要。设计具体分为以下几步： 桥式方案的比选及施工方案拟定； 上部结构截面形式及截面尺寸的拟定； 上部结构截面几何特性计算； 上部结构计算图式及有限元单元的划分； 上部结构永久作用效应的计算（一期横载、二期横载分开计算）； 上部结构可变作用效应的计算； 影响线计算及绘制； 影响线加载； 上部结构内力组合的计算及包络图的绘制； 主梁的各项检算 承载能力极限状态强度计算 正常使用极限状态应力计算 说明：本设计中影响线的绘制是通过sp
7、ap90来进行检验， 通过本次设计，对以前和专业知识进行了一次系统的复习，加深了我的理论知识和水平，但由于时间关系，设计中还存在不少问题，恳请各位老师斧正。2. 设计概述连续钢箱梁桥，由于构造简单，预制和安装方便，在桥梁建设中得到了广泛的应用。然而但这种简支体系的跨径超过40-50m时，跨中恒载弯矩和活载弯矩将会迅速增大，致使梁的截面尺寸合自重显著增加，这样不但材料耗费大，并且给施工带来困难。因此，对于向本设计的较大跨径的桥梁，就宜采用在内力分布方面较为合理的结构体系，本设计采用连续钢箱梁桥,连续钢箱梁桥由于跨越能力大、施工方法灵活、适应性强、结构刚度大、抗地震能力强、通车平顺性好以及造型美观
8、等特点,目前在世界各地得到广泛的应用。2.1 桥孔布置 本桥为连续钢箱梁桥，从已建桥梁实例的统计资料分析，跨径大于100m的连续钢箱梁桥有90%以上是采用变截面梁。因为大跨桥梁在外载荷自重作用下，支点界面将出现较大的负弯矩，从绝对值来看，支点截面的负弯矩大于跨中界面的正弯矩，因此采用变截面梁能负荷量的内力分布规律，另外变高度梁使梁体外型和谐，节约材料并赠大桥下净空。在跨径布置上，为了减少便跨跨中正弯矩，宜采用不等跨不止，这样便于施工。孔径为35m+45m+35m，实际桥长采用115m，桥梁结构计算图示见图2-1。图2-1 桥梁计算图示2.2 截面尺寸及拟定2.2.1截面形式及梁高主梁高度通常是
9、通过技术经济比较确定的，应考虑经济、梁重、建筑高度以及净空要求等，在标准设计中还应考虑标准化，提高梁的互换性。桥梁上部结构横截面采用变截面箱型截面，截面形式为单厢三室，主要出于以下几点考虑：首先，箱形截面整体性好，结构刚度大；其次，箱梁的顶、底板可以提供足够活载变形；另外，抗扭能力强，同时箱形截面能提供较大的顶板翼缘悬臂，底板宽度相应较窄，可大幅度减小下部结构工程量。箱形截面主要有顶板、底板、腹板与加劲构件组成 钢桥面板若仅考虑强度，则其厚度只需6mm左右，但薄板的刚度过小，在活载作用下自身变形过大，因此设计时桥面板不小于10mm。此桥设计顶班、底板均取14mm。 此桥为6车道，设计荷载：城A
10、级，桥面较宽，荷载较大，应设计成单箱多室箱梁桥合适，此桥采用单箱三室箱梁截面， 此桥设计成U形闭口截面，内部截面纵肋受到保护，不易生锈板厚可用到6mm。纵肋主要其起加劲作用，其间距与钢桥面板的厚度相关，此桥取300mm，底板也要设纵横肋，纵肋间距可校顶板纵肋间距大，取400mm；横肋于顶板位置相同，以组成横向联接系，增加横向刚度。箱梁设置一定数量的横隔板以增加其整体作用。横隔板的位置和尺寸由计算而定，一般其间距可达1015m，在跨中和支承处必须设置横隔板，此桥边跨的横隔板间距为2m。箱梁高度的确定方法：h=l/25。所以此桥的箱高采用2000mm。主梁横截面构造图如图2-2：图2-2 主梁横截
11、面构造图（单位：cm）2.2.2箱梁板面曲线方程当按正交异性板分析第结构体系的应力时，板曲面的微分方程为 (2-1)： (2-1)式中：（x,y）正交异性板的中间面内各点在z方向的挠度（mm）；P (x,y) 垂直板面的分布荷载（MPa）;板在x方向的抗弯刚度（）;板在y方向的抗弯刚度（）; H正交异性板的有效抗弯刚度（）; E钢材的弹性模量（）; t,a横肋的间距及纵肋的间距(mm)，2.2.3箱梁面板厚度设置整体支架施工的连续梁桥，中撑处负弯矩比较大，箱梁底板厚度需要适当的加厚，以提供必要的受压面积；同时，跨中正弯矩比较大，应避免该区底板过厚而增加恒载弯矩，支点处板面厚度20cm， 中孔其
12、余部分底板厚度均按14cm设置，按上述思路设置的底板厚度如图2-4图2-4 箱梁面板加厚示意图（单位：mm）2.2.4箱梁腹板宽度设置图2-5 箱梁腹板构造示意图（单位：mm）3 主梁截面几何特性计算截面几何特征的计算是结构内力计算、以及挠度计算的前提。以往的设计大都通过手工计算来完成，其方法虽然简单但计算工作量很大，如果将这项工作编程通过计算机来完成，不仅可以把设计者从繁重的简单计算中解放出来，而且有助于设计者习惯于编程，同时也便于正确地应用或检验现有的一些桥梁设计软件。毛截面几何特征的计算方法有很多种，常用的有节线法、分块面积法等，可以根据截面类型选用具体的计算方法。本设计采用分块面积法。
13、本设计所用的截面比较复杂，所以变成计算的优点尤为明显，截面几何特征计算采用分块面积法。本桥为恒截面，截面特性相同，截面规则，截面特性可运用Excel来进行计算比较简单。截面特性计算结果见下表3-1：表3-1 截面几何特性计算结果b(cm)h(cm)A(cm)Ixc()y(cm)Ix()I（）顶板N112501.41750285.833371.55468960392.28960392.2顶板肋1N51.21518337.563.354672585.99614290343.9846顶板肋2N50.815.612.48253.094463.054649872.109011895140.142顶板肋3
14、N49190.7557.454629710.029551128981.123腹板N31.4197.2276.08894679.627.74541107207.952214415.9腹板上肋N8151.2182.1622.25468916.96998117833.93996腹板中肋N8151.2182.1627.745413858.6899827717.37996腹板下肋N8151.2182.16-77.7454108800.41217600.82底板肋1N70.815.612.48253.0944-118.545175634.68245269040.473底板肋2N69190.75-110.245109387.1843281615.52底板肋N26751.4945154.35-127.04515252958.6615252958.66SUM3086.0438556040.142*SUM6172.0877112080.284 主梁内力计算鉴于满堂支
