钢箱梁计算示例

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1、5.8.3钢箱梁设计计算示例一、设计资料1、2、3、4、5、6、7、城一A级17.25m （四车道）45m44m1.80m1/24.4设计荷载：桥面净宽：标准跨径：计算跨径：主梁高度：高跨比：主要材料：钢板采用符合国标桥梁用结构钢GB/T 714-2000的可焊接低合金高强度桥梁用结构钢Q345q，质量等级D级；桥面铺装采用0.08m的SMA沥青混凝土；8、设计规范与参考：城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)道路桥示方书钢桥篇(日本道路协会)英国标准BS5400钢桥、混凝土桥及结合桥(

2、西南交通大学出版社)(1)(2)(3)(4)(5) 二、设计断面与尺寸钢箱梁的横断面、立面以及局部加劲构造见图5.8.3-110250a、断面图1倾b、立面图c、纵向U型加劲肋与横向加劲肋图5.8.3-1设计断面与尺寸顶板：t=14mm腹板：t=12mm顶板纵向加劲肋：U 型，上口宽 360mm，下口宽 240mm，高 300mm，t=8mm，间距 740mm 顶板横向加劲肋：腹板高 520mm,t=14mm；下翼板宽 200mm，t=16mm；间距 2.75m腹板竖向加劲肋；板宽 400mm， t=12mm；底板纵向加劲肋：板宽 200mm，t=12mm；底板横向加劲肋：腹板高 400mm，

3、 t=12mm；上翼板宽 200mm， t=14mm；间距 2.75m三、桥面系（第二体系）计算箱梁顶板第二体系（桥面系）是由钢盖板、纵肋和横肋组成的正交异性板，该 体系支撑在主梁上，仅承受桥面车轮荷载，见图5.8.3-2o经典实用的手算方法有P-E法。本例采用梁格系电算方法计算。1、计算简图38 一3800 -11 1 1 1 1 1 1 1 1Illi II III! IIII II II 1111111111 II Hill iliumiii iiiiiiiiiiIII IIIIII IIII1II IIIIII IIIIl1I!1111111111IIIIIIII1IIIIIIII1

4、IIIIIIIIII IIIIIIIIII1IIIIII11IIIIIIIIIIII1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 LI 1 -1 iiiiiiiiii iiiiiiiiii min mii i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i i.1 II llllllll.il IIIIIIII IIIIIIII IL1 Illi II IIIIlli II III，j 111111111 II Hill1 II Hill1 II HillIll IIIIIIIIII III IIIIIIII

5、II III IIIIIIIIIImi ii hi ,mi ii hii jiiiiiiii1 II Hill1 II Hill1 1111111III IIIIIIIIII III IIIIIIIIII III IIIIIIIIII.图5.8.3-2桥面系梁格构造图单独计算第二体系时，主梁腹板位置按竖向支撑考虑，取5跨计算。2、纵横肋的截面特性参考日本道路协会道路桥示方书III钢桥篇6.2钢床板的有关规定。(1) 纵肋桥面钢板有效宽度及截面特性纵肋间距：b1=360/2=180mm, b2=380/2=190mm 平均 B=185mm纵肋跨径：L=2.75 m,多跨连续支撑，等效跨径L=0.

6、6*2.75=1.65m宽跨比 b/L=0.185/1.65=0.112纵肋断面尺寸见图5.8.3-3纵肋上翼板的平均单侧有效宽度A =1.06-3.2 (b/L) +4.5(b/L)2b=(1.06-3.2*0.112+4.5*0.1122)*0.185=0.758*0.185=0.140m图5.8.3-3纵肋断面尺寸纵肋截面特性:A=14566mm2I=2.008x108mm4Ys=95.5mmYx=218.5mmJ=6.557x105mm4（2）横肋桥面钢板有效宽度及截面特性横肋跨径（腹板间距）L=3.80m，三跨连续，等效跨径边跨：L1=0.8L=0.8*3.8=3.04m，中跨：L2

7、=0.6L=0.6*3.8=2.28m，支点：L3=0.2（3.80+3.80）=1.52m横肋间距 b=2.75/2=1.375m宽跨比 b/L1=1.375/3.04=0.4520.3，b/L2=1.375/2.28=0.6030.3b/L3=1.375/1.52=0.9050.3横肋上翼板的单侧有效宽度见图5.8.3-4入 1=0.15L1=0.15*3.04=0.456m入 2=0.15L2=0.15*2.28=0.342m入 3=0.15L3=0.15*1.52=0.228图5.8.3-4横肋上翼板有效宽度横肋上翼板有效宽度汇总见表5.8.3-1表 5.8.3-1截面特性入1（边室中

8、）入2 （中室中）入3 （腹板处）面积（mm2）232482005616864惯性矩（mm4）1.0244x1090.9328x1090.8066x109形心至上缘距离（mm）164189224形心至下缘距离（mm）386361326（3）荷载1）、恒载：纵肋钢重：0.017*78.5=1.335kN/m纵肋上铺装：0.08*0.74*24=1.421kN/m横肋钢重：0.0105*78.5=0.83kN/m2）汽车轮载：车辆荷载轮载标准如图5.8.3-5冲击系数：取活载作用计算跨径L=2.75mu=1+15/（37.5+2.75）=1.373(4)应力计算结果表 5.8.3-2位置恒载弯矩(

9、kN.m)活载弯矩(包括冲击影响)(kN.m)弯矩合计(kN.m)上缘应力 (Mpa)下缘应力 (Mpa)纵肋跨中0.966.066.9-35.470.4纵肋支点-2.1-41.1-42.818.4-50.0横肋跨中12.3121.3132.7-32.957.8横肋支点-18.5-104.2-121.444.1-40.3上表中的第二体系应力，均小于容许应力=160Mpa。四、主梁应力(第一体系)计算1、全截面特性A=6.9639x105mm2I=4.3717x1011mm4Ys=680mmYx=1134mmJ=9.2957x1011mm42、有效翼缘宽度计算在计算箱梁翼缘应力时，要考虑剪力滞影

10、响，参考英国标准BS5400规定和日本道路桥示方书的规定，计算箱梁翼板的有效宽度见表5.8.3-3o表 5.8.3-3计算项腹板内侧腹板外侧b(m)1.903.425L(m)4444b/L0.0430.078翼板面积Ay(m2)0.02660.0480纵向加劲面积Aj(m2)0.016520.02402a=Aj/Ay0.6210.501J简支梁的有效宽度比W0.9720.928日本桥规中的入值1.0*1.900.944*3.425翼缘有效宽度b (m)1.8463.178翼缘有效宽度合计（m）17.432翼缘有效宽度截面惯性矩（m4）0.42793翼缘有效宽度惯性矩系数0.968注：1）入值根

11、据日本道路桥示方书钢桥篇8.3.4条计算；2）甲值根据英国标准BS5400第三篇8.2节表4查取，为简化计算，统一取四分之一跨处的W值。设计中偏安全取上述较小值。3、有效截面惯性距系数I/I=0.42793/0.44178=0.9684、荷载1）截面自重：W=1.1*A*78.5（kN/m）2）横肋重量：横肋间距2.75m，每段横肋重23.94kN3）桥面铺装：18*0.08*24=34.56kN/m4）防撞护栏：7.5*2=15kN/m5）汽车活载：城市-A级，四车道，横向车道折减系数0.675、内力与应力计算结果主梁跨中内力与应力汇总表5.8.3-4位置恒载弯矩（kN.m）活载弯矩（包括冲

12、击影响）（kN.m）弯矩合计（kN.m）上缘应力 （Mpa）下缘应力 （Mpa）主梁跨中292961815147447-84.0133.5五、支点处腹板平均剪应力恒载时：T m = 27.1MPa活载剪力最大时：T q1 = 24.1MPa活载扭矩最大时：T q2 =18.0Mpa六、箱梁约束扭转翘曲应力活载偏心作用下，箱梁截面翘曲受到约束而产生纵向应力。为简化计算， 多室箱梁内腹板略去不计。参考英国标准BS5400方法计算跨中截面翘曲应力。1、下翼缘与腹板连接处的最大纵向翘曲应力DTq=1785*3276x106/9.29567x1011=6.29MpaTWB J虹2、上翼缘与腹板连接处的最

13、大纵向翘曲应力Q= ( Bb )2气WBt J (1+ 芸)3T二(11400/11400)2*1785*3276x106/(9.29567x1011*(1+2*3425/11400)3)=1.53MPa3、上翼缘外侧最大纵向翘曲应力2 Bq m(1+c )=1.53*(1+2*3.425/11.40)=2.45MPaT箱梁约束扭转翘曲应力分布见图5.8.3-6。TWTmaxTWBmaxBb川LL_u-ttTE IBeBe士 rir T-I-l TT llTTl TTI TT图5.8.3-6箱梁约束扭转翘曲应力分布七、组合应力1) 桥面板：在第一体系中，桥面板作为箱梁顶板，在跨中位置的最大应力

14、是-84.0Mpa；在第二体系中，桥面板作为纵肋顶板，在横肋之间的最大应力是-35.4Mpa；箱梁约束扭转作用下的纵向翘曲应力是-2.45Mpa对应位置处桥面板的合成应力：-84.0-35.4-2.5= -121.9Mpaq =210MPa2) 纵肋:在第一体系中，纵肋组成箱梁顶板，在跨中位置的下缘最大应力是-46.4Mpa；在第二体系中，纵肋在横肋处的下缘最大应力是-50.0Mpa；两个体系对应位置处纵肋的合成应力：-46.4-50.0= -96.4Mpaq =210MPa3）底板：在第一体系中，箱梁顶板在跨中位置的最大应力是133.5Mpa；箱梁约束扭转作用下的最大纵向翘曲应力是6.3Mpa对应位置处桥面板的合成应力：133.5+6.3= 139.8Mpaq =210MPa八、跨中静活载挠度fg=67mmfq=38.5mm=L/1142L/800设置预拱度：f=fg+fq/2=67+38.5/2=86mm