同济大学 钢桥课程设计 简支钢箱梁桥设计 桥梁工程系丨?丨?2014-1-10 1 目录 一、基本设计资料.2 二、截面拟定.2 三、截面内力计算.3 四、结构刚度验算.13 五、结构应力计算.14 六、桥面系内力计算.23 七、疲劳验算.27 八、次要构件计算.33 九、总结.36 十、附录设计图纸.36 2 一、基本设计资料一、基本设计资料 1 桥梁跨径及桥宽 主梁全长：L=69m，3车道（33.75+2（0.5+0.525）=13.3m）钢桥面板钢箱梁桥 2 地点及设计荷载 上海市松江区，汽车荷载等级为：公路 I 级 3 材料 钢材：Q345 沥青：桥面铺装 普通钢筋：直径大于或等于12mm的用HRB335，直径小于12mm的用R235钢筋；4 设计依据 1)交通部颁公路工程技术标准（JTG B01-2003），简称标准。2)交通部颁公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004），简称桥准。3)交通部颁公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004），简称公预规。4)公路钢结构桥梁设计规范报批稿，简称报批稿。二二、截面截面拟定拟定 由于梁体较长，顶板、底板采用三次变厚度（16、18、20mm），腹板两次变厚度（16、18mm）的布置方案，相应的变厚度节段划分如下图：顶板腹板底板161820161816182016181816161816节段长度1015191015单位:m单位:mm单位:mm单位:mm截面标准布置如下：3 箱梁截面标准图 箱梁截面顶板宽 13.3m，底板宽 5.3m，高 3m。顶板共设置 22 块通长 U 形加劲肋，腹板内侧各设置两道通长的 I 形纵向加劲肋，底板设置 13 块通长 I 形加劲肋。箱梁跨中截面（标准）加劲肋的几何特性（单位：mm）加劲肋形式 面积 A 截面惯性矩 I 顶板 U 形加劲肋 7771.7 83.26 10 腹板纵向加劲肋 3040 73.66 10 腹板横向加劲肋 9700 88.15 10 顶板 I 形加劲肋 6000 81.80 10 三三、截面截面内力计算内力计算 采用 Midas/Civil 软件进行建模，全桥共分为 70 个单元，得到各项荷载对应的截面内力。4 模型图 选取四个关键截面（跨中、支点和两处板件变厚度处截面）进行相应的内力计算。二期铺装荷载：沥青（223/mkN）铺装8cm厚和防撞栏杆（每侧10/mkN），总荷载为：13.3.08 232 1044.5/qkN m 自重及移动车辆荷载由程序内部给出。计算结构的前 8 阶自振频率，结构基频为 1.51Hz，计算相应的汽车冲击系数。全桥在各项荷载作用下弯矩图以及组合作用下的弯矩图如下：5 自重作用下的弯矩图 二期恒载作用下的弯矩图 6 移动汽车荷载作用下的弯矩图 弹性组合的弯矩图 承载能力极限组合的弯矩图 全桥各项荷载作用以及组合作用下的剪力图：7 自重作用下的剪力图 二期恒载作用下的剪力图 8 移动汽车荷载作用下的剪力图 弹性组合的剪力图 承载能力极限组合的剪力图 节段长度1015191015单位:m变厚度截面A变厚度截面B 关键截面各项内力结果整理如下表：截面 项目 支点截面 变厚度截面 A 变厚度截面 B 跨中标准截面 剪力(kN)弯矩(kN m)剪力(kN)弯矩(kN m)剪力(kN)弯矩(kN m)自重 2648.0 22642.1 1880.5 42214.1 729.2 45677.6 二期恒载 1535.2 13127.5 1090.3 24475.0 422.8 26483.1 汽车活载 1964.7 15276.7 1568.9 28482.1 1045.8 30818.9 弹性组合 6147.9 51046.4 4539.6 95171.2 2197.7 102979.5 极限组合 7507.5 62046.8 5573.3 115680.4 2773.5 125171.4 9 报批稿对受压板件的尺寸规定如下：腹板纵向加劲肋：19034511.9121216ssyhtf 顶板 U 形加劲肋：18034518303010ssybtf 30634530.6404010ssyhtf 受压加劲肋均满足规范要求。10 刚性加劲肋判断：顶板中部（两腹板之间）：11 1 12 2 125lnn ,7771.77300 203885.958.421010 25s lbtAn llEIbD 321 2 1EtD 2823312112 1.63 101 0.330.57300 20llIbt 44011 25 30.55.26ln 030000.417300ab,3885.90.02667300 20s llAbt 22222222141114 251 25 0.02660.410.41127.9325llnnn 由于ll，故该 U 形加劲肋为刚性加劲肋。其他各部分加劲肋刚性判断结果如下表：板厚(mm)l 0 l ll 顶板中间中部纵向加劲肋 16 59.53 6.21 0.41 30.88 满足 18 41.81 5.69 0.41 29.32 满足 20 30.48 5.26 0.41 28.07 满足 顶板悬臂中部纵向加劲肋 16 72.43 5.31 0.50 15.76 满足 18 50.87 4.87 0.50 15.21 满足 20 37.08 4.50 0.50 14.78 满足 顶板横向加劲肋 16 64.89 5.49 0.57 34.76 满足 18 45.57 5.03 0.57 32.88 满足 20 33.22 4.65 0.57 31.37 满足 底板纵向加劲肋 16 205.05 4.98 0.81 8.41 满足 18 281.28 5.39 0.81 8.57 满足 20 400.49 5.89 0.81 8.77 满足 底板横向加劲肋 16 144.33 4.56 0.81 8.14 满足 18 197.98 4.94 0.81 8.27 满足 20 281.89 5.39 0.81 8.43 满足 12 腹板横向加劲肋判断：83378.15 1033 3162 163.89 10tw wIh t 满足要求 腹板纵向加劲肋判断：222.50.453000 31622.50.45 3000 31621.871.5lwwa ha h 取1.5l 73377.10 101.5 3162 161.94 10tlw wIh t 满足要求 13 四四、结构结构刚度验算刚度验算 车辆荷载（活载）作用下跨中最大挠度为69630001.915600806 0mmlmm，故结构刚度满足规范要求。14 预拱度的设置采用恒载+12活载挠度反向设置，其值如下图，跨中最大预拱度设置为196.7mm。五五、结构结构应力计算应力计算 有效截面计算（1）顶板有效宽度计算 剪力滞：等效跨径69lLm 15 16 腹板之间部分顶板 17.33.652ibm 3.650.050.05290.3069ibl 翼缘有效宽度,3.651.1 21.1 23.653.6369sie iibbbml 顶板悬臂部分 3ibm 30.04350.0569ibl 翼缘有效宽度,3se iibbm 顶板总有效宽度为23 3.6313.26bm 占全宽的比例为13.2610099.713.3 故认为原截面全截面有效，误差可以忽略。底板 2.65ibm 2.650.03840.0569ibl 翼缘有效宽度,2.65se iibbm 17 18 局部稳定计算：4k 130034511.051.050.3220.4202060004ypypcrfbftEk 故1 19 1 2057.39 10effAAmm 12408.07 10effIImm 1.001uym 1.999lym 四个关键截面的几何有效截面特性表 截面 项目 支点截面 变厚度截面 A 变厚度截面 B 跨中标准截面 2effAmm 56.77 10 56.64 10 57.01 10 57.39 10 4effImm 121.03 10 121.02 10 121.08 10 121.15 10 uym 1.025 1.016 1.007 1.001 20 ly m 1.975 1.984 1.993 1.999 四个关键截面的内力表 截面 项目 支点截面 变厚度截面 A 变厚度截面 B 跨中标准截面 剪力(kN)弯矩(kN m)剪力(kN)弯矩(kN m)剪力(kN)弯矩(kN m)自重 2648.0 22642.1 1880.5 42214.1 729.2 45677.6 二期恒载 1535.2 13127.5 1090.3 24475.0 422.8 26483.1 汽车活载 1964.7 15276.7 1568.9 28482.1 1045.8 30818.9 弹性组合 6147.9 51046.4 4539.6 95171.2 2197.7 102979.5 极限组合 7507.5 62046.8 5573.3 115680.4 2773.5 125171.4 截面剪应力计算近似采用=effVA 截面正应力计算effMyI 以变厚度截面 A 为例，计算截面各项荷载效应下的应力：弯矩正应力（上缘）自重：6111222642.1 10101622.551.02 10ueffM yMPaI 二期：6221213127.5 10101613.081.02 10ueffM yMPaI 活载：6331215276.7 10101615.221.02 10ueffM yMPaI 弯矩正应力（下缘）自重：6111222642.1 10198444.031.02 10leffM yMPaI 二期：6221213127.5 10198425.531.02 10leffM yMPaI 活载：6331215276.7 10198429.721.02 10leffM yMPaI 剪应力 自重：31151880.5 10=2.836.64 10effVMPaA 21 二期：322510=1.646.109064 10.3effVMPaA 活载：333510=2.366.156864 10.9effVMPaA 本桥取01.0 22 钢箱梁结构自重、二期铺装恒载和移动汽车荷载的分项系数分别为 1.1、1.2 和 1.4。弹性组合：12322.55 13.08 15.2250.85uMPa 12344.03 25.53 29.7399.29lMPa 1232.83 1.64 2.366.83MPa 组合应力验算：上缘：222250.856.830.1941270150ddf 下缘：222299.296.830.3711270150ddf 满足要求 承载能力极限组合：1231.11.21.41.1 22.55 1.2 13.08 1.4 15.2261.81uMPa 1231.11.21.41.1 44.03 1.2 25.53 1.4 29.73 120.45lMPa 1231.11.21.41.1 2.83 1.2 1.64 1.4 2.368.39MPa 组合应力验算：上缘：222261.818.390.2361270150ddf 23 下缘：2222120.458.390.4501270150ddf 满足要求 各项荷载作用下截面应力计算表（单位：MPa）截面 项目 支点截面 变厚度截面 A 变厚度截面 B 跨中标准截面 上缘 下缘 上缘 下缘 上缘 下缘 自重 3.91 22.55 44.04 2.83 39.36 77.90 1.04 39.76 79.40 二期恒载 2.27 13.08 25.53 1.64 22.82 45.17 0.60 23.05 46.03 汽车活载 2.90 15.22 29.71 2.36 26.56 52.56 1.49 26.83 53.57 弹性组合 9.08 50.85 99.29 6.84 88.74