桥梁钢箱梁计算书.docx
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桥梁钢箱梁计算书
某钢箱梁
复核计算报告
1概述
1.1钢箱梁概况
主梁为四跨一联的连续钢箱梁，两幅桥错孔布置，位于半径R=1190m的平面圆曲线上，跨径布置为（25+35+35+25）m，每幅桥顶面宽17.25m，箱梁顶板为单向横坡2%，箱梁中心线位置梁高1.8m，采用单箱三室闭合截面。
桥面铺装为防水粘结层（环氧粘结层+5mm碎石覆盖）+3.0cm环氧沥青混凝土+4cm高弹改性沥青SMA13
钢箱梁为正交异性板,一般截面:
顶面板厚14mm，底面板厚14mm,设4道竖直腹板,厚度12mm,顶板采用U型加劲肋，厚8mm、高260mm、间距600mm,底板采用T型加劲肋,竖肋厚8mm、高120mm；水平肋厚10mm、100mm宽，腹板加劲肋厚度14mm、高度160mm，横隔板采用板结构,间距2m,板厚为10mm。
图1.1钢箱梁立面
图1.2钢箱梁标准断面
1.2钢梁的安装及顶推
钢箱梁节段的存放,应在内纵腹板与横隔板的交点处需设临时支腿支承.整节段或分段钢箱梁运至11号墩附近的顶推平台位置,由吊车提升至顶推平台上,一次安装及顶推的长度为2～3个梁段。
在每道纵腹板底设一条聚四氟乙烯滑道,滑道宽度应大于50厘米,长度应大于3.0米。
导梁长度由施工单位根据实际情况自行确定，计算导梁长度为22米.两梁段间面板及底板的横向工地焊缝采用单面焊双面成型工艺,为此底板拼接缝附近的U型肋可做局部嵌补。
2计算模型与方法
2.1计算参数
2.1.1材料
钢材Q345qd：
弹性模量E=2.1×105MPa，剪切模量G=0.81×105MPa。
2.1.2计算荷载
（1）恒载
钢材78.5kN/m3，铺装23kN/m3，防撞栏杆10kN/m。
（2）活载
设计荷载：
公路－Ⅰ级。
人群荷载：
3.5KN/m²；
（3）温度荷载
整体升温40℃、整体降温20℃，温度梯度40℃。
（4）支座沉降
12#、16#墩为0.5cm，13#、14#、15#墩0.8cm。
2.2荷载组合
（1）组合一：
恒载＋汽车
（2）组合二：
恒载＋汽车+步道人群+温度+沉降
2.3计算模型
采用SAP2000空间杆系计算，计算模型如下图，钢箱梁截面几何特性如下表。
图2.3.1计算模型
表2.3.1截面几何特性
截面几何特性
构件
主梁
位置
标准截面
材质
Q345
计算截面
毛截面
Upper.Flg（mm）
（2500
+12250
+2500）
x14
Web（mm）
2-
Web
1800
x12
Lower.Flg（mm）
（26
+12250
+26）
x14
Upper.I-Rib（mm）
6-
I-Rib
160
x14
Upper.U-Rib（mm）
25-
300
x260
x184
x8
Lower.I-Rib（mm）
29-
I-Rib
176
x11
Lower.U-Rib（mm）
0-
0
x0
x0
x0
中性轴Yo（cm）
19.91
上缘距离Yu（cm）
71.5
下缘距离Yl（cm）
111.3
面积A（cm2）
6703.8
抗扭惯矩J（cm4）
96,351,021
面内惯矩Ix（cm4）
45,087,695
面外惯矩Iy（cm4）
978,119,153
3主梁内力
主梁弯矩、剪力和扭矩包络如下图。
3.1.1顶推施工阶段
图3.1.1弯矩图（kN-m）
图3.1.2剪力图（kN）
图3.1.3扭矩图（kN-m）
图3.1.4反力图（kN）
3.1.2（恒载＋活载）组合一
3.1.3（恒载＋活载＋支座沉降＋温度）组合二
4
主梁应力
4.1控制断面内力
4.1.1顶推施工阶段
顶推施工阶段控制断面内力
控制断面
剪力（kN）
扭矩（kN-m）
弯矩（kN-m）
前支点
-1464.6
52.0
9990.0
4.1.2（恒载＋活载）组合一
（恒载＋活载）组合控制断面内力
控制断面
剪力（kN）
扭矩（kN-m）
弯矩（kN-m）
边跨跨中
-1129.64
-1769.15
10770.65
25-35m中间支点
-3679.26
-3057.52
-18123
中跨跨中
-966.235
-2132.82
14695.53
35-35m中间支点
-3816.21
-3012.12
-21430.4
4.1.3（恒载＋活载＋支座沉降＋温度）组合二
（恒载＋活载＋支座沉降＋温度）组合控制断面内力
控制断面
剪力（kN）
扭矩（kN-m）
弯矩（kN-m）
边跨跨中
-1621.66
-1826.89
20160.51
25-35m中间支点
-3874.05
-3418.07
-27816.8
中跨跨中
-1161.03
-2313.87
28750.51
35-35m中间支点
-4087.37
-3295.82
-28797.6
由表可知顶推施工阶段不控制设计，仅需对运营阶段进行应力验算。
4.2截面有效宽度
考虑剪力滞的影响，按《现代钢桥》中第一体系计算截面有效宽度。
跨间断面：
中间支点断面：
式中，b为主梁腹板间距的一半或悬臂板宽度；l为换算跨径。
表4.2.1主梁有效宽度计算表
截面
位置
计算跨径（mm）
结构计算宽度b（mm）
有效宽度be（mm）
折减系数Be/B
悬臂
边箱内
中箱内
总宽B
悬臂
边箱内
中箱内
总宽Be
25m边跨跨间
顶板
20000
2500
2042.5
2040
17250
2125
1830
1828
15224
0.883
底板
20000
26
2042.5
2040
12302
26
1830
1828
11026
0.896
35m中跨跨间
顶板
21000
2500
2042.5
2040
17250
2155
1849
1848
15403
0.893
底板
21000
26
2042.5
2040
12302
26
1849
1848
11145
0.906
25-35跨中间支点
顶板
12000
2500
2042.5
2040
17250
1472
1551
1550
12250
0.710
底板
12000
26
2042.5
2040
12302
26
1551
1550
9359
0.761
35-35跨中间支点
顶板
14000
2500
2042.5
2040
17250
1580
1651
1649
13062
0.757
底板
14000
26
2042.5
2040
12302
26
1651
1649
9954
0.809
4.3局部稳定系数
轴心受压板件的局部稳定系数由相对宽厚比R按下式计算
式中b——加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）；
t——被加劲板板厚；
E——弹性模量；
v——泊松比；
k——加劲板的弹性屈曲系数，加劲肋的刚度符合条款5.2.6项规定时，可参考附录A的简化公式计算。
钢箱梁腹板和横隔板围成的翼缘板部分，当纵向加劲肋等间距布置时，加劲板的弹性屈曲系数k可由以下式计算：
时
时
式中，
n＝nl＋1——受压板被纵向加劲肋分割的子板元数；
nl——等间距布置纵向加劲肋根数;
α——加劲板的长宽比α=a/b；
a——加劲板的长度（横隔板或刚性横向加劲肋的间距）；
b——加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）;
t——加劲板的厚宽;
δl——单根加劲肋的截面面积与被加劲板的面积之比
；
Al——单根加劲肋的截面面积；
——纵向加劲肋的相对刚度
；
Il——纵向单根加劲肋对被加劲板的抗弯惯矩；
D——单宽板刚度
；
表4.3.1局部稳定系数
板件
顶板悬臂
（加强耳板）
顶板悬臂
（未加强耳板）
顶板箱内
底板
弹性屈曲系数
k
274.2
29.1
784.0
400.0
相对宽厚比
R
0.459
1.409
0.443
0.621
局部稳定系数
φl
0.92
0.37
0.94
0.78
材料容许应力
[σ]
210
210.0
210
210
构件容许应力
φl[σ]
193.3
78.7
196.6
163.5
4.4控制截面应力
控制截面应力计算结果如下表，应力满足要求，有较大的余富。
如果采用双箱截面设计可以减少用钢量。
（恒载＋活载）组合控制截面应力
截面几何特性
构件
25m边跨
35m边跨
25m＋35m中间支座
35m＋35m中间支座
Upper.Flg（mm）
（2125
+10976
+2125）
x14
（2125
+11092
+2125）
x14
（1472
+9304
+1472）
x14
（1580
+9902
+1580）
x14
Web（mm）
4-
Web
1800
x12
4-
Web
1800
x12
4-
Web
1800
x12
4-
Web
1800
x12
Lower.Flg（mm）
（26
+10976
+26）
x14
（26
+11092
+26）
x14
（26
+9304
+26）
x14
（26
+9902
+26）
x14
Upper.I-Rib（mm）
0-
I-Rib
0
x0
0-
I-Rib
0
x0
0-
I-Rib
0
x0
0-
I-Rib
0
x0
Upper.U-Rib（mm）
17-
300
x260
x184
x8
17-
300
x260
x184
x8
15-
300
x260
x184
x8
15-
300
x260
x184
x8
Lower.I-Rib（mm）
22-
I-Rib
176
x11
22-
I-Rib
176
x11
20-
I-Rib
176
x11
20-
I-Rib
176
x11
Lower.U-Rib（mm）
0-
0
x0
x0
x0
0-
0
x0
x0
x0
0-
0
x0
x0
x0
0-
0
x0
x0
x0
中性轴Yo（cm）
15.18
15.09
13.30
13.32
上缘距离Yu（cm）
76.2
76.3
78.1
78.1
下缘距离Yl（cm）
106.6
106.5
104.7
104.7
面积A（cm2）
5944.2
5976.7
5139.4
5337.1
抗扭惯矩J（cm4）
84,888,478
85,929,939
69,938,680
75,270,948
面内惯矩Ix（cm4）
39,407,920
39,682,563
33,622,973
35,211,225
面外惯矩Iy（cm4）
828,510,018
848,513,369
496,885,621
586,852,794
断面内力
弯矩Mb（kN･m）
10771
14695.53
-18122.96
-21430.44
剪力Sb（kN）
-1130
-966.2347
-3679.255
-3816.205
轴力N（kN）
扭矩Mt（kN･m）
-1769.151
-2132.815
-3057.523
-3012.119
截面应力
上缘应力σu（MPa）
压应力：
-21
<
193.3
压应力：
-28
<
193.3
拉应力：
42
<
210
拉应力：
48
<
210
容许值、验算结果
193.3
OK
193.3
OK
210
OK
210
OK
下缘应力σl（MPa）
拉应力：
29
<
210
拉应力：
39
<
210
压应力：
-56
<
163.5
压应力：
-64
<
163.5
容许值、验算结果
210
OK
210
OK
163.5
OK
163.5
OK
腹板剪应力τ（MPa）
-13
<
-120
-11
<
-120
-43
<
-120
-44
<
-120
容许值、验算结果
120
OK
120
OK
120
OK
120
OK
腹板换算复合应力
0.03
<
1.10
0.05
<
1.10
0.21
<
1.10
0.24
<
1.10
容许值、验算结果
1.10
OK
1.10
OK
1.10
OK
1.10
OK
（恒载＋活载＋支座沉降＋温度）组合控制截面应力
截面几何特性
构件
25m边跨
35m边跨
25m＋35m中间支座
35m＋35m中间支座
Upper.Flg（mm）
（2125
+10976
+2125）
x14
（2125
+11092
+2125）
x14
（1472
+9304
+1472）
x14
（1580
+9902
+1580）
x14
Web（mm）
4-
Web
1800
x12
4-
Web
1800
x12
4-
Web
1800
x12
4-
Web
1800
x12
Lower.Flg（mm）
（26
+10976
+26）
x14
（26
+11092
+26）
x14
（26
+9304
+26）
x14
（26
+9902
+26）
x14
Upper.I-Rib（mm）
0-
I-Rib
0
x0
0-
I-Rib
0
x0
0-
I-Rib
0
x0
0-
I-Rib
0
x0
Upper.U-Rib（mm）
17-
300
x260
x184
x8
17-
300
x260
x184
x8
15-
300
x260
x184
x8
15-
300
x260
x184
x8
Lower.I-Rib（mm）
22-
I-Rib
176
x11
22-
I-Rib
176
x11
20-
I-Rib
176
x11
20-
I-Rib
176
x11
Lower.U-Rib（mm）
0-
0
x0
x0
x0
0-
0
x0
x0
x0
0-
0
x0
x0
x0
0-
0
x0
x0
x0
中性轴Yo（cm）
15.18
15.09
13.30
13.32
上缘距离Yu（cm）
76.2
76.3
78.1
78.1
下缘距离Yl（cm）
106.6
106.5
104.7
104.7
面积A（cm2）
5944.2
5976.7
5139.4
5337.1
抗扭惯矩J（cm4）
84,888,478
85,929,939
69,938,680
75,270,948
面内惯矩Ix（cm4）
39,407,920
39,682,563
33,622,973
35,211,225
面外惯矩Iy（cm4）
828,510,018
848,513,369
496,885,621
586,852,794
断面内力
弯矩Mb（kN･m）
20161
28750.51
-27816.83
-28797.55
剪力Sb（kN）
-1130
-1161.033
-3874.053
-4087.374
轴力N（kN）
扭矩Mt（kN･m）
-1769.151
-2313.866
-3418.071
-3295.817
截面应力
上缘应力σu（MPa）
压应力：
-39
<
193.3
压应力：
-55
<
193.3
拉应力：
65
<
200
拉应力：
64
<
200
容许值、验算结果
193.3
OK
193.3
OK
210
OK
210
OK
下缘应力σl（MPa）
拉应力：
55
<
210
拉应力：
77
<
210
压应力：
-87
<
163.50
压应力：
-86
<
163.5
容许值、验算结果
210
OK
210
OK
163.5
OK
163.5
OK
腹板剪应力τ（MPa）
-13
<
-120
-13
<
-120
-45
<
-120
-47
<
-120
容许值、验算结果
120
OK
120
OK
120
OK
120
OK
腹板换算复合应力
0.09
<
1.10
0.16
<
1.10
0.33
<
1.10
0.34
<
1.10
容许值、验算结果
1.10
OK
1.10
OK
1.10
OK
1.10
OK
5加劲肋验算
5.1主梁顶底板加劲肋
按照《公路钢结构桥梁设计规范》征求意见稿计算定加劲肋的刚度Il宜满足下式要求：
n＝nl＋1——受压板被纵向加劲肋分割的子板元数；
nl——等间距布置纵向加劲肋根数;
α——加劲板的长宽比α=a/b；
a——加劲板的长度（横隔板或刚性横向加劲肋的间距）；
b——加劲板的宽（腹板或刚性纵向加劲肋的间距）;
t——加劲板的厚宽;
δl——单根加劲肋的截面面积与被加劲板的面积之比
；
Al——单根加劲肋的截面面积；
——纵向加劲肋的相对刚度
；
Il——纵向单根加劲肋对被加劲板的抗弯惯矩；
D——单宽板刚度
；
E——弹性模量。
主梁顶底板加劲肋刚度计算结果如下表，顶底板刚度满足要求，但耳板刚度不满足要求。
表主梁顶底板加劲肋刚度计算
板件
顶板悬臂
顶板箱内
底板
耳板
加劲板厚
t
14
14
14
14
加劲板宽
b
2500
4080
4080
2500
横向加劲间距a
a
2000
2000
2000
2000
纵向加劲
加劲肋根数
nl
8
13
9
8
加劲肋腹板宽度
br
160
260
120
120
加劲肋腹板厚度
tr
14
8
8
8
加劲肋翼板宽度
br
0
92
100
0
加劲肋翼板厚度
tr
0
8
10
0
纵向加劲间距
277.778
291.4
408
277.778
等分数n=nl+1
n
9
14
10
9
要求加劲肋面积
Areq
389
408
571
389
要求加劲肋宽度
br
66.7
115.2
92.6
76.4
要求加劲肋厚度
tr
48.6
31.4
63.5
48.6
bt^3/11
623636
1017775
1017775
623636
a/b
0.800
0.490
0.490
0.800
al
2240
2080
960
960
dl
0.064
0.036
0.017
0.027
Il
1.91E+07
9.66E+07
1.90E+07
4.61E+06
g
30.7
94.9
18.7
7.4
a0
4.1
6.0
3.7
2.9
t0
11.6
12.1
17.0
11.6
geq1
36.3
20.3
11.2
28.7
geq2
0.3
0.1
0.2
0.3
geq3
255.3
591.8
233.6
202.0
geq
24.5
15.2
11.1
19.3
Ieq
1.53E+07
1.54E+07
1.13E+07
1.21E+07
OK
OK
OK
OUT
5.2
主梁腹板加劲肋
腹板横向加劲肋的间距a由应满足以下要求：
式中tw——腹板的厚度；
τ——标准组合下的腹板剪应力。
腹板横向加劲肋惯性矩应满足以下要求：
式中It——单侧设置横向加劲肋时加劲肋对于与腹板连接线的惯性矩，或双侧对称设置横向加劲肋时加劲肋腹板中心线的惯性矩；
腹板纵向加劲肋满足以下要求：
式中Il——单侧设置横向加劲肋时加劲肋对于与腹板连接线的惯性矩，或双侧对称设置横向加劲肋时加劲肋腹板中心线的惯性矩；
a——腹板横向加劲肋间距。
腹板加劲肋计算结果如下表，横向加劲间距不满足要求，建议横隔板间增加一道加劲肋；纵向加劲肋刚度满足要求，中间腹板可以仅在一侧设置加劲肋，取消另一侧的加劲肋。
腹板厚
t
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