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1、5.8.3 钢箱梁设计计算示例一、设计资料1、设计荷载：城一A级2、桥面净宽：17.25m (四车道)3、标准跨径：45m4、计算跨径：44m5、主梁高度：1.80m6、高跨比：1/24.47、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：(1)城市桥梁设计荷载标准(CJJ77-98)(2)公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86)(3)铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)(4)道路桥示方书钢桥篇(日本道路协会)(5)英国标准BS5
2、400钢桥、混凝土桥及结合桥(西南交通大学出版社)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5.8.3-1a、断面图9伯电7£口=心K）Cb、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
3、肋：腹板高 400mm, 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583-2。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
4、 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*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入=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 2纵肋截面特性:A=14566mmI=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(月S板间距)L=3.
5、80m,三跨连续，等效跨径边跨：L1=0.8L=0.8*3.8=3.04m,中跨：L2=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
6、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）入2 （中室中）入3 （腹板处）回积（mm ）232482005616864惯性矩（mm4）1.0244x109_90.9328x10990.8066x109形心至上缘距离（mm）164189224形心至卜缘距离（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第襦与T 2 34耳(kN) 60 140
7、1402C0150轮篁kN) 30 70 70100f1i/riZDC州，梵冲击系数：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，叵载弯矩 (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纵月江点-2.1-41.1-42.818.4-50.0横肋跨中12.3121.3132.7-32.957.8横月江点-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o=160Mpa。
8、四、主梁应力(第一体系)计算1、全截面特性A=6.9639x105mm2 I=4.3717x1011mm4Ys=680mmYx=1134mm J=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翼板回积Ay(m )0.02660.0480纵向加劲回积Aj(m )0.016520.02402a=Aj/Ay0.6210.501J简支梁的有效宽度比。0.97
9、20.928日本桥规中的人值1.0*1.900.944*3.425翼缘启效宽度b'(m)1.8463.178翼缘启效宽度合计(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)入值根据日本道路桥示方书钢桥篇 8.3.4条计算；2)也值根据英国标准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也值。设计中偏安全取上述较小值。3、有效截面惯性距系数I 71=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)
10、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，叵载弯矩(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)主梁跨中292961815147447-84.0133.5五、支点处腹板平均剪应力恒载时：r m = 27.1MPa活载剪力最大时：r 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
11、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二 twb = DT =1785*3276x106/9.29567x1011=6.29Mpa J2、上翼缘与腹板连接处的最大纵向翘曲应力一/ Bb、2DT'-TWT =()2"BBT J(1 里)3Bt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；TWT(1 2Bc )=1.53*(1+2*3.425/11.40
12、)=2.45MPa Bt箱梁约束扭转翘曲应力分布见图5.8.3-6。I I I l " L I_LI 弋y 一" (XTWTmax I U t! I . t I I I ! I I 口 I I IBc2BtBc2TWBmaxmmLLL3Bb-tti rrrTI IT1 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
13、-2.5= -121.9Mpa<- =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，纵肋在横月A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= -96.4Mpa。=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= 139.8Mpa二=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