MIDAS钢箱梁计算书

1.1B07～F03 D07～H03 50.5+65+50.5m(桥宽 10m)钢箱梁
1.1.1计算参数及参考规范
（1）标准 设计荷载：城-A 级； 桥梁安全等级为一级，结构重要性系数 1.1；
（2）主要材料 钢箱梁采用 Q345D 钢材， 桥面板采用 C40 混凝土。
（3）参考规范 《公路钢结构桥梁设计规范》报批稿， 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》。
5
到主梁顶、底板最不利正应力和剪应力。
标准组合上缘法向应力（压应力为负，单位：MPa） 标准组合下缘法向应力（压应力为负，单位：MPa）
标准组合剪应力（单位：MPa）
6
活载应力幅（单位：MPa）
钢箱梁应力表（单位：MPa）
截面位 置
上缘 下缘 腹板剪
力 疲劳验
算
最大压应力
midas 结果
有效分 布宽度
1.1.4中横梁计算
根据纵向计算结果选取恒载和活载最大的中横梁进行复核计算。横隔板翼 缘板参照《现代钢桥》取为 24 倍的顶底板厚。
计算几何模型
采用容许应力法进行荷载组合，得到横梁顶、底板最不利正应力和剪应 力。
上缘法向应力（压应力为正，单位：MPa）
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下缘法向应力（压应力为正，单位：MPa）
剪应力（压应力为正，单位：MPa）
截面位 置
上缘 下缘 腹板剪 力
最大压应力
midas 结 果
有效分 布宽度
考虑分布宽 度后结果
-51.55 -103.38
0.944 0.677
-54.59 -152.76
／
／
／
最大拉应力
midas 结 果
有效分 布宽度
考虑分 布宽度 后结果
源自文库
69.81
0.735
95.01
75.72
0.921
82.26
部位
截面位置 最大压应力 最大拉应力 最大剪应力
上缘
-14.84
37.77
／
钢箱梁
下缘
-38.96
14.84
腹板剪力
／
／
38.54
从上表可以看出正应力满足要求，腹板剪应力满足要求。
容许值 210 210 120
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1.1.6桥面板局部计算分析
1.1.6.1.1建立模型 对局部钢桥面板进行模拟，取出主梁段节段 5m 长的钢箱梁桥面板模型，在
部位 钢箱梁
截面位置 上缘 下缘
腹板剪力
最大压应力 -12.98 -128.15 ／
最大拉应力 124.3 12.98 ／
最大剪应力 ／
103.25
容许值 210 210 120
从上表可以看出正应力满足要求，腹板剪应力虽满足要求，但偏大，建议 对腹板至支座之间的横隔板进行局部加强。
1.1.5端横梁计算
13
恒+活应力云图（范梅赛斯应力，单位：MPa）
由上述结果可知，桥面板顶板局部最大范梅赛斯应力为 203.9Mpa，满足规 范要求 1.1*200=220MPa。
1.1.7桥面系刚度验算
1.1.7.1.1肋间相对挠度 根据《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》对钢桥面加劲肋间的相
对挠度进行验算如下：
步骤
施工内容
cs1
中间支点节段架设
cs2
其余梁段架设
cs3
合拢段施工
cs4
二期恒载
（2）施工阶段应力计算
上缘最大应力（压应力为负，单位：MPa）
上缘最小应力（压应力为负，单位：MPa）
下缘最大应力（压应力为负，单位：MPa）
4
下缘最小应力（压应力为负，单位：MPa）
最大剪应力（单位：MPa）
施工阶段主梁应力（压应力为负，单位：MPa）
横隔板和纵腹板的位置进行竖向约束。使用 MIDAS 建立板梁模型如下图：
桥面板有限元模型
1.1.6.1.2加载方式 考虑荷载为自重，二期和车轮压力，其中车轮压力采用《公路桥涵设计通
用规范》车辆荷载加载，为了得到最大的拉、压应力考虑了最不利的车轮作用 位置工况。车辆荷载采用城-A 级车辆荷载标准值，取最大的中间轴重力标准值 2x140kN，并考虑冲击系数 0.4，同时考虑自重、栏杆及铺装荷载作用。车轮的 着地宽度及长度为 0.6x0.2m，轮距 1.8m，两轴间距 1.2m。按照《公路桥涵设 计通用规范》布置横向车辆荷载。 1.1.6.1.3计算结果
14976.5 18646.5
15
安全系数为 17.19，满足要求。 第二种倾覆工况：
倾覆轴绕中跨外侧 2 支座旋转。
稳定力矩如下：
支座位置
0内 0外 1内 1外 2内 2外 3内 3外 合计
倾覆力矩如下：
反力 kn 582.4 1215.6 2804.2 3109.7 2863.8 3070.9 544.6 1245
考虑分布 宽度后结
果
-120.47 0.944
-127.57
-172.15 0.677
-254.37
／
／
／
最大拉应力
midas 结果
有效分 布宽度
考虑分 布宽度 后结果
124.38 0.735 169.28
157.43 0.921 171.02
最大剪 应力
／
容许值
210 210
／
／
／
89.1
120
118.4
中跨：恒+0.5 活=0.5*(80.1+175.0)=127.6mm,图中预拱度为 11.5cm，偏 小。
边跨：恒+0.5 活=0.5*(44.4+130.5)=87.5mm,图中预拱度为 7cm，偏小。 1.1.3.1.7反力和支座选型
标准组合下支点最大反力如下图所示：
8
从 上 图 可 以 看 出 中 支 点 最 大 反 力 为 4871kn ， 图 中 所 选 支 座 型 号 为 GPZ(2009)8 系列，承载力满足要求，富裕偏大。
从 上 图 可 以 看 出 边 支 点 最 大 反 力 为 2475kn ， 图 中 所 选 支 座 型 号 为 GPZ(2009)5 系列，承载力满足要求，富裕偏大。 1.1.3.1.8纵向计算结论 （1）在标准组合下，中支点下缘压应力偏大，不满足规范要求。疲劳验算虽能 满足要求，但富裕不是很大。 （2）计算活载挠度不满足规范要求，预拱度设置基本合理。 （3）所选支座类型承载力满足要求，富裕偏大。
全桥共划分为 241 个单元，162 个节点。结构计算几何模型如下图：
2
1.1.3.1.2计算荷载 （1）一期恒载
计算几何模型
主梁顶、底和腹板采用实际板厚，钢材重力密度 78.5kN/m3，单元重力密度
考 虑 各 种 加 劲 肋 和 焊 缝 实 际 重 量 提 高 1.24 倍 ； 混 凝 土 桥 面 板 重 力 密 度
25kN/m3。沥青混凝土重力密度 24kN/m3。
（2）二期恒载
1.1.3.1.3计算参数 （1）钢材材料特性如下表：
结构钢材性能表
应用结构
钢箱加劲梁
材质
Q345D
弹性模量 E(MPa)
210000
剪切模量 G(MPa)
81000
力
泊松比γ
0.3
学
轴向容许应力[σ] (MPa)
200
性
弯曲容许应力[σw] (MPa)
根据纵向计算结果选取恒载和活载最大的端横梁进行复核计算。横隔板翼 缘板参照《现代钢桥》取为 24 倍的顶底板厚。
计算几何模型
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采用容许应力法进行荷载组合，得到横梁顶、底板最不利正应力和剪应 力。
上缘法向应力（压应力为正，单位：MPa）
下缘法向应力（压应力为正，单位：MPa）
剪应力（压应力为正，单位：MPa）
安全系数为 3.18，满足要求。
Ω m2 58.7 374.5
pk
e
kn
m
360
1.778
360
4.878
超载系数
3 3
倾覆力矩 kn*m
5277.0 23891.0 29168.0
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钢箱梁结构挠度计算时，参照《公路钢结构桥梁设计规范》报批稿表中的 要求验算桥梁的竖向挠度。根据在城—A 活载作用下的挠度如下图所示：
活载挠度图 max（单位：mm）
7
活载挠度图 min（单位：mm）
恒载挠度图（单位：mm）
恒+1/2 活预拱度设置图（单位：mm）
汽车挠度 d=0.5*(23.1+89.47+56.7+156.43)=162.7mm>L/600=108.3mm,,不 满足规范要求。
稳定力矩如下：
倾覆力矩如下：
支座位置
0内 0外 1内 1外 2内 2外 3内 3外 合计
反力 kn 582.4 1215.6 2804.2 3109.7 2863.8 3070.9 544.6 1245
力臂 m
4.170 0.000 4.181 0.000 32.049 28.750 71.600 70.201
／
／
／
最大剪 应力
／ -50.21
容许值
210 210 120
由上图表可以看出，在施工阶段，主梁的正应力和剪应力均满足规范要
求。
（3）施工阶段变形
跨中竖向位移（单位：mm）
从上图可以看出成桥阶段跨中竖向位移为向下 96.8mm。 1.1.3.1.5纵向计算分析结果
采用容许应力法进行荷载组合，现场采用分节段拼装的施工方案，计算得
力臂 m
25.382 22.097 4.198 0.000 4.176 0.000 27.755 24.713
稳定力矩 kn*m
14782.5 26861.1 11772.0
0.0 11959.2
0.0 15115.4 30767.7 111257.9
车道数
μ
1
0.4
2
0.4
合计
qk kn/m2 10.5 10.5
210
能
容许剪应力[τ] (MPa)
120
屈服应力[σs] (MPa)
345
热膨胀系数(℃)
0.000012
（2）梯度温差：参照混凝土规范规定：升温取 T1=14°C，T2=5.5°C，负
3
温度效应按照一半考虑。
（3）基础变位：主墩沉降 2cm，边墩沉降 1cm。 1.1.3.1.4施工阶段计算分析结果 （1）施工阶段划分
计算结果如下图所示：
12
恒+活应力云图（主拉应力，单位：MPa）
由上述结果可知，桥面板顶板局部最大主拉应力为 196.9Mpa，虽能满足规 范要求，但主拉应力偏大。建议悬臂处的加劲肋改为 T 型加劲肋或 U 型加劲 肋。
恒+活应力云图（主压应力，单位：MPa）
由上述结果可知，桥面板顶板局部最大主压应力为 151.1Mpa，满足规范要 求。发生在翼缘挑梁根部下缘。
稳定力矩 kn*m
2428.6 0.0
11724.4 0.0
91781.9 88288.4 38993.4 87400.2 320616.9
车道数
μ
qk
kn/m2
1
0.4
10.5
2
0.4
10.5
合计
Ω m2 33.23 183.33
pk
e
kn
m
360 1.458
360 4.558
超载系数
3 3
倾覆力矩 kn*m 3669.9
1.1.2主要计算内容
结构纵向整体应力，即主梁体系，采用三维有限元建模分析，采用梁格模 型，计算主梁顶、底板最不利应力。
1.1.3纵向整体计算
1.1.3.1.1计算模型 纵向整体计算采用三维有限元建模分析，采用梁格法模型进行模拟。参照
《公路钢结构桥梁设计规范》报批稿进行钢梁有效分布宽度的计算。
1
根据桥面布置，汽车按最不利情况进行影响线加载。温度考虑整体升降温 20 度和梯度温度。永久支承按简支支承条件进行约束。
121.7
从上表可以看出跨中支点下缘压应力偏大，不满足规范要求。活载的应力
幅较大，疲劳验算虽能满足要求，但富裕不是很大。
腹板上设置了两道纵向加劲肋，由《公路钢结构桥梁设计规范》报批稿
5.3.3-1：
ηh0 / 310 = 254 / 275 * 2200 / 310 = 6.8 < 16mm
由上可知：腹板的最小厚度满足规范要求。 1.1.3.1.6挠度验算
1.1.7.1.2肋间曲率半径 根据《公路钢箱梁桥面铺装设计与施工技术指南》对钢桥面板变形最小曲
率半径进行验算如下：
14
1.1.8抗倾覆验算
依据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》报批稿 4.1.10 对钢桥进 行抗倾覆验算。为考虑安全，活载加载按 3 倍的车辆荷载进行加载。
第一种倾覆工况：
倾覆轴绕边跨外侧 2 支座旋转。