無錫西鋼箱梁橋計(jì)算書

1、.無錫西互通鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)計(jì)算書2006年2月21日*;無錫西互通鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)計(jì)算第一部分 全橋結(jié)構(gòu)整體計(jì)算一 計(jì)算軟件與模型1、計(jì)算簡圖及箱梁截面（圖1、2）圖 1 全橋結(jié)構(gòu)計(jì)算簡圖（單位：cm）圖 2 箱梁截面（單位：cm）2、計(jì)算軟件與單元：采用大型通用空間有限元程序進(jìn)行計(jì)算。鋼箱梁塊件采用殼體單元模擬。3、計(jì)算模型：約束條件：A、B、D點(diǎn)處簡支（僅約束豎向線位移），C點(diǎn)約束三向線位移。考慮橫坡（2%）影響，按實(shí)際尺寸取右半橋橫橋向矮半箱梁建立空間實(shí)體模型?？臻g模型見圖3；有限元模型見圖4。二 材料及參數(shù)鋼箱梁（截面圖見圖2）：彈性模量Ec=2.06×1011Pa，剪切模量G=0

2、.79×1011Pa，泊松比=0.3，密度=8000/m3（鋼材密度為7850/m3，這里考慮焊縫及部分未建模裝飾板的增重取8000/m3），線膨脹系數(shù)=1.2×10-5。三 作用及組合因全橋整體模型較大，為節(jié)省計(jì)算時(shí)間，因此依靠人為判斷來確定對(duì)結(jié)構(gòu)最不利的作用組合。在僅考慮恒載作用下，順橋向最大應(yīng)力出現(xiàn)在第2跨跨中下緣，因此車道荷載布于第2跨最不利；全橋（不包括支座處）在恒載作用下，箱梁下緣出現(xiàn)的拉應(yīng)力較上緣出現(xiàn)的壓應(yīng)力大，因此對(duì)中跨跨中不利溫度作用為頂板升溫；使中跨下緣產(chǎn)生不利拉應(yīng)力的不均勻沉降為B、C處不均勻沉降。圖 3 空間模型圖 4 有限元模型因此，對(duì)全橋結(jié)構(gòu)最不

3、利組合如下：自重：重力加速度取9.81m/s2；二期恒載：1.68×103 N/m2；車道荷載：布置于第2跨，單向四車道，按公路級(jí)橫向折減計(jì)算值的1.15倍考慮，集中荷載P=1.109×106N，均布荷載q=1.876×103 N/m2；B、C處不均勻沉降2cm；頂板升溫20。四 計(jì)算結(jié)果1、支座反力（1）一、二期恒載作用下的支座反力（見表1）：表 1 一、二期恒載作用下支座反力表位 置ABCD數(shù)值（kN）1521.85946.862221735.8（2）支座最大反力（見表2）：表 2支座最大反力表位 置ABCD數(shù)值（kN）3031.98622.49010.833

4、13.4考慮橫橋向四車道的車輛荷載偏載后，單個(gè)支座（無拉力出現(xiàn)，均為壓力支座）最大設(shè)計(jì)反力如下：表 3單個(gè)支座最大設(shè)計(jì)反力表位 置ABCD數(shù)值（kN）1690.94808.75025.31847.92、撓度計(jì)算車道荷載布于中跨時(shí)，中跨產(chǎn)生最大豎向位移為-0.047m；車道荷載布于兩邊跨時(shí)，中跨產(chǎn)生最大豎向位移為0.015m。中跨最大撓度值為0.047+0.015=0.062m<L/800=66/800=0.083m。車道荷載布于中跨時(shí)，第1跨產(chǎn)生最大豎向位移為0.009m；車道荷載布于兩邊跨時(shí)，第1跨產(chǎn)生最大豎向位移為-0.024m。第1跨最大撓度值為0.009+0.024=0.033m

5、<L/800=45.5/800=0.057m。車道荷載布于中跨時(shí)，第3跨產(chǎn)生最大豎向位移為0.010m；車道荷載布于兩邊跨時(shí)，第3跨產(chǎn)生最大豎向位移為-0.030m。第1跨最大撓度值為0.010+0.030=0.040m<L/800=50/800=0.063m。撓度值圖見圖5、圖6。圖 5 車道荷載布于中跨撓度圖（單位：m）圖 6 車道荷載布于邊跨撓度圖（單位：m）3、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果（1）頂板應(yīng)力云圖圖 7 頂板順橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 8 頂板橫橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 9 頂板主拉應(yīng)力（單位：Pa）圖 10 頂板主壓應(yīng)力（單位：Pa）圖 11 頂板等效應(yīng)力（單位：Pa）圖 12

6、 頂板最大剪應(yīng)力（單位：Pa）（2）頂板加勁U肋應(yīng)力云圖圖 13 頂板加勁U肋順橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 14 頂板加勁U肋橫橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 15 頂板加勁U肋主拉應(yīng)力（單位：Pa）圖 16 頂板加勁U肋主壓應(yīng)力（單位：Pa）圖 17 頂板加勁U肋等效應(yīng)力（單位：Pa）圖 18 頂板加勁U肋最大剪應(yīng)力（單位：Pa）（3）頂板加勁條肋應(yīng)力云圖圖 19 頂板加勁條肋順橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 20 頂板加勁條肋橫橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 21 頂板加勁條肋主拉應(yīng)力（單位：Pa）圖 22 頂板加勁條肋主壓應(yīng)力（單位：Pa）圖 23 頂板加勁條肋等效應(yīng)力（單位：Pa）圖 24 頂板加勁條肋最

7、大剪應(yīng)力（單位：Pa）（4）底板（支座附近處單元已去掉）應(yīng)力云圖圖 25 底板順橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 26 底板橫橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 27 底板主拉應(yīng)力（單位：Pa）圖 28 底板主壓應(yīng)力（單位：Pa）圖 29 底板等效應(yīng)力（單位：Pa）圖 30 底板最大剪應(yīng)力（單位：Pa）（5）底板加勁U肋（支座附近處單元已去掉）應(yīng)力云圖圖 31 底板加勁U肋順橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 32 底板加勁U肋橫橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 33 底板加勁U肋主拉應(yīng)力（單位：Pa）圖 34 底板加勁U肋主壓應(yīng)力（單位：Pa）圖 35 底板加勁U肋等效應(yīng)力（單位：Pa）圖 36 底板加勁U肋最大剪應(yīng)力（單位：

8、Pa）（6）腹板應(yīng)力云圖圖 37 腹板順橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 38 腹板橫橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 39 腹板主拉應(yīng)力（單位：Pa）圖 40 腹板主壓應(yīng)力（單位：Pa）圖 41 腹板等效應(yīng)力（單位：Pa）圖 42 腹板最大剪應(yīng)力（單位：Pa）（7）腹板加勁肋應(yīng)力云圖圖 43 腹板加勁肋順橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 44 腹板加勁肋橫橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 45 腹板加勁肋主拉應(yīng)力（單位：Pa）圖 46 腹板加勁肋主壓應(yīng)力（單位：Pa）圖 47 腹板加勁肋等效應(yīng)力（單位：Pa）圖 48 腹板加勁肋最大剪應(yīng)力（單位：Pa）（8）橫隔板（支座附近處橫隔板已去掉）應(yīng)力云圖圖 49 橫隔板順橋向應(yīng)力

9、（單位：Pa）圖 50 橫隔板橫橋向應(yīng)力（單位：Pa）圖 51 橫隔板主拉應(yīng)力（單位：Pa）圖 52 橫隔板主壓應(yīng)力（單位：Pa）圖 53 橫隔板等效應(yīng)力（單位：Pa）圖 54 橫隔板最大剪應(yīng)力（單位：Pa）4、計(jì)算結(jié)果匯總（表4）表 4 全橋靜力計(jì)算結(jié)果應(yīng)力匯總表(單位：MPa) 應(yīng)力值構(gòu) 件順橋向橫橋向主拉應(yīng)力主壓應(yīng)力等效應(yīng)力剪應(yīng)力壓max拉max壓max拉max1max3maxmises maxmax頂 板12797.480.865.597.412712637.3頂板加勁U肋89.411546.211313216415836.5頂板加勁條肋39.273.20073.239.272.56.

10、70底 112117915848.2底板加勁U肋95.316240.771.116314015546.4腹 板1541220013516315359.6腹板加勁肋82.184.212.615.684.282.179.33.82橫隔板0056.386.692.457.295.139.75、應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析（1）頂板由頂板應(yīng)力云圖可看出：頂板在全橋最不利作用組合作用下，最大壓應(yīng)力為順橋向正應(yīng)力與主壓應(yīng)力，值為127MPa，出現(xiàn)于中跨跨中；最大拉應(yīng)力為橫橋向拉應(yīng)力和主拉應(yīng)力，值為97.4MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)對(duì)應(yīng)頂板區(qū)域；最大剪應(yīng)力37.3 Mpa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)中跨側(cè)附近對(duì)應(yīng)

11、頂板區(qū)域。各應(yīng)力云圖中應(yīng)力變化較均勻， 應(yīng)力分析結(jié)果表明頂板各應(yīng)力皆小于所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。（2）頂板加勁肋（U肋和條肋）由頂板加勁肋（U肋和條肋）應(yīng)力云圖可看出：頂板加勁肋（U肋和條肋）在全橋最不利作用組合作用下，最大壓應(yīng)力為主壓應(yīng)力，值為164MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)對(duì)應(yīng)U肋和條肋區(qū)域；最大拉應(yīng)力為主拉應(yīng)力，值為132MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)對(duì)應(yīng)U肋和條肋區(qū)域；最大剪應(yīng)力36.5 Mpa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)對(duì)應(yīng)U肋和條肋區(qū)域。各應(yīng)力云圖中應(yīng)力變化較均勻，應(yīng)力分析結(jié)果表明頂板加勁肋（U肋和條肋）各應(yīng)力皆小于所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。（3）底板（中支點(diǎn)兩側(cè)20cm區(qū)域、邊支點(diǎn)處35cm區(qū)域單元

12、去掉）由底板應(yīng)力云圖可看出：底板在全橋最不利作用組合作用下，最大壓應(yīng)力為主壓應(yīng)力，值為179MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)附近底板區(qū)域；最大拉應(yīng)力順橋向正應(yīng)力與主拉應(yīng)力，值為121MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)附近底板區(qū)域；最大剪應(yīng)力48.2 Mpa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)中跨側(cè)附近底板區(qū)域。各應(yīng)力云圖中應(yīng)力變化較均勻，應(yīng)力分析結(jié)果表明底板各應(yīng)力皆小于所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。 （4）底板加勁肋（中支點(diǎn)兩側(cè)20cm區(qū)域、邊支點(diǎn)處35cm區(qū)域單元去掉）由底板加勁肋應(yīng)力云圖可看出：底板加勁肋在全橋最不利作用組合作用下，最大壓應(yīng)力為主壓應(yīng)力，值為140MPa，出現(xiàn)于端支點(diǎn)附近底板加勁肋區(qū)域；最大拉應(yīng)力為主拉應(yīng)力，值為163M

13、Pa，出現(xiàn)于中跨跨中底板加勁肋區(qū)域；最大剪應(yīng)力46.4Mpa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)中跨側(cè)附近底板加勁肋區(qū)域。各應(yīng)力云圖中應(yīng)力變化較均勻，應(yīng)力分析結(jié)果表明底板加勁肋各應(yīng)力皆小于所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。 （5）腹板由腹板應(yīng)力云圖可看出：腹板在全橋最不利作用組合作用下，最大壓應(yīng)力為主壓應(yīng)力，值為163MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)附近對(duì)應(yīng)腹板區(qū)域；最大拉應(yīng)力為主拉應(yīng)力，值為135MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)附近對(duì)應(yīng)腹板區(qū)域；最大剪應(yīng)力59.6Mpa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)附近對(duì)應(yīng)腹板區(qū)域。各應(yīng)力云圖中應(yīng)力變化較均勻，應(yīng)力分析結(jié)果表明腹板各應(yīng)力皆小于所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。（6）腹板加勁肋由腹板加勁肋應(yīng)力云圖可看出：腹板加勁

14、肋在全橋最不利作用組合作用下，最大壓應(yīng)力為順橋向壓應(yīng)力和主壓應(yīng)力，值為82.1MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)附近對(duì)應(yīng)腹板加勁肋區(qū)域；最大拉應(yīng)力為順橋向拉應(yīng)力和主拉應(yīng)力，值為84.2MPa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)附近對(duì)應(yīng)腹板加勁肋區(qū)域；最大剪應(yīng)力3.82Mpa，出現(xiàn)于中支點(diǎn)附近對(duì)應(yīng)腹板加勁肋區(qū)域。各應(yīng)力云圖中應(yīng)力變化較均勻，應(yīng)力分析結(jié)果表明腹板加勁肋各應(yīng)力皆小于所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。（7）橫隔板（端、中支點(diǎn)處橫隔板已去掉）由橫隔板應(yīng)力云圖可看出：橫隔板在全橋最不利作用組合作用下，最大壓應(yīng)力為主壓應(yīng)力，值為57.2MPa，出現(xiàn)于中跨跨中附近橫隔板；最大拉應(yīng)力為主拉應(yīng)力，值為92.4MPa，出現(xiàn)于中跨跨中附近橫

15、隔板；最大剪應(yīng)力39.7Mpa，出現(xiàn)于中跨跨中附近橫隔板。各應(yīng)力云圖中應(yīng)力變化較均勻，應(yīng)力分析結(jié)果表明橫隔板各應(yīng)力皆小于所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。綜上，表明在全橋最不利作用組合作用下，結(jié)構(gòu)具有較好的受力性能及較高的安全性。第二部分 支座附近局部應(yīng)力計(jì)算一 模型及參數(shù)由于支座附近有應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此取左半橋斜支座附近箱梁來進(jìn)行局部分析。材料及參數(shù)均與整體計(jì)算相同。支座處梁底加強(qiáng)鋼板及豎向加強(qiáng)鋼板均建入局部模型中。支座范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)僅約束豎向線位移，局部分析模型兩端約束條件取整體分析模型中相應(yīng)梁段處內(nèi)力反向加于模型之上?？臻g模型見圖55；有限元模型見圖56。圖 55 空間模型圖 56 有限元模型二

16、 作用及組合局部分析汽車采用車輛荷載，并分別考慮一、二、三、四列車輛荷載偏載時(shí)(偏載示意圖見圖57，數(shù)值大小按通用規(guī)范取用)與下列作用組合：自重：重力加速度取9.81m/s2；二期恒載：1.68×103 N/m2；頂板升溫20。圖 57 車輛荷載偏載布置示意圖三 計(jì)算結(jié)果表 5 支座附近局部應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總表(單位：MPa)應(yīng)力值構(gòu) 件順橋向橫橋向主拉應(yīng)力主壓應(yīng)力等效應(yīng)力剪應(yīng)力壓max拉max壓max拉max1max3maxmises maxmax一列車輛荷載頂 板35.915.332.927.427.536.035.110.5頂板U肋41.258.230.182.382.654.9

17、83.315.6頂板條肋054.80054.81.9154.31.12底 板13991.610466.593.914212324.1底板U肋41.924.220.719.924.941.938.09.46腹 板71.059.20059.271.068.916.3腹板加勁肋23.140.45.776.7440.423.140.11.29橫隔板0040.759.672.063.667.127.6支座頂豎向加勁52.046.40010282.113250.6兩列車輛荷載頂 板38.418.133.133.133.238.538.613.1頂板U肋68.374.535.187.187.576.193.

18、621.2頂板條肋056.30056.31.9655.71.14底 板19013213197.213519416932.5底板U肋58.034.027.326.334.658.052.612.7腹 板85.567.70067.785.583.119.6腹板加勁肋29.144.56.857.6444.529.143.71.49橫隔板0040.960.712180.210949.3支座頂豎向加勁71.263.30015111419071.7三列車輛荷載頂 板41.122.834.538.738.941.241.715.5頂板U肋59.762.135.290.791.082.310019.0頂板條肋

19、057.60057.62.0056.91.15底 711417915630.4底板U肋55.329.625.824.831.055.350.311.7腹 板93.872.90072.993.891.021.3腹板加勁肋32.646.97.378.1646.932.945.81.50橫隔板0041.065.375.988.278.534.6支座頂豎向加勁65.659.20012210816064.6四列車輛荷載頂 板40.825.943.540.741.147.844.016.1頂板U肋54.163.335.993.393.483.310418.1頂板條肋058.700

20、58.72.0457.91.14底 板96.734.698.032.239.798.192.521.7底板U肋33.826.016.416.726.033.932.09.35腹 板95.874.90074.995.892.821.7腹板加勁肋33.647.87.328.1947.533.646.31.49橫隔板0041.276.078.115213739.8支座頂豎向加勁41.235.00036.864.980.433.9表 6 各構(gòu)件局部應(yīng)力最大值匯總表(單位：MPa)應(yīng)力值構(gòu) 件最大拉應(yīng)力最大壓應(yīng)力最大剪應(yīng)力車輛荷載列數(shù)數(shù)值車輛荷載列數(shù)數(shù)值車輛荷載列數(shù)數(shù)值頂 板441.1447.8416.

21、1頂板U肋493.4483.3221.2頂板條肋458.742.0431.15底 板21352194232.5底板U肋234.6258.0212.7腹 板474.9495.8421.7腹板加勁肋447.5433.631.50橫隔板21214152249.3支座頂豎向加勁21512114271.7四 局部應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析由表6可知：（1）頂板最大拉應(yīng)力值為41.1MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時(shí)；最大壓應(yīng)力值為47.8MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時(shí)；最大剪應(yīng)力為16.1Mpa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時(shí)；各項(xiàng)應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。（2）頂板加勁U肋最大拉應(yīng)力值為93.4MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時(shí)；最大壓應(yīng)力值為83.3MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時(shí)；最大剪應(yīng)力為21.2Mpa，發(fā)生在兩列車輛荷載偏載作用時(shí)；各項(xiàng)應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。（3）頂板加勁條肋最大拉應(yīng)力值為58.7MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時(shí)；最大壓應(yīng)力值為2.04MPa，發(fā)生在四列車輛荷載偏載作用時(shí)；最大剪應(yīng)力為1.15Mpa，發(fā)生在三列車輛荷載偏載作用時(shí)；各項(xiàng)應(yīng)力均不超過所選鋼材Q345D的容許應(yīng)力。（4）底板最大拉應(yīng)力值為13