鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)計算_7598

1、.鋼混凝土組合梁結(jié)構(gòu)計算書編制單位：計算：復(fù)核：審查：2009年3月word 資料.目錄1.設(shè)計資料 .12.計算方法 .22.1規(guī)標(biāo)準(zhǔn) .22.2換算原理 .32.3計算方法 .33.不設(shè)臨時支撐 _計算結(jié)果 .43.1組合梁法向應(yīng)力及剪應(yīng)力結(jié)果.53.2施工階段鋼梁豎向撓度結(jié)果.73.3結(jié)論 .83.4計算過程（附件） .84. 設(shè)置臨時支撐 _有限元分析計算 . .84.1有限于建模 .84.2施工及使用階段結(jié)構(gòu)力 .104.2.1施工階段結(jié)構(gòu)力 .114.2.2使用階段結(jié)構(gòu)力 .124.3組合梁截面應(yīng)力 .154.3.1截面應(yīng)力匯總 .154.3.2截面應(yīng)力組合 .174.4恒載作用豎

2、向撓度 .184.4.1施工階段豎向撓度 .184.4.2使用階段恒載作用豎向撓度.184.5結(jié)論 .18word 資料.鋼混凝土組合梁結(jié)構(gòu)計算1. 設(shè)計資料鋼混凝土組合梁橋，橋長40.84m，橋面寬 19.0m；鋼主梁高 1.6m( 梁端高 0.7m) ，橋面板厚 0.35m；鋼材采用 Q345D級，橋面板采用 C50混凝土；車輛荷載采用公路-I 級車道荷載計算。圖 1 橫向布置 (cm)圖 2 橋梁立面 (cm)表 1 材料力學(xué)指標(biāo)表軸心抗壓 軸心抗壓材 料彈性模量剪切模量泊松比強(qiáng)度強(qiáng)度容許壓應(yīng)力線膨脹容重Ec(MPa)(MPa)標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計值(MPa)系數(shù)(kN/m3)f ck (MPa)

3、f cd(MPa)C50 混凝土34500138000.232.422.420.4120.0000125.0表 2 材料力學(xué)指標(biāo)表16 35mm 抗拉、抗壓剪切基彎曲基本彈性模量剪切模量泊松比厚鋼材屈和抗彎強(qiáng)度本容許線膨脹容重材 料容許應(yīng)力(kN/m 3)Es (MPa)G(MPa)服點(diǎn)強(qiáng)度設(shè)計值應(yīng)力系數(shù)(MPa)f y(MPa)f(MPa)(MPa)Q345D鋼材206000790000.33252952101200.00001278.5鋼主梁沿縱向分3 個制作段加工， 節(jié)段長度為 13.6+13.64+13.6m ，邊段與中段主要word 資料.結(jié)構(gòu)尺寸（圖 3 ）見下表，其余尺寸詳見設(shè)計

4、圖紙表 3鋼主梁主要尺寸表下翼板下翼板梁高腹板厚寬厚寬厚H(mm)tw(mm)(mm) tf1(mm)(mm) tf2(mm)邊 制 作2081600400182424段4中 制 作2081600400183224段4圖 3鋼梁標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)造(mm)2. 計算方法2.1 規(guī)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī) (GB 50017-2003) 第 11章鋼與混凝土組合梁針對不直接承受動力荷載的一般簡支組合梁及連續(xù)組合梁而確定，對于直接承受動力荷載的組合梁，則應(yīng)采用彈性分析法計算。鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)(TB 10002.2-2005) 第條也規(guī)定：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力應(yīng)按彈性受力階段確定。盡管彈性分析法( 容許應(yīng)力法 ) 不能

5、充分組合梁的承載能力極限狀態(tài)， 但對于承受動力荷載的橋梁鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度計算是基本符合結(jié)word 資料.構(gòu)的實(shí)際受力狀況的。計算依據(jù)：1. 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī) (GB 50017-2003)2. 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī) (TB 10002.2-2005)3.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)(JTG D62-2004)4. 鋼混凝土組合梁設(shè)計原理 ( 第二版 ). 朱聘儒 .: 中國建筑工業(yè) ,20065. 公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī) (JTJ 025-86)2.2 換算原理根據(jù)總力不變及應(yīng)變相同的等效條件，將混凝土翼板換算成與鋼等效的換算截面；換算過程中要求混凝土翼板截面形心在換算前后保持不變，翼

6、板面積換算轉(zhuǎn)化為翼板寬度的換算。公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)(JTJ 025-86)第 條，組合梁混凝土橋面板有效計算寬度be 取兩梁軸線間的距離，即be=2.0m材料彈性模量比nEs =5.971 ，則等效換算寬度 beq=2.0/5.971=0.335m 。Ec圖 4 換算原理 (cm)結(jié)構(gòu)計算軟件Midas 分析時，徐變及收縮效應(yīng)采用換算彈性模量法計算，徐變（長期）：n1=n(1+ t /2)= 5.971 ×(1+2/2)= 11.942，收縮： n2=n(1+ t /2)= 5.971 ×(1+4/2)=17.913 ；徐變系數(shù) t 在計算徐變及收縮時分別取2 及

7、 4。2.3 計算方法word 資料.計算采用手工結(jié)合軟件兩種方式計算，其中初步計算時采用手工計算，施工階段未布設(shè)臨時支撐； Midas 有限元軟件建模時，在被交主路（吐烏大）中央分隔帶位置設(shè)置臨時支撐。3. 不設(shè)臨時支撐 _計算結(jié)果施工階段兩端簡支，不設(shè)臨時支撐（計算過程附后）圖 5計算簡圖不設(shè)臨時支撐圖 6強(qiáng)度驗(yàn)算位置word 資料.3.1 組合梁法向應(yīng)力及剪應(yīng)力結(jié)果表 4截面正應(yīng)力鋼梁應(yīng)力 (MPa)混凝土應(yīng)力 (MPa)C50 混凝C50 混凝土Q345D鋼材彎曲荷 載土應(yīng)力 su sl cu cl容許壓應(yīng)力 (Mpa)軸心抗壓 (Mpa)基本容許應(yīng)力 (Mpa)(一期恒載 ( 鋼梁自

8、重-207.65105.8-32.420.4122101)+橋面板砼濕重 )289(二期恒載 ( 鋪裝 )-4.6358.849-0.635-0.4232)(活載-11.21942.24-3.838-0.5443)6(溫差 ( 鋼梁高 10 )-10.9681.657-0.7841.6134)(溫差 ( 鋼梁低 10 )10.968-1.650.784-1.6135)7(混凝土收縮7.022-1.690.801-1.6496)4注：1. 公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)(JTJ 025-86）第 條：聯(lián)合梁的鋼筋混凝土橋面板的容許壓應(yīng)力為0.63fck，word 資料.fck 為混凝土軸心抗壓標(biāo)準(zhǔn)

9、強(qiáng)度。2. 容許應(yīng)力提高系數(shù)，參考鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)(TB 10002.2-2005)第條或公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)(JTJ 025-86）第 條表5剪應(yīng)力鋼梁應(yīng)力 (MPa)混凝土應(yīng)力 (MPa)Q345D鋼材C50 抗拉C50 混凝土剪荷 載剪應(yīng)力強(qiáng)度應(yīng)力 su sl cu cl基本容許應(yīng)力設(shè)計值基本容許應(yīng)力(Mpa)f td (Mpa)0.6f td (Mpa)(一期恒載 ( 鋼梁自重2.7623.241-1201.831.0981)+橋面板砼濕重 )(二期恒載 ( 鋪裝 )0.3260.215-0.0072)(活載1.8591.126-0.0473)word 資料.注：1. 鋼材

10、容許應(yīng)力提高系數(shù)，參考鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)(TB 10002.2-2005) 第 3.2.8條或公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)(JTJ 025-86 ）第 1.2.10條2. 橋面板混凝土剪應(yīng)力容許值參照鋼混凝土組合梁設(shè)計原理( 第二版 ). 朱聘儒第四章建議取值c<=0.6ftd且在任何情況下c<=0.25fcdf cd 為混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計值3.2 施工階段鋼梁豎向撓度結(jié)果施工階段在混凝土未達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度之前，橋面板只能作為濕重荷載，此階段僅有鋼梁作為承重構(gòu)件l =16.0cmword 資料.3.3 結(jié)論初步計算結(jié)果表明， 由于施工階段及成橋后截面剛度存在差異，Ieq/Is=0

11、.098441/0.027211=3.62 倍（換算截面慣性矩 / 鋼梁凈截面慣性矩）表 6鋼梁與組合梁截面特性對比慣性矩y(m)抗彎模量 (m3)I(m 4 )y上y下上下WW鋼梁0.02721131.00.50.025680.0503526409組合梁0.09844050.61.20.143550.0778649634提高 (%)361.76%-559.01%154.62%施工階段橋面板未參與共同受力，因此該階段鋼梁截面應(yīng)力及撓度值均很大，可采取兩種方式解決：方案一，增大鋼梁截面剛度， 其中加大梁高是增加截面慣性矩的一種非常有效方式；然而鋼梁作為薄壁構(gòu)件，梁高過大容易造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。方案二，

12、施工時，在被交線（吐烏大）中央分隔帶附近設(shè)置臨時豎向支撐，該方式在施工階段可以非常有效地減小主梁跨度，減小截面力（彎矩、剪力），從而相應(yīng)減小施工階段鋼梁截面應(yīng)力。綜上述，推薦在施工階段設(shè)置臨時豎向支承的方案。3.4 計算過程（附件）詳細(xì)計算過程，見附件。4. 設(shè)置臨時支撐 _有限元分析計算4.1 有限于建模有限元數(shù)值分析采用Midas 商業(yè)結(jié)構(gòu)計算軟件，在被交線（吐烏大）中央分隔帶附近位置設(shè)臨時支撐，利用施工階段聯(lián)合截面的功能建模。word 資料.圖 7 計算簡圖施工階段設(shè)置臨時支架模型沿橋縱向共劃分為84 個單元，施工階段聯(lián)合截面輸入時，混凝土橋面板厚度取用平均厚度 32cm，板托厚度假定

13、3cm，保證組合截面梁高不變圖 8單元劃分圖 9組合截面word 資料.圖 10組合截面特性4.2 施工及使用階段結(jié)構(gòu)力圖 11 梁單元局部坐標(biāo)系中力( 或應(yīng)力 ) 正負(fù)號的約定word 資料.施工階段結(jié)構(gòu)力圖 12 施工階段恒載彎矩圖(kN.m)圖 13施工階段恒載剪力圖 (kN)表 7施工階段鋼主梁截面彎矩截面位置荷載階段彎矩 My(kN.m)支點(diǎn)恒荷載CS1 澆注橋面板砼-8.341/8恒荷載CS1 澆注橋面板砼421.931/4恒荷載CS1 澆注橋面板砼161.043/8恒荷載CS1 澆注橋面板砼-834.14臨時支承恒荷載CS1 澆注橋面板砼-1407.791/2恒荷載CS1 澆注橋

14、面板砼-428.345/8恒荷載CS1 澆注橋面板砼683.063/4恒荷載CS1 澆注橋面板砼1136.74word 資料.7/8恒荷載CS1 澆注橋面板砼861.23支點(diǎn)恒荷載CS1 澆注橋面板砼-8.34注：支點(diǎn)截面距梁端0.5m使用階段結(jié)構(gòu)力圖 14成橋階段恒載彎矩圖(kN.m)圖 15 成橋階段恒載剪力圖(kN)表 8使用階段組合梁截面力截面荷載階段軸向 (kN)彎矩 M(kN.m)y支點(diǎn)恒荷載CS4成橋鋼梁-2.58-8.96恒荷載CS4成橋橋面板2.58-0.091/8恒荷載CS4成橋鋼梁1696.971655.81word 資料.恒荷載CS4成橋橋面板-1696.9725.89

15、恒荷載CS4成橋鋼梁3571.41886.91/4CS4成橋-3571.458.01恒荷載橋面板恒荷載CS4成橋鋼梁5159.411659.123/8CS4成橋-5159.4183.8恒荷載橋面板恒荷載CS4成橋鋼梁5683.071338.52臨時支承CS4成橋-5683.0692.31恒荷載橋面板恒荷載CS4成橋鋼梁5235.952101.911/2CS4成橋-5235.9485.05恒荷載橋面板恒荷載CS4成橋鋼梁4292.022757.155/8CS4成橋-4292.0169.72恒荷載橋面板恒荷載CS4成橋鋼梁3013.582593.043/4CS4成橋-3013.5848.95恒荷載

16、橋面板恒荷載CS4成橋鋼梁1449.261914.997/8CS4成橋-1449.2622.11恒荷載橋面板恒荷載CS4成橋鋼梁-2.58-8.96支點(diǎn)CS4成橋2.58-0.09恒荷載橋面板圖 16 活載彎矩圖 (kN.m)表 9 車輛荷載作用截面（彎矩最大值）單元荷載剪力 Qz(kN)彎矩 M(kN.m)y支點(diǎn)車輛荷載001/8車輛荷載-75.491272.031/4車輛荷載-9.282405.69word 資料.3/8車輛荷載57.563082.18臨時支承車輛荷載82.673214.821/2車輛荷載120.333289.435/8車輛荷載183.093082.183/4車輛荷載249

17、.932405.697/8車輛荷載316.151272.03支點(diǎn)車輛荷載92.880注：上表剪力值為彎矩最大時同時發(fā)生的力值圖 17 活載剪力圖 (kN)表 10 車輛荷載作用截面（剪力最大值）單元荷載剪力 Qz(kN)彎矩 M(kN.m)y支點(diǎn)車輛荷載243.91-101.091/8車輛荷載27.64826.51/4車輛荷載65.51688.173/8車輛荷載108.342324.64臨時支承車輛荷載125.622488.041/2車輛荷載152.782643.025/8車輛荷載201.32628.313/4車輛荷載257.482177.517/8車輛荷載317.691217.13支點(diǎn)車輛荷

18、載370.39-0.81注：上表彎矩值為剪力最大時同時發(fā)生的力值word 資料.4.3 組合梁截面應(yīng)力截面應(yīng)力匯總word 資料截面支點(diǎn)1/81/43/8臨時支承1/25/83/47/8支點(diǎn).表 11截面應(yīng)力一期恒載二期恒載活載徐變收縮溫差 ( 鋼梁高 10)溫差 ( 鋼梁低 10 )構(gòu)件 上 下 上下上 下 上下上 下 上 下上 下(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)(MPa)鋼梁0.51-0.440.04-0.041.76-1.502.12-1.80-23.2019.70-15.4013.1015

19、.40-13.10橋面板0.000.000.000.000.13-0.130.88-0.88-1.641.64-1.091.091.09-1.09鋼梁-8.147.35-2.061.87-10.109.08-5.174.67-24.5022.10-16.3014.7016.30-14.70橋面板0.000.00-0.070.07-0.320.320.83-0.83-0.780.78-0.520.520.52-0.52鋼梁-6.273.20-1.070.54-25.9013.20-25.0012.80-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.00-0.0

20、30.03-0.650.651.26-1.26-0.790.79-0.530.530.53-0.53鋼梁32.50-16.606.60-3.30-33.2016.90-37.3019.00-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.000.17-0.17-0.840.841.62-1.62-0.790.79-0.530.530.53-0.53鋼梁54.80-28.0011.00-5.50-34.6017.60-41.3021.10-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.000.28-0.28-0.880.881

21、.74-1.74-0.790.79-0.530.530.53-0.53鋼梁16.70-8.513.30-1.69-35.4018.00-38.0019.40-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.000.08-0.08-0.900.901.64-1.64-0.790.79-0.530.530.53-0.53鋼梁-26.6013.60-5.202.60-33.2016.90-30.8015.70-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.00-0.130.13-0.840.841.42-1.42-0.790.79

22、-0.530.530.53-0.53鋼梁-44.3022.60-8.604.40-25.9013.20-20.8010.60-31.3016.00-20.9010.6020.90-10.60橋面板0.000.00-0.220.22-0.650.651.13-1.13-0.790.79-0.530.530.53-0.53鋼梁-16.6015.00-4.604.10-10.109.08-3.873.49-24.5022.10-16.3014.7016.30-14.70橋面板0.000.00-0.150.15-0.320.320.78-0.78-0.780.78-0.520.520.52-0.52鋼

23、梁0.51-0.440.04-0.041.76-1.502.12-1.80-23.2019.70-15.4013.1015.40-13.10橋面板0.000.000.000.000.13-0.130.88-0.88-1.641.64-1.091.091.09-1.09word 資料.截面應(yīng)力組合表 12 截面應(yīng)力組合截面構(gòu)件組合組合組合組合上 (MPa)下 (MPa)上 (MPa) 下 (MPa) 上 (MPa)下 (MPa)上 (MPa)下 (MPa)支點(diǎn)鋼梁2.31-1.97-18.7715.93-34.1729.03-3.372.83橋面板0.13-0.13-0.640.64-1.731.730.45-0.451/8鋼梁-20.3018.30-49.9745.07-66.2759.77-33.6730.37橋面板-0.390.39-0.340.34-0.860.860.18-0.181/4鋼梁-33.2416.94-89.5445.74-110.4456.34-68.6435.14橋面板-0.680.68-0.210.21-0.740.740.32-0.323/8鋼梁5.90-3.00-62.7032.00-83.6042.60-41.8021.40橋面板-0.