坪山大道西山立交鋼箱梁設(shè)計(jì)計(jì)算書

坪山大道（西山立交）鋼箱梁設(shè)計(jì)計(jì)算書1.設(shè)計(jì)概況坪山大道（西山立交）主線1#橋左、右幅第3聯(lián)及匝道D線2#橋第2聯(lián)采用鋼箱梁。本冊(cè)為以上兩聯(lián)鋼箱梁計(jì)算書。2.采用規(guī)范（1）《城市橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ11－2011）（2）《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2015）（3）《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/TB02-01-2008）（4）《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTGD64-2015）（5）《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）（6）《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ025—86）（7）《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）（8）《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB10002.2-2005）（9）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50017-2017）3.主要材料及力學(xué)參數(shù)Q345C：彈性模量E=2.1×105MPa剪切模量G=0.81×105MPa抗拉、抗壓及抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：270MPa抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：155MPa4.計(jì)算荷載取值（1）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)（2）永久作用自重：實(shí)際結(jié)構(gòu)建立計(jì)算模型，由程序自動(dòng)計(jì)算，材料容重取78.5kN/m3；橫隔板：按照箱梁實(shí)際尺寸取值；二期：8cm瀝青混凝土鋪裝：25×0.08×l，墻式護(hù)欄按5kN/m計(jì)算。（3）可變作用1）汽車荷載效應(yīng)車道荷載：城--A級(jí)車道荷載；沖擊系數(shù)：車道荷載沖擊系數(shù)根據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》(JTGD60-2004)第4.3.2條取值計(jì)算。2）整體溫度作用按結(jié)構(gòu)整體升溫25℃、降溫25℃計(jì)算。3）梯度溫度作用5.主線1#橋左幅第3聯(lián)鋼箱梁計(jì)算5.1計(jì)算模型采用大型有限元分析軟件MidasCivil2019(V1.1)。上部結(jié)構(gòu)為40+40+30m連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.9米，采用多箱室箱形截面，橋梁寬度12.8米，采用三維梁?jiǎn)卧瘟耗Ｐ?，全橋共?jì)190個(gè)節(jié)點(diǎn)，225個(gè)單元，如圖5-1所示。圖5-1有限元計(jì)算模型圖5-2箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位mm）5.2結(jié)構(gòu)成橋內(nèi)力圖5.2.1成橋階段恒載主梁內(nèi)力圖圖5-3成橋階段主梁恒載彎矩圖(單位:kN-m)圖5-4成橋階段主梁剪力圖(單位:kN)5.2.2活載作用下主梁內(nèi)力圖圖5-5車道荷載作用主梁彎矩包絡(luò)圖(單位:kN-m)圖5-6車道荷載作用主梁剪力包絡(luò)圖(單位:kN)5.2.3基本組合作用下主梁內(nèi)力圖圖5-7基本組合彎矩包絡(luò)圖(單位:kN-m)圖5-8基本組合剪力包絡(luò)圖(單位:kN)5.3結(jié)構(gòu)成橋應(yīng)力驗(yàn)算5.3.1成橋階段主梁正應(yīng)力驗(yàn)算圖5-9主梁上緣正應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)圖5-10主梁下緣正應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)5.3.2成橋階段主梁剪應(yīng)力驗(yàn)算圖5-11主梁剪應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)由以上應(yīng)力圖知，單梁計(jì)算截面上緣最大壓應(yīng)力-33.4MPa，最大拉應(yīng)力54.5MPa；下緣最大壓應(yīng)力-58.0MPa，最大拉應(yīng)力45.4MPa。主梁最大剪應(yīng)力58.5MPa。Q345鋼的容許正應(yīng)力270MPa，容許剪應(yīng)力155MPa。主梁強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。根據(jù)已有的相關(guān)計(jì)算研究表明，曲線鋼箱梁在考慮箱梁約束扭轉(zhuǎn)畸變應(yīng)力、薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)三個(gè)基本體系應(yīng)力疊加的影響后，其截面應(yīng)力較按三維梁?jiǎn)卧Ｐ偷挠?jì)算應(yīng)力提高20%到30%。本次計(jì)算綜合考慮箱梁曲率半徑、橋面橫坡、橋梁寬跨比等各種因素，可按三維梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算應(yīng)力增大50%，以考慮畸變應(yīng)力、薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)、以及正交異性橋面板二三體系應(yīng)力與第一體系應(yīng)力疊加的影響。本次三維梁?jiǎn)卧?jì)算模型的截面最大正應(yīng)力為58.5MPa，最大正應(yīng)力為考慮以上的增大系數(shù)后為87.8MPa，小于Q345鋼材的允許應(yīng)力270MPa；最大剪應(yīng)力為45.4MPa，考慮增大系數(shù)后為68.1MPa，小于Q345鋼材的允許應(yīng)力150MPa。滿足規(guī)范要求。5.4撓度驗(yàn)算圖5-12汽車活載作用下主梁最大撓度圖(單位:mm)由以上位移圖知，汽車荷載作用下單梁計(jì)算最大撓度20mm，撓度跨度比為20.1/40000=1/1990。規(guī)范容許撓度跨度比為L(zhǎng)/500，故主梁剛度滿足規(guī)范要求。5.5抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）第4.1.8條規(guī)定，對(duì)橋梁抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算考慮兩種特征狀態(tài)：a、某一單向受壓支座脫空b、整聯(lián)箱梁抗扭支承失效計(jì)算結(jié)果如下表所示：項(xiàng)目支座編號(hào)1-11-22-12-23-13-24-14-2li（m）0.007.500.007.500.007.500.007.50支座豎向力（kN）RGki1058.501022.102898.002880.002376.602367.10753.50738.80失效支座對(duì)應(yīng)最不利汽車荷載的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)RQki,11906.30(173.10)675.50609.50297.10473.40(40.80)(48.60)RQki,21207.30(34.10)1236.80(171.80)567.70545.60131.00326.10RQki,31377.40489.50901.80890.90696.30(220.70)170.407.00RQki,41(49.20)(46.90)494.90613.20827.40870.00473.70(185.50)特征狀態(tài)1驗(yàn)算1.0RGki+1.4RQki,112327.32779.763843.703733.302792.543029.86696.38670.761.0RGki+1.4RQki,211348.72974.364629.522639.483171.383130.94936.901195.341.0RGki+1.4RQki,311586.861707.404160.524127.263351.422058.12992.06748.601.0RGki+1.4RQki,41989.62956.443590.863738.483534.963585.101416.68479.10驗(yàn)算結(jié)論滿足要求特征狀態(tài)2驗(yàn)算穩(wěn)定效應(yīng)∑RGkili0.007665.750.0021600.000.0017753.250.005541.00失穩(wěn)效應(yīng)∑RQki,11li0.001298.250.004571.250.003550.500.00364.50∑RQki,21li0.00255.750.001288.500.004092.000.002445.75∑RQki,31li0.003671.250.006681.750.001655.250.0052.50∑Rqki，41li0.00351.750.004599.000.006525.000.001391.25穩(wěn)定系數(shù)∑RGkili/∑RQki,iili9.423.073.3212.36結(jié)果判定滿足要求滿足要求滿足要求滿足要求6.主線1#橋右幅第3聯(lián)鋼箱梁計(jì)算6.1計(jì)算模型采用大型有限元分析軟件MidasCivil2019(V1.1)。上部結(jié)構(gòu)為40+40+40m連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.9米，采用多箱室箱形截面，橋梁寬度12.8米，采用三維梁?jiǎn)卧瘟耗Ｐ?，全橋共?jì)206個(gè)節(jié)點(diǎn)，245個(gè)單元，如圖6-1所示。圖6-1有限元計(jì)算模型圖6-2箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位mm）6.2結(jié)構(gòu)成橋內(nèi)力圖6.2.1成橋階段恒載主梁內(nèi)力圖圖6-3成橋階段主梁恒載彎矩圖(單位:kN-m)圖6-4成橋階段主梁剪力圖(單位:kN)6.2.2活載作用下主梁內(nèi)力圖圖6-5活載作用主梁彎矩包絡(luò)圖(單位:kN-m)圖6-6活載作用主梁剪力包絡(luò)圖(單位:kN)6.2.3基本組合作用下主梁內(nèi)力圖圖6-7基本組合彎矩包絡(luò)圖(單位:kN-m)圖6-8基本組合剪力包絡(luò)圖(單位:kN)6.3結(jié)構(gòu)成橋應(yīng)力驗(yàn)算6.3.1成橋階段主梁正應(yīng)力驗(yàn)算圖6-9主梁上緣正應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)圖6-10主梁下緣正應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)6.3.2成橋階段主梁剪應(yīng)力驗(yàn)算圖6-11主梁剪應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)由以上應(yīng)力圖知，單梁計(jì)算截面上緣最大壓應(yīng)力-33.7MPa，最大拉應(yīng)力51.7MPa；下緣最大壓應(yīng)力-53.6MPa，最大拉應(yīng)力45.9MPa。主梁最大剪應(yīng)力56.1MPa。Q345鋼的容許正應(yīng)力270MPa，容許剪應(yīng)力150MPa，主梁強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。根據(jù)已有的相關(guān)計(jì)算研究表明，曲線鋼箱梁在考慮箱梁約束扭轉(zhuǎn)畸變應(yīng)力、薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)三個(gè)基本體系應(yīng)力疊加的影響后，其截面應(yīng)力較按三維梁?jiǎn)卧Ｐ偷挠?jì)算應(yīng)力提高20%到30%。本次計(jì)算綜合考慮箱梁曲率半徑、橋面橫坡、橋梁寬跨比等各種因素，可按三維梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算應(yīng)力增大50%，以考慮畸變應(yīng)力、薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)、以及正交異性橋面板二三體系應(yīng)力與第一體系應(yīng)力疊加的影響。本次三維梁?jiǎn)卧?jì)算模型的截面最大正應(yīng)力為53.6MPa，考慮以上的增大系數(shù)后為80.4MPa，小于Q345鋼材的允許應(yīng)力270MPa；最大剪應(yīng)力為56.1MPa，考慮增大系數(shù)后為84.2MPa，小于Q345鋼材的允許應(yīng)力150MPa。滿足規(guī)范要求。6.4撓度驗(yàn)算圖6-13汽車活載作用下主梁最大撓度圖(單位:mm)由以上位移圖知，汽車荷載作用下單梁計(jì)算最大撓度19.6mm，撓度跨度比為19.6/40000=1/2041。規(guī)范容許撓度跨度比為L(zhǎng)/500，故主梁剛度滿足規(guī)范要求。6.5抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）第4.1.8條規(guī)定，對(duì)橋梁抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算考慮兩種特征狀態(tài)：a、某一單向受壓支座脫空b、整聯(lián)箱梁抗扭支承失效計(jì)算結(jié)果如下表所示：項(xiàng)目支座編號(hào)1-11-22-12-23-13-24-14-2li（m）0.007.500.007.500.007.500.007.50支座豎向力（kN）RGki1068.11025.82765.02751.42765.22751.21068.21025.7失效支座對(duì)應(yīng)最不利汽車荷載的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)RQki,11902.6-173.4674.6614.0269.2444.2-23.0-28.0RQki,21173.4-3.8739.8-210.0888.0885.5377.5482.1RQki,31378.3481.1888.0885.4739.6-209.2174.0-3.7RQki,41-23.9-27.6267.1445.7675.0613.9904.0-174.9特征狀態(tài)1驗(yàn)算1.0RGki+1.4RQki,112331.7783.03709.43611.03142.13373.11036.0986.51.0RGki+1.4RQki,211310.91020.53800.72457.44008.43990.91596.71700.61.0RGki+1.4RQki,311597.71699.34008.23991.03800.62458.31311.81020.51.0RGki+1.4RQki,411034.6987.23138.93375.43710.23610.72333.8780.8驗(yàn)算結(jié)論滿足要求特征狀態(tài)2驗(yàn)算穩(wěn)定效應(yīng)∑RGkili0.07693.50.020635.50.020634.00.07692.8失穩(wěn)效應(yīng)∑RQki,11li0.01300.50.04605.00.03331.50.0210.0∑RQki,21li0.028.50.01575.00.06641.30.03615.8∑RQki,31li0.03608.30.06640.50.01569.00.027.8∑Rqki，41li0.0207.00.03342.80.04604.30.01311.8穩(wěn)定系數(shù)∑RGkili/∑RQki,iili11.03.53.511.0滿足要求滿足要求滿足要求滿足要求7.匝道D線2#橋第二聯(lián)鋼箱梁計(jì)算7.1計(jì)算模型采用大型有限元分析軟件MidasCivil2019(V1.1)。上部結(jié)構(gòu)為35+35+35m連續(xù)鋼箱梁結(jié)構(gòu)，梁高1.6米，采用多箱室箱形截面，橋梁寬度10米，采用三維梁?jiǎn)卧瘟耗Ｐ?，全橋共?jì)364個(gè)節(jié)點(diǎn)，451個(gè)單元，如圖7-1所示。圖7-1有限元計(jì)算模型圖7-2箱梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位mm）7.2結(jié)構(gòu)成橋內(nèi)力圖7.2.1成橋階段恒載主梁內(nèi)力圖圖7-3成橋階段主梁恒載彎矩圖(單位:kN-m)圖7-4成橋階段主梁剪力圖(單位:kN)6.2.2活載作用下主梁內(nèi)力圖圖7-5活載作用主梁彎矩包絡(luò)圖(單位:kN-m)圖7-6活載作用主梁剪力包絡(luò)圖(單位:kN)6.2.3基本組合作用下主梁內(nèi)力圖圖7-7基本組合彎矩包絡(luò)圖(單位:kN-m)圖7-8基本組合剪力包絡(luò)圖(單位:kN)7.3結(jié)構(gòu)成橋應(yīng)力驗(yàn)算7.3.1成橋階段主梁正應(yīng)力驗(yàn)算圖7-9主梁上緣正應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)圖7-10主梁下緣正應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)7.3.2成橋階段主梁剪應(yīng)力驗(yàn)算圖6-11主梁剪應(yīng)力圖（包絡(luò)）(單位:MPa)由以上應(yīng)力圖知，單梁計(jì)算截面上緣最大壓應(yīng)力-40.2MPa，最大拉應(yīng)力63.7MPa；下緣最大壓應(yīng)力-71.2MPa，最大拉應(yīng)力58.2MPa。主梁最大剪應(yīng)力67.4MPa。Q345鋼的容許正應(yīng)力270MPa，容許剪應(yīng)力150MPa，主梁強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。根據(jù)已有的相關(guān)計(jì)算研究表明，曲線鋼箱梁在考慮箱梁約束扭轉(zhuǎn)畸變應(yīng)力、薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)以及結(jié)構(gòu)三個(gè)基本體系應(yīng)力疊加的影響后，其截面應(yīng)力較按三維梁?jiǎn)卧Ｐ偷挠?jì)算應(yīng)力提高20%到30%。本次計(jì)算綜合考慮箱梁曲率半徑、橋面橫坡、橋梁寬跨比等各種因素，可按三維梁?jiǎn)卧Ｐ陀?jì)算應(yīng)力增大50%，以考慮畸變應(yīng)力、薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)、以及正交異性橋面板二三體系應(yīng)力與第一體系應(yīng)力疊加的影響。本次三維梁?jiǎn)卧?jì)算模型的截面最大正應(yīng)力為71.2MPa，考慮以上的增大系數(shù)后為106.8MPa，小于Q345鋼材的允許應(yīng)力270MPa；最大剪應(yīng)力為67.4MPa，考慮增大系數(shù)后為101.1MPa，小于Q345鋼材的允許應(yīng)力150MPa。滿足規(guī)范要求。7.4撓度驗(yàn)算圖6-13汽車活載作用下主梁最大撓度圖(單位:mm)由以上位移圖知，汽車荷載作用下單梁計(jì)算最大撓度24mm，撓度跨度比為24/35000=1/1458。規(guī)范容許撓度跨度比為L(zhǎng)/500，故主梁剛度滿足規(guī)范要求。7.5抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG3362-2018）第4.1.8條規(guī)定，對(duì)橋梁抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算，其計(jì)算考慮兩種特征狀態(tài)：a、某一單向受壓支座脫空b、整聯(lián)箱梁抗扭支承失效計(jì)算結(jié)果如下表所示：項(xiàng)目支座編號(hào)1-11-22-12-23-13-24-14-2li（m）0.005.650.005.650.005.650.005.65支座豎向力（kN）RGki1286.0855.42869.42758.22757.02744.51051.01093.0失效支座對(duì)應(yīng)最不利汽車荷載的標(biāo)準(zhǔn)值效應(yīng)RQki,11756.2-165.01168.234.2271.4-76.910.9-2.7RQki,21104.223.438.6-177.0845.01036.1447.8514.5RQki,31384.5402.1820.1910.3637.6-140.140.026.2RQ