钢拱肋及组合梁结构计算书.docx
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钢拱肋及组合梁结构计算书
1概述
1.1工程概况
凤凰三桥跨越下横沥水道,两岸地势平坦,江面宽约420m,水深约5~10m,桥下船舶通行繁忙,上游北岸离桥边线190m处设有三千吨级码头,南岸离桥边线110m处设有千吨级散货码头。
主桥通航孔按I级航道标准,通航净高Hm=18m、净宽Bm=200m,最高通航设计水位采用二十年一遇洪水位7.46m。
考虑水下地形、水深、上游两岸码头以及桥墩宽度与防撞等因素,设单个双向通航孔时,跨径取308m,并将主跨布置在河流中央。
主桥跨径组合为40+61+308+61+40m=510m,边中跨比0.198,主桥长为510m,大致成对称布置在河道中,并以61m跨到达河堤边。
以40m跨越南岸河堤。
主跨为中承式系杆斜拉钢混组合拱桥,边跨主梁为砼结构,中跨主梁为钢砼组合结构,吊杆纵向间距为10.2m。
桥面以上拱肋为钢箱结构,桥面以下三角刚架为混凝土结构。
主拱采用矢跨比为1/4.5,拱轴系数为m=1.25的悬链线箱形拱肋。
拱肋向内以1:
5的斜率倾斜,构成提篮式拱。
主桥桥型布置
主桥断面布置
1.2技术标准及参考规范
1.2.1技术标准
设计荷载等级:
公路I级。
桥面净宽:
按双向八车道设置。
洪水频率:
百年一遇或最大历史洪水。
通航标准:
按I级航道标准,通航净高Hm=18m、净宽Bm=220m。
地震:
按烈度7度设防。
1.2.2参考规范及资料
《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)
《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-2005)
《钢结构设计规范》(GB50017-2003)
《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)
《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)
《城市桥梁设计荷载标准》(CJJ77-98)
《日本道路桥示方书》
《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/TD60-01-2004)
《现代钢桥》(上册)
《组合结构桥梁》
《钢—混组合结构设计手册》
《南京长江第三大桥钢索塔技术》
《钢桥、混凝土桥及结合桥》BS5400
《公路钢结构桥梁设计规范—征求意见稿》(参考)
《钢—混组合桥梁设计与施工细则—征求意见稿》(参考)
1.3主要材料
主体结构采用Q345qC;
部分含有Z向受力的采用Q345qE-Z25;
附属结构采用Q235B;
组合结构中混凝土采用C50钢纤维混凝土。
基本设计参数
Q345:
弹性模量E=2.1×105MPa
剪切模量G=0.81×105MPa
轴向容许应力:
200MPa
剪切容许应力:
120MPa
弯曲容许应力:
210MPa
端部承压:
300MPa
Q235:
弹性模量E=2.1×105MPa
剪切模量G=0.81×105MPa
轴向容许应力:
140MPa
剪切容许应力:
85MPa
弯曲容许应力:
145MPa
端部承压:
210MPa
C50:
弹性模量E=3.45×104MPa
剪切模量G=1.38×104MPa
抗压强度设计值:
22.4MPa
抗拉强度设计值:
1.83MPa
1.4荷载组合
设计中考虑了三种荷载组合:
荷载组合
所包含荷载工况
容许应力增大系数
组合1
成桥恒载
+
汽车
+
人群
1
组合2
成桥恒载
+
汽车
+
人群
+
温度
+
风力25
1.25
组合3
成桥恒载
+
温度
+
风力31.3
1.25
成桥恒载指包括自重、沉降在内的永久作用。
其中风力25是根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/TD60-01-2004)中的相关规定,在风荷载参与汽车荷载组合时,桥面高度处的风速Vz取为25m/s。
风力31.3是取广州地区重现期为100年的基本风速值31.3m/s。
1.5容许应力
根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》(JTJ025-86)的有关规定,在不同荷载组合下容许应力可以相应有不同的提高。
Q345钢材的容许应力(86规范)
荷载组合
容许应力(MPa)
轴向应力
弯曲应力
剪应力
组合一
200
210
120
组合二
250
262.5
150
组合三
250
262.5
150
同时参考《日本道路桥示方书》中的规定,钢材的容许应力需要考虑荷载组合、整体稳定、局部稳定和板厚的影响:
σca=σcag×σcal/σcao
式中σca为容许轴向压应力
σcag为考虑整体稳定但未考虑局部稳定的容许轴向压应力
σcal为考虑局部稳定的容许弯曲应力
σcao为未考虑稳定的容许轴向压应力
得到Q345钢材的容许应力,见下表:
Q345钢材的容许应力(日本规范)(以拱肋长细比为例)
板厚(mm)
容许轴向应力(MPa)
组合一
组合二
组合三
>40
134.2
181.2
181.2
≤40
140.5
189.6
189.6
2结构内力计算
2.1
内力方向图
断面受力方向
2.2单元编号
拱肋单元离散图(由下至上为:
1714~1910)
边主梁单元离散图(由边至中为:
724~1158)
2.3结构内力表
除特别注明外,本计算书涉及作用效应单位分别为:
轴力:
千牛(KN)
弯矩:
千牛.米(KN.m)
应力:
兆帕(MPa)
长度:
米(m)
拱肋荷载组合一(最大值)
编号
节点
最大
N
Q-y
Q-z
T
M-y
M-z
1714
I[1491]
-58785.8
356.8
1342.3
409.0
40971.2
1140.2
1714
J[1495]
-58482.2
253.5
1760.6
409.0
32927.8
-789.2
1726
I[1495]
-56880.5
252.8
2126.8
521.9
32927.5
-832.9
1726
J[1499]
-56604.7
154.6
2533.1
521.9
19608.2
-2028.7
1734
I[1499]
-56621.8
154.6
1125.2
620.4
19608.3
-2058.7
1734
J[1503]
-56363.6
59.4
1525.3
620.4
13269.6
-2630.0
1746
I[1503]
-55352.0
58.5
1822.8
710.0
13269.5
-2653.5
1746
J[1507]
-55139.5
-22.5
2168.0
710.0
5153.2
-2646.4
1766
I[1507]
-55154.6
-22.5
773.2
798.3
5153.3
-2670.9
1766
J[1511]
-54892.6
-126.5
1222.1
798.3
4138.4
-1861.0
1778
I[1511]
-54209.7
-127.6
1142.3
853.7
4138.5
-1868.2
1778
J[1515]
-54051.0
-193.1
1428.7
853.7
1819.6
-834.2
1794
I[1515]
-54051.6
-193.0
21.2
886.2
1819.5
-830.7
1794
J[1519]
-53807.7
-298.3
487.8
886.2
7313.4
1836.3
1802
I[1519]
-52283.2
-300.5
966.1
859.4
5243.7
1843.9
1802
J[1527]
-52176.8
-348.5
1181.3
859.4
4209.8
3383.3
1806
I[1527]
-52179.2
-348.6
263.7
814.1
4209.8
3385.0
1806
J[1531]
-52062.2
-403.2
510.6
814.1
5976.0
5496.4
1814
I[1531]
-51892.0
351.3
-127.4
481.9
5823.1
4418.4
1814
J[1537]
-51786.6
300.0
106.1
481.9
9200.7
3417.0
1818
I[1537]
-50387.3
297.2
1027.2
448.9
7207.2
3410.9
1818
J[1541]
-50300.8
253.6
1227.3
448.9
5332.2
2768.3
1826
I[1541]
-50303.3
253.6
-149.1
404.2
5332.2
2756.1
1826
J[1549]
-50113.0
151.5
324.3
404.2
9407.0
1977.4
1830
I[1549]
-48808.7
148.4
801.5
380.7
7498.6
1978.5
1830
J[1553]
-48735.4
106.3
998.7
380.7
5933.1
1972.3
1838
I[1553]
-48738.0
103.1
210.0
364.7
5933.1
1972.1
1838
J[1561]
-48662.3
57.7
423.9
364.7
6356.9
2156.2
1846
I[1561]
-48593.7
180.6
-318.0
592.6
6304.3
1806.9
1846
J[1567]
-48509.8
127.3
-65.3
592.6
9147.3
1396.0
1850
I[1567]
-47924.7
122.6
948.7
595.9
9147.3
1386.9
1850
J[1571]
-47864.2
81.9
1143.1
595.9
6806.5
1256.8
1854
I[1571]
-47865.6
81.9
-174.3
602.4
6806.5
1244.5
1854
J[1575]
-47745.1
-6.7
252.0
602.4
9289.2
1552.8
1858
I[1575]
-47259.8
-8.8
819.2
597.9
9289.3
1544.2
1858
J[1579]
-47215.1
-45.5
996.8
597.9
7205.8
1943.0
1862
I[1579]
-47217.3
-48.0
286.0
590.1
7205.8
1939.5
1862
J[1583]
-47179.7
-80.6
445.1
590.1
6953.2
2448.1
1870
I[1583]
-47140.8
244.8
-300.0
826.9
6965.4
2191.6
1870
J[1589]
-47090.2
196.6
-64.6
826.9
9409.9
1409.0
1874
I[1589]
-46712.8
192.8
952.0
830.1
9410.0
1399.0
1874
J[1593]
-46681.0
159.3
1116.4
830.1
6921.8
1007.7
1878
I[1593]
-46678.9
159.3
-235.6
843.2
6921.6
998.2
1878
J[1597]
-46614.7
80.5
152.9
843.2
9659.9
638.5
1882
I[1597]
-46329.3
78.2
822.3
864.3
9660.0
631.2
1882
J[1601]
-46307.3
45.5
984.1
864.3
7697.1
731.1
1886
I[1601]
-46308.1
45.5
276.1
874.3
7697.1
726.9
1886
J[1605]
-46291.9
18.7
409.2
874.3
7648.7
900.2
1894
I[1605]
-46278.2
148.0
-412.8
1125.8
7620.4
673.4
1894
J[1611]
-46253.5
97.9
-163.4
1125.8
11092.9
279.1
1898
I[1611]
-46072.1
95.5
991.0
1145.1
11092.9
274.9
1898
J[1615]
-46059.6
63.6
1150.4
1145.1
8911.2
184.0
1902
I[1615]
-46054.8
63.5
-278.1
1171.1
8911.1
177.0
1902
J[1619]
-46036.4
-12.0
98.8
1171.1
13272.3
626.6
1906
I[1619]
-45956.3
-14.3
1257.0
1182.5
13272.2
620.2
1906
J[1623]
-45953.4
-41.5
1393.1
1182.5
11003.5
1012.1
1910
I[1623]
-45959.1
-41.6
715.1
1184.0
11003.5
1007.3
1910
J[1627]
-45958.1
-67.4
844.0
1184.0
10412.2
1478.7
拱肋荷载组合一(最小值)
编号
节点
最小
N
Q-y
Q-z
T
M-y
M-z
1714
I[1491]
-65125.7
207.3
-1580.9
-1992.2
-24305.2
-3611.6
1714
J[1495]
-64822.1
103.9
-1162.6
-1992.2
-19318.5
-4657.5
1726
I[1495]
-63023.5
103.2
-323.4
-1935.3
-19318.5
-4671.3
1726
J[1499]
-62747.7
4.9
82.9
-1935.3
-20673.7
-5051.0
1734
I[1499]
-62768.0
5.0
-1291.6
-1872.0
-20673.6
-5058.6
1734
J[1503]
-62509.8
-90.2
-891.6
-1872.0
-17197.0
-4861.0
1746
I[1503]
-61395.3
-91.1
-192.1
-1803.5
-17197.0
-4866.8
1746
J[1507]
-61182.8
-172.2
153.0
-1803.5
-19773.9
-4267.6
1766
I[1507]
-61198.3
-172.1
-1211.2
-1727.9
-19773.9
-4272.5
1766
J[1511]
-60936.3
-276.1
-762.3
-1727.9
-18464.8
-3064.8
1778
I[1511]
-60116.2
-277.2
-453.1
-1671.5
-18464.7
-3076.2
1778
J[1515]
-59957.5
-342.6
-166.8
-1671.5
-20397.0
-2152.5
1794
I[1515]
-59959.3
-342.6
-1549.1
-1628.5
-20397.0
-2172.5
1794
J[1519]
-59715.4
-447.9
-1082.6
-1628.5
-18285.0
-172.8
1802
I[1519]
-58085.4
-450.1
-308.1
-1631.2
-20283.1
-189.7
1802
J[1527]
-57979.1
-498.1
-92.9
-1631.2
-22616.9
936.0
1806
I[1527]
-57982.3
-498.1
-999.1
-1654.0
-22617.1
920.6
1806
J[1531]
-57865.3
-552.8
-752.2
-1654.0
-22877.3
2498.1
1814
I[1531]
-57631.4
195.8
-1361.8
-1366.2
-23024.3
1839.6
1814
J[1537]
-57526.1
144.5
-1128.3
-1366.2
-21930.1
979.8
1818
I[1537]
-56031.8
141.8
1.6
-1399.3
-23814.8
977.6
1818
J[1541]
-55945.3
98.2
201.7
-1399.3
-26522.8
366.8
1826
I[1541]
-55947.1
98.2
-1174.3
-1439.1
-26522.9
353.3
1826
J[1549]
-55756.8
-3.8
-700.9
-1439.1
-25016.2
-740.0
1830
I[1549]
-54365.5
-7.0
-129.8
-1439.2
-26810.0
-753.6
1830
J[1553]
-54292.2
-49.1
67.4
-1439.2
-28451.9
-1053.2
1838
I[1553]
-54294.1
-52.4
-729.6
-1437.0
-28451.6
-1065.5
1838
J[1561]
-54218.4
-97.7
-515.7
-1437.0
-28211.4
-1260.7
1846
I[1561]
-54076.9
37.6
-1270.6
-1533.9
-28260.9
-1532.1
1846
J[1567]
-53993.0
-15.7
-1017.9
-1533.9
-25910.8
-1758.9
1850
I[1567]
-53328.1
-20.4
49.8
-1529.4
-25910.8
-1767.3
1850
J[1571]
-53267.6
-61.1
244.2
-1529.4
-27601.5
-1799.4
1854
I[1571]
-53265.6
-61.1
-1104.5
-1523.7
-27601.5
-1811.3
1854
J[1575]
-53145.1
-149.7
-678.3
-1523.7
-24076.1
-1558.2
1858
I[1575]
-52588.3
-151.8
-118.5
-1518.0
-24076.1
-1575.4
1858
J[1579]
-52543.5
-188.4
59.1
-1518.0
-24885.6
-1354.6
1862
I[1579]
-52543.9
-190.9
-678.2
-1518.8
-24885.6
-1363.4
1862
J[1583]
-52506.2
-223.5
-519.1
-1518.8
-24057.6
-1058.4
1870
I[1583]
-52389.7
84.2
-1307.1
-1659.4
-24165.5
-1327.9
1870
J[1589]
-52339.1
36.0
-1071.8
-1659.4
-20573.9
-1737.7
1874
I[1589]
-51902.9
32.2
-53.3
-1657.6
-20574.0
-1745.2
1874
J[1593]
-51871.1
-1.2
111.0
-1657.6
-21418.6
-1914.1
1878
I[1593]
-51863.7
-1.3
-1299.5
-1646.5
-21418.5
-1925.8
1878
J[1597]
-51799.6
-80.1
-911.0
-1646.5
-15686.2
-2122.2
1882
I[1597]
-51464.4
-82.4
-276.8
-1626.4
-15686.2
-2136.8
1882
J[1601]
-51442.4
-115.1
-114.9
-1626.4
-15877.1
-2137.5
1886
I[1601]
-51440.9
-115.1
-845.6
-1616.8
-15877.1
-2143.8
1886
J[1605]
-51424.8
-141.9
-712.4
-1616.8
-14697.3
-2089.3
1894
I[1605]
-51354.3
-36.4
-1560.5
-1612.9
-14777.4
-2411.3
1894
J[1611]
-51329.5
-86.5
-1311.1
-1612.9
-9852.3
-2283.4
1898
I[1611]
-51115.2
-88.9
-158.9
-1594.4
-9852.3
-2289.4
1898
J[1615]
-51102.7
-120.8
0.5
-1594.4
-10593.5
-2116.5
1902
I[1615]
-51094.9
-120.9
-1450.4
-1569.3
-10593.5
-2122.1
1902
J[1619]
-51076.4
-196.4
-1073.6
-1569.3
-4734.3
-1657.4
1906
I[1619]
-5
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