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        大跨連續(xù)鋼箱梁設(shè)計(jì)

        2018-09-10 08:59:46蔣定衍
        城市道橋與防洪 2018年7期
        關(guān)鍵詞:活載翼緣鋼箱梁

        蔣定衍

        (上海市政設(shè)計(jì)研究總院集團(tuán)佛山斯美設(shè)計(jì)院有限公司,廣東 佛山528200)

        0 引言

        隨著我國(guó)鋼材產(chǎn)業(yè)逐漸由產(chǎn)能短缺進(jìn)入產(chǎn)能過(guò)剩,鋼結(jié)構(gòu)加工工藝顯著提高,鋼結(jié)構(gòu)更環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展、全壽命周期經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)性強(qiáng)、人力資源更節(jié)省等優(yōu)勢(shì)逐漸凸顯,鋼結(jié)構(gòu)橋梁在公路橋梁建設(shè)中表現(xiàn)出強(qiáng)勁的的競(jìng)爭(zhēng)性。同時(shí),為貫徹落實(shí)《交通運(yùn)輸部關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見(jiàn)》,各地也都在積極探索,大力推廣公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)。

        1 主梁構(gòu)造

        某工程的主梁采用(50+86+50)m變截面鋼箱梁,梁高按2次拋物線變化,截面形式為單箱三室。中支點(diǎn)處梁高3.6 m(高跨比1/23.89),邊支點(diǎn)和跨中位置梁高2.12 m(高跨比1/40.56),箱梁頂寬16.5 m,主梁橫斷面如圖1所示。

        圖1 主梁橫斷面圖

        2 主要計(jì)算參數(shù)

        (1)一期恒載:鋼材容重 γ=78.5 kN/m3,按照施工圖實(shí)際自重考慮。

        (2)二期恒載:

        鋪裝:瀝青混凝土 100 mm ,γ=24 kN/m3;

        防撞護(hù)欄:15 kN/m/側(cè)。

        (3)車輛作用:公路-I級(jí)。

        (4)支座沉降:不均勻沉降L/3 000。

        (5)溫度:體系升溫:+30℃;體系降溫:-30℃。

        (6)溫度梯度:正溫差+14℃;負(fù)溫差-7℃。

        3 荷載組合

        橋梁重要性系數(shù):1.1。

        (1)標(biāo)準(zhǔn)組合一:恒+活+支座沉降。

        (2)標(biāo)準(zhǔn)組合二:恒+活+支座沉降+系統(tǒng)升溫(+30℃)+正溫差(+14℃)。

        (3)標(biāo)準(zhǔn)組合三:恒+活+支座沉降+系統(tǒng)降溫(-30℃)+負(fù)溫差(-7℃)。

        (4)基本組合一:1.2恒+1.4活+支座沉降。

        (5)基本組合二:1.2恒+1.4活+支座沉降+1.05系統(tǒng)升(降)溫+1.05溫度梯度正(負(fù))溫差。

        4 平面靜力計(jì)算

        以Midas Civil建立了結(jié)構(gòu)的平面桿系模型,對(duì)結(jié)構(gòu)在自重、二期恒載、活載、支座不均勻沉降,以及溫度力等荷載工況下進(jìn)行平面靜力分析,按照最不利組合進(jìn)行驗(yàn)算(見(jiàn)圖2)。

        圖2 鋼箱梁計(jì)算模型

        4.1 承載能力極限狀態(tài)分析

        結(jié)構(gòu)按公路橋規(guī)JTG D60-2015第4.1.5條承載能力極限狀態(tài)效應(yīng)組合進(jìn)行承載力驗(yàn)算,主梁的承載力和內(nèi)力包絡(luò)見(jiàn)圖3、圖4所示。

        圖3 正截面抗彎承載能力包絡(luò)圖

        圖4 正截面抗剪承載能力包絡(luò)圖

        4.2 正常使用極限狀態(tài)分析

        按《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D64-2015),連續(xù)鋼箱梁有效分布寬度可按下式計(jì)算:

        中間支點(diǎn)斷面:

        式中:b為主梁腹板間距的一半或懸臂板的寬度;l為換算跨徑。

        計(jì)算結(jié)果如表1所列。

        表1 截面有效分布寬度系數(shù)表

        考慮剪力滯后箱梁上下翼緣應(yīng)力如表2~表4所列。

        5 結(jié)構(gòu)活載撓度計(jì)算

        根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D64—2015)中4.2.3條,計(jì)算豎向撓度時(shí),應(yīng)按結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法并應(yīng)采用不接沖擊力的汽車車道荷載頻遇值,頻遇系數(shù)為1.0,由此計(jì)算的結(jié)構(gòu)擾度如圖7、圖8所示,86 m跨中上撓33 mm+下?lián)?8 mm=121 mm。

        表2 標(biāo)準(zhǔn)組合二上下翼緣應(yīng)力一覽表 MPa

        表3 標(biāo)準(zhǔn)組合三上下翼緣應(yīng)力 MPa

        表4 基本組合一~四上下翼緣應(yīng)力一覽表 MPa

        圖7 活載MAX撓度包絡(luò)圖

        圖8 活載MIN撓度包絡(luò)圖

        6 結(jié)構(gòu)抗疲勞驗(yàn)算

        根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D64—2015)中5.5.2條,采用疲勞荷載計(jì)算模型Ⅰ,取用等效的車道荷載,集中荷載0.7Pk,均布荷載0.3qk,四車道布載。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表5所列。

        表5 結(jié)構(gòu)各部位應(yīng)力幅一覽表 MPa

        采用疲勞荷載計(jì)算模型得到的各部位應(yīng)力幅滿足下列公式:

        (1)上翼緣母材正應(yīng)力幅:

        (2)下翼緣母材正應(yīng)力幅:

        (3)母材剪應(yīng)力幅:

        7 結(jié)語(yǔ)

        通過(guò)以上計(jì)算分析,可得出如下結(jié)論:

        (1)結(jié)構(gòu)在最不利組合中,最大拉應(yīng)力224.2 MPa,最大壓應(yīng)力-232.3 MPa,應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

        (2)梁端腹板剪切應(yīng)力106.1MPa,小于155MPa,剪應(yīng)力滿足規(guī)范要求。

        (3)活載作用下,結(jié)構(gòu)中跨86 m跨中最大的撓度為 121 mm<86 000/500=172(mm),剛度滿足規(guī)范要求。

        (4)結(jié)構(gòu)抗疲勞驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

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