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市政鋼箱梁橋設計流程(資料分享)

作者:由 求知慾望極強 發表于 農業時間:2020-12-18

一、薄壁扁平鋼箱梁構造

1、總體佈置

薄壁扁平鋼箱梁(梁高與橋寬之比很小)是由頂板、底板、橫隔板和縱隔板等板件透過全焊接的方式連線而成,扁平鋼箱梁的頂底板透過橫隔板及縱隔板等橫縱向聯結杆件聯成整體受力體系。箱梁的頂板通常按橋面橫坡要求設定,底板多采用平底板的構造形式。

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2、頂底板構造

鋼箱梁頂、底板均由面板及縱肋組成,由於頂、底板的寬度與板厚之比(寬厚比)較大,設定縱肋的主要目的是防止頂底板在彎曲壓應力或者製作、運輸、安裝架設中不可預料的壓應力作用下的區域性失穩。另外對鋼箱梁頂板而言,設定縱肋可將單橋面板變為正交異性板,大大增加橋面板的抵抗能力,使橋面承受的豎向荷載有效地傳遞到橫隔板及腹板上。

縱肋的主要形式有開口加勁肋與閉口加勁肋兩種,兩者的區別如下:

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由上表可知,頂底板的縱肋主要用閉口加勁肋,但翼緣頂板加勁肋也可採用開口加勁肋。一般的閉口加勁肋採用U肋,間距一般為600mm左右,開口加勁肋採用平鋼板或倒T形截面,間距一般為300mm左右。

3、縱隔板構造(腹板)

縱隔板,即鋼箱梁腹板,有斜腹板與直腹板兩種形式。單箱多室鋼箱梁中,外側腹板一般為斜腹板,其與頂底板共同構成單箱截面,箱梁內部多采用直腹板,將箱梁分為多室。

在彎矩和剪力作用下,縱隔板同時存在彎曲應力和剪應力,為防止腹板在彎曲壓應力作用下的彎曲失穩,在縱隔板上設有縱向加勁肋,縱向加勁肋一般採用平鋼板截面,豎向間距500mm左右;為防止腹板在剪應力作用下的剪下失穩,在縱隔板上設有豎向加勁肋,豎向加勁肋一般採用倒T形截面,縱向間距2m左右。縱向加勁肋縱向連續,在橫隔板與豎向加勁肋處穿孔而過,豎向加勁肋與頂底板不相連,距離50mm左右。

4、橫隔板構造

在鋼箱梁橋中,由於活載的偏心載入作用以及輪載直接作用在箱梁的頂板上,使得箱梁斷面發生畸變和橫向彎曲變形,為了減少鋼箱梁的這種變形,增加整體剛度,防止過大的區域性應力,需要在箱梁的支點處和跨間設定橫隔板。

橫隔板分為中間橫隔板和支點橫隔板,支點橫隔板除了上述作用外,還將承受支座處的區域性荷載,起到分散支座反力的作用。

4。1中間橫隔板

中間橫隔板被腹板斷開,每個箱室一塊隔板,與頂底板及腹板焊接。橫隔板縱向間距一般2m左右,與縱隔板豎向加勁肋交替佈置。每塊橫隔板中間都設有進人洞,進人洞的洞口邊緣設有一塊加勁板,寬度100-200mm左右。

4。2支點橫隔板

支點處的橫隔板比中間橫隔板厚,具體厚度及橫隔板數量由計算確定,一般2-3塊,間距400-800mm左右。支點橫隔板橫向在兩塊斜腹板之間連續,將直腹板斷開並焊接在支點橫隔板上。支點橫隔板與頂底板共同組成支點橫樑,進行計算,計算時頂底板有效寬度由《道橋示方書》確定。支點橫隔板上一般不設進人洞,但須設定水平加勁肋及豎向加勁肋以防止彎曲失穩與剪下失穩。

5、懸臂翼緣構造

懸臂翼緣頂板處設定縱向加勁肋,在懸臂最外側橫向1m寬度左右,加勁肋形式多為平鋼板截面(不受汽車活載),其它寬度範圍內,加勁肋多為倒T形截面或U肋。翼緣橫隔板與主樑橫隔板對應設定,翼板厚度與主樑橫隔板相同或略薄,翼緣底板僅設在有橫隔板的位置,寬度200-300mm左右,底板之間用裝飾板焊接成整體。

二、專案例子

鋼箱梁結構,橋跨佈置為(28。5+41+24。25+24。25)。本橋為變截面,橋面標準寬度26m,變截面中,最大寬度35。5m,最小寬度30m,按雙向六車道設計。採用單箱多室截面,梁高1800mm,箱梁頂板厚度取16mm,底板及腹板厚度採用14mm,橫隔板的縱向佈置間距為2m,頂板縱肋採用U肋、I肋及板肋,U肋間距600mm,I肋間距不超過300mm,板肋僅用於翼緣板外邊緣,鋼材材質為Q345qC。標準截面處箱梁橫向設雙支座,支座中心距10。5m;變截面處,箱梁橫向設三支座,支座間距詳見支座佈置圖。

橋面鋪裝層採用8cmC50鋼纖維混凝土,5cm SBS改性瀝青混凝土AC-16C及4cm SBS改性瀝青馬蹄脂碎石混合料SMA-13(摻0。25%聚酯纖維),橋面鋪裝層總厚度為17cm,採用鋼結構防撞護欄。

本橋平面分別位於直線上,縱斷面分別位於-0。3%的縱坡和R=4000m的豎曲線上。

箱梁斷面圖如下:

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箱梁26m寬橫斷面

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箱梁35。5m寬橫斷面

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箱梁30m寬橫斷面

箱梁橋面板佈置圖如下:

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傳力路徑:橋面板—縱肋—橫隔板—腹板—支點橫樑—支座。

三、計算內容

1、縱向計算

1。1第一體系應力(主樑體系)

鋼箱梁沿縱向整體受力,其受力特性為連續梁特性,跨中正彎矩最大,支座負彎矩最大。因此利用橋樑建立縱向單梁模型,計算箱梁上下緣的最大拉應力及最大壓應力。

1。2第二體系應力(橋面體系)

鋼橋面板作為橋面系直接承受車輪荷載作用,因此由縱肋和頂板組成結構系,把橋面上的荷載傳遞到橫隔板上。針對這一體系,把橫隔板間的單根縱肋及一定寬度的橋面板作為整體(工字型截面),將橫隔板作為支撐,計算其在外荷載作用下的應力,橋面板寬度根據《道橋示方書》確定。因為縱肋是穿過橫隔板保持連續,因此縱肋具有連續梁特性。本橋中,橫隔板間距為2m,因此,將縱肋及橋面當做跨度為2m的簡支梁計算,可得到橋面的最大壓應力;將縱肋及橋面當做跨度為2m的連續梁計算,可得到橋面的最大拉應力。

本橋中承受汽車荷載的縱肋就有U肋,又有I肋,因此需分別計算兩者,取其中應力的最大值。U肋可以將兩腹板合在一起,也簡化為工字型截面。

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I肋截面 U肋截面

頂板既受第一體系應力,又受第二體系應力,因此頂面總應力應將兩者的最大應力對應疊加(拉+拉,壓+壓);底板僅受第一體系應力,所以縱向單梁模型中的應力即為底板的實際應力。

應力疊加過程如下表所示。

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根據縱向正應力計算結果,可判斷梁高、頂底板厚度是否合適,根據縱向剪應力結果,可判斷腹板厚度及腹板個數是否合適。

2、橫向計算

1。1普通橫隔板計算

普通位置橫隔板承受縱肋傳遞過來的力,再傳遞到兩側腹板上,橫隔板橫向受彎,可簡化為兩端簡支於腹板的簡支梁計算,直接承受車輛荷載,截面為工字型截面,頂底板寬度按《道橋示方書》計算。注意車輛荷載要按最不利位置載入。

市政鋼箱梁橋設計流程(資料分享)

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圖中,q1+q2為自重+二恆,p2為車輛荷載的車輪作用點。

根據正應力大小可判斷橫隔板間距是否合適(橫隔板間距影響頂底板有效寬度);根據剪應力大小可判斷橫隔板厚度是否合適。

1。2支點橫樑計算

支點橫樑承受腹板傳遞的力,再傳遞給支座,支點橫樑橫向受彎,可簡化為簡支於支座上的簡支梁或者連續梁,承受腹板的豎向力。支點橫樑為兩塊橫隔板或三塊橫隔板組成,截面為箱型截面,頂底板寬度按《道橋示方書》計算。腹板的豎向力大小按該支座處的總支反力平分(乘以一定的偏載係數)。

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根據支點橫樑正應力大小可判斷橫樑腹板(即橫隔板)間距、頂底板厚度是否合適(在支點處頂底板會加厚),根據支點橫樑剪應力可判斷橫樑腹板厚度及橫樑腹板個數是否合適。

1。3懸臂翼緣計算

懸臂橫隔板橫向受彎,簡化為一端固結於主樑腹板的懸臂樑計算其彎曲應力,計算截面取一工字型截面,頂板按《道橋示方書》計算其有效寬度。

市政鋼箱梁橋設計流程(資料分享)

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根據正應力可判斷底板寬度及厚度是否合適,根據剪應力判斷橫隔板厚度是否合適。注意翼緣橫隔板被縱肋削弱的部分很大,剪應力不應過高。

3、支承加勁肋計算

鋼箱梁在支承處應設定成對的豎向加勁肋。支承加勁肋直接承受支座反力的作用,不僅需要驗算支承墊板處腹板和加勁肋的直接承壓應力,而且必須計算腹板和加勁肋中的豎嚮應力。

3。1支點處承壓應力計算

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σb≦[σb]

式中:[σb]—區域性承壓容許應力;

Rv—支座反力;

n—單個支座豎向加勁肋個數;

t1—豎向加勁肋厚度;

d—豎向加勁肋寬度;

B—支座墊板橫向寬度;

t—下翼板厚度;

td—橫隔板厚度。

3。2豎直方向應力計算

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σ≦[σc]

式中:[σc]—軸心受壓容許應力;

Bev—腹板豎直方向應力有效計算寬度,按下式計算:

Bev=bs+30*td(bs<30*td)

Bev=60*td(bs>30*td)

Bs—豎向加勁肋橫向間距。

四、細部構造

1、翼緣處縱向加勁肋的焊接

翼緣處橫隔板高度較小,並且還要開孔以保證縱向加勁肋穿過,因此在開孔截面橫隔板的剪力將大大增加。為了防止剪力過大,翼緣處縱向加勁肋與橫隔板間的焊接須增加焊接墊板,以增大橫隔板的受剪面積。

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2、支承加勁肋的佈置

支承加勁肋的佈置不僅與計算有關,同時也與支座的螺栓位置有關,在考慮支承加勁肋的橫向間距時,應注意不要與支座的螺栓位置衝突。

3、翼緣底板對應加勁肋

翼緣底板的一端焊接於斜腹板外側,為防止腹板被頂彎,在腹板內側與翼緣底板對應的位置應設定一塊水平加勁肋,由於翼緣底板佈置在翼緣橫隔板兩側,而翼緣橫隔板位置又與主樑橫隔板對應,因此該水平加勁肋也處於主樑橫隔板左右,其總寬度不應小於翼緣底板的總寬度,長度600mm左右。

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4、頂底板及腹板的加厚區長度

在支點橫樑的計算中,箱梁頂底板作為截面的一部分參與了計算,為了減小支點橫樑的應力,參與計算的頂底板會適當加厚,其厚度大小由應力控制,加厚長度應大於參與計算的有效寬度的長度;箱梁剪應力在支點處最大,為了減小最大剪應力,支點處的腹板也會適當加厚。

五、小結

1、鋼箱梁構造確定方法

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2、鋼箱梁總體指標

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標簽: 隔板  加勁  腹板  底板  應力