宽箱梁的数值计算分析
摘要：本文以某多箱室连续梁桥为例，讨论了宽箱梁的计算方法，并通有限元计算软件对比分析不同计算方法对宽箱梁计算结果的影响。以该桥的分析计算分析结果为例，从而为宽箱梁的计算提供可靠的计算依据。
关键词: 宽箱梁；单梁法；刚性横梁法；梁格法；数值分析
abstract: taking a more box chamber continuous girder bridge as an example, discusses the calculation method of wide box girder, and through a comparative analysis of the finite element calculation software of different calculation methods for wide box girder of the calculated results influence. with the analysis of the calculation results of the bridge as an example, the calculation of wide box girder so as to provide reliable calculation basis.
keywords: wide box girder, single-beam method; rigid beam method; grillage method; numerical analysis
中图分类号：g613.4文献标识码：a文章编号：
1.前言
近年来，为适应交通功能现代化的需求，我国高速、高等级公路与城市立交工程建设迅猛发展；并随着桥梁建设材料性能与施工工艺水平的不断进步，为了缓解城市交通的压力，桥梁道路不断地拓宽。这就使得桥梁建设不得不跟着道路不断拓宽。对于城市道路，
32m 预制箱梁计算书 1. 计算依据与基础资料 1.1. 标准及规范 1.1.1. 标准 ?跨径：桥梁标准跨径30m ； ?设计荷载：公路-I 级（城－A 级验算）； ?桥面宽度：（路基宽26m ，城市主干路），半幅桥全宽13m ，0.5m （栏杆）12.25m （机动车道）+0.5/2m （中分带）＝13m 。 ?桥梁安全等级为一级，环境类别一类。 1.1.2. 规范 《公路工程技术标准》JTG B01-2013 《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）；（简称《通规》） 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004（简称《预规》） 《城市桥梁设计规范》（CJJ11-2011）； 1.1.3. 参考资料 《公路桥涵设计手册》桥梁上册（人民交通出版社2004.3） 1.2. 主要材料 1）混凝土：预制梁及现浇湿接缝、横梁为C50、现浇调平层为C40； 2）预应力钢绞线：采用钢绞线15.2s φ，1860pk f MPa =，51.9510p E Mpa = × 3）普通钢筋：采用HRB400，400=sk f MPa ，5 2.010S E Mpa =× 1.3. 设计要点 1）预制组合箱梁按部分预应力砼A 类构件设计； 2）根据小箱梁横断面，采用刚性横梁法计算汽车荷载横向分布系数，将小箱梁简化为单片梁进行计算，荷载横向分配系数采用刚性横梁法计算。 3）预应力张拉控制应力值0.75σ=con pk f ，混凝土强度达到90％时才允许张拉预
应力钢束； 4）计算混凝土收缩、徐变引起的预应力损失时张拉锚固龄期为7d; 5）环境平均相对湿度RH=80％; 6）存梁时间不超过90d。 2.标准横断面布置 2.1.标准横断面布置图 2.2.跨中计算截面尺寸
第六章箱梁分析 ?主要优点： 抗扭刚度大、有效抵抗正负弯矩、施工方便、整体受力、适应性强、铺设管道方便。 ?箱梁截面受力特性： 箱梁在偏心荷载作用下的变形与位移，可分成四种基本状态：纵向弯曲、横向弯曲、扭转及扭转变形（即畸变）； 箱梁在偏心荷载作用下，因弯扭作用在横截面上将产生纵向正应力和剪应力，因横向弯曲和扭转变形将在箱梁各板中产生横向弯曲应力与剪应力。 ?箱梁对称挠曲时的弯曲应力： 箱梁对称挠曲时，产生弯曲正应力、弯曲剪应力。 ?箱梁的自由扭转应力： 箱梁在无纵向约束，截面可自由凸凹的扭转称为自由扭转，只产生剪应力，不引起纵向正应力； 单室箱梁的自由扭转应力，多室箱梁的自由扭转应力。 ?箱梁的约束扭转应力： 当箱梁端部有强大横隔板，扭转时截面自由凸凹受到约束称为约束扭转，产生约束扭转正应力与约束扭转剪应力； 这里介绍的约束扭转的实用理论建立是一定的假定之上的。 ?箱梁的畸变应力： 当箱梁壁较薄时，横隔板较稀时，截面就不能满足周边不变形的假设，则在反对称荷载作用下，截面不但扭转还要畸变，产生畸变翘曲正应力和剪应力，箱壁上也将引起横向弯曲应力； 用弹性地基比拟梁法解析箱梁畸变应力。 ?箱梁剪力滞效应： 翼缘剪切扭转变形的存在，而使远离梁肋的翼缘不参予承弯工作，这个现象
就是剪力滞效应； 可应用变分法的最小势能原理求解。 第六章 箱梁分析 一、主要优点 箱形截面具有良好的结构性能，因而在现代各种桥梁中得到广泛应用。在中等、大跨预应力混凝土桥梁中，采用的箱梁是指薄壁箱型截面的梁。其主要优点是： ? 截面抗扭刚度大，结构在施工与使用过程中都具有良好的稳定性； ? 顶板和底板都具有较大的混凝土面积，能有效地抵抗正负弯矩，并满足配筋的要求，适应具有正负弯矩的结构，如连续梁、拱桥、刚架桥、斜拉桥等，也更适应于主要承受负弯矩的悬臂梁，T 型刚构等桥型； ? 适应现代化施工方法的要求，如悬臂施工法、顶推法等，这些施工方法要求截面必须具备较厚的底板； ? 承重结构与传力结构相结合，使各部件共同受力，达到经济效果，同时截面效率高，并适合预应力混凝土结构空间布束，更加收到经济效果； ? 对于宽桥，由于抗扭刚度大，跨中无需设置横隔板就能获得满意的荷载横向分布； ? 适合于修建曲线桥，具有较大适应性； ? 能很好适应布置管线等公共设施。 二、箱梁截面受力特性 一）箱梁截面变形的分解 箱梁在偏心荷载作用下的变形与位移，可分成四种基本状态：纵向弯曲、横向弯曲、扭转及扭转变形（即畸变）； 因弯扭作用在横截面上将产生纵向正应力和剪应力，因横向弯曲和扭转变形将在箱梁各板中产生横向弯曲应力与剪应力。 1、纵向弯曲：对称荷载作用；产生纵向弯曲正应力 M σ，弯曲剪应力 M τ。 纵向弯曲产生竖向变位 w ，因而在横截面上引起纵向正应力 M σ及剪应力 M τ，见图。图中虚线 所示应力分布乃按初等梁理论计算所得，这对于肋距不大的箱梁无疑是正确的；但对于肋距较大的箱形梁，由于翼板中剪力滞后的影响，其应力分布将是不均匀的，即近肋处翼板中产生应力高峰，而远肋板处则产生应力低谷，如图中实线所示应力图。这种现象称为“剪力滞效应”。对于肋距较大的宽箱梁，这种应力高峰可达到相当大比例，必须引起重视。
混凝土巨型截面箱梁设计 一、功能设计 依据《城市道路设计规范》、《城市桥梁设计荷载标准》、《城市桥梁设计 准则》、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》以及《城市道路交通 规划设计规范》、《城市轨道交通技术规范》等相关技术规范，按面单箱双室等 截面形式，上层中等城市道路、下层城市轻轨设计。 根据《城市道路设计规范》2.1.1及2.1.2条规定：主干路为连接城市各主要 分区的干路，以交通功能为主；大城市应采用各类道路中的I 级标准；中等城市 应采用II 级标准；小城市应采用III 级标准。综合上述因素及我国目前中等城市 交通现状，上层道路等级定为II 级主干路。 根据《城规》第2.2.1条规定：各类各级道路计算行车速度按照表1执行。 设计为II 级主干路，故采用计算行车速度取50km/h 。 表1 各类各级道路计算行车速度 根据《城规》第4.3.1～4.4.2条的相关规定：当大型汽车或大、小汽车混行， 其计算行车速度超过40km/h 时，机动车车道宽度取3.75m ；非机动车道路的宽 度包括几条自行车车道宽度及两侧各25cm 路缘带宽度，当非机动车种类为自行 车时，宽度取1.0m 。根据《城规》4.6.1条规定，行车速度为50-60km/h 之间时， 分隔带最小宽度为1.5m ，取顶板车道总宽度为m m m m 195.11.2523.754=+?+?。 车道总宽度满足《城市桥梁设计荷载标准》第4.1.5条关于车道总宽度与设计车 道数的规定（表2）。 表2设计车道数目与车道总宽度的关系
根据我国《城市公共交通分类标准》2.0.4及条文说明相关规定，轻轨一种 中运量的轨道交通运输系统，采用钢轮钢轨体系，标准轨距1435 mm ，主要在城 市地面或高架桥上运行，线路类型可以采用专用轨道或高架轨道。综合巨型截面 箱形构件的跨度和我国城市轻轨交通使用现状，根据表2，选择C-I 型列车。 表3 轻轨系统主要标准及特征表 巨型截面箱梁底板双向行驶两列轻轨，C-I 型列车标准宽度为2600mm ，《城 市轨道交通技术规范》第6.04条规定：相邻双线线间距，当两线间无建（构）筑 物及设备，左右线列车在运行时产生的设备限界加100mm 的安全间隙。 《城市轨道交通工程项目建设标准》第三十二条规定：A 、B 型车的限界应符 合国家现行标准《地铁限界标准》CJJ96的有关规定，其他车型的限界可按《地 铁限界标准》CJJ96规定的计算方法确定。由于本巨型箱型截面构件采用单箱双 室，箱内有三个腹板，根据 《地铁限界标准》5.4.1规定：巨型隧道中B1型车线 路中心线距离中墙距离为2000mm ，距离边墙为2100mm 。C-I 型列车的建筑限界标 准小于B 型车。考虑安全间隙与巨型截面构件箱内行车与地铁隧道内行车的相似 性，建筑限界按B 型车取值。综上得底板宽度至少为mm 82002210022000=?+?。
请问大家： 1）桥博计算连续梁的横隔梁时建模仅取横隔梁的宽度还是取横隔梁的两侧渐变段的截面作为模型计算截面？ 2）对于箱梁的恒载如何处理，是作为均布荷载加载在桥面板上，还是作为集中力加载在腹板上？ 3）对于顶板带横向预应力的桥梁，计算出来的结果是不是不考虑翼板根部的拉应力？ 4）对于多室截面恒载如何分担？ 希望大家发表自己的看法，如果有相关的算例最好上传学习一下! 向别的老工程师请教后他给我这样的解释：不知道大家有什么见解 1、横梁截面宽度取(b+2bh+12h'f)，b为横梁厚度，bh为承托长度，h'f为板厚。 2、箱梁恒载主要都由腹板传递，取集中力加在腹板上。 3、个人认为应当考虑，施加横向预应力主要就是解决挑臂根部和腹板间桥面板下缘的拉应力，横向应力对横向钢束位置的调整非常敏感。 4、多室截面恒载可按腹板数量均分。 其实横向构件的计算分实体横梁和箱梁框架，以上的1、2、4点均用于实体横梁计算，第3点用于桥面板计算。 不知道大家有什么见解？
关于横梁计算，由于在立交和高架设计时经常碰到，我谈一点个人看法， 如果没有张拉横梁预应力，各个腹板的受力极不均匀，位移大的腹板，弯距比较小，承受的力也比较小，但是张拉横向预应力以后，各个腹板受力就比较均匀了，一般边腹板的力与中腹板的力之比在1.0～1.2之间。 对于多箱室的，恒载应该考虑两种情况更安全，一个是各个腹板均分恒载，另一个是边腹板是中腹板的1.2倍， 另外一个就是桥面上的活载，大家是按照横梁上均布还是，腹板均分？ 我一般是底板范围均分和腹板均分考虑，毕竟活载比重比较小，计算差别不是很大！ 我的观点是： 1、活载应根据车辆荷载进行横向加载，考虑最不利组合。 2、计算宽度取实体厚度。楼上的宽度的取法从理论上讲是正确的。但是保守的取法可以留一定的安全储备。 请各位指正。
关于城市宽箱梁横向分布系数的取值分析 摘要：变截面连续箱梁桥、连续刚架桥的设计,一般均将桥跨结构视作弹性梁元,采用平面杆系程序计算。荷载偏心用增大系数法考虑,增大系数的取值对于宽跨比很大的城市桥梁具有很大的任意性。本文以某实桥为背景,采用ANSYS 结构分析通用程序计算了多个特征断面各腹板的横向分布系数。据此,对照了按荷载横向分布简化算法的计算结果,所得出的结论,可为同类工程设计提供参考。 关键词：宽箱梁;横向分布;空间分析;简化算法 Abstract: The variable cross section continuous box girder bridges, continuous rigid frame bridge design, generally will bridge structure as an elastic beam element, the plane pole-system program calculation. Eccentric load by increasing the coefficient method to consider, increase coefficient for width span ratio of big city bridges with large arbitrariness. Taking a bridge as the background, using the ANSYS general structural analysis program calculates the multiple features of the web section of transverse distribution coefficient. Accordingly, controlled by lateral load distribution algorithm of calculation results, the conclusion, for similar engineering design to provide a reference. Key words: wide box beam; transverse distribution; spatial analysis; simplified algorithm 1概述 实桥位于某高速公路交点,为三跨(42m+80m+42m)预应力混凝土上承式 拱梁组合体系桥。主梁两侧边墩处各有一片端横梁,宽1.3m,主墩中心及中跨跨中两侧各有两片横梁,宽0.4m,边跨及中跨在主拱与主梁的结合处均设置横梁,宽0.6m。主梁采用单箱三室断面,箱梁顶宽25.5m、底宽17.3m,腹板中距为5.75m 及5.8m,两边悬臂4.1m,跨中梁高2.0m。主拱腿采用钢筋混凝土单箱三室断面,宽17.3m,高1.4m,腹板中距与主梁相同。副拱采用实心矩形断面,宽17.3m,高0.6m。为保持沪杭高速公路车流畅通,主桥采用中心转体施工。主桥总体及主梁断面见图1。 图1主桥总体及主梁断面示意图单位:cm 2ANSYS板壳元空间分析 由于主桥为对称结构,计算模型取1/2模型,模型单元为SHELL63弹性壳单元,
文章编号:0451-0712(2003)08-0095-05 中图分类号:U4481213 文献标识码: 连续分叉曲线箱梁桥的计算分析与设计探讨刘 钊1,王 斌2,孟少平1,纪 诚2,张宇峰1 (1.东南大学 南京市 210096;2.南京市市政设计研究院 南京市 210008) 摘 要:南京新庄立交桥是一座以多层、多跨以及分叉连续为特色的预应力混凝土曲线梁结构。在讨论曲线箱梁基本受力特征的基础上,研究了分叉连续曲线箱梁桥的分析方法,并对预应力混凝土曲线箱梁桥设计中的若干问题进行了探讨。 关键词:预应力混凝土曲线梁;分析;设计 1 工程概况 南京市新庄立交桥位于五路交叉口上,为4层部分互通式定向立交。为展示现代化城市立体交通的设计理念,保证交通顺畅,本工程在立交的平面布置上尽量采用曲线展线布置,在结构设计上,采用独立圆柱墩、多跨预应力连续曲线梁,在主线和匝道的分叉处,采用匝道主线连续的分叉式多跨预应力混凝土连续曲线箱梁,分叉处仅设置独柱墩。 新庄立交桥上部结构由二、三、四层主线和匝道桥组成,除E匝道外,上部结构均采用预应力混凝土等截面连续箱梁。 全桥共19联,每联3～5跨不等,跨径31～42m,梁高均为1.8m,箱梁最小跨高比达到12313。箱梁为50号混凝土,预应力束采用 30m预应力混凝土简支小箱梁计算书 一、主要设计标准 1、公路等级：城市支路，双向四车道 2、桥面宽度：3m人行道+0.25m路缘带+2x3.5m车行道+0.5m双黄线+2x3.5m车行道+0.25m路缘带+3m人行道=21m 3、荷载等级：汽车-80级 4、设计时速：30Km/h 5、地震动峰值加速度0.2g 6、设计基准期：100年 二、计算依据、标准和规范 1、《厂矿道路设计规范》（GBJ22-87） 2、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） 3、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004） 三、计算理论、荷载及方法 1、计算理论 桥梁纵向计算按照空间杆系理论，采用Midas Civil2012软件计算。 2、计算荷载 （1）自重：26KN/ m3 （2）桥面铺装：10cm沥青铺装层+8cm钢筋混凝土铺装 （3）人行道恒载：20KN/ m （4）预应力荷载： 采用4束5φs15.2和6束4φs15.2 fpk=1860MPa钢绞线，张控应力1395MPa。（5）汽车荷载： 本桥由于是物流园区内部道路，通行的重车较多，本次设计考虑《厂矿道路设计规范》（GBJ22-87）汽车-80级，计算图示如下： 根据图示，汽车荷载全桥横桥向布置三辆车。 冲击系数按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）4.3.2条考虑。 （6）人群荷载：3.5 KN/ m2 （7）桥面梯度温度: 正温差：T1=14°，T2=5.5° 负温差：正温差效应乘以-0.5 3、计算方法 （1）将桥梁在纵横梁位置建立梁单元，然后采用虚拟梁考虑横向刚度，以此来建立模型。 （2）根据桥梁施工方法划分为四个施工阶段：架梁阶段、现浇横向湿接缝阶段、二期恒载阶段、收缩徐变阶段。 （3）进行荷载组合，求得构件在施工阶段和使用阶段时的应力、内力和位移。（4）根据规范规定的各项容许指标。按照A类构件验算是否满足规范的各项规定。 midas建模计算（预应力混凝土连续箱梁桥） midas建模计算（预应力混凝土连续箱梁桥） 纵向计算模型的建立 1.设置操作环境 1.1打开新项目，输入文件名称，保存文件 1.2在工具-单位体系中将单位体系设置为“m”,“KN”,“kj”和“摄氏”。 2．材料与截面定义 2.1 材料定义 右键-材料和截面特性-材料。C50材料定义如下图所示。 需定义四种材料：主梁采用C50混凝土，立柱、盖梁及桥头搭板采用C30混凝土，基桩采用C25混凝土。预应力钢绞线采用1860级高强低松弛s 15.24钢绞线。钢绞线定义时，设计类型：钢材；规范：JTG04（S）；数据库：strand 1860,名称：预应力钢筋 2.2 截面定义 2.2.1 利用SPC（截面特性值计算器）计算截面信息 （1）在CAD中x-y平面内，以mm为单位绘制主梁所有的控制截面，以DXF 格式保存文件；绘图时注意每个截面必须是闭合的，不能存在重复的线段，并且对于组成变截面组的线段，其组成线段的个数应保持一致。 （2）在midas工具中打开截面特性计算器（SPC），在Tools-Setting中将单位设置为“KN”和“mm”； （3）从File-Import-Autocad DXF导入DXF截面； （4）从Model-Section-Generate中选择“Type-Plane”；不勾选“Merge Straight Lines”前面的复选框；Name-根据截面所在位置定义不同的截面名称从而生成截面信息； （5）在Property-Calculate Section Property 中设置划分网格的大小和精度，然后计算各截面特性； （6）从File-Export-MIDAS Section File 导出截面特性文件，指定文件目录和名字，以备使用。 2.2.2 建立模型截面 （1） 右键-材料和截面特性-截面-添加-设计截面，选择设计用数值截面。单击“截面数据”选择“从SPC 导入”，选择刚导出的截面特性文件，并输入相应的设计参数。 注意：若要结合规范进行PSC 设计，在定义截面的时候，需要选择“设计截面”中进行定义，同时对于截面中的“剪切验算位置”及“验算用腹板厚度”需要定义，否则会提示“PSC 设计数据失败”。可通过勾选自动定义。 目录 1、工程概况 (2) 2、主要技术标准 (2) 3、采用规范 (2) 4、主要材料 (2) 5、计算参数 (2) 6、结构计算模型 (3) 7、持久状况承载能力极限状态计算 (4) 8、持久状况正常使用极限状态计算 (6) 9、横梁的计算 (8) 10、构件构造要求 (10) 11、结论 (10) 1、工程概况 本桥是黑龙江省伊绥高速公路南互通E匝道桥第四联钢筋混凝土箱梁桥。采用3-20米等高度现浇钢筋混凝土箱梁桥。 2、主要技术标准 设计荷载：公路—I级 桥面宽度：B＝10.5m 2个车道 设计安全等级二级 3、采用规范 《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）《公路工程技术标准》（JTG B01-2003） 4、主要材料 主梁材料：C40混凝土 普通钢筋： HRB335钢筋，抗拉强度设计值为280MPa； 5、计算参数 （1）、采用空间有限元杆系将主梁离散为35个节点， 34个单元。荷载组合及验算内容一律按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）与《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）相关条文执行。 （2）、活载布置采用外侧偏载最不利方式布载。 （3）、荷载取值： ●恒载：一期恒载混凝土容重为26kN/m3；二期恒载为10cm沥青 铺装，容重为26kN/m3，防撞栏杆为9.6kN/m； ●活载：荷载标准为公路I级，并考虑汽车荷载引起的冲击力， 冲击系数的取值参照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）计算，由程序计算出此结构的自振频率为9.8Hz， 得到冲击系数 ＝0.36； ●汽车引起的离心力：取值参照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）； ●汽车引起的制动力：取值参照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004），如果有离心力参与荷载组合是制动力取值按照0.7 倍考虑； ●基础变位：基础作用按照支座不均匀沉降考虑，支座的沉降量 为0.5cm； ●温度梯度：依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004） 4.3.10 第3 条，对结构的梯度温度引起的效应进行考虑，取 值参照表4.3.10-3竖向日照正温差计算温度基数表混凝土铺 装的结构类型取值。混凝土上部结构竖向日照反温差为正温差 乘以-0.5。铺装为10cm沥青，T1取14 ℃，T2取 5.5℃； ●均匀温度：依据《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）， 取升温为30℃，降温38℃。 6、结构计算模型 采用空间杆系将上部主梁离散成51个节点，50个单元。结构离散图如下所示： 桥博和midas考虑有效分布宽度的快速输入方法 在桥博和midas中，考虑有效分布宽度的属输入都不是很轻松的事情，桥博要求输入上下翼缘的有效宽度，midas的非内嵌截面要求输入有效截面相对原截面的惯性矩折减系数；相对来说，桥博数据较直接、简单方便；midas数据较底层，麻烦、数据处理量较大；但即使是使用桥博，有效分布宽度的处理也是件工作量很大的工作；老任利用朋友们开发的cad 小工具软件，总结出一套有效宽度处理的方法，相对比较方便快捷；下面以一个例子的方式介绍一下这种方法的操作过程和工具软件；这个过程的总体思路是： 第一步、在cad中使用yxkd程序计算出翼缘的折减后宽度曲线，并使用程序将该曲线坐标输出到excel中，计算得到折减系数沿跨长的分布函数； 第二步、使用桥博通用截面拟合功能输入截面有效宽度； 第三步：对于使用midas程序，可先使用进行第一步、第二步得到桥博模型，然后按一次落架方式计算，再使用报表输出原截面和有效截面的截面特性，得到惯性矩折减系数； 1、例子资料 例子为计算跨径34.35+48+34.35m的变截面连续箱梁，翼缘悬臂2.5m内,标准断面上缘箱室净宽6.073m；下缘净宽5.763m；梁端至 边支座中心线距离为0.55m； 2、计算有效分布宽度系数 为简单起见，全桥的翼缘计算宽度统一取标准断面的翼缘实际宽度，不考虑由于腹板加宽造成的翼缘宽度差异；工程上，类似取舍造成的误差微乎其微； 计算有效分布宽度使用张文锋工程师开发的lisp程序--yxkd，该程序在程序编制的过程中，笔者对张树仁推荐的有效分布宽度折减系数回归方程进行了计算研究，发现ps表达式值相对规范表格值误差较大，最大达到20%左右；这个误差可能无法接受，因此未采用 该公式；经过检索文献，发现桂林工学院景天虎拟合公式较为合理，该公式为： 50米预应力箱梁横向设计计算 一、箱梁横断面构造 引桥采用多跨预应力混凝土连续梁，其标准横断面布置如图1所示，全桥采用分离式双幅单箱单室截面，桥面板内设置横向预应力，斜腹板内不设竖向预应力钢筋。单幅箱梁跨中梁高2.8m，斜腹板宽度0.50m，底板厚度0.25m；桥面板悬臂端部厚度0.18m，悬臂根部厚度0.5m，箱室顶板跨中厚度0.25m。为了保证荷载传递顺畅，所有的顶板、 二、箱梁横向分析 1．结构离散 箱梁采用单箱单室截面形式，横向分析取纵桥向单位长度箱形框架考虑。箱梁横向分析计算采用桥梁结构计算软件《qjx》进行结构分析，取箱梁为受力分析对象，共划分为54个单元和54个节点，支承形式采用简支形式，结构按施工及使用受力顺序划分为3个阶段，其箱梁结构离散图详见图2所示。 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》，汽车横桥向距路缘石的最小距离为0.5m ，挂车横桥向距路缘石的最小距离为1.0m ，桥面板采用双悬臂梁结构图式，计算车轮在桥面板上的分布宽度。 汽车—超20级和挂车—120的荷载主要技术指标详见表1。 桥梁设计技术规范规定，箱梁横断面位置上汽车荷载可以按1~4车道布置，其横向布置可以在悬臂板或中板上，而挂车全桥只能布置一辆，且位置一般情况下在专用车道上，因而挂车荷载仅按作用在中板上考虑。 以下仅介绍汽车荷载作用下板的有效分布宽度计算过程： （1）、悬臂板荷载有效分布宽度 悬臂板上的集中荷载在垂直于板跨方向的分布宽度，按下式计算： '21b a a += 式中：—1a 垂直于板跨方向车轮通过铺装层后的分布于板顶的尺寸； —'b 集中荷载通过铺装层分布于板顶的宽度外缘至腹板边的距离。 （2）、跨中板荷载有效分布宽度 a) 车轮作用于板的跨中时： 对于一个车轮荷载，板的有效分布宽度为： 3/1L a a +=，但不小于L 3 2 。 对于两个或几个相同车轮荷载，当一个车轮荷载计算的分布宽度有重叠时，车重取其总和，而分布宽度则按边轮分布外缘计算： 3/1L d a a ++=，但不小于L d 3 2 + 。 式中：—1a 垂直于板跨方向车轮通过铺装层后的分布于板顶的尺寸； —L 板的计算跨径； —d 多个车轮时，外轮的中距。 b) 车轮作用于板的支承处时： 对于一个车轮荷载，板的有效分布宽度为： t a a +=1 式中： —1a 垂直于板跨方向车轮通过铺装层后的分布于板顶的尺寸； —t 板的厚度； （3） 、车轮作用于板的支承附近处时： 在车轮荷载作用下，按支承处板的有效分布宽度45o 刚性扩散角与跨中板有效分布宽度接顺。 箱梁截面有效宽度的理解和应用 鲁金玉 摘要本文从分析截面产生的剪力滞效应开始，阐述了考虑截面有效宽度的原因、介绍了“新桥规”对有效宽度的计算的妥善方法，以及使用中的使用场合、计算过 程以及介绍了现行桥梁设计通用程序《桥梁博士》对截面有效宽度的考虑。 关键词剪力滞有效宽度桥规桥梁博士 1、剪力滞与箱梁有效宽度 T梁、箱梁、Π行等带肋梁结构在外力作用下产生弯曲内力和变形，通过梁肋的剪切变形传递给翼板。剪应变在向翼板内横向传递的过程中是不均匀的，在梁肋与翼缘板的交接处最大，随着与梁肋距离的增加而逐渐减小，使翼板远离肋板处的纵向位移滞后于肋板边缘处，使弯曲应力的横向分布呈曲线形状(如图1)。 图1 翼缘的剪力分布 这就与初等梁的弯曲理论所得到的均匀分布的弯曲应力的平截面假定不一致。由翼板的剪切变形而造成的弯曲正应力沿着梁宽度方向不均匀分布。这种现像称为“剪力滞(后)效应（shear-lag effect）”。而这个应力峰值通常大于我们按初等梁理论计算出来的值。早在二十 世纪初就有人进行这方面的研究，认为剪力滞后效应可能导致钢箱梁截面的严重破坏。因此工程设计人员提出了“有效宽度”的概念，即将翼缘实际宽度按某个系数或者某种规律折减为计算宽度，使折减后的宽度按初等梁理论算得的应力值和实际的峰值接近，以确保结构的安全。 2、有效宽度的几何计算方法 有效分布宽度问题, 实质上是以剪力滞理论为基础。用精确的理论来分析翼缘应力的不均匀分布规律是比较复杂的, 尤其不便于工程中的应用。为了既能利用简单的初等梁理论公式, 又能得到接近于翼缘实际应力的最大值, 便提出“翼缘有效宽度”的概念,并且由T.V.卡曼首先解决, 一直沿用至今。翼缘有效宽度的简单定义是按初等梁理论的公式也能算得与真实应力峰值接近相等的那个翼缘折算宽度。它的几何解释是：如图二中的真实应力峰值σmax为高度的阴影矩形面积等于真实的应力曲线所包围的面积，即阴影线矩形面积的边长，便是翼缘的有效宽度，数学表达式为： 式中：be为每侧翼缘的有效宽度，b为每侧翼缘的净宽度，t为翼缘的厚度，σmax为腹板与翼板连接处的应力峰值，x为沿跨长方向的坐标，y为沿横截面宽度方向的坐标。 图二截面有效宽度计算示意图 从式中可知, 翼缘有效宽度是根据翼缘内的应力体积与折算截面的翼缘内应力体积相等的原理换算得来的。有效宽度与实际宽度之比称为有效宽度比, 即φ＝be/b, 它反映翼板 利用桥梁博士进行横梁计算的教程(续一) 本文介绍桥梁博士进行箱梁横梁计算。红色字体内容为本文的操作步骤，黑体字为相应的一些说明和解释。 基本情况在前文中有所介绍，这里主要介绍加载及边界条件的设定。 一、输入施工信息 共建立了三个施工阶段，阶段1安装所有单元；阶段2张拉所有钢束(钢束1、2)，并灌浆；阶段3施加永久荷载。三个施工阶段的设置分别如图1.1-1.3所示。 图1.1 试工阶段1 在阶段3中所施加的永久荷载，是在求得8号墩上所承担的恒载(F0)的基础上，除以墩上箱梁的腹板数(n)，而后在与腹板对应的位置处加以F0/n的集中力。如果要做的细，还可以按各腹板所承担的承载面积进行分配。 关于边界条件，可以在有支座的位置处设计边界条件，注意一般设一个横向约束即可，其它均可只设为竖向约束。图1.4给出了相应的约束和加载情况。 图1.2 试工阶段1 图1.3 试工阶段1 二、输入使用信息： 收缩徐变天数取为：3650。一般认为混凝土的收缩徐变可以持续数年。最在升温温差取为25度，降温温差也取25度。非线性温度按D60-2004中4.3.10定义，一个为正温差，一个为负温差。 活荷载描述：按公路一级车道荷载加载。因为本例中桥宽有40多m，故偏保守的取为10个车道。先按一个车道纵向影响线加载求得墩顶位置处承担的活荷载值，此例约为626KN，填入图2.1中鼠标处示处。 图2.1 活荷载输入 如图2.1所示，勾选横向加载——点横向加载有效区域按钮，将弹出如图2.2所示窗口。活载类别选择汽车，横向有效区域起点取为1m，终点为45.1m。 有必要说明下的是，采用桥博进行横向加载计算时并不用输入活载的横向分布调整系数，车道折减系数等，而是通过定义车道、横向有效分布区域等由桥博自行进行加载。 宽箱梁的数值计算分析 摘要：本文以某多箱室连续梁桥为例，讨论了宽箱梁的计算方法，并通有限元计算软件对比分析不同计算方法对宽箱梁计算结果的影响。以该桥的分析计算分析结果为例，从而为宽箱梁的计算提供可靠的计算依据。 关键词: 宽箱梁；单梁法；刚性横梁法；梁格法；数值分析 abstract: taking a more box chamber continuous girder bridge as an example, discusses the calculation method of wide box girder, and through a comparative analysis of the finite element calculation software of different calculation methods for wide box girder of the calculated results influence. with the analysis of the calculation results of the bridge as an example, the calculation of wide box girder so as to provide reliable calculation basis. keywords: wide box girder, single-beam method; rigid beam method; grillage method; numerical analysis 中图分类号：g613.4文献标识码：a文章编号： 1.前言 近年来，为适应交通功能现代化的需求，我国高速、高等级公路与城市立交工程建设迅猛发展；并随着桥梁建设材料性能与施工工艺水平的不断进步，为了缓解城市交通的压力，桥梁道路不断地拓宽。这就使得桥梁建设不得不跟着道路不断拓宽。对于城市道路， 该横梁高1.6m ，梁宽为12.5米，悬臂长2米。 二、设计规范 《公路工程技术标准》(JTG B01-2003) 《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60-2004) 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62-2004) 《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG D63-2007） 《公路桥梁抗震设计细则》 （JTG/T B02-01-2008） 三、采用的计算方法和计算软件 （1）使用程序 : MIDAS/Civil, Civil2013 （2）截面设计内力 :3维 （3）构件类型 :部分预应力A 类构件 （4）公路桥涵的设计安全等级 : 一级 （5）构件制作方法 :现浇 四、设计荷载 （1）标准:公路一级 （2）上部结构重量以集中力和均布荷载的形式通过三个腹板传递到中横梁 防撞护栏重：26KN/m 桥面铺装：30.4KN/m 五、主要材料指标 主梁采用C50混凝土，预应力钢束采用低松弛2.15=d mm 钢绞线。混凝土、钢绞线等材料的弹性模量、设计抗压（拉）强度参数等基本参数均按现行规范取值。 1、混凝土 C50混凝土弹性模量MPa E c 41045.3?= 预应力混凝土容重为3/26m kN 钢筋混凝土容重为3/25m kN 2、低松弛钢绞线 直径mm d 2.15= 弹性模量MPa E p 51095.1?= 抗拉强度标准值：MPa f pk 1860= 张拉控制应力：MPa f pk 135873.0= 管道摩阻擦系数：25.0=μ 管道偏差系数：0015.0=k 锚具变形：mm l 6=? 六、模型简介 1、主梁单元截面 图一 主梁横断面图示 2、 单元数量 : 梁单元24个 图二 单元离散图 3、节点数量 : 27 个 4、钢束数量 : 8 个 5、边界条件数量 : 2 个 6、施工阶段 : 3 个 普通箱梁及预应力箱梁设计标准 本工程箱梁设计在满足桥梁相关规范的基础上，还应满足以下要求： 一、计算部分：（设计荷载标准为公路-I级，结构重要性系数1.1） 1.桥梁全宽8m的匝道在内力计算时，均按双车道进行计算。但 对于抗扭计算及抗倾覆计算需同时考虑单车道进行验算复核。 5.体系温差按升降温30 C°考虑。 6.活载横向分布系数在多车道折减的基础上乘1.2的偏载系数。 （例：3车道，则横分系数为3x0.78x1.2=2.808） 7.桥博中结构自重系数取1.05。 8.结构内力按照全截面计算，估算受拉钢筋面积时，有效宽度 按照新桥规第4.2.3条规定计算，受拉区悬臂考虑有效分布宽度，受拉区箱室顶、底板考虑有效分布宽度。 9.预应力箱梁张拉控制应力为0.73f pk=1357.8MPa。 10.注意应按新桥规第5.2.9条计算截面抗剪要求。 二、施工工艺要求： 1.对于预应力钢筋混凝土箱梁，要求强度及模量达100％时方可 张拉预应力，龄期不小于7天。 2.箱梁梁端顶板张拉工艺注意梁端应力及强度控制。 3.取消预应力钢筋超张拉。 三、箱梁外形： （1）、普通箱梁顶板厚为0.25米，底板厚为0.22米，底板不加厚。预应力箱梁底板、顶板厚为0.25米，底板厚为0.22米。 （跨径超过35米，在支点附近随腹板加厚段加厚底板：底板厚0.3～0.4米），边跨梁端底板不加厚。 （2）、桥宽8米时，横断面采用单箱单室，普通钢筋混凝土箱梁腹板厚度加厚段采用60cm，正常段取40cm，预应力混凝土箱梁腹板厚度加厚段采用70cm，正常段取50cm。连接墩位置边横梁因放置支座需要加宽。 桥宽8＜B≤10米时，横断面采用单箱双室，普通钢筋混凝土箱梁腹板厚度加厚段采用50cm，正常段取30cm；预应力混凝 预应力混凝土公路桥梁通用设计图成套技术 通用图设计计算书 （装配式预应力混凝土箱形连续梁主梁计算） 跨径：25m 路基宽度：26m 设计计算人：日期： 复核核对人：日期： 单位审核人：日期： 项目负责人：日期： 编制单位：中交第一公路勘察设计研究院编制时间：二○○七年一月 目录 1 计算依据与基础资料 ................... 错误!未定义书签。 标准及规范..................................................错误!未定义书签。 标准....................................................错误!未定义书签。 规范....................................................错误!未定义书签。 参考资料................................................错误!未定义书签。 主要材料....................................................错误!未定义书签。 设计要点....................................................错误!未定义书签。 2 横断面布置 ........................... 错误!未定义书签。 横断面布置图................................................错误!未定义书签。 跨中计算截面尺寸............................................错误!未定义书签。 3 汽车荷载横向分布系数、冲击系数计算.... 错误!未定义书签。 汽车荷载横向分布系数计算....................................错误!未定义书签。 刚性横梁法..............................................错误!未定义书签。 刚接梁法................................................错误!未定义书签。 铰接梁法................................................错误!未定义书签。 荷载横向分布系数汇总....................................错误!未定义书签。 剪力横向分布系数............................................错误!未定义书签。 汽车荷载冲击系数μ值计算....................................错误!未定义书签。 汽车荷载纵向整体冲击系数μ...............................错误!未定义书签。 汽车荷载的局部加载的冲击系数............................错误!未定义书签。 4 主梁纵桥向结构计算 ................... 错误!未定义书签。 箱梁施工流程................................................错误!未定义书签。 有关计算参数的选取.........................................错误!未定义书签。 计算程序 ...................................................错误!未定义书签。 持久状况承载能力极限状态计算 ..............................错误!未定义书签。 正截面抗弯承载能力计算..................................错误!未定义书签。 斜截面抗剪承载能力验算..................................错误!未定义书签。 持久状况正常使用极限状态计算...............................错误!未定义书签。 抗裂验算................................................错误!未定义书签。 挠度验算................................................错误!未定义书签。 持久状况和短暂状况构件应力计算 ............................错误!未定义书签。 使用阶段正截面法向应力计算..............................错误!未定义书签。(完整word版)30m简支箱梁计算书
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