地道架空6m副跨结构验算报告

中铁电气化局石长铁路增建二线工程地道线路架空6米副跨结构
验算书
编制：
审核：
批准：
中铁电气化局石长铁路增建二线常德站北移项目部
2015年08月
目录
1 前言 (1)
1.1 架空慨况 (1)
2 计算基本资料 (3)
2.1 设计规范及参考资料 (3)
2.2 计算程序及计算参数 (3)
3 架空结构受力检算 (4)
3.1 空间计算模型的建立 (4)
3.2 6米副跨结构检算 (5)
3.2.2 6米梁简支状态横梁结构验算 (7)
3.2.3 6米梁简支状态横梁拼接和悬吊结构验算 (9)
4 结论 (10)
1 前言
1.1 架空概况
6m架空副跨构造如图1-1-1。

平面和侧立面图
主梁和横梁大样图
横梁分配梁及节点板大样
图1-1-2 6m便梁构造图（单位：m）
2 计算基本资料
2.1 设计规范及参考资料
（1）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1—2005）
（2）《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》
（TB10002.3—2005）
（3）《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2—2005）
（4）《铁路桥涵地基和基础设计规范》（TB10002.5—2005）
（5）《铁路桥梁抢修（建）技术规程（试行）》（参照2000年报批稿）（6）《钢结构》陈绍藩、顾强主编中国建筑工业出版社2003
2.2 计算程序及计算参数
（1）通用有限元程序MIDAS/Civil V6.71和部分手算。

计算时采用以下计算参数：
根据《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2—2005）第3.1.6条中的表3.1.6查得6米便梁和工字钢弹性模量取2.1×105MPa，泊松比0.3，钢材的容重取值78.5kN/m3。

便梁I56b工字钢材料为Q235qD，[20b槽钢材料为
Q345qD。

查《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）表3.2.1得到Q235qD 钢材弯曲容许应力为[σ]＝140MPa，容许剪应力[τ]＝80MPa；Q345qD钢材弯曲容许应力为[σ]＝200MPa，容许剪应力[τ]＝120MPa；
列车静活载按移动中－活载计算，计算钢桥竖向挠度时不考虑桥面系及平联的共同作用，横向频率有要求。

3 架空结构受力检算
本6米副跨纵梁为双拼I56b工字钢（采用Q235D），在组合截面下翼缘设置一块10mm厚的钢板以便于和横梁连接；钢枕木为双拼[20b槽钢（采用Q345D），便梁在使用过程中，应力是否超限是施工过程中关注的主要问题，同时，在中－活载作用下变形是否满足相应规范要求也是必须考虑的问题，便梁主梁和钢枕木如图3-1-1。

图3-1-1 6米便梁结构概图
3.1 空间计算模型的建立
在施工过程中采用6米副跨，施工过程中6米便梁均为简支受力状态。

6米副跨架空结构的模拟：对6米便梁建模时进行简化处理，考虑中主梁、横梁，采用梁单元建模，如图3-1-2。

图3-1-2 TJB型6米便梁模型图
3.2 6米副跨结构检算
结构的整体坐标系前进方向为X 方向，Z 的正方向竖直向上，Y 指向钢枕木方向。

3.2.1 6米梁简支状态主梁结构验算
由于列车运行速度为45km/h ，按照《铁路桥梁抢修（建）技术规程（试行）》的要求，列车冲击系数取 )31(V ⨯⨯+μ＝1.092。

特性为：
441068510mm I x ⨯= 33102447mm W x ⨯=
mm S I x x
472= mm d 5.14=
双拼I56b 主梁最大弯曲应力：
W M =σ＝2447000
2404600000⨯＝82.67MPa ＜[σ]=140MPa 双拼I56b 主梁最大剪应力：
5
.142472225800⨯⨯==d I QS x x τ＝16.49MPa ＜[τ]=80MPa 我国桥梁钢结构设计规范主要采用容许应力法。

容许应力设计以弹性设计理论为基础，设计准则是：
[]σγσ=
式中：
σ－结构标准荷载的计算应力，不考虑荷载组合系数（即所有荷载组合系数均是1.0）；
[]σ－设计规范规定的允许应力，对于钢结构约为/1.7y f ；
y f －钢材的屈服强度，1.7为综合安全系数；
γ－不同荷载组合时的容许应力提高系数。

桥梁结构钢强度的允许应力一般以钢材的屈曲强度为依据除以某一安全系数k ，同时考虑结构的应力状态，板厚，板间的局部稳定等因数综合确定。

安全系数由材料的匀质系数，超载系数和工作条件等综合确定，一般约1.7。

桥梁结构在设计使用期内，几种可变荷载同时出现或偶然出现的可能性一般比经常出现的主要载荷组合小。

为了考虑不同荷载统计特性的影响，在验算结构的强度和稳定时，基本钢材和各种连接件的容许应力应乘以容许应
力提高系数。

按照《铁路桥梁抢修（建）技术规程（试行）》，考虑结构的重要性等因素，将容许应力给予一定的提高系数，Q235D 桥梁钢结构的轴向容许应力取弯曲容许应力取140MPa ，剪应力为80MPa 。

从以上的计算结果可以看出，在恒载、中－活载作用下主梁最大弯曲应
中活载轴重的规范取值），横梁a 为钢轨距离横梁端部的尺寸取2.23-0.5×1.435＝1.5125m ，l 为横梁跨径取4.6m 。

则列车活载弯矩：l
Pa M 2=＝151.7×1.5125×1.5125/4.6＝75.445kN.m 自重作用下弯矩为：M=1.655kN.m
总的弯矩为：M=75.445+1.655＝77.1kN.m 与程序计算值吻合。

根据图3-2-4所示，弯矩取值取跨中位置弯矩值，即77100000N·mm 。

A=5080mm 2
双拼[20b 横梁最大弯曲应力：
W M =σ＝1
.354409277100000⨯＝108.77MPa ＜[σ]=200MPa 双拼[20b 横梁最大剪应力：
9
237.12873600⨯⨯==d I QS x x τ＝31.85MPa ＜[τ]=120MPa 双拼[20b 横梁最大轴向拉力：
5080
295700⨯==A N σ=9.42MPa 双拼[20b 槽钢最大组合应力正应力为118.19MPa ，最大剪应力为31.85MPa ，比Q345D 钢材的容许正应力200MPa 和容许剪应力120MPa 均要小，横梁强度满足要求。

mm S I x
x 37.128=mm d 9=
3.2.3 6米梁简支状态横梁拼接和悬吊结构验算
由图3-2-4、3-2-5、3-2-6可知简支状态6米便梁在荷载作用下横梁拼接位置最大内力为：
M=37.1kN.m ，V=73.6kN ，N=95kN 。

横梁拼接构造如图3-2-7所示，拼接螺栓为直径16mm 的12.6级高强螺栓，每侧腹板采用4个螺栓，间距50mm 。

图3-2-7 横梁拼接
单个高强螺栓的抗剪承载力为
26.110035.029.09.0⨯⨯⨯⨯==uP n N f b V ＝
79.38kN 。

翼缘承担的轴向力为N=75×11×200＝165kN ，翼缘四个螺栓的承载力为317.52kN>N=165kN ，翼缘螺栓满足要求。

腹板承担的弯矩按照腹板截面惯性矩和整个截面惯性矩的比例进行分配，其中12
)112200(923⨯-⨯⨯=w I =8459628mm 4，438985000mm I =，因此腹板承担的弯矩为：
w M ＝M I
I w ＝0.2×37.1＝7.42kN 弯矩在单个螺栓上产生的最大剪力为：
)05.005.0(205.042.7222+⨯==
∑i i y My T ＝37.1kN
轴力产生的剪力由4个螺栓均分，即单个螺栓分担剪力为95/4＝23.75KN ；
剪力在单个螺栓上产生的剪力由四个螺栓均分，单个螺栓承受的剪力为73.6/4＝18.4kN 。

由弯矩、轴力和剪力在单个螺栓上产生的总的剪力为： V=22222275.234.181.37++=++T V N ＝47.73kN<38.79=b V N kN ，满足要求。

横梁吊杆承担的最大拉力为73.6kN ，单根直径25mm 的精轧螺纹钢（PSB830等级，设计强度为σ＝530MPa ）承载力为：
N=A×σ＝259.7kN>73.6kN ，单根强度满足要求。

4 结 论
（1）在恒载、中－活载作用下6m 便梁双拼I56b 工字钢主梁最大弯曲应力值为82.67MPa ，剪应力为16.49MPa ，比Q235D 桥梁钢结构的轴向容许正应力140MPa 和剪应力80MPa 小。

均满足规范的要求。

（2）双拼[20b 槽钢横梁最大组合应力正应力为118.19MPa ，最大剪应力为31.85MPa ，比Q345D 钢材的容许正应力200MPa 和容许剪应力120MPa 均要小，横梁强度满足要求。

（3）横梁拼接螺栓竖向间距要采用100mm ，其单个螺栓的承载力为79.38kN ，而荷载产生的内力为47.73kN ，故横梁腹板采用4个螺栓进行拼接即可满足。

（4）横梁吊杆采用直径25mm 的精轧螺纹钢（PSB830等级，设计强度为σ＝530MPa ）承载力为259.7kN ，比实际拉力73.6kN 要大，满足要求。

（5）6米便梁在中－活载45km/h 的计算条件下，跨中最大竖向位移为
2.95mm （含冲击系数），静活载竖向挠跨比为1/2194。