桥墩屈曲及应力分析报告

1、两跨钢桁梁桥墩屈曲及应力分析计算书计算:审核:2017年11月目录1工程概况12荷载与工况12.1计算荷载12.2荷载组合33计算模型34结果分析34.1工况一34.1.1钢桁梁支反力34.1.2桥墩屈曲分析44.1.3桥墩应力分析54.2工况二54.2.1钢桁梁支反力54.2.2桥墩屈曲分析64.2.3桥墩应力分析74.3工况三74.3.1钢桁梁支反力74.3.2桥墩屈曲分析84.3.3桥墩应力分析94.4工况四94.4.1钢桁梁支反力94.4.2桥墩屈曲分析104.4.3桥墩应力分析114.5工况五114.5.1钢桁梁支反力114.5.2桥墩屈曲分析124.5.3桥墩应力分析134.6工况

2、六134.6.1钢桁梁支反力134.6.2桥墩屈曲分析144.6.3桥墩应力分析154.7工况七164.7.1桥墩屈曲分析164.7.3桥墩应力分析175结论和说明183两跨钢桁梁桥墩屈曲及应力分析计算书1 工程概况钢桁梁跨度98.84m，为双向二车该工程为两跨简支梁结构，墩高95.3m道，公路等级为一级。桥墩截面如图1所示SLLEL图1桥墩截面图（单位：cm）ft71丄111115£n4J1-2 荷载与工况2.1计算荷载依据规范计算荷载包括：自重、二期恒载、车道荷载、制动力以及风荷载等荷载。分别计算上述荷载。（1）自重可通过有限元软件进行定义。（2）二期恒载大小为12.3kN/m。

3、（3）车道荷载通过迈达斯分析软件进行定义，其中汽车冲击力需要通过在移动荷载分析控制数据对话框里手动输入结构基频。结构基频计算结果如图2所示，基频为1.37Hz。IVIlUrtO/tulVIIPOSTPROC：E£OR图2整体结构基频(4)制动力。根据公路桥涵设计通用规范，VIBRATIONMODE麴率(CYCLE/SEC)1.365590自擁辰期後)0.732284DX=0.000000DY=0.000000DZ=0.000002RX=0.000000RY=0.000004RZ=0.000000Mods1MAX:3085MIN:8文件;1斗X70创堀桁理单鱼cps日期：10/31/2

4、017X：-0.612.一个设计车道上由汽车荷表示访向载产生的制动力标准值按照车道荷载标准值在加载长度上计算的总重力的10%计算，其中公路-I级汽车荷载的制动力标准值不得小于165kN。计算制动力如下:T=10%(p+qL)=0.1x(360+10.5x98.84)=140kNkk取制动力T=165kN。(5)风荷载。根据桥梁抗风设计规范相关规定，桥墩桥塔等按下式进行计算:F=-pVCA；H2gHnV=GV；gvcZV=(2)aV；Z2ZZ11作用于桥墩或桥塔上的风荷载可按地面或水面以上0.65倍墩高或塔高处的风速值确定。相关参数可通过查阅规范得到，计算风荷载:F=-x1.25x(1.56x4

5、3.5)x1.2x433=1502.4kNH2转化为沿高度方向的线荷载:1502.495.3=15.8kN/m2.2荷载组合考虑运营期六种工况以及施工期一种工况进行屈曲分析，七种工况分别为工况一：自重+二期恒载+双幅一跨车道荷载+风荷载；工况二：自重+二期恒载+双幅两跨车道荷载+风荷载；工况三：自重+二期恒载+单幅一跨车道荷载+制动力+风荷载；工况四：自重+二期恒载+单幅两跨车道荷载+制动力+风荷载；工况五：自重+二期恒载+双幅一跨车道荷载+制动力+风荷载；工况六：自重+二期恒载+双幅两跨车道荷载+制动力+风荷载；工况七：自重+风荷载；3 计算模型钢桁梁的计算模型如图3所示，桥墩计算模型如图4

6、所示。图3钢桁梁模型4结果分析4.1 工况一4.1.1 钢桁梁支反力在工况一荷载组合作用下，支座反力如图5所示。POSTPROCESSORREACTIONFORCE內力-XYZ最小反力'VA-202FX:O.OOOOE+OOOFY：O.OOOOE+OOOFZ:1.534IE+003FXYZs1.534IE+003T-Hl?i量大良力书点=24FX:2.0148E+002FY:3.1505E+001FZ:1.5410E+003CBall:H况双萤MAX:24MIN:202文件；14x7060钢竹S；单位：kN日期：11/02/2017我示-方钊X;O612Z:0.500图5工况一作用下支

7、座反力图(单位：kN)4.1.2桥墩屈曲分析在工况一荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前四阶屈曲模态如下图6所示。MIDAS/CivilPOSTPROCESSORBUCKLINGMODE3.78782e-0043,44347e-0043.09913e-0042.75478e-0042.41043e-0042.06608e-0041.72174e-0041.37739e-0041.03304e-0046.88695e-0053,44347e-0050.00000e+000临界荷裁gt=2.949E+001Mode1MAX:3751MIN:3061之件：只有遨于单住:日朗：il/02/20

8、17Zr0.259(a) 第一阶屈曲模态POST-PROCESSORBUCKLINGMODE2.06272e-0041.87520e-0041.68768e-00斗1.50016e-0041.31264e-0041.12512e-0049.37598e-0057.50078e-0055.62559e-OO53.75039e-0051.87520e-0050.00000e-K)00临界荷栽jg=l,O73E+aO2Mode2MAX!3750MIN!3061交件:.只有堂于日审：ll/02f2017Z:0.259表示方商MIDAS/CivilPOSTPROCESS0RBUCKLINGMODE1.0

9、2159e-0040.00000e+000临界荷载M=2.046E+002Mode3&.50105e-0055.57233e-OO5MAX:3645MIN;3061文件：只青墩于单险日期；11/02/2017表示-方岂Z:0.259（c）第三阶屈曲模态图6工况一作用下前三阶屈曲模态第一阶屈曲模态特征值系数为29.49，屈曲形式为纵向弯曲；第二阶屈曲模态特征值系数为107.3，屈曲形式为纵向弯曲；第三阶屈曲模态特征值系数为204.6，屈曲形式为S形弯曲。4.1.3桥墩应力分析在工况一作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为5.49MPa图7工况一作用下桥墩应力图4.2工况二4.2.1钢桁梁

10、支反力在工况二荷载组合作用下，支座反力如图8所示。11MlUAb/UIVilPOSTPROCESSORREACTIONFORCE内力XYZ最小反力节戍=2232FX:O.OOOOE+OOOFY:O.OOOOE+OOOFZ:1.534IE-K)03FXYZ:1.534IE+003最大反力节点=24MAX:24MIN:2232文件：14x7060tR桁住单位:kNm期：11AJ2/2017FX:2.0148E-KJ02FYs3.1505E-HJ01FZ:1.5410E-HJ03CBall:工況257农表示-芳勺XH3G12Z:0.500图8工况二作用下支座反力图(单位：kN)4.2.2桥墩屈曲分析

11、在工况二荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图9所示。MIDAS/CivilBUCKLINGMODE3.7S813e-0043.44376e-0043.09938e<i042.75501e-0042.41063e-00斗2.06625e-0041.72188e<l041.37750e-0041.03313e-0046.88751e-0053.4376e-0050.00000e+000莊愆=2492E+0(MMode1MAXMINs!37513061文件:只有罐子单血日躬：11/02/2017表示-方司Zs0.259(a)第一阶屈曲模态MIDAS/CivilP

12、OST-PROCESSORBUCKLINGMODE2.06150e-00斗1.87409e-0041.68668e-0041.49927e-00斗131186e-00斗1.12445e-0049.370斗5eOO57.49636e-0055.62227e-0053.74818e-0051.87409e-005O.OOOOOe-HJOO临界荷載MSt=9.068E+001Mode2MAX!3750MINr3061立件：只有邀于日胡：11/02/2017表示-方肖X：-0.-483*MIDAS/CivilPOSTPRCCES5ORBUCKLINGMODEO1.02160e-0049.28724e-

13、0058.3585le-0057.42979e-0056.50107e-0055.57234e-0054.64362e-005.3.71489e-0052.78617e-0051.85745e-005.9.28724e-0060.00000e+000幅界荷载Mgt=1.729E+002Mode3MAX!36斗EMIN!3061文件:只有墩于单血日拐:11/02/2017表示-方.詞(c)第三阶屈曲模态图9工况二作用下第一屈曲模态第一屈曲模态特征值系数为24.92，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为90.6，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为172.9，屈曲形式为S形弯曲。4

14、.2.3桥墩应力分析在工况二作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为6.59MPa，应力图如图10所示。MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMSTRESS组舍量大逍)-5.54758e+002-1.19469e+003-1.7346le+003-2.27454e+003-2.81446e+003-3.35438e+003-3.8943le+003-4.43423e+003-4.97415e+003-5.51408e+003-.05400e+003-6.59392e+0034.8885E+001H況二:27SS:2793胡只存墩于kN/mTI：11/0刃2017表示-右.司Z:

15、0.259图10工况二作用下桥墩应力图4.3工况三4.3.1钢桁梁支反力在工况三荷载组合作用下，支座反力如图11所示。=9二OQ989EO勿尺MIDAS/CivilPOSTPROCESSORREACTIONFORCE内力-XYZ最小反力节点=202FX；O.OOOOE-KJOOFY:0.0000E+O00FZ:6.8684E+002FXYZ:6.8684E+002最大反力书点=24FXs1.2645E+002FY；3.4033E+001FZ:1.1753E-KJ03CBall:H况草点MAX:24MIN:202玄件：14x7060因桁总草位：kN日期：11/02/2017表禾说気X:-0.61

16、2Z:0.500图11工况三作用下支座反力图(单位：kN)4.3.2桥墩屈曲分析在工况三荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图12所示。1*1丄djJIVIIPOSTPROCESSORBUCKLINGMODE3.Z8851e-0043,4-4410e<l043.09959e-0042.75528e-0042.41087e-0042.06646e-00斗1.72205e-00斗1.37764e-0041.03323e-0046.88820e<!053.44410eO050.00000e+000临界荷栽j=5.364E+001Mode1MAX:3751MIN:3

17、061丈件:只有墩于单过:日期;11/02/2017表示方判Z:0.259a)第一阶屈曲模态iz丄屮丹=jiviiPOSTPRXE£SORBUCKLINGMODE2.06124e-0041.87385e-004L.68647e-0041.49908e-0041.31170e-0041.12431e-0049.36927e-0057.49542e-0055.62156e-0053.74771e-0051.87385e-0050.00000e+000临界荷裁：=1.947E+002Mode2MAX:3750MIN:3061丈件：说衣墩子日期：1幼02/2017表示访司Z:0.259M1U

18、VIIPOST-PROCESSORBEAMSTRESSMAX!2788MIN:2793文件；只存墩于草住：kN/mF日期：11/03/2017组虫”這）5.9404E+001CB:ZE31三X：-0.483-1.71865e+002-6.86823e+002-1.20178e+003-1.71674e+003-2.23170e+003-2.74666e+003-3.2616le+003-3.77657e+003-4.29153e+003-4.80649e+003-5.32145e+003-5.836斗le+00mZ:0.259I»lXLd«¥IIBUCKLINGM

19、ODE1.02156e-0049.2S692e-0058.35823e-0057.42954e-0056.50084e-0055.57215e<IO54.64346e-0053.71477e-0052.78608e-0051.857385-005.9.2S692e-0060.00000e+000幅界荷談=3.72IE+002Mode3MAX:3645MIN!3061文件；只有燼于单住;日期；11/02/2017表示方旬Z:0.259（C）第三阶屈曲模态图12工况三作用下第一屈曲模态第一屈曲模态特征值系数为53.6，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为194.7，屈曲形式为纵向弯曲

20、；第三屈曲模态特征值系数为372，屈曲形式为S形弯曲。4.3.3桥墩应力分析在工况三作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为5.84MPa,应力图如图13所示。图13工况三作用下桥墩应力图4.4工况四4.4.1钢桁梁支反力在工况四荷载组合作用下，支座反力如图14所示。MIDAS/CivilPOSTPROC：ESSORZ:0.500REACTIONFORCE內力XYZ最小反力节点=2232FX:0.0000E+O00FY:0.0000E+O00FZ:6.8674E-HJ02FXYZ6.8674E+002最大反力节点=24FXs1.2645E+002FY:3.4033E+001FZ:1.1753E+

21、003CBall工况4单锁MAX:24MIN2232文件;14x7060制桁住单位:kN日期:11/D2/2017MIDAS/CivilPOST-PROCESSOR表示-方W图14工况四作用下支座反力图(单位：kN)4.4.2桥墩屈曲分析在工况四荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图15所示。MlUMi/UVIlPOSTPROCE洋ORBUCKLINGMODE3.78963e-00斗3.44512e-0043.10060e-0042.75609e-0042.41158e-0042.067D7e-0041.72256e-00斗1.37805e-0041.03353e-00

22、46.89023e-0053.44512e-0050.00000e+000临界荷談j=4.459E+001Mode1MAX!3751MIN!3061丈件:只有墩壬单血日期：11/02/2017表示-方旬Z:0.259(a) 第一阶屈曲模态M1UHS/UIVIIPOSTPROCESSORBUCKLINGMODE2.06113e-0041.87376e-00斗1.68638e-0041.4990le-00斗1.31163e-0041.12425e-0049.36879e-0057.49503e-0055.62127e-0053.74752e-0051.87376e-0050.00000e+000临

23、異荷栽gfc=1.623E+002Mode2MAX:3751MIN!3061文件：只有墩于单血日朗：11/02/2017表示-方旬Z:0.259(b) 第二阶屈曲模态15BUCKLINGMODE1.02147e-00斗9.28608e-0058.35747e-0057.42886e-0056.50025e-0055.57165e-005斗.64304e-0053.71443e<IO52.78582eHD051.85722e-0059.28608e-0060.00000e+000幅界荷栽Mlfe=3.100E+002Mode3MAX!3645MIN!3051立件:只有墩子：单也日期；11/

24、02/2017表示-方岂Z:Q.259（C）第三阶屈曲模态图15工况四作用下第一屈曲模态第一屈曲模态特征值系数为44.7，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为162.3，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为310，屈曲形式为S形弯曲。4.4.3桥墩应力分析在工况四作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为6.09MPa，应力图如图16所示。MIDAS/CivilPOST-PROCESSORBEAMSTRESS-1.67826e-H)02-7.06330e-K)02-1.24483e+003 -1.7833-4e44303-2.3218-4e-K)03-2.8G034e-K)03-3

25、.39885e+003-3.93735e+003-4.47585e+003-5.01436e-K)03 -S.552S6e-H)03-6.09137e+0035.1392E-K)01CB:H況四MAX:2788MIN:2793玄件：只存塩于单位；kN/m2日期：11/03/2017%:0,姐3Z:0.259图16工况四作用下桥墩应力图4.5工况五4.5.1钢桁梁支反力在工况五荷载组合作用下，支座反力如图17所示。回口刃口応POSTPROCESSORREACTIONFORCE內力XYZ最小反力节点=202FX:O.OOOOE+OOOFY:O.OOOOE+OOOFZ:1.5346E+003FXYZ

26、:1.5346E-K)03量大反力节点=24FX:-2.0307E+002FY:3.6612E-KJ01FZ:1.5415E+003CBall:工况5戎頓MAX:24MIN:202文件；14X7060訥杆理单住：kN日窮：11/02/2017表乐方閒XHJ.612Z:0.500图17工况五作用下支座反力图(单位：kN)4.5.2桥墩屈曲分析在工况五荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图18所示。POSTPROCESSORBUCKLINGMODE3.78956e-0043.44505e-0043,10055e-0042.75604e-00斗2.41154e-00斗2.06

27、703e-0041.72253e-0041.37802eHD041.03352e-0046.89010e-0053.44505e-0050.00000e+000临界荷裁.=6.：L87E+001Mode1MAX:3751MINs3061立件；只存壇.子单也.日期:11/02/2017表示访向X:-0.483*Zt0.259(a)第一阶屈曲模态MIDAS/CivilPOST卡尺0匚550只BUCKLINGMODEp_-2.06035e-0041.87305e-004=®-1.68574e-0041.49844e-0041.31113e-00斗1.12383e-0049.36523e-0

28、05n-7.49218e-0055.61914e-0053.74609e-005O1.87305e-0050.00000e+000临界荷载垂暫=22斗3E+002Mode2MAX!3750MIN:3061文件：只有密于曰期：11/02/2017表示-方司Z:0.259(b) 第二阶屈曲模态MIDAS/CivilPOSTPRCCESSORBUCKLINGMODE1.02126eO040.00000e+0005.57053e-0054.6421le-0053.71369e-005临界荷載=4,290E+002Mode3MAX:3645MINt3061文件:只有壇子草臣:日期;11/02/2017表

29、示方角Z0.259(c) 第三阶屈曲模态图18工况五作用下第一屈曲模态第一屈曲模态特征值系数为61.8，屈曲形式为纵向弯曲；第一屈曲模态特征值系数为224，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为429，屈曲形式为S形弯曲。4.5.3桥墩应力分析在工况五作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为5.75MPa，应力图如图19所示。Pl1UAi/LIVIIPOST-PROCESSORBEAMSTRESS1.30200e+002.斗15Pte4002组合C5大直)-1.15283e-K)訂2-1.6641-K)03-2.17545e+003-2.68677e+003-3.19808e-K)03-3

30、.70940e+003-4.22071e+003-4.73202e+003-5.24334e+003-5.7545e-K)035.7125E-F001CB:H况壬：MAX:2788MIN:2793文件：只存墩于*=#-&!kN/m2日期：11/0*2017表示-片岂Z:0.259图19工况五作用下桥墩应力图4.6工况六4.6.1钢桁梁支反力在工况六荷载组合作用下，支座反力如图20所示。氢本丨峠MIDAS/CivilPOST-PROCESSORREACTIONFORCE内力*XYZ量小反力芳点=2232FXs0.0000E+000FY:O.OOOOE-K)OOFZ:1.5346E+003

31、FXYZ:1.5346E-HJ03最大反力书点=24FXs-2.0307E+002FY:3.6612E+001FZ:1.5415E+003CBall:工况6咬预MAX:24MIN:2232文件：14X7060期柠慈单位:kN日期：11/02/2017X:-0.612Z:0.500图20工况六作用下支座反力图(单位：kN)4.6.2桥墩屈曲分析在工况六荷载组合作用下，进行桥墩的屈曲分析，桥墩的前三阶模态变形如下图21所示。MlUMb/LIVIIPOSTTROCE労ORBUCKLINGMODE3.78858e-0043.44416e-0043.09975e-0042.75533e-00斗2.410

32、9le-0042.06650e-0041.72208e-004-1.37766e-00斗1.03325e-0046.88832e-005.3.44416e-OO50.00000e+000临界荷談M=4.471E+001Mode1MAX!：3751MINs30S1立件:只有墩子单也日帥阴表示方列Z:0.259(a)第一阶屈曲模态#BUCKLINGMODE2.06066e-0041.87333e-0041.68600e-0041.498i5ee-0041.3113Be-004：1.12400e-0049.36665e-005：7.49332e-0055.61999e-005：3.74666e-00

33、51.87333e-005：_1-O.OOOOOe+OOO临界荷裁jft=1.622E+0024ode2MAX:3751MIN!3061立件：只有墩子单臣：日期：11/02/2017Z:0.259(b)第二阶屈曲模态POSTPROCE洋ORBUCKLINGMODEI"I1.02134e-0049.2S494e-005S.35645e-0057.42795e-0056.49946e-0055.57O96e-OO5斗.64247e-0053.71398e-0052.7S548e-0051.85699e<IO59.28494e-0060.00000e+000临界荷栽®.=3

34、.100E+002Mode3MAXs：3645MIN:3061文件;:只有墩子单也日論11/02/2017表示-方旬表示-方言IN0.2S9(C)第三阶屈曲模态图21工况六作用下第一屈曲模态第一屈曲模态特征值系数为44.7，屈曲形式为纵向弯曲；第二屈曲模态特征值系数为162.2，屈曲形式为纵向弯曲；第三屈曲模态特征值系数为310，屈曲形式为S形弯曲。4.6.3桥墩应力分析在工况六作用下，桥墩最大应力出现在墩底，大小为6.47MPa，应力图如图22所示。MIDAS/CivilPOSTPROCES£ORBEAMSTRESS组舍(建大E)-1.69732s-HD02-7.43003e-K)02-1.31622e-KI03-1.88945e+003-2.46267e-HD03-3.03589e-K)03-3.609lie-HD03-4.：18233e-HD03-4.75555e-K)03-532877e-H303-5