单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计.doc

1、钢桥课程设计指导老师： *班 级： 土木*学 号： *姓 名： *word文档 可自由复制编辑目 录第一章 设计资料1第一节 基本资料1第二节 设计内容2第三节 设计要求2第二章 主桁杆件内力计算3第一节 主力作用下主桁杆件内力计算3第二节 横向风力作用下的主桁杆件附加力计算7第三节 制动力作用下的主桁杆件附加力计算8第四节 疲劳内力计算10第五节 主桁杆件内力组合11第三章 主桁杆件截面设计14第一节 下弦杆截面设计14第二节 上弦杆截面设计16第三节 端斜杆截面设计17第四节 中间斜杆截面设计19第五节 吊杆截面设计20第六节 腹杆高强度螺栓计算22第四章 弦杆拼接计算和下弦端节点设计23

2、第一节 E2节点弦杆拼接计算23第二节 E0节点弦杆拼接计算24第三节 下弦端节点设计25第五章 挠度计算和预拱度设计27第一节 挠度计算27第二节 预拱度设计28第六章 桁架桥梁空间模型计算29第一节 建立空间详细模型29第二节 恒载竖向变形计算30第三节 活载内力和应力计算30第四节 自振特性计算31第七章 设计总结32第一章 设计资料第一节 基本资料1设计规范：铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005），铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）。2结构基本尺寸：计算跨度；桥跨全长；节间长度；主桁节间数；主桁中心距；平纵联宽度；主桁高度；纵梁高度；纵梁中心距；主桁斜

3、角倾角；采用明桥面、双侧人行道。3钢材及基本容许应力：杆件及构件用Q345qD；高强度螺栓用20MnTiB钢；精制螺栓用BL3；螺母及垫圈用45号优质碳素钢；铸件用ZG25；辊轴用锻钢35。钢材的基本容许应力参照铁路桥梁钢结构设计规范。 4 结构的的连接方式及连接尺寸：连接方式：桁梁杆件及构件采用工厂焊接，工地高强度螺栓连接；人行道托架采用精制螺栓连接。连接尺寸：焊缝的最小焊脚尺寸参照桥规；高强度螺栓和精制螺栓的杆径为，孔径为。5 设计活载等级：标准中活载。6 设计恒载（1）主桁计算桥面，桥面系，主桁架，联结系，检查设备，螺栓、螺母和垫圈，焊缝;（2）计算主桁恒载时，按桥面全宽恒载7 风力强度

4、，。第二节 设计内容1主桁杆件内力计算（全部），并将结果汇整于3号图上；2主桁杆件截面设计与检算（交汇于节点的杆件）；3弦杆拼接计算和下弦端节点设计；4绘制主桁节点图（3号图）；第三节 设计要求1 提交文件包括：设计说明书1份，3号图纸2张；2 计算书条理清楚、语句通顺、计算正确；3 结构图按制图要求比例恰当、粗细线条明确、尺寸标注清楚、投影关系无误。第二章 主桁杆件内力计算第一节 主力作用下主桁杆件内力计算一、内力的组成主桁杆件的内力有以下几部分组成：竖向恒载所产生的内力 静活载内力 竖向活载产生的内力 横向风力所产生的内力仅作用在上下弦杆，列车摇摆力所产生的内力也仅作用在上下弦杆，横向风力

5、通过桥门架效应在端斜杆和下弦杆所产生的内力；纵向制动力产生内力。根据桥规规定，设计时候杆件轴力应该按下列情况考虑：主力 主力加风力 主力+制动力 主桁杆件除述轴力外，还要受到弯矩作用，如节点刚性引起的次弯矩，风力和制动力在某些杆件中引起的弯矩等，这些弯矩在检算杆件截面时应和轴力一起考虑，由于本设计所有杆件的高度均不超过长度的1/10，故根据桥规规定，不考虑节点刚性的次内力。1恒载桥面，桥面系，主桁架，联结系，检查设备，螺栓、螺母和垫圈，焊缝;每片主桁所受恒载强度近似采用 。2 影响线面积计算（1）弦杆影响线最大纵距影响线面积 ：， ， ：, ,：， ， ：， ， （2）斜杆， ， 式中 ：，：

6、 ， ： ， ： ， (3)吊杆 3 恒载内力 4 活载内力(1)换算均布活载 k按及加载长度 l 查表求得 例如 （2）冲击系数根据桥规规定，钢桁梁的冲击系数1+按下式计算：【式中L对于主要杆件（弦杆、斜杆）为跨长，对于次要杆件（挂杆、立杆）等于影响线长度】 对于弦杆，斜杆 对于竖杆 （3） 静活载内力: ,计算结果整理在表2.1（4）活载发展均衡系数桥规要求：所有杆件因活载产生的轴向力，弯矩，剪力在计算主力的组合时，均应以活载发展均衡系数： ， 式中 为全部杆件值中代数值之最大者。其余杆件计算同上，并将其计算结果列于表 2.1 中5，列车横向摇摆力产生的弦杆内力横向摇摆力取 S100kN

7、作为一个集中荷载取最不利位置加载，水平作用在钢轨顶面。摇摆力在上下平纵联的分配系数如下：桥面系所在平面分配系数为1.0，另一平面为 0.2。上平纵联所受的荷载 S上0.210020kN,下平纵联所受的荷载 S下1.0100100kN。摇摆力作用下的弦杆内力 , y 为弦杆在简支平纵联桁架的影响线纵距,例如：上弦杆 A1A3长度为两个节间，受力较大的为第二个节间，其影响线顶点对应于该节间交叉斜杆的交点 O，影响线纵距：第二节 横向风力作用下的主桁杆件附加力计算1.平纵联效应的弦杆附加力依设计任务书要求，风压 WK1K2K3W01.01.25kPa,故有车风压 W0.8W1.0kPa。(1)下平纵

8、联的有车均布风荷载桁高 ，(2)上平纵联的有车均布风荷载(3)弦杆内力弦杆横向风力影响线顶点对应位置和纵距同上述的摇摆力计算。上弦杆 A1A3在均布风荷载 作用下的内力为：2桥门架效应的端斜杆和端下弦杆附加力桥门架所受总风力计算结果列在表2.1中。第三节 制动力作用下的主桁杆件附加力计算1下弦杆制动力计算以下弦杆 E2E4为例，换算均布荷载的求解：，故桥上活载总重=.在主力作用下的内力已计入冲击系数，制动力按静活载的7%计算：制动力,则E2E4制动力作用附加内力2 端斜杆制动力计算E0E1杆力影响线顶点位置离左端点支点79.00m，换算均布荷载的求解：，故桥上活载总重=.在主力作用下的内力已计

9、入冲击系数，制动力按静活载的7%计算：制动力,则E2E4制动力作用附加内力下弦杆弯矩,端斜杆弯矩第四节 疲劳内力计算1.疲劳轴力疲劳荷载组合包括设计载荷中的恒载和活载(包括冲击力、离心力，但不考虑活载发展系数)。列车竖向活载包括竖向动力作用时，应将列车竖向静活载乘以运营动力系数(1+f)。同时，第 4.3.5 条又规定，焊接及非焊接(栓接)构件及连接均需进行疲劳强度检算，当疲劳应力均为压应力时，可不检算疲劳。疲劳计算采用动力运营系数弦，斜杆：吊杆：其余计算内力见表2-1。2 吊杆疲劳弯矩作用在纵梁上的恒载由恒载产生纵梁对横梁的作用力当和时，由活载产生纵梁对横梁的作用力由恒载产生的简支梁弯矩由静

10、活载产生的简支梁弯矩冲击系数 第五节 主桁杆件内力组合1主力组合2主力和附加力组合 表2.1 主桁杆件内力计算第三章 主桁杆件截面设计第一节 下弦杆截面设计一、中间下弦杆 1初选杆件截面选用腹板 1-41216翼缘 2-46024每侧有 4 排栓孔，孔径 ; 毛截面 栓孔削弱面积 净截面面积2刚度验算杆件自由长度 ，,通过验算。无需验算。3 拉力强度验算式中 为板厚的修正系数，依钢桥规范3.2.1 条及其条文说明，查“续说明表 3.2.1”，对于 Q345q，3550mm 板厚 315/3450.913。4 疲劳强度验算由表 2.1 可知 得拉拉杆件验算式：式中线路系数=1.0，损伤修正系数=

11、1.0，板厚修正系数查规范表 3.27-2 的杆件验算截面为第类疲劳等级，查表 3.27-1 知其疲劳容许应力0130.7MPa故 ，通过验算。二、端下弦杆 E0E21初选截面选用腹板 1-42812翼缘 2-46016每侧有 4 排栓孔，孔径 ; 毛截面 栓孔削弱面积 净截面面积2刚度验算净截面惯性矩杆件自由长度,通过验算。无需验算。3 拉力强度验算(1) 主力作用(2) 主力+制动力作用,制动力弯矩其中为主力+制动附加力作用验算的放大系数4 疲劳强度验算由表 2.1 可知 得拉拉杆件验算式：式中线路系数=1.0，损伤修正系数=1.0，板厚修正系数查规范表 3.27-2 的杆件验算截面为第类

12、疲劳等级，查表 3.27-1 知其疲劳容许应力0130.7MPa故 ，通过验算。 第二节上弦杆截面设计一、上弦杆A1A31初选截面选用腹板 1-41218、翼缘 2-46024毛截面 2 刚度检算杆件自由长度,通过验算。3总体稳定验算由 ，查表内插求得 ，通过验算4 局部稳定验算（1） 翼缘板 按照钢桥规范，查表5.3.3，当时，板件的宽厚比翼缘板 ，其中，满足要求。(2)腹板按照钢桥规范，查表5.3.3，当时，板件的宽厚比腹板通过验算 二、上弦杆A3A31初选截面选用腹板 1-38824、翼缘 2-46036毛截面 净截面2 刚度检算杆件自由长度 ，,通过验算。3总体稳定验算由 ，查表内插求

13、得 ，通过验算4 局部稳定验算（2） 翼缘板 按照钢桥规范，查表5.3.3，当时，板件的宽厚比翼缘板 ，其中，满足要求。(2)腹板按照钢桥规范，查表5.3.3，当时，板件的宽厚比腹板通过验算 第三节 端斜杆截面设计1初选截面 端斜杆为选用腹板 1-41218、翼缘 2-60024 毛截面 2刚度验算杆件自由长度 , ,通过验算。3总体稳定验算(1)主力作用由，查表得 (2)主力横向风力作用端斜杆E0A1在主力作用下为受压杆件，在主力与横向力作用下为压弯杆。附加力为横向力时，弯矩作用于主平面外。参照钢桥规范第 4.2.2 条规定，对受压并在一个主平面内受弯曲的杆件，总稳定性计算公式为换算长细比，

14、查表得式中系数，焊接杆件取1.8；杆件两翼缘板外缘距离，即截面宽度，。因端斜杆采用H形截面，且失稳平面为主桁平面，和弯矩作用平面不一致。按钢桥规范第4.2.2条，此可用作。所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值式中构件在弯矩作用平面内的长细比； 钢材的弹性模量（MPa）; 压杆容许应力安全系数。主力组合时取用，应按主力组合采用；主力加附加力组合时取用，应按主力加附加力组合采用。(3) 主力+制动力作用 依照钢桥规范4.2.2条规定，当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时，所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值 局部稳定验算,同上，见表3.1第四节 中间斜杆截面设计一、斜杆 1初选截面选用腹板

15、 1-42810、翼缘 2-46016毛截面 净截面2刚度验算杆件自由长度 ,通过验算。3总体稳定验算由 ，查表内插得 ，通过验算4局部稳定验算(1)翼缘板按照钢桥规范，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比翼缘板，通过验算。(2) 腹板按照钢桥规范，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比腹板，通过验算。5压力强度验算杆件承受压力，故还应验算其净截面的拉力强度，通过验算。二、斜杆A1E21初选杆件截面选用腹板 1-42812翼缘 2-46016每侧有 4 排栓孔，孔径 ; 毛截面 栓孔削弱面积 净截面面积2刚度验算杆件自由长度,通过验算。无需验算。3 拉力强度验算4 疲劳强度验算由

16、表 2.1 可知 得拉拉杆件验算式：式中线路系数=1.0，损伤修正系数=1.0，板厚修正系数查规范表 3.27-2 的杆件验算截面为第类疲劳等级，查表 3.27-1 知其疲劳容许应力0130.7MPa故 ，通过验算。三、斜杆A3E41初选截面4选用腹板 1-42810、翼缘 2-46016截面面积、惯性矩计算方法同上。2刚度验算，通过验算3总体稳定验算由 ，查表内插得 ，通过验算4局部稳定验算(1)翼缘板按照钢桥规范，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比翼缘板，通过验算。(2) 腹板按照钢桥规范，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比腹板，通过验算。5 疲劳检算由表 2.1 可知

17、 得可知 A3E4为以拉为主的拉压杆件，验算公式为通过验算。6拉力强度验算杆件同时承受拉力，故还应验算其净截面的拉力强度，通过验算。第五节 吊杆截面设计1初选截面选用腹板 1-42812、翼缘 2-26016毛截面 净截面2刚度验算钢桥规范规定仅受拉力且长度16m 的腹杆容许最大长细比为 180，由表 3.1 可知，通过验算。3疲劳强度验算吊杆无附加力，在主力作用下，吊杆除受到轴力外，还受到横向钢架作用产生的弯矩，故应检算轴力与弯矩共同作用下的疲劳。由表 2.1 可知 ，吊杆A净截面积 ，毛惯性矩。栓孔惯性矩；净惯性矩故 ，通过验算。表3.1 主桁杆件验算总表 第六节 杆端高强度螺栓计算桥规规

18、定，主桁杆件杆端高强度螺栓连接，按被连接杆件的承载力计算。按照钢桥规范第6.1.1条，高强度螺栓容许抗滑承载力为：式中高强螺栓的容许抗滑承载力；高强螺栓连接处的抗滑面数；高强螺栓连接的钢材表面抗滑移系数，杆件钢号为时取0.55；高强螺栓的设计预拉力，为；安全系数，采用1.7。主桁腹杆杆端高强度螺栓个数n应满足。为杆件的承载力，对于主桁杆件：受拉杆件；受压杆件；受拉压杆件。以下各取一杆件举例说明：1拉杆:杆件承载力 螺栓数个；:杆件承载力 螺栓数个；:杆件承载力 螺栓数个；:杆件承载力 螺栓数个；2压杆杆件承载力 螺栓数个3拉压杆杆件承载力 螺栓数个。第四章 E2弦杆拼接计算和E2节点设计第一节

19、 E2弦杆拼接计算1 拼接板截面设计钢桥规范第9.0.7 条规定，主桁受拉杆件拼接板净面积应比被拼接杆件净面积大10。根据前面表3-1 计算结果， 杆(2-46016，1-42812)一半净面积为杆(2-46024，1-41216)一半净面积为节点板选用厚度一块节点板作为外拼接板提供的面积(取杆件高度46cm 部分)初选内拼接板为4-20020(一侧两块)，两块内拼接板净面积为内外拼接板净面积为通过验算。2 拼接螺栓和拼接板长度单抗滑面高强螺栓的容许承载力为：一侧节点板(外拼接板)所需高强螺栓 数：个(至少取8排，共32个)一侧两块内拼接板所需高强螺栓数：个(至少取7 排，共28 个)3 内拼

20、接板长度内拼接板一侧28个高强度螺栓，排成7排，端距取50mm，其长度为4 外节点板长度端距采用 节点板长度为：（考虑与上述杆端高强度螺栓的布置吻合）第二节 E2节点板设计与强度检算一、（缺图）-节点图二、节点的强度检算为了保证节点板在交会杆件外力作用下有足够强度，对节点板的各个可能破坏截面进行强度验算。桥规要求任何可能破坏截面的强度均应比作用于该截面的杆件强度大10%，并规定了破坏截面的容许应力：（1）法向应力，容许应力为；（2）剪应力与斜应力，容许应力为1 节点板撕破强度的检算如下图所示节点板在腹杆外力总用下的撕破方式：（缺图）-撕破方式图破坏面可能是以下四种 4-2-3-4，1-2-3-

21、4, 1-2-3-5, 1-2-3-6-7第一种：4-2-3-4第二种：1-2-3-4 第三种：1-2-3-5 第四种：1-2-3-6-72 节点板中心竖直截面的法向应力和剪应力检算节点板中心竖直截面，在其一侧杆件外力的作用下，产生法向力N和剪力Q，节点板可能沿中部竖直最弱截面7-7破坏。由于弦杆在该截面处已中断，故其面积均只包含节点板与拼接板的面积。根据平衡条件，该截面的法向力N和剪力Q分别为规范规定在法向力N和剪力Q作用下，截面上的法向应力和剪应力可近似地按偏心受拉或偏心受压计算，并分别小于和节点板法向应力：中性轴处最大剪应力：对于本设计，,，代入公式得：3 腹杆与弦杆间节点板水平截面的法向应力与剪应力检算相邻斜杆内力的水平分力（等于左右弦杆内力之差），在腹杆与弦杆间的节点板水平截面产生剪力T。在建立T的作用下，节点板可能沿最弱面9-9破坏。故应对该截面进行强度检算，该截面只包括两块节点板。由于剪力T作用于节点中心，故对9-9截面除产生剪应力外，还有偏心力矩Te所产生的法向应力：，其中，代入数据得：