单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计(19页).doc

-单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计-第 13 页单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计姓 名：李志中学 号：20097471班 级：桥梁组铁工六班电 话：电子邮件：891762594指导老师：李燕强设计时间：2012年5月1 至6月目 录第一章 设计资料1第一节 基本资料2第二节 设计内容3第三节 设计要求3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 横向附加力作用下的主桁杆件内力计算7第三节 制动力作用下的主桁杆件附加力计算9第四节 疲劳内力计算11第五节 主桁杆件内力组合12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18第四节 中间斜杆截面设计20第五节 吊杆截面设计22第六节 杆件连接高强度螺栓计算26第四章 弦杆拼接计算和下弦端节点设计27第一节 E2节点弦杆拼接计算27第二节 节点板强度检算28第五章 挠度计算和预拱度设计31第一节 挠度计算31第二节 预拱度设计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结构轮廓尺寸：计算跨度L=80+0.2×（5071）=75.8m，钢梁分10个节间，节间长度d=L/10=7.58m，主桁高度H=11d/8=11×7.58/8=10.4225m，主桁中心距B6.4m，纵梁中心距b2.0m，纵联计算宽度B05.95m，采用明桥面、双侧人行道。3 材料：主桁杆件材料Q345q，板厚40mm，高强度螺栓采用40B，精制螺栓采用BL3，支座铸件采用ZG35 II、辊轴采用35号锻钢。4 活载等级：中荷载5 恒载 (1) 主桁计算桥面p110kN/m，桥面系p26.29kN/m，主桁架p314.51kN/m，联结系p42.74kN/m，检查设备p51.02kN/m，螺栓、螺母和垫圈p60.02(p2p3p4)，焊缝p70.015(p2p3p4)；上述合计为17.69kN/m（每片桁架），近似取为18kN/m(2) 纵梁、横梁计算纵梁(每线)p84.73kN/m(未包括桥面)，横梁(每片)p92.10kN/m。6 风力强度W01.25kN/m2，K1K2K31.0。7 连接：工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精制螺栓，栓径均为22mm、孔径均为23mm。高强度螺栓设计预拉力P200kN，抗滑移系数0.45。第二节 设计内容1主桁杆件内力计算；2主桁杆件截面设计3弦杆拼接计算和下弦端节点设计；4挠度验算和上拱度设计；5空间分析模型的全桥计算。第三节 设计要求主桁内力计算、设计汇总成表格；主桁内力计算表格项目包括：l、p、Np、k、Nk、1、1f、(1)Nk、a、纵联风力、桥门架效应风力与弯矩、制动力与弯矩、NI、NII、NIII、NC、疲劳计算内力Nnmin、Nnmax、弯矩Mnmin、Mnmax；主桁内力计算推荐应用Microsoft Excel电子表格；中间数据保留小数位数三位以上，结果数据保留一位小数即可。步骤清楚，计算正确，文图工整、装订成册。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1恒载桥面 p110kN/m，桥面系p26.29kN/m,主桁架 p314.51，联结系p42.74kN/m，检查设备 p51.02kN/m，螺栓、螺母和垫圈 p60.02(p2+p3+p4)，焊缝 p70.015(p2+p3+p4)每片主桁所受恒载强度p10+6.29+14.51+2.74+1.02+0.02(6.29+14.51+2.74)+0.015(6.29+14.51+2.74)/217.69 kN/m，近似采用 p18 kN/m。2 影响线面积计算注：影响线在下为受压，为负；在上为受拉，为正（1）弦杆 影响线最大纵距 影响线面积 A1A3：l115.16，l260.64，0.2E2E4：l122.74， l253.06，0.3， 其余弦杆计算方法同上，计算结果列于下表 2.1 中（2）斜杆E0A1：l17.58，l268.22，0.1A1E2：其余斜杆按上述方法计算 并将其结果列于表中。(3)吊杆3 恒载内力4 活载内力(1)换算均布活载 k按及加载长度查表内插求得（单片主桁）（2）冲击系数弦杆，端斜杆：中间斜杆：吊杆：（3）静活载内力（4）活载发展均衡系数活载发展均衡系数：其余杆件计算同上，并将其计算结果列于表 2.1 中第二节 横向附加力作用下的主桁杆件内力计算1. 平纵联效应的弦杆附加力平纵联上横向风力分布集度计算：考虑到横向附加力要与主力组合，而主力包括列车活载内力，故横向风力只考虑有车的情况，依设计任务书要求，风压 WK1K2K3W01.0×1.25kPa,故有车风压0.8W1.0kPa。下平纵联的有车均布风荷载桁高 H10.4225m，h纵梁高+钢轨轨木高1.29+0.41.69m w 下0.5×0.4×H+ (1-0.4)×(h+3)W0.5×0.4×10.4225+ (1-0.4)×(1.69+3)×1.04.8985kN/m 上平纵联的有车均布风荷载w 上0.5×0.4×H+ 0.2×(1-0.4)×(h+3)W =0.5×0.4×10.4225+0.2×(1-0.4)×(1.69+3)×1.02.6473kN/m列车摇摆力按沿桥长5.5KN/m计算，按相应的分配系数分配到上下平纵联为=0.25.5=1.1KN/m，=1.05.5=5.5KN/m，风力和摇摆力同时达最大的可能性很小，故两者不叠加，取其较大者计算，所以上平纵联取2.6473kN/m进行计算，下平纵联取5.5KN/m进行计算。2 弦杆内力 以A1A3，E0E2为例做影响线图如下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，将活载作如图所示的布置，根据结构力学方法，当三角形影响线顶点左边的活载之和等于右边之和时，为产生最大内力的活载布置位置。解得x=8.9918m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7.58m，设将列车荷载的第 4 轴重 Pl置于影响线顶点处。因为影响线为三角形，故根据结构力学所述的法则，若满足下列条件，则该活载位置是产生最大杆力时的荷载 将第 3 轴重或第 5 放到顶点位置上均不满足上述条件，故将上述活载即为产生最大杆力时的活载。制动力所产生的杆件内力Nt和M2：轴向力下弦杆弯矩第四节 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杆，端斜杆：中间斜杆：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p=9.73KN|m由恒载产生纵梁对横梁的作用力Np=72.5858KN当L=14.92m和a=0.5时，k=60.988KNm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. 设计资料 设计最大内力：=5044.6KN 疲劳内力幅：=3539.7KN 主桁下弦杆均为受拉杆件，一般有疲劳强度控制设计2初选杆件截面选用腹板 1-400×14,翼缘 2-460×30,每侧有 4 排栓孔，孔径 d23cm; 毛截面面积=33200栓孔削弱面积=8×23×30=5520,其余各项用excel表格计算，结果如下同理对下弦杆E2E4进行设计计算得二、端下弦杆 E0E22. 1.设计资料 设计最大内力：=1933.4KN 疲劳内力幅：=1365.1KN 该杆为受拉杆件，一般有疲劳强度控制设计，由表格计算得因该杆需承受弯矩，故截面选的较富余计算弯曲应力时需净截面惯性矩，为第二节上弦杆截面设计以上弦杆A1A3为例。1. 设计资料 设计控制内力： =-3330.2KN, 杆件几何长度：7.58m,材料：Q345q 上弦杆为受压构件，由整体稳定控制设计2.初选截面按如下初定尺寸竖板：2-460×24水平板：412×12，其余相应截面特性由表格计算得故其刚度稳定性等均满足要求同理对进行设计1. 设计资料 设计控制内力： =-4879.4KN, 杆件几何长度：7.58m,材料：Q345q 上弦杆为受压构件，由整体稳定控制设计2.初选截面按如下初定尺寸竖板：2-490×30水平板：400×20，其余相应截面特性由表格计算得 第三节 端斜杆截面设计1. 设计资料2.初选截面端斜杆 为压弯构件，先按压杆对其进行设计，再按压弯构件进行各项验算，选用腹板 1-416×12、翼缘 2-600×22上述表格计算可知，其刚度满足要求 3整体稳定验算4. 局部稳定验算5. 强度检算第四节 中间斜杆截面设计1. 以斜杆 E4A5为例。设计资料 ,该杆以压为主兼受拉，故先压杆进行设计再按拉杆进行疲劳检算初选截面选竖板:2-440×12，水平板-436×10 验算2. 杆设计：该杆以受拉为主兼受压，故先按拉杆对其进行设计，然后再对其进行疲劳强度检算，用表格计算得该杆为压杆，按压杆对其进行设计由表格计算得3. 设计 该杆为拉杆，按疲劳强度对其进行设计，由表格计算得由表格中数据对其进行验算可得，其刚度强度均满足要求第五节 吊杆截面设计1设计资料 设计最大内力：=847.2KN 疲劳内力幅：=612KN，2. 初选截面 选用腹板 1-436×10、翼缘板2-260×12，由表格计算得3.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x54.9，y144.8180，通过验算。4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。横梁影响线表3.1 主桁杆件尺寸及验算总表第六节 杆件连接高强度螺栓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，不大于0.45；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。一下各取一杆件举例说明：1拉杆杆件承载力 螺栓数个；2压杆3拉压杆第四章 弦杆拼接计算和下弦端节点设计第一节 E2节点弦杆拼接计算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(2-460×12，1-436×10)一半净面积为杆(2-460×24，1-412×14)一半净面积为节点板选用厚度20mm,一块节点板作为外拼接板提供的面积(取杆件高度460mm 部分)初选内拼接板为4-210×20 (一侧两块)，两块内拼接板净面积为对于受拉构件，其拼接计算应满足通过验算。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：节点板所需高强螺栓数：内拼接板所需高强螺栓数：2 斜杆、吊杆连接所需螺栓数计算及节点板最终尺寸确定拉杆杆件承载力 螺栓数个；需布置8排螺栓，总数为2×4×8=64(两侧）压杆需布置6排，总数为2×4×6=48（两侧）立杆：立杆取和吊杆相同的截面，立杆截面所能承受的力远大于其内力，桥规规定，取1.1N 和中的较大值对所需螺栓数进行计算1.1N=847.2×1.1=931.9KN,=0.75×9496×200=1424.4KN螺栓数节点板所需长度、高度及各边轮廓由实际作图中螺栓布置轮廓来确定第二节 节点板强度检算1.检算主力作用下节点中心处节点板竖向截面上的法向应力2. 检算主力作用下腹杆与弦杆之间的节点板水平截面上的剪应力3. 检算斜杆与节点板连接处节点板的撕裂应力第五章 挠度计算和预拱度设计第一节 挠度计算全桥满布单位均布荷载时简支桁架跨中挠度为：式中单位集中荷载作用在跨中时各杆件内力；全桥满布单位均布荷载时各杆内力，即杆件影响线总面积；、桁架各杆长度和毛截面积；钢材的弹性模量。挠度计算见表5-1杆件 L 单位 mNNmmA1A32702415.16-44.1018 -0.7273 0.1799 A3A53740015.16-66.1527 -1.4545 0.3900 E0E21540015.1624.8073 0.3636 0.0888 E2E42784815.1657.8836 1.0909 0.3438 E4E5332007.5868.9091 1.8182 0.2861 E0A13139212.89-42.1770 -0.6183 0.1071 A1E23740012.8932.8043 0.6183 0.0699 E2A32702412.89-23.4317 -0.6183 0.0691 A3E41540012.8914.0590 0.6183 0.0728 E4A52784812.89-4.6863 -0.6183 0.0134 A5E51060010.42257.5800 1.0000 0.0373 1.6581 式中 为影响线长=75.8m、顶点时每片主桁的换算均布静活载。第二节 预拱度设计钢桥规范要求当恒载和静活载挠度超过跨度的1/1600 时，应设上拱度。故应设上拱度。按钢桥规范规定，下弦跨中节点应设拱度等于恒载加一半静活载所产生的挠度，跨中E5节点预设拱度：钢桁架起拱方法，采用将上弦每个节间向两侧各伸长(利用调节上弦节点栓孔位置使上杆件伸长)，杆长不变，形成拱度。各节点(半跨）实设上拱度由表格计算得。表4 下弦各节点预拱度设置节点E0E1E2E3E4E5x(m)37.930.3222.7415.167.580 0.0 24.0 42.7 56.0 64.0 66.7