钢桁架桥计算书-毕业设计(共24页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上目录专心-专注-专业1. 设计资料1.1 基本资料(1) 设计规范公路桥涵设计通用规范（JTG D60-2004）；公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）；(2) 工程概况该桥为48m下承式公路简支钢桁架梁桥，共8个节间，节间长度为6m，主桁高10m，主桁中心距为7.00m，纵梁中心距为3m，桥面布置2行车道，行车道宽度为7m。(3) 选用材料主桁杆件材料采用A3钢材。(4) 活载等级采用公路I级荷载。1.2 构件截面尺寸各构件截面对照图各构件截面尺寸统计情况见表1-1：表1-1 构件截面尺寸统计表编号名称类型截面形状HB1(B)twtf1(tf)B2

2、tf2C1下弦杆E0E2用户H型0.460.460.010.0120.460.0122下弦杆E2E4用户H型0.460.460.0120.020.460.023上弦杆A1A3用户H型0.460.460.0120.020.460.024上弦杆A3A3用户H型0.460.460.020.0240.460.0245斜杆E0A1用户H型0.460.60.0120.020.60.026斜杆A1E2用户H型0.460.440.010.0120.440.0127斜杆E2A3用户H型0.460.460.010.0160.460.0168斜杆A3E4用户H型0.460.440.010.0120.440.0129

3、竖杆用户H型0.460.260.010.0120.260.01210横梁用户H型1.290.240.0120.0240.240.02411纵梁用户H型1.290.240.010.0160.240.01612下平联用户T型0.160.180.010.0113桥门架上下横撑和短斜撑用户双角0.080.1250.010.010.0114桥门架长斜撑用户双角0.10.160.010.010.0115横联上横撑用户双角0.10.10.010.010.0116横联下横撑和斜杆用户双角0.080.1250.010.010.0117上平联用户T型0.2520.240.0120.01218纵梁间水平斜杆用户角钢

4、0.10.10.010.0119纵梁间横向连接用户角钢0.090.090.0090.00920制动撑架用户T型0.160.180.010.011.3 单元编号(1) 主桁单元编号(2) 桥面系单元编号(3) 主桁纵向联结系单元编号(4) 主桁横向联结系单元编号1.4 荷载(1) 钢桥自重按A3钢材程序自动添加。(2) 桥面板自重桥面板采用C55混凝土，厚度为250mm，宽度为7m，取容重。假设桥面板不参与受力，将其视为恒载施加在纵梁上，两纵梁各自承担50%。那么，每片纵梁承担21.875kN/m的荷载。(3) 桥面铺装不计外侧护墙和内侧护栏基座的作用，沥青混凝土容重，防水混凝土容重。则二期恒载

5、集度为：(4) 汽车活载根据公路桥涵设计通用规范，取公路I级荷载。其中，车道荷载的均布荷载标准值，集中荷载标准值，计算剪力效应时，上述集中荷载标准值应乘以1.2的系数。在Midas中，定义了2个车道，并定义冲击系数。(5) 汽车荷载制动力根据公路桥涵设计通用规范第4.3.6条，汽车荷载制动力标准值为：但公路I级荷载的制动力标准值不得小于165kN，所以取标准值为165kN。(6) 横向风荷载根据公路桥涵设计通用规范第4.3.7条，横桥向风荷载假定水平地垂直作用于桥梁各部分迎风面的形心上，其标准值按下式计算：式中：横桥向风荷载标准值（）；基本风压（），查表取南京市50年一遇的风压0.4；设计基准

6、风压；横向迎风面积（），按桥跨结构各部分的实际尺寸计算；桥梁所在地区的设计基本风速（），查表取27.1）；高度Z处的设计基准风速（）；距地面或水面的高度（）；空气重力密度（）；设计风速重现期换算系数，此处取0.9；地形、地理条件系数，查表取为1.00；阵风风速系数，按B类地表取1.70；考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，查表取为1.19；风载阻力系数，查表取1.8；重力加速度，取9.81。假设钢桁架桥下弦杆高度Z=30m，分别计算上弦杆、下弦杆、腹杆等横向风荷载。计算结果如下表：迎风杆件挡风有效宽度(m)横向风荷载(kN/m)上弦杆0.461.416下弦杆0.461.417竖杆

7、0.260.821端斜杆0.61.824中间斜杆0.461.3672. 内力计算2.1 荷载组合根据公路桥涵设计通用规范第4.1.5-4.1.6条规定进行荷载效应组合，根据不同的效应组合分别进行包络可得到各类组合下的最不利效应值。组合情况如下表：编号组合极限状态类型说明1cLCB1承载能力相加基本组合(永久荷载): 1.2D2cLCB2承载能力相加基本组合: 1.2D+1.4M3cLCB3承载能力相加基本组合: 1.2D+1.1W4cLCB4承载能力相加基本组合: 1.2D-1.1W5cLCB5承载能力相加基本组合: 1.2D+1.4M+0.784BRK6cLCB6承载能力相加基本组合: 1.

8、2D+1.4M+0.88W7cLCB7承载能力相加基本组合: 1.2D+1.4M-0.88W8cLCB8承载能力相加基本组合: 1.2D+1.4M+0.686BRK+0.77W9cLCB9承载能力相加基本组合: 1.2D+1.4M+0.686BRK-0.77W10cLCB10承载能力相加基本组合(永久荷载): 1.0D11cLCB11承载能力相加基本组合: 1.0D+1.4M12cLCB12承载能力相加基本组合: 1.0D+1.1W13cLCB13承载能力相加基本组合: 1.0D-1.1W14cLCB14承载能力相加基本组合: 1.0D+1.4M+0.784BRK15cLCB15承载能力相加基

9、本组合: 1.0D+1.4M+0.88W16cLCB16承载能力相加基本组合: 1.0D+1.4M-0.88W17cLCB17承载能力相加基本组合: 1.0D+1.4M+0.686BRK+0.77W18cLCB18承载能力相加基本组合: 1.0D+1.4M+0.686BRK-0.77W19cLCB19使用性能相加短期组合: 1.0D+0.7M20cLCB20使用性能相加短期组合: 1.0D+0.75W21cLCB21使用性能相加短期组合: 1.0D-0.75W22cLCB22使用性能相加短期组合: 1.0D+0.7M+0.7BRK23cLCB23使用性能相加短期组合: 1.0D+0.7M+0.

10、75W24cLCB24使用性能相加短期组合: 1.0D+0.7M-0.75W25cLCB25使用性能相加短期组合: 1.0D+0.7M+0.7BRK+0.75W26cLCB26使用性能相加短期组合: 1.0D+0.7M+0.7BRK-0.75W27cLCB27使用性能相加长期组合: 1.0D+0.4M28cLCB28使用性能相加长期组合: 1.0D+0.4M+0.7BRK29cLCB29使用性能相加长期组合: 1.0D+0.4M+0.75W30cLCB30使用性能相加长期组合: 1.0D+0.4M-0.75W31cLCB31使用性能相加长期组合: 1.0D+0.4M+0.7BRK+0.75W3

11、2cLCB32使用性能相加长期组合: 1.0D+0.4M+0.7BRK-0.75W33cLCB33使用性能相加弹性阶段应力验算组合: 1.0D+1.0M34cLCB34使用性能相加弹性阶段应力验算组合: 1.0D+1.0W35cLCB35使用性能相加弹性阶段应力验算组合: 1.0D-1.0W36cLCB36使用性能相加弹性阶段应力验算组合: 1.0D+1.0M+0.7BRK37cLCB37使用性能相加弹性阶段应力验算组合: 1.0D+1.0M+1.0W38cLCB38使用性能相加弹性阶段应力验算组合: 1.0D+1.0M-1.0W39cLCB39使用性能相加弹性阶段应力验算组合: 1.0D+1

12、.0M+0.7BRK+1.0W40cLCB40使用性能相加弹性阶段应力验算组合: 1.0D+1.0M+0.7BRK-1.0W41基本组合包络承载能力包络cLCB1-1842短期组合包络使用性能包络cLCB19-2643长期组合包络使用性能包络cLCB27-3244弹性验算包络使用性能包络cLCB33-402.2 内力内力计算均采用Midas/civil 2010计算。(1) 主桁内力对荷载组合进行包络，承载能力极限状态基本组合下的计算结果如下图：承载能力极限状态基本组合轴力包络承载能力极限状态基本组合弯矩-y包络包络承载能力极限状态基本组合弯矩-z包络包络基本组合短期组合长期组合弹性验算轴向

13、(kN)轴向 (kN)轴向 (kN)轴向 (kN)单元最大最小最大最小最大最小最大最小1755.47414.86656.08441.70441.70441.70675.25422.532666.75464.53565.42466.24466.24466.24566.64465.0231456.391016.701237.531041.891041.891041.891255.531023.8941416.05951.251203.03986.38986.38986.381228.12961.295664.53434.97548.56455.59455.59455.59563.28440.876

14、667.37369.89549.07402.21402.21402.21572.16379.1271444.53969.091197.081009.821009.821009.821226.17980.7281404.05933.241181.74974.34974.34974.341211.10944.999-918.10-1189.36-929.98-985.10-985.10-985.10-920.93-994.1510-951.83-1175.55-955.89-977.33-977.33-977.33-952.44-980.7811-966.48-1163.48-966.87-969

15、.94-969.94-969.94-966.59-970.2212-945.18-1163.70-949.44-969.12-969.12-969.12-946.40-972.1613-1293.07-1561.35-1294.47-1300.74-1300.74-1300.74-1293.47-1301.7314-1292.00-1562.47-1293.74-1301.72-1301.72-1301.72-1292.50-1302.9730-1024.75-1465.54-1057.29-1205.04-1205.04-1205.04-1032.92-1229.40311015.94761

16、.24839.56775.58775.58775.58850.15764.9932-459.75-584.35-463.43-484.71-484.71-484.71-460.06-488.0933228.19173.79191.57176.58176.58176.58193.57174.5934-1074.04-1421.49-1093.22-1176.65-1176.65-1176.65-1079.52-1190.3635987.17789.35821.79795.13795.13795.13825.92791.0036-471.49-571.89-472.37-476.61-476.61

17、-476.61-471.74-477.2437221.12178.29183.89178.29178.29178.29184.45177.7280278.19221.79230.99222.42222.42222.42232.24221.1781-6.91-34.74-10.73-27.18-27.18-27.18-8.00-29.9182243.63197.53202.80197.49197.49197.49203.14197.1583-24.89-30.08-24.91-25.10-25.10-25.10-24.90-25.1184244.76201.59204.24201.64201.6

18、4201.64204.27201.6085-11.95-29.73-14.17-23.82-23.82-23.82-12.58-25.4186274.26225.13228.27225.28225.28225.28228.69224.85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，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。其值按下式计算：式中： L桥梁跨度（m），承受局部活载杆件为影响线加载长度；活

19、载冲击力的动力系数。3. 主桁杆件设计3.1 验算内容根据主桁杆件受力性质的不同，分别对相应杆件进行下表所列项目的检算。项目验算内容验算杆件类型12345刚度局部稳定整体稳定强度疲劳各类杆件压杆压杆各类杆件出现拉应力的受循环荷载杆件用试算法设计各类杆件的步骤：a) 参考性质相近（只内力性质及大小，杆长及截面式样，材料和连接方式）的已有设计资料，初步拟定截面尺寸；b) 根据初步拟定的截面尺寸，算出进行各类检算所需的截面几何特征数据；c) 按上表要求进行各项检算。如初选截面不合适，则进行修改，重新计算，直至符合要求；d) 为了减少杆件类型，以简化制造，同类杆件的内力相差不大者应尽量采用相同的截面。

20、3.2 截面几何特征计算(1) 下弦杆E2E4选用腹板1-43612，翼缘2-46020；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积(2) 下弦杆E0E2选用腹板1-43612，翼缘2-46012；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积(3) 上弦杆A1A3选用腹板1-43612，翼缘2-46020；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积(4) 上弦杆A3A3选用腹板1-41220，翼缘2-46024；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积(5) 斜腹杆E0A1选用腹板1-42012，翼缘2-60020

21、；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积(6) 斜腹杆A1E2选用腹板1-43610，翼缘2-44012；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积(7) 斜腹杆E2A3选用腹板1-42810，翼缘2-46016；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积(8) 斜腹杆A3E4选用腹板1-43610，翼缘2-44012；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积(9) 竖杆选用腹板1-43610，翼缘2-26012；每侧有4排栓孔，孔径d23cm; 毛截面栓孔削弱面积净截面面积利用Midas计算截面特征，如下表

22、：特征值下弦杆E0E2下弦杆E2E4上弦杆A1A3上弦杆A3A3斜腹杆E0A1斜腹杆A1E2斜腹杆E2A3斜腹杆A3E4竖杆154234.4272.24343.76333.84183.04226.08183.04132.6467.9270.7382.63723.57482.01110.99213.24110.9978.0662314.496526.1.10.80.6079179.81.3079179.8151809.9219470.832451.440560.3747961.1887396.9022718.2433183.9922718.245128.643.3 刚度验算(1) 下弦杆E2E4

23、利用迈达斯计算截面特性有杆件自由长度验算通过。由于，无需验算。(2) 下弦杆E0E2利用迈达斯计算截面特性有杆件自由长度验算通过。由于，无需验算。同理，可计算其他杆件的稳定性，结果如下表：杆件下弦杆E0E2下弦杆E2E4上弦杆A1A3上弦杆A3A3斜腹杆E0A1斜腹杆A1E2斜腹杆E2A3斜腹杆A3E4竖杆154234.4234.4343.76333.84183.04226.08183.04132.6482220.91.10.10.8.679179.81.3079179.8151809.9225811.3140560.3740560.3747961.1887396.9022718.243318

24、3.9922718.245128.646006006006001166.21166.21166.21166.2100020.8821.0421.0420.4121.40 20.80 21.14 20.80 19.7611.7012.2112.2111.8116.18 11.14 12.12 11.14 6.2228.7428.5228.5229.4028.04 28.85 28.39 28.85 30.3651.2949.1649.1650.8056.98 82.76 76.10 82.76 112.57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，所以竖杆验算通过，所有杆件均

25、能满足刚度要求。3.4 强度验算承载能力极限状态基本组合应力图计算结果表明，最大拉应力为68.13MPa，最大压应力51.75MPa，不超过各板厚对应的抗拉、压强度设计值。3.5 疲劳强度验算根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）规定，对于只受压的构件可不进行疲劳强度验算，对出现拉应力的受循环荷载杆件进行疲劳强度验算。轴向 (kN)疲劳荷载（kN）杆件恒载恒+汽1497.49920.08497.49987.69188.64 162.88 30.54 60.64 0.50 978.04 51.85 1402486.81885.95486.81949.81188.64 162.

26、88 29.89 58.31 0.51 895.38 47.47 14031087.651998.891087.652144.69272.24 231.76 46.93 92.54 0.51 2048.26 75.24 14041064.061946.741064.062087.97272.24 231.76 45.91 90.09 0.51 2021.48 74.25 1405497.81918.27497.81985.54188.64 162.88 30.56 60.51 0.51 949.42 50.33 1406487.18885.03487.18948.69188.64 162.88

27、 29.91 58.24 0.51 958.81 50.83 14071087.821998.621087.822144.35272.24 231.76 46.94 92.52 0.51 2074.41 76.20 14081064.251947.121064.252088.38272.24 231.76 45.92 90.11 0.51 2031.08 74.61 14080132.89512.79132.89573.57132.64 106.88 12.43 53.67 0.23 517.21 38.99 14086132.41511.75132.41572.44132.64 106.88

28、 12.39 53.56 0.23 519.68 39.18 14031590.301160.75590.301252.02183.04 157.28 37.53 79.60 0.47 1164.08 63.60 14033126.14484.12126.14541.40183.04 157.28 8.02 34.42 0.23 485.25 26.51 14035590.171160.13590.171251.32183.04 157.28 37.52 79.56 0.47 1176.25 64.26 14037125.91483.27125.91540.45183.04 157.28 8.

29、01 34.36 0.23 486.82 26.60 14082123.85483.65123.85541.22132.64 106.88 11.59 50.64 0.23 493.56 37.21 14084123.73483.67123.73541.26132.64 106.88 11.58 50.64 0.23 496.52 37.43 140根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）表1.2.17-1，按轴向受力杆件，计算疲劳强度。下面以杆件单元1为例说明：由上表可知Nmin497.49kN、Nmax920.08kN得：查公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-

30、86）表1.2.17-4，判定杆件验算截面为第C类容许应力类别，根据表1.2.17-2所列公式计算疲劳容许应力：因此，满足规范要求。其他需进行疲劳强度验算的杆件也都满足要求，计算结果列于上表。3.6 总体稳定验算根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）规定，对于受压的构件需进行总体稳定验算。单元(kN)9-2196.6649.160.781272.24-80.6884109.3410-2231.8749.160.781272.24-81.9817109.3411-2249.2549.160.781272.24-82.6201109.3412-2223.3849.160.781

31、272.24-81.6699109.3413-3006.2850.80.77343.76-87.4529107.814-3013.0650.80.77343.76-87.6501107.830-2061.2756.980.726333.84-61.7442101.6434-2028.856.980.726333.84-60.7716101.6432-1078.1376.10.579226.08-47.68881.0636-1084.4576.10.579226.08-47.967581.0681-32.02112.570.364132.64-2.4140550.9683-33.2112.570

32、.364132.64-2.5030250.9685-30112.570.364132.64-2.2617650.96以14号单元为例，即中间上弦杆为例说明：由z50.8，查公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）表1.2.16-2，内插求得10.77。满足要求。其他需进行总体稳定验算的杆件也都满足要求，计算结果列于上表。3.7 局部稳定验算单元HBtwtf腹板翼缘板（m）（m）（m）（m）限值限值90.460.460.0120.0231.1449.1635.0010.5928.5214.00100.460.460.0120.0231.1449.1635.0010.5928.521

33、4.00110.460.460.0120.0231.1449.1635.0010.5928.5214.00120.460.460.0120.0231.1449.1635.0010.5928.5214.00130.460.460.020.02419.4550.8035.488.8129.4014.00140.460.460.020.02419.4550.8035.488.8129.4014.00300.460.600.0120.0231.1455.6238.3713.7728.0414.00340.460.600.0120.0231.1455.6238.3713.7728.0414.00320.

34、460.460.010.01637.0074.2949.5713.0028.3914.00360.460.460.010.01637.0074.2949.5713.0028.3914.00810.460.260.010.01237.67112.5750.009.5730.3614.00830.460.260.010.01237.67112.5750.009.5730.3614.00850.460.260.010.01237.67112.5750.009.5730.3614.00下面以19号单元为例说明：对翼缘板，根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）表1.2.22，当，板的

35、宽厚比。，翼缘板局部稳定满足要求。对腹板，根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）表1.2.22，当，板的宽厚比。腹板局部稳定满足要求。4. 挠度及预拱度验算4.1 挠度验算为保证行车的安全平稳，应保证一定的竖向刚度。根据公路桥涵钢结构及木结构实际规范（JTG 025-86）第1.1.5条，汽车荷载（不计冲击力）所引起的竖向挠度，对于简支梁不应超过。活载作用（不计冲击力）下桁架位移图桁架在活载作用（不计冲击力）下，竖向最大挠度为1.65cm，简支梁挠度限制，桁架竖向刚度满足要求。4.2 预拱度根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTG 025-86）第1.1.6条，桥跨结构应

36、设置预拱度，其值等于结构重力与1/2静活载所产生的竖向挠度和；起拱应做成平顺曲线。如桥面在竖曲线上，预拱度应与竖曲线纵坡一致。当结构重力和静活载所产生的挠度不超过跨径的1/1600时，可不设预拱度。恒载+活载作用下桁架位移图桁架在恒载+活载共同作用下，跨中挠度为4.97cm。，本桥需设置预拱度：。5. 节点应力验算5.1 节点板撕破强度检算由设计图量得各截面长度：各截面的强度：1234截面的撕破强度=1235截面的撕破强度=12367截面的撕破强度=主桁节点板几种可能的撕破方式已知32号单元杆件截面的净面积故以上三个截面的撕破强度均不小于连接32号单元杆件强度的1.1倍，故撕破强度无问题。5.

37、2 节点板中心竖直截面的法向应力验算节点板竖直最弱截面法向应力检算节点中心面积已知节点板：内拼接板：；：毛截面积扣孔净截面积节点中心书截面的形心对x轴的距离：对x轴的毛截面惯性矩：对形心轴的毛截面惯性矩：对形心轴的净截面惯性矩：节点板边缘对形心轴的距离：外缘：内缘：作用在节点中心的拉力为（由主桁架的设计计算得到）法向应力、均不大于，安全。5.3 腹杆与弦杆间节点板水平截面的剪应力检算斜杆在基本组合作用下内力分别为：651.82kN(拉)，(由主桁架的设计计算得到)作用在节点上的水平力：节点板水平最弱截面剪应力检算承受此水平力的最危险断面全长196cm，其毛截面积，安全。6. 课程设计心得本设计

38、根据题目要求，完成了截面尺寸拟定、荷载定义、荷载组合、内力计算等工作，根据作用效应和构造要求，对桁架进行强度、刚度、疲劳和稳定性方面的验算。以正常使用极限状态对挠度进行了验算。最后，以中间节点为例对节点进行设计和验算。计算结果满足规范规定的各项限值。下面是本课程设计后关于JTJ025-86规范的思考：结构布置结束后，需对构件截面作初步估算。主要是截面形状与尺寸的假定。钢梁可选择槽钢、轧制或焊接H型钢截面等。根据荷载与支座情况，其截面高度通常在跨度的1/201/50之间选择。翼缘宽度根据梁间侧向支撑的间距按l/b限值确定时，可回避钢梁的整体稳定的复杂计算，这种方法很受欢迎。确定了截面高度和翼缘宽度后，其板件厚度可按规范中局部稳定的构