钢结构课程设计计算书(完整).docx

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1、钢桥课程设计设计任务书简支上承式焊接双主梁钢桥设计黄广峰0912101150912103钱宏亮唐海红学 生学班成指 导姓名号级 绩教师土木工程系20112012学年春季学期2012年7月2日哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计此=此=nALP 2x0.45x225.,=119.1kNk为系数，根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86第L2.6条取1.7 故所需螺栓个数为：n = =L1X337 4=3.1取6个螺栓。119.1119.13外纵梁设计3.1 永久作用效应计算外纵梁两端简支，跨度为5.6m,承受人行道荷载以及汽车荷载。假定板梁和桥面板 之间以简支相连，外纵梁和板梁之间2

2、.2m宽范围内的恒载将按比例进行分配。外纵梁 上的恒载集度见表3L表3-1外纵梁上的恒载（kN/m ）栏杆及人行道桥面板纵梁、挑梁及横向联系的假定每根纵梁上的恒我5x2.5/2.2 = 5.681.612.6跨中由恒载引起的最大弯矩：M = 126x5,6-=4939kN m8支承处由恒载引起的最大剪力：r = 1-6 =35.28kN23.2 可变作用效应计算1、冲击系数：/Z =-=0.34837.5+ 37.5 + 5.62、横向分布系数计算，横向布载简图见图31第6页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计图31横向分布系数计算简图（单位：cm）0.628 ni = 0.341 n

3、i = 1.136“23、经分析知：最大弯矩发生在跨中截面，最大剪力发生在支承处。最不利荷载布载图见图32最大弯矩布载图最大剪力布载图图3-2最不利荷我布置图（单位：cm）可变作用（汽车）标准效应：M = 140x0.70x0.341 + 140xl.4x0.341 +30x0.3x0.341 = 103.32kN- m maxV = 140 X0.75 X0.341 + 140 X0.341 +30x0.357 x0.341 = 87.20kN max可变作用（汽车）冲击效应：= 103.32x0.348 = 35.96kNmV = 87.20 x 0.348 = 30.35kN可变作用（人

4、群）标准效应：Ma =3.0x1.136x0.5x1.4x5.6 = 13.36kN m m*xr = 3.0 xl.136 x0.5x5.6 = 9.54kN nvix外纵梁的最大剪力见表3-2第7页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计表釜2外纵梁上的最大弯矩和剪力内力活4冲击作用总计弯矩(kN m )49.391166835.96202.03剪力（kN）35.2896.7430.35162.37A3钢制成的纵梁，其容许弯曲应力为q = 145MPa ,所需截面模量为:202.03X103145 xlO6=1393cm3A3钢制成的纵梁，其容许剪应力为力=85MPa ,所需腹板面积为

5、:c V 162.37X103)S =飞=19.10cnrr85xl06选用HW35OX35O的H型钢，其提供的截面模量为230001/,腹板面积为40.9cn】2。3.3外纵梁与横梁连接M24单个高强螺栓抗剪承载力为225MPa,表面采用喷砂的处理方法，单个摩擦型 连接高强螺栓抗剪容许承载力为：力 nALP 2x0.45x225.N；=119 .1kN ,k 1.7k为系数，根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86第L2.6条取1.7故所需螺栓个数为：n = =1-16-3 = 1.5,取4个螺栓。119.1119.14中横梁设计中横梁跨径5米，悬挑长度两边各3米。假设悬臂部分门

6、重和混凝土以及梗肋自重引起均 布荷载3.06kN/m,外纵梁上传来集中荷载：2x40.26 = 80.52kN ,内纵梁上传来集中荷 载：2x30.41 = 60.82kN ,自重恒载及集中荷载布置如图41第8页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计80.52kN60.82kN80.52kN图41上承式桥横梁上的恒载（单位：cm）主跨部分的弯矩和剪力4.1.1 永久作用效应由于悬臂部分的存在，支撑处将产生负弯矩并达到最大值。由恒载引起的最大负弯矩为： M4 = igZ2 + Sd = -（-x3.06x32 + 80.52 x2.2） = -190.91kN m 22对称荷载下每个支座反

7、力：7? = i（2x80.52 + 3.06xl 1 + 60,82） = 127.76kN悬臂部分恒载引起的最大剪力为：7 = 80.52 + 3.06x3 = 89.7kN横梁中间段引起最大剪力：r = 127.76-89.7=38.06kN悬臂部分引起的最大正弯矩发生在跨中，其值：.M =190.91+ 38.06x2.5 = -86.20kNm2横梁上的最大活载在纵梁上的荷载位置见图4270kN 70kNJ/420,140,220/3005-7f15kN60kNAO图4;横梁上最大活我在纵梁上的荷我位置（单位：cm）4 40 44 2作用于中横梁的车轮荷载大小为：V = 70 + 1

8、5x + 60x +70x = 135.89kN 5.65.65.6第9页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计4.1.2 可变作用效应可变作用效应活载在中横梁中产生的最大弯矩发生在跨中（考虑布载的车道数，通过试算计算确定）：两车道布载见图43135.89kN135.89kN 135.89kN135.89kN才3005，180/ 130 /180#53003I =4 二11007图43横梁中正弯矩荷我位置（单位：cm）计算所得弯矩为：M = 135.89x（2x1-2.45-0.65） = 258.19kN m,故活载引起的最大正 弯矩为：A/ = 258.19kN nio活载在横梁中引

9、起的最大剪力发生在支承处（考虑布置荷载的车道数，通过试算确定，其中引起最大剪力的布载，两车道（图4-4）,三车道（图45）135 . 89kN135.89kN 135.89kN 135.89kN150.180, 130.180,7777!JI! ZIo1100图44横梁中两车道剪力荷我位置（单位：cm）两车道：V = 135.89 x（6.5 + 4.7 + 3.4 + L6）x；=440.28kN135.89kN135.89kN 135.89kN 135.89kN 135.89kN135.89kN上 150.,180, 130，180 130180,/JJ J t t L、 口 ACDu11

10、00T图45横梁中三车道剪力荷我位置（单位：cm）第10页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计三车道：7 = 0.78x135.89x（6.5+ 4.7+ 3.4+ 1.6 +0.3-1.5）xl = 326.14kN ,故活载引起的最大剪力为：r = 440.28kN在上述荷载作用的情况下，扣除悬臂部分剪力的影响将给出中横梁中间梁段由活载 引起的最大剪力，其值为：V = 440.28-135.89 = 304.39kN冲击 系数： =0.35337.5 + 2 37.5 + 5人群荷载通过外纵梁传至中横梁，大小等于2x9.54 = 19.08kN,这将会在中横梁悬臂部 分产生P =

11、19.08kN的剪力。同时，也会产生支反力：7 = =27 481，扣除悬臂部分剪力可得到中横梁中间梁段最大剪力：V=27.48-19.08=8.4kN,由人群荷载引起的最大负弯矩为：A/ = -19.08x2.2=-41.98kN中横梁受力见表41表冬1中横梁中的最大弯矩、剪力和支座反力内力恒载活载冲击作用人群荷载总计负弯矩（kNm ）-190 91-208 67-73 66-41 98-515.22正弯矩（kNm ）-86 20258 1991 140 00263.13主跨部分剪力（kN）38 06304 39107 458 40458.30悬臂部分剪刀（kN）89 70135 8947

12、9719 08262 64支座反力（kN ）127 76440 281554227 4875094第11页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计4.2主跨截面选用腹板lOOOmmx20mm,假定受拉翼缘和受压翼缘具有相同的面积且每块翼缘板 都各开有两个直径24mm的高强螺栓孔，跨中截面尺寸见图46。图46主跨中横梁截面（单位：mm）从表41中可知最大弯矩为515.22kN/m,翼缘采用420mnix30mm的板，其满足焊接 板梁受压翼缘的伸出肢宽不宜大于40cm,也不宜大于其厚度的12倍。中横梁截面参数见表4-2表42中横梁跨中的惯性矩材料d (mm)AP或者Io2块翼缘板2520051

13、56.685 xlO3一块腹板20000OB1.667x10 34个孔洞2880515-0.764x10 3总计7.588X103第12页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计世且I 7.588x10-3截面模里.： W =1.432x10 in530530x1034.2.1 最大弯曲应力验算515.22X1Q61.432 xlO7515.22X1Q61.432 xlO7=35.98MPavq=145MPa ,满足规范要求。4.2.2 最大剪应力验算5 = 500x20x250 + 30x420x51530x24x515x2 = 8.247 xlO6nun3%S、458.3x103x8.

14、247x10%S、458.3x103x8.247x107.588x109x206=24.91MPa%458.3xl03rn = 22.92MPa24 91*= = 1.09 1.25r0 22.9224 91*= = 1.09 1.25r0 22.921000x20取c = L0,其容许应力为cxr= 85MPa ,满足要求。4.2.3 折算应力验算对于简支梁崂截面作为验算截面。“鸟Q-黑/心/ /458.3-80.52-3.06x(3 + 1.25)-135.89-19.08 、T=104.91kN在截面受拉翼缘与腹板交界处的应力为:-386.42x1()6o = y =zx 500= -2

15、5.46MPaI 7.588X109104.91x1()3x5 747x1()67.588x109x20= 420x30x515-24x30x515 x2 = 5.747 xl06nun3=3.93MPag，2 = Vr2+3r = J(-25.46f+3x3.93? = 26.35MPhctw =145MPa第13页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计4.2.4 横梁整体稳定验算4 = 2 x30 x 4203 4-12 +1000 x 203 +12 = 3.71xlOsmm4横梁受压翼缘两节点的距离为2。= 2.5m,而横梁截面高度为h=1060mm,则换算长细比为：公路桥涵钢结

16、构及木结构设计规范JTJ 025-86中知/ 吆匕=& 口= 2500 ;8 jg=19 2o,查表得：9=0.9 h iv h VI 1060 V 3 71515.22 xlO61.432 xlO7= 35.98MPab=130.5MPa横梁受压翼缘宽度b=420mm,侧向支撑点间距为：Z0 = 5.6m,则：= 13.3318 b 420故横梁的整体稳定满足要求。5x5xl0348x2.1x105x7.588x1094.2.5 刚度验算x25 8.19x106 = i cr= 145MPa故取：crJ = 145MPa515.22x1()61.432 xlO7515.22x1()61.43

17、2 xlO7=35.98MPaern=145MPa ,故满足要求。第14页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计加劲肋设置因为满足A=呼竺=50 K70 ,根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ 025-86 t. 10要求可不设置竖向加劲肋及水平加劲肋。横梁与主梁连接M24单个高强螺栓抗剪承载力为225MPa,采用喷砂或喷砂后生赤锈的处理方法, 单个摩擦型连接高强螺栓抗剪容许承载力为：2x0.45x225=119.1kN1.70故所需螺栓个数”黑二端F-3,取2。个螺栓。翼板与腹板的焊接大焊角尺寸：hf 1.57 = 1.5730 = 8.2mm 故焊角尺寸取lOmnio5 = 30

18、x420x515 = 6.489 xlO6 nun37 = 20 xlOOO3 +12 + 30 x 420 x515? x 2 = 8.35 xl09nun4VS458.3x103x6.489x1068.35x109x2x20-= 17.80MPa假定钢板梁翼缘与腹板连接焊缝处的剪应力由焊缝承担且沿长度均匀分布，则单位 长度两条焊缝所承受水平剪力：VST = 2rf Xl=1I458.3xl03x6.489xl()68.35 xlO9= 356N/ =2x303x4204-12 = L89 xl06mm4 FlZ = c2In/tu = 3.25x2x9.45x105/20 = 0.402m

19、1.8mb = Z + & + 2f = 0.402 +0.2+2x0.15 = 0.902m第15页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计目录1设计题目与基本资料11.1 设计题目1设计资料11.2 设计内容及步骤2设计内容21.2.1 设计步骤22内纵梁设计32.1 永久作用效应计算32.2 可变作用效应计算42.3 内纵梁和横梁的连接53外纵梁设计63.1 永久作用效应计算63.2 可变作用效应计算63.3 外纵梁与横梁连接84中横梁设计84.1 主跨部分的弯矩和剪力9永久作用效应94.1.1 可变作用效应104.2 主跨截面12最大弯曲应力验算134.2.1 最大剪应力验算13折

20、算应力验算134.2.2 横梁整体稳定验算14刚度验算14哈尔滨工业大学(威海)钢结构课程设计1400.902= 155.2NxV3562+155.22 = 3.3mm1.4x85故取焊角尺寸为=10mm,腹板边缘加工成K形坡口。43横梁悬臂部分设计为了始终确保有足够的截面，悬臂部分采用递变截面，其截面变化从横梁主跨部分 高度1000mm递变为最外端高度500mmo取横梁悬臂部分翼缘尺寸为420mmx30mm,悬臂部分中点处弯曲应力和剪应力应 进行校核，以确定梁高减小后，构件受力也不会超过容许应力。为了达到这个目的，选 择外纵梁与主梁中间的中间截面进行校核。该处腹板高度为817m恒载包括由悬臂

21、 部分自重3.06kN/m,以及外纵梁传来的集中力80.52RN。恒载引起的弯矩：= -3x1.9? +2-80.52xl.l = -94.10kN m恒载引起的剪力：VDL = -(80.52 + 3.09x1.9) = -86.39kN活载为135.89kN,距离该截面0.4m。活载和冲击作用引起的弯矩为：M = -(1 + /Z)xl35.89x0.4 = -73.54kN m，活载和冲击作用引起的剪力为：%=-(1 + 4)x135.89 = -183.86kN ,人行道活载引起的弯矩和剪力为：Mssl = -19.08 x 1.1 = -20.99kN - m , % =19.08k

22、N该截面处总的弯矩和剪力：M = -188.63kNm , / = -251.17kN该截面惯性矩：Z = 2x420x30x 423.5? + 20x 8172 +12 = 5.43xl09imn4第16页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计最大弯曲应力验算衿翳新苧MPa ,故满足要求。432最大剪应力验算8175=250x20x125 + 30x420x(- + 15) = 5.96 xlO6nmi3%S 251.17x103x5.96x106 一r 二工一=5= 13.78MPa5.43x109x20%251.17X103 ，=15.37MPa%”817x20maxmax上空=0

23、.897 aw = 145MPa故取：b,= 145MPa188.63乂1。6r -1n ux i%cr=- = 11.79MPa t l=145MPa ,酒足 要求。W 1.6xl07L 第17页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计4.3.5 悬臂部分加劲肋设计计算得空=必=2570,根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ 025-86 420要求可不设置竖向加劲肋及水平加劲肋。4.3.6 横梁与主梁的连接M24单个高强螺栓抗剪承载力为225MPa,采用喷砂或喷砂后生赤锈的处理方法, 单个摩擦型连接高强螺栓抗剪容许承载力为：1 nAlP 1x0.45x225“ 一父=-=59.6k

24、NL，k 1.70故所需螺栓个数为=止=296.24 xLl = 5 5 ,取26个螺栓。59.659.6翼缘与腹板焊接最大焊角尺寸：hf 1.2 = 1.2x20 = 24nun最小焊角尺寸：hf 21.5瓦7 = 158.2mm故焊角尺寸取lOmm,腹板边缘加工成K形坡口。4.4横梁在主梁出的拼接假设该拼接板承受全部负弯矩-515.22 kNm,则所需截面模量为：e M 515.22X106 ，一，汽63W = t?= 3.55x 10 nun卬 145故取盖板尺寸为16ininx 400mm少=(16x400 - 24 x 2x16)x(500+ 16+ 2) = 2.86x106nlm

25、 3、 r- 515 .22计算应力：0,75cr=105MPa故盖板尺寸满足受力要求。第18页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计M24单个高强螺栓抗剪承载力为225MPa,采用喷砂或喷砂后生赤锈的处理方法, 单个摩擦型连接高强螺栓抗剪容许承载力为：QI n/P 1x0.45x225 “ 一、TM = 59.6kNL k 1.70故所需螺栓个数为 =16。沙）吧6二24 16）110二6.5 ,取20个螺栓59.65主梁的设计主梁两端简支，跨度为33.6m,但其荷载作用长度为33.96m。这些梁的制作均相同。5.1 主梁上的永久作用效应主梁承受大部分荷载是由横梁通过集中力的形式传至其

26、上的。但是，如果忽略各横 梁，主梁视为直接承受从桥面板传来的话，计算相对简单。在这样的假定下计算得到的 弯矩和剪力从计算角度出发可以认为是足够精确的，因为横梁之间的间隔相对很小。从 而，主梁上的所有恒载都可以视为均布的。表51列出了主梁上的恒载。表，1主梁上的恒载（kN/m）栏杆及人行道5桥面板25x0 15x5=18 75主梁（假定）9纵联（假定）公共设备及其他荷载2横梁和纵梁5 65每根主梁上的恒载42.4第19页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计5.2 主梁上的可变作用效应5.2.1 计算横向分布系数因为台短皿27小，故用修正的偏心压力法计算横向分布系数。截面特性见图51600

27、540夕24oCloClo E 9 Cl图51主梁假定假面（单位：mm）图51主梁假定假面（单位：mm）24x25003600 x303 2500I =+ 2x(x (12122、250015)-4-540x35x(f30 +2)=1.525xl0nmm4对 1： = 0.0648 0.1,看表得：G = Lbx 5403对 2： A= 30 =0.0501,查表得：Lb2 600 3对 3：5=用_ = 0.0096 6) = 5818.84kN mM, =3x1.497 xl05.84=475.33kN m工截面：6剪力:恒载 =42.4x11.2=474.88kN活载=(1-4).211

28、)xl.62x(10.5xll.67+353.28x-)=817.88kN6匕=3x1.497 xll.2=50.30kN弯矩：恒载 =42.4 x78.4=3324.16kN-m活载 M = (1 +0211)xl.62x(10.5x784 +2944x) = 4310.25kN m 36M ,=3x1.497x78.4=35 2.09kN - m主梁内力值列于表53,表54中第23页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计表，3主梁弯矩（kN/m）位置恒我活我（考虑冲击系数和横向系数）人群荷就总计跨中5983497758 40633 7714375 66L/44487 62581884

29、475 3310781 79L/63324 164310 25351097986 50支点0000表5-4主梁剪力&N）位置恒载活我（考虑冲击系数和分项系数）人群荷载总计跨中0443.050443 05L/4356 167144737 721108 35L/6474 88817.8850 31343 06支点712 31039 1475451826 8953截面尺寸拟定简支钢板梁的计算弯矩在跨中截面最大，越向两端越小。到支点截面处为零。因此, 为了节省钢材，减轻梁的自重，梁的截面可随计算弯矩的变化而沿跨径变化。在L/6截 面处变截面。跨中、工、工、支点截面尺寸可在主梁验算中查得。645.4主梁

30、验算5.4.1 跨中最大弯曲应力验算跨中截面尺寸见图53第24页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计30,600540图53跨中截面（单位：mm）_M _ 14375.66 xlO6 a T 1.525 XlO11X (2-4- 30+ y)= 122MPa104I =+ 2(+ 30x 600x () j= 8.89x10 nun12122第25页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计14疲劳验算 加劲肋设置横梁与主梁连接15429翼板与腹板的焊接154.3 横梁悬臂部分设计16最大弯曲应力验算174.3.1 最大剪应力验算17整体稳定验算174.3.2 疲劳验算17悬臂部分加

31、劲肋设计184.3.3 横梁与主梁的连接18翼缘与腹板焊接184.4 横梁在主梁出的拼接185主梁的设计195.1 主梁上的永久作用效应195.2 主梁上的可变作用效应20计算横向分布系数205.2.1 计算可变作用效应215.3 截面尺寸拟定245.4 主梁验算24跨中最大弯曲应力验算245.4.1 支点最大剪应力25折算应力验算265.5 横梁整体稳定性验算275.6 刚度验算285.7 疲劳验算28哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计VS 1826.89xlO3x4.152xlO7=35.55MPa1826.89X1032500x24It* 8.89xlOlox24=30.45MPa*=

32、 = 1.171.25 ,故取c = LO,则容许应力为：Cxrl = 85MPar0 30.45l满足规范要求。折算应力验算工截面：截面尺寸见图55 6600600go图5.5 L/6截面（单位：mm）其受拉翼缘与腹板交界处的应力为:M1瓜7986.5 xlO6ct=-y =1250= 112.3MPa1343.6x103x2.277x1078.89 xlO10 x24I ,8.89 xlO10=14.34MPaaiep =Vr2+3r =V11232+3x14.342 =113.21MPal.lcrJ = 159.5MPa满足规范要求。工截面：截面尺寸见图564第26页共35页哈尔滨工业大

33、学（威海）钢结构课程设计600540os clos cloo6 Cl图5-6 4截面（单位：mm）4其受拉翼缘与腹板交界处的应力为:5 = 30 x600x (1250+ 15)+ 9x540x(1250+ 30 + -) = 2.9 xlO7nun32r 24x25003、/600x3(P1 =+ 2(1212，八 /2500 + 30、，540x93 八 一八，2500 + 9 、卜 30x600x() +9x540x (+ 30)12= 1.05 xlO1 Sum4Mi/4 10781.79xlO6o = y =x 1250= 128.35MPaI 1.05 xlO11%4s _ 110

34、8.35 x103x2.9 xlO1.05xl0nx247-=12.75MPaajep = J，+3 J = V128.352+3x12.752 = 130.24MPal.lCTu = 159.5MPa满足规范要求。5.5 横梁整体稳定性验算根据公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-86规定：主梁受压翼缘宽度第27页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计b=600mm,侧向支撑点间距为 1=5.6m。则：=60 =9.33 18 b 600故不需进行整体稳定验算。5.6 刚度验算48E/48E/5x33.6xl0348x2.1xl05xl.525xl07rx 7758.40X 10

35、6= 111179 600L/6截面:丝旦+3上3I 48E7 V 25 I )5x33.6x103x7758.4x1()63x(L525-0.889)48x2.1xl05xl.525xl0n25x1.52511124a =145MPa ,满足要求。第28页共35页哈尔滨工业大学（威海）钢结构课程设计4截面:A/= 10781.79kN-in, / = 1108.35kN 410781.79x1()61.05 xlO1110781.79x1()61.05 xlO11xl250= 128MPa5 = 30 x600 x (1250+ 15)+ 540x9x(1250+ 30 + -) = 2.9 xlO7mm321108.35 xl()3x2.9xl071.05x10hx24=12.75MPa。川 + L2-aCT .4