西南交大峨眉校区钢桥课程设计(共39页).doc

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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+(50- 42)0.2m=81.6m，钢梁分10个节间，节间长度d=L/10=8.16m，主桁高度H=11d/8=118.16/8=11.22m，主桁中心距B=6.4m，纵梁中心距b=2.0m，纵联计算宽度B0=5.95m，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ZG35II、辊轴

2、采用35号锻钢。4 活载等级：中活载。5恒载（1）主桁计算桥面p1=10kN/m，桥面系p2=6.29kN/m，主桁架p3=14.51kN/m，联结系p4=2.74kN/m，检查设备p5=1.02kN/m，螺栓、螺母和垫圈p6=0.02（p2+ p3+ p4），焊缝p7=0.015（p2+ p3+ p4）;（2）纵梁、横梁计算纵梁（每线）p8=4.73kN/m（未包括桥面），横梁（每片）p9=2.10kN/m。6风力强度W0=1.25kPa，K1K2K3=1.0。7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P=200k

3、N，抗滑移系数0=0.45。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P=10+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（1）弦杆 影响线最大纵距 影响线面积 A1A

4、3：l116.32，l265.28，0.2 y=-8.16228.1681.611.22=-1.1636=1281.61.1636=-47.4749E2E4: l124.48， l257.12，0.3， y=-8.16238.1681.611.22=1.5273 =1281.61.5273=62.31384其余弦杆计算方法同上,计算结果列于下表中。（2）斜杆， ， sin=HA1E0=0.8087E0A1：l10，l273.44，0.1y=1081.60.8087=0 =0y=-10.981.681.60.8087=-1.1129 =-121.112881.6=-45.4062=+=0-45.

5、4062=-45.4062A1E2：l18.16，l265.52，0.1y=-10.181.681.60.8087=-0.1237 =-12(0.9067+8.16)0.1237=-0.5608y=-10.881.681.60.8087=0.9892 =-12(7.2533+88.16)0.9892=36.2267=+=-0.5608+36.2267=35.7059其余杆件按上述方法计算 (3)吊杆y=1 =1218.162=8.163 恒载内力Np=p例如：E0A1: Np=18-45.4062=-817.3116E4A5: Np=18-5.0459=-90.8262A5E5: Np=18-

6、8.16=146.8800其余杆件Np按上述方法计算4列车横向摇摆力(1) 根据桥规4.3.8规定，横向摇摆力取100kN，作为一个集中荷载取最不利位置，以水平放心垂直线路中心线作用于钢轨顶面。钢规给出了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。故上平纵联所受的荷载PH上=0.2100=20kn下平纵联所受的荷载PH下=1.0100=100kn(2) 摇摆力作用下弦杆内力：上弦杆A1A3对O点的力矩影响线纵距y=L1L2L上= 12.2453.0465.28=9.945M=209.945=198.9Nn=MB=198.96.4=31.0781下弦杆E0

7、E2对O点的力矩影响线纵距y=L1L2L下= 12.2469.3681.4=10.404M=10010.404=1040.4Nn=MB=1040.46.4=162.5625下弦杆E2E4对O点的力矩影响线纵距y=L1L2L下= 28.5653.0481.4=18.564M=10018.564=1856.4Nn=MB=1856.46.4=290.0625其余杆件Nn按上述方法计算5 活载内力(1)换算均布活载 k按及加载长度 l 查表，再用内插法可以求得， 例如E2E4：=0.3 l=81.6 k=89.86242=44.9312A1E2：=0.1 l=9.0667 k=153.94122=76

8、.9706 l=72.5333 k=95.94292=47.9715A1E1：=0.5 l=16.32 k=118.08272=59.0414其余杆件K按上述方法计算（2）冲击系数弦杆、斜杆：1+=1+2840+L=1+2840+81.6=1.2303吊杆：1+=1+2840+L=1+2840+16.32=1.49716（3）静活载内力 NkNk=k例如：E0A1: =0.3 E4A5: Nk=53.90888.9688=483.4972 Nk=52.0167-14.0147=-728.9984A5E5: Nk=59.04148.16=481.7774其余杆件Nk按上述方法计算(4)活载发展均

9、衡系数值的计算活载发展均衡系数：max=PK0.5(1+), max为跨中弦杆E4E4的值，max=0.3326 于是即可计算杆件的，例如E0A1: =1+160.3326-0.1838=1.0248E4A5: =1+160.3326+0.1378=1.0783 =1+160.3326-0.0938=1.0398A5E5:=1+160.3326+0.2036=1.0215其余杆件按上述方法计算第二节 横向附加力作用下的主桁内力计算1.横向力作用下的平纵联弦杆的内力计算（1）横向风力按照桥规，W=K1K2K3W0式中W0=V21.6，现在采用W0=1250PaK1K2K3=1.0 则W=1250

10、Pa （无车时）桥上有车时W=0.8W=0.81250=1000Pa(1) 上平纵联所受风力强度按桥上有车时计算W上=0.812500.50.411.22+0.21.69+3.00.6=2.8068KNm.上弦杆A1A3对O点的力矩影响线纵距y=L1L2L上= 12.2453.0465.28=9.945=12yl=129.94565.28=324.6048Nw=M0B=2.8086324.60486.4=142.4508.上弦杆A3A5对O点的力矩影响线纵距y=L1L2L上= 28.5636.7265.28=16.065=12yl=1216.06565.28=524.3616Nw=M0B=2.

11、8086524.36166.4=229.9653(1) 下平纵联所受风力强度按桥上有车时计算W下=0.812500.50.411.22+11.69+3.00.6=5.058KNm.下弦杆E0E2对O点的力矩影响线纵距y=L1L2L下= 12.2469.3681.4=10.404=12yl=1210.40481.6=424.4832Nw=M0B=5.058424.48326.4=335.4744下弦杆E2E4对O点的力矩影响线纵距y=L1L2L下= 28.5653.0481.4=18.564=12yl=1218.56481.6=757.4112Nw=M0B=5.058757.41126.4=59

12、8.5915其余杆件Nw按上述方法计算2.桥门架效应桥门架所受总风力：Hw=122.806865.28=93.4418腿杆反弯点位置：l0=c2c+2l2c+l=8.0428.04+213.873528.04+13.8735=4.8029腿杆竖向反力：V=Hwl-l0B=93.8735-4.80296.4=132.4333下弦杆承受的纵向水平力：Nw=Vcos=132.4338.1613.8735=77.8935端斜杆所受附加弯矩：Mf=Hwc-l02=93.44188.04-4.80292=151.2404式中Mk端斜杆与端节点板连接处的弯矩，可近似地计算至横梁中心，即Mk=Hw2l0-h横

13、2=93.8029-1.292=194.2608h横横梁高度=1.29m 计算结果列与附表中第三节 制动力作用下的主桁杆件内力计算求下弦杆E0E2所受的制动力将活载作书上图所示的布置，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，为产生最大杆力的活载布置位置。Raa=Rbb故5220+92x8.16=9230-x+8043.44+x73.44解出：x=-4.3628m故桥上活载总重 =5220+3092+43.44-4.362880=6986.176kn 制动力T=6986.1767%=489.0323kn因制动力而产生的内力Nt=T2=489.03232=244.5162

14、同理可以算出E2E4Raa=Rbb故5220+92x24.48=9230-x+8027.12+x57.12解出：x=10.4247m故桥上活载总重 =5220+3092+27.12+10.424780=6863.576kn 制动力T=6863.5767%=480.4503kn因制动力而产生的内力Nt=T2=480.45032=240.2252kn其余杆件E4E4的Nt按上述方法计算5、内力组合N1=Np+(1+)Nk其余杆件NII NII 按上NIII NIII述方法计算第三章 主桁杆件截面设计第一节 下弦杆截面设计一、中间下弦杆 E4E41、初选杆件截面选用腹板 1-41224翼缘 2-46

15、036每侧有 4 排栓孔，孔径 d23cm; 毛截面 Am2463.641.22.4430.08cm2栓孔削弱面积 A243.22.358.88 cm2净截面面积 AjAm-A430.08-58.88371.2 cm22、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，35tmax50mm 板厚 315/3450.913。疲劳强度验算由表 2.1 可知 Nmin1335.287kN、Nmax5349.804kN 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

16、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 1.01.0(147.04-36.6)110.34MPa0.912130.7119.20MPa，通过验算。二、端下弦杆 E0E21初选截面选用腹板 1-43812翼缘 2-46016毛、净截面面积、毛截面惯性矩计算方法同上净截面惯性矩 IyjIy-Iy25963-1.62.34(92+172)20516.6cm42 刚度验算y71.58100，通过验算。3拉力强度验算(1)主力作用NI2031.74kN(2) 主力制动力作用NII2529.77kN已知在制动力对弦杆E0E2所产

17、生的内力NT=244.5162Kn，由于制动力对固定支座铰中心有一定偏心距h=0.37m，故产生附加弯矩M=T2h=244.51620.37=90.4710Knm，该附加弯矩对下弦杆E0E2分配弯矩为：M2=90.47102.59631088.162.59631088.16+8.64210813.8743=30.5887KnmIIj=NIIAj+M2230Ij=2529.7710170.32+30.589230.6=182.82MPa=250MPa4疲劳强度验算由表 2.1 可知 Nmin480.6648kN、Nmax2031.7377kN 得拉拉杆件验算式：故通过验算。第二节上弦杆截面设计以

18、上弦杆A1A3为例。1初选截面选用腹板 1-41218翼缘 2-460242 刚度检算y71.006100，通过验算。3总体稳定验算由 y71.06，查附表4内插求得 10.60211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bt0.14+5翼缘板通过验算同理，设计计算其他上弦杆。第三节 端斜杆截面设计1E0A1初选截面选用腹板 1-41218翼缘 2-60024 截面面积，惯性矩计算方法同上。2刚度验算y52.8242，x40.4341100，通过验算。3总体稳定验算(1)主力作用由 y52.8242，查附表4插值得 10.7272(2)主力横向风

19、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e=Lrxhry=1.812486201.81460154.475=35.461，查表得 1=0.8580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11=1-n1N22EAm=1-1.42926.2768.7452103.1

20、42362.16=0.7418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。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1=1-n1N22EAm=1-1.42793.83368.7452103.142362.16=0.7532局部稳定验算同上，见表3.1。第四节 中间斜杆截面设计以斜杆 E4A5为例。1初选截面腹板 1-42820翼缘 2-46016截面面积、惯性矩计算方法同上。2刚度验算y7

21、7.24，x42.54100，通过验算。3总体稳定验算由 maxy77.24，查表内插得 10.562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。腹板按照钢桥规范，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比腹板5 疲劳检算由上内力计算表 可知 Nmin546.84kN、Nmax-882.77kN 得可知 E4A5为以压为主的拉压杆件，验算公式为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 1-43610、翼缘 2-26012截面面积，惯性矩计算方法同上。2刚度

22、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x42.97，y141.63180，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 Nmax782.63.43kN、Nmin146.88kN，Mmax94.4kN.m、Mmin8.954kN.m 吊杆A1E1净截面积 Aj83.92cm2，毛惯性矩 Imx38224cm4。栓孔惯性矩；净惯性矩IjxImx- Ix38224-554132683 cm2故 rdrn(min-max)1.001.00(15

23、9.69-22.38)135.89MPart01.00130.70130.70 MPa，通过验算。第六节 杆端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；拉杆承载力螺栓数个；拉杆承载力螺栓数个；2压杆杆件承载力 螺栓数个；（至少取7排，共80个）3拉压杆杆件承载力 N

24、=maxAj,Am1=4067.2Kn 螺栓数nNP=4067.252.94=76.81个螺栓杆件承载力 N=maxAj,Am1=3952Kn 螺栓数nNP=.94=74.65个螺栓杆件承载力 N=maxAj,Am1=1678.4Kn 螺栓数nNP=1678.452.94=31.70个螺栓其余各杆计算数据如下表：NAmAj需要螺栓数实际螺栓数E0E22638.4154001319264.3596E2E44684,4278482343290.796E4E46611.23894433056124.9128A1A33622.8374270242260868.481A3A55281.693439904

25、3364899.8104E0A13494.0928290402536075.274A1E23331.2192321665660.6664E2A31989.174198561691274.780A3E42542.814920127124856E4A53097.6180641548876.880A1E12073.6114721036831.744A3E32073.6114721036831.744A5E52073.6114721036831.744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

26、面积大10。根据前面表3-1 计算结果， 杆(2-46016，1-43812)一半净面积为杆(2-46024，1-41218)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4-20032 (一侧两块)，两块内拼接板净面积为内外拼接板净面积为：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：一侧两块内拼接板所需高强螺栓数：3 内拼接板长度内拼接板一侧40个高强度螺栓，排成10排，端距取50mm，其长度为第二节 节点板计算1、撕裂强度检算根据前面计算结果，斜杆A1E2与E2A3的承载力分别为：由于

27、E2节点板平面尺寸对称，所以仅需检算A1E2所引起的撕裂。钢规第9.0.8条规定，节点板任何连接截面的撕裂强度，应较各被连接杆件的强度至少大10%。其中，垂直于被连接杆件中线的截面部分，以及在主力作用下检算主桁节点板法向应力时采用基本容许应力;与被连接杆件中线倾斜相交或平行的截面部分，以及在主力作用下检算主桁节点板剪应力时采用基本容许应力A1E2杆，可能引起的撕裂方式有：1-2-3-5、1-2-3-4、6-2-3-4三种。l6-2=l3-4=687.75mm、l2-3=340mm、l1-2=603.96mm、l3-5=620.83mm第一撕裂面6-2-3-4 lii=3.610-1268.77

28、52000.75+34200=9731.7KN1.1N第二撕裂面1-2-3-4 lii=3.610-168.7750.75200+34200+60.3962000.75=9423.234KN1.1N 第三撕裂面1-2-3-5 lii=3.610-134200+60.3960.75200+62.8030.75200=9100.746KN1.1N 法向应力检算由于上弦杆在节点中断，竖直最弱截面只包括节点板与拼接板面积。1)节点板净截面面积：2）毛截面惯性矩：3）净截面惯性矩： 4）正应力检算：第三节 E0节点弦杆拼接计算1 拼接板截面设计根据前面表3-1 计算结果，E0E2 杆(2-46016，1

29、-43812)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4-20016 (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：n1=N1P=Ap1P=58.882052.94=22.24个至少取6排，共24个一侧两块内拼接板所需高强螺栓数：n2=N2P=Ap2P=49.282052.94=18.61个至少取5排，共20个3 内拼接板长度内拼接板一侧24个高强度螺栓，排成6排，端距取50mm，其长度为根据节点布置的实际需要，最后两块上端内侧

30、内拼接板P1 取200161100，两块下端内侧内拼接板P4 取210161100，满足验算要求。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。跨中单位集中荷载作用下各杆内力分别为弦杆斜杆吊杆：其余竖杆 。式中、 分别为影响线顶点位置及桁高；斜杆与弦杆夹角。恒载产生的挠度：fp=pf1=180.167=3.006cm活载产生的挠度：式中 为影响线长、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

31、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，下弦各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节点应设拱度：fp+0.5fk=3.006+0.57.448=6.73cm钢桁架起拱方法，采用将弦上每个节间伸长d(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。由几何关系，fm=6.73-ax2 为节点到跨中的距离， 单位为m，单位为cma=6.7337.32=0.故fm=6.73-0.x2下表 中给出各节点实设上拱度。第六章 设计总结这次桥梁设计是为跨度为81.6m的下承式简支栓焊钢桁架桥，为完顺利成此次设计，我通过互联网、图书馆、教材查阅

32、了大量资料。与此同时我也复习和巩固了课本知识，每一个计算过程中的挫折都给我留下了深刻印象。通过计算，我更加了解钢桁桥的结构形式和受力方式，更深入的了解了钢桁桥的设计过程。 在设计过程中，由于我对课本知识的熟练程度不够，遇到了许多的问题，不知道从何下手，后来我反思后发现每个设计过程都必须认真分析，一旦用错数据，后果是无法想象的。在选择截面尺寸过程中，由于之前选用的部分截面尺寸达不到要求，则需要从头更改，只要涉及到相关杆件，都得更改，这让我吃尽苦头，重复验算了几次才满足要求。 计算的过程是漫长而又复杂的，计算过程中必须细心，否则一旦出现错误将很难更改。于计算量非常庞大，在计算过程中，我们大量运用了Excel软件进行计算，对Excel也更加熟悉了，例如公式编辑等。 最后，这次设计让我收获颇丰，不仅巩固了我的知识，加深了我的认识，还让我对钢桥这门课有了新的认识，同时在解决问题过程中发现其实与同学们互相探讨问题是一件很有实际意义的事。