临时钢性通道桥建设设计书

1 临时钢性通道桥建设设计书 一、 设计资料 1、结构形式 ：采用下乘式钢性桁架结构； 2、净跨度： 12m； 3、宽度： 4、设计荷载 1）汽车荷载 汽 15 级，满载 8凝土，车轮荷载分布如图（一），前轮轴重 5t，后轮轴重 30t，认为 8凝土完全由后轮承载。前轮着地面积为 轮着地面积为 2）冲击系数 由于限制车速，故取冲击系数为 5、结构材料 钢结构采用 ，焊条采用 6、制造条件 工地制造，全部焊接； 7、容许最大长细比 主要构件： 100（受压）、 130（受拉） 次要构件： 130（受压）、 180（受拉） 联结系： 150（受压）、 200（受拉） 二、 钢桥的造型及布置 （一） 主梁形式 选择焊接平行弦杆桁架式主梁，为了使结构受力明确，材料集中使用，采用双主梁式。 （二） 钢桥的基本尺寸 2 本桥的基本尺寸如图（二）所示。 1、 跨度：采用单跨 12m，桥面无纵坡； 2、 桥面宽度：采用 1：13、 桁架高度： h=L/8=12/8= L/8 L/15 范围之内； 4、 桁架节间长度：采用 6 个节间，节间长度 a=12/6=2m，满足节间数为偶数且斜杆倾角 =在 35 55范围之内。 3 （三） 桥面系的梁格形式和布置 桥面系采用复式梁格，布置纵梁和横梁，梁格为迭接形式。横梁布置在主桁架设有竖杆的节点上，则横梁的间距为主桁的节间长度 2m，其跨度等于两主桁中心距离 梁支承在横梁上，其跨度为横梁间距 2m，纵梁采用 50距，桥面板为厚度 18 板。 （四）联结系的布置 1、纵向联结系 受通车净空条件限制，不能设置上平纵联，故 在两主桁下弦杆之间的平面内设置下平纵联，用以增加桥身的抗扭刚度，下平纵联采用交叉腹杆式。 2、横向联结系 由于使用要求，在两主桁之间的横剖面上不允许布置横向联结系，为了保证主桁架上弦平面外的稳定性，在主桁架的每个节点位置布置三角撑式的横向联结系。 （五） 支座形式 采用混凝土条形基础，在基础上预埋钢板，用以和主桁焊接。 三、 桥面系设计 （一）桥面板设计 桥面板设计简图如图（三） 纵梁间距 50梁间距 00 15 级最大轮压 P 15000轮着地宽度 b 50度 c 20d（ 202+502） 1/2 后轮作用于板跨中央时，在该处产生最大弯矩。 纵梁与横梁迭接，故认为21， ，查表得到 ， ， ， ,又因为 ， 则： t 4 14( 2 l g ) (1 ) ( ) (1 )8x d 1 5 0 0 0 4 5 0( 2 l g 3 1 . 4 2 7 ) ( 1 0 . 3 ) ( 1 . 0 0 . 4 7 5 ) ( 1 0 . 3 )8 5 3 . 91552 K g c m 14( 2 l g ) (1 ) ( ) (1 )8y d 1 5 0 0 0 4 5 0( 2 l g 3 1 . 4 2 7 ) ( 1 0 . 3 ) ( 1 . 0 0 . 4 7 5 ) ( 1 0 . 3 )8 5 3 . 91 1 1 3 . 3 K g c m 故每厘米宽度桥面板的最大弯矩 m a x 10 . 5 ( 1 . 1 ) 0 . 5 1 . 1 1 5 5 2 8 5 3 . 6 M K g c m 1行于板条矩边的跨中最大弯矩，本设计不考虑均布荷载，故1 0M 。 所 以桥面厚度 m a 8 5 3 . 6 1 7 0 0 1 . 7 4M c m ， 取 （二）纵梁设计 1、荷载分析及内力计算 由于汽车前后轮距为 4m，且后轮承压大，取后轮计算。当后轮作用于两相邻横梁间的纵梁跨中位置时，为弯矩最不利情况，此时在纵梁上产生最大弯矩；当后轮作用于靠近梁端时，纵梁支承端产生最大剪力。设相邻两横梁间的纵梁段为两端固定形式，轮载作用示意图及计算简图如图（四）。 活荷载 P： 汽车 15 级，另满载 8凝土，后轮轴重为 10t，混凝土按 20t 计，则每个轮压为， 1 0 2 0 1 5 1 5 0 0 02P t K g ， 冲击系数为 静荷载 q： 桥面自重：1 0 . 0 1 8 0 . 5 7 8 5 0 7 0 . 6 5q K g m 纵梁自重（估计选用 2 )q K g m 查 表 得 5 12 7 0 . 6 5 3 6 . 5 1 0 7 . 2q q q K g m 故最大弯矩为 2m a 1 1 . 1 1 5 0 0 0 2 1 0 7 . 2 4 4 1 7 8 . 68 8 8 8P l q g m 最大剪力为 m a x 1 . 1 2 1 . 1 1 5 0 0 0 1 0 7 . 2 1 6 6 0 7 . 2Q P q l K g ab 面选择与验算 需要截面矩 3m a x 4 1 7 8 . 6 1 0 0 2 4 5 . 81700MW c m 选择型钢 有 33 2 5 7W ， 43 5 8 3 , 0 . 9 5I c m c m， 1 8 弯应力强度验算： 2m a x 4 1 7 8 . 6 1 0 0 1 2 8 2 . 8 5 1 7 0 03 2 5 . 7 2 7M K g c ， 安全 6 剪应力强度验算： 21 6 6 0 7 . 2 9 3 4 . 8 1 0 0 01 8 . 7 0 . 9 5 g c 整体稳定性验算：因纵梁与桥面板相联结，不致丧失整体稳定性，故不必验算。 挠度验算： 341 9 2 3 8 4P l q I E I 34681 5 0 0 0 2 0 0 1 0 7 . 2 2 0 01 9 2 2 . 1 1 0 3 5 8 3 3 8 4 2 . 1 1 0 3 5 8 32000 . 0 8 4 c m f 0 . 8 c 0 2 5 0L 容许。 （三）横梁设计 横梁为支承在两主桁的节点上，按简支梁计算，横梁得间距为 2m。 1、内力计算 （ 1）汽车荷载 当汽车后轮的合力与后轮对称于横梁跨中时，在横梁上离跨中较近的后轮位置产生最大弯矩，且当一个后轮离桥面边缘为 ，横梁上产生最大剪力，计算简图如图（五）。 5000 ，则： m a x 1 1 . 1 1 5 0 0 0 ( 3 . 2 1 . 4 ) 2 . 3 3 1 7 4 05 . 5M K g m 7 m a x 2 1 . 1 1 5 0 0 0 ( 1 . 8 3 . 2 1 . 8 ) 2 0 4 0 05 . 5Q K g m (2)恒载 桥面板和纵梁得自重是通过纵梁作用在横梁上，由于纵梁布置较密，故按均布荷载计算，在纵梁两边各取 度，在横梁两边各取 1m 长度，则矩块如下图（六）。 1 4 1 q K g m纵梁自重：2 7 3 /q Kg m横梁初估计选用型钢 1 0 9 /q K g m12 3 1 4 1 . 3 7 3 1 0 9 . 3 5 3 7 . 9 /0 . 5 0 . 5q K g m 22m a x 2 11 5 3 7 . 9 5 . 5 2 0 3 488M q l K g m m a x 2 11 5 3 7 . 9 5 . 5 1 4 7 922Q q l K g 那么， m a x m a x 1 m a x 2m a x 1 m a x 2m a 7 4 0 2 0 3 4 3 3 7 7 42 0 4 0 0 1 4 7 9 2 1 8 7 9M M M K g Q K g 2、截面选择 需要 m a x 33377400 1 9 8 6 . 71700MW c m ， 实际有 32080W ， 450640I ， 8 3、截面验算 （ 1）强度验算 弯应力 m a x 223377400 1 6 2 3 . 7 5 / 1 7 0 0 /2080M K g c m K g c ，可以。 剪应力 m a x 2221879 3 2 7 / 1 0 0 0 /4 1 . 8 1 . 6 g c m K g c ，可以 （ 2）整体稳定性验算 由于采用迭接焊接形式，横梁与纵梁及桥面板形成整体，不必验算。 （ 3）挠度验算 a、汽车荷载作用（取使横梁产生最大弯矩的轮载位置） 在两轮压 P 作用下，跨中挠度 2 2 3 2 31 ( 2 ) 4 26 a c l a l a a c l 2 2 3 2 361 5 0 0 0 2 3 0 ( 2 2 3 0 1 4 0 ) 5 5 0 4 2 3 0 5 5 0 2 2 3 0 2 3 0 1 4 0 1 4 06 2 . 1 1 0 5 0 6 4 0 5 5 0 b、恒载作用 442 85 5 5 3 7 . 9 5 5 0 0 . 0 63 8 4 3 8 4 2 . 1 1 0 5 0 6 4 0c 那么， 12 5500 . 7 8 0 . 0 6 0 . 8 4 2 . 22 5 0 2 5 0lf f f c m f c m ，满足要求。 四、主桁架设计 （一）主桁的计算简图 主桁采用简支平行弦桁架，腹杆布置为三角形附加竖杆式。计算跨长 L=12m，节间长度 d 2m，桁高 h 杆倾角 ，桥面宽 B 算简图如图（七）所示。 （二）节点荷载 1、恒载 钢桥自重： 23 5 0 /q K g m 9 结构自重的节点荷载：1 1 0 . 5 0 . 3 5 2 5 . 5 1 . 9 2 52P q d B t m 车荷载 每个前轮轴重 个后轮轴重为 10 20 152 t ，车轮靠近桁架 ，对桁架内力产生最大的影响，如图（八）。 （三）杆力计 算 1、恒载 桁架每个节点作用 P 时的杆件内力如下图九（桁架杆件内力系数）。 m m 10 当1 1 5P P t时，桁架的内力如图（十）所示。 2、汽车荷载 当车轮靠近桁架 ，对桁架内力产生最大的影响，如图（八）所示。分别计算后轮作用于不同节点时桁架的杆件内力，车轮位置如图（十一）所示。 当 后轮作用于 b 节点时，各杆件内力如图（十二）所示。 b 反力 2 0 . 4 1 0 3 . 6 6 1 8 . 812 G 点反力 2 0 . 4 2 3 . 6 6 5 . 212G 同样地，计算初后轮作用于 c、 d 两节点处时桁架杆件内力，如图（十三）、图（十 11 四）所示。 c td 取各杆件的最大内力值，汇于图（十五）中。 力组合 将恒载与活载产生的最不利内力进行叠加，由于结构对称，取一半结构即可，汇于图（十六）中。 t 12 （四）杆件截面选择 1、上弦 选用两片等肢角钢焊接 的截面形式，节点板采用 10 厚度 板。 假定 65 ，查表得到稳定系数 ， 按照上弦杆最大压力m a x 4 9 计算，则每个角钢的截面积 2m a x 49720 1 7 . 9 22 0 . 8 1 6 1 7 0 0 2NA c m 选择 2 100 12L ， ， 1 7 g Kg m ， 0 200l ， 10 ， 则， 2 2 2 20 1( ) 3 . 0 3 ( 2 . 9 1 ) 4 . 5 622i z c m 200 6 6 1 0 03 . 0 3x ，查表得 200 4 3 . 9 1 0 04 . 5 6y 那么，22m a x 49720 1 3 4 4 / 1 7 0 0 /2 2 2 2 . 8 0 . 8 1 1N K g c m K g c ，满足要求。 2、下弦杆 用两根角钢 形式，假定下弦全长截面不变，按下弦最大内力m 4 算，则每个角钢面积 2m a x 54690 1 6 . 12 1 7 0 0 2NA c m 选择 2 90 10L ， ， 1 3 g Kg m ， 0 200l ， 10 ， 则， 2212 . 7 4 ( 2 . 5 9 ) 4 . 1 32yi c m 200 7 3 . 0 1 0 02 . 7 4x ， 200 4 8 . 4 1 0 04 . 1 3y 13 那么， 22m a x 54690 1 5 9 2 . 6 / 1 7 0 0 /2 2 2 2 . 8N K g c m K g c ，满足要求。 （ 3）竖杆 用两根角钢 形式，同样按照竖杆中最大内力m 2 计计算。每个角钢的面积为 2m a x 22330 6 . 5 72 1 7 0 0 2NA c m 选择 2 70 8L ， 21 0 7A ， 8 3 /g K g m ， 0 150l ， 10 ， 则， 22 12 . 1 2 ( 2 . 0 3 ) 3 . 32i c m 150 4 5 . 5 1 0 03 . 3 ， 那么， 22m a x 22330 1 0 4 6 . 7 / 1 7 0 0 /2 2 1 0 . 6 6 7N K g c m K g c ，满足要求。 （ 4）端斜杆 AB m a x 3 9 设 65 ，查表得到稳定系数 ，则单个角钢截面积 2m a x 39330 1 4 . 1 82 0 . 8 1 6 1 7 0 0 2NA c m 选择 2 110 8L ， 21 7 8A ， 1 3 2 /g K g m ， 0 250l ， 10 ， 则， 2 2 2 20 1( ) 3 . 4 ( 3 . 0 1 ) 4 . 8 822i z c m 250 7 3 . 5 1 0 03 . 4x ，查表得 250 5 1 . 3 1 0 04 . 8 8y 那么，22m a x 39330 1 4 7 7 . 7 / 1 7 0 0 /2 2 1 7 . 3 8 2 0 . 7 7 2N K g c m K g c ，满足要求。 14 （ 5）斜杆 大内力m 9 算，则每个角钢面积 2m a x 29470 8 . 6 72 1 7 0 0 2NA c m 选择 2 90 8L ， 21 3 4A ， 1 0 6 /g K g m ， 0 250l ， 10 ， 则， 2212 . 7 6 ( 2 . 5 2 ) 4 . 0 92yi c m 200 9 0 . 6 1 0 02 . 7 6x ， 200 6 1 . 1 1 0 04 . 0 9y 那么， 22m a x 29470 1 0 5 6 . 7 / 1 7 0 0 /2 2 1 3 . 9 4 4N K g c m K g c ，满足要求。 （ 6）斜杆 Dc m 9 设 65 ，查表得到稳定系数 ，则单个角钢截面积 2m a x 19600 7 . 0 62 0 . 8 1 6 1 7 0 0 2NA c m 考虑到长细比及稳定性的要求，同样选择 2 90 8L ， 21 3 4A ，1 0 6 /g K g m ， ， 0 ， 250l ， 10 ， 则， 2 2 2 20 1( ) 2 . 7 6 ( 2 . 5 2 ) 4 . 0 922i z c m 250 9 0 . 6 1 0 02 . 7 6x ，查表得 250 5 1 . 3 1 0 04 . 0 9y 那么，22m a x 19600 1 0 5 0 . 5 / 1 7 0 0 /2 2 1 3 . 9 4 4 0 . 6 6 9N K g c m K g c ，满足要求。 将所选择的杆件型号汇于下表 1 中。 15 表 1 桁架杆件截面选择表 杆件 计算长度 （ 计算内力1000(角钢尺寸 截面积A（ 回转半径（ 长细比 计算应力 名称 编号 lx ly ix x y Kg/弦 00 200 根 100 12 344 00 200 下弦 00 200 根 90 10 1592.6 00 200 00 200 杆 50 250 根 110 8 c 250 250 根 90 8 1056.7 50 250 根 90 8 杆 50 150 根 70 8 c 150 150 0 50 150 16 （五）节点焊接计算 节点板厚度采用 10条采用 角焊缝容许应力 21 2 0 0 /K g 。 1、上弦 ， 选用截面为 2 100 12L ， 每个角钢需焊缝面积 249720 2 0 . 7 22 1 2 0 0 2j NA c m 肢背和肢尖的焊缝 按 配，则： 肢背焊缝面积 120 . 7 2 0 . 7 2 1 4 . 5jA c m 肢尖焊缝面积 220 . 3 2 0 . 7 2 6 . 2 2jA c m 设肢背焊缝宽度 1 12jh 肢尖焊缝宽度 2 10jh 那么： 肢背焊缝长度 1111 4 . 5 1 7 . 2 60 . 7 1 . 2 0 . 7c ，取 18尖焊缝长度 2226 . 2 2 8 . 8 90 . 7 1 0 . 7c ， 取 9、其它杆件的计算过程同上，将其 结果汇于下表 2 中。 （六）挠度验算 结构自重节点荷载 1 车荷载 后轮 2 轮 3 汽车后轮位于跨中节点 d 时计算主桁挠度，挠度计算按照桁架变位计算公式 自重 111 S ，汽车荷载 12 ， 其中， f 挠度 1S 单位力作用在跨中时内力 每个节点作用单位力时内力 17 汽车荷载作用下的内力 l 为杆件轴向长度 A 杆件的截面积 E 杆件的弹模 计算过程见下表 3，计算图式见图（十七）。 ab q 计算图式则由自重产生的桁架挠度 31 61 . 9 2 5 1 04 2 3 . 5 0 . 3 92 . 1 1 0f c m 由汽车荷载引起的桁架挠度 32 62 8 4 0 . 8 1 01 . 3 52 . 1 1 0f c m 最大挠度 12000 . 3 9 1 . 3 5 1 . 7 4 3400if f c m f c m ，满足要求。 18 表 2 桁架杆件焊缝计算表 杆件 计算内力 （ t） 角钢尺寸 每个角钢所需焊缝面积（ 2 拟定焊缝尺寸（ 名称 编号 肢背 肢尖 上弦杆 100 12L 2 180 10 90 弦杆 90 10L 0 140 8 70 0 140 8 70 0 230 8 130 斜杆 110 8L 205 6 120 90 8L 160 6 90 90 8L 110 6 60 竖杆 70 8L 160 6 70 19 表 3 挠度验算计算表 杆件 截面积 A( 2 l (（ t） 1 名称 编号 上弦 00 4/3 E D D 弦 00 20 五、联结系设计 （一）横向联结系计算 本钢桥采用敞开下承式桁架，为了增加侧向刚度和抗扭刚度，减小上弦杆的自由长度，保证受压杆件的稳定性，在桁架的每个节点上布置三角支撑式横向联结系，组成开口钢架，如图（十八）所示。 1：1开口钢架的底部即为桥面系横梁，两侧杆为桁架竖杆，用斜撑杆加固以增加抗弯能力。开口钢架在受侧向力时，支承在下弦平面纵向联结系上，开口钢架应能承受作用在其顶上的侧推力，其值等于 2弦杆最大压力。 2 % 2 % 4 9 . 7 2 0 . 9 9P N t ， 取 1 t 1 0 0 0 K 33 1 5 0 1 1 2 . 544h c m ， 3 7 . 5B C C Dl l c m 2 2 2 21 1 2 . 5 3 7 . 5 1 1 8 . 6A B A C B Cl l l c m 分为 实腹板， 10 221 0 0 0 1 3 3 1 7 0 g 1 0 0 0 3 3 0 0 0 g ：采用 50 6L ， ，0 01 1 8 . 6 1 2 1 . 0 2 0 00 . 9 8 ， 223170 1 2 1 4 / 0 . 8 5 1 4 4 5 /0 . 4 5 9 5 . 6 8 7 g c m K g c 21 ：（桁架竖杆） 拉力 N=22330+3000=25330力 N=3000用 2 70 8L 十字形组合截面 22 1 0 . 6 6 5 2 1 . 3 3A c m ， 3 i ， 1 1 2 . 5 3 4 . 13 . 3i ， 2225330 1 1 8 7 . 5 / 1 7 0 0 /2 1 . 3 3 K g c m K g c m 223000 1 4 8 . 5 / 1 7 0 0 /2 1 . 3 3 0 . 9 4 7 K g c m K g c m 横梁验算 侧向推力 P 在横梁中的弯矩 1 1 5 0 5 0 1 0 0 0 (1 5 0 2 5 ) 1 2 5 0 0 02M P K g c m 则横梁的最大弯矩 3 3 7 7 4 0 0 1 2 5 0 0 0 3 5 0 2 4 0 0M K g c m 横梁 W 2080I=50640 223502400 1 6 8 3 / 1 7 0 0 /2080 K g c m K g c m ， 满足要求。 （二）纵向联结系 纵向联结系设在下弦平面内，其弦杆即为两主桁的下弦杆，竖杆为横梁，另布置交叉腹杆，形成米字腹杆体系，如图（十九）所示。 纵向联结系的作用是为了增加钢桥的侧向刚度和抗扭刚度，承受横向荷载，这里 22 只考虑上弦失稳时的偶然荷载。由于上弦失稳而在下弦产生的侧向节点荷载按2的上弦最大压力计算 3m a 0 . 0 2 4 9 . 7 2 1 0 1 0 0 0 K 上 弦 则在下弦杆中产生的最大拉 力为 116 6 1 0 0 0 1 288 1 6 3 6 5 5 . 5 则在下弦杆中的最大拉应力为 225 4 6 9 0 + 1 6 3 6= 1 6 4 0 g / c m 1 7 0 0 /3 4 . 3 4 K K g c m ， 满足要求。 交叉腹杆只考虑受拉斜杆那有效，受压斜杆因失稳而不起作用，斜杆最大拉力为 1 5 5 1 0 0 0 6 . 8 30912 s i n 2 5 . 5 g 23091 1 . 8 21700NA c m 采用 50 6L ， 223091 5 4 3 / 1 7 0 0 /5 . 6 8 7N K g c m K g c ， 满足要求。 （三）主桁架上弦杆的侧向稳定性验算 半穿式钢桥主桁的受压弦杆应按中心受压杆验算在桁架平面外的稳定性，其自由长度0， 由 值确定。 416 ， 3 2 23 2 2b i h B E I E A E I ， 计算图式如下图（二十）。 1：13 ：采用 50 6L ， ， 单位力作用于上弦时 ， 3450640bI 1 5 0 2 5 1 2 5h c m ， 550B 2 22 E I 2 2 23 . 1 6 1 1 8 . 6 3 . 0 1 1 2 . 5 1 2 5 5 5 05 . 6 8 7 2 1 . 3 3 2 5 0 6 4 0333E