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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：5.5m；4、设计荷载1）汽车荷载 汽15级，满载8m3混凝土，车轮荷载分布如图（一），前轮轴重5t，后轮轴重30t，认为8m3混凝土完全由后轮承载。前轮着地面积为0.25m0.2m，后轮着地面积为0.5m0.2m。2）冲击系数 由于限制车速，故取冲击系数为1.1；5、结构材料 钢结构采用A3钢，焊条采用T422；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5.5m；3、 桁架高度：h=L/8=12/8=1.5m，在L/8L/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=36.9，在3555范围之内。（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5.5m；纵梁支承在横梁上，其跨度为横梁间距2m，纵梁采用50cm间距，桥面板为厚度18mm的A3钢板。（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l150cm，横梁间距l2=200cm，汽15级最大轮压P15000Kg，后轮着地宽度b50cm，长度c20cm，d（202+502）1/253.9cm，当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，查表得到， ,又因为，则：故每厘米宽度桥面板的最大弯矩为均布荷载作用下，平行于板条矩边的跨中最大弯矩，本设计不考虑均布荷载，故。所以桥面厚度，取1.8cm。（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8m3混凝土，后轮轴重为10t，混凝土按20t计，则每个轮压为，冲击系数为1.1。静荷载q：桥面自重：纵梁自重（估计选用I22b）：故最大弯矩为最大剪力为2、截面选择与验算需要截面矩选择型钢I22b，实有，弯应力强度验算：，安全剪应力强度验算：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：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，计算跨度为两主桁得中距，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0.5m时，横梁上产生最大剪力，计算简图如图（五）。P=15000Kg，则：(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0.25m宽度，在横梁两边各取1m长度，则矩块如下图（六）。 桥面板自重：纵梁自重：横梁初估计选用型钢I50c：那么，2、截面选择需要，实际有，3、截面验算（1）强度验算弯应力 ，可以。剪应力 ，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 b、恒载作用那么，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d2m，桁高h1.5m，斜杆倾角，桥面宽B5.5m。计算简图如图（七）所示。（二）节点荷载1、恒载钢桥自重：结构自重的节点荷载：2、汽车荷载每个前轮轴重2.5t，每个后轮轴重为，车轮靠近桁架0.5m时，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）。当时，桁架的内力如图（十）所示。2、汽车荷载当车轮靠近桁架0.5m时，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。A点反力 G点反力 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（十四）所示。由于此桁为对称结构，且取各杆件的最大内力值，汇于图（十五）中。3、内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。（四）杆件截面选择1、上弦BC、CD杆选用两片等肢角钢焊接的截面形式，节点板采用厚度A3钢板。假定，查表得到稳定系数，按照上弦杆最大压力计算，则每个角钢的截面积选择，则，查表得那么，满足要求。2、下弦杆Ab，bc、cd采用两根角钢形式，假定下弦全长截面不变，按下弦最大内力计算，则每个角钢面积选择，则， 那么，满足要求。（3）竖杆Bb、Cc、Dd采用两根角钢 形式，同样按照竖杆中最大内力设计计算。每个角钢的面积为选择，则， 那么，满足要求。（4）端斜杆AB设，查表得到稳定系数，则单个角钢截面积选择，则，查表得那么，满足要求。（5）斜杆Bc最大内力计算，则每个角钢面积选择，则， 那么，满足要求。（6）斜杆Dc设，查表得到稳定系数，则单个角钢截面积考虑到长细比及稳定性的要求，同样选择，则，查表得那么，满足要求。将所选择的杆件型号汇于下表1中。27表1 桁架杆件截面选择表杆件计算长度（cm）计算内力1000(Kg)角钢尺寸截面积A（cm2）回转半径（cm）长细比计算应力名称编号lxlyixiyxyKg/cm2上弦BC200200-49.722根1001245.63.034.5666.0 43.90.8111344CD200200下弦Ab20020031.512根901034.342.744.1373.0 48.41592.6bc20020031.51cd20020054.69斜杆AB250250-39.332根110834.483.44.8873.5 51.30.7721477.7Bc25025029.472根90827.892.764.0990.661.11056.7cD250250-19.62根90827.892.764.0990.6 61.10.6691050.5竖杆Bb15015022.332根70821.333.33.345.5 45.51046.7Cc1501500Dd15015022.33（五）节点焊接计算节点板厚度采用10mm，焊条采用T422，贴角焊缝容许应力。1、上弦BC、CD杆，选用截面为，每个角钢需焊缝面积肢背和肢尖的焊缝按0.7和0.3分配，则：肢背焊缝面积肢尖焊缝面积设肢背焊缝宽度 ，肢尖焊缝宽度 ，那么：肢背焊缝长度 ，取18cm肢尖焊缝长度 ，取9cm2、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 汽车荷载 后轮 前轮 按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 ，汽车荷载 ， 其中，挠度单位力作用在跨中时内力每个节点作用单位力时内力汽车荷载作用下的内力为杆件轴向长度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）。则由自重产生的桁架挠度 由汽车荷载引起的桁架挠度 最大挠度 ，满足要求。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（）拟定焊缝尺寸（mm）名称编号肢背肢尖上弦杆BC-49.7220.7214.56.22121801090CD-49.72下弦杆Ab31.5113.139.23.9310140870bc31.5113.139.23.9310140870cd54.6922.815.966.84102308130斜杆AB-39.3316.411.54.982056120Bc29.4712.38.63.78160690cD-19.68.175.722.458110660竖杆Bb22.339.36.52.86160670Cc0Dd22.33表3 挠度验算计算表杆件截面积A()(cm)（t）名称编号上弦BC45.62004.39-4/3-16/3-28.831.19168.42FE-4/3-16/3-30.431.19177.78CD-4/3-16/3-28.831.19168.42ED-4/3-16/3-30.431.19177.78下弦Ab34.342005.822/310/314.412.9455.91Gf2/310/317.612.9468.34bc2/310/314.412.9455.91fe2/310/317.612.9468.34cd2643.269.89503.2ed2643.269.89503.2竖杆Bb21.331507.0301000Cc00000Dd1120.47.03143.46Ee00000Ff013.600斜杆AB34.482507.25-5/6-5/6-1825.18108.76GF34.487.25-5/6-5/6-2225.18132.93Bc27.898.965/65/21818.67134.46Fe27.898.965/65/21618.67119.52Dc27.898.96-5/6-5/6-186.22134.46De27.898.96-5/6-5/6-166.22119.52423.52840.4五、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。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。，取，BCD部分为A3钢实腹板，AB杆：采用，,，AC杆：（桁架竖杆）拉力N=22330+3000=25330Kg，压力N=3000Kg采用十字形组合截面，横梁验算侧向推力P在横梁中的弯矩则横梁的最大弯矩横梁I50c的W2080cm3，I=50640cm4，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则在下弦杆中产生的最大拉力为则在下弦杆中的最大拉应力为，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，斜杆最大拉力为采用，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，由值确定。， ，计算图式如下图（二十）。AB杆：采用，单位力作用于上弦时，I50c：，上弦单个角钢，则2时，查系数表，满足要求。六、钢桥支座采用混凝土条形基础作为钢桥的支座，在条形基础两主桁的对应位置上预埋2cm厚的A3钢板条，钢桥的主桁直接焊接在预埋的钢板上，焊接方法采用满焊形式。下面就条形混凝土基础进行设计计算。拟定条形混凝土基础的尺寸为7.5m1m1m，预埋钢板尺寸为0.50.5m，则基础底面积为7.5cm2。桥身自重为193.50KN，同时按汽车后轮轮载作用在基础上，前轮轮载作用在钢桥上时的最不利荷载组合进行验算。汽车满载时，后轮轮压为30t，前轮轮压为10t，计算图式如下图（二十一）。那么在A点的支座反力为，则在A点支座处最不利荷载组合为另，条形基础的自重为，所以，作用于基础底部岩石上的压应力为,满足要求。为了加强条形基础的稳定性，在基础与岩石间采用锚杆固定，锚杆上下布置为两排，间距40cm，横向间距40cm，呈梅花状布置。条形基础的具体布置见附图A。最后将所用材料统计于下表4中。表4 材料