钢桥计算书邹越

1 土木工程专业交通土建方向 钢结构课程设计 学生姓名 邹越 学生班级 道桥 141 学 号 14442059 指导教师 秦泗风 设计时间 2017 年 6 月 16 日 至 2017 年 6 月 21 日 2 1 课程设计任务书 钢结构 1 1 课程设计性质及目的 钢结构 是土木工程专业的一门主要专业课程 课程设计的目的是使学生综 合运用本课程所学知识进行整体结构设计 提高学生思考和解决问题能力 通过课 程设计使学生学会钢桁架结构的设计及其施工图的绘制 为今后进行复杂钢结构的 设计和研究等工作打下坚实的基础 1 2 课程设计的要求 1 掌握钢桁架荷载的计算 2 掌握杆件内力的计算和组合 截面选择及构造要求 3 掌握桁架节点设计的原则和要求 主要节点设计及计算和构造 4 掌握钢结构施工图的内容和绘制 1 3 设计任务和设计资料 1 设计任务 某下承式公路桁架桥由两榀主桁架组成 计算跨径 64m 主桁高度 H 8m 节间 长度为 8m 主桁中距为 17 5m 主桁立面布置图如图 1 所示 上平联及下平联分别 如图 2 3 所示 图 1 3 均为杆件轴线布置图 各杆件均为工字型截面 设计该桥 图 1 主桁架的计算图示 单位 m 图 2 上平联计算图示 单位 m 3 图 3 下平联计算图示 单位 m 2 设计荷载 车辆荷载 公路 级 双向四车道 桥面系荷载 40KN m 二期恒载 桥面板 人行道板 铺装 栏杆等重量 20 0 1n KN m n 为学号后两位 25 9 KN m 3 主要材料 钢材 钢桁架采用 Q345qE 的钢材 应符合 桥梁用结构钢 GB T 714 2008 中相关要求 螺栓及焊接材料 高强度螺栓 螺母 垫圈应符合 GB T 1231 2006 标准的 10 9S 级 摩擦系数 0 4 焊接材料应根据焊接工艺评定试验结果确定 选定焊接 材料应保 证焊缝金属与母材性能的匹配 并符合相关标准的规定 1 4 课程设计应完成成果 课程设计应完成以下成果 1 钢桁架计算书一份 具体包括桁架荷载计算 内力计算 杆件的选择 各种 连接的计算等 计算书以封面 正文的顺序装订 手工书写 同任务书一同装入袋 中 计算书包括 1 封皮 封皮包括 课程设计名称 班级 学号和姓名 2 内容 设计资料 荷载分析 计算 内力分析 计算 截面设计 上 下弦杆 腹杆及联结系杆件 连接计算 节点设计 主桁一个节点 4 2 桁架施工图一份 具体包括桁架布置图 桁架的重要节点详图 3 图纸尺寸为 A3 微机出图 要求严格按桁架施工图标准绘制 保证图幅清晰 表答清楚 4 编制规范的材料表 1 5 考核方法及成绩评定 课程设计成绩分优 良 中 及格 不及格五档 成绩采取综合评定的方式给 出 即 总成绩 出勤 20 计算书 40 图纸 40 1 6 参考文献 1 公路桥涵设计通用规范 JTG D60 2004 2 公路桥涵钢结构及木结构设计规范 JTJ 025 86 3 钢结构设计规范 GB 50017 2003 4 铁路桥梁钢结构设计规范 TB10002 2 2005 5 结构设计原理 叶见曙 人民交通出版社 6 现代钢桥 吴冲 人民交通出版社 5 2 截面性质 根据已有的设计图纸 拟选定截面形式 面积 惯性矩如表 2 1 所示 表 2 1 几何性质上 下弦杆斜杆竖杆 截面形式 截面积 A m2 0 0350000 0265800 025380 惯性矩 I m4 Ix 1 3273E 03 Iy 0 6564E 03 Ix 0 9915E 03 Iy 0 3688E 03 Ix 0 9360E 03 Iy 0 3039E 03 3 内力计算 3 1 恒荷载计算 3 1 1 已知条件 已知桥面系荷载 40KN m 弦杆 A 0 035000m2 斜腹杆 A 0 026580 m2 竖腹杆 A 0 025380 m2 3 1 2 程序修改 d 文件 section Y 1 1 A 0 035000q 2 7475E 2 1e8 弦杆 2 A 0 026580q 2 08653 斜腹杆 3A 0 025380q 1 99233 竖腹杆 PFR2 恒载计算 D in 输入数据的输出 以供核对数据用 6 D F 杆件内力 D U 杆件位移 3 1 3 主桁各单元恒荷载数据 表 3 1 主桁编号123456891011 恒载内力 kN 2071 6 2071 6 2765 9 2765 9 2071 6 2071 61203 91203 92592 32592 3 主桁编号12131415212223242526 恒载内力 kN 2592 32592 31203 91203 9301 5 22 0301 5 22 0301 5 22 0 主桁编号273132333435363738 恒载内力 kN 301 5 1694 21235 5 728 0253 8253 8 728 01235 5 1694 2 3 2 汽车荷载计算 3 2 1 已知条件 车辆荷载 公路 级 双向四车道 3 2 2 程序输入 inL6 影响线计算 Load 活载计算 Load d qf out 3 2 3 主桁各单元汽车荷载数据 表 3 2 主桁编号123456891011 车载 MAX kN 0000001242 71242 72662 82662 8 车载 MIN kN 2130 3 2130 3 2840 4 2840 4 2130 3 2130 30000 主桁编号12131415212223242526 车载 MAX kN 2662 82662 81242 71242 7954 20954 20954 20 车载 MIN kN 0000000000 主桁编号273132333435363738 车载 MAX kN 954 201412 2345 2815 9815 9345 21412 20 车载 MIN kN 0 1757 4 156 9 1098 4 564 8 564 8 1098 4 156 9 1757 4 7 4 荷载组合 公路桥涵设计通用规范 第 2 1 2 条设计桥涵时 应根据可能同时出现的作用荷载选择下列荷载组合 组合 基 本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种相组合 270MPa 4 1 组合 1 2 恒载 1 4 汽车 表 4 1 主桁编号123456891011 MAX kN 2485 9 2485 9 3319 1 3319 1 2485 9 2485 93184 53184 56838 76838 7 恒载 汽车 MIN kN 5468 3 5468 3 7295 6 7295 6 5468 3 5468 31444 71444 73110 83110 8 主桁编号12131415212223242526 MAX kN 6838 76838 73184 53184 51697 7 26 41697 7 26 41697 7 26 4 恒载 汽车 MIN kN 3110 8311081444 71444 7361 8 26 4361 8 26 4361 8 26 4 主桁编号273132333435363738 MAX kN 1697 7 2033 03459 7 390 31446 81446 8 390 33459 7 2033 0 恒载 汽车 MIN kN 361 8 4493 41262 9 2411 4 486 2 486 2 2411 41262 9 4493 4 8 5 强度验算 5 1 验算项目 由 4 1 4 2 的荷载组合可知 主桁各杆的受力状况 上弦杆 单元号 1 6 受压 下弦杆 单元号 8 15 受拉 斜杆 单元号 31 38 拉压 腹杆 单元号 21 27 拉 压 现进行在荷载组合 和荷载组合 下的强度验算 对于有孔洞削弱的轴心受拉 受压构件的强度计算 A N 式中 N 构件的计算轴心力 A 构件的截面面积 钢材的基本容许应力 当构件承受动力荷载作用时 则计算应力 不 得超过容许疲劳应力 在本例中 对于荷载 取 270MPa 5 2 验算结果 表 5 1 故各杆件的强度满足要求 受力 状况 截面面积 m2 组合 最 大荷载 KN 组合 最 大 应力 MPa 组合 容 许 应力 MPa 上弦杆受压 0 0294006838 7232 609270 上弦杆受拉 0 0294007295 6248 140270 斜杆拉压 0 0224804493 4199 884270 腹杆拉压 0 0212801697 779 779270 9 6 稳定性验算 6 1 验算项目 对于轴心压杆 要进行整体稳定性验算与局部稳定性验算 即对上弦杆 单元 号 1 6 斜杆 单元号 31 33 36 38 腹杆 单元号 22 24 26 进行稳定性 验算 6 1 1 整体稳定性验算 为保持构件整体稳定条件 截面应力 不超过截面应力 因此 整体稳定性计算公式为 mA N 式中N 轴心受压杆的计算压力 Am 毛截面面积 纵向弯曲系数 稳定系数 钢材的轴向容许应力 6 1 2 局部稳定性验算 为保证构件的局部稳定性 保证实腹式截面的板件的局部 稳定承载 整体稳定 故限制板的宽厚比 即 bb 6 2 验验算算结结果果 6 2 1 整体稳定性验算 1 截面性质计算表 表 6 1 截面面积 A m2 构件计算长 度 Lo m 惯性矩 Iy m4 回转半径 m A I i 长细比 yi oy y l 稳定系数 上弦杆 0 0350008 0 6564E 03 0 136958 4370 8230 斜杆 0 02658011 310 3688E 030 117876 8080 6861 腹杆 0 02538080 3039E 030 109458 5010 7877 mA N 10 2 构件的平面外整体稳定 表 6 2 故各杆件的强度满足要求 3 局部稳定性验算 表 6 3 组合 最大 荷载 KN 组合 Mpa A N 组合 限值 Mpa 上弦杆 7295 6253 28270 斜杆 4493 4246 39270 腹杆 26 41 25270 几何性质上 下弦杆斜杆竖杆 截面形式 长细比 58 43776 80858 501 翼缘宽度比 t b 10 4011 5510 80 限值 t b 12 0 2 8 15 主要杆件不大于 18 次要杆件不大于 20 12 0 2 11 507 腹板高度比 t h 400 20 20 00410 18 22 78410 18 22 78 11 故构件的局部稳定性满足要求 7 刚刚度度验验算算 7 1 杆件的杆件的刚刚度度验验算算 轴心受力构件的刚度以其长细比来衡量 x ox x i l y oy i l y 式中 相应方向的构件计算长度 公路桥规 规定 对于桁架的腹杆平oxl oyl 面内弯曲长度的计算长度为 0 8 平面外的弯曲为 olol 相应方向的截面回转半径 xiyi A I i x x A I i y y 受拉或受压构件的容许长细比 表 7 1 限值 t h 30 0 5 5 34 但不大于 45 30 截面面积 A m2 构件计 算 长度 L0 m 惯性矩 Ix m4 惯性矩 Iy m4 平面内回 转半径 m 平面外回 转半径 m 容许长细 比 下弦杆 0 03500081 3273E 030 6564E 030 194741 0890 136958 437130 上弦杆 0 03500081 3273E 030 6564E 030 194741 0890 136958 437100 受拉斜杆 0 02658011 310 9915E 030 3688E 030 193158 5710 117876 808130 受压斜杆 0 02658011 310 9915E 030 3688E 030 193158 5710 117876 808100 受拉腹杆 0 02538080 9360E 030 3039E 030 192041 6670 109441 667130 受压腹杆 0 02538080 9360E 030 3039E 030 192041 6670 109441 667100 x ox x i l y oy i l y 12 故该桁架结构各构件的刚度满足要求 7 2 整体整体刚刚度度验验算算 为防止结构的变形过大而造成损坏 应验算结构的变形 即 式中 结构在可变荷载作用下产生的最大挠度 规定的容许度 程序输入 1 更改 d 文件中的 M 1 2 inL6 影响线计算 3 Load 活载计算 Load d qf out 输出文件 NODEUVCETA 10 01299 0 016880 20 01107 0 031040 30 00915 0 040730 40 00662 0 044640 50 00409 0 040730 60 00217 0 031040 70 00025 0 016880 90 00104 0 017110 100 00209 0 031040 110 00472 0 041960 120 00662 0 044640 130 00852 0 041960 140 01115 0 031040 150 01219 0 017110 16000 可以得出 跨中节点 4 12 的竖向位移 V 4464 0 04464 mmL08 0 64 800 1 800 1 13 8 8 节点设计与计算 节点设计与计算 8 18 1 杆端连接螺栓个数计算杆端连接螺栓个数计算 杆件的承载力要大于其内力 对于承受活荷载的杆件 为保证活载发展或遇到 特 种超重列车时 杆件的承载力能充分发挥 应使其连接部分与杆件有同等的承载 力 即按承载力计算的等强原则 这适合于主桁杆件设计 对于受拉杆件 N A n n 对于受压杆件 N An 1 n 式中 An Am 分别为杆件净截面 毛截面面积 N 单栓的容许承载力 对于摩擦性高强螺栓 选用 10 9 级 M24 孔径为 26mm 0 4 轴心压杆的容许应力折减系数 1 弦杆设计两个摩擦面 内设拼接板 则 0 9 1 0 2 0 4 225162 Rf NknPKN 腹杆设一个摩擦面 则 0 9 1 0 1 0 4 22581 Rf NknPKN 对于腹杆 桥规 容许其连接螺栓数可按 1 1 倍的杆件内力与 75 的杆件净面 积强度二者取较大值进行计算 由毛截面面积可粗略布置弦杆单侧螺栓个数 4 9 36 个 斜杆单侧螺栓数 4 7 28 个 腹杆单侧螺栓数 4 7 28 个 由净截面面积计算的螺栓个数如下表所示 表 8 1 杆件 受力 状态 毛截面 面积 Am mm2 净截面 面 积 An mm2 单栓容许 承载力 N KN 稳定系 数 容许应 力 受拉 N A n n 受压 N An 1 n 螺栓个 数 取 用值 下弦杆受拉 35000 4 29400162 0 8230 27070 97172 斜杆受压 265802248081 0 6861 27052 48356 腹杆受压 253802128081 0 7877 27054 59856 14 8 28 2 节点螺栓的布置及节点板的设计节点螺栓的布置及节点板的设计 详见附图 1 经计算 杆件的净面积 22 6 4963626 4 3124111254028774504760480cmA 节点板净面积 222 ncm3 546001 1 9 6082526 4 3123393392214372244 AcmA 8 38 3 节点板的强度计算 节点板的强度计算 8 3 1 节点板撕破强度验算 如图所示节点板 在腹杆外力作用下的撕破方式 可沿 1 2 3 4 1 2 3 5 1 2 3 6 7 截面撕破 故要对这些撕破截面进行撕破强度验算 由于节点板的应力状态复杂及计算方法的近似性 公路桥规 规定 节点 板的撕破强度应 较被连接杆件至少大 10 撕破截面的容许应力为 垂直于被连接杆 件轴线的截面为基本容许应力 斜交或平行于被连接杆件轴线的截面为 0 75 15 L12 53 7 L23 32 0 L34 68 0 L35 53 7 L36 28 7 L67 38 0 各截面的强度 N12 2 53 7 0 5 2 6 1 8 0 75 141 48 N23 2 32 0 3 2 6 1 8 87 12 N34 2 68 0 6 5 2 6 1 8 0 75 137 97 N35 2 53 7 0 5 2 6 1 8 0 75 141 48 N36 2 28 7 1 2 6 1 8 0 75 70 47 N67 2 38 0 3 5 2 6 1 8 0 75 78 03 1 2 3 4 截面的撕破强度 141 48 87 12 137 97 366 57 1 2 3 5 截面的撕破强度 141 48 87 12 141 48 370 08 1 2 3 6 7 截面的撕破强度 141 48 87 12 70 47 78 03 377 1 已知斜杆的净截面面积为 A 480 20 26 20 4 2 150 40cm2 故 1 1A 1 1 150 40 165 44 以上三个截面的撕破强度均不小于所连接杆件强度的 1 1 倍 故撕破强度无问题 8 3 2 节点板中心竖直截面的法向应力验算 节点中心截面 已知节点板 2 2244 18 1437 内拼接板 4 2244 18 240 节点板中心竖直截面 在其一侧杆件外力的作用下 产生法向力 N 和剪力 Q 节 点板可能 沿中部数字最薄弱截面 8 8 或 10 10 破坏 由于弦杆在该截面处已中断 故其面积均只包括节点板与拼接板的面积 但截面 8 8 与 10 10 所受的剪力 Q 不一 样 对于 E10 节点 显然应验算所受剪力较大的 8 8 截面 根据平衡条件 采用组 合 I 的荷载值 该截面的法向力 N 为 N N2 N4 cos 6838 7 390 3 cos45 6562 7KN 毛截面面积 1 8 145 2 4 24 1 8 694 8cm2 扣孔 A 2 2 6 11 1 8 4 24 1 8 140 4cm2 净截面面积 Aj Am A 694 8 140 4 554 4 cm2 节点中心竖截面的形心对节点板底面的距离 1 145 2 1