仁爱学院下承式栓焊简支钢桁梁桥设计计算书

仁爱学院下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计姓 名： 学 号： 班 级： 设计时间：目 录第一章 设计资料第一节 基本资料第二节 设计内容第三节 设计要求第二章 杆件内力计算第一节 主力作用下主桁杆件内力计算第二节 横向风力作用下的主桁杆件附加内力计算第三节 制动力作用下的主桁杆件附加内力计算第四节 疲劳内力计算第五节 主桁杆件内力组合第三章 主桁杆件截面设计第一节 下弦杆截面设计第二节 上弦杆截面设计第三节 端斜杆截面设计第四节 中间斜杆截面设计 第五节 吊杆截面设计第六节 腹杆高强度螺栓计算第四章 弦杆拼接计算和下弦端节点设计第一节 E2节点弦杆拼接计算第二节 E0节点弦杆拼接计算第三节 下弦端节点设计.下弦端节点设计图第一章 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 桁架尺寸：计算跨度分别为L48 m、64 m、80 m (按班级人数等分三组，按组序分别对应计算跨度)，节间长度 8 m，桁高 11 m，主桁中心距 5.75 m，纵梁中心距 2.0 m，纵联计算宽度 5.30 m，采用明桥面。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ZG35 II、辊轴采用 35号 锻钢。 4 活载等级：中荷载。 5 恒载 (1) 主桁计算 桥面p110kN/m，桥面系p27 kN/m，主桁架p315 kN/m， 联结系 p43 kN/m，检查设备p51 kN/m， 螺栓、螺母和垫圈 p60.02*(p2p3p4)，焊缝 p70.015*(p2p3p4)；(2) 纵梁、横梁计算 纵梁(每线) p85 kN/m(未包括桥面)，横梁(每片) p92 kN/m。 6 风力强度 W01.5 kPa，K1K2K31.0。 7 工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，栓径均为 22 mm、孔径均为 23 mm。高强度螺栓设计预拉力 P200kN，抗滑移系数 00.45。8 计算参考书目苏彦江,钢桥构造与设计，西南交通大学出版社，成都，2006年12月。陈绍蕃,钢结构科学出版社，2002王国周，瞿履谦,钢结构原理与设计,清华大学出版社，1993郑凯锋,吴臻旺,杨国静, 钢桥课程设计参考文本, 西南交通大学, 2003 第二节 设计内容 1 主桁杆件内力计算； 2 主桁杆件截面设计； 3 弦杆拼接计算和下弦端节点设计；第三节 设计要求 1 主桁内力计算结果和截面设计计算结果如计算书中表2.1和表3.1格式进行汇总成表格。2 主桁内力计算表格和截面设计计算项目包括表2.1和表3.1的表头各项：3 主桁内力计算和截面设计计算结果采用Microsoft Excel 电子表格排版和节点设计图可用计算机打印，其他各项设计需手工计算完成计算书。 4 步骤清楚，计算正确，文图工整。 5 设计文件排版格式严格要求如下：(1) 版面按照A4 纸张设置，竖排 (个别表格可以横排)。 (2) 计算书文件按封面、目录、正文 (包括表格、插图)、节点图顺序，正文起始页码为第页。(3) 各章节文字大小层次分明。 (4) 特别要求正文内的表格完整、表格排版符合页宽要求。 (5) 特别要求正文内的图形和节点图完整、清晰。 6 设计文件在规定时间内提交。第二章 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p27 kN/m，主桁架p315 kN/m， 联结系 p43 kN/m，检查设备p51 kN/m， 螺栓、螺母和垫圈 p60.02*(p2p3p4)，焊缝 p70.015*(p2p3p4)每片主桁所受恒载强度2 影响线面积计算 （要求计算加粗线各杆件内力）(1)弦杆 影响线最大纵距, 影响线面积:, , : , 其余弦杆计算方法同上，计算结果列于表2.1中。(2)斜杆：，, : , , ， ：， ， ， ，； 其余斜杆计算方法同上，计算结果列于表2.1中。(3)吊杆：； 3 恒载内力 ， 下弦杆： 上弦杆：= 斜杆： 吊杆： 4 活载内力(1)换算均布活载k，按及加载长度l查表求得,中间值按内插法求得 其余杆件计算方法同上，计算结果列于表2.1中。 (2)冲击系数 弦杆，斜杆： 吊杆： (3)静活载内力 其余杆件计算方法同上，计算结果列于表2.1中。(4)活载发展均衡系数值：，在表中查找确定，计算各杆件值 其余杆件计算方法同上，计算结果列于表2.1中。5 列车横向摇摆力产生的弦杆内力 横向摇摆力取S=100kN作为一个集中荷载取最不利位置加载，水平作用在钢轨顶面。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。 上平纵联所受的荷载下平纵联所受的荷载摇摆力作用下的弦杆内力为弦杆在简支平纵联桁架的影响线纵距。上弦杆：, 下弦杆：, 第二节 横向风力作用下的主桁杆件附加力计算1 平纵联效应的弦杆附加力 风压 ，车风压（1）下平纵联的有车均布荷载 桁高H=，h=纵梁高+钢轨轨木高 （2）上平纵联的有车均布荷载 （3）弦杆内力上弦杆：在均布风荷载作用下的内力为： 下弦杆： 2 桥门架效应的端斜杆和端下弦杆的附加力桥门架所受总风力：，端斜杆反弯点位置：，端斜杆轴力：端斜杆轴力V在下弦杆产生的分力：端斜杆中部附加弯矩： 端斜杆端部（横梁高度1的一半处）附加弯矩为：计算结果列在表2.1中。第三节 制动力作用下的主桁杆件附加力计算1下弦杆制动力计算以下弦杆为例，将活载作如图所示的布置，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。解得故桥上活载总重在主力作用下的内力已计入冲击系数，制动力按静活载的7计算:制动力 的制动力作用附加内力其下弦杆件内力见表2.1。2 端斜杆制动力计算 杆力影响线顶点位置离左端点支点7.64m，设将列车荷载的第4轴重置于影响线顶点处。因为影响线为三角形，则活载位置是产生最大杆力时的荷载： ； 和比较 和 将第3轴重或第5放到顶点位置上均不满足上述条件，故将上述活载即为产生最大杆力时的活载。 求制动力： 制动力所产生的杆件内力和： 轴向力，（下弦杆中线至支座下摆顶点的距离h=0.37m） 下弦杆弯矩 ; 端斜杆弯矩 第四节 疲劳内力计算1 疲劳轴力计算 疲劳荷载组合包括设计荷载中的恒载和活载（包括冲击力、离心力，但不考虑活载发展系数）。列车竖向活载包括竖向动力作用时，应将列车竖向静活载乘以运营动力系数（）。同时，规定焊接及非焊接（栓接）构件及连接均需进行疲劳强度验算，当疲劳应力均为压应力时，可不检算疲劳。 疲劳计算采用动力运营系数： 弦杆，斜杆： 吊杆： ：其余计算内力见表2.1。 2 吊杆疲劳弯矩计算作用在纵梁上的恒载由恒载产生纵梁对横梁的作用力(即纵梁梁端剪力) 当时，换算均布荷载（k需要除以2）由活载产生纵梁对横梁的作用力由恒载产生的简支梁弯矩由静活载产生的简支梁弯矩冲击系数横梁横梁 横梁、竖杆在框架面内的刚度系数式中 钢的弹性模量；横梁、竖杆在框架平面内的惯性矩； 横联门楣最下端节点到衡量重心轴的距离；上弦节点中心到横梁重心的距离；第五节 主桁杆件内力组合1 主力组合其余杆件用Excel计算，内力见表2.1。2 主力和附加力组合 ：主力 ，附加风力主力+横向附加力(绝对值取大)。 ：主力 ，附加风力主力+横向附加力主力+纵向附加力(制动力) 其余杆件用Excel计算，内力见表2.1。表2.1 主桁杆件内力计算汇总表杆件名称影响线活载摇摆力附加力内力组合仅有轴力杆件疲劳计算内力加载长度i顶点位面积总面积NpkNk=k1+(1+)Nkaamax-a(1+)NkNs平纵连风力Nw桥门架风力Nw制动力NT主力N=Np+(1+)Nk+Ns主+风N=N+Nw (Nw)主+风弯矩M主+制N=N+NT主+制弯矩MNc=maxN,N/1.2,N/1.251+fNn=Np+(1+f)Nk吊杆下端弯矩MB单位mmmkNkN/mkNkNkNkNkNkNkNkNkNkN.mkNkN.mkNkNkN.m项次123456 789101112131415 1617181920212223242526上弦杆 下弦杆斜杆竖杆第三章 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 138824翼缘 244036每侧有4 排栓孔，孔径d=23cm;毛截面Am =栓孔削弱面积A净截面面积 Aj = AmA2 刚度验算杆件自由长度ly=（可)(xy，可不需验算)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315/345=0.913。4 疲劳强度验算由表2.1 可知 Nmin 得Nmax得拉拉杆件验算式：式中线路系数， 损伤修正系数，板厚修正系数查规范表3.27-2的杆件验算截面为第类疲劳等级，查表3.27-1知其疲劳容许应力确定。二、端下弦杆1 初选截面选用腹板 142812翼缘 244016毛、净截面面积、毛截面惯性矩计算方法同上净截面惯性矩Iyj=IyIy2 刚度验算x y3 拉力强度验算(1) 主力作用 N2111.11kN和比较(2) 主力制动力作用，制动力弯矩 和 比较4 疲劳强度验算由表2.1 可知 Nmin 得Nmax 得拉拉杆件验算式：故第二节 上弦杆截面设计以上弦杆A1A3为例。1 初选截面选用腹板 141218 翼缘 2460242 刚度检算 y=66.48=100(可)3 总体稳定验算由y=，查表内插求得（可）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(2) 腹板按照钢桥规范，查表5.3.3，当50 时，板件的宽厚比腹板同理，设计计算其它上弦杆。第三节 端斜杆截面设计1 初选截面 选用腹板 141218 翼缘 260024截面面积，惯性矩计算方法同上。2 刚度验算y，x，查表内插求得3 总体稳定验算(1) 主力作用(可)(2) 主力横向风力作用端斜杆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 查表得式中 系数，焊接杆件取1.8；h 杆件两翼缘板外缘距离，即截面宽度，该算例h。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，此可以用作。 和 比较 所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值 式中 构件在弯矩作用平面内的长细比；E 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n1=1.7，应按主力组合采用；主力加附加力组合时取用=1.4，应按主力加附加力组合采用。(3) 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，=1.0 和 比较所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值4 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 初选截面选用腹板 142810翼缘 246016截面面积，惯性矩计算方法同上。2 刚度验算 3 总体稳定验算由，查表内插得 和 比较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(2) 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 疲劳强度验算由表2.1 可知 Nmin 得Nmax 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第五节 吊杆截面设计1 初选截面 选用腹板 143610翼缘 226012截面面积，惯性矩计算方法同上。2 刚度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x =，y = 。 3 疲劳强度验算吊杆无附加力，在阻力作用下，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 Nmax=，Nmin=，Mmax=，Mmin=吊杆A1E1 净截面积 Aj = 毛惯性矩 Imx = 其扣孔惯性矩净惯性矩 Ijx = Imx-Ix； 第六节 腹杆高强度螺栓计算按照钢桥规范第6.1.1 条给出的高强螺栓容许抗滑承载力计算公式得：式中 P 高强螺栓的容许抗滑承载力；m 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；N 高强螺栓的设计预拉力，M22 螺栓为200kN。K 安全系数，采用1.7。主桁杆件杆端高强度螺栓个数n 应满足。此处的N为杆件的承载力，对于主桁杆件：受拉杆件 N = 受压杆件 N = 受拉压杆件 N = max(，)以下举两杆件说明。1 拉杆杆件承载力 N = = 螺栓数=个实际用n = 个2 压杆杆件承载力N=螺栓数=实际用n = 个 3 拉压杆杆件承载力 = =N = max(，)螺栓数=实际用n = 个以上螺栓实用数是根据节点板上排列需要定出的。表3.1 主桁杆件验算总表杆件名称截面组合截面螺栓布置AmAjIx/Iyrx/rylx/lyx/y构造要求局部稳定总体稳定疲劳验算拉力强度翼缘腹板m11dn(max-min)/dnmaxt0/tp0j项次123456789101112131415161718单位mmmmcm2cm2cm4cmcmMPaMPaMPaMPaMPaKN.m上弦杆下弦杆斜杆竖杆第四章 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 拼接板截面计算钢桥规范第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面积大10。根据前表表3-1 计算结果E0E2杆（2-xxxxx，1-xxxxx）一半净面积为 E2E4杆（2-xxxx，1-xxxx）节点板选用厚度t =xx mm一块节点板作为外接拼板提供的面积（取杆件高度 44cm部分）初选内拼接板为4-xxxx（一侧两块），两块内拼接板的净面积为内外拼接