54m钢桁架桥课程毕业设计

54M钢桁架桥课程设计一、设计目的跨度L54米单线铁路下承载式简支栓焊钢桁梁桥部分设计二、设计依据1设计规范铁道部1986TB1285铁路桥涵设计规范简称桥规。2结构基本尺寸计算跨度L54M；桥跨全长L5410M；节间长度D900M；主桁节间数N6；主桁中心距B575M；平纵联宽B0530M；主桁高度H1200M；纵梁高度H145M；纵梁中心距B200M；3钢材及其基本容许应力杆件及构件16MNA；高强螺栓40B；精制螺栓ML3；螺母及垫圈45号碳素钢；铸件ZG25；辊轴锻钢35钢材的基本容许应力参照1986年颁布的铁路桥涵设计规范。4结构的连接方式桁梁杆件及构件，采用工厂焊接，工地高强螺栓连接；人行道托架采用精制螺栓连接；焊缝的最小正边尺寸参照桥规；高强螺栓和精制螺栓的杆径为22，孔径D23MM；5设计活载等级标准中活载6设计恒载主桁P3168KN/M；联结系P4285KN/M；桥面系P2739KN/M；高强螺栓P6P2P3P43检查设备P5100KN/M；桥面P11000KN/M；焊缝P7P2P3P415。计算主桁恒载时，按每线恒载PP1P2P3P4P5P6P7。三、设计内容1主桁杆件内力计算，并将计算结果汇整于2号图上；2围绕E2节点主桁杆件截面选择及检算；3主桁E2节点设计及检算；4绘制主桁E2节点图3号图。四、提交文件1设计说明书；22、3号图各一张要求计算正确，书写条理清楚，语句通顺；结构图绘制正确，图纸采用的比例恰当，线条粗细均匀，尺寸标准清晰。第一章设计依据一、设计规范中华人民功和国铁道部1986年铁道桥涵设计规范（TBJ285），以下简称桥规。二、钢材杆件16锰桥（16MNA）高强螺栓40硼（40B）螺母垫圈甲45（A45）焊缝力学性能不低于基材精制螺栓铆螺3（ML3）铸件铸钢25（ZG25）琨轴35号缎钢（DG35）三、连接方式工厂连接采用焊接，工地连接采用高强螺栓连接，人行道托架工地连接采用精制螺栓连接，螺栓孔径一律为D23MM,高强螺栓杆径为22。四、容许应力16MNA钢的基本容许应力轴向应力200MPA弯曲应力210MPAW剪应力120MPA端部承压（磨光顶紧）应力300MPA。疲劳容许应力及其它的容许应力见桥规。C五、计算恒载计算主桁时（每线）主桁P3168KN/M；联结系P4285KN/M；桥面系P2739KN/M；高强螺栓P6P2P3P4308112检查设备P5100KN/M；桥面P11000KN/M；焊缝P7P2P3P41504056。计算主桁恒载时，按每线恒载PP1P2P3P4P5P6P7392568。六、活载等级按“中华人民共和国铁路标准活载（中活载）”。标准活载的计算图式见桥规。七、结构尺寸计算跨度L54M；桥跨全长L5410M；节间长度D900M；主桁节间数N6；主桁中心距B575M；平纵联宽B0530M；主桁高度H1200M；纵梁高度H145M；纵梁中心距B200M；斜杆长度S1500M斜杆倾角SIN08COS06斜撑倾角SIN05074COS08617其它见尺寸图第二章主桁架杆件内力计算一、内力的组成主桁杆件的内力有以下几部分组成竖向恒载所产生的内力PN静活载内力KK竖向活载产生的内力1K横向风力（或列车摇摆力）所产生的内力仅作用在上下弦杆，横向风力通过桥门架效应在端斜杆和下WN弦杆所产生的内力；纵向制动力所产生的内力。WNT根据桥规规定，设计时候杆件轴力应该按下列情况考虑主力IP1K主力加风力（或摇摆力）2IWN主力制动力N15IT主桁杆件除述轴力外，还要受到弯矩作用，如节点刚性引起的次弯矩，风力和制动力在某些杆件中引起的弯矩等，这些弯矩在检算杆件截面时应和轴力一起考虑，由于本设计所有杆件的高度均不超过长度的1/10，故根据桥规规定。不考虑节点刚性的次内力。主桁各杆的内力图2和表1。2、影响线三、恒载所产生的内力根据第一章所提供的资料，每片主桁所承受的恒载内力123456719284/PPKNM恒载布满全跨，故恒载为上弦杆31A530PNK下弦杆2E1962847962下弦杆01PPN端斜杆1A50NK斜杆2E19628423P斜杆314PN四、活载所产生的内力1换算均布活载是影响线加载长度L与顶点位置二者的函数，它们之间的函数关系反映在桥规附录所列的公式以及表中，根据L与从该表中查得每线换算的均布活载K，除以2得每片主桁承受的换算的均布活载。静活载所产生的内力如下上弦杆31A0594672178045KNN下弦杆2E05932075149KNKN下弦杆0846830端斜杆1A72K斜杆2E1501259NKN281K斜杆23A174620510254381KNKN2冲击系数1根据桥规规定，钢桁梁的冲击系数1按下式计算1128/（40L）【式中L对于主要杆件（弦杆、斜杆）为跨长，对于次要杆件（挂杆、立杆）等于影响线长度】弦杆，斜杆及支座冲击系数为1128/（40L）12979挂杆的冲击系数1128/（40L）148283活载发展的均衡系数桥规要求所有杆件因活载产生的轴向力，弯矩，剪力在计算主力的组合时均应乘以活载发展均衡系数，其中MAXII1PIIKNA上弦杆03195，1000831AA下弦杆03245，12E下弦杆03073，100290端斜杆03073，100291AA斜杆，21E3948027156078斜杆，23A564A124活载产生的内力考虑冲击作用和活载发展的均衡系数在内时,活载所产生的内力为KN上弦杆件166014KN31AKN下弦杆件183754KN2EKN下弦杆件108100KN0端斜杆180167KN1AK斜杆21EKN1647203K斜杆23AK98754五、横向荷载风力或摇摆力所产生的内力1横向荷载计算主桁的上下弦杆兼为上下平纵联的弦杆,端斜杆又是桥门架的腿杆,横向风力或摇摆力作用在桥上时,将在这些杆件中产生内力。根据桥规规定,风压强度W按标准设计考虑桥上无车风压强度用225KPA,桥上的有车风压强度W用125KPA主桁杆件计算由桥上的有车时荷载组合控制,主桁架受风面积按轮廓的40计算，列车受YW风面积按3M计算，车上风力作用点在轨顶以上2M处，下承式桥梁列车、桥面系受风面积扣除主桁架遮挡部分。故本算例上下平纵联单位长度上所受到的风荷载和分别为AKE上平纵联37275KN/MAK123045104YHH下平纵联66375KN/MEW其中H12M14504M3M1H23按桥规得上平纵联摇摆力0205511KN/M1005555KN/MAKEK所以37275KN/M66375KN/MAE风力与摇摆力不同时计算，故在本算例中上，下平纵联均为风力控制设计。2横向荷载通过纵联在主桁杆件中所产生的内力计算上平纵联桁架时，可将桥门架做为其支点，计算下平纵联桁架时，支座为其支点，均不考虑中间横联的弹性支承作用，纵联为交叉形珩架时，取二斜撑的交点为力矩中心，于是可以算出影响线面积及内力影响线面积BL21弦杆内力KN下弦杆2E531607M64972NKN下弦杆02E13537M641570NKN上弦杆13A252637M4095NKN3横向荷载通过桥门架在主桁杆件中所产生的内力上平纵联作用于桥门架顶部的反力W053726AWKL桥门架腿杆反弯点距支座的距离0L09153822CLLM反力W在端斜杆产生的轴力和弯矩，1WN0MA1N0567951276LKNB038842M091032ACL反力W通过支座斜反力R在下弦产生的轴力675OS658NRKN六、纵向荷载所产生的内力1制动力所产生的支座反力加载长度L54M静活载W52203092165805180KN制动力T007W3626KN水平反力1813KNTHT50支座竖向力1037452518346THVTKNL2制动力在弦杆中所产生的轴力杆件产生的轴力为05T1813KN2E杆件产生的轴力为3/8T135975KN0七、立柱内力立柱下端承受荷载与挂杆相同，上端在运营阶段不承受竖向荷载。立柱作为减少上弦压杆自由长度的支撑杆件，按桥规规定，应以其所支撑的压杆内力的3作为其内力，予以检算，表一中主柱在运营阶段的内力按上弦的最大内力的3算出，在安装阶段，立柱应检算在上弦的吊机压力。31A八、竖向荷载通过横向刚架作用在挂杆与立柱中引起的弯矩桥规规定，对于主桁挂杆和立柱，应考虑横梁承受竖向荷载时，他们作为横向闭合钢架的腿杆所承受的弯矩。检算它们在轴力和弯矩共同作用下的疲劳强度。竖向下端弯矩MISB20竖杆中间弯矩01A526式中B575CM,A1875CM,B200CM,C5775CM,L10355CM,0558,6740BBACL651000,1132E,D873KBI4CMBEIIB3CM316ECMIISS12SBI4835N,MDA1636875KNM恒载与活载作用下竖杆弯矩下端10175KNMMISB20中间支点2839KNM01A九、主珩杆件的内力组合以上算出的主桁杆件所受单项轴力列表1第1317项。按照桥规要求，各单项粥力应按照表一第1820项进行组合，三种组合内力中之大者为控制杆件强度与稳定的计算内力，列表于1第21项。反复荷载出现拉力作用杆件，应检算疲劳，控制计算内力不考虑活载发展及附加力影响。端斜杆与挂杆在荷载作用下还受到弯矩，应与相应荷载情况下的轴力一起检算。第三章主桁杆件设计一、主桁杆件得检算内容及设计步骤主桁杆件根据受力性质的不同，应进行下表所列项目的检算。各类杆件的检算内容（表2）项目检算内容检算杆件1刚度各类杆件2局部稳定压杆3整体稳定压杆4强度各类杆件5疲劳出现拉应力的受循环荷载杆件用试算法设计各类杆件的步骤1参考性质相近（只内力性质及大小，杆长及截面式样，材料和连接方式）的已有设计资料，初步拟定截面尺寸；2根据初步拟定的截面尺寸，算出进行各类检算所需的截面几何特征数据；3按上表要求进行各项检算。如初选截面不合适，则进行修改，重新计算，直至符合要求；4为了减少杆件类型，以简化制造，同类杆件的内力相差不大者应尽量采用相同的截面。二、主桁杆件截面几何特征计算由于H形截面在制造、安装、运营等方面比较优越。本设计主桁杆件全部采用H形截面，杆宽为460MM，杆高最大为600MM，该值小于杆长的1/10，按桥规要求均可免算节点刚性次应力。主桁杆件截面尺寸如下图杆件几何特征计算以端斜杆为例说明如下E0A1截面组成为260020142012，截面布置见表3。毛截面积226041904MCM扣孔截面积35净面积2JMAC毛惯矩3341126047062XIM334219MYC扣孔惯矩3241475832XIM3241265YICM净惯矩4701837JXMXI123649569JYYIC回转半径72061549MXXIRCMA13420YYMIR自由长度主桁平面内09153XLM主桁平面外Y长细比8573XLR269YL注中间斜杆，；08152XLM015YL挂杆和立柱，96L2表3所列截面尺寸全部符合桥规要求，以后不再检算。三、主桁杆件截面检算主桁杆件截面检算结果列于表41受拉杆件（）2E控制计算内力由表1知N2433752KN；疲劳检算内力值NMAX2433752KN；NMIN596213KN。（1）刚度计算由表2计算，杆件，X6796，Y3943。2MAX7649100（2）强度计算净面积AJ1976CM2364751022096JNMPAPA（3）疲劳检算循环特征系数MINAX930451247按桥规栓焊杆件组合焊缝处及高强螺栓连接处的疲劳强度，前者疲劳容许应力为，后者为，故由高强螺栓连接处疲劳强度控制杆件疲劳245106N610N计算。16516593420002NMPA36MAX4279NNJNA2受压杆件（）13由表1计算知上弦杆在主力或附加力作用下均只受压力。由表1得计算内力为主力控制。N219012KN（1）刚度检算根据表2计算，上弦杆X6769，Y3943。13AMAX7649100（2）强度检算3649010820176JNMPAPAA（3）整体稳定检算由MAX7649查桥规得7容许应力342190907124MNPAMPAA（4）局部稳定检算按桥规规定，焊接H形杆件竖板伸出肢与水平板的容许宽厚比为竖板，平板3MAX60,218B2MAX50,54,B故，37954267938现竖板3B32011B平板2245853挂杆由于本设计中无桥面系设计，即无挂杆的容许弯矩，略去。4压拉杆件（）23EA杆件的刚度、强度、总体稳定性与局部稳定性与单纯受压杆件相同（如上弦杆），计算不再赘述，检算结果见表3，但应检算拉力作用下的疲劳。其疲劳容许应力与拉压杆件不同。按桥规，N，以上条件必须满足，即当1650N1650165205时，当时，不必检算受拉时的疲劳。2N02，MINAX34085816N5516MPA200024N四、杆端高强螺栓计算桥规规定主桁杆件杆端高强螺栓连接，按被连接杆件的承载力计算。1/NNT受拉杆件1JNTA受压杆件M按一个摩擦面计算的单个高强度螺栓的承载力，由桥规知120452971PFTKN拉杆02E3JAC9NMA2119538JNNPCMKN需要螺栓数个153847T拉杆2E2976JAC2343816JNNMPAMKN需要螺栓数个18759T拉杆21EA23JC2182354618JNNAMPACMKN需要螺栓数个14609T压杆23EA20MC244135NMPAMKN需要螺栓数个135789NT压杆2EA206MC2710NMPAKN需要螺栓数个197845NT第四章弦杆拼接计算以下弦杆E0E2与E2E4在节点E2中心的拼接为例。由于弦杆截面对YY轴对称，故只需取YY轴一侧的半个截面进行计算。一、计算依据根据第二章表3计算结果，已知E0E2杆半净面积21053965JACME2E2杆半净面积278J节点板选用厚度4节点板供给拼接面积21642315PC二、拼接板截面拼接板与节点板共需净面积212298106PPJAACM选用222020作为内拼接板，供给面积为2243P内外拼接板合计156912086PCC三、拼接螺栓拼接板在E2节点中心截面承受循环拉力，其承载力应按疲劳强度确定，但桥规未给出弦杆拼接板及节点板的疲劳强度，用基本容许应力计算，这样计算的连接较安全。20MPA节点板每端需要高强螺栓数4315101959PANT实际用40个。内拼接板每端共需要高强螺栓数43216021659PNT实际用32个。四、内拼接板长度内拼接板实际用32个螺栓，排成4行8列，端距采用50MM，间距按节点板样板标准栓孔布置，具体情况见下图，可以得知内拼接板长度290580142LM拼接板螺栓布置示意图第五章节点板设计为保证横梁长度一致，本设计节点的节点板均采用12MM。节点板的平面尺寸系先根据杆端连接螺栓排列需要拟定，再根据强度检算确认。以节点E2为例，节点板平面尺寸按外形方整，裁制简便，根据等强度原则，经修改定案后，长2000MM，高1400MM。节点板上实际螺栓个数的确定在节点板最小轮廓线与设计轮廓线之间空下的栓孔位置，应按桥规规定的容许最大栓距补上一定数量的螺栓。此时即可统计出节点板、拼接板和杆件上的实际螺栓个数。节点板上螺栓位置21EA2302E2E2EA需要80678221952195184实际8484808040杆件上拼接板上螺栓位置21EA2302E2E02E需要8067824797222263实际8484120120232第六章节点板强度检算一、节点板强度检算的基本要求为了保证节点板在交汇杆件外力作用下有足够的强度，对节点板的各个可能破坏截面应进行强度检算。桥规要求任何可能破坏截面的强度均应比作用于该截面的杆件强度大10，并规定了破坏截面的容许应力1法向应力，容许应力为；2剪应力与斜应力，容许应力为075。二、斜杆所引起的节点板撕破强度检算1计算依据由表4知，斜杆与的承载力21EA3杆21468JNNKN杆35M由于节点板平面尺寸对称，故只需检算杆引起的撕裂。2E21EA2强度检算按桥规规定，撕裂面的强度应满足1ILN杆可能引起的撕裂方式有图所示四种，各面尺寸如图21EA斜杆引起的三种可能撕破情况第一撕破面12343362214378502375015201591468ILKNKN第二撕破面12353366420IL第三撕破面12367336221378503751524520191468ILKNKN以上三个检算均满足强度要求，不会撕裂。三、节点板竖直最弱截面的强度检算1计算依据节点板中心竖直截面在其一侧杆件外力的水平分力作用下承受法向应力N，在其一侧杆件外力竖直分力作用下承受剪力Q。对于节点E2，节点板弱面为沿77面破坏法向力N和剪力Q分别为021131COS269AANNNK21SIN35EAK2截面几何特性计算由于弦杆在E2节点中断，竖直最弱截面只包括节点板与拼接板E2节点板竖直截面面积计算截面组成毛截面面积MA扣孔面积AND净面积JMAMM2C2CM2C2140014140391439016301844220207681392合计58MA2A410JA截面中性轴XX距弦杆中心轴KK的距离计算11124628463214MIYEAC对中性轴XX惯性矩与计算MXIJ3232241218072834