西南交通大学-钢桥课程设计-单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥 土木论文

西南交通大学钢桥课程设计单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计姓名王超然学号20084441班级08土木四班电子邮件790092190QQCOM指导老师文曙东设计时间2010年12月目录第一章设计资料1第一节基本资料1第二节设计内容2第三节设计要求2第二章主桁杆件内力计算3第一节主力作用下主桁杆件内力计算3第二节横向风力作用下的主桁杆件附加力计算7第三节制动力作用下的主桁杆件附加力计算8第四节疲劳内力计算10第五节主桁杆件内力组合11第三章主桁杆件截面设计14第一节下弦杆截面设计14第二节上弦杆截面设计16第三节端斜杆截面设计17第四节中间斜杆截面设计19第五节吊杆截面设计20第六节腹杆高强度螺栓计算22第四章弦杆拼接计算和下弦端节点设计23第一节E2节点弦杆拼接计算23第二节E0节点弦杆拼接计算24第三节下弦端节点设计25第五章挠度计算和预拱度设计27第一节挠度计算27第二节预拱度设计28第六章桁架桥梁空间模型计算29第一节建立空间详细模型29第二节恒载竖向变形计算30第三节活载内力和应力计算30第四节自振特性计算31第七章设计总结32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（TB1000212005），铁路桥梁钢结构设计规范（TB1000222005）。2结构轮廓尺寸计算跨度L79M，钢梁分10个节间，节间长度DL/1079M，主桁高度H11D/81179/8109M，主桁中心距B575M，纵梁中心距B20M，纵梁计算宽度B0530M，采用明桥面、双侧人行道。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ZG35II、辊轴采用35号锻钢。4活载等级中活载。5恒载（1）主桁计算桥面P110KN/M，桥面系P2629KN/M，主桁架P31451KN/M，联结系P4274KN/M，检查设备P5102KN/M，螺栓、螺母和垫圈P6002（P2P3P4），焊缝P70015（P2P3P4）（2）纵梁、横梁计算纵梁（每线）P8473KN/M（未包括桥面），横梁（每片）P9210KN/M。6风力强度W0125KPA，K1K2K310。7工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精制螺栓，栓径均为22MM、孔径均为23MM。高强度螺栓设计预拉力P200KN，抗滑移系数0045。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；4挠度验算和上拱度设计；5空间分析模型的全桥计算。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汇总成表格。2主桁内力计算表格项目包括加载长度L、顶点位、面积、总面积、NP、K、NKK、1、1NK、A、AMAXA、1NK、NS、平纵联风力NW、桥门架风力NW、制动力NT、主力NINP1NKNS、主风NIININWNW、主风弯矩MII、主制NIIININT、主制弯矩MIII、NCMAXNI,NII/12,NIII/125、1F、NNNP1FNK、吊杆下端弯矩MB。3主桁内力计算和截面设计计算推荐采用MICROSOFTEXCEL电子表格辅助完成。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），页边距推荐为上2CM、下2CM、左25CM、右15CM、页眉15CM、页脚175CM。（2）设计文件要求采用单一的PDF文件格式，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1页。（3）特别要求正文采用四号宋体和TIMESNEWROMAN字体，段落采用单倍行距、段前0行、段后05行，不设置文档网络的自动右缩进、不设置文档网络的对齐网格；章名采用二号黑体居中（新章起页，章名前空两行）；节名采用三号黑体居中（节名前、后空一行）；（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。第二章主桁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P2629KN/M,主桁架P31451，联结系P4274KN/M，检查设备P5102KN/M，螺栓、螺母和垫圈P6002P2P3P4，焊缝P70015P2P3P4每片主桁所受恒载强度P106291451274102002629145127400156291451274/21769KN/M，近似采用P18KN/M。2影响线面积计算（1）弦杆影响线最大纵距HLY21影响线面积YL21A1A3L1156，L2634，02，E2E4L1236，L2554，03，其余弦杆计算方法同上,计算结果列于下表21中。（2）斜杆，LY2SIN1LY121SIN12121Y，式中1119898LYLY，E0A1L175，L2715，01A3E4其余斜杆按上述方法计算3吊杆3恒载内力4活载内力1换算均布活载K按及加载长度L查表求得例如（2）冲击系数弦杆，斜杆吊杆（3）静活载内力KN（4）活载发展均衡系数活载发展均衡系数61MAX（5，列车横向摇摆力产生的弦杆内力横向摇摆力取S100KN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10，另一平面为02。上平纵联所受的荷载S上0210020KN,下平纵联所受的荷载S下10100100KN。摇摆力作用下的弦杆内力NSYS,Y为弦杆在简支平纵联桁架的影响线纵距,例如上弦杆A1A3长度为两个节间，受力较大的为第二个节间，其影响线顶点对应于该节间交叉斜杆的交点O，影响线纵距KNNSESYKNNSAKYSSLB0239175947132890,7157961E2452380616175214220532下弦杆同理对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依设计任务书要求，风压WK1K2K3W010125KPA,故有车风压W08W10KPA。1下平纵联的有车均布风荷载桁高H109M，H纵梁高钢轨轨木高12904169MW下0504H104H3W05041091041693104994KN/M2上平纵联的有车均布风荷载W上0504H02104H3W050410902104169310274KN/M3弦杆内力弦杆横向风力影响线顶点对应位置和纵距同上述的摇摆力计算。上弦杆A1A3在均布风荷载W上作用下的内力为KNYEYKNNWAYL7628947593421LWNW1463947956122182368747523121422053下下下下下下下下下下弦杆上上上上上上2桥门架效应的端斜杆和端下弦杆附加力桥门架所受总风力MHLHWKKMKNLCHWMFBLMLCLMLKNLWHKN5718297458629732VCOSV754138604282,6135867426312000）（横为的一半处）附加弯矩端斜杆端部（横梁高度端斜杆中部附加弯矩在下弦杆产生的分力端斜杆轴力端斜杆轴力端斜杆反弯点位置上计算结果列在表21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E2E4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。BRA352809273205XXX解得X978M故桥上活载总重KN46820795202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12KN8423TNT768406842其下弦杆内力见表制动力作用附加内力EKT2端斜杆制动力计算E0E1杆力影响线顶点位置离左端点支点79M，设将列车荷载的第4轴重PL置于影响线顶点处。因为影响线为三角形，故根据结构力学所述的法则，若满足下列条件，则该活载位置是产生最大杆力时的荷载89196872035741BRPARPBA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。KNT648390920517制动力所产生的杆件内力NT和M2轴向力32468NT下弦杆弯矩MKNHT2763M0216404/1端斜杆弯矩第四节疲劳内力计算1疲劳轴力疲劳荷载组合包括设计载荷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1F。同时，第435条又规定，焊接及非焊接栓接构件及连接均需进行疲劳强度检算，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，斜杆15794081F吊杆3261FKNPNNKNKEF409MI904263571641AX42其余计算内力见表21。2吊杆疲劳弯矩作用在纵梁上的恒载P973KN|M由恒载产生纵梁对横梁的作用力NP76867KN当L16M和A05时，K597KNM由活载产生纵梁对横梁的作用力KNKN6347195由恒载产生的简支梁弯矩MKNCBNPM1264275862由静活载产生的简支梁弯矩K38341冲击系数51MKNNKP/5419384510369124MK1M607,8763478）（横梁横梁MKNEMECMICILBCAUPKIUIBPBPSBSBBPKSBBP419516739019635702826169,0613576302185032第五节主桁杆件内力组合1主力组合KNKNAEKNSKPIII754,087169827392621337,5431例如2主力和附加力组合（主力控制）纵向附加力（制动力）主力（主力控制）横向附加力主力，附加风力主力控制设计）。（绝对值取大，故主力横向附加力主力，附加风力主力为例以KN624813025138NKN025384I9547973164281IKNWK3E5087249651N4936149IK71308A,114213142E表21主桁杆件内力计算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141224翼缘246036每侧有4排栓孔，孔径D23MM毛截面AM246364122443008CM2栓孔削弱面积A2436236624CM2净截面面积AJAMA43008662436384CM22刚度验算33411642458906YICM杆件自由长度满足验算。,10756190843YMYYRLCAI通过验算。无需验算。XY,3拉力强度验算MPAMPAANJJ651820135483601式中为板厚的修正系数，依钢桥规范321条及其条文说明，查“续说明表321”，对于Q345Q，35TMAX50MM板厚315/3450913。4疲劳强度验算由表21可知NMIN130909KN、NMAX499745KN得MPAAJ9835461039MINIJ77AXA拉拉杆件验算式DNMAXINT0RR式中线路系数10，DR损伤修正系数10，N50板厚修正系数4T25R091236查规范表3272的杆件验算截面为第类疲劳等级，查表3271知其疲劳容许应力01307MPA故101013735359810137MPA0912130711920MPA，通过验算。二、端下弦杆E0E21初选截面选用腹板142812翼缘246016毛、净截面面积、毛截面惯性矩计算方法同上净截面惯性矩IYJIYIY259621623492172205156CM42刚度验算Y6906100，通过验算。3拉力强度验算1主力作用NI217722KNMPAPAAJILJ20741286902172主力制动力作用NII241878KN，制动力弯矩MII3616KNMMPAPAIMAJJIJ5218362051316982430125为主力制动附加力作用验算的放大系数。4疲劳强度验算由表21可知NMIN47127KN、NMAX189182KN得MPAANJJ861269081747MAXAINI拉拉杆件验算式DNMAXINT0RR故通过验算。PA713983728610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Y6961100，通过验算。3总体稳定验算由Y6961，查表内插求得106116通过验算4局部稳定验算（1）翼缘板按照钢桥规范，查表533，当时，板件的宽厚比505140B翼缘板2腹板按照钢桥规范，查表533，当时，板件的宽厚50比腹板通过验算同理，设计计算其他上弦杆。第三节端斜杆截面设计1初选截面选用腹板141218、翼缘260024B041MPAMPAANMC3298962410358751469140294816B8437169408214B截面面积，惯性矩计算方法同上。2刚度验算Y9128，X7924100，通过验算。3总体稳定验算1主力作用由Y7924，查表得105492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422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121MMWMAN换算长细比，查表得4520188346XEYLRH10689式中系数，焊接杆件取18；杆件两翼缘板外缘距离，即截面宽度，。HMH460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422条，此可用作。12所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值1701632047541122MEANN式中构件在弯矩作用平面内的长细比；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，应按主力1N71N组合采用；主力加附加力组合时取用，应按主力加附加力组合采用。41NMPAMPANM8109254908593632107981MPAMPAANM670505971632051MPAMPAM81320549012314798068075916325主力制动力作用依照钢桥规范422条规定，当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时，02所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值172016320479841122MEANNMPAMPAM251370254903860563798局部稳定验算同上，见表31。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MAXY9128100，通过验算3总体稳定验算由MAXY9128，查表内插得10465PAPAANM6720508593163207981通过验算4局部稳定验算1翼缘板按照钢桥规范，查表533，当50时，板件的宽厚比B0145翼缘板，通过验算。1856921406214B2腹板按照钢桥规范，查表533，当50时，板件的宽厚比104B腹板，通过验算。14708692401842B5疲劳检算由表21可知NMIN91341KN、NMAX54684KN得MPAAJ8956160493MINIJ85AXA106349可知E4A5为以压为主的拉压杆件，验算公式为DNMAXTP0RRMPAMPA674913086341通过验算。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，通过验算。MPAANJJ2045396107MPAMPAANM932046595219086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31可知X5793，Y15273180，通过验算。3疲劳强度验算吊杆无附加力，在主力作用下，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21可知NMAX77443KN、NMIN144KN，MMAX944KNM、MMIN8954KNM吊杆A1E1净截面积AJ9496CM2，毛惯性矩IMX38224CM4。栓孔惯性矩；32X1I41451CM净惯性矩IJXIMXIX38224554132683CM2MPAWMANJNJN91473268049174MAAXMAXJNJN560III故RDRNMINMAX10010014799214712652MPART01001307013070MPA，通过验算。表31主桁杆件验算总表第六节腹杆高强度螺栓计算按照钢桥规范第611条，高强度螺栓容许抗滑承载力为KNKNMP945271040式中高强螺栓的容许抗滑承载力；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045；0高强螺栓的设计预拉力，为；N2MKN0安全系数，采用17。K主桁腹杆杆端高强度螺栓个数N应满足。P为杆件的承载力，对于主桁杆件N受拉杆件；JA受压杆件；1MKNANM763982051631受拉压杆件。AXJ，一下各取一杆件举例说明1拉杆21EA杆件承载力KNANJ20315610螺栓数个；9423PN2压杆10E杆件承载力KNANM763982051631螺栓数个；（至少取7排，共80个）945278PN3拉压杆54E杆件承载力1603120JAKNM764591AXJMNA，螺栓数个。32106594NNP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拼接板截面设计钢桥规范第907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。根据前面表31计算结果，杆246016，142812一半净面积为20E21568492CMAJ杆246036，141232一半净面积为4E2240158CJ节点板选用厚度M一块节点板作为外拼接板提供的面积取杆件高度46CM部分211643246CAP初选内拼接板为420032一侧两块，两块内拼接板净面积为2256983240CMP内外拼接板净面积为2拼接螺栓和拼接板长度单抗滑面高强螺栓的容许承载力为014520947MNPKNK内拼接板节点板一侧节点板外拼接板所需高强螺栓数一侧两块内拼接板所需高强螺栓数3内拼接板长度内拼接板一侧40个高强度螺栓，排成10排，端距取50MM，其长度为ML1740583109802第二节E0节点弦杆拼接计算1拼接板截面设计根据前面表31计算结果，E0E2杆246016，142812一半净面积为2965132CMAJ节点板选用厚度1一块节点板作为外拼接板提供的面积取杆件高度46CM部分21643246CAP初选内拼接板为420016一侧两块，两块内拼接板净面积为228910MP内外拼接板净面积为2221567914364CMACAJPP通过验算。2拼接螺栓和拼接板长度单抗滑面高强螺栓的容许承载力为014520947MNPKNK一侧节点板外拼接板所需高强螺栓个至少取5排，共20个141620859PNAN一侧两块内拼接板所需高强螺栓数个至少取5排，共20个22420186359PN3内拼接板长度内拼接板一侧20个高强度螺栓，排成5排，端距取50MM，其长度为ML9405839082根据节点布置的实际需要，最后两块上端内侧内拼接板P1取20016940，两块下端内侧内拼接板P4取21016940，满足验算要求。第三节下弦端节点设计根据端横梁高度、端斜杆一侧计算高强度螺栓数6066个至少取7排，共2661480个、节点板弦杆一侧外拼接板计算高强螺栓数1668个至少取5排、共20个，实际取7排、共28个、一侧内拼接板计算高强螺栓数为1863个至少取5排，共20个、长度为940MM等要求，画图、布置、设计下弦端节点如下图E0节点构造图第五章挠度计算和预拱度设计第一节挠度计算全桥满布单位均布荷载时简支桁架跨中挠度为MEALNF1012式中单位集中荷载作用在跨中时各杆件内力；全桥满布单位均布荷载时各杆内力，即杆件影响线总面积；0N、桁架各杆长度和毛截面积；LMA钢材的弹性模量。E跨中单位集中荷载作用下各杆内力分别为弦杆673910281HLN斜杆180SIN1吊杆5EA1其余竖杆。0N式中、分别为影响线顶点位置及桁高；H斜杆与弦杆夹角。挠度计算见表51表3钢桁架单位均布荷载挠度计算表杆件加载点位置毛截面积AM杆件长度LN0N1单位CM2CMKNKNCMA1A30229514924340730015A3A5044262414926511450031E0E201154149224410360008E2E40346304149256971090019E4E4，053932874667821820022E0A101362212684150620009A1E201190126832290620013E2A301234412682310620007A3E401190126813840620005E4A50119012684610620002E5A5051061026746100070138恒载产生的挠度P1F803248CM活载产生的挠度LFKF790/564150式中为影响线长、顶点时每片主桁的换算均布静活载。05KL第二节预拱度设计钢桥规范要求当恒载和静活载挠度超过跨度的1/1600时，应设上拱度。，故应设上拱度。CMLFKP94160/39815642按钢桥规范规定，下弦各节点应设拱度等于恒载加一半静活载所产生的挠度，跨中E5节点应设拱度PKF052480561C钢桁架起拱方法，采用将弦上每个节间伸长D利用调节上弦节点栓孔011NLFEA01M2LEA位置使上杆件伸长，杆长不变，形成拱度。由几何关系，2MF56AX为节点到跨中的距离，单位为M，单位为CMXF，故2A56/370932MFX表52中给出各节点实设上拱度。表4下弦各节点预拱度设置节点E0E1E2E3E4E5E4，E3，E2，E1，E0，纵坐标XM3953162371587900079158237316395FMCM01573324565315565314563321570第六章桁架桥梁空间模型计算第一节建立空间详细模型采用如下构件截面建立桁架梁桥空间梁单元计算模型表5桁架梁桥构件截面特性值表杆号名称类型截面形状HB1BTWTF1TFB2TF2C1下弦杆E0E2用户H型截面0460460012001604600162下弦杆E2E4用户H型截面0460460018002404600243下弦杆E4E5用户H型截面04840460024003604600364上弦杆A1A3用户H型截面0460460018002404600245上弦杆A3A5用户H型截面0460460024003604600366斜杆E0A1用户H型截面0460600018002406000247斜杆A1E2用户H型截面0460460010001604600168斜杆E2A3用户H型截面0460460012002004600209斜杆A3E4用户H型截面04604600100016046001610斜杆E4A5用户H型截面04604600100016046001611竖杆用户H型截面046026001000120