单线铁路下承式栓焊支钢桁梁桥空间分析计算

1、  单线铁路下承式栓焊支钢桁梁桥空间分析计算 目 录第一章 计算资料1第一节 基本资料1第二节 计算内容1第二章 桁架梁桥空间模型2第一节 调整后的构件截面尺寸2第二节 空间模型3第三章 恒载和活载作用下竖向变形3第一节 恒载作用下的竖向变形4第二节 活载作用下的竖向变形4第四章 主力和各项附力单独作用下的受力5第一节 主力单独作用下的受力5第二节 横风荷载单独作用下的受力8第三节 制动力单独作用下的受力12第五章 主力和各项附力组合作用下的受力13第一节 主力和横向附力组合作用下的受力13第二节 主力和纵向附力组合作用下的受力17第六章 自振特性计算19第一节 一阶振型计算19第二

2、节 二阶振型计算20第三节 三阶振型计算20第四节 四阶振型计算21 第五节 五阶振型计算22第七章 总结22 第一章 计算资料第一节 基本资料1、设计规范：铁路桥涵设计基本规范（tb10002d1-2005），铁路桥梁钢结构设计规范（tb10002d2-2005）。2、 结构轮廓尺寸： 计算跨度 l= 106.5m， 钢梁分10个节间， 节间长度 d=l/10=10.65 m， 主桁高度 h=11d/8= 14.64 m， 主桁中心距 b=5.75 m， 纵梁中心距 b= 2.0m，纵联计算宽度 b0= 5.30 m，采用明桥面，双侧人行道。3、材料：主桁杆件材料 q345q，板厚40mm，

3、高强度螺栓采用 40b，精致螺栓采用 bl3，支座铸件采用 zg35,辊轴采用 35 号锻钢。4、活载等级：中活荷载。5、恒载：结构自重根据实际计算，明桥面恒载、横向力、纵向力均按照铁路桥涵设计基本规范（tb10002d1-2005）6、连接：工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精致螺栓，栓径均为 22mm，孔径均为 23mm高强度螺栓设计预拉力 p=200kn,抗滑移系数0=0.45。第二节 计算内容1、全桥建模，汇总各杆件调整后的截面。 2、计算恒载、活载作用下竖向变形（图示和数值说明）。 3、计算主力、各项附加力单独作用的构件轴力、弯矩、轴向应力、弯曲应力、组合应力、支座

4、反力（图示和数值说明）。 4、根据规范要求计算主力和各项附加力组合作用下的构件轴力、弯矩、轴向应力、弯曲应力、组合应力、支座反力（图示和数值说明）。 5、计算结构前 5 阶自振模态。第二章 桁架梁桥空间模型第一节 调整后的构件截面尺寸采用如下构件截面建立桁架梁桥空间模型。表 2-1 桁架梁桥构件截面特征值表（单位 m）杆号名称 类型 截面形状 h b1（b）tw tf1（tf）b2tf2c1下弦杆 e0e2 用户 h 型截面 0.460.460.010.0120.460.0122下弦杆 e2e4 用户 h 型截面 0.460.460.0180.0240.460.0243下弦杆 e4e5 用户

5、h 型截面 0.460.460.0240.0240.460.0244上弦杆 a1a3 用户 h 型截面 0.460.460.0180.0240.460.0245上弦杆 a3a5 用户 h 型截面 0.460.460.0240.0360.460.0366斜杆 e0a1 用户 h 型截面 0.460.60.0180.0240.60.0247斜杆 a1e2 用户 h 型截面 0.460.460.010.0160.460.0168斜杆 e2a3 用户 h 型截面 0.460.460.0120.020.460.029斜杆 a3e4 用户 h 型截面 0.460.460.010.0160.460.0161

6、0斜杆 e4a5 用户 h 型截面 0.460.460.010.0160.460.01611竖杆 用户 h 型截面 0.460.260.010.0120.260.01212横梁 用户 h 型截面 1.290.240.0120.0240.240.02413纵梁 用户 h 型截面 1.290.240.010.0160.240.01614下平纵联斜杆 用户 h 型截面* 0.2130.180.010.0120.180.01215制动撑架 用户 h 型截面* 0.2130.180.010.0120.180.01216桥门架楣杆 用户 槽钢 0.250.10.010.010.10.0117横联上横撑（端

7、)用户 槽钢 0.250.10.010.010.10.0118横联上横撑（中)用户 h 型截面 0.250.180.010.010.180.0119横联楣杆 用户 双角钢截面 0.080.1250.010.01 0.0120上平纵联斜杆 用户 h 型截面 0.250.180.010.010.180.0121纵联间水平斜杆用户 角钢* 0.10.10.010.01 22纵联间横向连接用户 角钢* 0.090.090.010.01 第二节 空间模型 建立后的空间模型如下图所示： 提取研究的主桁杆件编号如下图所示：主桁杆件各构件特征值如下图所示：主桁杆件各构件特征值如下图所示：第三章 恒载和活载作用

8、下竖向变形第一节 恒载作用下的竖向变形 恒载作用下的变形形状如下图所示，最大竖向位移在跨中处，为37.5mm。支座处竖向位移最小，为零。 第二节 活载作用下的竖向变形 活载作用下，桁梁的竖向变形如下图所示。最大值也发生在跨中，为92mm，据铁路桥涵设计基本规范tb10002d1-2005规定可知，简支钢桁梁在列车静活载作用下的竖向容许挠度值为l/900=109.9mm，故本钢桁梁桥满足容许挠度要求。第四章 主力和各项附力单独作用下的受力第一节 主力单独作用下的受力 由铁路桥涵基本规范tb10002d1-2005可知，主力包括桥梁恒载、列车静活载和横向摇摆力，横向附力主要是横向风力，纵向附力主要

9、是制动力（牵引力）。4.1.1主力作用下的轴力 活载加载系数未考虑活载均衡发展系数，主力作用作用下主桁杆件的最大和最小轴力如下图由此可知，主桁杆件最大轴力为e4e5杆4170kn，最小轴力为a3a5杆5121kn。 4.1.2 主力作用下的轴向应力 主力作用下主桁杆件的最大和最小轴向应力如下图：由图可知，主力作用下主桁的最大轴向应力为e2e4杆 214mpa，最小轴向应力为a3a5杆 -120mpa。 4.1.3 主力作用下的弯矩 主力作用下的最大和最小弯矩如图所示：由此可知，主桁杆件最大弯矩为 a1a3杆 45kn·m，最小轴力为a1a3杆45 kn·m。 4.1.4 主

10、力作用下的弯曲应力 主力作用下主桁杆件的最大和最小弯曲应力如下图：由图可知，主力作用下主桁的最大轴向应力 e0e2杆 69mpa，最小轴向应力为 e0e2 杆-69mpa。 4.1.5 主力作用下的组合应力 主力作用下主桁杆件的最大和最小组合应力如下图：由图可知，主力作用下主桁的最大组合应力 e2e4 杆260mpa，最小轴向应力为 a1a3杆-155mpa。 4.1.6 主力作用下的支座反力 主力作用下支座的最大和最小反力如下图(单位：kn)：由图可知，在主力作用下，支座竖向反力最大为 3189kn，最小为 672kn。 由铁路桥梁钢结构设计规范 tb10002d2-2005，钢材 q345

11、q 的轴向应力容许值为 200mpa，弯曲应力容许值为 210mpa，以上应力均满足规范要求。第二节 横风荷载单独作用下的受力4.2.1 横风荷载作用下的轴力 考虑横风荷载时，要区分桥上有车情况和无车情况。当桥上有车通过时，横向风力作用面积大，对结构受力的影响也就更大。因此，根据规范，分别计算无车横风荷载和有车横风荷载作用下的结构受力。无车横风荷载作用下的轴力如下图所示，最大轴力为 e0e2 杆371kn，最小轴力为e4e5杆-300kn。有车横风荷载作用下的轴力如下图所示，最大轴力为 e0e2 杆430kn，最小轴力为 e4e5杆394kn。4.2.2 横风荷载作用下的弯矩 无车横风荷载作用

12、下的轴力如下图所示，最大弯矩为 e0a1杆 124kn·m，最小弯矩为 e0a1杆-89kn·m。有车横风荷载作用下的轴力如下图所示，最大弯矩为 e0a1 杆 103kn·m，最小弯矩为 e0a1杆-105kn·m。4.2.3 横风荷载作用下的轴向应力 无车横风荷载作用下的轴向应力如下图所示，最大轴向应力为 e0e2 杆24mpa，最小轴向应力为 e2e4杆-18mpa。有车横风荷载作用下的轴向应力如下图所示，最大轴向应力为 e0e2 杆28mpa，最小轴向应力为 e2e42 杆-25mpa。4.2.4 横风荷载作用下的弯曲应力 无车横风荷载作用下的弯曲

13、应力如下图所示，最大弯曲应力为 e0a1 杆19mpa，最小弯曲应力为 e0a1杆-20mpa。有车横风荷载作用下的弯曲应力如下图所示，最大弯曲应力为 e0a1 杆16mpa，最小弯曲应力为 e0a1杆-16mpa。4.2.5 横风荷载作用下的组合应力 无车横风荷载作用下的组合应力如下图所示，最大组合应力为 e0e2 杆43mpa，最小组合应力为e1a0 杆-42mpa。有车横风荷载作用下的组合应力如下图所示，最大组合应力为 e0e2 杆44mpa，最小组合应力为 e1a1 杆-34mpa。4.2.6 横风荷载作用下的支座反力 无车横风荷载作用下的支座反力如下图所示(单位：kn)有车横风荷载作

14、用下的支座反力如下图所示(单位：kn)4.2.7 横风荷载作用下的桥门架效应 上平纵联所受的横向力是经由两端的桥门架传至下弦节点 ，使端斜杆和下弦杆产生附加内力，端斜杆受弯变形如图所示。（此图为无车横风荷载作用）第三节 制动力单独作用下的受力 4.3.1 制动力作用下的轴力 制动力作用下的轴力如下图所示，最大轴力为 e0e2杆 188kn，最小轴力为e0a1杆-4kn。4.3.2 制动力作用下的弯矩 制动力作用下的弯矩如下图所示，最大弯矩为 e0e2杆8kn·m，最小弯矩为e0e2 杆-5kn·m。4.3.3 制动力作用下的轴向应力制动力作用下的轴向应力如下图所示，最大轴向

15、应力为 e0e2 杆12mpa.4.3.4 制动力作用下的弯曲应力 制动力作用下的弯曲应力如下图所示，最大弯曲应力为 e2e4 杆 4mpa.4.3.5 制动力作用下的组合应力 制动力作用下的组合应力如下图所示，最大组合应力为 e0e2 杆12mpa.4.3.6 制动力作用下的支座反力 制动力作用下的支座反力如下图所示(单位：kn):第五章 主力和各项附力组合作用下的受力第一节 主力和横向附力组合作用下的受力据铁路桥涵设计基本规范 tb10002d1-2005，桥梁设计时，应仅考虑主力与一个方向（横桥向或顺桥向）的附加力相结合。因此，在检验荷载组合效应时，分别将主力+横向附加力组合和主力+纵向

16、附加力组合。 横向附力主要为横向风荷载，因此主力+横向附力组合作用是恒载、活载、横向摇摆力和横向风力的组合作用。 5.1.1 主力+横向附力组合作用下的轴力 主力+横向附力组合作用下的最大和最小轴力如图所示，最大轴力为 e4e5杆3827kn，最小轴力为 a3a5杆-5403kn。5.1.2 主力+横向附力组合作用下的弯矩 主力+横向附力组合作用下的最大和最小弯矩如图所示，最大弯矩为 e0e2杆 40kn·m，最小弯矩为 e0e2杆-40 kn·m。5.1.3 主力+横向附力组合作用下的轴向应力 主力+横向附力组合作用下的最大和最小轴向应力如图所示，最大轴向应力为 a1e2

17、 杆168mpa，最小轴向应力为 e0e2杆-153mpa。5.1.4 主力+横向附力组合作用下的弯曲应力 主力+横向附力组合作用下的最大和最小弯曲应力如图所示，最大弯曲应力为 e0e2 杆 16mpa，最小弯曲应力为 e0e2杆-16mpa5.1.5 主力+横向附力组合作用下的组合应力 主力+横向附力组合作用下的最大和最小组合应力如图所示，最大组合应力为 e0e2 杆 136mpa，最小组合应力为 e0a1 杆-102mpa。5.1.6 恒载+活载+横向摇摆力组合作用下的支座反力 恒载+活载+横向摇摆力组合作用下的最大和最小支座反力如图所示（单位：kn）由规范可知，根据各种结构的不同荷载组合

18、，应该将材料的基本容许应力乘以不同的提高系数，主力+风力时，相应的容许应力为 1.2，钢材 q345q的轴向应力基本容许值为 200mpa，弯曲应力基本容许值为 210mpa，提高后分别为 240 mpa 和 252 mpa，以上应力都小于容许应力，满足规范要求。 第二节 主力和纵向附力组合作用下的受力纵向附力主要为制动力，因此主力+纵向附力组合作用是恒载、活载、横向摇摆力和制动力的组合作用。 5.2.1 主力和纵向附力组合作用下的轴力 主力和纵向附力组合作用下的最大和最小轴力如图所示，最大轴力为 a1e2杆3083kn，最小轴力为 a3a5杆-5805kn。5.2.2 主力和纵向附力组合作用下的弯矩 主力和纵向附力组合作用下的最大和最小弯矩如图所示， 最大弯矩为 a1a3杆 41kn·m，最小弯矩为 a1a3杆-41 kn·m。5.2.3 主力和纵向附力组合作用下的轴向应力 主力和纵向附力组合作用下的最大和最小轴向应力如图所示，最大轴向应力为 a1e2杆 162mpa，最