西南交大钢桥与组合桥课程(跨度94.5m)

1、个人资料整理仅限学习使用钢桥与组合桥课程设计姓名：学号：班级：指导老师：目录第一章设计资料1b5E2RGbCAP第一节基本资料1p1EanqFDPw第二节设计内容2DXDiTa9E3d第三节设计要求2RTCrpUDGiT第二章主桁杆件内力计算35PCzVD7HxA1/339LDAYtRyKfE8xHAQX74J0X个人资料整理仅限学习使用第一节主力作用下主桁杆件内力计算3jLBHrnAILg第二节横向风力作用下主桁杆件附加力计算第三节制动力作用下主桁架杆件附加力计算第四节疲劳内力计算11Zzz6ZB2Ltk第五节主桁杆件内力组合13dvzfvkwMI12/33个人资料整理仅限学习使用第一章设计

2、资料第一节基本资料1 设计规范：铁路桥涵设计基本规范 (TB 10002.1-2005> 铁路桥梁结构设计规范 (TB 10002.2-2005>2 结构总体尺寸：计算跨度 L=94.5m钢梁分 10个节间，节间长度为 d=L/10主桁高度 H=11d/8主桁中心距 B=5.75m，采用明桥面、双侧人行道。纵梁中心距 b=2.0m纵联计算宽度 B0=5.30m3 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。 rqyn14ZNXI4 荷载等级： 中- 活载5 恒载：(1>主桁

3、计算桥面 p1=10kN/m ，桥面系 p2=6.29kN/m，主桁架 p3=14.5kN/m,联结系 p4=2.74kN/m，检查设备 p5=1.02kN/m，螺栓，螺母和垫圈 p6=0.02(p2+ p3+ p4>，焊缝 p7=0.015(p2+ p3+ p4>；(2>纵梁、横梁计算纵梁 (每线 >p8=4.73kN/m(未包括桥面 >，横梁 (每片 >p9=2.10kN/m。6风力强度 W0=1.25kN/m，K1K2K3=1.0。7连接：工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精制螺栓，栓1/33个人资料整理仅限学习使用径均为 22mm、

4、孔径均为 23mm。高强度螺栓设计预拉力N=200kN ，抗滑移系数 =0.45。0EmxvxOtOco第二节设计内容1 主桁各杆件内力计算；2 主桁各杆件截面设计；3 挠度验算及上拱度设计；4 绘制 E0节点图；5 建立空间计算模型计算全桥。第三节设计要求1 主桁内力计算、设计汇总成表格；2 主桁内力计算表格工程包括：加载长度 l 、顶点位 、面积 、总面积 、Np 、k、 Nk=k、 1+、 (1+ > Nk、a、amax-a、(1+ N> k、 Ns、平纵联风力 Nw 、桥门架风力 Nw、制动力NT 、主力 NI =Np+(1+ >Nk + Ns、主 +风NII =NI

5、 +Nw(N w>、主 +风弯矩 M II 、主 + 制 NIII = NI + NT 、主 + 制弯矩 M III 、 Nc=max NI ， NII /1.2， NIII /1.25 、1+f、Na=Np+ (1+ f>Nk、吊杆下端弯矩 M B ；SixE2yXPq53 主桁内力计算推荐应用Microsoft Excel 电子表格；4 步骤清楚，计算正确，文图工整，装订成册。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 2.5cm、右 1.5cm、页眉 1.5cm、页脚 1.

6、75cm。6ewMyirQFL(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。 kavU42VRUs(3>特别要求正文采用四号宋体和 Times New Roman字体，段落采用单倍行距，段前 0行，段后 0.5行，不设置文档网格的自动右缩进，不设置文档网格的对齐网格；章名采用 2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 >；y6v3ALoS892/33个人资料整理仅限学习使用(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

7、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 p2 6.29kN / m ，主桁架 p314.51kN / m ，联结系 p4. 2.74kN / m ，检查设备 p1.02kN / m，螺栓、螺母和垫圈p60.02( pp3p )，524焊缝 p70.015( p2 p3p4 )每片主桁所受恒载强度p106.2914.512.741.020.02(6.2914.512.74)0.015(6.2914.512.74) / 2 17.69kN / m近似采用 p18kN / m 。2影响线面积计算(1>

8、; 弦杆影响线最大纵距 yl1l 2。影响线面积1l y 。lH2A1 A3 ： l118.78 ， l 275.12，0.2 ， y18.7875.1293.91.16412.91154.65m93.9 ( 1.164)2E2 E4 ： l128.35， l 266.15 ，0.3 ， y28.3566.1594.51.52812.99194.5 1.52872.18m23/33个人资料整理仅限学习使用其余弦杆计算方法同上,计算结果列于下表中。(2> 斜杆y1l 2， y1l 2，lsinl1sin1111 (8)21.236sintan 2111(l1l 2 )y，1 (l1l2)y

9、22式中 l1l19.45l 1 ， l19.45 yyyyyyE0 A1 ： l19.45 ， l 285.05，85.051.1120.1， y 1.23694.511.11252.54m94.52A3 E4 ： l 256.7， l 228.35，y1.23656.70.7416 ， y1.23628.350.370894.594.5l 19.450.74166.3 ，6.30.10.74160.37086.356.7l 19.456.3 3.13，3.130.0993.1328.351 (56.76.3)0.7416 23.36m ；1 (28.35 3.13)( 0.3708)5.8

10、4m2223.365.8417.52其余斜杆按上述方法计算,并将其结果列于表中。(3> 吊杆y1.0 ，121 18.909.45m4/33个人资料整理仅限学习使用3恒载内力N p p，例如E0 E2 ： N p18.030 .93556 .74kNE4 A5 ： N p18.05.84105.12 kNA5 E5 ： N p18.09.45170 .1kN其余各杆按上述方法计算,并将其结果列于表中。4 活载内力(1>换算均布活载 k按及加载长度 l 查表并运用内插法求得，例如E2 E4：0.3 ， l94.5 ， k88.2444.12kN / m <每片主桁架）2E4 A

11、5：0.1， l52.17， k101.4650.73kN / m20.1， l41.73 ， k105.3652.68kN / m2A5E5：0.5 ， l18.78， k112.4056.20kN / m2其余各杆按上述方法计算,并将其结果列于表中。(2>冲击系数281281.208弦杆、斜杆： 1140 94.540L5/33个人资料整理仅限学习使用吊杆： 11281281.475L18.94040(3>静活载内力 N kNk k ，例如E0 E2 ： N k46.0130.931423.09kNE4 A5 ： N k50.73(16.22)822.84kN ； N k 52

12、.68 10.38 565.26kNA5 E5 ： N k56.209.45531.09kN其余各杆按上述方法计算,并将其结果列于表中。(4> 活载发展均衡系数11 (max) ，N p (1) N k ，m ax 为跨中弦杆 E4 E4 的值，max0.3456 ，6可计算各杆件，例如E0 E2：556.740.3239 ，11 ( 0.34560.3239)1.00361719.096E4 A5：104.40.1058 ，11 (0.3456 0.1058)1.0400990.626105.120.1591 ，11 (0.3456 0.1591) 1.0841660.566A5E5：

13、170.100.2135 ，11 (0.34560.2135)1.0220783.566其余各杆按上述方法计算,并将其结果列于表中。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S上0.210020kNS下1.0100100kN摇摆力作用下的弦杆内力 N syS , y 为弦杆在简支平纵联桁架的影响线纵距, 例如：上弦杆 A1 A3 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点交叉斜

14、杆的交点 O ，影响线纵距，例如： M2ub6vSTnP6/33个人资料整理仅限学习使用l1l 214.17561.4252.003yB75.65.75lNsyS 2.0032040.06kN同理对 A3 A5 ： N s33.07542.52564.7kN75.65.7520下弦杆 E0E2 ：l1l 214.17580.3252.0954， N syS 2.0954 100 209.54kNyB94.55.75lE2 E4 ： N s33.07561.425100373.89kN94.55.75E4 E4 ： N s51.97542.525100406.76kN94.55.757/33个人

15、资料整理仅限学习使用第二节横向风力作用下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 WK1K2K3W01.0 1.25kPa ，故有车风压W 0.8W 1.0kPa 。(1> 下平纵联的有车均布风荷载 w下桁高 H12.994m， h纵梁高 +钢轨轨木高1.29 0.41.69mw下 0.50.4 H (10.4)( h3)W 0.5 0.4 12.994(1 0.4) (1.69 3) 1.0 5.41kN / m(2> 上平纵联的有车均布风荷载 w上w上 0.50.4 H 2.0(10.4)(h 3)W 0.5 0.412.994 0.2(10.4)(1.

16、69 3) 1.03.16kN / m(3> 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 A1 A3 在均布风荷载 w上 作用下的内力为：8/33个人资料整理仅限学习使用NW上w上1 yLw 上1 14.17561.42575.63.16239.25kN2275.65.75A3 A5 ： NW上w上1 yLw 上133.07542.52575.63.16386.49kN2275.65.75下弦杆 E0E2 ： NW下w下1 yLw 下114.17580.32594.5 5.41 536.64kN2294.55.75E2 E4： NW下w下1 yLw 下133.

17、07561.42594.55.41955.75kN2294.55.75E4 E4： NW下w下1 yLw 下151.97542.52594.55.411039.77kN2294.55.752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11H wLw上75.63.16119.448kN22l16.07m ， c8.04m端斜杆反弯点位置c(c2l )8.04(8.042 16.07)l 01)2( 28.045.02m2(2c16.07)端斜杆轴力VH w (l l0 )119.448(16.075.02)B5.75229.55kN端斜杆轴力 V 在下弦杆产生的分力NwV cos9.451

18、34.99kN229.5516.07端斜杆中部附加弯矩M FH w(cl 0 )119.4482(8.04 5.02) 180.37kN m2端斜杆端部 <横梁高度 1.29m 的一半处）附加弯矩为H w(l 0h横）119.4481.29） 261.29kN mM k2（5.02 -222计算结果列在表中。第三节制动力作用下主桁架杆件附加力计算9/33个人资料整理仅限学习使用1 下弦杆制动力计算以下弦杆 E2 E4 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。RaRbab522092 x92(30x)80

19、(36.15x)28.3566.15解得 x 13.61故桥上活载总重5 220 30 92 (36.15 13.61) 80 7840.8kN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 T 7840.8 0.07548.856kNT274.428kNE2 E4 的制动力作用附加力 N T2E4 E4 与上述算法相同，解得x29.23N TT1 0.07 5 220 30 92 (17.2529.23) 80 265.25kN222端斜杆制动力计算EE杆力影响线顶点位置离左端点支点9.45m，设将列车荷载的第4轴重 P 置于021影响线顶点处。因为影响线为三角形，故根据

20、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 0YujCfmUCwRaP1RbabRRPab1ab10/33个人资料整理仅限学习使用RaP13220 220Rb22092 3080 52.05a93.12b84.009.4585.05Ra3220Rb P12202 9230 8052.05a9.4569.8485.0586.58b将第 3 轴重或第 5轴重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T0.07(522030928052.05)561.68kN制动力所生的杆件内力NT 和 M TT561.68轴向力 NT280.84kN

21、22TMh 280.84 0.37 103.91kN m <下弦杆中线至支座下摆顶点的距离 2h0.37m ）下弦杆弯矩 M 10.4M0.4 103.9141.56kN m端斜杆弯矩 M 20.7M0.7 103.9172.74kN m第四节疲劳内力计算1 疲劳轴力力计算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 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。 eUts8ZQVRd 疲劳

22、计算采用动力运营系数弦、斜杆：118118f1L1.13404094.5吊杆：118118f1L1.31404018.90E2 E4 ： N n maxN p(1f ) N k 1298.88 1.13 3183 .70 4896 .46kNNn minN p 1298 .88kN11/33个人资料整理仅限学习使用其余计算内力列在表中。2吊杆疲劳弯矩计算横向联结系、主桁竖杆及横梁组成一个横向框架，横梁在竖向荷载作用下梁端发生转动时，在竖杆的下端 B 和上部 A 处均产生附加力矩。在竖杆的下端 B 处要进行弯矩疲劳计算。 sQsAEJkW5T作用在纵梁上的横载 p1p8kN m29.73由恒载产

23、生纵梁对横梁的作用力<即纵梁梁端剪力）N p k9.73 9.45 91.95 kN当 L 18.90m 和0.5 时，换算均布荷载k112.40 256.20由活载产生纵梁对横梁的作用力N k k56.20 9.45 531.09kN由恒载产生的简支梁弯矩M pN p ( Bc)91.95( 5.752)172.40kN m22由恒载产生的简支梁弯矩M kN k ( Bc)531.09( 5.752)995.79kN m22冲击系数 1128281.47540140 18.90L横梁N p91.950.117N k (1)531.09 1.47511)1(0.34560.117) 1.

24、038(max166横梁12/33个人资料整理仅限学习使用M PkM P(1)M k 172.401.0381.475 995.79 1697.00kN mM Bp3uM p ， M Bpk3uM pk( 2 0.5 ) ib3(2 0.5 ) i b3i si s其中ac1.8752L5.7750.4676B5.750.6739 ,L12.349横梁、竖杆在框架面内的刚度系数i bEI b653236EB5751136.06Ecmi sEI s38224E66.19EcmL57705式中 E钢的弹性模量；I b ， I s横梁、竖杆在框架平面内的惯性矩；L 横联门楣最下端节点到衡量重心轴的距

25、离；L 上弦节点中心到横梁重心的距离；M Bp30.6739172.410.47kN m0.4709)1136.06E( 20.5366.19EM Bpk30.67391697.00103.07kN m0.4709) 1136.06E(20.5366.19E第五节主桁杆件内力组合1主力组合N IN p(1)N kN S ，例如A1A3：N I989.641.00221.208( 2463.65)( 40.06) -4012.28kNE4A 5：N I =-105.12+1.04001.208(-822.84)+0=-1138.85kNN I'105.121.08411.208546.8

26、2 0716.12kN2主力和附加力组合13/33个人资料整理仅限学习使用以 A1A 3、E2E4为例A 1A 3 ：主力 N I4012.28kN ，附加风力 N239.25kN主力 +横向附加力N II4012.28 239.254251.53kN ；N II'N II4251.533542.94kN4012.28kN (绝对值取大，故主力控制设计 >。1.21.2E2 E4 ：主力 N I 5523.72kN ；附加风力 N955.75kN ；主力 +横向附加力N II5523.72955.756479.47kN ； N II'N II6479.475399.56k

27、N 5523.72kN (主力控制>1.21.2主力 +纵向附加力 (制动力 >N III5523.72274.435798.15kN ； N III'5798.154831.79kN5523.72kN (主力控制 >1.214/33个人资料整理仅限学习使用表 1 主桁杆件内力计算汇总表影响线恒载活载摇摆力附加力内力组合仅有轴力疲劳计算内力杆件杆件名称桥门架风主力主 +风 NII主+风主+ 制主 +制Nc=Na=Np + 吊杆下加载 顶点总面积(1+ >N平纵联制动力N I=N p+maxN I,NpkN k=k1+(1+ >Nkaamax -a力 Nw

28、=N I+弯矩NIII =弯矩1+f(1+ f>N 端弯矩长度 l 位 面积 Ns风力 Nw(1+ >NkNTNII /1.2,kNw (N w'>MIINI+N TM IIIkM B+N sNIII /1.25单位mmmkNkN/mkNkNkNkNkNkNkNkNkNkN·mkNkN·mkNkNkN·m项次1234567891011121314151617181920212225262728上 A1A394.500.200 -54.98-54.98-989.6444.81-2463.651.208-2976.090.33250.0131

29、1.0022-2982.58-40.06-239.25-4012.28-4251.53-4012.28弦A3A594.500.400 -82.47-82.47-1484.4643.63-3598.171.208-4346.580.34150.00411.0007-4349.54-64.71-386.49-5898.71-6285.20-5898.71杆下 E0E294.500.10030.9330.93556.7446.011423.091.2081719.090.32390.02171.00361725.32209.54535.64134.99280.842491.603027.242772

30、.4441.561.132164.83弦 E2E494.500.30072.1672.161298.8844.123183.701.2083845.910.33770.00791.00133850.95373.89955.75274.435523.726479.475798.155523.721.134896.46杆 E4E4'94.500.50085.9185.911546.3843.113703.581.2084473.920.34560.00001.00004473.89406.761039.77265.256427.037466.806692.286427.031.135731

31、.43E0A194.500.100 -52.56-52.56-946.0846.01-2418.291.208-2921.290.32390.02171.0036-2931.88-229.55-3877.96-4107.51180.37-3877.9672.74A1E284.000.10041.5340.88735.8446.841945.271.2082349.880.31310.03251.00542362.593098.433098.431.132933.9910.50-0.6573.36-47.68-57.60-12.7745 13.12013.1867-183.56-183.56-1

32、83.561.13681.96斜 E2A373.500.100-31.80-29.20-525.6047.90-1523.221.208-1840.050.28560.06001.0100-1858.44-2384.04-2384.041.13-2246.8421.002.6060.46157.20189.89-2.76793.11351.5189288.43288.43288.431.13-347.97杆63.0023.3649.091146.741385.260.22770.11791.01971412.501727.861727.861.131611.18A3E40.10017.5231

33、5.361.20831.50-5.8455.36-323.30-390.55-0.80751.15311.1922-465.60-465.60-465.601.13-49.97E4A552.500.100-16.22-5.84-105.1250.73-822.841.208-993.990.10580.23981.0400-1033.73-1138.85-1138.851.13-1034.9342.0010.3852.68546.82660.56-0.15910.50471.0841716.12716.12716.121.13512.78竖EiAi18.900.5009.459.45170.1

34、056.20531.091.475783.560.21350.13211.0220800.80970.90970.901.32871.1410.47,杆103.0715/33个人资料整理仅限学习使用第三章主桁杆件截面设计第一节下弦杆的截面设计一、中间下弦杆E4E'41 初选杆件截面选用腹杆 1-388 ×24 翼缘 2-460 ×36每侧有 4 排栓孔，孔径 d=23mm；毛截面 Am=2×46×3.6+38.8 2×.4=424.32mm22栓孔削弱面积A=2×4×3.6 ×2.3=66.24mm净截面面

35、积 A j=A m-A=424.32-66.24=358.08mm22 刚度验算Iy= 213.6 463 +138.8 2.43 =58446.30 cm41212杆件自由长度 l y=945cmryI y=58446.30=11.74cmA424.32l y945，通过验算。y =80.49 100ry11.74x y ，无需验算。3 拉力强度验算jN I6427.03 10179.49 315 200182.65MPaA j358.08345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，35t max 50mm板厚 。GMsIasNXkA=315/345=0.9134 疲劳强度验算由表 1 可知 Nmin=1546.38kN、Nmax=5731.43kN 得min = N min=1546.381000=43.19MPaA j358.0810016/33个人资料整理仅限学习使用max = N ma