钢桥课程设计5060137232

1、一、设计资料(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（TB10002.1-2005） 公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004）(2) 基本设计资料：计算跨度L=77m，钢桥分为10个节间，每个节间长度d=7.7m，主桁高度H=10.59m，主桁中心距B=5.75m，斜杆倾角54°，纵联计算宽度5.3m,采用双侧人行道。(3) 材料：主桁杆件采用Q345q钢，板厚40mm，高强螺栓采用M22型,10.9级(4) 活载：中活载(5) 恒载：桥面 10KN/m 主桁14.51KN/m 联接系2.74 KN/m 桥面系6.29

2、KN/m 检查设备1.02KN/m 螺栓 纵梁（每线） ：4.73 KN/m（不包含桥面）纵梁中心距2.0m 横梁（每片）：2.10 KN/m二、主桁杆件内力计算1、恒载计算：主桁14.51KN/m 联接系2.74 KN/m 桥面系6.29 KN/m 检查设备1.02KN/m 螺栓 = 焊缝 = 故每片主桁梁重量为：p = （14.51+2.74+6.29+0.471+1.02+0.353）/ 2 = 12.692 KN/m 桥面重：两侧设置钢筋混凝土人行道板（每片主桁分担5 KN/m）故，每片主桁恒载为：P = 12.692+5 = 17.682 KN/m 18 KN/m2、影响线面积计算：

3、（1）上、下弦杆：影响线最大纵距，面积。 上弦杆A1A3: ， ， 。 下弦杆 E0E2: ，。（2）斜杆：， 端斜杆E0A1：， 斜杆A1E2: ，（3）吊杆：，。主桁各杆件影响线面积图：3、主荷载作用下的内力计算：（1）按照值及加载长度查表计算值（2）冲击系数计算： 弦、斜杆： 吊杆： （3）各杆件的恒载内力和活载内力计算：恒载内力计算：活载内力计算： 冲击力的活载内力： 活载发展均衡系数的计算：，为跨中弦杆的值。，于是可得到各杆件的值。 主荷载作用下的内力计算： 列车摇摆力产生的弦杆内力： 横向摇摆力S取100KN，作为一个集中荷载取最不利加载位置加载，水平作用在钢轨顶面。摇摆力在上下平

4、纵联的分配系数为：桥面系所在平面的分配系数为1.0；上平纵联的分配系数为0.2。 ， 摇摆力作用下弦杆的内力，为弦杆在简支平纵联桁架影响线纵距。 例如：上弦杆A1A3受力较大的为第二节间，其影响线顶点对应于该节间的交叉点。影响线纵距：，L=61.6m，B=5.75m，KNA3A5杆: ， ， 下弦杆E0E2: 影响线最大纵距为，L=77m，B=5.75m ， ， E2E4杆：， ， E4E4杆：， ，上下弦杆的影响线如下图上平纵联影响线：下平纵联影响线： 横向风力作用引起的附加力计算： 风压强度： （有车） 上平纵联风力： 2.67KN/m 下平纵联风力： 弦杆内力：弦杆横向风力影响线定点对应

5、位置与摇摆力一致，在均布风荷载作用下。 A1A3杆： A3A5杆： E0E2杆： E2E4杆： E4E4杆： 桥门架效应: 上平纵联承受的横向力由两端的桥门架传至下弦端节点，使端斜杆和下弦杆产生附加应力。 桥门架所受到的总风力： 桥门架主要尺寸计算： 11m高桁架的主要尺寸：， 本设计桥门架采用尺寸: , 反弯点位置计算： 端斜杆轴力： 下弦杆纵向水平力： 端斜杆中部附加弯矩： 端斜杆端部（横梁高度1.29m的一半处）附加弯矩： 制动力计算：A、 下弦杆制动力计算（活载为中活载）以下弦杆E2E4为例，将活载作如图所示的布置，根据结构力学的方法，当三角形影响线的顶点左边的活载之和等于右边之和时，

6、为产生最大杆力的活在布置位置。，解得故，桥上活载总重为：制动力T取满布活载的静止竖向应力的7%计算：则E2E4杆在制动力作用时附加内力为：(单片主桁)B、 端斜杆制动力计算：临界位置判断：根据计算可知吧第四轴重放在三角形影响线顶点时是临界位置。最不利加载位置如下图所示：制动力：轴向力：（下弦杆中线至支座顶点的距离为0.37）弯矩：疲劳计算：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（）。焊接非焊接构件及连接均需进行疲劳强度检算，当应力为压应力时不检算疲劳。疲劳计算采用的动力运营系数：弦、

7、斜杆：吊杆：需要检算疲劳的杆件有：下弦杆：、斜杆：、吊杆： 全部弦、斜杆检算方法： 焊接拉-拉式或以拉为主： 以压为主时： 吊杆疲劳弯矩： 作用在纵梁上的恒载： 纵梁支点反力： 纵梁跨中弯矩： 吊杆下端弯矩： 横梁、吊杆在框架面内的刚度系数： 4、 内力组合： 强度设计控制内力： 稳定控制内力： 三、主桁杆件截面设计： 根据所给定的参考截面尺寸初步拟定弦、斜杆和吊杆均采用焊接H型钢截面，具体截面形式如下图：1、 下弦杆截面设计：杆：参考标准设计资料，初步拟定截面尺寸（单位mm。） 翼缘板：2 腹板：1 4排螺栓孔，孔径大小为23mm，螺栓的公称直径为22mm。截面特性计算： 刚度条件检算：根据

8、钢桥设计规范：跨度大于或等于60m的桁架，其受压弦杆和端压杆容许长细比宜取100。 杆的自由长度为： 实际长细比为： ， 故，刚度条件满足。 强度条件检算： 根据内力计算结果，杆的强度控制内力为 = 5400.6KN。本设计中弦、斜杆和吊杆均采用的是D级H型Q345q钢，厚度>1635mm，容许抗拉强度取为200MPa。 故，抗拉强度也满足条件。 疲劳强度检算： 根据内力计算结果， =1249.506KN（恒载） ， =4793.9KN（恒载+活载） 焊接拉-拉式或以拉为主： 故，疲劳强度也满足条件。综上，杆的截面取：翼缘板：2 腹板：12、 端下弦杆截面设计： 参考标准设计初步拟定截面

9、尺寸为： 翼缘板：2 腹板：1 截面特性计算：（直接取用截面计算表里的数据） 刚度条件检算： 实际长细比 ： 故，满足刚度条件。 强度条件检算： 根据内力计算结果，杆的强度控制内力为。本设计中弦、斜杆和吊杆均采用的是D级H型Q345q钢，容许抗拉强度取为200MPa。 主力+制动力作用: 疲劳条件检算：根据内力计算结果： 焊接拉-拉式或以拉为主： 故，疲劳条件满足。用同样的方法设计出其它下弦杆，如截面计算表所述。3、上弦杆截面设计： 杆参考标准设计初步拟定截面尺寸为： 翼缘板：2 腹板：1 截面特性计算：（直接取用截面计算表里的数据） 刚度条件检算： 实际长细比： 故，刚度条件满足。 整体稳定

10、条件检算： 根据截面特性计算结果可知，查表得，轴心受压杆件稳定系数为：故，整体稳定条件满足。 局部稳定检算： 翼缘板：根据钢桥设计规范，翼缘板的宽厚比：故，翼缘板满足条件。 腹板：根据钢桥设计规范，腹板宽厚比： 故，腹板也满足条件。 强度条件检算： 根据内力计算结果，强度控制内力为: 故，强度条件满足。3、 端斜杆设计： 杆参考标准设计初步拟定截面尺寸为： 翼缘板：2 腹板：1 截面特性计算：（直接取用截面计算表里的数据） 刚度条件检算： 实际长细比： 故，刚度条件满足。 整体稳定条件检算： 根据截面特性计算结果可知，查表得，轴心受压杆件稳定系数为：故，满足条件 主力+横向风力作用：端斜杆杆在

11、主力作用下为受压杆件，在主力和横向力作用下为压弯杆件。附加力为横向力时，弯矩作用于主平面外。 换算长细比为：，查表得， 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，按照规范可以用作。 故，满足条件。 主力+制动力作用： 故，满足条件。 局部稳定检算： 翼缘板：根据钢桥设计规范，翼缘板的宽厚比：故，翼缘板满足条件。 腹板：根据钢桥设计规范，腹板宽厚比： 故，腹板也满足条件。4、 中间斜杆设计： 杆参考标准设计初步拟定截面尺寸为： 翼缘板：2 腹板：1 截面特性计算：（直接取用截面计算表里的数据） 刚度条件检算： 实际长细比： 故，刚度条件满足。 整体稳定条件检算： 根据截面特

12、性计算结果可知，查表得，轴心受压杆件稳定系数为：故，满足条件 局部稳定检算： 翼缘板：根据钢桥设计规范，翼缘板的宽厚比：故，翼缘板满足条件。 腹板：根据钢桥设计规范，腹板宽厚比： 故，腹板也满足条件。 疲劳条件检算：根据内力计算结果： 故，杆是以受压为主的拉压杆件。 以压为主时： 故，疲劳条件满足。 强度条件检算： 根据内力计算结果，强度控制内力为: 5、 吊杆截面设计： 参考标准设计初步拟定截面尺寸为： 翼缘板：2 腹板：1 截面特性计算：（直接取用截面计算表里的数据） 刚度条件检算： 实际长细比： 规范规定，仅受拉力且长度<=16m的腹杆容许最大长细比宜取180 故，刚度条件满足。

13、强度条件检算： 根据内力计算结果，强度控制内力为: 故，强度条件满足。 用同样的方法设计各杆件的截面尺寸，并作相应的检算，最后得出的结果如截面设计计算表所示。四、摩擦型高强螺栓连接计算：1、单个高强螺栓承载力计算：本设计采用的高强螺栓型号为M22，10.9级（公称直径为22mm,屈强比为0.9，抗拉强度不低于1000MPa），查找铁路钢桥规范可知该类型的高强螺栓的主要性能参数如下：高强螺栓摩擦面采用喷砂（丸）后涂无机富锌漆，摩擦面抗滑移系数为0.4根据连接情况可以判定传力摩擦面数为：（连接包括节点板和内拼接板） 预拉力P：190KN k安全系数，根据规范取k=1.7。2、螺栓数目计算： 按杆件

14、的承载能力计算等强度原则：杆件的承载力总要大于其内力。对于承受活载的杆件，为了保证活载发展或遇到特种超重列车时，杆件的承载力能充分发挥，应使其连接部分与杆件有同等的承载力，这就是按承载力计算，有称等强度原则。受拉杆件螺栓数量计算： 受压杆件螺栓数量计算： 受拉压杆件螺栓数量计算： 按杆件的内力计算：主桁腹杆当其内力较小时，其截面尺寸往往由构造要求的最小尺寸控制。其承载能力常远远大于内力，如按承载能力计算连接螺栓数，数量过多，不尽合理。根据桥规螺栓连接数可以按1.1倍的杆件内力与75%的杆件净截面面积二者中取较大者计算。对联接系等不承受活载的杆件以及受活载影响较小的次要杆件连接螺栓按杆件的内力计

15、算。 3、各类杆件高强螺栓连接计算： 拉杆：A1E2杆 压杆：E0A1杆 拉压杆：E4A5杆 五、节点计算：E2节点计算：1、拼接板设计：弦杆拼接计算包括确定拼接板截面尺寸及所需螺栓数目，拼接板上的螺栓数目按拼接板的承载能力计算。根据桥规主桁受拉杆件拼接板的净截面面积应比被拼接杆件的净面积大10%。根据截面设计：E0E2杆（2460×12 1436×10）的一半净截面面积为： E2E4杆（2460×24 1412×18）的一半净截面面积为： 初步选定拼接板厚度为： 一块节点板作为外拼接板提供的截面面积（取杆件高度为46mm的部分） 初选内拼接板为4200×32（共两块），则两块内拼接板的净面积为