下承式简支栓焊刚桁架桥课程设计

1、课程名称： 钢桥结构与设计 设计题目： 下承式简支栓焊刚桁架桥 院 系： 土木工程系 专 业： 工程检测与评估 姓 名： 游 瑶 学 号： 20106537 指导教师： 李燕强老师 西南交通大学峨眉校区2013年6月7日目 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 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 横向附加力作用下的主桁内力计算8第三节制动力作用下的主桁杆件内力计算11第三章 主桁杆件截面设计13第一节 下弦杆计算13第二节 上弦杆的计算18第三节 端斜杆的计算20第四节 腹杆计算22第五节杆端高强螺栓计算25第四章 拼接板和节点

2、板的计算27第一节 弦杆拼接计算27第二节节点板计算28第五章 挠度计算及预拱度设计33第一节 挠度计算33第二节 钢桁梁预拱度设计34第六章 设计总结36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(TB10002.1-2005) 铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005)2 结构轮廓尺寸：计算跨度L80+(50学号后两位)0.15m，钢梁分10个节间，节间长度dL/10，主桁高度H11d/8，主桁中心距B6.4m，纵梁中心距b2.0m，纵联计算宽度B05.95m，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，

3、精制螺栓采用BL3，支座铸件采用ZG35 II、辊轴采用35号锻钢。4 活载等级：中荷载5 恒载 (1) 主桁计算桥面p110kN/m，桥面系p26.29kN/m，主桁架p314.51kN/m，联结系p42.74kN/m，检查设备p51.02kN/m，螺栓、螺母和垫圈p60.02(p2p3p4)，焊缝p70.015(p2p3p4)；上述合计为17.69kN/m（每片桁架），近似取为18kN/m(2) 纵梁、横梁计算纵梁(每线)p84.73kN/m(未包括桥面)，横梁(每片)p92.10kN/m。6 风力强度W01.25kN/m2，K1K2K31.0。7 连接：工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连

4、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00.45。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 节点设计4 挠度验算及上拱度设计；5 绘制E2节点图。第三节 设计要求主桁内力计算、设计汇总成表格；主桁内力计算表格项目包括：l、p、Np、k、Nk、1、1f、(1)Nk、a、纵联风力、桥门架效应风力与弯矩、制动力与弯矩、NI、NII、NIII、NC、疲劳计算内力Nnmin、Nnmax、弯矩Mnmin、Mnmax；主桁内力计算推荐应用Microsoft Excel电子表格；中间数据保留小数位数三位以上，结果数

5、据保留一位小数即可。步骤清楚，计算正确，文图工整、装订成册。第二章 主桁杆件内力计算第1节 主力作用下主桁杆件内力计算 尺寸：计算跨度L80+(50学号后两位)0.15m=81.95m,钢梁分10个节间，节间长度dL/10=8.195，主桁高度H11d/8=11.2681m，主桁中心距B6.4m。1 恒载 近似取为P=18kN/m2 影响线面积计算 （1） (7)动力运营系数 (8)疲劳时的最大内力 第2节 横向附加力作用下的主桁内力计算1 横向附加力包括横向风力和列车摇摆力，由平纵联杆件承担。计算时将平纵联看成水平放置的桁架，平纵联的弦杆也就是主桁架的弦杆，即横向附加力的弦杆产生附加力，计算

6、图示如图:（a) 上平纵联（b)下平纵联(1) 平纵联上的横向风力分布集度计算。考虑到横向附加力要与主力组合，而主力包含列车活载内力，故这里只考虑桥上有车的情况。桥上有车时，作用在上平纵联上的横向风力分布集度为：W上=0.8W0.50.4H+0.20.6(h+30)=0.81.250.50.411.2681+0.20.6(1.79+3.0)=2.8284 (KN/m)作用在下平纵联上的横向风力分布集度为： W上=0.8W0.50.4H+1.00.6(h+30)=0.81.250.50.411.2681+1.00.6(1.79+3.0)=5.1276 (KN/m)作用在上平纵联上的列车摇摆力分布

7、集度为：K上=0.2100=20 (KN/m)作用在下平纵联上的列车摇摆力分布集度为：K下=1.0100=100 (KN/m)(2)平纵联弦杆的内力计算。平纵联的内力计算采用影响线面积法，例如：下平纵联弦杆横向风力力矩影响线纵距为：影响线面积为： 弦杆内力：列车摇摆力：力矩影响线纵距为：影响线面积为： 弦杆内力： 上平纵联弦杆横向风力力矩影响线纵距为：影响线面积为：弦杆内力： 列车摇摆力：力矩影响线纵距为：影响线面积为：弦杆内力： 其余节间的弦杆内力可按同样的方法求得，结果归入表中。(3) 桥门框架效应产生的内力计算。将桥门架看成平面刚架，其腿杆（主桁端斜杆）下端可假定嵌固在下弦端节点上。作用

8、在桥门架上的水平力为： 腿杆的反弯点的位置 腿杆的水平反力H和竖直反力V分别为： 水平反力H使端斜杆产生附加弯矩： 其中，h1=1.29m,为桥面系横梁的高度。竖直反力V使下弦杆产生附加力： 第三节制动力作用下的主桁杆件内力计算1 制动力通过桥面系纵梁，制动撑架、下平纵联传递到主桁节点上，使主桁的下弦杆产生内力。制动力T的大小按布满全跨静活载的7%计算。静活载最不利位置布置：根据结构力学方法，当三角形影响线顶点左边的活载之和Ra与顶点右边的活载之和Rb满足下式时，即为产生最大内力的活载位置。以E0E2为例解得x=-4.3328m，故桥上活载总重=5220+9230+80（43.755-4.33

9、28）=7013.776KN制动力T=7013.7767%=490.9643 (KN)。制动力T作用下，弦杆的内力为 正负号表示由于列车在桥上行驶的方向不同，制动力或牵引力产生的内力或拉力或为压力。其余杆件的制动内力可按同样的方法求得，结果见表。2 主桁杆件内力组合及主桁杆件计算内力的确定以弦杆为例，其中主力NI=2201.8865 (KN)，则主力+附加力：II=2184.2981 (KN)主力+制动力：III=1957.8950 (KN)其余杆件的内力组合计算结果见附表。第三章 主桁杆件截面设计第一节 下弦杆计算1 下弦杆E2E4的设计 设计资料： 设计最大内力：4877.4210KN，设

10、计疲劳内力：,杆件几何长度：8.195m ,材料：Q345qD (1)计算净截面面积。查表得疲劳容许应力幅,取，根据疲劳强度条件只净截面面积为： (2）选取截面形式为H形，截面组成为 竖板：2-460mm26mm 水平板：1-408mm14mm 每侧布置4排螺栓，孔径d=23mm 提供毛截面面积： 栓孔削弱的面面积： 净截面面积： 截面惯性矩： ， 回转半径： （3）强度检算 （4）刚度检算 2 下弦杆E4E4的设计 设计资料： 设计最大内力：5685.2656KN，设计疲劳内力：,杆件几何长度：8.195m ,材料：Q345qD (1)计算净截面面积。查表得疲劳容许应力幅,取，根据疲劳强度条

11、件只净截面面积为： (2）选取截面形式为H形，截面组成为 竖板：2-460mm32mm 水平板：1-396mm14mm 每侧布置4排螺栓，孔径d=23mm 提供毛截面面积： 栓孔削弱的面面积： 净截面面积： 截面惯性矩： ， 回转半径： （3）强度检算 （4）刚度检算 3 端弦杆E0E2的设计 设计资料：设计最大内力2201.8865kN，设计疲劳内力，杆件几何长度8.195m，材料Q345q（1）计算所需的净截面面积。查表得疲劳容许应力幅=130.7MPa，取=1.0，根据疲劳强度条件可知所需净截面面积为：（2）选取截面形式为H形，界面组成为：竖板：2-460mm12mm 水平板：1-436

12、mm10mm每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm；提供毛截面面积：栓孔削弱的面面积：净截面面积：截面惯性矩计算结果：，截面回转半径计算结果：栓孔所占面积对y-y轴的惯性矩：则截面对y-y轴的净惯性矩：（3） 进行强度和刚度检算。已求得制动力对下弦杆E0E2所产生的内力NT=245.4822kN，由于制动力对固定支座铰中心有一偏心距h=0.37m，故产生附加弯矩，该附加弯矩对下弦杆E0E2的分配弯矩为：设已求得杆件E0A1的刚度检算：第2节 上弦杆的计算1 上弦杆A1A3的设计 设计资料：设计最大内力：-3573.7214kN，杆件几何长度：8.195m，材料Q345q（1） 选定H形截面，并假定

13、杆件长细比=60，查表得整体稳定容许应力折减系数，则所需的毛截面面积： (2)选定截面尺寸竖板：2-460mm26mm 水平板：1-408mm12mm每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm；提供毛截面面积：截面惯性矩计算结果： 截面回转半径计算结果：(3) 整体稳定检算。 长细比：，由=67.73查表得，则：（可）(4) 局部稳定检算。 竖板：50， 水平板：50，（可）(5) 刚度检算： 长细比（可）2 上弦杆A3A5的设计 设计资料：设计最大内力：-5245.3778kN，杆件几何长度：8.195m，材料Q345q（1）选定H形截面，并假定杆件长细比=60，查表得整体稳定容许应力折减系数，则所

14、需的毛截面面积： (2)选定截面尺寸竖板：2-460mm36mm 水平板：1-388mm24mm每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm； 提供毛截面面积： 截面惯性矩计算结果： 截面回转半径计算结果： （3）整体稳定检算。 长细比： 由=66.74查表得，则： （可）（4）局部稳定检算。 竖板：50， 水平板：50，（可）（5）刚度检算： 长细比（可）第3节 端斜杆的计算设计资料： 设计最大内力N=-3463.3117kN，附加力Nw=129.6498kN，MF=158.2254kNm，Mk=198.5007kNm，杆件几何长度13.9329m，材料：Q345q1、 选定H形截面，并假定杆件长细比

15、=60，查表得整体稳定容许应力折减系数，则所需的毛截面面积： 2、选定截面尺寸竖板:2-600mm24mm ；水平板：1-412mm18mm每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm；提供毛截面面积：截面惯性矩计算结果： 截面回转半径计算结果： 杆件计算长度：（主桁平面外）（主桁平面内）长细比：，3、整体稳定检算。由=81.18查表得换算细长比：，查表得，因所以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。这样4、强度检算。主力+风力：杆端连接处截面受压翼缘的应力：主力+制动力：

16、制动力引起的附加弯矩对端斜杆E0A1的分配弯矩：5、局部稳定检算。 竖板：50， 水平板：50，（可）6、 刚度检算。长细比：（可）第4节 腹杆计算A1E1的设计 设计资料：设计内力889.1464kN，计算疲劳内力Nmax=744.6834kN，Nmin=147.5100kN，杆件几何长度11.2681m，材料Q345q；1、计算所需的净截面面积。查表得疲劳容许应力幅=130.7MPa，取=1.0，根据疲劳强度条件可知所需净截面面积为：2、选取截面形式为H形，截面组成为：竖板：2-260mm12mm 水平板：1-436mm10mm每侧布置2排栓孔，孔径d=23mm；提供毛截面面积：栓孔削弱的

17、面面积：净截面面积：（可）截面惯性矩计算结果： 截面回转半径计算结果： 3、 刚度检算。杆件计算长度：（主桁平面外）（主桁平面内）长细比：，（可）4、强度检算。求附加弯矩值：横梁截面惯性矩：竖杆的截面惯性矩： 求竖杆对x-x轴的净截面惯性矩：栓孔所占面积对x-x轴的惯性矩：则截面对x-x轴的净惯性矩为：疲劳强度检算：静强度检算：（可）第五节杆端高强螺栓计算按照钢桥规范第6.1.1条，高强度螺栓容许抗滑承载力为：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0.45；高强螺栓的设计预拉力，为；安全系数，采用1.7。主桁腹杆杆端高强度螺栓个数n应满

18、足。为杆件的承载力，对于主桁杆件：受拉杆件；受压杆件；受拉压杆件。一下各取一杆件举例说明：1拉杆E0E2杆件承载力螺栓数个；需要螺栓数：56个2压杆A1A3杆件承载力螺栓数个；需要螺栓数：68个3 拉压杆A3E4螺栓数个；需要螺栓数：64个第四章 拼接板和节点板的计算第1节 弦杆拼接计算1 拼接板截面设计（以E2节点为例）钢桥规范第9.0.7 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。根据前面表的计算结果， (2-260mm12mm ，1-436mm10mm)一半净面积为杆(2-260mm26mm ，1-408mm14mm)一半净面 积为 节点板选用厚度一块节点板作为外拼接板

19、提供的面积(取杆件高度460mm部分)内外拼接板净面积为初选内拼接板为4-200mm32mm(一侧两块)，两块内拼接板净面积为 所以通过验算。2 拼接螺栓单抗滑面高强螺栓的容许承载力为：一侧节点板(外拼接板)所需高强螺栓数：个(实际布置32个)一侧两块内拼接板所需高强螺栓数：个(实际布置28个)3 拼接板长度 内拼接板一侧28个高强度螺栓，排成4行7列，端距取50mm，其长度为为保证横梁长度一致，本算例各节点板均采用厚度 = 14 mm ，节点板的平面尺寸要先根据端连接螺栓排列需要拟定，再根据强度检算确定。以节点为例，节点板平面尺寸按外形方整，裁制简便，有足够强度的原则，如图所示，节点板2-1

20、170141680，弦杆内拼接板为4-200321260，弦杆高为460mm。1 检算主力作用下几点中心处节点板竖向截面上的法向应力 =503.6=117.16=385.42 2 检算主力作用下腹板与弦杆之间的节点板水平截面上的剪应力其余节点板检算略。3 检算斜杆与节点板连接处节点板的撕裂应力 1.1 = 1.12198.5192=2418.3714kN 综上满足要求。全桥满布单位均布荷载时简支桁架跨中挠度为：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； 、桁架各杆长度和毛截面积； 钢材的弹性模量。跨中单位集中荷载作用下各杆内力分别为弦杆斜杆吊

21、杆：其余竖杆 。式中影响线顶点位置； 桁高； 斜杆与弦杆夹角。挠度计算见下表：杆件N1N0LAf0.72728-47.6781 8.19528816 -0.0470 1.45456-71.5178 8.19542432 -0.0957 0.3636426.8181 8.19515400 0.0247 1.0909262.5811 8.19529632 0.0899 1.818274.5007 8.19534984 0.1511 0.36364-45.5970 13.932936216 -0.0304 0.3636435.4658 13.932919000 0.0450 0.36364-25.3

22、344 13.932923440 -0.0261 0.3636415.1988 13.932919000 0.0193 0.36364-5.0656 13.932919000 -0.0064 18.1950 11.268110600 0.0415 恒载产生的挠度： =0.1660cm静活载产生的挠度：式中 为影响线长、顶点时每片主桁的换算均布静活载。第1节 钢桁梁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。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： 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位置使上杆件伸长)，杆长不变，形成拱度。由几何关系，可知 化简可得 化简近似可得联立可解得取 所以跨中的实设挠度下弦任一节点的上拱度为下表中给出各节点实设上拱度。 下弦各节点预拱度设置-40.975-32.78-24.585-16.39-8.1950.008.19516.3924.58532.7840.9750.00 2.62 4.65 6.11 6.98 7.27 6.98 6.11 4.65 2.62 0.00 第六章 设计小结这次