土木工程专业毕业论文

1、XXXX大学毕业设计 第1章绪论1.1钢桥的发展1894年建成滦河大桥，该桥上部结构由多孔钢桁梁和钢板梁组成。在修建过程 中，外国工程师遇到困难而告退，最后由我国工程师詹天佑完成。 这是我国工程师第 一次主持修建钢桥。19051909年满清政府在人民群众 收回路权”这一爱国运动的 压力下，被迫用自己国家的资金和人力，修建京张铁路，詹天佑任总工程师。这一条 铁路上的钢桥，都是由我国自己设计、制造和安装的。京张铁路的建设，摆脱了帝国 主义的控制，靠自力更生建成，在我国铁路史上谱写了光辉的一页。1937年我国建成了钱塘江大桥。该桥全长1072m，公路桥面布置在上层，铁路桥面布置在下层，正 桥为16孔

2、65.86m简支钢桁梁，钢梁为铆接，采用浮运架设。该桥为我国著名桥梁专 家茅以升负责设计和监督施工，是我国历史上由自己工程师设计和监造的第一座双层 公、铁两用大桥。旧中国的铁路钢桥建设，由于受到当时的政治、经济和科学技术条件的限制，发 展极为缓慢，其中大多数为结构简单的小跨度钢梁，主跨超过100m的只有两座钢桥： 一是陇海线上的黑石关伊洛河桥，主跨为128.7m;另一是津浦线上的泺口黄河桥，主跨为164.7m。解放前修建的钢梁大部分由外国制造，由我国自己生产的钢梁总量 还不到1000t。建国后，钢梁总产量现已超过 450000t。主跨大于100m的铁路钢桥就 有十余座，其中有：1957年建成的

3、武汉长江大桥为公、铁两用桥，正桥为三联，每 联为3X128m连续铆接钢桁梁，1968年建成的南京长江大桥为公、铁两用桥，上部结 构的主要部分由一孔128m的简支钢桁梁和三联3X160m连续钢桁梁组成，主桁杆件 采用16锰低合金钢梁桥，用铆钉连接，于 1968年建成。1969年建成的成昆线三堆 子金沙江桥为192m的简支铆接钢桁梁。1970年左右建成的成昆铁路安宁河桥、同模 甸二桥、拉旧桥和迎水河桥均为112m系杆拱栓焊钢桥。1971年建成的枝城长江大桥 为公、铁两用桥，由一联5X128m和一联4X160m的连续铆接钢桁梁组成。1977年建 成的密云水库白河桥，为3X128m连续栓焊钢桁梁，19

4、82年建成的安康汉江桥为176m 的斜腿刚构。旧中国的公路钢桥的建设，也遭遇和铁路钢桥同样的命运。天津的金华、金汤、 旧万国开启桥，广州的海珠开启桥，上海的外白渡桥、浙江路桥、新闸路桥等，都是 由外国人设计或向外国贷款建造的。 新中国成立后，我国公路钢桥建设获得较大的发 展。1972年修建的北镇黄河桥，主跨长112.7m,为连续钢桁梁，是我国目前跨度较 大的一座公路梁式桥。1966年修建的广西东兰红水河桥，为上承钢桁梁与钢筋混凝 土板相结合的结合梁桥，跨长 66m，是我国目前跨度最大的公路结合梁桥。1955年 建成的武汉汉水桥，为54m+ 88m十54m刚性梁柔性拱组合体系公路钢桥。1966年

5、 和1969年建成的四川渡口二号和三号桥，跨长 180m和181m，为公路钢拱桥。我国 已建成的大跨度公路钢桥，以悬索桥较多。50年代我国公路悬索桥最大跨度为126m； 60年代为186m； 7080年代已发展到400500m。如1984年建成的拉萨河达孜悬 索桥，其主索跨度为500m，是我国目前最大跨度的桥梁；1987年在山东东营市修建 了一座主跨为288m的公路钢斜拉桥。建国以来，我国钢桥建造的科学技术水平发展迅速。 武汉长江大桥第一次征服了 长江天堑，实现了我国人民多年来梦寐以求的夙愿，它的建成反映了我国桥梁事业的飞跃，是我国钢桥发展史上的一个里程碑。 南京长江大桥，首次使用国产低合金钢

6、材， 在结构上和跨度上又向前迈进了一步。栓焊钢梁、斜腿薄壁箱形钢梁、钢斜拉桥的采 用，反映了我国钢桥建造技术进入了世界先进行列。我国仅在长江上已有各种型式的 桥梁29余座，其中接近半数为钢桥，万里长江成了中国当代桥梁的展台。关于焊接 钢桥，可以公路桥为对象作比较，按大跨径悬索桥的跨径L600m大跨径斜拉桥L 400m进行不完全统计，90年代以来中国已建成大跨径悬索桥 7座，大跨径斜拉 桥10座；同时期国外建成的大跨径悬索桥有 10座（其中日本6座），大跨径斜拉桥有 15座（其中日本6座）。按跨径大小排序，在世界上建成的全部悬索桥中排名前十位的 焊接钢桥中，中国有2座：江阴长江大桥（L=1385

7、m）排名第四（图1-1），香港青马大桥 （L=1377m）排名第五；日本明石海峡大桥L=1990m，居首位（图1-2）；丹麦的Great Belt图1-1:江阴长江大桥大桥L=1624m,排名第二。而在全部斜拉桥排名前十位的焊接钢桥中，日本的多多 罗大桥L=890m，居首位；中国有6座桥，排名第三、四、五、六、七和第九(南京长 江二桥L=628m，排第三位；武汉长江三桥L=618m，排第四位)。其中不少已跻身世界级桥梁，展示出中国当代建桥技术达到了世界先进水平。图1-2：日本明石海峡大桥1.2钢桥的建设1.2.1钢桥所用的材料桥梁结构使用的钢种主要有碳素钢和低合金钢两类。50年代我国钢桥主要采

8、用甲3桥低碳钢(A3q)，武汉长江大桥的3X128m连续钢桁梁就是用低碳钢制造的。对 于焊接钢梁，用的是16桥钢。由于低碳钢的屈服强度低(240MPa)，用以建造大跨度 钢桥，使杆件不可避免地要采用较大的截面尺寸，因而使钢桥的自重加大，钢材用量增加。为了减轻钢梁自重，50年代后期我国开始研究在桥梁上采用高强度低合金钢。 我国矿藏资源十分丰富，许多铁矿中已天然带有如锰、硅、钒、钛、铜等各种合金元 素，用普通的冶炼方法，即可炼出高质量的低合金钢，其强度、塑性、韧性及焊接性 能良好。16锰桥钢(16Mnq)是在60年代研制成功的普通低合金钢，其屈服强度为 340MPa。首先用于成昆线上的铁路桥梁，建

9、成了四座跨度为112m的系杆拱桥。又用16Mn桥钢建成南京长江大桥，其最大跨度 160m，钢梁总重31545t，比用低碳钢节省钢材约15%。从此，16Mn桥钢成为制造钢梁的主要钢种。为适应发展大跨度栓 焊钢梁的需要，自60年代中期起，我国开始研制强度更高的新钢种。70年代研制成 功的15锰钒氮桥梁钢，其屈服强度达 420MPa,曾用于京承线白河桥和京山线永定 新河桥，比用16Mn桥钢节约钢材10%以上，焊接钢板最大厚度达 40mm。为改善 15MnVN桥梁钢的焊接性能，提高焊后的低温冲击韧性和时效冲击韧性，根据不同部位，将其分为 A、B、C三级。A级（15MnVNA）用于非焊接部件；B级（15

10、MnVNB） 用于受压工字形或次要焊接部件；C级（15MnVNC）用于受拉和受疲劳控制的主要杆件。C级 15MnVN 钢的化学成分（）:C0.18 Si = 0.20.6; Mn = 1.31.7; P0.02S 560MPa 屈 服强度420MPa 伸长率S 5%）;低温冲击值ak, 10。c49J/cm2时效冲击值 a k 49J/cm21.2.2制作工艺20世纪五六十年代之前，我国建设钢桥所用结构是铆接，采用的工艺很简陋， 大都采用手工操作，人工测量组装，组装后扩孔。在建造武汉长江大桥时，引用了当 时前苏联的经验，采用覆盖式样板和立体式机器样板。 这一设备对我国钢梁制造的工 厂化和标准化

11、起了很大的作用，大大加快了我国建国初期的钢梁制造速度。近年来随 着计算机的发展，已逐步采用先进的程序控制钻床取代覆盖式样板，大大加快了钢桥制造的现代化。20世纪60年代中期，为加快成昆铁路的修建，铁道部和国家科委组成铁路栓焊钢梁科研、设计、制造、安装新技术攻关组，系统地研发了栓焊钢桥新技术。2000年建成的芜湖长江大桥为低塔斜拉连续钢桁梁，其主桁节点拼装为全焊节点，节点外 用高强螺栓连接。2003年建成的上海卢浦大桥为全焊刚拱桥。1.3桁架的历史演变只受结点荷载作用的等直杆的理想铰结体系称为桁架结构。它是由一些杆轴交于一点的工程结构抽象简化而成的。桁架在建造木桥和屋架上最早见诸实用。 古罗马人

12、 曾用桁架修建横跨多瑙河的特雷江桥的上部结构（发现于罗马的浮雕中）。文艺复兴时 期，意大利建筑师（拔拉雕Palladio）开始采用木桁架建桥，出现了朗式、汤式（斜交格 栅）、豪式桁架。英国最早的金属桁架建于1845年，是和汤式木桁架相似的格构桁架， 第二年又采用了三角形的华伦式桁架。 现代桁架多由此衍生而来，如钢桁梁标准设计 中的带竖杆华伦式桁架和带竖杆的菱形（双三角形）桁架。桁架杆件只受轴向力，应力分布均匀，材料强度得到充分利用。从古代的木桁架 到近代的钢桁架（薄壁钢杆）和钢筋混凝土（或预应力混凝土）桁架，桁架对材料的适应 范围也很广。梁式桁架（桁梁）实际上是对实腹梁中性区的掏空和改进，有助

13、于减轻自 重，增加承受外荷载的数量比，适合于向大跨度发展。由构造简单的等截面梁逐渐发 展到经济合理的梁式桁架似乎是结构形式发展的必然。实际上，早在结构理论诞生之前就有桁架的工程应用，但从实腹梁到桁架梁的演变过程却无从考证。19世纪中叶以后，随着桁架分析理论的完善，钢桁梁桥得到迅速发展。而等截面梁虽不经济，但 在跨度不大和荷载较小的情况下，由于便于制造和施工，在工程中还广为采用。1.4桁架种类及其内力特征1.4.1平面桁架分类（1）根据桁架的外形分为：平行弦桁架（便于布置双层结构；利于标准化生产，但 杆力分布不够均匀）、折弦桁架（如抛物线形桁架梁，外形同均布荷载下简支梁的弯矩图，杆力分布均匀，材

14、料使用经济，构造较复杂）、三角形桁架（杆力分布更不均匀， 构造布置困难，但斜面符合屋顶排水需要）。桁架的外形取决于弦杆的布置。若按桁架腹杆系的布置，则桁架还可细分为三角 形腹系（即华伦式桁架）、带竖杆的三角形腹系、半斜杆腹系（如K式桁架）和组合腹系 （亦称再分式桁架）。（2）由桁架几何组成方式分为：简单桁架（由一个基本铰结三角形依次增加二元体组成）、联合桁架（由几个简单桁架按几何不变体系的简单组成规则联合组成）、复杂桁架（不同于前两种的其它静定桁架）。（3）按所受水平推力分：无推力的梁式桁架（与相应的实体梁结构比较，掏空率大， 上下弦杆联合抗弯，腹杆主要抗剪，受力合理，用材经济 ）和有推力的拱

15、式桁架（拱圈 与拱上结构联为一体，整体性好，便于施工，跨越能力强，节省钢材料 ）。1.4.2桁架内力特征理想桁架杆件都是二力杆，其内力只有轴力，而没有弯矩和剪力，截面应力分布 均匀。这一受力特点反映了实际桁架结构的主要工作形态，轴力为桁架的主内力。实 际桁架（如整体浇筑的钢筋混凝土屋架，采用榫接或螺栓联接的木屋架，铆（栓）接或焊 接的钢桁架桥）中由于各杆轴线不一定准确交于结点上， 结点也并非理想铰结等原因， 还同时存在微小的附加弯矩和剪力对轴力的影响，这种影响是次要的（因结点刚性及桁架杆横截面积与惯性矩比值的大小而异，一般在5%0.1%）,内力增量称为次内力。对于静定桁架，考虑桁架各结点的平衡

16、条件（结点受汇交力系作用），逐个建立结 点的投影平衡方程，可求出所有的未知杆力，这种方法称结点法，最适用于简单桁架。 求解时，先根据桁架组成特点判定零杆，并尽可能避免联立方程。当只需求少数杆件 内力或者对于联合桁架和复杂桁架结点法无法奏效时，宜采用截面法。该法有选择地 截断杆件（平面桁架一般不超过三杆）以桁架局部隔离体作为平衡研究对象，列出力矩 （或投影）平衡方程即可求得所需杆件轴力。某些桁架（如K式桁架）需要联合应用结点 法和截面法求解。对于多杆件的复杂桁架或空间桁架，最好的选择是计算机方法。在支架、塔架和桅杆等柱结构中使用的桁架应作为组合压杆考虑其稳定性问题。143平面桁架与空间桁架桁架有

17、平面桁架与空间桁架之分， 虽说实际桁架都是空间桁架。理想化的平面桁 架不仅各杆轴都是位于同一平面内并通过理想铰的中心的直线，而且外力只作用在桁架平面内的结点上，并维持平衡。实际建筑物所受的荷载常作用于不同方向的几个平 面内。因此，必须由一系列平行的平面桁架用联结系组成一个空间体系，以承受各个方向的荷载，如屋架或桥梁。但这种空间桁架体系在设计中通常可分解简化为上述各 类平面桁架来计算。另一类空间特征明显的空间桁架体系在设计中却不能简化为几个平面桁架，只能选取空间桁架的计算简图来计算，如圆屋顶桁架、水塔锥形塔架、高压输电塔及起重 机构架等。为了计算简便，假设空间桁架的结点为完全光滑、可自由转动的球

18、形铰， 杆轴仍为直线。当外力只作用于空间桁架结点时， 各杆只受轴力。空间桁架的支座形 式有两种：一种是把桁架的一部分杆件直接与基础固结 （如塔架）；另一种则是在桁架 的某些结点处设置空间铰支座（如固定圆球式支座、可动圆柱式支座、可动圆球式支 座等等）。同平面桁架一样，静定空间桁架计算内力（轴力）常用的方法也是结点法和截面法。简单桁架的内力可以直接用结点法求出， 对于联合桁架截面法特别有用，对于复 杂桁架可联合应用结点法和截面法。 也可以把空间桁架视为网架结构的一种形式，用空间杆系有限元方法分析。144静定桁架与超静定桁架平面或空间的静定桁架，其支座反力和各杆轴力都可以用基于静力平衡条件的结 点

19、法和截面法求得。但超静定桁架存在多余联系，这些多余联系可以是内部的（多余桁架杆），也可以是外部的（多余支杆），或者是内部外部兼而有之。由于结点数多，超 静定桁架在设计中一般使用力法来计算。工程实用的大型桁架结构多为高次超静定桁 架，随着超静定次数的增多，计算工作量将迅速增加。因此，在用力法计算高次超静 定桁架时，合理选择基本体系和基本未知量十分重要。对于某些连续桁架，主要是支杆多、外部超静定，所选基本体系宜切断各中间支 座一侧节间的上弦杆联系，代以基本未知力，使之分为几个独立的跨度，成为多跨简 支桁架。这样，多余未知力的作用仅限于两个跨度的杆件。如有对称性可利用，则将 进一步减少计算量。对于工

20、程中大量使用的双重斜腹杆的内部超静定桁架，可统一截断每一节间的上弦杆或斜腹杆取为基本体系，这样，每一节间都是内部几何不变。由于每一对广义单 位未知力都是平衡力系，使得每一对单位未知力在基本体系中产生的内力只限于一个 节间。现代桁架体系常采用矩阵力法分析，由计算机来完成。如果统一采用矩阵位移 法，则静定与超静定桁架计算并无显著区别。1.5钢桁架的工程应用桁架在土建工程中的应用非常广泛， 除了古代用作木屋架和木桥外，近代大跨度 钢桥的发展离不开桁架。18831890年建于英国爱丁堡的福斯湾铁路悬臂桁梁桥， 为早期应用现代结构理论、反映当时世界建桥技术水平的里程碑工程（主跨521m,支承处桁高110

21、m，保持最大跨度纪录达28年之久）。后来被同类型的加拿大魁北克桥 以跨度548.8m超出。此外，日本港大公路悬臂钢桁梁桥（主跨510.0m）和美国西弗吉 尼亚的新河谷钢桁架拱桥（净跨518.2m）也是桁架结构工程中的佼佼者。在公铁两用桥中桁架几乎成为不可替代的结构形式。中国首座公铁两用的钱塘江大桥就是1605.8m的简支钢桁梁桥。我国钢桥发展的三个里程碑都是由钢桁架创建 的，其中有 天堑变通途”的武汉长江大桥，（正桥为跨度128m的铆接连续钢桁梁）、 自力更生的南京长江大桥（正桥结构为跨度160m铆接连续钢桁梁）和1993年采用栓焊 新技术建成的九江公铁两用大桥（主跨为216m的刚性桁梁柔性拱

22、组合钢桥）。在大跨 悬索桥中，钢桁架也是加劲梁的首选结构，著名的美国金门桥和跨径1990m居世界第一的日本明石海峡桥都采用了钢桁梁。近年来中国发展了钢筋混凝土和预应力混凝土桁架，并应用于桥梁建设上。除了作悬索桥的加劲梁（如福建沙县和龙海的悬索桥）外，还建成双层桥面预应力混凝土连 续刚构桁梁桥（如广西峦城大桥）、预应力混凝土桁架式T型刚构桥（如福州洪山桥）以 及预应力混凝土斜拉式桁架桥（如福州洪塘大桥）。20世纪60年代末发展起来的钢筋 混凝土桁架拱桥，将桁架作为拱上建筑，使传统的拱桥轻型化。并由此发展成新型的 特大跨径的预应力混凝土组合桁架拱桥。桁架便于现场拼装，在施工中作为混凝土现浇膺架、拱

23、架和临时支架而得到广泛应用。工程抢险或施工便桥中常见的贝雷片就是一种装配式的桁架单元。建筑施工中不可缺少的起重设备构架，塔架，大跨度预应力混凝土屋架，会堂场馆的空间桁架和 网架屋顶，电力工程中的高压输电塔，广播发射塔桅杆，甚至航天器、机器人的手臂 都离不开桁架。1.6本次设计所完成的任务本设计主题为下承式简支铁路桁架桥，设计的主要任务有： 主桁几何图式，主要尺寸拟定，内力计算，主桁截面选取。主桁节点及杆件连接计算，桥面系计算。绘制桥跨结构总图、主要节点图、横梁和纵梁设计图、上平联和下平联设计图、 桥门架和横联设计图。第2章杆件内力计算2.1主桁几何图示的选定单线铁路简支栓焊桁架桥，I =32m

24、，设计荷载为中荷载，主桁尺寸如图2-1所示，钢材为Q345qD，主绗中心距B =6.4m。图2-1主桁结构图2.2计算主力作用下各主桁杆件的内力2.2.1内力计算（一）恒载计算主桁，桥面系，高强螺栓以及联结系：小二180 10 =28.125kN/m64桥面及人行道双侧设钢筋混凝土人行道板：p2 = 10 kN/m故每片主绗重： p2 =28.1251(9.06 kN/m2 2（二）影响面积计算弦杆的影响线如图2-2所示，斜杆的影响线见图2-3所示，吊杆的影响线见图2-4所示。yQ1/sin 0.1/sin 0图2-3斜杆影响主桁各杆件的影响线的面积见表2-1（三）内力计算 由恒载和活载产生的

25、各杆件的内力见表 2-1所示。列车横向摇摆力：以下弦杆 EoE2举例说明，如图2-5所示为该杆件受列车摇摆力引 起的弦杆内力计算图，其他杆件计算结果见表2-1。（四）列表将计算结果列入表2-1图2-5下弦杆受列车摇摆力的计算图示表2-1各杆件的主力计算表杆件加载长度l顶点位置OC面积QZ Q恒载内力pZ Q换算活载K冲击系数（1 + ）A1A3320.5-11.64-11.64-221.7949.21.39EoE2320.258.738.73166.3952.651.39A1E210.670.25-1.654.9494.1670.531.3921.330.256.59570841.39AiEi

26、160.588168.459.71.5续表2-1杆件(1+A)Nka-NP(17)Nk活载发展系数 nH(1 + A)Nk列车摇摆 力主力汕A1A3-796.00.2791-796.09.38-1027.2EoE2638.90.2601.003640.8-117.2924.4A1E2-161.8-0.5821.144185.10-90.9529.80.1781.017538.80633.0AiEi716.40.2351.007721.40889.8222附加力作用下的主桁杆件的内力（一）横向风力标准设计中，桥上有车时的风荷载强度采用1250 Pa下|0.5 0.4 113 1.51 -0.41

27、250 =6.125 kN/m上二 0.5 0.4 11 3 1.51 -0.4 0.21250 = 3.425 kN/m由横向风力引起上弦杆内力的计算图式见图2-6所示。由横向风力引起下弦杆内力的计算见图2-7所示。F1r1XXL=16m图2-6上平纵联横向风力计算图示F1F1r1XXXXL=32m图2-7下平纵联横向风力计算图示A1A1：1 “ 12 416 -N=M216B3.425=12.8kNE0E2：6.4丄 32 工 20 6. 1 252321 1 4.kN6. 4（二）桥门架效应桥门架效应引起的主绗杆件的内力计算，其计算图示如图2-8所示图2-8桥门架结构尺寸6C369 一-

28、C桥门架所受总风力：H：上丿425 16 =27.4kN2 2腿杆反弯点位置：,c c+2L 9.6 9.6+2x13.6 c oocL0=5.385m2 2c L 22 9.6 13.6腿杆竖向反力：H：L L）2 7 .4 1 3. 6 5. 3 8 5N-35.2 kNB6.4一 8下弦杆E0E2所承受的纵向水平力：N： =N cos： - _35.220.7 kN13.6端斜杆所受附加弯矩：H27 4M F: c-L09.6 -5.385 =57.5 kN/mH：27.4M B: L05 . 3 8=5 7 3N/8n2 22.2.3制动力按相应于下弦杆在主力作用下时的静活载计算。E0

29、E2 :将活载作如图所示布置，根据结构力学方法，若能满足以下关系则产生 最大杆力的活载位置：a=8mb=24mRaRbPi 92kN/m3 1 .52x 1.5Ra R Rba bRaRb Pa b3 22022083 2208于是，制动力21m21 2= 11080.524220 21 92= 82- 9.7 （满足）T = 5 220 21 927% =212.2kN杆件EoE2因制动力所产生内力为:N 二-=106.1 kN22.3确定杆件计算内力端斜杆EoAi :主力：汕807.1kN，附加力：Nw=-35.2kN主 +附：N2二 $07. 1 35.=2- &N 2. 4N2N：2

30、二-702 kN -807.1 kN （主控）1.2上弦杆 A1A1:主力：N-1027.2kN附加力：Nw = -12.8kN主 +附：N2= 4 027.2 1 2f8 1kN4 0. 0N2 二巴 866.7 kN -1027.2 kN （主控）1.2下弦杆 EoE2： 主力：N924.4kN附加力：Nw = 114.8 20.7 = 135.5kNNt =106.1kN主 +附：N2 =924.4 135.5 = 1059.9kNN2 二吐=883.25924.4kN （主控）2 1.2N3 =924.4 106.1 =1030.5kNN31.25= 792.69 kN50,26.56

31、50, b 二396 =19.80.4-10 =0.4 71.4 10 =38.6 （满足）抵20（三）杆件总体稳定的验算：由 y=71.4,查表 3-1 得：=0.616N1027 2杆件 AiAi a =0 =46.2MPav = 200MPa （满足）Am0.616x360.803.2下弦杆的计算E0E2 : 恒载：166.39kN 恒+活：924.4kN下弦杆为拉杆，依强度条件入手，初步拟定杆件截面尺寸如图3-2所示:丨 i Axi i i AJh440yyI B V I 1 I V-B Ix1460图3-2下弦杆截面尺寸（单位：mm）A = 4 4 3. 2 23 9. =2 3Cm

32、2竖板：2 块 440mrK 32mm, 腹板：1 块：396mrK 20mm截面特性：2Aj =珞 - A = 360.80 -8 3.2 2.3 = 301.92 cm2134ly=23.2 44 = 45431cm12324汉39.6 +2 汉44 汇3.2汇（231.6 ） = 139311cm41lx =2 X12（一）杆件强度验算:J EqE2924.4 103_ 301.92 102= 30.6MPavl 丨-200MPa （满足）（二）刚度验算：自由长度lx =ly = 800cmyx139311 =19.6cm,360.80y45431 = 11.2cm360.80LyYy8

33、0011.2=71.4 =100 （满足）x y（三）疲劳验算: XXXX大学毕业设计下弦杆为受拉杆件，根据其连接方式查知，其容许疲劳应力幅为109.6MPa运营动力系数：, 18 18 彳 *1 .-f = 111.2540 + L40 + 32E0E2 : 1.-f K 1.25 8.73 52.65 =574.5kN恒+活=574.5+166.39+117.2=858.09kN恒二 166.39kN验算：d r n 2 m a 厂 U m i Jo I1.0 1.0二 22.9MPa858.09 如03166.39x10八301.92 如 02301.92 x102 丿109.6 = 1

34、03.0MPa (满足)3.3端斜杆根据主力作用下中心受压杆件计算初步拟定杆件截面如图3-3所示。y -图3-3 端弦杆截面尺寸（单位：mm）lx =2丄 39.63124二186206cm4115200463.20同弦杆，yAmIx= 15.8 cm, x =186206 =20.0cm463.20竖板：2 块 600mrK 32mm, 腹板：1 块 396mrK 20mm 截面特性：入=60X3.2 送+39.6 送=463.20cm?134ly 二23.2 60 二 115200cm12, 2+ 2況 60 江 3.2汇(23 1.6 )以主力加附加力验算截面。XXXX大学毕业设计 （一

35、）刚度验算：截面特性：lx = 1360cm, ly =0.91 =0.9 136 1224 cmlyy136020.0= 68 =100J224 =770015.8（满足）（二）强度验算:N M 807.217.6102A W 463.20 107380 230186206=26.9MPa1. - 1.2 200 = 240MPa （满足）（三）总体稳定性验算：由=77.5，查表 3-10 得，1 =0.560。-=1.8 空0 空,7.4 h y4615.8查表 3-10 得： -0.627求J1:取亠=1.0（四）验算：NAm807.5 17.6103463.20 102= 17.8MP

36、a0.15 1 ! I- 0.15 0.560 1.2 200 = 20.16MPaWm8 1鵲?签20汁242MPa J - 0.560 1.2 200 =134.4Mpa（满足）3.4斜杆的计算A1E2:恒 +活 -633.0 kN，恒 +活二90.9 kN从强度条件入手，初步拟定截面尺寸如图3-4所示图3-4斜杆截面尺寸（单位：mm）竖板：2 块 440mrK 32mm, 腹板 1 块 396mr 20mm 截面特性：珞=44 3. 2 22 39. =6 GCm2Iy=2 丄 3.2 4 44 5c4n3 1123.2439.62 44 3.223 -1.6 i； =139311 cm

37、1=212lx139311 =19.6cm,360.8045431 =11.2cm360.80（一）刚度验算：自由长度 J = 1360cm, ly =0.81 =0.8 1360 = 1088cmlxx -x136019.6=69.4 =100108811.2=97.1胡00（满足）NT =A（二）强度验算:633.0 102 =30.0MPa50, bU440 - 20232=6.56250.145 = 18.594腹板：yfO,匕舞西8. 48.84 （满足）（四）疲劳验算:主力计算：（ 18 、=94.16 +57.84 汇 1+妝 6.59 = 570.6 kN132+40 丿（ 1

38、8=94.161.65x70.53 況 1 +仪 6.59 =51.3 kN1.1Aj=1.1 为50.96 = 166.1cm2一块节点板提供净截面面积 =44X3.2-4 2.3乌.2 = 111.3cm?拼接板净截面面积 =166.1-111.36=54.vm2，采用4块280mX 20mm两块拼接板净截面面积=228 2-2 2.3 2 = 61.6cm2单个螺栓的承载力：p = 53 kN外拼接板的净截面面积： 2A j1 = 111.36 cm所需螺栓数：应】11.36 20402 02p53 10实用48个。两块内拼接板的净截面积为： 2Aj2 = 6 1. 6m所需螺栓数为：A

39、2&6 1.6200c n2 3. 2 5p53 10实用24个4.3上弦杆节点螺栓数计算1 2上弦杆一半截面积：Am36 0.80 1 8 0m4 02i =0.616节点外：Am1 N.1 鴛=1.1% 0.616咒180.40 =122.2cm节点板尺寸：440mX 32mm节点内：AJ.1 1Am 1.1 0.616 180.40212 135.8 cm0.90.9拼接板尺寸:290mrX 36mm外节点板连接螺栓数：n60 3.2 200 =72.5，实用78个 P53内拼接板连接螺栓数：n二29 3.2 200 =39.4，实用42个p534.4节点板计算以大节点E2为例说明，其图

40、示如图4-4所示。主力作用下节点中心处节点板竖向截面 上法向应力的验算，其计算图示如图 4-5所示。节点板为2块1490mm 12mX 1930mm，弦杆内拼接板为 4块200mX 20mm 1010mm，弦杆高 440mm。主力作用下弦杆AiAi的内力NAiA3 = 1027.2kN截面a-a上的栓孔位置如图4-4所示，栓孔为叮-23。（一）求截面中性轴的位置yo值1y（ =10cm， y2 = 44 -10 = 34cm，y3149 =74.5cm22 2 2A = 2 20 2 - 80 cm ， A2 = 2 20 2 - 80cm ， A = 2 149 1.2 = 357.6cm2

41、A = A A2 As = 517.6cmAy+A2y2+A3y3 80 x10+80 x34+357.6x74.5 “ cy058.3 cmZA517.69080-d050-5X 701304 Ja5X 70血風19305X 701305 X 7050 4Ml|i 图4-4 E2节点图单位：（mm）（二）验算法向应力节点板a-a截面上下边缘处的法向应力-为:N eN yAjI j求净截面Aj : 2Aj = 2A-8 2.3 2-32 2.3 1.2=392.48cm求I j :Ij为截面绕中性轴的净截面惯性矩.设I j为截面绕弦杆中线的净截面惯性矩，则:Ij 詁 fe2，1广1)j2式中e

42、弦杆中心线至截面中性轴的距离。毛截面套弦杆中线的惯性矩：49J2149 1.2 竺I 24 2 203-2 222 -10 244= 1164.9 10 cm栓孔：I =21.2 2.3 （2922 172342 422 502 582662742 8229029821 0611421 222） 22 2.3 292172所以： - m - 164.9 104 - 46.4 104 =118.5 104 cm41 e = 58.344 = 36.3 cm2所以：Ij =lj -Aje2=118.5X04 -392.48x36.62 =67x104cm4求节点板上下边缘至中性轴的距离：上缘至中性

43、轴的距离：y上 =149-58.3 = 90.7 cm下缘至中性轴的距离：y下 = 58.3cm作用力 N : N =NaA =1027.2kN求法向应力：上缘法向应力:下缘法向应力:A A1_ N e N y上 1027200 36.3 1027200 90.7 -AjIj- 392.4867 104= -24MPa （压应力）N e N y下 1027200 36.3 1027200 58.3j =+ =+AjIj 392.4867 104=59 MPa （拉应力）上下缘法向应力、二均小于=200MPa （满足）（三）验算剪应力：见图4-4，节点板长度为1930mm,厚度为12mm，栓孔

44、23mm8斜杆 A1E2的内力：NAE =633.0kN， cos 珏13.6dd截面的剪应力二TAj剪力： T=Nae2 cost -633.0 372.4 kN213.6Aj =193 1.2 2 24 2.3 1.2 2 = 4632 132.48 = 330.7 cm2T372 4 x： 1032 =11.3kPa50,应设置中间竖向加颈肋应取2m。5.3横梁及梁端连接计算（一）作用于纵梁上的恒载950 20 J9。103.9m叵-/23?8 h、.1 一p=7.5kN/m,当L=16m，: = ?时，由表查得换算均布荷载为 119.4 kN/m。每片纵梁的换算均布荷载1K 二丄 11

45、9.4 =59.7kN /m2 ，1 16 1=82纵梁上的恒载产生的内力Np=7.5 8=60kNNp(1)Nk (1 .2875 = 0.08440 16)59.7 1.5=1 1 (0.279 -0.084) =1.033Nk 二(1)K=1.033 1.5 59.7 8 = 740kN作用在横梁上的外力 N二Np Nk =800kN（二）横梁的内力计算:如图5-4所示：BJr+个Nn剪力图N彳O ,-NbN恒载产生的剪力：Qp=Np=60kN恒载产生的弯矩：Bb6.42.2M p 二 Np(刁)=60 () =126kN m活载产生的剪力：QK=NK=740kN活载产生的弯矩：Mk =

46、Nk(B b)=740 (6.4 2.2) =1554kN m2 2横梁的内力为Q= Qp+QK=800kNM=Mp+MK=1554+126=1680kN m（三）横梁端连接螺栓计算ni=Q 1.1 =P800 1.6实用18个n2 二 Q 1.2 二 800 1.2 =18.1 p53实用20个结论经过两个月的努力终于完成设计设计，毕业设计是理论知识与实际操作的准结 合。由于以前没有接触过这方面的东西，使得在这次设计过程中，困难重重，举步维 艰，但这并没有把我吓倒，反而更加锻炼了我综合运用所学理论知识， 解决实际问题 的能力更可谓是受益匪浅。在本次设计中我学到了很多的知识，得到了如下结论：1

47、）懂得了钢桁架桥的设计方法和设计步骤；2）学会了利用影响线面积进行杆件内力计算；3）杆件在综合作用下的应力计算；4）杆件截面选取的思想和验算方法。5）提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平；由于本人水平有限，设计时间紧迫，在设计过程中难免出现一些不尽人意的情况， 还请读者谅解。参考文献1铁路桥涵设计基本规范S002.1 20052铁路桥涵钢结构设计规范S002.1 20053钢结构设计规范S001720034李富文，伏魁先。铁路钢桥M.中国铁道出版社，1992（2） 陈绍蕃，钢结构M。西安建筑科技大学6向敏.桥梁工程下M.中国铁道出版社，20077沈祖炎.钢结构设

48、计原理M.中国建筑工业出版社。8李廉锟.结构力学M.高等教育出版社9周远棣，徐君兰编，钢桥M.人民交通出版社，1991（ 1）。1987（2）10孙训芳，方孝淑，关来泰编，材料力学M.高等教育出版社, 其他致谢本设计是在XX老师的悉心指导下完成的。在设计过程中，所遇到的理论难题在XX老师的悉心指导下最终破解。在此向 XX老师表示由衷的感谢！另外在设计中，还得到了很多同学的帮助，在此也向他们表达谢意！英语部分: 中文部分:38页43页;44页50页。附录I英文文献XXXX大学毕业设计May 3, 2004Page 31 of 123 LRFD 3 EditionThree-Span Contin

49、uous Straight I-Girder72+JTS-+TI+7.山 Da-xaJo 芝乏AS町 zztNQfrxlG.PB-OE4L GdLnL Q.s_- 0 ELifShear, kipsFigure 9: Dead- and Live-Load Shear Envelopes俎亦匚一Elm p匚LuEo上20匚rasaWPJclJQywM 如 Paj-_OJCO3 小厉 aJEgs 乏Tn 茁ONXXXX大学毕业设计Page 32 of 123May 3, 200 LRFD 3 EditionThree-Span Continuous Straight I-GirderTh.至_+

50、上CTuuraocnEg E04CDOU 吕SQ;069-lii W 车H4-w_iT/Qs吟MT/%肉-/ 6VJr+S2.+S9-*SHRl L -IADA-MMY墩桥部内离距止举束结2004年5月3日123第33页LRFD第三版-跨越第一连续的直线-桁8.2活负荷挠度象以前讨论的那样，活负荷的挠度检查的可选择由评价两种单独的活负荷的条件 模拟当今的AASHTO HS20负荷组成。两种负荷条件 （详见第36132条）： TOC o 1-5 h z 设计卡车。设计道路装载要加上设计卡车的百分之25。在每种情况里，设计卡车要考虑百分之33的动力承载限额。之所以一 1.0的装载因子被用于活负荷，

51、是由于服务I承载组合的活负荷部分将被在检查内使用。活负荷的挠度的横向分配因素，更早计算，也被使用。沿着梁的整个长度的实际合成n惯性矩被在分析过程中使用。 因为在预期没有重视关于桥的活负荷的挠度，所以在 确定活负荷的挠度过程中使用的合成刚度没有包括障碍的刚度。不过，那些具体甲板的全部宽度与那些外表梁相关（与有效的凸缘宽度）被在确定合成刚度过程中使用， 关于活负荷的挠度的计算详见文章 462.6中。由于设计卡车动力承载限额，在末端跨度和中心跨度的最大活负荷挠度是：（LL +IM）末端跨度=0.91（满足）（LL +IM）中心跨度 =1.23（满足）由于设计航线加上设计卡车的百分之25承载限额，在末

52、端跨度和中心跨度的最大活负荷挠度是：（LL +IM） 末端跨度 =0.60 + 0.25（0.91）= 0.83（LL +IM）中心跨度 =0.85 + 0.25（1.23）= 1.169.1服务极限状态（文章第1.3.2.2和6.5.2条）为了满足服务极限状态，在通常服务条件下，以确保桥上正常运行，其硬度和变 形方面的限制是有要求的。详见文章 6.10.4.1，标准挠度和跨度对深度比率可选择活 负荷（第2.5.2.6条）可能被产生控制变形。钢结构也必须在服务II个负荷下满足第6.10.4.2条的要求，在当今的LFD程序 里符合超载水平。设计检查的意图指明 6.10.4.2是为了防止不良的永久

53、变形，在预期 严重的交通荷载下造成局部过度的出水平面弯曲屈曲，因而可能损害可读性。活荷载部分的服务II荷载组合是用来帮助设计活荷载条指明3.6.1.1 （以前所讨论）。对于一个允许的荷载的情况，减少在指定的荷载因子为活载下的服务II荷载组合，应考虑这个极限状态检查。9.2疲劳与断裂极限状态（第1.323和6.5.3 ）为了满足疲劳与断裂极限状态，控制在重复荷载下裂纹的扩展并防止断裂， 在桥 的设计使用年限内，在正常服务条件下应限制应力的作用范围 （第6.6.1条）。材料韧 性的要求也应该被处理（第6.6.2 ）123第34页2004年5月3日LRFD第三版三-跨越第一连续的直线-桁为检查钢结构

54、的疲劳，应用疲劳荷载和疲劳荷载组合 （先前讨论）。在第6.6条中 讨论抗疲劳的细节。连结板的特别疲劳要求（第6.10.5.3 ）还规定，控制连结板的出平 面弯曲，有可能导致反复动载下的疲劳裂纹。强度极限状态（文章1.3.2.4和6.5.4）在强度极限状态内，确定足够的强度和稳定性抵抗桥在设计期限内经历的重要的 负荷组合。虽然可能发生广泛的结构性损害， 但结构的整体性应该被维护。适用强度 荷载组合（以前所讨论）是用来检查强度极限状态。虽然没有指明作为一个单独的极限状态，可构造性是LRFD的基本设计目标之一。在建设过程中的各个阶段，桥体必须安全地竖立，并且有足够的强度和稳定性。 具体的设计规定在I

55、fd规范第6.10.3中给出，以帮助确保钢一梁桥的可构造性；尤其 是当受到指定的连续的覆盖物铸件作用时。可构造性的检查通常就型钢仅在规定的非 复合恒载的作用下，使用适当强度的荷载组合。极端事件的极限状态（文章1.3.2.5和6.5.5）在极端事件的极限状态内，桥梁的结构性生存必须在一次大地震或洪水，或者被船只，车辆，或冰流碰撞中得到保证。然而极端事件的极限状态，是不包括在这些例 子中的。10.1两个关键路段的样本计算在来自例子桥追从的一个外部的桁。 第1-1 （参照图3 ），代表了在末端跨度上一 段最大的正的挠度，以及第2-2代表该段在每个桥墩内部。计算则是为了说明其应用 的一些较重要的条文，

56、载于第 6.10。样本计算说明计算应在服务、疲劳与断裂强度 极限状态处进行。对可构造性的检查也作了详细的说明。 样品板的设计和剪力连接的 设计也包括在内。利用这个显示在数字8（共有11条）中的时刻和剪刀进行计算，然后 再计算这段。在计算整个样本计算中的垂直弯曲时，压应力阻止其产生弯曲，而拉应力则是引起弯曲的主要因素。这项公约指出保持主要的轴弯矩是预期的计算结果迹 象。注意：不应该直接将包含在某个设计中的单位重量和美国钢铁学会/NSBA出版的权威的钢公路桥的四个 LRFD设计例子中的例子3的单位重量进行比较。 虽然截面和跨度长度都是一样的，但两个设计中假定的恒载是有很大的不同的，并且一个混合区段的负面挠曲也包含在此设计文件中。这个例子设计并不打算直接比较一个采用了新的第6.10条的规范的梁设计和前面版本的lrfd规范中的第6.10条规定。10.1.区段特性区段特性的计算为第1节-1。图11 ：第1节-12004年5月3日123第35页附录n目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark0 o Current Document 第1章绪论1 HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 1.1钢桥的发展 1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1.2钢桥的建设31.2.1钢