钢桥设计计算书

钢桥课程设计任务书一、设计目的：L=90米单线铁路下承载式简支栓焊钢桁梁桥部分设计二、设计依据：1.设计《规范》《铁路桥涵设计规范》简称《桥规》；《钢结构设计规范》。2.结构基本尺寸计算跨度L=90m；桥跨全长L=90.10m；节间长度d=9.00m；主桁节间数n=10；主桁中心距B=5.75m；平纵联宽B0=5.30m；纵梁高度h=1.45m；纵梁中心距b=2.00m；3.钢材及其基本容许应力：杆件及构件——16Mna；高强螺栓——40B；精制螺栓——ML3；螺母及垫圈——45号碳素钢；铸件——ZG25；辊轴——锻钢35钢材的基本容许应力《铁路桥涵设计规范》。4.结构的连接方式：桁梁杆件及构件，采用工厂焊接，工地高强螺栓连接；人行道托架采用精制螺栓连接；焊缝的最小正边尺寸参照《桥规》；高强螺栓和精制螺栓的杆径为Φ22，孔径d=23mm；5.设计活载等级——标准中活载6.设计恒载主桁P3=18.0kN/m；联结系P4=2.80kN/m；桥面系 P2=6.50kN/m；高强螺栓P6=(P2+P3+P4)×3%;检查设备P5=1.00kN/m；桥面P1=10.00kN/m；焊缝P7=(P2+P3+P4)×1.5%。计算主桁恒载时，按每线恒载P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7。三、设计内容：1.主桁杆件内力计算，并将计算结果汇整于2号图上；2.围绕E2节点主桁杆件截面选择及检算；3.主桁E2节点设计及检算；4.绘制主桁E2节点图(3号图)。四、提交文件：1．设计说明书2．2、3号图各一张要求：计算正确，书写条理清楚，语句通顺；结构图绘制正确，图纸采用的比例恰当，线条粗细均匀，尺寸标准清晰。设计依据设计规范《铁路桥涵设计基本规范》TB10002.1——2005（J460——2005）简称《桥规》《铁路桥梁钢结构设计规范》TB10002.2——2005（J461——2005）钢材杆件：16锰桥（16Mnq）；高强螺栓：40硼（40B）；螺母垫圈：45碳素钢；精制螺栓：铆螺3（ML3）；铸件：铸钢25（ZG25）；辊轴：锻钢35（DG35）连接方式工厂连接采用焊接。工地连接采用高强螺栓连接。人行道托架工地连接采用精制螺栓连接。螺栓孔径一律为d＝23mm。高强螺栓杆径为φ22容许应力参照《桥规》计算恒载计算主桁时（每线）：桥面p1＝10KN/m；桥面系p2＝6.50KN/m；主桁架p3＝18.00KN/m；联结系p4＝2.80KN/m；检查设备p5＝1.00KN/m；高强螺栓：p6包括螺头、螺母、垫圈，按p2+p3+p4的3％计算；焊缝：p7按p2+p3+p4的1.5％计算。计算主桁恒载时：按每线恒载P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7活载等级按“中华人民共和国铁路标准活载（中——活载）”。计算图式见《桥规》结构尺寸计算跨度L＝90.00m；桥跨全长Lq＝90.10m；主桁高度H＝13.00m；节间长度d＝9.00m；斜杆长度S＝15.811m；主桁中心距B＝5.30m；纵梁中心距b＝2.00m；斜杆倾角θ：sinθ＝0.8222；cosθ＝0.5692；斜撑倾角α：sinα＝0.5074；cosα＝0.8617；其它尺寸见下图跨度90米单线铁路下承桁架梁设计轮廓尺寸图主桁架第一节主桁架杆件内力计算内力的组成主桁杆件的内力由以下几部分组成：竖向恒载产生的内力Np，Np＝p∑Ω；静活载内力Nk＝kΩ；竖向活载产生的内力，η（1+μ）Nk；横向风力（列车摇摆力）所产生的内力Nw，仅作用在上、下弦杆；横向风力通过桥门架效应在端斜杆和下弦杆所产生的内力Nw’；纵向制动力所产生的内力Nt。根据《桥规》规定，设计时杆件轴力应按下列三种情况考虑：主力：N1＝Np+η（1+μ）Nk；主力+风力（摇摆力）：N2＝（N1+Nw+Nw’）/1.2；主力+制动力：N3＝（N1+Nt）/1.25主桁杆件除受上述轴力外，还受到弯矩作用如节点刚性引起的次弯矩、风力和制动力在某些杆件中引起的弯矩等。这些弯矩在检算杆件截面时应与轴力一并考虑。由于本设计所有杆件的高度均不超过其长度的1/10，故根据《桥规》规定，可以不考虑节点刚性次应力。恒载产生的内力根据第一章所提供的资料，每片主桁所承受的恒载为：恒载布满全跨，故恒载内力为：下弦杆E2E4：斜杆E2A3：三角形简支桁梁影响线图形及计算公式活载产生的内力换算均布活载换算均布活载是影响线加载长度与顶点位置二者的函数。它们之间的函数关系反映在《桥规》附录所列的公式及表格中。根据l与α从该表中查得每线换算均布活载K，除以2就是每片主桁承受的换算均布活载k。下弦杆E2E44：斜杆E2A3：静活载所产生的的内力为了求最大活载载内力，换换算均布活活载k应布满同同号影响线线全长下弦杆E2E44：斜杆E2A3：冲击系数1+μμ根据《桥规》规规定，L——除承受局部活载载的杆件为为影响线加加载长度外外，其余均均为桥跨长长度弦杆、斜杆及支支座的冲击击系数挂杆的冲击系数数活载发展均衡系系数η《桥规》要求：：所有杆件件因活载产产生的轴向向力、弯矩矩、剪力在在计算主力力组合时，均均应乘以活活载发展均均衡系数ηam——全部杆件a值中中代数值最最大者，本本设计从内内力表中可可查得am＝0.37447（弦杆E4E4’）弦杆E2E4：斜杆E2A3：活载所产生的内内力考虑冲击系数和和荷载发展展均衡系数数在内时，活活载所产生生的内力为为：弦杆E2E4：斜杆E2A3：横向荷载（风力力或摇摆力力）所产生生的内力横向荷载计算根据《桥规》规规定，风压压强度W按标准设设计考虑。桥桥上无车风风压强度用用Ww＝2.255KPa；桥上有有车风压强强度用Wy＝1.255KPa。主桁杆杆件计算由由桥上有车车荷载组合合控制。故故风压采用用有车风压压。上、下下平纵联单单位长度所所受到的风风荷载ka和ke分别为：：上平纵联：下平纵联：将h＝13m，h1＝＝1.455m，h2＝0.166+0.224＝0.400m，h3＝3m，Wy＝1.255KPa代入上式式得：上平纵联风荷载载：ka＝3.97775KNN/m下平纵联风荷载载：ke＝6.88875KNN/m按照《桥规》规规定的：上平纵联摇摆力力：ka’=0.22×5.55＝1.1KKN/m下平纵联摇摆力力：ke’=1.00×5.55＝5.5KKN/m风力不与与摇摆力同同时组合，故故本题以风风力控制设设计。横向荷载通过纵纵联在主桁桁杆件中产产生的内力力计算上平纵联时时，可将桥桥门架作为为其支点，计计算下平纵纵联时，支支座为其支支点，均不不考虑中间间横联的弹弹性支承作作用。当纵纵联为交叉叉桁架时，取取二斜撑的的交点作为为力矩中心心。影响线面积：；；弦杆内力力：以下弦杆E2EE4为例：横向荷载通过桥桥门架在主主桁杆件中中所产生的的内力上平纵联作用于于桥门架顶顶部的反力力W：桥门架腿杆反弯弯点距支座座距离l0：反力W在端斜杆中产生生的轴力和和弯矩：反力W通过支座斜反力力R在下弦产产生的轴力力：上平纵联反力WW在支座引引起的竖向向反力列车及桥面上风风力在支座座引起的竖竖向反力纵向荷载（制动动力）所产产生的内力力按照《桥规》规规定，制动动力与冲击击力同时计计算时，制制动力按竖竖向静活载载的7％计算。静静活载位置置应分别与与各杆产生生最大活载载内力时的的实际活载载位置一致致。制动力所产生的的支座反力力加载长度：L＝＝90.10m静活载：W＝55×2200+30××92+990×（90.100－37.5）＝85994KN制动力：T＝00.07WW＝0.077×85994＝601..58KNN支座水平反力支座竖向反力2、制动力力在弦杆中中所产生的的轴力由于本设计弦杆杆中线与支支座铰中心心间距离较较小，因而而忽略该项项影响。加载长度：L＝＝90.000m静活载：W＝55×2200+30××92+990×（90－37.5）＝80600KN制动力：T＝00.07WW＝0.077×80660＝564..2KN在弦杆E0E22和E2E4中产生的的轴力为：：N＝T/2＝282..1KN在在弦杆E4E5中产生的的轴力为：：N=3T/8＝211..575KKN在在弦杆E5E’4中产生的的轴力为：：N=T//8＝70.5525KNN立柱内力立柱作为减少上上弦压杆自自由长度的的支撑杆件件，按《桥桥规》规定定，应以其其所在支撑撑的压杆内内力的3％最为其其内力，予予以检算。立柱在运营阶段的内力按上弦最大内力A3A5的3%算出。在安装阶段，立柱尚应检算在上弦移动的吊装压力。主桁杆件的内力力组合以上算出的主桁桁杆件所受受单项轴力力列于表1中；《桥规规》要求，各单项轴力应按表1中所示进行组合，三种组合中内力最大者作为控制杆件强度与稳定的计算内力，反复荷载出现拉力作用的杆件，应检算疲劳，疲劳控制计算内力不考虑活载发展及附加力影响。端斜杆与挂杆在在荷载作用用下，还受受有弯矩，应应与相应荷荷载情况下下的轴力一一并检算。第二节主主桁杆件设设计主桁杆件得检算算内容及设设计步骤主桁杆件根据受受力性质的的不同，应应进行下表表所列项目目的检算。各类杆件的检算算内容（表2）项目检算内容检算杆件1刚度各类杆件2局部稳定压杆3整体稳定压杆4强度各类杆件5疲劳出现拉应力的受受循环荷载载杆件用试算法设计各各类杆件的的步骤：参考性质相近（只只内力性质质及大小，杆杆长及截面面式样，材材料和连接接方式）的的已有设计计资料，初初步拟定截截面尺寸；；根据初步拟定的的截面尺寸寸，算出进进行各类检检算所需的的截面几何何特征数据据；按上表要求进行行各项检算算。如初选选截面不合合适，则进进行修改，重重新计算，直直至符合要要求；为了减少杆件类类型，以简简化制造，同同类杆件的的内力相差差不大者应应尽量采用用相同的截截面。主桁杆件截面几几何特征计计算由于H形截面在制造、安安装、运营营等方面比比较优越。本本设计主桁桁杆件全部部采用H形截面，杆杆宽为460mmm，杆高最最大为600mmm，该值小小于杆长的的1/10，按《桥桥规》要求求均可免算算节点刚性性次应力。主主桁杆件截截面尺寸如如下图：杆件几何特征计计算以端斜斜杆为例说说明如下：：E0A1截面组成为2□□600××24+11□420×16，截面布布置见表3。毛截面积：扣孔截面积：净面积：毛惯矩：扣孔惯矩：净惯矩：回转半径：自由长度主桁平面内：主桁平面外：长细比：表3所列截面尺寸全全部符合《桥桥规》要求求，以后不不再检算。主桁杆件截面检检算主桁杆件截面检检算结果列列于表4受拉杆件（E22E4）控制计算内力由由表1知N＝49400.6KN；疲劳检算算内力值Nmax＝48200.34KKN；Nmin＝12933.04KKN。（1）刚度计算由表3计算，杆件E22E4，λx＝58.338，λy＝43.885。λmax＝58..38<[λ]=1000（2）强度计算净面积Aj＝2297.336cm2（3）疲劳检算循环特征系数：：按《桥规》规定定检算杆件件在高强螺螺栓连接处处强度：疲疲劳容许应应力幅类别别为Ⅲ类，容许许应力幅[σ0]＝130..7MPaa拉－拉构件疲劳劳检算公式式：——疲劳容许应力幅幅；——双线桥的的双线系数数，单线取取1.0；——损伤修正正系数，取取1.0；——板厚修正正系数，板板厚取1.0受压杆件（A1A33）由表1计算知上弦杆AA1A3在在主力或附附加力作用用下均只受受压力。由由表1得计算内内力为主力力控制。N＝-37222.611KN刚度检算根据表3计算，上上弦A1AA杆λx＝59.339，λy＝40.997。λmax＝59..39<[λ]=1000强度检算整体稳定检算由λmax＝59..39查《桥桥规》得容许应力：；局部稳定检算根据《桥规》规规定，焊接接H形杆件竖竖板伸出肢肢与水平板板容许宽厚厚比为：竖板：由得，平板：由得受反复荷载作用用的杆件（A1E2）由表1知A1E2是兼受受拉、压，以以拉为主的的拉压杆件件，计算内内力由主力力控制。拉N1=30002.177KN压N1=--184..67KNN检算疲劳的计算算内力为：：Nmax＝29899.0KN；Nmin＝702..18KN。（1）刚度计算由表3计算，杆件A11E2，λx＝80.333，λy＝76.663。λmax＝80..33<[λ]=1000（2）总体稳定检算算由λmax＝80..33查《桥规规》得容许应力：（3）局部稳定检算算根据《桥规》规规定，焊接接H形杆件竖竖板伸出肢肢与水平板板容许宽厚厚比为：竖板：由得，平板：由得（4）疲劳检算循环特征系数：：按《桥规》规定定检算杆件件在高强螺螺栓连接处处强度：疲疲劳容许应应力幅类别别为Ⅲ类，容许许应力幅[σ0]＝130..7MPaa拉－拉构件疲劳劳检算公式式：——疲劳容许应力幅幅；——双线桥的的双线系数数，单线取取1.0；——损伤修正正系数，取取1.0；——板厚修正正系数，板板厚取1.0钢桁梁节点杆端连接螺栓个个数的计算算《桥规》规定主主桁杆件杆杆端高强螺螺栓连接，按按被连接杆杆件的承载载力计算。受拉杆件：受压杆件：——按一个摩擦面计计算的单个个高强度螺螺栓的承载载力，由《桥桥规》知：：下面以主主桁E2节点为例例计算如下下：拉杆E0E2：需要螺栓数：个个拉杆E2E4：需要螺栓数：个个拉杆A1E2：需要螺栓数：个个压杆E2A3：需要螺栓数：个个压杆A2E2：需要螺栓数：个个弦杆拼接计算以下弦杆E0EE2与E2E4在节点E2中心的拼拼接为例。由于弦杆截面对y—y轴对称，故只需取y—y轴一侧的半个截面进行计算。计算依据根据第二章表33计算结果果，已知：：E0E2杆半净面积：E2E4杆半净面积：节点板选用厚度度：节点板供给拼接接面积：拼接板截面拼接板与节点板板共需净面面积选用2□2600×24