钢桥第六讲桁架节点设计

主要内容和课时安排（一）●绪论（2学时）钢桥的分类、特点结构体系与构造钢桥建筑历史、现状及发展成就●钢桥设计概述（2学时）钢桥设计内容钢桥的设计特点钢桥设计原则和科学依据主要内容和课时安排（二）●钢桁架桥桁架桥分类、特点、构造及其作用（2学时）主桁设计原理与强度验算（2学时）主桁节点拼接和撕裂强度验算（2学时）钢桥抗疲劳设计（2学时）钢桥剩余寿命评估（2学时）●钢桁梁架设和常备钢结构（2学时）●钢桥桥面结构与防护（2学时）桁架桥基础知识分类特点构造及其作用一般的三角形腹杆体系桁高增加的三角形腹杆体系我国铁路简支钢桁架桥设计标准图式（一）我国铁路简支钢桁架桥设计标准图式（二）我国铁路简支钢桁架桥设计标准图式（三）仔细看过武汉长江大桥吗大节点连接模型钢桁架梁的力学计算钢桁梁的实际工作状况：刚性节点的空间结构是高次静不定静结构。可采用空间整体分析方法。常用计算图式的假定-铰接平面结构：将钢桁梁划分为若干个平面结构，铰接节点，每个平面只承受作用于该平面内荷载的影响。实际工作状况下的变形平面系统间的共同作用和相互影响

(1)平纵联和主钢桁弦杆的共同作用。当主桁在竖向荷载作用下受力而变形时，平纵联与弦杆一起变形，共同受力，使平纵联的斜杆和横撑中产生附加内力。(2)桥面系和主桁弦杆的共同作用。在竖向荷载作用下，下弦杆将伸长，这时，连接到下弦各节点的横梁将随着节点的移动而移动，但却受纵梁的牵制。因此，纵梁将因横梁的移动受到拉力，横梁则因纵梁的牵制而引起水平弯曲，弦杆的变形也将因此而减小。这种共同作用通常应在计算中加以考虑，但若纵梁的连续长度不超过，可不检算桥面系与主桁的共同作用。平面系统间的共同作用和相互影响(3)横向框架效应。由主桁竖杆、横梁和横向联结系的端部杆件所构成的横向框架，当横梁在竖向荷载作用下梁端发生转动时，竖杆的上端和下端均将产生力矩。在设计竖杆时，应考虑此力矩的影响。平面系统间的共同作用和相互影响（4）节点刚性次应力。主桁各杆件用许多高强度螺栓紧固在节点板上，形成刚性的连接，杆端不能自由转动。因此，当主桁在荷载作用下发生变形而节点转动时，连接在同一节点的各杆件之间的夹角不能变化，迫使杆件发生翘曲，因而在主桁杆件内产生附加的应力(或称为‘次应力’)。《桥规》规定，若杆件高度与其长度之比在简支析梁中不超过1/10.连续桁梁中不超过1/5时，可不考虑因节点刚性所产生的次应力;当考虑因节点刚性所产生的次应力时，容许应力可以提高。平面系统间的共同作用和相互影响主桁内力计算平面铰接桁架。主力作用在主桁架平面内，包括恒载和活载两部分，恒载又包括桥跨结构(主桁、桥面系和联结系等)的自重和桥面重量恒载的计算通常采用一些近似方法，当计算出恒载内力和活载内力后进行截面设计，然后计算出桁架桥的实际恒载，实际恒载与前近似方法计算的恒载比较接近才行，否则按实际恒载计算杆件内力重新进行设计。主桁内力计算静活载取换算均布活载k，由影响线最大纵坐标位置a值和加载长度L求得。考虑到车辆活载对桥梁的动力作用，应将静活载乘以一个大于1的动力系数(1+u)，其值在不同规范中取值不同。动力系数的取值活载发展均衡系数在设计时，将每个杆件的活载内力乘以一个增大系数η(叫做活载发展均衡系数)。有:主桁杆件内力简化计算的内力组合恒载和活载作用下的内力计算实例例

64m单线铁路下承式简支栓焊钢桁架桥主桁架的内力计算.

主桁几何图式采用三角形腹杆体系，节间长度为8m，桁高11m，主桁中心间距5.75m。主桁杆件截面设计和验算主桁杆件的截面形式及其外轮廓尺寸主桁杆件的截面形式主要分成两类:H形截面和箱形截面，如图所示。主桁杆件截面设计受拉杆件当内力较大时一般是由静强度或疲劳强度控制设计当内力较小时，则由刚度控制设计。受压杆件的设计和验算一般是由整体稳定控制设计压弯杆件的截面设计需要计算整体稳定性、强度、刚度、局部稳定端部节点构造图节点构造实例上页图所示的主桁下弦端节点E0，在主桁平面内只有两根杆件在此交汇。为了使节点构造刚劲牢靠，并使右端弦杆内力可靠地传递到节点中心，在节点板内的左侧增设与右端弦杆截面相同的短杆并用拼接板连接；为了使端横梁反力有效地传递到外节点板，在两块节点板间与横梁腹板相对应的平面内设有隔板；端横梁的上翼缘通过水平板和连接角钢与节点板相连，以传递节点负弯矩；节点板与下拼接板的下缘磨光顶紧在座板上，以传递支座反力，座板与连接角钢用8个22mm的单面埋头螺栓相连。座板上开有32mm栓孔8个，与支座上摆相连；为了增加节点板的面外刚性，在节点板前后缘设置了隔板与加劲肋。主桁上弦端节点构造主桁上弦端节点A1，该节点在主桁平面内有4根杆件相连。为了使节点构造刚劲牢靠，并使右端弦杆内力可靠地传递到节点中心，在节点板内的左侧增设与右端弦杆截面相同的短杆并用拼接板连接。由于在节点板内侧需与平纵联及桥门架的某些杆件相连，因此在弦杆中线位置设置一个小节点板，连接平纵联斜杆及横撑。在主衍端斜杆的内侧翼板上设置一个折曲小节点板，桥门架的横撑及斜杆与它连接。在设计节点时，还应考虑到安装问题，为安装时的临时杆件预留某些栓孔。在节点的左边，在节点板的靠边处设置一对加劲角钢，这是为了防止节点板在此处发生翘曲。在跨度较大的格架桥中平纵联由于受力较大，常需采用工形杆件，这时平纵联的节点板就需要采用两块并分别与工形杆件的上下翼缘相连。主桁上弦端节点构造主桁下弦节点E2主桁下弦节点E2主桁下弦大节点E2，在主桁平面内有五根杆件在此交汇，弦杆之间的竖板采用双面拼接。外拼接板是节点板，内拼接板被弦杆腹板分为上下两块，如果节点左右两侧的竖板厚度不同，则需加设填板，然后再进行拼接。在该节点的内侧弦杆中线位置设置一个横T形的小节点板，使下平纵联斜杆及横梁下翼缘连接于此小节点板的水平板上。横梁的腹板则用连接角钢与内侧节点板相联。节点设计基本要求主桁节点既是主桁杆件交汇的地方，也是纵、横联杆件及横梁连接于主桁的地方。连接方法：搭接、平接或焊接交汇于同一节点的各杆件的内力是通过节点板来平衡的，节点的构造和计算都比较复杂。节点的设计要考虑受力、制造和安装等方面的一些要求。节点设计的具体要求(1)各杆件截面重心线应尽量在节点处交于一点，杆端连接螺栓群的合力线也应尽量与杆件截面重心线重合；(2)所有杆件应尽量伸入节点，使节点板尺寸应尽量减小，节点构造应紧凑刚劲，以降低节点刚性次应力和增加节点板面外刚度；(3)杆端和节点板上连接螺栓孔的位置应按工厂机器样板布置；(4)螺栓群各栓孔之间的距离、栓孔与杆件边缘的距离均应符合螺栓布置的有关要求；(5)弦杆在节点中心中断时，在弦杆内侧应设拼接板；(6)应避免不同平面内的栓钉钉头发生冲突，所有工地安装螺栓的位置均应考虑施工时螺栓扳手工作的空间；节点设计的具体要求(7)立柱与上弦杆的连接要考虑拼装吊机在上弦工作时的荷载，端节点的构造要考虑悬臂拼装和连续拖拉多孔钢桁梁时相邻两孔钢桁梁之间临时连接杆件的设置；(8)节点内不得有积水、积尘的死角及难于油漆和检查的地方。节点设计的具体要求节点的设计步骤(1)计算杆件在节点板上所需的连接螺栓数。(2)进行各杆件的拼接计算，确定拼接板尺寸和连接螺栓数。(3)按照结构计算图式画出交汇于节点的各杆件的截面重心轴线，这些轴线应交汇于一点。（但为了设置上拱度，有些杆件并不交汇于一点，如在简支钢衍梁主衍上弦大节点处，让两斜杆与上弦杆不在同一点处相交，偏离值根据上拱度计算确定。）(4)根据杆件的截面高度依次画出弦杆、竖杆及斜杆的外轮廓。相邻杆件边缘间要留有一定的空隙以保证裁切时出现正公差时二者不致相碰。预设上拱度对栓孔起线的要求也应一并考虑。节点的设计步骤(5)按照节点的标准栓线网络(见图5．28)布置各杆件在节点板上的连接螺栓。节点的设计步骤(6)从节点板上最外排螺栓线向外推出40-50mm，所得全部连接螺栓的外包线即为节点板的最小轮廓线。调整节点板至规则形状，必要时可增加某些杆端的栓钉排数。(7)节点板的厚度通常根据桥梁跨度的大小按照经验进行选择，从12mm到20mm不等。(8)检算节点板的强度。节点的设计步骤(4)根据杆件的截面高度依次画出弦杆、竖杆及斜杆的外轮廓。相邻杆件边缘间要留有一定的空隙以保证裁切时出现正公差时二者不致相碰。预设上拱度对栓孔起线的要求也应一并考虑。节点的设计步骤节点板的强度检算节点板的受力比较复杂，既有压应力，又有拉应力，还有剪应力，而且应力分布也极不均匀。节点板的精确计算应采用空间实体有限单元法。过去通常采用材料力学中的近似简化计算方法。节点板的强度检算节点板的强度检算包括以下三个部分：

1．检算主力作用下节点中心处节点板竖向截面上的法向应力强度验算应满足：节点板的强度检算节点板竖向截面上的法向力为：节点板的强度检算（2）检算主力作用下腹杆与弦杆之间的节点板水平截面上的剪应力3．检算斜杆与节点板连接处节点板的