《钢结构设计原理》课程设计实例

《钢结构设计原理》课程设计

一、设计目的

1、巩固、提高、充实和运用所学的《钢结构》课程有关理论知识；

2、培养和锻炼独立工作能力及分析和解决实际问题的能力；

3、为将来毕业设计打下基础。

二、设计要求

必须符合钢结构设计规范GBJ17-88规定的有关设计公式及设计内容。

三、设计题目

按照表格中所给设计任务条件，进行简支钢板梁桥的主梁设计，截面都采用焊接双轴对称工型

截面。

FPF”FPF/F-

四、设计内容

包括主梁的截面选择、变截面设计、截面校核、翼缘焊缝计算、腹板加劲肋配置、支座处支承

加劲肋设计等内容，并画出设计后的主梁构造图。

五、已知条件

跨度：15米钢号：16Mn焊条号：E50恒荷载标准值：98kN

活载标准值：202kN集中荷载个数：5个集中荷载跨度0=2.5米

六、其它说明

1、恒、活荷载的分项系数分别为1,2、1.4；

2、表中恒荷载标准值包括主梁上的次梁自重，且集中荷载F是恒、活荷载通过次梁传到主梁上;

3、主梁自重估计值均为q=4ZN/m,且主梁钢板采用手工焊接;

4、主梁允许最大挠度值[摩〃]=1/400；

5、主梁的截面建筑容许最大高度为2500〃〃〃。

七、设计过程

㈠主梁设计

1、荷载和内力的计算及内力图的绘制

有载标准值设计值

恒荷藏98kN98kNX1.2=117,6kN

活荷载202kN202kNX1.4=282.8kN

合计Fk=300kNF=400.4kN

主梁自重标准值qGK=4kN/m,设计值为q=\.2x4kNIm=4.8ZN/m。

则主梁最大剪力（支座处）为

5f5.4.8x15Y.._...

Kax=—xFr+—=—x400.4+----------\kN=1i0n3o7kN

22（22）

最大弯矩（跨中）为

A/n.ax=—~--—x7-5-Fx5-77X25

mdX282

（1237.2x154.8X15?400.4x7.5

[28-----------------400.4x7.5AN•m=4639.5ZN•m

2

采用焊接工字形组合截面梁，估计翼缘板厚度。之16〃”〃，故抗弯强度设计值/=295N/,m/。

4639,5X16

计算需要的截面模■为叱=^=0mm3=14978x103mm3

xyj1.05x295

400.4400.4400.4400.4400.4

2、试选截面

⑴确定腹板高度%

①建筑允许最大高度篮m=2500"?加

②按刚度条件，梁的最小高度为

295

h.=——-.'一i=—rx400x15000mm=1377mm

m,n66

1.285xl0[vT/l]1.285xl0

③经济梁高，按经验公式

hce=7•啊~-30()=1426mm

取梁的腹板高度为%=1400nun

⑵确定腹板厚度乙

①按抗剪要求腹板厚度为(>1.2^=1.2x浅黑mm=5.2〃M

②按经验公式rH.>7^/11=(7140/\\}cm=\Acm

生:2x1120419加=]543.

W\=3c

h145.2

A=+2bt)=(1.2x140+2x32x2.6)cnr=344Acm2

⑵强度验算

①验算抗弯强度

M4639.5xlO6

x2

入—__________N_______/___m______m__________=286.37V<f=295N/mnr

(T=1.05x15433x1()3

②验算抗剪强度

3

1037x1Ox(3?.Ox26x713+700x12x350)z.

------------------------7-----------------Nhm-

1120419X104X12

=68.4N7nun2</.=170N/nun2

③主梁的支承处以及支承次梁处均配置支承加劲肋，故不验算局部承压强度（即q=0）。

④验算折算应力（腹板端部）

/2)_4639.5x10隈(140。/2)

N/mm2=290N/mm2

1120419x104

VS1200.2x1()3x320x26x713

N/mnT=8.8N/mm2

11120419x10"xl2

则折算应力为

^ZS=7<T）2+3ri2=V2902+3x8.82^//wn2=290.4^//77/W2<l.l/=324.5/V/W

⑶刚度验算

全部永久荷载与可变荷载的标准值在梁跨中产生的最大弯矩为

R=g（5x300+300+4x15）kN=93（欣N

(930x154>1521)

Mk=一一----x300x7.5-300x5-300x2.5kNm=3487.5ZN-m

282

6y_L

丹〜5MJ5x3487.5xl()x15000=

7"1.3x48“sT=<

1.3x48x2.O6xlO5xH2O419xlO4551/400

4、变截面的设计

⑴变鼓面位置和端部微面尺寸

梁的截面在半跨内通常做一次改变，可以节约钢材，一般在距支座〃6处改变截面比较经济。

此处的弯矩M'=25775kN-m,剪力V'=1025kN

变截面所需的翼缘宽度

f6

W=—=25775x10加〃3=8.321X1mm

yxf1.05x295

262

b't=(W%/6)//?(=(8.321xl0xl452-12xl400,/6)/l426mnr=3243〃加

令厚度t=26/77〃?不变，采用b'=200〃〃〃仍满足各项要求。

⑵变截面后强度验算

①截面的几何参数

「中次-伊-田

=\[200x14523-（200-12）xl400'/〃〃4=8.03xl03〃加

2I2x803x1()93一0m7i

W-——X=----------------mm=1.106x10mm

xrh1452

S；=/2)=200x26x(1426/2)mmy=3.71x106

63

S，=S'+殳.zA=(3.7ixIO+1^21xl2x^-1/wn=6.65x106mm3

।2”4124)

②变截面强度验算

a.验算抗弯强度

M'2577.5xlQ6

NImtn2=221.9N/加2v/=295N/mtn2

小,1.05xl,106xl07

b.验算抗剪强度

,VS'*粽答\/〃加=70.7/V/W</.=

c.验算折算应力(腹板端部)

'W(%/2)2577.5X1O6X(1400/2)”/

cr.=——--=-----------------------------NA/I/mm2=224.69N/mm2

/8.03xlO9

'VS/1025X103X3.71X106-、

r.=-L=--------------------------N/mm~=39.46N/mm~

j8.03x109x12

1Xt1M'

则折算应力为

/I~~7i7i------------------------

c?s+3r,=V224,692+3x39.462N/mm2=2U.9N/mnr<1.1/=324.5/V//w/w2

③变截面刚度验算

跨中有5个间距(C=2.5m)相等的集中荷载居=3(XUN,近似折算成均布荷载

%="+4=&+4=124ZN/〃〃〃，变截面位置在距支座//6处，即々=1/6。

C2.5

最大相对挠度为

1+3.2V-1/(4-3a)

124x15000-’1120419x1()4]

___x_________________________xl+3.2x4-3x-

3842.06X105X1120419X104.8.03xIO96j

11

---<用二

415400

5、翼缘焊缝设计

⑴支座处

1037X103X3.71X106

hNmm=1.7\mm

f14x8.03x1()9x20()

⑵变截面处

VfS.1025X103X320X26X713…

h,>----!—=------------------；------mm=1.94〃〃〃

/\AlJf1.4x1120419X104X200

对于手工焊hfmm.>1.5n=1.5x726=7.65mm,采用hf=10,2O

㈡设计和布置其腹板加劲肋

h./lw=\4()0/12=116.7>80^235/4=66,并且%/(<17(^235//；.=140,应配置横向加劲肋。

按构造要求横向加劲肋的间距应为420.5%=0.5xl4(X)〃〃〃=700“〃,

a<2^=2x1400mm=2800mino故在两个次梁与主梁连接处之间应增设一个横向加劲肋，加劲肋之

间的间距取为a=2000m/〃，加劲肋成对布置于腹板两侧，如图所示,

3

2000”[000,必00,)000“

1、计算区格腹板的局部稳定

、2

仅布置横向加劲肋，由于2.=0,故按公式［二］+

—4进行计算。

Vaer)^cr>

2、临界应力计算

⑴。”的计算：由于主梁受压翼缘扭转受到约束

笔忐51410707/12345

xJ—=0.799<0.85

V235

则b,，=/=295N/〃"〃2

⑵%的计算：«//?0=2000/1400=1.4>1.0,故

%)/九区二__________1400/12_________

x

2

414.34+4(%/〃/V23541x75.34+4x(140)/2000)

贝I]匕，=[]—0.59(4—0.8)]<=[1一0.59x(l.28—0.8)kWON/,”/=Ml.856N/""〃2

3、各区格计算

腹板局部稳定计算

计

算

区

内力应力结

格

果

平均剪力T=丫/(%4)

区V=(1037+1025)/2^=1031^=1031X103/(1400x⑵N/tnm2=6}AN/mm2满

格足

平均弯矩

1a=M/W}

(女・

M=0+2577.5)/2Mm=1288.75kNm=1288.75xl()6/l6005985.7TN/mm?=80.5"/mnr

平均剪力

V=(624.6+612.6)/2kN=6186kN3)1

=618.6xl0/(1400x12N/min=36.8N/mnv满

平均弯矩足

"M/W,

(女•加工〃？

M=2577.5+4124)/2N3350.75kN•=3350.75x106/16005985.7IN/〃〃/=209.3N/ww?

平均静力

V=(212.2+2(X).2)/2kN=2062kN=206.2x1Q3/(1400x12)N/=12.3N/mm2满

足

平均弯矩

(y=M/Wl

()•加

M=4124+4639.5/21N/n=4381.751N=438L75xl06/l6005985.7IN/〃加=273.8N/

2

公

<1(o-=0,o-=295,1=121.856)

式c