《钢结构设计原理》课程设计实例 (一)

《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。

F“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夕=4%N/m,且主梁钢板采用手工焊接;

4、主梁允许最大挠度值｝/〃]=1/400;

5、主梁的截面建筑容许最大高度为2500〃Mo

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

荷载标准值设计值

恒荷载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=1.2x4ZN/m=4.8AN/m。

则主梁最大剪力（支座处）为

V=-xF+^=f-x400.4+4,8x15V/V=1037kN

max22（22）

最大弯矩（跨中）为

Mmax=旦一"一'x7.5—尸X5—/X2.5

max282

J1237.2x154.8X15?4004x75।

12F\~400.4x7.5\kN-m=4639.5&M根

采用焊接工字形组合截面梁，估计翼缘板厚度。＞16〃〃〃,故抗弯强度设计值/=295N/nun2。

计算需要的截面模量为叱=^=4639,5X10（，mm3=14978x103mm3

xyj1.05X295

400.4400.4400.4400.4400.4

2、试选截面

⑴确定腹板高度％

①建筑允许最大高度丸川=2500

②按刚度条件，梁的最小高度为

fI295

h.=——2~-r—n=——x400x15000nun=1377mm

m，n66

1.285xlO[vT/l]1.285xl0

③经济梁高，按经验公式

hce=7-啊"-300=1426mm

取梁的腹板高度为%=1400mm

⑵确定腹板厚度乙

①按抗剪要求腹板厚度为t>1.2-^^-=1.2xmm=521nln

M

hjv1400x170

②按经验公式tw>^/\\=(Vi40/ll)b/H=1.\cm

W「小=皆翳2加=]543女加

A=+2次)=(1.2xl4)+2x32x2.6)cm2=344Acm2

⑵强度验算

①验算抗弯强度

4639.5xlQ6

N/mm2=286.3N/，〃〃/<f=295N/mm2

1.05x15433x1()3

②验算抗剪强度

1037X103X(3?.0X?.6X713+700x12x350)

N/nun~

1120419X104X12

2

=68.4N/，出〃2<f=]J0N/nvn

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4=0）。

④验算折算应力（腹板端部）

八仇"2）4639.5xl06x（1400/2）...

__ma__/_--------------1------iN/mm2=290N/mm2

I1120419xl04

200.2xl03x320x26x713

-H-N/mnr=8.8N/〃?〃72

r4

「k一1120419X10X12

则折算应力为

2212

o-zs=JCT；+3.2=7290+3X8.8^/mnr=290.4N/mm<1.1/=324.57V/mm

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(5x3()()+300+4x15)kN=930ZN

(930x154x1521、

M.=---x300x7.5-300x5-300x2.5ZN•相=3487.5《V〃z

人282

/r〜5MJ_5x3487.5x1()6xl5()(X)_1\yT]_1

Tx1.3x48以-1.3x48x2.O6xlO5xll2O419xiO4~~55\<~T~466

4、变截面的设计

⑴变鼓面位置和端部截面尺寸

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'=25715kN-m,剪力V'=1025/W

变截面所需的翼缘宽度

W，M'2577.5xlO663

W=-----=----------------mm3=8.32lx1i0nmm

yxf1.05x295

b't=(W%-%为3/6)//?,2=(8.321xl()6xl452-12xl40(),/6)/14262mm2=3243〃〃/

令厚度t=26/7777?不变，采用bf=2OO〃?〃7仍满足各项要求。

⑵变截面后强度验算

①截面的几何参数

=\[200x14523—(200-12)xl4003]tim4=8.03x]09W

2/：2x8.03x1093in7i

VV=——=----------------mm=1.106x1()mm

xh1452

6

S}=b't(h}/2)=200x26x(1426/2)mm'=3.71xl0〃〃/

c'"()(，八61400_1400、i,___Aa

S=S[+—•/,•—=3.71x106H-------x12x------\mm=6.65x106//2/n

।2”4I24)

②变截面强度验算

a.验算抗湾强度

M'2577.5xlQ6

N/mm2=21\.9N/imn2<f=295N/〃〃/

1.05xl.l06xl()7

b.验算抗剪强度

,VS'1025X103X6.65X106...)

r=­：—=--------------------------N/mm~=70.7N/mm~<f.=170N/mm~2

9

jt8.03xl0x12八

c.验算折算应力(腹板端部)

'M'(%/2)2577.5xl06x(1400/2)”/

cr.=——--=-----------------4----------Nhnm2=224.69N/mm2

/8.03xlO9

36

'vs/1025X10X3.71X10，……2

r.=-r2-=--------------------------N/mm~=39.46N!mm~

j8.03X109X12

1.rtlw

则折算应力为

/I~-----------------------

%+3r,=)224.692+3x39.46?二234.9乂/〃加$<1.1/=324.5N/nw/

③变截面刚度验算

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

%=生+4=迎+4=124左N/〃〃〃，变截面位置在距支座〃6处，即0=1/6。

C2.5

最大相对挠度为

51249X104

X54xl+3.2x

3842.06X10X1120419X]08.03xlO9

_L<®=_L

415I400

5、翼缘焊缝设计

⑴支座处

1O37X1Q3X3.71X1Q6

hf>匕mm=1.71/22777

1.4X8.03X109X200

⑵变截面处

1025X103X320X26X713

mm=1.94/nm

小14/J；1.4X1120419X104X200

对于手工焊hfm,n>L5&二=1.5XV26=1.65mm,采用hf=10〃im。

㈡设计和布置其腹板加劲肋

/?t)//,.=1400/12=116.7>80./235//v=66,并且%/几<1705235//；.=140,应配置横向加劲肋。

按构造要求横向加劲肋的间距应为=0.5x1400〃〃〃=700加〃,

a<2^=2x1400mm=2800nuno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〃=200。?〃〃，加劲肋成对布置于腹板两侧，如图所示，

)000「)000,；000,1000“J

1、计算区格腹板的局部稳定

Z\2zx2

仅布置横向加劲肋，由于C=0,故按公式—4--进行计算。

X.bj)\工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

l^/tf1400/12

wyxl—345=().799<0.85

4,177V235177V235

贝Ijb”=/=295N/""〃2

⑵%的计算：。/%=2000/1400=1.4>1.0,故

凤〃卬p7=__________1400/12_________

X余3。8

22

4175.34+4(/?0/t/)V23541x75.34+4x(1400/2000)

贝Ijj=[1一0.59(4—0.8)]/,=[1—0.59x(1.28—0.8)]x170N/〃〃〃2=]21.856N/〃〃/

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=V/(%。)

区V=(1037+1025)/2^=1031^=1031XI03/(1400x12)N/mm2=6\AN/mm2满

格足

平均弯矩

1a=M/W}

M=(0+2577.5)/2N左•m=1288.75kN-m=1288.75xHP/16005985.7IN/〃?〃/=8().5N/〃〃/

平均剪力

V=(624.6+612.6)/2kN=6186kN=618.6x1(13/(1400x12)N/mm2=36.8N/mm2满

足

平均弯矩

M=(2577.5+4124)/2kN-m=3350.75kN•加=3350.75xlO6/l6005985.71N/mm2=209.3/V/mni2

平均剪力

V=(212.2+200.2)/2kN=2062kN=206.2x1()3/(1400x12)N/mm2=12.3N/mm2满

足

平均弯矩

a=M/W]

M=(4124+4639.5)/2kM〃?=4381.75kN•加=4381.75X106/16005985.71/V/mm2=273.8NImnr

/、2(、2

公ar

+<1(<TC=0,=295,Q.W21.856)

式♦

>\^cr)

4、加劲肋的设计

横向加劲肋采用对称布置，其尺寸为

外伸宽度为

h(1400、

b>—+40=----+40\i7im-