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1、仁爱学院下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计*：学号：班级：设计时间：.word.zl.目录第一章设计资料 第一节根本资料 第二节设计内容 第三节设计要求 第二章杆件内力计算 第一节主力作用下主桁杆件内力计算第二节横向风力作用下的主桁杆件附加内力计算第三节制动力作用下的主桁杆件附加内力计算第四节疲劳内力计算 第五节主桁杆件内力组合第三章主桁杆件截面设计第一节下弦杆截面设计 第二节上弦杆截面设计 第三节端斜杆截面设计 第四节中间斜杆截面设计第五节吊杆截面设计 第六节腹杆高强度螺栓计算第四章弦杆拼接计算和下弦端节点设计第一节 E2节点弦杆拼接计算 第二节 E0节点弦杆拼接计算 第三节下弦端节点设计.下弦
2、端节点设计图.word.zl.第一章设计资料第一节根本资料1 设计标准：铁路桥涵设计根本标准(TB10002.1-2005)，铁路桥梁钢构造设计标准(TB10002.2-2005)。2 桁架尺寸：计算跨度分别为L48 m、64 m、80 m(按班级人数等分三组，按组序分别对应计算跨度)，节间长度8 m，桁高 11 m，主桁中心距 5.75m，纵梁中心距 2.0m，纵联计算宽度 5.30m，采用明桥面。3 材料：主桁杆件材料 Q345q，板厚 40mm，高强度螺栓采用 40B，精制螺栓采用BL3，支座铸件采用 ZG35 II、辊轴采用 35号锻钢。4 活载等级：中荷载。5 恒载(1)主桁计算桥面
3、 p110kN/m，桥面系 p27 kN/m，主桁架 p315 kN/m，联结系p43 kN/m，检查设备 p51 kN/m，螺栓、螺母和垫圈 p60.02*(p2p3p4)，焊缝p70.015*(p2p3p4)；(2)纵梁、横梁计算纵梁(每线)p85 kN/m(未包括桥面)，横梁(每片)p92kN/m。6 风力强度 W01.5kPa，K1K2K31.0。7 工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，栓径均为 22mm、孔径均为 23mm。高强度螺栓设计预拉力 P200kN，抗滑移系数 00.45。8 计算参考书目苏彦江,钢桥构造与设计，西南交通大学，*，2006 年 12 月。陈绍蕃,钢构造科学
4、，2002 王国周，瞿履谦,钢构造原理与设计,清华大学，1993.word.zl.X凯锋,X臻旺,杨国静,钢桥课程设计参考文本,西南交通大学,2003 第二节设计内容1 主桁杆件内力计算；2 主桁杆件截面设计；3 弦杆拼接计算和下弦端节点设计；第三节设计要求1 主桁内力计算结果和截面设计计算结果如计算书中表2.1和表3.1格式进展汇总成表格。2 主桁内力计算表格和截面设计计算工程包括表2.1和表3.1的表头各项：3 主桁内力计算和截面设计计算结果采用Microsoft Excel 电子表格排版和节点设计图可用计算机打印，其他各项设计需手工计算完成计算书。4 步骤清楚，计算正确，文图工整。5 设
5、计文件排版格式严格要求如下：(1)版面按照 A4 纸X设置，竖排(个别表格可以横排)。(2)计算书文件按封面、目录、正文(包括表格、插图)、节点图顺序，正文起始页码为第页。(3)各章节文字大小层次清楚。(4)特别要求正文内的表格完整、表格排版符合页宽要求。.word.zl.(5)特别要求正文内的图形和节点图完整、清晰。6 设计文件在规定时间内提交。第二章杆件内力计算第一节主力作用下主桁杆件内力计算1 恒载桥面 p110kN/m，桥面系 p27 kN/m，主桁架 p315 kN/m，联结系p43 kN/m，检查设备 p51 kN/m，螺栓、螺母和垫圈p60.02*(p2p3p4)，焊缝 p70.
6、015*(p2p3p4)每片主桁所受恒载强度2/)(7654321pppppppp2 影响线面积计算要求计算加粗线各杆件内力.word.zl.A1A2A3A1A2A3E1E2E3E0y=l1l2/(lH)l1=ll2E2E3E2A3yyl2l2l1l1A3E31sinsinE4(1)弦杆影响线最大纵距Hllly21,影响线面积yl2131AA:1l,2l,y,42EE:1l,2l,y,其余弦杆计算方法同上，计算结果列于表2.1中。(2)斜杆：lly2sin1，llysin12，2tan11sin1，.word.zl.yll)(2121，)(2121yll,10AE:181l,982l,81,y
7、，21EA：2l，2l，y，y，1l，211lll，1l，211lll，yll)(2121)(2121yll，；其余斜杆计算方法同上，计算结果列于表2.1中。(3)吊杆：,y；3 恒载内力pNp，下弦杆：PNEE:20上弦杆：PNAA:31=斜杆：PNEA:01吊杆：PN4 活载内力(1)换算均布活载 k，按及加载长度 l 查表求得,中间值按内插法求得klEE,:20klEA,:21;,kl其余杆件计算方法同上，计算结果列于表2.1 中。(2)冲击系数.word.zl.弦杆，斜杆：dL40281402811吊杆：dL240281402811(3)静活载内力kNkNkkNEE:42KNEA:21
8、KN其余杆件计算方法同上，计算结果列于表2.1 中。(4)活载开展均衡系数值：)(611max，kpNN)1(，max在表中查找确定，计算各杆件值其余杆件计算方法同上，计算结果列于表2.1 中。5 列车横向摇摆力产生的弦杆内力横向摇摆力取 S=100kN 作为一个集中荷载取最不利位置加载，水平作用在钢轨顶面。摇摆力在上下平纵联的分配系数如下：桥面系所在平面分配系数为1.0，另一平面为 0.2。上平纵联所受的荷载,20k1002.0NS上下平纵联所受的荷载,100k1000.1NS下摇摆力作用下的弦杆内力y,ySNS为弦杆在简支平纵联桁架的影响线纵距。上弦杆：LBLLyAA2131:,SNSy下
9、弦杆：LBLLyEE2120:,SNSy第二节横向风力作用下的主桁杆件附加力计算1 平纵联效应的弦杆附加力风压kPaWKKKW5.10.10321，车风压kPaWW0.18.01下平纵联的有车均布荷载下w桁高 H=，h=纵梁高+钢轨轨木高)3()4.01(4.05.0whHw下2上平纵联的有车均布荷载上w)3()4.01(2.04.05.0whHw上3弦杆内力.word.zl.上弦杆：31AA在均布风荷载上w作用下的内力为：31AA：上上上yLwwNw21下弦杆：20EE：kyLwwNw下下下212 桥门架效应的端斜杆和端下弦杆的附加力桥门架所受总风力：上LwHw21，sin1Hl端斜杆反弯点
10、位置：)2(2)2(0lclccl，端斜杆轴力：BllHVw)(0端斜杆轴力 V 在下弦杆产生的分力：cosVNw端斜杆中部附加弯矩：2)(0lcHMWF端斜杆端部横梁高度1 的一半处附加弯矩为：)2(20横hlHMwk计算结果列在表 2.1中。第三节制动力作用下的主桁杆件附加力计算1 下弦杆制动力计算以下弦杆42EE为例，将活载作如下图的布置，根据构造力学方法，当三角形影响线顶点左边的活载之和等于右边之和时，为产生最大杆力的活载布置位置。bRaRba解得x故桥上活载总重N.word.zl.在主力作用下的内力已计入冲击系数，制动力按静活载的7计算:制动力T42EE的制动力作用附加内力2/TNT
11、其下弦杆件内力见表 2.1。2 端斜杆制动力计算01EE杆力影响线顶点位置离左端点支点7.64m，设将列车荷载的第4 轴重1P置于影响线顶点处。因为影响线为三角形，那么活载位置是产生最大杆力时的荷载：bRaPRba1；bPRaRba1aPRa1和bRb比拟aRa和bPRb1将第 3 轴重或第 5 放到顶点位置上均不满足上述条件，故将上述活载即为产生最大杆力时的活载。求制动力：T制动力所产生的杆件内力tN和2M：轴向力2TNt，hTM2下弦杆中线至支座下摆顶点的距离h=0.37m 下弦杆弯矩MM4.01;端斜杆弯矩MM7.02第四节疲劳内力计算1 疲劳轴力计算疲劳荷载组合包括设计荷载中的恒载和活
12、载包括冲击力、离心力，但不考虑活载开展系数。列车竖向活载包括竖向动力作用时，应将列车竖向静活载乘以运营动力系数f1。同时，规定焊接及非焊接栓接构件及连接均需进展疲劳强度验算，当疲劳应力均为压应力时，可不检算疲劳。疲劳计算采用动力运营系数：弦杆，斜杆：dLf40181401811吊杆：dLf24018140181142EE：kfpnNNN)1(maxpnNNmin其余计算内力见表 2.1。.word.zl.2 吊杆疲劳弯矩计算作用在纵梁上的恒载812ppp由恒载产生纵梁对横梁的作用力(即纵梁梁端剪力)pNp当和L时，换算均布荷载 k需要除以 2k由活载产生纵梁对横梁的作用力kNk由恒载产生的简支
13、梁弯矩2cBNMpp由静活载产生的简支梁弯矩2cBNMkk冲击系数L402811横梁1kpNN)(611max横梁kppkMMM1psbBpMiiM35.023pksbBpkMiiM35.023BcaLL横梁、竖杆在框架面内的刚度系数BEIibbBEIiss.word.zl.式中E钢的弹性模量；sbII,横梁、竖杆在框架平面内的惯性矩；L横联门楣最下端节点到衡量重心轴的距离；L上弦节点中心到横梁重心的距离；BpMBpkM第五节主桁杆件内力组合1 主力组合skpNNNN1其余杆件用 Excel 计算，内力见表 2.1。2 主力和附加力组合31AA：主力N，附加风力wN主力+横向附加力N2.1NN
14、(绝对值取大)。42EE：主力N，附加风力wN主力+横向附加力N2.1NN主力+纵向附加力(制动力)N其余杆件用 Excel计算，内力见表 2.1。N.word.zl.word.zl.表 2.1 主桁杆件内力计算汇总表杆件名称影响线活载摇摆力附加力内力组合仅有轴力杆件疲劳计算内力加载长度i 顶点位面积总面积Npk Nk=k 1+(1+)Nka amax-a (1+)NkNs平纵连风力 Nw桥门架风力Nw 制动力 NT主力N=Np+(1+)Nk+Ns主+风N=N+Nw(Nw)主+风弯矩M主+制N=N+NT主+制弯矩MNc=maxN,N/1.2,N/1.25 1+fNn=Np+(1+f)Nk吊杆下
15、端弯矩MB单位m m m kN kN/m kN kN kN kN kN kN kN kN kN kN.m kN kN.m kN kN kN.m 项次1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 上弦杆下弦杆斜杆竖杆.word.zl.第三章主桁杆件截面设计第一节下弦杆截面设计一、中间下弦杆 E4E41 初选杆件截面选用腹板1388 24 翼缘2440 36 每侧有 4 排栓孔，孔径 d=23cm;毛截面 Am=栓孔削弱面积A净截面面积Aj=Am A2 刚度验算yI杆件自由长度 ly=myyAIryyyrl
16、可)(x y，可不需验算)3 拉力强度验算jIjAN式中为板厚的修正系数，依 钢桥标准 3.2.1 条及其条文说明，查“续说明表3.2.1”，对于Q345q，35tmax50mm板厚 315/345=0.913。4 疲劳强度验算由表 2.1 可知 Nmin得jANm inm inNmax得jmacANmax拉拉杆件验算式：)(0minmaxtndrrr式中线路系数0.1dr，损伤修正系数0.1nr，板厚修正系数425trt查标准表.word.zl.3.27-2 的杆件验算截面为第类疲劳等级，查表3.27-1 知其疲劳容许应力确定。二、端下弦杆20EE1 初选截面选用腹板1428 12 翼缘24
17、40 16 毛、净截面面积、毛截面惯性矩计算方法同上净截面惯性矩 Iyj=Iy Iy2 刚度验算 x y 3 拉力强度验算(1)主力作用N2111.11kN AjNIj和比拟(2)主力制动力作用N，制动力弯矩MjIIjIIjWMAN和比拟4 疲劳强度验算由表 2.1 可知 Nmin得jANm inminNmax得jANmaxmax拉拉杆件验算式：)(0minmaxtndrrr故第二节上弦杆截面设计以上弦杆 A1A3 为例。1 初选截面选用腹板1412 18 翼缘2460 24 2 刚度检算43242.389548.12.41121464.21212cmIy y=66.48 =100(可).wo
18、rd.zl.3 总体稳定验算由 y=，查表内插求得1mcAN可4 局部稳定验算(1)翼缘板按照 钢桥标准，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比514.0b翼缘板b(2)腹板按照 钢桥标准，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比104.0b腹板b同理，设计计算其它上弦杆。第三节端斜杆截面设计1 初选截面选用腹板1412 18 翼缘 2600 24 截面面积，惯性矩计算方法同上。2 刚度验算 y，x，查表内插求得3 总体稳定验算(1)主力作用mIANIm(可)(2)主力横向风力作用端斜杆 E0A1 在主力作用下为受压杆件，在主力与横向力作用下为压弯杆。附加力为横向力时，弯矩作用于主平
19、面外。参照钢桥标准 第 4.2.2 条规定，对受压并在一个主平面内受弯曲的杆件，总稳定性计算公式为：1211WMANm.word.zl.换算长细比yxerrhL查表得1式中系数，焊接杆件取1.8；h 杆件两翼缘板外缘距离，即截面宽度，该算例h。因端斜杆采用 H 形截面，且失稳平面为主桁平面，和弯矩作用平面不一致。按钢桥标准 第 4.2.2 条，此1可以用作2。mAN和15.01比拟所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值mEANn2211式中构件在弯矩作用平面内的长细比；E 钢材的弹性模量(MPa)；1n压杆容许应力平安系数。主力组合时取用n1=1.7，应按主力组合采用；主力加附加力组合时取用
20、1n=1.4，应按主力加附加力组合采用。m(3)主力制动力作用依照钢桥标准 4.2.2 条规定，当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时，2=1.0 mAN和15.01比拟所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值mEANn2211m4 局部稳定验算同上，见表3.1。第四节中间斜杆截面设计以斜杆 E4A5 为例1 初选截面选用腹板1428 10 翼缘 2460 16 截面面积，惯性矩计算方法同上。2 刚度验算.word.zl.ymax3 总体稳定验算由，1009.88maxy查表内插得1mmAN和1比拟4 局部稳定验算(1)翼缘板按照钢桥标准，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比514.0b
21、翼缘板b(2)腹板按照钢桥标准，查表 5.3.3，当 50 时，板件的宽厚比104.0b腹板b5 疲劳强度验算由表 2.1 可知 Nmin得jANminminNmax得jANmaxmax98.156.2764.54maxmin可知 E4A5 为以压为主的拉压杆件，验算公式为0maxptndrrrrmaxndrr=6 拉力强度验算杆件同时承受拉力，故还应验算其净截面的拉力强度AjNj第五节吊杆截面设计1 初选截面选用腹板1436 10 翼缘 2260 12 截面面积，惯性矩计算方法同上。.word.zl.2 刚度验算钢桥标准 规定仅受拉力且长度 16m 的腹杆容许最大长细比为180，由表 3.1
22、 可知 x=，y=。3 疲劳强度验算吊杆无附加力，在阻力作用下，吊杆除受到轴力外，还受到横向钢架作用产生的弯矩，故应检算轴力与弯矩共同作用下的疲劳。由表 2.1 可知 Nmax=，Nmin=，Mmax=，Mmin=吊杆 A1E1 净截面积Aj=毛惯性矩Imx=其扣孔惯性矩xI净惯性矩Ijx=Imx-Ix；jnjnWMANmaxmaxmaxjnjnWMANminminmin)(minmaxndrr第六节腹杆高强度螺栓计算按照 钢桥标准 第 6.1.1 条给出的高强螺栓容许抗滑承载力计算公式得：kNKNmP9.527.120045.010式中 P 高强螺栓的容许抗滑承载力；m 高强螺栓连接处的抗滑
23、面数；0高强螺栓连接的钢材外表抗滑移系数，不大于0.45；N 高强螺栓的设计预拉力，M22 螺栓为 200kN。K 平安系数，采用1.7。主桁杆件杆端高强度螺栓个数n 应满足PNn。此处的 N为杆件的承载力，对于主桁杆件：受拉杆件N=jA 受压杆件N=1mA受拉压杆件N=max(jA，1mA)以下举两杆件说明。1 拉杆杆件承载力N=jA=.word.zl.螺栓数PNn=个实际用 n=个2 压杆杆件承载力 N=1mA=螺栓数PNn=实际用 n=个3 拉压杆杆件承载力jA=1mA=N=max(jA，1mA)螺栓数PNn=实际用 n=个以上螺栓实用数是根据节点板上排列需要定出的。.word.zl.表
24、 3.1 主桁杆件验算总表杆件名称截面组合截面螺栓布置Am Aj Ix/Iy rx/ry lx/ly x/y 构造要求局部稳定总体稳定疲劳验算拉力强度翼缘腹板m11 dn(max-min)/d n max t0/t p0 j 项次1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 单位mm mm cm2cm2cm4cm cm MPa MPa MPa MPa MPa KN.m 上弦杆下弦杆斜杆竖杆.word.zl.第四章弦杆拼接计算和下弦端节点设计第一节 E2 节点弦杆拼接计算1 拼接板截面计算钢桥标准 第9.0.7条规定，主桁受拉杆件拼接板净面积应比被拼接
25、杆件净面积大10。根据前表表 3-1 计算结果 E0E2 杆2-*x *，1-*x *一半净面积为1jAE2E4杆2-*，1-*2jA节点板选用厚度t=*mm 一块节点板作为外接拼板提供的面积取杆件高度44cm 局部1pA初选内拼接板为4-*一侧两块，两块内拼接板的净面积为2pA内外拼接板的净面积为2211.1jpppAAAA通过验算。2拼接螺栓和拼接板长度单抗滑面高强度螺栓的容许承载力为KNmP0一侧节点板外接拼接板所需高强度螺栓数PAPNnp111至少取*排，每排x 个共*个一侧两块内接拼板所需高强螺栓数PAPNnp222至少取*排，共*个3 内拼接板长度内拼接板一侧*个高强度螺栓，排成*
26、排，端距去*mm，长度为L=.word.zl.第二节E0 节点弦杆拼接计算1拼接板截面设计根据前面表 3-1 计算结果，E0E2 杆2-*，1-*一半净面积为jA节点板选用厚度 t=一块节点板作为外接拼板提供的面积取杆件高度*cm 局部1pA初选内拼接板为 4-*一侧两块，两块内拼接板的净面积为2pA内外拼接板的净面积为jpppAAAA1.121通过验算。2拼接螺栓和拼接板长度单抗滑面高强度螺栓的容许承载力为KNmP0一侧节点板外接拼接板所需高强度螺栓数PAPNnp111取 x 排，每排 x 个共*个一侧两块内接拼板所需高强螺栓数PAPNnp221取 x 排，共 x 个3内拼接板长度内拼接板一
27、侧 x 个高强度螺栓，排成x 排，端距去*mm，长度为L=根据节点布置的实际需要，最后两块上端内侧内拼接板取 ，两块下端内侧内拼接板取 ，满足验算要求。第三节下弦端节点设计根据端横梁高度、端斜杆一侧计算高强螺栓数*个至少取 x 排，共 x 个、节点板弦杆一侧外拼接板计算高强螺栓数*个至少取 x 排，每排 x 个共 x个，实际取 x 排、共 x 个、一侧内拼接板计算高强螺栓数为x 个至少取 5 排，.word.zl.每排 x 个共*个、长度为*mm 等要求，画图、布置、设计下弦端节点如附图。.word.zl.下弦端节点 E0 设计图下端置于上下端置于上钢梁底座埋头螺栓螺栓栓孔说明：端斜杆长度：；下弦杆长度：；下平纵联斜杆长度：。排水孔拼接板（上）（下）主桁外侧空孔节点板节点构造图天津大学仁爱学院班级：姓名：学号：64 m 钢桁架桥主桁架 E0节点图日期：