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1、 仁爱学院下承式栓焊简支钢桁梁桥 课程设计*：*：班级：设计时间：-.z.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
2、节点设计.下弦端节点设计图-.z.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p11
3、0kN/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，2002 王国周，瞿履
4、谦,钢构造原理与设计,清华大学，1993*凯锋,*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 E*cel 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。-.z.4 步骤清楚，计算正确，文图工整。5 设计文件排版格式严格要求如下：(
5、1)版面按照A4 纸*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。(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 p70.015*(p2p3p4)每片主桁所受恒载
6、强度 2 影响线面积计算 要求计算加粗线各杆件内力(1)弦杆 影响线最大纵距Hllly21,影响线面积yl 21 31AA: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，yll)(2121，)(2121yll,10AE:181l,982l,81,y，21EA：2l，2l，y，y，1l，-.z.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：P
7、NAA:31=斜杆：PNEA:01 吊杆：PN 4 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 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 弦杆，斜杆：dL40281402811 吊杆：dL240281402811(3)静活载内力kN kNk 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
8、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。-.z.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kPaWW0.18.0 1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 2上平纵联的有车均布荷载上w
9、)3()4.01(2.04.05.0whHw上 3弦杆内力 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21 2 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，端斜杆反弯点位置：)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：端斜杆端部横梁高度 1 的一半处附加弯矩为：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，将活载作如下列-.z.图的布置，根据
10、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。解得x 故桥上活载总重N 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T 42EE的制动力作用附加内力2/TNT 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，则活载位置是产生最大杆力时的荷载：bRaPRba1；bPRaRba1 aPRa1和bRb比较 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
11、。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：dLf240181401811 42EE：其余计算内力见表2.1。-.
12、z.2 吊杆疲劳弯矩计算 作用在纵梁上的恒载 由恒载产生纵梁对横梁的作用力(即纵梁梁端 剪力)当和L时，换算均布荷载k需要除以2 由活载产生纵梁对横梁的作用力 kNk 由恒载产生的简支梁弯矩 由静活载产生的简支梁弯矩 冲击系数 横梁 横梁 横梁、竖杆在框架面内的刚度系数 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；第五节主桁杆件内力组合 1 主力组合 其余杆件用E*cel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N 2.1NN(绝对值取大)。42EE：主力
13、N，附加风力wN 主力+横向附加力N 主力+纵向附加力(制动力)其余杆件用E*cel计算，内力见表2.1。-.z.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 Np k Nk=k 1+(1+)Nk a ama*-a (1+)Nk Ns 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M Nc=ma*N,N/1.2,N/1.25 1+f Nn=Np+(1+f)Nk 吊杆下端弯矩MB 单位
14、 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 -.z.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 E4E4 1 初选杆件截面 选用腹板 138824 翼缘 244036 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=AmA 2 刚度验算 杆件自由长度 ly=yyyrl可)(*y，可
15、不需验算)3 拉力强度验算 式中为板厚的修正系数，依钢桥标准条及其条文说明，查“续说明表 3.2.1”，对于 Q345q，35tma*50mm 板厚315/345=0.913。4 疲劳强度验算 由表 2.1 可知 Nmin得jANminmin Nma*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20EE 1 初选截面 选用腹板 142812 翼缘 244016 毛、净截面面积、毛截面惯性矩计
16、算方法同上 净截面惯性矩 Iyj=IyIy-.z.2 刚度验算*y 3 拉力强度验算(1)主力作用 N2111.11kN AjNIj和比较(2)主力制动力作用N，制动力弯矩M jIIjIIjWMAN和 比较 4 疲劳强度验算 由表 2.1 可知 Nmin得jANminmin Nma*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 141218 翼缘 246024 2 刚度检算 y=66.48=100(可)3 总体稳定验算 由y=，查表内插求得1 mcAN可 4 局部稳定验算(1)翼缘板 按照钢桥标
17、准，查表，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，当50 时，板件的宽厚比104.0b-.z.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 141218 翼缘 260024 截面面积，惯性矩计算方法同上。2 刚度验算 y，*，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，弯矩作用于主平面外。参照钢桥标准第条规定，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 换算
18、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。按钢桥标准第条，此1可以用作2。mAN 和 15.01 比较 所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值 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1n=1.4，应按主力加附加力组合采用。m-.z.(3)主力制动力作用 依照钢桥标准条规定，当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时，2=1.0 mAN 和 1
19、5.01 比较 所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值 m4 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 142810 翼缘 246016 截面面积，惯性矩计算方法同上。2 刚度验算 3 总体稳定验算 由，1009.88maxy查表内插得1 mmAN 和 1 比较 4 局部稳定验算(1)翼缘板 按照钢桥标准，查表，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，当50 时，板件的宽厚比104.0b 腹板b 5 疲劳强度验算 由表 2.1 可知 Nmin得jANminmin Nma*得jANmaxmax
20、可知 E4A5 为以压为主的拉压杆件，验算公式为0maxptndrrrr maxndrr=6 拉力强度验算-.z.杆件同时承受拉力，故还应验算其净截面的拉力强度 第五节吊杆截面设计 1 初选截面 选用腹板 143610 翼缘 226012 截面面积，惯性矩计算方法同上。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 可知*=，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 Nma*=，Nmin=，Mma*=，Mmin=吊杆 A1E1 净截面积
21、 Aj=毛惯性矩 Im*=其扣孔惯性矩xI 净惯性矩 Ij*=Im*-I*；第六节 腹杆高强度螺栓计算 按照钢桥标准第 条给出的高强螺栓容许抗滑承载力计算公式得：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=ma*(jA，1mA)以下举两杆件说明。1 拉杆 杆件承载力 N=jA=螺栓数PNn=个-.z
22、.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=ma*(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。-.z.表 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 I*/Iy r*/ry l*/ly*/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 m 1 1 dn(ma*-min)/dnma*t0/tp0 j 项次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 单位 mmmm cm2 cm2 cm4
23、 cm cm MPa MPa MPa MPa MPa KN.m 上弦杆 下弦杆 斜杆 竖杆 -.z.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 钢桥标准第条规定，主桁受拉杆件拼接板净面积应比被拼接杆件净面积大10。根据前表表3-1 计算结果E0E2杆2-*，1-*一半净面积为 E2E4 杆2-*，1-*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 初选内拼接板为 4-*一侧两块，两块内拼接板的净面积为 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
24、容许承载力为 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*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*排，端距去*mm，长度为 L=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 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 初选内拼接板为 4-*一侧两块，两块内拼接板的净面积为 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-.z.单抗滑面高
25、强度螺栓的容许承载力为 一侧节点板外接拼接板所需高强度螺栓数 PAPNnp111取*排，每排*个共*个 一侧两块内接拼板所需高强螺栓数 PAPNnp221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*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*排，共*个、节点板弦杆一侧外拼接板计算高强螺栓数*个至少取*排，每排*个共*个，实际取*排、共*个、一侧内拼接板计算高强螺栓数为*个至少取 5 排，每排*个共*个、长度为*mm 等要求，画图、布置、设计下弦端节点如附图。-.z.下弦端节点 E0 设计图