畢業(yè)設計（論文）鐵路簡支鋼板梁橋設計

1、第1章 緒 論1.1 簡支鋼板梁橋的優(yōu)點及其在國內(nèi)外的發(fā)展簡支鋼板梁橋具有構造簡單、強度高、自重輕、工廠化生產(chǎn)程度高、施工速度快等優(yōu)點，早在20世紀50年代起，在日本、德國等發(fā)達國家得到了廣泛應用。我國由于鋼材產(chǎn)量原因，20世紀90年代以前鋼橋的應用僅限于鐵路橋梁，公路鋼橋的極少。20世紀90年代以后，由于大跨度橋梁建設的需要，鋼結構橋梁有了很大的發(fā)展，特別是在大跨度懸索橋、斜拉橋和鋼管混凝土拱橋中得到廣泛應用。但是，除城市高架橋、立交橋等特殊情況外，在中小跨徑橋梁中還是很少采用鋼橋。1.1.1 國內(nèi)鋼橋的發(fā)展史我國鋼橋的建設已經(jīng)有100多年的歷史，就鐵路鋼橋而言，解放前由于材料、設計水平、制

2、造水平、施工技術等條件的限制，當時所建的鋼橋多是跨度很小的鋼板梁橋。解放后，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國鐵路鋼橋的整體技術水平有了長足的進步，使結構型式多樣化、橋梁規(guī)模大型化、鋼橋連接全焊化，這表現(xiàn)在鋼橋材料的不斷開發(fā)利用，設計理論、設計理念、設計手段的更新和提高，科研工作的不斷深化并及時應用于設計、施工，同時施工、制造水平的提高。特別是近10年來，整體節(jié)點的出現(xiàn)使得焊接不但用于構件組成，而且用于構件的聯(lián)接，節(jié)省了鋼材用量并使結構整體質量更加易于保障，結合梁的采用使鋼橋的應用空間得到進一步的拓展，主跨312m的蕪湖長江公鐵兩用大橋的建成標志著我國鐵路大跨度鋼橋的建設達到了一個新的高度。就公路橋梁而言

3、，20世紀80年代中期以前，由于國家鋼材缺乏，加之公路橋梁的中小跨度可以采用rc梁或pc梁予以解決，使得公路鋼橋極少采用鋼梁，20世紀80年代中期以后，尤其是近十年來，我國公路大跨度鋼橋得到了飛速的發(fā)展，無論是跨度還是設計制造技術都正在迅速向世界水平接近，其中已經(jīng)建成采用全焊鋼箱梁懸索橋的江陰長江大橋主跨達1385m，居世界第4位，采用全焊鋼箱梁斜拉橋的南京長江二橋南汊橋主跨達628m，居世界第3位?？梢哉f，20世紀世界焊接鋼橋技術有了很大的發(fā)展，而20世紀的后10年，也是我國焊接鋼橋技術飛速發(fā)展并接近世界水平的黃金發(fā)展階段。1.1.2 國內(nèi)鋼橋的建設情況新中國成立后，建設面貌為之一新，各項建

4、設蓬勃發(fā)展，橋梁事業(yè)亦不例外，推動我國鐵路鋼橋發(fā)展決定性作用的有武漢、南京、九江、蕪湖四座長江上的橋梁。這四座大橋都是公鐵兩用橋，鐵路為雙線，公路為四車道。 武漢長江大橋，新中國成立后的1950年即著手興建，正橋長1156m，三聯(lián)三等跨128m的連續(xù)鋼桁梁，公鐵兩用橋。鋼梁的鋼材是進口蘇聯(lián)的ct3m(三號橋梁鋼，屈服強度240mpa)技術有蘇聯(lián)專家援助，主要的還是我國自己設計和建造，是我國自力更生建設現(xiàn)代化橋梁的開端。 南京長江大橋，1958年規(guī)劃興建，1968年建成通車。正橋全長1576m，計10孔，三聯(lián)3160m連續(xù)鋼桁梁加一孔128m簡支梁，鋼材為屈服強度350mpa低合金鋼。新中國成立

5、后，我國被封鎖禁運，初期還有蘇聯(lián)的援助，上世紀50年代末，蘇聯(lián)也停止了對我國的援助，完完全全在獨立自主自力更生條件下建成的，建設這座大橋在材料方面遇到最困難是鋼材。 在舊中國，鋼的年產(chǎn)量不到100萬噸，新中國成立后的短短幾年內(nèi)，在鋼材的底子很薄弱情況下，為本橋開發(fā)出屈服強度350mpa的16錳橋梁鋼(16mnq) ，的確是件重大的成就。武漢、南京兩橋鋼梁均是鉚接的。我國栓焊鋼梁在上世紀50年代開始研制。1961年湘桂線雒容江橋換梁時，用了一孔41.62m栓焊梁。在三線建設時大量推廣應用，跨度大多在40m以下，最大跨度112m，當時的16錳橋梁鋼(16mnq)，鉚接梁是可以的，用在栓焊梁，材質是

6、欠缺的，我國栓焊梁的跨度長期停留在雙線鐵路橋80m，單線鐵路橋112m。所有附連件都是栓接的，是少焊多栓的栓焊梁。 九江長江大橋正橋全長1806.7m，主跨180m+216m+180m的剛性梁柔性拱，專門開發(fā)了15錳釩氮橋梁鋼(15mnvnq)，焊接構件最大板厚達56mm及材質35vb的大直徑高強度螺栓，建成了雙線鐵路、四車道公路最大跨度達216m的栓焊梁，也是少焊多栓，從此鉚接鋼橋退出新建鐵路鋼橋的歷史舞臺。蕪湖長江大橋正橋全長2193.7m，主跨為180m+312m+180m矮塔斜拉橋，加勁梁為鋼筋混凝土板與鋼桁梁結合共同受力的結合鋼桁梁，開發(fā)了綜合性能優(yōu)異的14錳鈮橋梁鋼(14mnnbq

7、)，實現(xiàn)了厚板(50mm)焊接整體節(jié)點的栓焊梁，達到了多焊少栓的焊接橋梁，為全焊無栓的鐵路橋梁打下基礎。 因受飛行凈空的限制，橋塔高度受到限制，如果是高塔，跨度可以增大。所以這種體系的橋梁，增大跨度留有很大空間。 在封鎖禁運，獨立自主，自力更生條件下，中國橋梁工程師奮斗了幾十年，初步實現(xiàn)了上世紀70年代初期制訂的鐵路橋梁發(fā)展目標“高強、大跨、輕型、整體”的技術政策。1.2 中國鋼橋技術最新進展1.2.1 新一代橋梁用鋼的研制 鋼橋的發(fā)展離不開橋梁用鋼的不斷開發(fā)，但是相對于橋梁技術的發(fā)展而言，橋梁鋼材的發(fā)展雖然起步早，但由于產(chǎn)量、用量的限制，在一定時期內(nèi)發(fā)展較為緩慢，16mn、16mnq鋼在鐵路

8、、公路鋼橋的應用相當廣泛，并占據(jù)了相當長的時間，但也反映出鋼橋設計選材上的局限性，而且16mnq鋼的板厚效應明顯，限制了鐵路鋼橋一般橋式跨度的進一步發(fā)展。為了改變這一被動局面，鐵道部與原冶金部聯(lián)合進行了適應鋼橋發(fā)展新鋼種的研制，在鐵路研制并應用了15mnnbq、14mnnbq鋼種，其中典型的是14mnnbq，以16mnq為基礎，適當降低碳當量并加入nb等微量元素，采用先進的控溫控軋和鋼液爐外精煉技術，進行正火處理，細化晶粒并降低有害元素和氣體的含量，大大降低板厚效應，在鋼板使用厚度上達到50mm，針對yb/168-70和yb(t)10-81中u型缺口沖擊要求難以滿足橋梁設計要求的實際情況，這一

9、鋼種采用與國際接軌的v型缺口沖擊韌性作為交貨條件，并具有良好的缺口沖擊韌性和焊接性能。蕪湖長江大橋的沖擊韌性交貨條件為-40c的v型缺口沖擊韌性值為120j，實際供貨的-40c的v型缺口沖擊韌性值的平均值達234j。南京長江二橋要求采用wq490e熱軋鋼板，其沖擊韌性交貨條件為-40c的v型缺口沖擊韌性值為30j，其實際供貨的-40c的v型缺口沖擊韌性值的平均值達158j。可以看出，我國橋梁用鋼由于采用了先進的冶煉、軋制及熱處理等技術，保證了鋼板的抗斷裂性能和焊接性能要求。 1.2.2 新結構形式 (1)蕪湖長江大橋 蕪湖長江大橋是國內(nèi)首次采用板桁組合結構建造的一座公鐵兩用橋梁，其中鐵路全長1

10、0521m，公路全長5681m，正橋主航采用主跨312m的低塔、斜拉索加勁的連續(xù)鋼桁梁結構，該橋的低塔是由于受附近機場靜空限制，在總體布置和方案選取上具有相當難度和復雜性，因而在設計上采用了一系列新材料、新結構和新工藝，并針對設計、制造和施工進行了一系列科研攻關，對荷載等級、剛度標準、鋼材選型、構造細節(jié)疲勞設計、焊接韌性標準等進行了理論和試驗研究，為該橋的設計、制造和施工提供了保證。(2) src梁、結合梁應用于鐵路橋梁 src梁是將鋼梁作為勁性骨架并外包混凝土的橋梁形式，適用于跨線橋等對施工或梁高等有特殊要求的地段，一般使用在中小跨度的橋梁，鋼梁一般為焊接工字梁，施工時可以不必采用施工鷹架，

11、在跨線施工時可以不影響線下運營。這種橋梁形式充分發(fā)揮了鋼與混凝土各自在力學性能上的優(yōu)勢，在歐洲、日本鐵路已經(jīng)使用幾十年，經(jīng)過鐵道科學研究院的理論和試驗研究，已經(jīng)在京九線等新建線路和既有線改造中采用了src簡支梁(跨度12m)、連續(xù)梁(兩跨24m)和斜梁(45跨度27.6米斜梁)。在我國第一條客運專線秦沈線建設中采用了結合梁的結構形式，其中鋼梁有工字梁和箱形梁兩種形式，在廠內(nèi)焊接制造，運至施工現(xiàn)場進行混凝土部分及橋面板的灌注，共有24m、32m、48m和50m幾種跨度。 (3)鋼管拱橋水柏線北盤江大橋 水柏線北盤江大橋主橋為上承式鋼管混凝土拱橋，為我國第一座鐵路鋼管混凝土拱橋，是目前世界上最大跨

12、度的上承式鐵路鋼管混凝土拱橋，其跨度達236m，橋面距江面高差達280米，也是目前國內(nèi)最高的鐵路拱橋，鋼管采用廠內(nèi)預制，現(xiàn)場節(jié)段間焊接，拱圈施工采用兩岸半拱平轉法合攏，轉體重量達上萬噸。 1.2.3 新構造及聯(lián)接形式 (1)整體節(jié)點 整體節(jié)點是焊接代替栓接一個重要進步，節(jié)約鋼材并保證連接的可靠性，這一進步也是在厚板性能和焊接工藝得到保證的前提下取得的。京九鐵路的孫口黃河大橋正橋4m108m無豎桿三角形雙線桁梁首次采用了整體節(jié)點、節(jié)點外拼接新技術，桿件為箱形截面，在工廠焊接制造成節(jié)段，采用整體節(jié)點使高強度螺栓節(jié)省30%，鋼材節(jié)省4%。蕪湖長江大橋主橋也普遍采用了整體節(jié)點。(2)錨箱結構 南京長江

13、二橋和蕪湖長江大橋的斜拉索與橋梁連接均采用了錨箱結構形式，錨箱結構由于其整體性好、剛度大因而具有很高的可靠性。南京長江二橋的錨箱由承壓板、縱錨板、蓋板組成，并與鋼箱梁腹板依斜拉索角度焊接成整體。蕪湖長江大橋錨箱則采用雙室箱，并與鋼桁梁高強度螺栓連接，錨箱的特點是鋼板厚、鋼板立體連接、幾何精度要求高、焊接難度大且焊接變形難以控制。采用了空間組裝工藝、立體連接的高強度螺栓孔鉆制、焊接順序選擇及焊接變形控制等保證質量要求。(3)鋼橋現(xiàn)場全斷面焊接 秦沈客運專線是我國第一條接近高速的客運專線，對基礎設施建設的標準和施工質量要求很高。在我國鐵路橋梁史上首次使用鋼混凝土結合全焊工型板梁。其主要優(yōu)點是全橋整

14、體性強，傳力明確，省料，施工簡單，造型美觀，但同時，也提出了現(xiàn)場焊、手工焊、厚板對接焊三大技術難題。鐵道部專門列科研課題進行研究，通過科研攻關、相應試驗研究及焊接工藝評定，解決了上述問題，實現(xiàn)了現(xiàn)場的全斷面焊接，為鐵路鋼橋的現(xiàn)場斷面焊接打下了良好的基礎。 1.2.4 科研成果及相關標準 (1)鋼橋設計理論我國鋼橋的設計長期采用容許應力理論和極限強度理論，其中大跨度鐵路鋼橋設計采用容許應力理論。鐵道部從上世紀八十年代開始研究可靠度理論用于橋梁設計規(guī)范，并已取得實質性進展，現(xiàn)在上部結構的規(guī)改工作已經(jīng)完成，預計基于可靠度理論的橋梁設計規(guī)范的頒布執(zhí)行將會使鋼橋設計邁上一個新臺階。 (2)針對鋼橋建設的

15、試驗研究對于新的鋼橋結構和構造形式，需要相應的理論和試驗研究加以保證，為此，針對h形壓桿殘余應力和極限承載能力、整體節(jié)點受力性能、大型鋼箱梁節(jié)段間焊栓受力性能、錨箱結構板材抗層狀撕裂及整體性能、實橋模型力學性能等方面做了深入的理論分析和試驗研究，取得的成果為鋼橋設計和制造提供了可靠依據(jù)。 (3)鐵路鋼橋疲勞設計方法研究鐵路鋼橋承受的荷載為循環(huán)往復荷載，因而既有鋼橋的疲勞問題比較突出，為了解決這一問題，鐵道部科學研究院結合新線建設蕪湖長江大橋和高速鐵路研究進行了有針對性的鐵路鋼橋疲勞設計研究。根據(jù)蕪湖長江大橋采用新材料、整體節(jié)點等特點，做了9組大尺寸構造細節(jié)的疲勞試驗并回歸分析得到疲勞試驗曲線，

16、結合以往數(shù)據(jù)得到蕪湖橋鋼梁14種構造細節(jié)的疲勞強度，為設計提供了可靠依據(jù)。(4)焊縫強度及斷裂韌性準則的變遷鋼橋的焊縫存在初始缺陷并處于應力集中的位置，因而是結構的薄弱環(huán)節(jié)，以往我國鋼橋的防斷裂設計采用常規(guī)u型缺口沖擊值來確定韌性指標，這難以反映鋼材和相應焊縫的實際情況，近年來的鋼橋設計開始采用v型缺口沖擊值作為韌性指標，同時將焊縫強度(韌性值)與基材強度(韌性值)匹配考慮，從而橋梁結構的整體力學性能達到最優(yōu)化。蕪湖長江大橋焊接接頭質量標準如下：(1)焊縫強度對接焊縫屈服強度、極限強度不低于基材標準，并不超過基材標準100mpa；角接焊縫屈服強度、極限強度不低于基材標準，并不超過基材標準120

17、mpa；(2)焊縫韌性(包括焊縫、熔合線、熱影響區(qū))對接焊縫及受拉的開坡口的角接焊縫各部位-30c時的v型缺口沖擊功不低于48j；角接焊縫及棱角焊縫各部位-30c時的v型缺口沖擊功不低于34j。1.3 本設計主要完成的內(nèi)容 (1)鐵路簡支板梁橋主要尺寸的擬定，包括主梁高度的選取和主梁中心距的選?。?2)主梁內(nèi)力的計算，包括主截面的選擇，變截面設計，翼緣與腹板的連接焊縫計算，梁總體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的驗算以及腹板中加勁肋的布置和頂梁的設計；(3)平縱聯(lián)的設計計算，上承式板梁橋的傾覆穩(wěn)定性計算；(4)計算部分完成后需要繪制的結構圖包括：主梁結構總圖，主梁翼緣和腹板的結構總圖，上下平縱聯(lián)設計圖，中間

18、橫聯(lián)和端橫聯(lián)設計圖，頂梁設計圖。第2章 主梁的計算2.1 板梁主要尺寸擬定(1)按照主梁主要尺寸擬定的原則，以及鋼廠軋制鋼板的規(guī)格選定梁高 h=2.0m。(2)為使橋跨結構具有必要橫向鋼度鐵路橋梁結構設計規(guī)范(tb 10002.22005)要求主梁中心距不得小于跨度的1/15且不小于2.2m所以中心距取2.2m。(3)主梁截面的選擇按鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)定(tb10002.2005)規(guī)定腹板高度厚度。2.2 主梁內(nèi)力計算2.2.1 恒載作用下的內(nèi)力計算(1)為計算橋跨沿跨度每米的重量(kn/m)因此取翼緣板的截面積為mm所以橋面重 kn/m所以每片主梁所受恒載kn/m將主梁沿跨度以每7m為一單

19、位長度分為4等份(如圖21)，計算各截面在恒載作用下的彎矩和剪力。圖21 主梁沿跨度等份圖(單位：m)a b o c d kn 2.2.2 活載作用下的內(nèi)力計算活載：同樣將橋分為4等份運營動力系數(shù) 根據(jù)右側各截面的剪力和彎矩的影響線圖分別求各截面的最大彎矩和剪力(1)b截面剪力和彎矩計算b截面的剪力和彎矩影響線如圖22、23圖22 b截面剪力影響線(單位：kn)3/41/4 圖23 b截面彎矩影響線(單位：knm)21/4 此時 計算：查表得，表中無此值，估需按直線內(nèi)插法求值。當 時： 當 時： 故當，時，k值應為從而求得：計算：此時 表中無此值，故需由直線內(nèi)差法求k值當 時 當 時 故當 時

20、，k值應為從而得到： (2)o截面的彎矩和剪力計算o 截面的剪力和彎矩影響線如圖24、251/21/2圖24 o截面剪力影響線(單位：knm)7圖25 o截面彎矩影響線(單位：knm)此時 查表得： 此時 查表得：表中無此值 需由直線內(nèi)差發(fā)求值：當 時 當 時 故當 時，k值應為 從而得到： (3)c截面的彎矩剪力計算c截面的剪力和彎矩影響線如圖26、271/43/4圖26 c截面剪力影響線(單位：kn)21/4圖27 c截面彎矩影響線(單位：knm)此時 查表得： 此時 查表得： kn(4)計算a截面的剪力a截面的剪力影響線如圖28此時 查表得：表中無此值 需由直線內(nèi)差發(fā)求值：當 時 當 時

21、 128 a截面的剪力影響線(單位：kn)故當 時，k值應為 kn2.2.3 恒載和活載共同作用下的內(nèi)力計算a截面： knb截面： kn o截面： kn c截面： kn 由上得：跨中彎矩值最大，左端剪力最大2.3 主梁截面的選擇2.3.1 翼緣截面尺寸的擬定按照主梁主要尺寸擬定的原則，選定腹板高度m腹板厚度mm計算翼緣截面積根據(jù)資料規(guī)定得： 得 翼緣板寬度b取480mm厚度取60mm利用2塊30mm的鋼板根據(jù)上面計算得主梁的截面尺寸如圖29480200020圖29 主梁截面尺寸(單位：mm)2.3.2 截面應力的計算(1)驗算彎曲應力截面中性軸距受壓翼緣的距離對截面中性軸主截面的慣性矩式中，m

22、跨中最大彎矩；w跨中截面抵抗，驗算受拉翼緣時，w用凈截面抵抗矩驗算受壓翼緣時w用毛截面抵抗矩；鋼材的容許應力。(2)驗算剪應力 符合要求式中，v梁端最大剪力； s梁端截面中性軸以上的截面積對中性軸的面積矩；i梁端截面的毛截面慣性矩；梁端處腹板厚度；考慮截面上剪應力分布不均勻而引用的系數(shù)；許容剪應力；腹板高度。2.4 變截面梁設計由于在本設計中，鋼板梁的跨度為28m，且翼緣用兩塊鋼板，因此，要對翼緣板進行便界面設計。方法是：在離支座大約1/6跨度處作為變截面點(本題取離支座5m處)，并將板端沿板寬度方向加工成不陡于14的斜邊，厚度方向加工成不陡于18的斜坡，末端寬度取100mm。變截面設計圖如圖

23、2-10所示。50009000480230160401004035001105圖2-10 半跨主梁翼緣截面設計尺寸(單位：mm)2.4.1 翼緣板的變截面設計由上面計算得：在梁的1/4截面處梁的法向應力和剪應力較大，故取1/4截面進行換算應力驗算截面檢算處的法向應力(即彎曲應力)截面檢算處的剪應力2.4.2 換算應力的驗算式中，截面檢算處的法向應力(即彎曲應力)；h腹板高度；截面檢算處的剪應力；s翼緣截面積對中性軸的面積矩。2.5 翼緣與腹板的連接焊縫計算(1)求單位長度水平剪力根據(jù)鐵路橋梁鋼機構設計規(guī)范(tb10002.22005)中關于角焊縫最小尺寸的規(guī)定，本橋焊角尺寸取12mm式中，v梁

24、所受的最大剪力；s一個翼緣截面對中性軸的面積矩；梁毛截面慣性矩；焊角尺寸。沿梁跨度單位長度(1mm)內(nèi)剪應力的總和為(2)求最大輪壓p產(chǎn)生的豎向剪力沿跨長1mm內(nèi)的豎向剪力按鐵路標準活載最大輪壓故所以(3)求單位長度1mm內(nèi)翼緣焊縫承受的總剪力水平剪力和豎向剪力的合力(按向量相加)為：(4)1mm長的焊縫(包括左右兩側焊縫)截面所能承受的剪力為：式中 ，a焊縫工作截面的面積；焊縫的焊腳尺寸；焊縫容許剪力(與基本鋼材的容許應力相同)。(5)翼緣焊縫的驗算公式1mm長度內(nèi)的總剪力應不大于相應的焊縫承載能力。即故得： 符合要求2.6 梁的總體穩(wěn)定性計算根據(jù)以往設計資料，上(下)平縱聯(lián)兩相鄰節(jié)點間距2

25、mm，計算主梁截面繞y軸的慣性矩和回轉半徑：主梁受壓翼緣兩相鄰節(jié)點的距離等于上平縱聯(lián)兩相鄰節(jié)點間距l(xiāng)=2.0m而主梁截面高h=2120mm換算長細比為：式中，系數(shù)，焊接梁用1.8，鉚接板梁用2.0；l上平縱聯(lián)兩相鄰接點間間距；主梁截面對xx，yy軸的回轉半徑；h主梁高度。查表310得：梁的總體穩(wěn)定性滿足要求式中，m計算彎矩(上平縱聯(lián)相鄰點的中央1/3范圍內(nèi)的最大彎矩)；毛截面抵抗矩；構件只在一個平面內(nèi)受彎時的容許應力折減系數(shù)，其值可按換算長細比查表310得。2.7 梁的局部穩(wěn)定性和加勁肋的計算(1)梁的局部穩(wěn)定性計算鋼板梁受壓翼緣板局部穩(wěn)定應滿足： 滿足要求(2)腹板中加勁肋的布置因為 ，應設

26、置中間加勁肋由于肋板所受剪力沿主梁跨長變化，間支梁端區(qū)段剪力較大跨中段剪力較小，故在梁端段豎向加勁肋布置間距較小，而在跨中段布置間距較大。本算例在主梁與主梁連接構造上考慮豎向加勁肋與上、下縱向聯(lián)結系或橫向聯(lián)結系之間的關系。先按等間距(a=2m)布置豎向加勁肋，然后根據(jù)計算結果進行調整。將半跨主梁劃分，以2m為單位的8個板段，根據(jù)直線內(nèi)差法求各段中點處的剪力v，計算值如表211表211 根據(jù)直線內(nèi)差法求各段中點處的剪力(單位：kn)板段編號12345672307.392061.361815.321569.31323.271077.242831.21457.68551.53445.38339.23

27、233.08126.93120.780加勁肋間距計算值2500264728203033330336614168實際值2000200020002000200020002000其中 按表中計算結果取豎向加勁肋間距a=2m進行布置滿足要求。為了保證加勁肋不喪失局部穩(wěn)定，如同受壓翼緣一樣，對其伸出肢的寬厚比應加以限制，除端加勁肋外，其伸出肢的寬厚比應不大于15，且其寬度不得小于，為腹板的高度 得 取每對豎向加勁肋繞腹板水平截面中線的慣性矩為 滿足要求(3)豎向加勁肋與翼緣及腹板的焊接設計根據(jù)鐵路剛結構設計規(guī)范(tb1002.2005)中規(guī)定：加勁肋與腹板焊接的焊縫的兩端至翼緣角焊縫的距離為90mm加勁

28、肋與上翼緣相連的焊縫其端頭至翼緣角焊縫的距離為70mm。依據(jù)以上尺寸可以得出豎向加勁肋切出的斜角邊長為，如圖2119070圖211 加勁肋焊接尺寸(單位：mm)(4)端加勁肋的計算由于板梁端部豎向加勁肋的主要作用是承受并傳遞支座反力，可采用一對較厚的板做成，取=180mm，mm，(滿足)中心受壓桿件驗算端加勁肋在垂直于腹板平面的穩(wěn)定性根據(jù)主梁1/4處的橫載及活載共同作用下產(chǎn)生的彎矩求主梁a端的最大支座反力：由式查鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(tb10002.2-2005)表3.2.6得：,則：式中，支座最大反力；加勁肋的全部截面積加每側不大于15倍板厚的腹板長度截面積；壓桿容許應力折減系數(shù)。按長細比

29、查鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(tb10002.2-2005)表3.2.6求得，其中為自由長度，其值可取橫向聯(lián)結系上下兩節(jié)點間距的0.7為計算截面繞x-x軸的回轉半徑算端加勁肋端部面積的承壓強度同豎向加勁肋一樣，端加勁肋切去斜角的尺寸也為90mm70mm，端加勁肋與下翼緣磨光頂緊的面積為：則： (不滿足)所以，應把斜角尺寸改為90 mm50 mm。則： 滿足要求式中，支座反力；端加勁肋與下翼緣磨光頂緊的面積；端部承壓(磨光頂緊)容許應力。(3)端加勁肋與腹板連接焊縫計算由，得：式中，焊縫高度(亦稱焊縫的計算厚度)；焊縫數(shù)目，如用一對端加勁肋則n=4；焊縫長度；焊縫容許剪應力。2.8 疲勞強度的驗算根

30、據(jù)焊接結構的特性，現(xiàn)主要對下翼緣底面與腹板的焊接處進行驗算?？缰薪孛嫦乱砭壍酌鏋槔瓚ψ畲筇帯t： (疲勞強度滿足要求)式中，最大、最小應力，拉力為正，壓力為負；疲勞容許應力幅(見鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(tb10002.2-2005)表3.2.7-1中的規(guī)定，這里取110.3)；雙線橋的雙線系數(shù)，見鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(tb10002.2-2005)表4.3.2，雙線橋橫梁及相應的掛桿和單線橋均取1；損傷修正系數(shù)(見鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(tb10002.2-2005)表4.3.5-1)；板厚修正系數(shù)，板厚mm，mm，。圖 2-12 頂梁設計圖(單位：mm)20030017447540200

31、402.9 頂梁的設計計算頂梁所用鋼材仍選用q370qe型號的一塊鋼板，板厚選用10mm，其余尺寸如圖2-12所示(圖中虛線與虛線的交點為安裝螺栓處)。在距離左端200mm處設置一對豎向加勁肋焊接于頂梁板上，其尺寸為180mm10mm，在豎向加勁肋底部設置一塊截面尺為180mm10mm的鋼板。fnf1lf1f1hx387ty圖 2-13 螺栓強度計算圖(單位：mm)fno頂梁與端加勁肋連接所用螺栓為35vb的高強螺栓，故螺栓的直徑d=35mm。螺栓承壓強度計算(如圖2-13所示)：在通過螺栓組截面形心的力作用下，每個螺栓上所受的力相等，即： 將外力向轉動中心點簡化，得力和扭矩：在扭矩作用下，其

32、所承受的力與其到轉動中心的距離成正比。 , ,， 根據(jù)平衡條件 ，得：將式代入上式，得：由此解出： 其中，； ； 。將以上這些數(shù)據(jù)代入得： 則由矢量相加可得螺栓1所受剪力為：所以，螺栓1剪切面上的切應力為： 滿足要求式中，各個螺栓至o點的距離；螺栓的截面積。第3章 平縱聯(lián)的設計和上承式板梁橋的傾覆穩(wěn)定性計算3.1 平縱聯(lián)的設計計算作用在上平縱聯(lián)的橫向力包括：列車、橋面、主梁上半部所受的風力，作用在下平縱聯(lián)的橫向力只有主梁下半部的風力。kn/mkn/m上平縱聯(lián)斜桿的內(nèi)力計算(斜桿內(nèi)力影響線如圖3-1所示)： m11y圖 3-1 斜桿的內(nèi)力影響線所以，斜桿的內(nèi)力為：其他斜桿影響線類似，故其他斜桿的

33、內(nèi)力大小見表3-1。表31 各斜桿的內(nèi)力計算值斜桿(上)內(nèi)力(kn)斜桿(上)內(nèi)力(kn)平縱聯(lián)中斜桿截面尺寸選擇：依據(jù)鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(tb10002.2-2005)的規(guī)定，連接性桿件易采用q345c工字型鋼材。xy100174圖 3-2 斜桿截面尺寸(單位：mm)從強度條件入手，初步擬定截面尺寸如圖3-2所示，豎板2塊：100mm12mm，腹板1塊：150mm12mm。截面特性：mm2根據(jù)經(jīng)驗，桿件的凈截面積大致為毛截面積的0.85倍。mm2mm4mm4mmmm剛度驗算：自由長度：mm (是從相交點至桿端節(jié)點較長的一段長度) (滿足) (滿足)強度驗算：對上下平縱聯(lián)中所涉及的所有桿件

34、，只需驗算內(nèi)力最大的桿件即可，若其滿足要求，則其余斜桿均滿足。對下平縱聯(lián)斜桿，其所受內(nèi)力kn,則：疲勞強度驗算：對于下平縱聯(lián)斜桿： 滿足要求3.2 上承式板梁橋的橫向傾覆穩(wěn)定性驗算按鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(tb10002.2-2005)的規(guī)定，橋跨結構在計算荷載可能的最不利組合作用下，橫向傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于1.3，板梁橋的橫向傾覆穩(wěn)定性按橋上有車和無車兩種情況驗算。(如圖33)3.2.1 板梁橋上有車時的傾覆穩(wěn)定性由風力所產(chǎn)生的傾覆力矩：knm由橋跨結構、車輛重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩：knm穩(wěn)定系數(shù)： (滿足)3.2.2 板梁橋上無車時的傾覆穩(wěn)定性穩(wěn)定系數(shù)： (滿足)式中，主梁所受的風力；橋面所受的風

35、力；車輛所受的風力，合力作用于3m高度火車風帶上，作用點位于軌頂以上2m；橫載重；空車重量(10kn/m)。g2m3m圖 3-3 板梁橋傾覆穩(wěn)定性驗算示意圖列車p結 論經(jīng)過兩個月的時間終于完成了對跨徑為28m的簡支鋼板梁的設計，通過對主梁的計算及平縱聯(lián)的設計和上承式板梁橋的傾覆穩(wěn)定性計算對簡支鋼板梁的整體組成和其各個組成部分的受力情況有了更為具體和準確的了解。經(jīng)過對本橋的設計計算，首先：對鋼板梁橋的空間受力結構有了更好更為準確的理解；其次：把以前所學影響線計算內(nèi)力的方法由理論變?yōu)閷嵺`；再次：對某些鐵路規(guī)范有了更為具體的了解；最后：通過這次設計把以前所學的知識進行了一次綜合應用，提升了自己各方面

36、的綜合能力。致 謝忠心的感謝在本設計中學院領導、各科老師以及同學們的大力支持和熱情幫助，最后特別感謝指導老師向敏精心指導和熱心的幫助。參考文獻1 鐵路橋涵設計基本規(guī)范s002 .1-20052 鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范s002 .2-20053 鋼結構設計規(guī)范s0017-20034 李富文，伏魁先.鐵路鋼橋m.中國鐵道出版社，1992(2)5 陳紹蕃.鋼結構m.西安建筑科技大學6 向敏. 橋梁工程下m.中國鐵道出版社，20077 沈祖炎.鋼結構設計原理m.中國建筑工業(yè)出版社8 李廉錕.結構力學m.高等教育出版社附錄a英文文獻(31-34)中文翻譯(35-38)附錄：c階形法蘭的側向扭轉阻力強度在

37、文章6.10.8.2.3中指出當放松長度包括一個轉移過度截面，這個截面位于從支撐點起小于等于20%放松長度的范圍內(nèi)時，側向扭轉阻力強度（ltb）可以認為微小的轉移過渡是不存在的。在超過一個過渡法蘭的情況下，任何位于20%放松長度范圍內(nèi)的小的彎矩都可以忽略，并且棱柱的放松長度的側向扭轉阻力強度可以按存在截面的最小阻力強度計算。當所有的過渡法蘭均定位于從支撐點起大于放松長度時，側向扭轉阻力強度可以認為是放松長度內(nèi)的最小阻力強度。當這樣的近似方法被應用時應注意：斜度彎矩修正值,，應當取1.0，并且不應按彈性有效長度來修正。實際的圖樣設計(在ie中的第2-2部分)，當過渡法蘭因微小的彎矩移動到0.2倍

38、的時這個近似的做法將導致預測的側向阻力強度出現(xiàn)重大的間斷。在這個特殊的例子中，放松長度出現(xiàn)了一個增量,臨近的支架的由17.00feet移動到20.00feet，一個基礎法蘭移動到離支架15.00feet的位置，這導致了側向扭轉阻力強度從68.19ksi降到57.11ksi（減少了16%）。為了確定該預測的彎曲抵抗的下落是否合理，一個更加嚴謹?shù)脑诎ㄒ坏倪^渡法蘭的放松長度之內(nèi)的過渡法蘭的側向扭轉阻力強度的方法被提出了。這個假設是有曾經(jīng)試圖證明一般情況的側向扭轉阻力強度的carskaddan和schiling在1974年提出的，這個報告的演算是根據(jù)以下公式： (c1)這里是一個對階形柱體有重要軸向彈性壓縮的荷載。這個比率是由公式得到的，也就是由carskaddan和schilling在1974年提出的公式3，這個數(shù)字是由公式2進一步改編得到的，但是在國際上有所改變，這里： (c2) (c3)在第一部分，上述比喻欄是對應側向扭曲壓縮法蘭，然而： (c4)根據(jù)公式（c1）壓縮法蘭在側向扭轉阻力強度跨步的放松長度和最大彎矩處加強，壓縮法蘭在最大彎矩處可用如下公式表示： (c5)這里梯度彎矩修正值，是根據(jù)