下承式簡支栓焊剛桁架橋課程設(shè)計

1、課程名稱： 鋼橋結(jié)構(gòu)與設(shè)計 設(shè)計題目： 下承式簡支栓焊剛桁架橋 院 系： 土木工程系 專 業(yè)： 工程檢測與評估 姓 名： 游 瑤 學(xué) 號： 20106537 指導(dǎo)教師： 李燕強老師 西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2013年6月7日目 錄第一章 設(shè)計資料1第一節(jié) 基本資料1第二節(jié) 設(shè)計內(nèi)容2第三節(jié) 設(shè)計要求2第二章 桿件內(nèi)力計算3第一節(jié) 主力作用下主桁桿件內(nèi)力計算3第二節(jié) 橫向附加力作用下的主桁內(nèi)力計算8第三節(jié)制動力作用下的主桁桿件內(nèi)力計算11第三章 主桁桿件截面設(shè)計13第一節(jié) 下弦桿計算13第二節(jié) 上弦桿的計算18第三節(jié) 端斜桿的計算20第四節(jié) 腹桿計算22第五節(jié)桿端高強螺栓計算25第四章 拼接板和節(jié)點

2、板的計算27第一節(jié) 弦桿拼接計算27第二節(jié)節(jié)點板計算28第五章 撓度計算及預(yù)拱度設(shè)計33第一節(jié) 撓度計算33第二節(jié) 鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)計34第六章 設(shè)計總結(jié)36第一章 設(shè)計資料第一節(jié) 基本資料1 設(shè)計規(guī)范：鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1-2005) 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB10002.2-2005)2 結(jié)構(gòu)輪廓尺寸：計算跨度L80+(50學(xué)號后兩位)0.15m，鋼梁分10個節(jié)間，節(jié)間長度dL/10，主桁高度H11d/8，主桁中心距B6.4m，縱梁中心距b2.0m，縱聯(lián)計算寬度B05.95m，采用明橋面、雙側(cè)人行道。3 材料：主桁桿件材料Q345q，板厚40mm，高強度螺栓采用40B，

3、精制螺栓采用BL3，支座鑄件采用ZG35 II、輥軸采用35號鍛鋼。4 活載等級：中荷載5 恒載 (1) 主桁計算橋面p110kN/m，橋面系p26.29kN/m，主桁架p314.51kN/m，聯(lián)結(jié)系p42.74kN/m，檢查設(shè)備p51.02kN/m，螺栓、螺母和墊圈p60.02(p2p3p4)，焊縫p70.015(p2p3p4)；上述合計為17.69kN/m（每片桁架），近似取為18kN/m(2) 縱梁、橫梁計算縱梁(每線)p84.73kN/m(未包括橋面)，橫梁(每片)p92.10kN/m。6 風(fēng)力強度W01.25kN/m2，K1K2K31.0。7 連接：工廠采用焊接，工地采用高強度螺栓連

4、接，人行道托架采用精制螺栓，栓徑均為22mm、孔徑均為23mm。高強度螺栓設(shè)計預(yù)拉力P200kN，抗滑移系數(shù)00.45。第二節(jié) 設(shè)計內(nèi)容1 主桁各桿件內(nèi)力計算；2 主桁各桿件截面設(shè)計；3 節(jié)點設(shè)計4 撓度驗算及上拱度設(shè)計；5 繪制E2節(jié)點圖。第三節(jié) 設(shè)計要求主桁內(nèi)力計算、設(shè)計匯總成表格；主桁內(nèi)力計算表格項目包括：l、p、Np、k、Nk、1、1f、(1)Nk、a、縱聯(lián)風(fēng)力、橋門架效應(yīng)風(fēng)力與彎矩、制動力與彎矩、NI、NII、NIII、NC、疲勞計算內(nèi)力Nnmin、Nnmax、彎矩Mnmin、Mnmax；主桁內(nèi)力計算推薦應(yīng)用Microsoft Excel電子表格；中間數(shù)據(jù)保留小數(shù)位數(shù)三位以上，結(jié)果數(shù)

5、據(jù)保留一位小數(shù)即可。步驟清楚，計算正確，文圖工整、裝訂成冊。第二章 主桁桿件內(nèi)力計算第1節(jié) 主力作用下主桁桿件內(nèi)力計算 尺寸：計算跨度L80+(50學(xué)號后兩位)0.15m=81.95m,鋼梁分10個節(jié)間，節(jié)間長度dL/10=8.195，主桁高度H11d/8=11.2681m，主桁中心距B6.4m。1 恒載 近似取為P=18kN/m2 影響線面積計算 （1） (7)動力運營系數(shù) (8)疲勞時的最大內(nèi)力 第2節(jié) 橫向附加力作用下的主桁內(nèi)力計算1 橫向附加力包括橫向風(fēng)力和列車搖擺力，由平縱聯(lián)桿件承擔(dān)。計算時將平縱聯(lián)看成水平放置的桁架，平縱聯(lián)的弦桿也就是主桁架的弦桿，即橫向附加力的弦桿產(chǎn)生附加力，計算

6、圖示如圖:（a) 上平縱聯(lián)（b)下平縱聯(lián)(1) 平縱聯(lián)上的橫向風(fēng)力分布集度計算?？紤]到橫向附加力要與主力組合，而主力包含列車活載內(nèi)力，故這里只考慮橋上有車的情況。橋上有車時，作用在上平縱聯(lián)上的橫向風(fēng)力分布集度為：W上=0.8W0.50.4H+0.20.6(h+30)=0.81.250.50.411.2681+0.20.6(1.79+3.0)=2.8284 (KN/m)作用在下平縱聯(lián)上的橫向風(fēng)力分布集度為： W上=0.8W0.50.4H+1.00.6(h+30)=0.81.250.50.411.2681+1.00.6(1.79+3.0)=5.1276 (KN/m)作用在上平縱聯(lián)上的列車搖擺力分布

7、集度為：K上=0.2100=20 (KN/m)作用在下平縱聯(lián)上的列車搖擺力分布集度為：K下=1.0100=100 (KN/m)(2)平縱聯(lián)弦桿的內(nèi)力計算。平縱聯(lián)的內(nèi)力計算采用影響線面積法，例如：下平縱聯(lián)弦桿橫向風(fēng)力力矩影響線縱距為：影響線面積為： 弦桿內(nèi)力：列車搖擺力：力矩影響線縱距為：影響線面積為： 弦桿內(nèi)力： 上平縱聯(lián)弦桿橫向風(fēng)力力矩影響線縱距為：影響線面積為：弦桿內(nèi)力： 列車搖擺力：力矩影響線縱距為：影響線面積為：弦桿內(nèi)力： 其余節(jié)間的弦桿內(nèi)力可按同樣的方法求得，結(jié)果歸入表中。(3) 橋門框架效應(yīng)產(chǎn)生的內(nèi)力計算。將橋門架看成平面剛架，其腿桿（主桁端斜桿）下端可假定嵌固在下弦端節(jié)點上。作用

8、在橋門架上的水平力為： 腿桿的反彎點的位置 腿桿的水平反力H和豎直反力V分別為： 水平反力H使端斜桿產(chǎn)生附加彎矩： 其中，h1=1.29m,為橋面系橫梁的高度。豎直反力V使下弦桿產(chǎn)生附加力： 第三節(jié)制動力作用下的主桁桿件內(nèi)力計算1 制動力通過橋面系縱梁，制動撐架、下平縱聯(lián)傳遞到主桁節(jié)點上，使主桁的下弦桿產(chǎn)生內(nèi)力。制動力T的大小按布滿全跨靜活載的7%計算。靜活載最不利位置布置：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)方法，當(dāng)三角形影響線頂點左邊的活載之和Ra與頂點右邊的活載之和Rb滿足下式時，即為產(chǎn)生最大內(nèi)力的活載位置。以E0E2為例解得x=-4.3328m，故橋上活載總重=5220+9230+80（43.755-4.33

9、28）=7013.776KN制動力T=7013.7767%=490.9643 (KN)。制動力T作用下，弦桿的內(nèi)力為 正負(fù)號表示由于列車在橋上行駛的方向不同，制動力或牽引力產(chǎn)生的內(nèi)力或拉力或為壓力。其余桿件的制動內(nèi)力可按同樣的方法求得，結(jié)果見表。2 主桁桿件內(nèi)力組合及主桁桿件計算內(nèi)力的確定以弦桿為例，其中主力NI=2201.8865 (KN)，則主力+附加力：II=2184.2981 (KN)主力+制動力：III=1957.8950 (KN)其余桿件的內(nèi)力組合計算結(jié)果見附表。第三章 主桁桿件截面設(shè)計第一節(jié) 下弦桿計算1 下弦桿E2E4的設(shè)計 設(shè)計資料： 設(shè)計最大內(nèi)力：4877.4210KN，設(shè)

10、計疲勞內(nèi)力：,桿件幾何長度：8.195m ,材料：Q345qD (1)計算凈截面面積。查表得疲勞容許應(yīng)力幅,取，根據(jù)疲勞強度條件只凈截面面積為： (2）選取截面形式為H形，截面組成為 豎板：2-460mm26mm 水平板：1-408mm14mm 每側(cè)布置4排螺栓，孔徑d=23mm 提供毛截面面積： 栓孔削弱的面面積： 凈截面面積： 截面慣性矩： ， 回轉(zhuǎn)半徑： （3）強度檢算 （4）剛度檢算 2 下弦桿E4E4的設(shè)計 設(shè)計資料： 設(shè)計最大內(nèi)力：5685.2656KN，設(shè)計疲勞內(nèi)力：,桿件幾何長度：8.195m ,材料：Q345qD (1)計算凈截面面積。查表得疲勞容許應(yīng)力幅,取，根據(jù)疲勞強度條

11、件只凈截面面積為： (2）選取截面形式為H形，截面組成為 豎板：2-460mm32mm 水平板：1-396mm14mm 每側(cè)布置4排螺栓，孔徑d=23mm 提供毛截面面積： 栓孔削弱的面面積： 凈截面面積： 截面慣性矩： ， 回轉(zhuǎn)半徑： （3）強度檢算 （4）剛度檢算 3 端弦桿E0E2的設(shè)計 設(shè)計資料：設(shè)計最大內(nèi)力2201.8865kN，設(shè)計疲勞內(nèi)力，桿件幾何長度8.195m，材料Q345q（1）計算所需的凈截面面積。查表得疲勞容許應(yīng)力幅=130.7MPa，取=1.0，根據(jù)疲勞強度條件可知所需凈截面面積為：（2）選取截面形式為H形，界面組成為：豎板：2-460mm12mm 水平板：1-436

12、mm10mm每側(cè)布置4排栓孔，孔徑d=23mm；提供毛截面面積：栓孔削弱的面面積：凈截面面積：截面慣性矩計算結(jié)果：，截面回轉(zhuǎn)半徑計算結(jié)果：栓孔所占面積對y-y軸的慣性矩：則截面對y-y軸的凈慣性矩：（3） 進(jìn)行強度和剛度檢算。已求得制動力對下弦桿E0E2所產(chǎn)生的內(nèi)力NT=245.4822kN，由于制動力對固定支座鉸中心有一偏心距h=0.37m，故產(chǎn)生附加彎矩，該附加彎矩對下弦桿E0E2的分配彎矩為：設(shè)已求得桿件E0A1的剛度檢算：第2節(jié) 上弦桿的計算1 上弦桿A1A3的設(shè)計 設(shè)計資料：設(shè)計最大內(nèi)力：-3573.7214kN，桿件幾何長度：8.195m，材料Q345q（1） 選定H形截面，并假定

13、桿件長細(xì)比=60，查表得整體穩(wěn)定容許應(yīng)力折減系數(shù)，則所需的毛截面面積： (2)選定截面尺寸豎板：2-460mm26mm 水平板：1-408mm12mm每側(cè)布置4排栓孔，孔徑d=23mm；提供毛截面面積：截面慣性矩計算結(jié)果： 截面回轉(zhuǎn)半徑計算結(jié)果：(3) 整體穩(wěn)定檢算。 長細(xì)比：，由=67.73查表得，則：（可）(4) 局部穩(wěn)定檢算。 豎板：50， 水平板：50，（可）(5) 剛度檢算： 長細(xì)比（可）2 上弦桿A3A5的設(shè)計 設(shè)計資料：設(shè)計最大內(nèi)力：-5245.3778kN，桿件幾何長度：8.195m，材料Q345q（1）選定H形截面，并假定桿件長細(xì)比=60，查表得整體穩(wěn)定容許應(yīng)力折減系數(shù)，則所

14、需的毛截面面積： (2)選定截面尺寸豎板：2-460mm36mm 水平板：1-388mm24mm每側(cè)布置4排栓孔，孔徑d=23mm； 提供毛截面面積： 截面慣性矩計算結(jié)果： 截面回轉(zhuǎn)半徑計算結(jié)果： （3）整體穩(wěn)定檢算。 長細(xì)比： 由=66.74查表得，則： （可）（4）局部穩(wěn)定檢算。 豎板：50， 水平板：50，（可）（5）剛度檢算： 長細(xì)比（可）第3節(jié) 端斜桿的計算設(shè)計資料： 設(shè)計最大內(nèi)力N=-3463.3117kN，附加力Nw=129.6498kN，MF=158.2254kNm，Mk=198.5007kNm，桿件幾何長度13.9329m，材料：Q345q1、 選定H形截面，并假定桿件長細(xì)比

15、=60，查表得整體穩(wěn)定容許應(yīng)力折減系數(shù)，則所需的毛截面面積： 2、選定截面尺寸豎板:2-600mm24mm ；水平板：1-412mm18mm每側(cè)布置4排栓孔，孔徑d=23mm；提供毛截面面積：截面慣性矩計算結(jié)果： 截面回轉(zhuǎn)半徑計算結(jié)果： 桿件計算長度：（主桁平面外）（主桁平面內(nèi)）長細(xì)比：，3、整體穩(wěn)定檢算。由=81.18查表得換算細(xì)長比：，查表得，因所以式中構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的長細(xì)比； 鋼材的彈性模量（MPa）; 壓桿容許應(yīng)力安全系數(shù)。主力組合時取用，應(yīng)按主力組合采用；主力加附加力組合時取用，應(yīng)按主力加附加力組合采用。這樣4、強度檢算。主力+風(fēng)力：桿端連接處截面受壓翼緣的應(yīng)力：主力+制動力：

16、制動力引起的附加彎矩對端斜桿E0A1的分配彎矩：5、局部穩(wěn)定檢算。 豎板：50， 水平板：50，（可）6、 剛度檢算。長細(xì)比：（可）第4節(jié) 腹桿計算A1E1的設(shè)計 設(shè)計資料：設(shè)計內(nèi)力889.1464kN，計算疲勞內(nèi)力Nmax=744.6834kN，Nmin=147.5100kN，桿件幾何長度11.2681m，材料Q345q；1、計算所需的凈截面面積。查表得疲勞容許應(yīng)力幅=130.7MPa，取=1.0，根據(jù)疲勞強度條件可知所需凈截面面積為：2、選取截面形式為H形，截面組成為：豎板：2-260mm12mm 水平板：1-436mm10mm每側(cè)布置2排栓孔，孔徑d=23mm；提供毛截面面積：栓孔削弱的

17、面面積：凈截面面積：（可）截面慣性矩計算結(jié)果： 截面回轉(zhuǎn)半徑計算結(jié)果： 3、 剛度檢算。桿件計算長度：（主桁平面外）（主桁平面內(nèi)）長細(xì)比：，（可）4、強度檢算。求附加彎矩值：橫梁截面慣性矩：豎桿的截面慣性矩： 求豎桿對x-x軸的凈截面慣性矩：栓孔所占面積對x-x軸的慣性矩：則截面對x-x軸的凈慣性矩為：疲勞強度檢算：靜強度檢算：（可）第五節(jié)桿端高強螺栓計算按照鋼橋規(guī)范第6.1.1條，高強度螺栓容許抗滑承載力為：式中高強螺栓的容許抗滑承載力；高強螺栓連接處的抗滑面數(shù)；高強螺栓連接的鋼材表面抗滑移系數(shù)，不大于0.45；高強螺栓的設(shè)計預(yù)拉力，為；安全系數(shù)，采用1.7。主桁腹桿桿端高強度螺栓個數(shù)n應(yīng)滿

18、足。為桿件的承載力，對于主桁桿件：受拉桿件；受壓桿件；受拉壓桿件。一下各取一桿件舉例說明：1拉桿E0E2桿件承載力螺栓數(shù)個；需要螺栓數(shù)：56個2壓桿A1A3桿件承載力螺栓數(shù)個；需要螺栓數(shù)：68個3 拉壓桿A3E4螺栓數(shù)個；需要螺栓數(shù)：64個第四章 拼接板和節(jié)點板的計算第1節(jié) 弦桿拼接計算1 拼接板截面設(shè)計（以E2節(jié)點為例）鋼橋規(guī)范第9.0.7 條規(guī)定，主桁受拉桿件拼接板凈面積應(yīng)比被拼接桿件凈面積大10。根據(jù)前面表的計算結(jié)果， (2-260mm12mm ，1-436mm10mm)一半凈面積為桿(2-260mm26mm ，1-408mm14mm)一半凈面 積為 節(jié)點板選用厚度一塊節(jié)點板作為外拼接板

19、提供的面積(取桿件高度460mm部分)內(nèi)外拼接板凈面積為初選內(nèi)拼接板為4-200mm32mm(一側(cè)兩塊)，兩塊內(nèi)拼接板凈面積為 所以通過驗算。2 拼接螺栓單抗滑面高強螺栓的容許承載力為：一側(cè)節(jié)點板(外拼接板)所需高強螺栓數(shù)：個(實際布置32個)一側(cè)兩塊內(nèi)拼接板所需高強螺栓數(shù)：個(實際布置28個)3 拼接板長度 內(nèi)拼接板一側(cè)28個高強度螺栓，排成4行7列，端距取50mm，其長度為為保證橫梁長度一致，本算例各節(jié)點板均采用厚度 = 14 mm ，節(jié)點板的平面尺寸要先根據(jù)端連接螺栓排列需要擬定，再根據(jù)強度檢算確定。以節(jié)點為例，節(jié)點板平面尺寸按外形方整，裁制簡便，有足夠強度的原則，如圖所示，節(jié)點板2-1

20、170141680，弦桿內(nèi)拼接板為4-200321260，弦桿高為460mm。1 檢算主力作用下幾點中心處節(jié)點板豎向截面上的法向應(yīng)力 =503.6=117.16=385.42 2 檢算主力作用下腹板與弦桿之間的節(jié)點板水平截面上的剪應(yīng)力其余節(jié)點板檢算略。3 檢算斜桿與節(jié)點板連接處節(jié)點板的撕裂應(yīng)力 1.1 = 1.12198.5192=2418.3714kN 綜上滿足要求。全橋滿布單位均布荷載時簡支桁架跨中撓度為：式中單位集中荷載作用在跨中時各桿件內(nèi)力； 全橋滿布單位均布荷載時各桿內(nèi)力，即桿件影響線總面積； 、桁架各桿長度和毛截面積； 鋼材的彈性模量?？缰袉挝患泻奢d作用下各桿內(nèi)力分別為弦桿斜桿吊

21、桿：其余豎桿 。式中影響線頂點位置； 桁高； 斜桿與弦桿夾角。撓度計算見下表：桿件N1N0LAf0.72728-47.6781 8.19528816 -0.0470 1.45456-71.5178 8.19542432 -0.0957 0.3636426.8181 8.19515400 0.0247 1.0909262.5811 8.19529632 0.0899 1.818274.5007 8.19534984 0.1511 0.36364-45.5970 13.932936216 -0.0304 0.3636435.4658 13.932919000 0.0450 0.36364-25.3

22、344 13.932923440 -0.0261 0.3636415.1988 13.932919000 0.0193 0.36364-5.0656 13.932919000 -0.0064 18.1950 11.268110600 0.0415 恒載產(chǎn)生的撓度： =0.1660cm靜活載產(chǎn)生的撓度：式中 為影響線長、頂點時每片主桁的換算均布靜活載。第1節(jié) 鋼桁梁預(yù)拱度設(shè)計鋼橋規(guī)范要求當(dāng)恒載和靜活載撓度超過跨度的1/1600 時，應(yīng)設(shè)上拱度。，故應(yīng)設(shè)上拱度。按鋼橋規(guī)范規(guī)定，下弦各節(jié)點應(yīng)設(shè)拱度等于恒載加一半靜活載所產(chǎn)生的撓度，跨中E5節(jié)點應(yīng)設(shè)拱度： 鋼桁架起拱方法，采用將弦上每個節(jié)間伸長d(利用調(diào)節(jié)上弦節(jié)點栓孔位置使上桿件伸長)，桿長不變，形成拱度。由幾何關(guān)系，可知 化簡可得 化簡近似可得聯(lián)立可解得取 所以跨中的實設(shè)撓度下弦任一節(jié)點的上拱度為下表中給出各節(jié)點實設(shè)上拱度。 下弦各節(jié)點預(yù)拱度設(shè)置-40.975-32.78-24.585-16.39-8.1950.008.19516.3924.58532.7840.9750.00 2.62 4.65 6.11 6.98 7.27 6.98 6.11 4.65 2.62 0.00 第六章 設(shè)計小結(jié)這次