單線鐵路下承式栓焊簡支鋼桁梁橋課程設計

word文檔可自由復制編輯鋼橋課程設計指導老師：********班級：土木****學號：********姓名：********目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第一章設計資料 1第一節(jié)基本資料 1第二節(jié)設計內(nèi)容 2第三節(jié)設計要求 2第二章主桁桿件內(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)橫向風力作用下的主桁桿件附加力計算 7第三節(jié)制動力作用下的主桁桿件附加力計算 8第四節(jié)疲勞內(nèi)力計算 10第五節(jié)主桁桿件內(nèi)力組合 11第三章主桁桿件截面設計 14第一節(jié)下弦桿截面設計 14第二節(jié)上弦桿截面設計 16第三節(jié)端斜桿截面設計 17第四節(jié)中間斜桿截面設計 19第五節(jié)吊桿截面設計 20第六節(jié)腹桿高強度螺栓計算 22第四章弦桿拼接計算和下弦端節(jié)點設計 23第一節(jié)E2節(jié)點弦桿拼接計算 23第二節(jié)E0節(jié)點弦桿拼接計算 24第三節(jié)下弦端節(jié)點設計 25第五章?lián)隙扔嬎愫皖A拱度設計 27第一節(jié)撓度計算 27第二節(jié)預拱度設計 28第六章桁架橋梁空間模型計算 29第一節(jié)建立空間詳細模型 29第二節(jié)恒載豎向變形計算 30第三節(jié)活載內(nèi)力和應力計算 30第四節(jié)自振特性計算 31第七章設計總結(jié) 32第一章設計資料第一節(jié)基本資料1設計規(guī)范：鐵路橋涵設計基本規(guī)范（TB10002.1-2005），鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范（TB10002.2-2005）。2結(jié)構(gòu)基本尺寸：計算跨度；橋跨全長；節(jié)間長度；主桁節(jié)間數(shù)；主桁中心距；平縱聯(lián)寬度；主桁高度；縱梁高度；縱梁中心距；主桁斜角傾角；采用明橋面、雙側(cè)人行道。3鋼材及基本容許應力：桿件及構(gòu)件用Q345qD；高強度螺栓用20MnTiB鋼；精制螺栓用BL3；螺母及墊圈用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼；鑄件用ZG25Ⅱ；輥軸用鍛鋼35。鋼材的基本容許應力參照《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》。4結(jié)構(gòu)的的連接方式及連接尺寸：連接方式：桁梁桿件及構(gòu)件采用工廠焊接，工地高強度螺栓連接；人行道托架采用精制螺栓連接。連接尺寸：焊縫的最小焊腳尺寸參照《橋規(guī)》；高強度螺栓和精制螺栓的桿徑為，孔徑為。5設計活載等級：標準中—活載。6設計恒載（1）主桁計算橋面，橋面系，主桁架，聯(lián)結(jié)系，檢查設備，螺栓、螺母和墊圈，焊縫;（2）計算主桁恒載時，按橋面全寬恒載7風力強度，。第二節(jié)設計內(nèi)容1主桁桿件內(nèi)力計算（全部），并將結(jié)果匯整于3號圖上；2主桁桿件截面設計與檢算（交匯于節(jié)點的桿件）；3弦桿拼接計算和下弦端節(jié)點設計；4繪制主桁節(jié)點圖（3號圖）；第三節(jié)設計要求1提交文件包括：設計說明書1份，3號圖紙2張；2計算書條理清楚、語句通順、計算正確；3結(jié)構(gòu)圖按制圖要求比例恰當、粗細線條明確、尺寸標注清楚、投影關系無誤。主桁桿件內(nèi)力計算主力作用下主桁桿件內(nèi)力計算一、內(nèi)力的組成主桁桿件的內(nèi)力有以下幾部分組成：豎向恒載所產(chǎn)生的內(nèi)力靜活載內(nèi)力豎向活載產(chǎn)生的內(nèi)力橫向風力所產(chǎn)生的內(nèi)力僅作用在上下弦桿，列車搖擺力所產(chǎn)生的內(nèi)力也僅作用在上下弦桿，橫向風力通過橋門架效應在端斜桿和下弦桿所產(chǎn)生的內(nèi)力；縱向制動力產(chǎn)生內(nèi)力。根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，設計時候桿件軸力應該按下列情況考慮：主力主力加風力主力+制動力主桁桿件除述軸力外，還要受到彎矩作用，如節(jié)點剛性引起的次彎矩，風力和制動力在某些桿件中引起的彎矩等，這些彎矩在檢算桿件截面時應和軸力一起考慮，由于本設計所有桿件的高度均不超過長度的1/10，故根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，不考慮節(jié)點剛性的次內(nèi)力。1恒載橋面，橋面系，主桁架，聯(lián)結(jié)系，檢查設備，螺栓、螺母和墊圈，焊縫;每片主桁所受恒載強度近似采用。2影響線面積計算（1）弦桿影響線最大縱距影響線面積：，，，：,,,：，，，：，，，（2）斜桿，，式中：，，：，：，：，(3)吊桿3恒載內(nèi)力4活載內(nèi)力 (1) 換算均布活載k按α及加載長度l查表求得例如（2）沖擊系數(shù)根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，鋼桁梁的沖擊系數(shù)1+按下式計算：【式中L對于主要桿件（弦桿、斜桿）為跨長，對于次要桿件（掛桿、立桿）等于影響線長度】對于弦桿，斜桿對于豎桿靜活載內(nèi)力:,計算結(jié)果整理在表2.1（4）活載發(fā)展均衡系數(shù)《橋規(guī)》要求：所有桿件因活載產(chǎn)生的軸向力，彎矩，剪力在計算主力的組合時，均應以活載發(fā)展均衡系數(shù)：，式中為全部桿件ɑ值中代數(shù)值之最大者。其余桿件計算同上，并將其計算結(jié)果列于表2.1中5，列車橫向搖擺力產(chǎn)生的弦桿內(nèi)力橫向搖擺力取S＝100kN作為一個集中荷載取最不利位置加載，水平作用在鋼軌頂面。搖擺力在上下平縱聯(lián)的分配系數(shù)如下：橋面系所在平面分配系數(shù)為1.0，另一平面為0.2。上平縱聯(lián)所受的荷載S上＝0.2×100＝20kN,下平縱聯(lián)所受的荷載S下＝1.0×100＝100kN。搖擺力作用下的弦桿內(nèi)力,y為弦桿在簡支平縱聯(lián)桁架的影響線縱距,例如：上弦桿A1A3長度為兩個節(jié)間，受力較大的為第二個節(jié)間，其影響線頂點對應于該節(jié)間交叉斜桿的交點O，影響線縱距：第二節(jié)橫向風力作用下的主桁桿件附加力計算1.平縱聯(lián)效應的弦桿附加力依設計任務書要求，風壓W＝K1K2K3W0＝1.0×1.25kPa,故有車風壓W’＝0.8W＝1.0kPa。(1)下平縱聯(lián)的有車均布風荷載桁高，(2)上平縱聯(lián)的有車均布風荷載(3)弦桿內(nèi)力弦桿橫向風力影響線頂點對應位置和縱距同上述的搖擺力計算。上弦桿A1A3在均布風荷載作用下的內(nèi)力為： 2橋門架效應的端斜桿和端下弦桿附加力橋門架所受總風力計算結(jié)果列在表2.1中。第三節(jié)制動力作用下的主桁桿件附加力計算1下弦桿制動力計算以下弦桿E2E4為例，換算均布荷載的求解：，故橋上活載總重=.在主力作用下的內(nèi)力已計入沖擊系數(shù)，制動力按靜活載的7%計算：制動力,則E2E4制動力作用附加內(nèi)力2端斜桿制動力計算E0E1桿力影響線頂點位置離左端點支點79.00m，換算均布荷載的求解：，故橋上活載總重=.在主力作用下的內(nèi)力已計入沖擊系數(shù)，制動力按靜活載的7%計算：制動力,則E2E4制動力作用附加內(nèi)力下弦桿彎矩,端斜桿彎矩第四節(jié)疲勞內(nèi)力計算1.疲勞軸力疲勞荷載組合包括設計載荷中的恒載和活載(包括沖擊力、離心力，但不考慮活載發(fā)展系數(shù))。列車豎向活載包括豎向動力作用時，應將列車豎向靜活載乘以運營動力系數(shù)(1+μf)。同時，第4.3.5條又規(guī)定，焊接及非焊接(栓接)構(gòu)件及連接均需進行疲勞強度檢算，當疲勞應力均為壓應力時，可不檢算疲勞。疲勞計算采用動力運營系數(shù)弦，斜桿：吊桿：其余計算內(nèi)力見表2-1。2吊桿疲勞彎矩作用在縱梁上的恒載由恒載產(chǎn)生縱梁對橫梁的作用力當和時，由活載產(chǎn)生縱梁對橫梁的作用力由恒載產(chǎn)生的簡支梁彎矩由靜活載產(chǎn)生的簡支梁彎矩沖擊系數(shù)第五節(jié)主桁桿件內(nèi)力組合1主力組合2主力和附加力組合表 2.1主桁桿件內(nèi)力計算第三章主桁桿件截面設計下弦桿截面設計一、中間下弦桿1 初選桿件截面選用腹板1-412×16翼緣2-460×24每側(cè)有4排栓孔，孔徑;毛截面栓孔削弱面積凈截面面積2 剛度驗算桿件自由長度，,,通過驗算。無需驗算。3拉力強度驗算式中γ為板厚的修正系數(shù)，依《鋼橋規(guī)范》3.2.1條及其條文說明，查“續(xù)說明表3.2.1”，對于Q345q，35≤≤50mm板厚γ＝315/345＝0.913。疲勞強度驗算由表2.1可知得拉——拉桿件驗算式：式中線路系數(shù)=1.0，損傷修正系數(shù)=1.0，板厚修正系數(shù)查規(guī)范表3.27-2的桿件驗算截面為第Ⅲ類疲勞等級，查表3.27-1知其疲勞容許應力[σ0]＝130.7MPa故，通過驗算。二、端下弦桿E0E21 初選截面選用腹板1-428×12翼緣2-460×16每側(cè)有4排栓孔，孔徑;毛截面栓孔削弱面積凈截面面積2 剛度驗算凈截面慣性矩桿件自由長度,,通過驗算。無需驗算。3拉力強度驗算主力作用主力+制動力作用,制動力彎矩其中為主力+制動附加力作用驗算的放大系數(shù)4疲勞強度驗算由表2.1可知得拉——拉桿件驗算式：式中線路系數(shù)=1.0，損傷修正系數(shù)=1.0，板厚修正系數(shù)查規(guī)范表3.27-2的桿件驗算截面為第Ⅲ類疲勞等級，查表3.27-1知其疲勞容許應力[σ0]＝130.7MPa故，通過驗算。第二節(jié) 上弦桿截面設計一、上弦桿A1A31 初選截面選用腹板1-412×18、翼緣2-460×24毛截面2剛度檢算桿件自由長度,,通過驗算。3 總體穩(wěn)定驗算由，查表內(nèi)插求得，通過驗算局部穩(wěn)定驗算翼緣板按照《鋼橋規(guī)范》，查表5.3.3，當時，板件的寬厚比翼緣板，其中，滿足要求。(2)腹板按照《鋼橋規(guī)范》，查表5.3.3，當時，板件的寬厚比腹板通過驗算二、上弦桿A3A3'1 初選截面選用腹板1-388×24、翼緣2-460×36毛截面凈截面2剛度檢算桿件自由長度，,,通過驗算。3 總體穩(wěn)定驗算由，查表內(nèi)插求得，通過驗算4局部穩(wěn)定驗算翼緣板按照《鋼橋規(guī)范》，查表5.3.3，當時，板件的寬厚比翼緣板，其中，滿足要求。(2)腹板按照《鋼橋規(guī)范》，查表5.3.3，當時，板件的寬厚比腹板通過驗算第三節(jié)端斜桿截面設計1 初選截面端斜桿為選用腹板1-412×18、翼緣2-600×24毛截面2 剛度驗算桿件自由長度,,,,,,,通過驗算。3 總體穩(wěn)定驗算(1) 主力作用由，查表得(2) 主力＋橫向風力作用端斜桿E0A1在主力作用下為受壓桿件，在主力與橫向力作用下為壓彎桿。附加力為橫向力時，彎矩作用于主平面外。參照《鋼橋規(guī)范》第4.2.2條規(guī)定，對受壓并在一個主平面內(nèi)受彎曲的桿件，總穩(wěn)定性計算公式為換算長細比，查表得式中——系數(shù)，焊接桿件取1.8；——桿件兩翼緣板外緣距離，即截面寬度，。因端斜桿采用H形截面，且失穩(wěn)平面為主桁平面，和彎矩作用平面不一致。按《鋼橋規(guī)范》第4.2.2條，此可用作。所以應考慮彎矩因構(gòu)件受壓而增大所引用的值式中——構(gòu)件在彎矩作用平面內(nèi)的長細比；——鋼材的彈性模量（MPa）;——壓桿容許應力安全系數(shù)。主力組合時取用，應按主力組合采用；主力加附加力組合時取用，應按主力加附加力組合采用。(3)主力+制動力作用依照《鋼橋規(guī)范》4.2.2條規(guī)定，當驗算的失穩(wěn)平面和彎矩作用平面一致時，所以應考慮彎矩因構(gòu)件受壓而增大所引用的值局部穩(wěn)定驗算,同上，見表3.1中間斜桿截面設計一、斜桿1初選截面選用腹板1-428×10、翼緣2-460×16毛截面凈截面2剛度驗算桿件自由長度 ,,,通過驗算。3總體穩(wěn)定驗算由，查表內(nèi)插得，通過驗算4局部穩(wěn)定驗算 (1)翼緣板按照《鋼橋規(guī)范》，查表5.3.3，當λ≥50時，板件的寬厚比翼緣板，通過驗算。腹板按照《鋼橋規(guī)范》，查表5.3.3，當λ≥50時，板件的寬厚比腹板，通過驗算。5壓力強度驗算桿件承受壓力，故還應驗算其凈截面的拉力強度，通過驗算。二、斜桿A1E21 初選桿件截面選用腹板1-428×12翼緣2-460×16每側(cè)有4排栓孔，孔徑;毛截面栓孔削弱面積凈截面面積2 剛度驗算桿件自由長度,,通過驗算。無需驗算。3拉力強度驗算4疲勞強度驗算由表2.1可知得拉——拉桿件驗算式：式中線路系數(shù)=1.0，損傷修正系數(shù)=1.0，板厚修正系數(shù)查規(guī)范表3.27-2的桿件驗算截面為第Ⅲ類疲勞等級，查表3.27-1知其疲勞容許應力[σ0]＝130.7MPa故，通過驗算。三、斜桿A3E41初選截面4選用腹板1-428×10、翼緣2-460×16截面面積、慣性矩計算方法同上。2剛度驗算，通過驗算3總體穩(wěn)定驗算由，查表內(nèi)插得，通過驗算4局部穩(wěn)定驗算(1)翼緣板按照《鋼橋規(guī)范》，查表5.3.3，當λ≥50時，板件的寬厚比翼緣板，通過驗算。腹板按照《鋼橋規(guī)范》，查表5.3.3，當λ≥50時，板件的寬厚比腹板，通過驗算。疲勞檢算由表2.1可知得可知A3E4為以拉為主的拉壓桿件，驗算公式為通過驗算。6拉力強度驗算桿件同時承受拉力，故還應驗算其凈截面的拉力強度，通過驗算。吊桿截面設計1 初選截面選用腹板1-428×12、翼緣2-260×16毛截面凈截面2 剛度驗算《鋼橋規(guī)范》規(guī)定僅受拉力且長度≤16m的腹桿容許最大長細比為180，由表3.1可知，通過驗算。3 疲勞強度驗算吊桿無附加力，在主力作用下，吊桿除受到軸力外，還受到橫向鋼架作用產(chǎn)生的彎矩，故應檢算軸力與彎矩共同作用下的疲勞。由表2.1可知，吊桿A凈截面積，毛慣性矩。栓孔慣性矩；凈慣性矩故，通過驗算。表 3.1 主桁桿件驗算總表第六節(jié)桿端高強度螺栓計算《橋規(guī)》規(guī)定，主桁桿件桿端高強度螺栓連接，按被連接桿件的承載力計算。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)，桿件鋼號為時取0.55；——高強螺栓的設計預拉力，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應滿足。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。以下各取一桿件舉例說明：1拉桿:桿件承載力螺栓數(shù)個；:桿件承載力螺栓數(shù)個；:桿件承載力螺栓數(shù)個；:桿件承載力螺栓數(shù)個；2壓桿桿件承載力螺栓數(shù)個3拉壓桿桿件承載力螺栓數(shù)個。第四章E2弦桿拼接計算和E2節(jié)點設計第一節(jié)E2弦桿拼接計算1拼接板截面設計《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比被拼接桿件凈面積大10％。根據(jù)前面表3-1計算結(jié)果，桿(2-460×16，1-428×12)一半凈面積為桿(2-460×24，1-412×16)一半凈面積為節(jié)點板選用厚度一塊節(jié)點板作為外拼接板提供的面積(取桿件高度46cm部分)初選內(nèi)拼接板為4-200×20(一側(cè)兩塊)，兩塊內(nèi)拼接板凈面積為內(nèi)外拼接板凈面積為通過