鋼桁架構件分類及計算

§21鋼桁架構件§21.1鋼桁架構造及其聯(lián)結系一．鋼桁架梁橋的組成1.鋼桁架簡支梁橋的組成

二、聯(lián)結系的構造（圖21－2，21－3，21－4）1、縱向聯(lián)結系承受各種橫向荷載，由主桁架的弦桿及其間的水平腹桿組成；三角形體系菱形體系，交叉式體系和K式體系，上、下部縱向水平聯(lián)結系2、橫向聯(lián)結系設在橋跨結構的橫向平面內(nèi)端橫聯(lián)，橋門架，中橫聯(lián)交叉式、三角式、菱形體系§21.2鋼桁架構件截面形式一、構件的種類及使用場合1.分類基本構件受力特點：軸心受拉構件，軸心受壓構件，偏心受拉構件、偏心受壓構件連接方法：焊接構件、鉚接構件和螺栓連接構件結構型式：實腹式構件和空格式組合構件2.應用廣泛，桁架和屋架的弦桿和腹桿，塔架，平臺支架的柱子，各種鋼結構的支撐桿二、截面型式及尺寸1、截面型式：可用鋼板和型鋼組合成各種型式，P398，圖21-5，常見的幾種截面型式及回轉(zhuǎn)半徑a)T形截面（鉚合）b)焊接I字形截面受力不太大的受拉構件c)十字形（鉚合）受力較小的拉桿和壓桿d)H形（鉚接）e)H形（焊接）f)箱形（鉚接）g)箱形（焊接）h.i和j組合式截面受力較大的拉壓桿b,d～g實腹構件a,c和h～j組合

選擇時，考慮滿足強度和剛度要求，便于連接另外便于施工及日后的油漆、養(yǎng)護、檢測，定型化減少種類，互換2.尺寸外廓尺寸，外形高度和寬度。鋼橋，寬度一致，便于節(jié)點板的連接鋼板厚≥8mm(次梁構件，綴條，填板除外)≥10mm（主梁節(jié)點板，焊接板厚）填板≥4mm角鋼≥100×100×10縱橫梁間的連接角鋼≥75×75×8主梁行車系，聯(lián)結系，加勁角鋼及隔板中的角鋼≥45×45×5綴條角鋼三、組合構件1.組合構件：一般是用綴條或綴板將各個分肢連成整體構件，使各肢能夠共同工作，并可適當調(diào)整兩肢間的距離，以滿足兩個主軸方向的穩(wěn)定性要求2.綴條的布置：單格式和雙格式21-6可由扁鋼或角鋼組成設端綴板3.綴板：設置在分肢翼緣兩側平面內(nèi)4.雙肢翼緣15cm的空隙，便于油漆養(yǎng)護5.在桿件端部和箱內(nèi)每隔3m以內(nèi)設置橫隔板§21.3軸心受拉構件一、構件的截面選擇尺寸的選擇取決于強度和剛度條件，一般由強度確定:初估：凈截面全截面積由Am,考慮連接，可確定截面型式和尺寸二、強度驗算1.鉚釘或螺栓：截面尺寸及型式確定后，經(jīng)過鉚釘或螺栓的設計計算，考慮鉚釘或螺栓孔的削弱，可得實際An:強度驗算公式：式中：[σ]—鋼材基本容許應力，動荷時σ<[σn]An

—凈截面積

2.摩擦型高強螺栓強度驗算公式：全截面驗算公式三、剛度驗算過分細長，易彎曲變形，振顫，降低壽命，不直接計算，由重要性，是否動荷載，影響程序，限制拉桿的長細比。公式：式中：loxloy,—構件對主軸x軸y軸的計算長度;

i—桿件全截面的回轉(zhuǎn)半徑－計算長細比[λ]—容許長細比附表4-7受拉主桁弦桿[λ]=130；腹桿，[λ]=180，各聯(lián)結系的受拉構件[λ]=200其它詳見《公橋規(guī)》§21.4軸心受壓構件一、軸心受壓構件的承載能力基本計算公式：式中：

N計算軸向力，Am構件的毛截面積，φ1縱向彎曲系數(shù)，按λ從附表4－9中查得；λ=lo/r，r為截面回轉(zhuǎn)半徑,取各方向中的最小值lo,構件的自由長度，根據(jù)各種構件的具體情況確定，見附表4-8上式，可理解為構件總體穩(wěn)定的驗算式，而在鋼筋砼和磚石結構中理解為強度計算式，二者理解上有何差別？理想的軸壓構件不存在，存在初始偏心距α、初彎曲和殘余應力，加載：N→N+Nαα→α+f又N+N（α+f）N

越大，N（α+f）越大當初始偏心距為某一α時：如圖21-11

N小,f小，N→Nu，f迅速↑A是最高點,對應的外力為NL鋼筋砼結構學中，NL理解為極限承載力強度計算公式。鋼結構中，從穩(wěn)定理論中的壓潰理論出發(fā)，Nu為壓桿的壓潰荷載。此理論認為：曲線的BA是上升段，桿件穩(wěn)定平衡，如某點受干擾變形，除去干擾后，變形小，回復，穩(wěn)定的表現(xiàn)，AD段是下降段，不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，干擾變形大，只能減少N，才能平衡，否則破壞，這種經(jīng)不起干擾的平衡，是不穩(wěn)定的表現(xiàn)。壓潰荷載既代表桿件的最大承載力，又是穩(wěn)定向不穩(wěn)定平衡的分界。故不穩(wěn)定是一種極限狀態(tài)。為不出現(xiàn)此狀態(tài),以NL為標準，除以K，確定壓桿的容許應力，合理。基于以上認識，鋼結構中將公式理解為總體穩(wěn)定的驗算式二、受壓構件的局部穩(wěn)定

1.鋼壓桿，通常系由若干較薄的鋼板和型鋼組成，在軸心壓力作用下，有可能在壓桿喪失總體穩(wěn)定以前，壓桿中某一薄而寬的板件在壓力達到一定值時，不能再繼續(xù)保持平面狀態(tài)的平衡而發(fā)生局部翹曲，構件的部分板件發(fā)生翹曲的這種現(xiàn)象，叫做壓桿喪失局部穩(wěn)定后果降低承載力，提前破壞，應防止。2.公式設計壓桿時要求壓桿各板件的臨界應力值均不小于整個桿件喪失總體穩(wěn)定時的臨界應力值方便設計，對H形和箱形截面，進行局部穩(wěn)定試驗，直接確定受壓構件的單板或板束的寬度與其厚度δ的最大比值。只要壓桿板件的寬厚比不超過容許的比值，可保證局部穩(wěn)定，公式：式中：b和t—板件誕的寬艙度和籌厚度[b/唱t]—容許桿的板全件寬借厚比芝，其射規(guī)定約見附絲式表4-返10三、夾剛度代驗算1.為什項么必創(chuàng)須驗姜算剛雞度意外丹的外鞏力彎墊曲變渠形，身如自葵重→隊撓曲槐，活李載→稿顫振鵲，偶默然碰若撞→勻彎曲換變形導致漿臨界印應力宣減小浮，過慰早失臘去穩(wěn)地定性虹，對窮壓桿匆的剛版度要抓求比認拉桿婚更高境。2.公式壓桿簽的長棋細比鐘應不賊超過疾容許層最大融長細郵比λ≤[凡λ]式中玩：[λ]—容許最霜大長細叮比：附朝表4-7規(guī)定如乞下：主桁樓架的淹受壓虛弦桿端和受眼壓或休壓一局拉腹譽桿10憐0聯(lián)結的刮受壓或腹受壓一紐奉拉構件13氏0組合透壓桿按的單夸斜桿可式綴猴條180板拱和窩柱構件100四、截離面設計往步驟1.設計任津務或目晴的：自宋由長度lo，軸銷心壓黨力N和鋼華材標歐號，港確定葡構件梅的截明面型種式和糊尺寸2.設計步責驟：由總補體穩(wěn)焰定性戲和剛飛度，隨宜選運外廓駛尺寸素大，五厚度銹小的舉鋼板垮或型景鋼，i大，λ小由局堂穩(wěn)，駝宜選呆厚而遞窄的解，減他小寬策厚比兄。大觸多由連總體錯穩(wěn)定寺控制耕，少信量長斷的由澆剛度渴控制饒。設吧計時據(jù)可首寒先根袍據(jù)總櫻體穩(wěn)游定性哄的要檔求來抹選擇斥截面餓的型百式和情尺寸賞，然婚后驗醋算其冊局部波穩(wěn)定殼性和缺剛度恒。設計鄙法Am和φ1未知重，先房誠假定λ→φ1→Am試選截揭面，進膀反復驗告算修正價。具體步代驟：（1）據(jù)腦結構翠物的躁要求員選定西構件色的截肝面型領式并范根據(jù)車構件算的重素要性框假定炕一λ,上弦桿λ=邁60～80，腹桿λ=8冒0～10偏0（2）由λ查附表4-弓9查得φ1，Am=N陶/φ1[σ]（3）由λ和lo值，努求i=lo/λ（4）按然選定疾的型帝式和i，擬改定h和b即h=雖ix/αlb=iy/α2見P39押8圖21－5（5）據(jù)Am,b×隸h選配截遇面，注陽意型鋼胡鋼板應蕩符合產(chǎn)夕品規(guī)格橡，H、I型截蓋面腹育板不汪宜過隨薄，未見《公橋盛規(guī)》規(guī)定鉚接H形：腹申板厚≥0.4億×翼緣板喘厚焊接H形：腹撐板厚≥0.咱5×翼緣板巡壽厚（翼悶厚≥24mm）腹板厚芬≥0.衡6×翼緣命板厚辰（翼和厚≤24mm）（6）按餐選定香的構學件截放面尺辭寸計削算Am，及驗鉗算構件場的總體險穩(wěn)定性禽、局部復穩(wěn)定性稱和剛度忘。如滿笛足（允浪許誤差±5姐%）則扎合適方，否售則重督新驗乳算，接直至辰滿足肥要求載。例21浩-2：有一吃鋼桁架議的上弦賣桿，承祥受N=4廉17偶0kN，l=8m，焊牛接H形截面搬，鋼筋歇采用Q3由45鋼，容廉許最大齡長細比[λ]=1也00。該桁攪架的橫享向聯(lián)系拐間距等驅(qū)于桁架仿節(jié)間長憐度lo，試設趨計該弦喊桿。解：1.初選截就面尺寸設選框用鋼債板厚附度在17～25mm之間，環(huán)由附表4-桃1，[σ]顯=20南0MP恥a，假位定λ=6謊0，查血附表4-董9得φ1=0劑.7讓05，則由附刑表4-釀8，lox=loy=8數(shù)00cm所需截餐面回轉(zhuǎn)撿半徑：由圖21-淋5e：則：選翼板捆寬度：h=5園40獎mm則翼撈板厚仍度（盤由附崇表4-拳10）：淚，即：取24mm，由《公橋規(guī)》，腹板程厚：，取1.瞎2cm。∴腹板習寬：取320mm初定：刊翼板2-5蜜40×浪24mm，腹駕板2-申32粉0×快12位0mm實際：如圖21日-1禮3：2.總體穩(wěn)調(diào)定驗算由圖叫知：由附完表4-敏9，查蕩得，北則滿足苦總體促穩(wěn)定緊性。3.局部穩(wěn)嫌定性驗典算翼板摧：由附耍表4-1串0可知，賭翼緣構鞏件的寬獸厚比不座能超過12和0.2渠λ=0撿.2*側55=螞11，可見越翼緣板榴局部穩(wěn)獎定性滿膠足要求腹板：故穩(wěn)定4.剛度壁驗算斗：剛度鐵滿足驅(qū)要求側。§21局.5組合隙式受暈壓構冠件（哥略，李不做蛋講授奔）§21朵.6實腹挪式拉蓬彎及寄壓彎留構件一、獄拉彎形構件1.計算公牽式：①靜吐力：式中謎：N—驗算截揭面的計茅算軸心券拉力或懲軸心壓夸力M—驗算截扯面的計詞算彎矩A—驗算蒜截面頁的構李件凈旗截面摸面積W—驗算敵截面燥的構抬件凈凍截面荷模量鐵，可堆按照型截面例重心瘡軸進突行計誰算[σ]或[σw]—當之；②受拉工并在一從個主平泛面內(nèi)受際彎曲或咬與所相優(yōu)當?shù)睦瓓A彎構件航承受動拌荷載，筒其疲勞看強度的噸驗算公話式：式中必：[σn]—結構構域件的疲煤勞容許乞應力，洪應根據(jù)的變化災范圍決臨定ρ值，喝再用《公橋葬規(guī)》公式算弦出[σn]值。③穩(wěn)定除性不需痰要驗算④剛般度要軟求與例軸拉侮構件通相同例21－4有一焊杠接H形截氏面的害抗彎絞構件嘉，寬墊度b=4光60m侍m(圖21-桂23)。構羞件與閑節(jié)點捆板采帳用高碼強度渣螺栓辦連接神（孔土徑d0=2俱3m蜂m）。紀已知課構件務兩個絞方向套的計顆算長六度lox=8站.8煩m,啄loy=11鼠.0m。鋼材遮為Q3歉45鋼，鋸承受N1=850鍋kN（拉力企），N=隙14與0k嘩N（拉力痛），相釣應的彎廉矩My1=84液kN.m,My2=6煙.9哥kN.m。試進碑行構件煤截面設噸計。解：1）初步效確定構陜件截面估尺寸：（1）確定鉗疲勞容揉許應力[σn]應力循甘環(huán)特征殺系數(shù)由附表4-4及附咱表4-3可得到躍：（2）初選有截面尺罷寸：所需拐凈截壞面積房誠為：所需魔毛截遮面積孤為：選用冒截面因為腹安板：1-4頓36×銳10；翼緣戴板：2-2御60×酬12截面布愛置和尺份寸見圖21孔-2郵4實際的到毛截面吵面積：每塊意翼緣喊板上撐布置4排高猛強螺嶺栓，姐故實裂際凈餓截面階面積帥為2）截匙面幾伸何特冶性計奪算：毛截哲面慣懶性矩曬：凈截面3）強度踩驗算：凈截粘面的聲受拉基邊緣頂應力勺：應力期循環(huán)逃系數(shù)婦為：相應的補疲勞容臂許應力盛為截面滿日足強度末要求。4）構件憲剛度驗伐算：滿足迷剛度弄要求。二、亡偏心駐受壓砌構件偏心盼受壓設構件蒜的計吳算包案括強惜度總土體穩(wěn)性定性獲，局抵部穩(wěn)蜜定性君和剛予度，燭通常引由總橡體穩(wěn)凡定性訓控制（一濕）強悟度驗件算構件解截面合邊緣謀處的肅最大曉壓應馬力式中：Am—驗算截節(jié)面的構故件毛截質(zhì)面面積Wm—驗算兩截面料的構棄件毛輝截面予模量（二觸）彎自矩作油用平慘面內(nèi)妖的穩(wěn)膛定性印驗算驗算公始式為：式中：N—計算軸慮向壓力Am—構件極毛截改面面幣積μ—考慮N對彎圓矩值洽增大百的影炮響系若數(shù)—軸心委受壓裂構件霉縱向扣彎曲逃系數(shù)兇，按愚附表4-9M—構件中出部1/連3長度臣范圍乎內(nèi)的個最大索彎矩當種時鴉，μ=1，即告不考芹慮N對彎優(yōu)矩增苗大的舞影響當盆時，其中苦：λ—彎矩貢作用股平面朋內(nèi)的燒構件壺長細位比E—鋼材頸的彈沾性模心量n1—荷載組膀合Ⅰ產(chǎn)生取1.奴7，Ⅱ～Ⅲ取1.4m—荷載愚組合Ⅰ產(chǎn)生取1.0，Ⅱ～Ⅲ取1.大4（三）壁垂直于脫彎矩平餡面方向鳴的穩(wěn)定樸性驗算驗算公掠式為：式中越：—偏心受格壓構件幼在一個斗主平面必受彎時車的縱向排彎曲系架數(shù)，對壩于焊接動或鉚接毯的H形和驕工形吉截面秋，彎賄矩一座般作備用在x-x平面裝內(nèi)，策按魚換算針長細揉比債查附牢表4-苦9。其中自：α—焊接Ⅰ、H形1.淹8，鉚接2.階0lo—對y-黃y軸的自跑由長度h—構件飽沿x軸的尤寬度虎。圖21-輔22x、y—回轉(zhuǎn)半畝徑對于箱扮形截面2=1。以上兩辛式可綜陪合為式中：在驗遣算彎隸曲作竟用平哀面內(nèi)螞的穩(wěn)鼓定性文時，(四)局部穩(wěn)珠定性和頁剛度驗鐘算同軸戰(zhàn)心受壓毛構件例21第-5。如圖21晴-2刮5所示。解：1.強度驗抗算：N=1兄18渾5kNAm=2演×4抗00念×1秘8+稱42蓮×1店44崖=2今.0杠3×性104cm2因∴2.彎矩渡作用恐平面藥內(nèi)的扇穩(wěn)定索性驗所算由表18-革2查得：φ1=代0.7奇67∵則∴3.垂直于謝彎矩平譯面的穩(wěn)香定性計堪算由表18絞-2查N：根據(jù)拆入由孤表18仇-2，查證運：∴4.局部穩(wěn)場定性的泡驗算由表18嫩-5及同18-狠8知，腹卵板寬b2=42cm，腹譜板厚δ2=1鋪.4cm現(xiàn)λx=5甜1.歷4>擱500.紹5λ藝+5就=2止5.巴7+庸5=森10基.7秩>故腹君板的座局部領穩(wěn)定蓮性能乒保證收。（2）翼目板的第局部陸穩(wěn)定基性由表18沸-5及圖18-撕8知，換翼板黃原T3=1.黃8cm，翼板館寬度的宰一半b3=4端0/本2=見20cm。§2飛1.蘿7簡易鋼賓桁架的價節(jié)點設貴計一、水簡易殊鋼桁豬架的雙應用壁和型偉式（一）狗簡易鋼腥桁架的某應用桁架是俱主要承娘受橫向秤荷載的驢空腹式仆受彎構留件。與池實腹梁鉤相比，畏當跨徑錯較大時很，它具透有用鋼爛量省、剛度裝大、犯制造襯、運耀輸、計拼裝嶄方便取，能每夠根稀據(jù)荷擱載中失情況燈制成繭各種粘不同塔的外必形等紡優(yōu)點勾。應用居廣泛南。橋張梁、洲工業(yè)種與民雜用建乖筑中礙的屋該架、介桁架伐式吊煮車梁衣、電坑視塔榆、輸戶電線殿路支喘架以狡及其否它臨顧時性廣空腹由式結愚構等斬均可示采用先。以簡易畜鋼桁架哲為重點清，就其似選型、耕構造和鞋設計等德作簡要賣介紹，懼為今后商學習鋼浩橋設計款奠定基洪礎。（二）扶簡易鋼褲桁架的濫形式1.主桁架帽的選擇2.分類①受力見圖21-攝26a、b②外形（三）捉鋼桁架仗的主要謊尺寸主要尺斧寸有桁走架的跨繼徑、高燥度、節(jié)箱間長度行斜桿傾聯(lián)角及主忍桁架的椅中心距終離等1.跨徑獨或長釣度，陵取決污于使碧用要迷求和食建筑洽物的庭總體姜布置惡方案2.高度伯：取捐決于彩經(jīng)濟畢要求餓、剛翼度要戲求、袖運輸晝條件陶的限各制等接。經(jīng)莖濟高呈度3.節(jié)間長森度的大唐小應和噸腹桿體呆系的選籮擇及縱跟橫梁布蒜置的要渣求綜合盲考慮確催定4.主桁旗架的不中心須間距阻與桁也架橋開的橫穿向剛淡度有掙關。背為了愁保證份橋梁庸具有語足夠逃的橫董向剛始度，軟主桁免架的哲中心搞距不騎宜小處于跨促徑的1/2錄0以上幾蔥個主要訊尺寸是授相互聯(lián)絲式系的二、簡糟易鋼桁等架的桿捧件設計（一敵）桁謹架的駝內(nèi)力螞計算1.荷載昨及其原荷載致組合酷按《公橋飼規(guī)》的規(guī)泄定進鵝行2.桁架各天桿件的索內(nèi)力，限在一般第情況下行，可根角據(jù)節(jié)點故為鉸接盜的假定鮮，用《結構力讓學》的方法綿求得3.節(jié)點：釋各構件浸截面高煎度與節(jié)灣點中距刮之比不找超過1/誓10時，鋤可視霉為鉸疤接。咬否則盤，應盆計算爽由于邊節(jié)點背剛性先所產(chǎn)胞生的闊彎距掌和次技應力擔。高汽強螺箱栓或賴鉚釘短，視錄為鉸亮接4.上弦桿而節(jié)點負M2=0釋.6碗M。節(jié)間李正M1=0.躬8M（二遍）桿矛件的暢計算畜長度理想的筆鉸接桁皆架中，把壓桿在咐桁架平構面內(nèi)的盤計算長吼度等于翻節(jié)點中避心間的愁距離，苦也就是貓桿件的項幾何尺蔽