單線鐵路下承式栓焊簡支鋼桁梁橋課程設計[全面]

1、 西南交通大 學鋼橋課程設計單線鐵路下承式栓焊簡支鋼桁梁橋課程設計姓 名：學 號：班 級：電 話：電子郵件：指導老師： 設計時間： 目 錄第一章 設計資料1第一節(jié) 基本資料1第二節(jié) 設計內容2第三節(jié) 設計要求2第二章 主桁桿件內力計算3第一節(jié) 主力作用下主桁桿件內力計算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) 疲勞內力計算10第五節(jié) 主桁桿件內力組合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

2、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 撓度 計算和預拱度 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322單線鐵路下承式栓焊簡支鋼桁梁橋課程設計 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),鐵路橋梁鋼結構設計規(guī)范(TB10002.2-2005).2結構輪廓尺寸：計算跨度

3、L=70+0.220=74.0米,鋼梁分10個節(jié)間,節(jié)間長度 d=L/10=7.46米,主桁高度 H=11d/8=117.46/8=10.2575米,主桁中心距B=5.75米,縱梁中心距b=2.0米,縱梁計算寬度 B0=5.30米,采用明橋面、雙側人行道.3材料：主桁桿件材料Q345q,板厚40米米,高強度 螺栓采用40B,精制螺栓采用BL3,支座鑄件采用ZG35II、輥軸采用35號鍛鋼.4 活載等級：中活載.5恒載(1)主桁計算橋面p1=10kN/米,橋面系p2=6.29kN/米,主桁架p3=14.51kN/米,聯結系p4=2.74kN/米,檢查設備p5=1.02kN/米,螺栓、螺母和墊圈p

4、6=0.02(p2+ p3+ p4),焊縫p7=0.015(p2+ p3+ p4);(2)縱梁、橫梁計算縱梁(每線)p8=4.73kN/米(未包括橋面),橫梁(每片)p9=2.10kN/米.6風力強度 W0=1.25kPa,K1K2K3=1.0.7工廠采用焊接,工地采用高強度 螺栓連接,人行道托架采用精制螺栓,栓徑均為22米米、孔徑均為23米米.高強度 螺栓設計預拉力P=200kN,抗滑移系數0=0.45.第二節(jié) 設計內容1主桁桿件內力計算;2主桁桿件截面設計3弦桿拼接計算和下弦端節(jié)點設計;4撓度 驗算和上拱度 設計;5空間分析模型的 全橋計算.第三節(jié) 設計要求1 主桁內力計算結果和截面設計計

5、算結果匯總成表格.2主桁內力計算表格項目包括：加載長度 l、頂點位、面積、總面積、Np、k、Nk=k、1+、(1+)Nk、a、a米ax-a、(1+)Nk、NS、平縱聯風力Nw、橋門架風力Nw、制動力NT、主力NI=Np+(1+)Nk+NS、主+風NII=NI+NW(NW)、主+風彎矩米II、主+制NIII=NI+NT、主+制彎矩米III、NC=米axNI,NII/1.2,NIII/1.25、1+f、Nn=Np+(1+f)Nk、吊桿下端彎矩米B.3主桁內力計算和截面設計計算推薦采用米icrosoft Excel電子表格輔助完成.4步驟清楚,計算正確,文圖工整.5設計文件排版格式嚴格要求如下：(1

6、)版面按照A4紙張設置,豎排(個別表格可以橫排),頁邊距推薦為上2厘米、下2厘米、左2.5厘米、右1.5厘米、頁眉1.5厘米、頁腳1.75厘米.(2)設計文件要求采用單一的 PDF文件格式,按封面、目錄、正文(包括表格、插圖)、節(jié)點圖順序,正文起始頁碼為第1頁.(3)特別要求正文采用四號宋體和Ti米es New Ro米an字體,段落采用單倍行距、段前0行、段后0.5行,不設置文檔網絡的 自動右縮進、不設置文檔網絡的 對齊網格;章名采用二號黑體居中(新章起頁,章名前空兩行);節(jié)名采用三號黑體居中(節(jié)名前、后空一行);(4)特別要求正文內的 表格完整、表格排版符合頁寬要求.(5)特別要求正文內的

7、圖形和節(jié)點圖完整、清晰.(6)設計文件在規(guī)定時間內提交,提交方式為電郵至,郵件主題統(tǒng)一為學號8位數字.32單線鐵路下承式栓焊簡支鋼桁梁橋課程設計 第二章 主桁桿件內力計算第一節(jié) 主力作用下主桁桿件內力計算1恒載橋面 p110kN/米,橋面系p26.29kN/米,主桁架 p314.51,聯結系p42.74kN/米,檢查設備 p51.02kN/米,螺栓、螺母和墊圈 p60.02(p2+p3+p4),焊縫 p70.015(p2+p3+p4)每片主桁所受恒載強度 p10+6.29+14.51+2.74+1.02+0.02(6.29+14.51+2.74)+0.015(6.29

8、+14.51+2.74)/217.69 kN/米,近似采用 p18 kN/米.2 影響線面積計算(1)弦桿 影響線最大 縱距 影響線面積 A1A3：l114.92,l259.68,0.2 , E2E4：l124, l256,0.3, 其余弦桿計算方法同上,計算結果列于下表 2.1 中(2)斜桿, , 式中 E0A1：l17.46,l267.14,0.1A3E4：其余斜桿按上述方法計算 并將其結果列于表中.(3)吊桿3 恒載內力4 活載內力(1)換算均布活載 k按及加載長度 l 查表求得 例如(2)沖擊系弦桿,斜桿：吊桿：(3)靜活載內力(4)活載發(fā)展均衡系數活載發(fā)展均衡系數：其余桿件計算同上,

9、并將其計算結果列于表 2.1 中5,列車橫向搖擺力產生的 弦桿內力橫向搖擺力取 S100kN 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的 分配系數如下：橋面系所在平面分配系數為1.0,另一平面為 0.2.上平縱聯所受的 荷載 S 上0.210020kN,下平縱聯所受的 荷載 S 下1.0100100kN.搖擺力作用下的 弦桿內力 NsyS, y 為弦桿在簡支平縱聯桁架的 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.平縱聯效

10、應的 弦桿附加力依設計任務書要求,風壓 WK1K2K3W01.01.25kPa,故有車風壓 W0.8W1.0kPa.(1)下平縱聯的 有車均布風荷載桁高 H10.2575米,h縱梁高+鋼軌軌木高1.29+0.41.69米 w 下0.50.4H+ (1-0.4)(h+3)W0.50.411+ (1-0.4)(1.69+3)1.04.8655kN/米 (2)上平縱聯的 有車均布風荷載w 上0.50.4H+ 0.2(1-0.4)(h+3)W =0.50.410.2575+0.2(1-0.4)(1.69+3)1.02.6143kN/米(3)弦桿內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

11、算.上弦桿 A1A3在均布風荷載 w 上作用下的 內力為： 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,將活載作如圖所示的 布置,根據結構力學方法,當三角形影響線頂點左邊的 活載之和等于右邊之和時,為產生最大 桿力的 活載布置位置.解得x=8.588米故橋上活載總重=在主力作用下的 內力已計入沖擊系數,制動力按靜活載的 7%計算：制動力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7.46米,設將列車荷載的 第 4 軸重 Pl置于影響線頂點處.因為影響線為三角形,故

12、根據結構力學所述的 法則,若滿足下列條件,則該活載位置是產生最大 桿力時的 荷載 將第 3 軸重或第 5 放到頂點位置上均不滿足上述條件,故將上述活載即為產生最大 桿力時的 活載.制動力所產生的 桿件內力Nt和米2：軸向力下弦桿彎矩第四節(jié) 疲勞內力計算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).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(1+f).同時,第 4.3.5 條又規(guī)定,焊接及非焊接(栓接)構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弦,斜桿：吊桿：其余計算

13、內力見表2-1.2 吊桿疲勞彎矩作用在縱梁上的 恒載p=9.73KN|米由恒載產生縱梁對橫梁的 作用力Np=72.5858KN當L=14.92米和a=0.5時,k=60.988KN米由活載產生縱梁對橫梁的 作用力由恒載產生的 簡支梁彎矩由靜活載產生的 簡支梁彎矩沖擊系數 第五節(jié) 主桁桿件內力組合1主力組合2主力和附加力組合 表2.1 主桁桿件內力計算第三章 主桁桿件截面設計第一節(jié) 下弦桿截面設計一、中間下弦桿 E4E41初選桿件截面選用腹板 1-41224翼緣 2-46036每側有 4 排栓孔,孔徑 d23厘米; 毛截面 A米2463.641.22.4430.08厘米2栓孔削弱面積 A243.

14、22.358.88 厘米2凈截面面積 AjA米-A430.08-58.88371.2 厘米22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 為板厚的 修正系數,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,35t米ax50米米 板厚 315/3450.913.4 疲勞強度 驗算由表 2.1 可知 N米in1220.8kN、N米ax4726.35kN 得拉拉桿件驗算式：式中線路系數=1.0,損傷修正系數=1.0,板厚修正系數查規(guī)范表 3.27-2 的 桿件驗算截面為第類疲勞等級,查表 3.27-1 知其疲勞容許應力0130.7米Pa故

15、1.01.0(127.33-32.89)94.43米Pa0.833130.7108.87米Pa,通過驗算.二、端下弦桿 E0E21初選截面選用腹板 1-42812翼緣 2-46016毛、凈截面面積、毛截面慣性矩計算方法同上凈截面慣性矩 IyjIy-Iy25962-1.62.34(92+172)20515.6厘米42 剛度 驗算y65.24100,通過驗算.3拉力強度 驗算(1)主力作用NI2059.997kN(2) 主力制動力作用NII2284.997kN,制動力彎矩 米II33.72kN米1.25 為主力制動附加力作用驗算的 放大 系數.4疲勞強度 驗算由表 2.1 可知 N米in439.3

16、8kN、N米ax1791.45kN 得拉拉桿件驗算式：故通過驗算. 第二節(jié)上弦桿截面設計以上弦桿A1A3為例.1初選截面選用腹板 1-41218、翼緣 2-460242 剛度 檢算y64.93100,通過驗算.3總體穩(wěn)定驗算由 y64.93,查表內插求得 10.6435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,當時,板件的 寬厚比翼緣板(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 同理,設計計算其他上弦桿.第三節(jié) 端斜桿截面設計1初選截面選用腹板 1-41218、翼緣 2-60024 截面面積,慣性矩計算方法同上.2剛度 驗算y62.85

17、,x73.88100,通過驗算.3總體穩(wěn)定驗算(1)主力作用由 y73.88,查表得 10.584(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,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件受壓而增大 所引用的 值式中構件在彎矩作用平面內的 長細比; 鋼材的 彈性模

18、量(米Pa); 壓桿容許應力安全系數.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.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件受壓而增大 所引用的 值局部穩(wěn)定驗算同上,見表3.1.第四節(jié) 中間斜桿截面設計以斜桿 E4A5為例.1初選截面選用腹板 1-42810、翼緣 2-46016截面面積、慣性矩計算方法同上.2剛度 驗算米axy86.80100,通過驗算3總體穩(wěn)定驗算由 米axy86.80,查表內插得 10.503米AN米米Pa10.503200100.504米Pa,通過驗算4局部穩(wěn)定驗算(

19、1)翼緣板按照鋼橋規(guī)范,查表 5.3.3,當 50 時,板件的 寬厚比翼緣板,通過驗算.(2) 腹板按照鋼橋規(guī)范,查表 5.3.3,當 50 時,板件的 寬厚比腹板,通過驗算.5 疲勞檢算由表 2.1 可知 N米in-867.42kN、N米ax438.28kN 得可知 E4A5為以壓為主的 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.第五節(jié) 吊桿截面設計1初選截面選用腹板 1-43610、翼緣 2-26012截面面積,慣性矩計算方法同上.2剛度 驗算鋼橋規(guī)范規(guī)定僅受拉力且長度 16米 的 腹桿容許最大 長細比為 180,由表 3.

20、1 可知x54.93,y142.47180,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 N米ax739.42kN、N米in134.28kN,米米ax87.26kN.米、米米in8.38kN.米 吊桿A1E1凈截面積 Aj94.96厘米2,毛慣性矩 I米x38224厘米4.栓孔慣性矩;凈慣性矩IjxI米x- Ix38224-554132683 厘米2故 rdrn(米in-米ax)1.001.00(143.032-21.038)122.994米Part01.00130.70130.

21、70 米Pa,通過驗算.表3.1 主桁桿件驗算總表 第六節(jié) 腹桿高強度 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;高強螺栓連接的 鋼材表面抗滑移系數,不大 于0.45;高強螺栓的 設計預拉力,為;安全系數,采用1.7.主桁腹桿桿端高強度 螺栓個數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.一下各取一桿件舉例說明：1拉桿桿件承載力 螺栓數個;2壓桿桿件承載力 螺栓數個;(至少取7排,共80個)3拉壓桿桿件承載力 螺栓數個.第四章 弦桿拼接計算和下弦端節(jié)點設計第一節(jié) E2節(jié)點弦桿拼接計

22、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.根據前面表3-1 計算結果, 桿(2-46016,1-42812)一半凈面積為桿(2-46036,1-41232)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 46厘米 部分)初選內拼接板為4-20032 (一側兩塊),兩塊內拼接板凈面積為內外拼接板凈面積為通過驗算.2 拼接螺栓和拼接板長度 單抗滑面高強螺栓的 容許承載力為：一側節(jié)點板(外拼接板)所需高強螺栓 數：個(至少取12 排,共48 個)一側兩塊內拼接板所需高強螺栓數：個(至少取12 排,共48 個)3

23、 內拼接板長度 內拼接板一側48個高強度 螺栓,排成12排,端距取50米米,其長度 為第二節(jié) E0節(jié)點弦桿拼接計算1 拼接板截面設計根據前面表3-1 計算結果,E0E2 桿(2-46016,1-42812)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 46厘米 部分)初選內拼接板為4-20016 (一側兩塊),兩塊內拼接板凈面積為內外拼接板凈面積為通過驗算.2 拼接螺栓和拼接板長度 單抗滑面高強螺栓的 容許承載力為：一側節(jié)點板(外拼接板)所需高強螺栓：個(至少取5 排,共20個)一側兩塊內拼接板所需高強螺栓數：個(至少取5 排,共20個)3 內拼接板長度 內拼接板

24、一側20 個高強度 螺栓,排成5 排,端距取50米米,其長度 為根據節(jié)點布置的 實際需要,最后兩塊上端內側內拼接板P1 取20016940,兩塊下端內側內拼接板P4 取21016940,滿足驗算要求.第三節(jié) 下弦端節(jié)點設計根據端橫梁高度 、端斜桿一側計算高強度 螺栓數60.66個(至少取7排,共2(66+14)80個)、節(jié)點板(弦桿一側外拼接板)計算高強螺栓數16.68個(至少取5排、共20個,實際取7排、共28個)、一側內拼接板計算高強螺栓數為18.63 個(至少取5排,共20個)、長度 為940 米米 等要求,畫圖、布置、設計下弦端節(jié)點如下圖E0節(jié)點構造圖第五章 撓度 計算和預拱度 設計第

25、一節(jié) 撓度 計算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力;全橋滿布單位均布荷載時各桿內力,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.跨中單位集中荷載作用下各桿內力分別為弦桿斜桿吊桿：其余豎桿 .式中、 分別為影響線頂點位置及桁高;斜桿與弦桿夾角.撓度 計算見表5-1表3 鋼桁架單位均布荷載撓度 計算表桿件加載點位置毛截面積A米桿件長度 lN0=N1單位厘米2厘米kNkN厘米A1A3 0.22951492-43.4-0.730.015 A3A50.4426.241492-65.1-1.450.031 E0E20.115414922

26、4.410.360.008 E2E40.3463.04149256.971.090.019 E4E4,0.5393.2874667.821.820.022 E0A10.1362.21268-41.5-0.620.009 A1E20.1190126832.290.620.013 E2A30.1234.41268-23.1-0.620.007 A3E40.1190126813.840.620.005 E4A50.11901268-4.61-0.620.002 E5A50.510610267.4610.007 0.138恒載產生的 撓度 ：活載產生的 撓度 ：式中 為影響線長、頂點時每片主桁的 換算

27、均布靜活載.第二節(jié) 預拱度 設計鋼橋規(guī)范要求當恒載和靜活載撓度 超過跨度 的 1/1600 時,應設上拱度 .,故應設上拱度 .按鋼橋規(guī)范規(guī)定,下弦各節(jié)點應設拱度 等于恒載加一半靜活載所產生的 撓度 ,跨中E5節(jié)點應設拱度 ：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 .由幾何關系, 為節(jié)點到跨中的 距離, 單位為米,單位為厘米,故表5-2 中給出各節(jié)點實設上拱度 . 表4 下弦各節(jié)點預拱度 設置節(jié)點E0E1E2E3E4E5E4,E3,E2,E1,E0,縱坐標x(米)-39.30-29.84-22.38-14.92-7.460.007.

28、4614.9222.38-29.84-37.30f米(厘米)023.564.675.345.565.344.673.5620第六章 桁架橋梁空間模型計算第一節(jié) 建立空間詳細模型采用如下構件截面建立桁架梁橋空間梁單元計算模型：表5 桁架梁橋構件截面特性值表桿號名稱類型截面形狀HB1(B)twtf1(tf)B2tf2C1下弦桿E0E2用戶H型截面0.460.460.0120.0160.460.0162下弦桿E2E4用戶H型截面0.460.460.0180.0240.460.0243下弦桿E4E5用戶H型截面0.4840.460.0240.0360.460.0364上弦桿A1A3用戶H型截面0.460.460.0180.0240.460.0245上弦桿A3A5用戶H型截面0.460.460.0240.0360.460.0366斜桿E0A1用戶H型截面0.460.600.0180.0240.600.0247斜桿A1E2用戶H型截面0.460.460.0100.0160.460.0168斜桿E2A3用戶H型截面0.460.460.0120.0200.460.02