48米下承式简支栓焊钢桁梁桥课程设计.doc

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1、48米下承式简支栓焊钢桁梁桥课程设计 现代钢桥课程设计 学 院：土木工程学院 班 级：1210 姓 名：罗勇平 学 号：1208121326 指导教师：周智辉 时 间：2015年9月19日 1 目录 第一章 设计说明 . 错误！未定义书签。 第二章 主桁杆件内力计算 . 5 第三章 主桁杆件截面设计与检算 . 14 第四章 节点设计与检算 . 23 2 第一章 设计说明 一、设计题目 单线铁路下承式简支栓焊钢桁梁设计 二、设计依据 1. 设计规范 铁道部铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005) 铁道部铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005) 2. 结构基本尺寸 计算跨

2、度L=48m；桥跨全长L=49.10m；节间长度d=8.00m；主桁 节间数n=6；主桁中心距B=5.75m；平纵联宽度B0=5.30m；主桁 高度H=11.00m；纵梁高度h=1.45m；纵梁中心距b=2.00m；主桁斜角倾角=53.973?，sin=0.809，cos=0.588。 3. 钢材及基本容许应力 杆件及构件用Q370qD；高强度螺栓用20MnTiB钢；精制螺栓用 BL3；螺母及垫圈用45号优质碳素钢；铸件用ZG25；辊轴用锻钢35。钢材的基本容许应力参照铁路桥梁钢结构设计规范。 4. 结构的连接方式及连接尺寸 连接方式：桁梁杆件及构件采用工厂焊接，工地高强度螺栓连接； 人行道托

3、架采用精制螺栓连接。 连接尺寸：焊缝的最小焊脚尺寸参照桥规；高强度螺栓和精 制螺栓的杆径为22，孔径为d=23mm。 5. 设计活载等级 标准中活载。 6. 设计恒载 主桁p3=12.70kN/m；联结系p4=2.80kN/m；桥面系p2=6.50kN/m； 高强度螺栓p6=(p2+p3+p4)?3%；检查设备p5=1.00kN/m；桥面p1=10.00kN/m；焊缝p7=(p2+p3+p4)?1.5%。 计算主桁恒载时，按桥面全宽恒载p=p1+p2+p3+p4+p5+p6+p7。 三、设计内容 1. 确定主桁型式及主要参数； 2. 主桁杆件内力计算(全部)，并将结果汇制于2号图上； 3. 交

4、汇于E2、A3节点（要求是两个大节点）的所有杆件截面设计与 检算； 3 4. 主桁下弦E2节点设计与检算； 5. 绘制主桁E2节点图(3号图)。 四、设计内容 1. 设计说明书1份； 2. 2、3号图各一张。 五、要求 1. 计算书条理清楚、语句通顺、计算正确； 2. 结构图按制图要求比例恰当、粗细线条明确、尺寸标注清楚、投 影关系无误。 4 第二章 主桁杆件内力计算 说明：计算图式采用平面铰接桁架，主力（包括恒载和活载）作用在 主桁平面内。 一、影响线 二、恒载计算： 据第一章所提供的资料，每片主桁所承受的恒载内力： p=0.5?(p1+p2+p3+p4+p5+p6+p7)=16.995 近

5、似地采用p=17kN/m. 三、活载计算： 静活载取换算均布活载k，由所求杆件内力的影响线最大纵坐标 位置值和加载长度L查表求得。 弦杆E0E2:=1/6，L=48m，由内插法求得k=50.20(kN/m)（一片 主桁，下同） 弦杆E2E2:=1/2，L=48m，k=47.25(kN/m) 5 弦杆A1A3:=1/3，L=48m，k=48.10(kN/m) 端斜杆E0A1:=1/6，L=48m，k=50.20(kN/m) 斜杆E2A3:=1/6，L=19.2m，k=60.19(kN/m) =1/6，L=28.8m，k=55.06(kN/m) 斜杆A1E2:=1/6，L=38.4m，k=52.0

6、9(kN/m) =1/6，L=9.6m，k=73.63(kN/m) 吊杆A1E1:=1/2，L=16m，k=59.70(kN/m) 吊杆A3E3:=1/2，L=16m，k=59.70(kN/m) 四、恒载内力和活载内力：采用响线面积法求恒载内力和活载内力。 1. 弦杆E0E2: 影响线最大纵距： y=l1l28?40=0.606061 LH48?11 影响线面积： =0.5L?y=0.5?48?0.606060=14.5455(m) 恒载内力： NP=p=17?14.5455=247.27(kN) 静活载内力： Nk=k=50.20?14.5455=730.18(kN) 动力系数： 2828=

7、1+=1.3182 40+L40+48 Np247.2727 a=0.2569 1+Nk1.3182?730.1818 1+=1+ 其余各杆的a值计算结果见2号图上所示，其中最大的amax为： amax=Np 1+Nk1+Nk 1 616=p=17=0.2729 1.3182?47.25活载发展均衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729-0.2569)=1.0027 弦杆E0E2的总内力为（计算静强度时的最大内力）： NI=Np+(1+)Nk=247.27+1.0027?1.3182?730.18 =1212.35(kN) 计算疲劳时，应采用动力运营系数， 1+f=1+1818=1

8、+=1.2045，且不考虑活载发展均衡系数，40+L40+48 计算疲劳时的最大内力为： Nmax=Np+(1+f)Nk=247.27+1.2045?730.18 (kN) =1126.81 6 2. 弦杆E2E2: 影响线最大纵距： y=l1l224?24=1.090909 LH48?11影响线面积： =0.5L?y=0.5?48?1.090909=26.1818(m) 恒载内力： NP=p=17?26.1818=445.09(kN) 静活载内力： Nk=k=47.25?26.1818=1237.09(kN) 动力系数： 2828=1+=1.3182 40+L40+48 Np445.0909

9、 a=0.2729 1+Nk1.3182?1237.0909 1+=1+ 活载发展均衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729-0.2729)=1.0000 总内力： NI=Np+(1+)Nk=445.09+1.0000?1.3182?1237.09 =2075.79(kN) 1818=1+=1.2045 40+L40+481616 动力运营系数： 1+f=1+ 则计算疲劳时的最大内力为： =1935.22(kN)Nmax=Np+(1+f)Nk=445.09+1.2045?1237.09 3. 弦杆A1A3: 影响线最大纵距： y=-l1l216?32=-=-0.969697 LH4

10、8?11影响线面积： =0.5L?y=-0.5?48?0.969697=-23.2727(m) 恒载内力： NP=p=-17?23.2727=-395.64(kN) 静活载内力： Nk=k=-48.10?23.2727=-1119.42(kN) 动力系数： 1+=1+2828=1+=1.3182 40+L40+48 7 a=Np 1+Nk 1 6=395.6364=0.2681 1.3182?1119.418216活载发展均衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729-0.2681)=1.0008 总内力： NI=Np+(1+)Nk=-395.64-1.0008?1.3182?1119

11、.42 =-1872.41(kN) 上弦杆为受压构件，不需要考虑疲劳时的内力。 4. 端斜杆E0A1: 影响线最大纵距： y=-l1l28?40=-=-1.030414 LH48?11 影响线面积： =0.5L?y=-0.5?48?1.030414=-24.7299(m) 恒载内力： (kN) NP=p=-17?24.7299=-420.4091 静活载内力： Nk=k=-50.20?24.7299=-1241.4433(kN) 动力系数： 2828=1+=1.3182 40+L40+48 Np420.4091 a=0.2569 1+Nk1.3182?1241.4433 1+=1+ 活载发展均

12、衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729-0.2569)=1.0027 总内力： NI=Np+(1+)Nk=-420.41-1.0027?1.3182?1241.4433 =-2061.22(kN)1616 端斜杆为压弯构件，不需要考虑疲劳时的内力。 5. 斜杆E2A3: 由于该杆件的影响线具有正、负面积，必须分别进行计算。 正影响线最大纵距： y=1l2116?=?=0.412166 sinLsin53.97?48 正影响线面积： )y=0.5?(3.20+16)?0.412166=3.9568(m) =0.5(l1+l2 负影响线最大纵距： 8 y=-1l2124?=?=-0.

13、618249 sinLsin53.97?48负影响线面积： =0.5(l1+l2)y=-0.5?(4.80+24)?0.618249=-8.9028(m) 正、负影响线面积之代数和： =+=-4.9460(m) 恒载内力： NP=p=-17?4.9460=-84.08(kN) 活载内力也按影响线正、负面积分别计算。 ?正面积部分： 静活载内力： =k=60.19?3.9568=238.17(kN) Nk 动力系数： 1+=1+2828=1+=1.4730 40+L40+19.20恒载内力与活载内力之比： Np-84.0818 a=-0.2397 1+Nk1.4730?238.1725 活载发展

14、均衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729+0.2397)=1.0854 正面积部分的总内力： =-84.08+1.0854?1.4730?238.17NI=Np+(1+)Nk1616 =296.17(kN) 1818=1+=1.3041 40+L40+19.20 动力运营系数： 1+f=1+ 则计算疲劳时的最大内力为： =226.51(kN)=Np+(1+f)Nk=-84.08+1.3041Nmax?238.17 ?负面积部分： 静活载内力： Nk=k=-55.06?8.9028=-490.20(kN) 动力系数： 2828=1+=1.4070 40+L40+28.80 Np84

15、.0818 a=0.1219 1+Nk1.4070?490.20 1+=1+ 活载发展均衡系数： 9 =1+(amax-a)=1+(0.2729-0.1219)=1.0252 负面积部分的总内力： NI=Np+(1+)Nk=-84.08-1.0252?1.4070?490.20 =-791.14(kN) 1818=1+=1.2616 40+L40+28.801616 动力运营系数： 1+f=1+ 则计算疲劳时的最大内力为： =-702.53(kN)Nmax=Np+(1+f)Nk=-84.08-1.2616?490.20 6. 斜杆A1E2: 由于该杆件的影响线具有正、负面积，必须分别进行计算。

16、 正影响线最大纵距： y=1l2132?=?=0.824332 sinLsin53.97?48 正影响线面积： )y=0.5?(6.40+32)?0.824332=15.8272(m) =0.5(l1+l2 负影响线最大纵距： y=-1l218?=?=-0.206083 sinLsin53.97?48 负影响线面积： (m) =0.5(l1+l2)y=-0.5?(1.60+8)?0.206083=-0.9892 正、负影响线面积之代数和： =+=14.8380(m) 恒载内力： NP=p=17?14.8380=252.25(kN) 活载内力也按影响线正、负面积分别计算。 ?正面积部分： 静活载

17、内力： =k=52.09?15.8272=824.45(kN) Nk 动力系数： 1+=1+2828=1+=1.3571 40+L40+38.40 恒载内力与活载内力之比： a=Np252.2455=0.2254 1+Nk1.3571?824.4476 1 616活载发展均衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729-0.2254)=1.0079 10 正面积部分的总内力： =252.25+1.0079?1.3571NI=Np+(1+)Nk?824.45 =1379.99(kN) 1818=1+=1.2296 40+L40+38.40 动力运营系数： 1+f=1+ 则计算疲劳时的最大内

18、力为： =1265.98(kN)=Np+(1+f)Nk=252.25+1.2296?824.45Nmax ?负面积部分： 静活载内力： Nk=k=-73.63?0.9892=-72.84(kN) 动力系数： 2828=1+=1.5645 40+L40+9.60 Np252.2455 a=-=-2.2135 1+Nk1.5645?72.8379 1+=1+ 活载发展均衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729+2.2135)=1.4144 负面积部分的总内力： NI=Np+(1+)Nk=252.25-1.4144?1.5645?72.8379 =91.07(kN) 1818=1+=1.

19、3629 40+L40+9.601616 动力运营系数： 1+f=1+ 则计算疲劳时的最大内力为： =152.97(kN)Nmax=Np+(1+f)Nk=252.25-1.3629?72.8379 7. 吊杆A1E1: 影响线最大纵距： y=1.00 影响线面积： =0.5L?y=0.5?16?1=8.00(m) 恒载内力： NP=p=17?8.00=136.00(kN) 静活载内力： Nk=k=59.70?8.00=477.60(kN) 动力系数： 11 2828=1+=1.50000 40+L40+16 Np136.00 a=0.1898 1+Nk1.5000?477.60 1+=1+ 活

20、载发展均衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729-0.1898)=1.0138 总内力： NI=Np+(1+)Nk=136.00-1.0138?1.5000?477.60 =862.32(kN) 1818=1+=1.3214 40+L40+161616 动力运营系数： 1+f=1+ 则计算疲劳时的最大内力为： =767.11(kN)Nmax=Np+(1+f)Nk=136.00+1.3214?477.60 8. 吊杆A3E3: 影响线最大纵距： y=1.00 影响线面积： =0.5L?y=0.5?16?1=8.00(m) 恒载内力： NP=p=17?8.00=136.00(kN) 静

21、活载内力： Nk=k=59.70?8.00=477.60(kN) 动力系数： 2828=1+=1.50000 40+L40+16 Np136.00 a=0.1898 1+Nk1.5000?477.60 1+=1+ 活载发展均衡系数： =1+(amax-a)=1+(0.2729-0.1898)=1.0138 总内力： NI=Np+(1+)Nk=136.00-1.0138?1.5000?477.60 =862.32(kN) 1818=1+=1.3214 40+L40+161616 动力运营系数： 1+f=1+ 则计算疲劳时的最大内力为： 12 Nmax=Np+(1+f)Nk=136.00+1.32

22、14?477.60 =767.11(kN) 13 第三章 主桁杆件截面设计与检算 一、下弦杆E0E2的设计 设计资料： 设计最大内力：1212.35kN；设计疲劳应力：Nmax=1126.81kN，Nmin=247.27kN；杆件几何长度：8m，材料：Q370qD。 铁路简支钢桁架桥的主桁下弦杆都是受拉杆件，内力较大且反复变化，一般由疲劳强度控制设计。 (1) 计算所需的净截面面积。由钢桥构造与设计附表2及表 1.5查得疲劳容许应力幅?=130.7MPa，取=1.0，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： Nmax-Nmin(1126.81-247.27)?103 Aj=6729.4mm2

23、?1.0?130.7() 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： Am=Aj 0.85=7917.0mm2 () (2) 选取截面形式为H形（见下图），截面组成为： 竖板：2-440mm?10mm 水平板：1-380mm?10mm 每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm 提供毛截面面积： Am=12600(mm2) 栓孔削弱的面积： ?A=8?23?10=1840(mm2) 净截面面积： Aj=Am-?A=12600-1840=10760mm2>6729.4mm2 (可) ()()截面提供的惯性矩： 14 Ix=3.8042?108(mm4),Iy=1.4201?108(mm4) 回转半径 r

24、x=173.76(mm),ry=106.16(mm) (3) 强度和刚度检算。强度检算： Nmax1212.35?103 =112.67(MPa)<210(MPa) (可) Aj10760 由于实际净截面面积大于所需净截面面积，疲劳强度自动满足，故不必再检算。 刚度检算： l0x8000=46.04<=100 rx173.76 l8000=75.36<=100 (可) y=0y=ry106.16 x= 二、下弦杆E2E2的设计 设计资料： 设计最大内力：2075.79kN；设计疲劳应力：Nmax=1935.22kN，Nmin=445.09kN；杆件几何长度：8m，材料：Q37

25、0qD。 铁路简支钢桁架桥的主桁下弦杆都是受拉杆件，内力较大且反复变化，一般由疲劳强度控制设计。 (1) 计算所需的净截面面积。由钢桥构造与设计附表2及表 1.5查得疲劳容许应力幅?=130.7MPa，取=1.0，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： Nmax-Nmin(1935.22-445.09)?103 Aj=11401.2mm2 ?1.0?130.7() 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： Am=Aj 0.85=13413.1mm2 () (2) 选取截面形式为H形（见下图），截面组成为： 15 竖板：2-440mm?14mm 水平板：1-372mm?10mm 每侧布置4排栓孔，

26、孔径d=23mm 提供毛截面面积： Am=16040(mm2) 栓孔削弱的面积： ?A=8?23?14=2576(mm2) 净截面面积： Aj=Am-?A=16040-2576=13464mm2>11401.2mm2 (可) ()() 截面提供的惯性矩： Ix=5.0201?108(mm4),Iy=1.9879?108(mm4) 回转半径 rx=176.91(mm),ry=111.33(mm) (3) 强度和刚度检算。强度检算： Nmax1935.22?103 =143.73(MPa)<210(MPa) (可) Aj13464 由于实际净截面面积大于所需净截面面积，疲劳强度自动满足

27、，故不必再检算。 刚度检算： l0x8000=45.22<=100 rx176.91 l0y8000=71.86<=100 (可) yry111.33 x= 三、上弦杆A1A3的设计 设计资料： 设计最大内力：-1872.41kN；杆件几何长度：8m，材料：Q370qD。 上弦杆A1A3为受压杆件，由整体稳定控制设计。 (1) 选定H形截面，并假定杆件的长细比=70，查附表4求得整体稳定容许应力折减系数?1=0.609，则所需的毛截面面积为： N1872.41?103 .8mm2 Am=?=0.609?210=14640 1() (2) 选取截面形式为H形（见下图），截面组成为：

28、16 竖板：2-440mm?16mm 水平板：1-368mm?12mm 每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm 提供毛截面面积： =18496(mm2)>14640.8(mm2) (可) 截面提供的惯性矩： Ix=5.6918?108(mm4),Iy=2.2721?108(mm4) 回转半径 rx=175.42(mm),ry=110.83(mm) (3) 整体稳定检算。杆件计算长度l0x=l0y=l=8m，长细比： l0y8000l0x8000=72.18 =45.60,y= x=r110.83rx175.42yAm=2?440?16+368?12 由=72.18查表得?1=0.595，则：

29、 N1872.41?103 =170.14(MPa)<210(MPa) ?1Am0.595?18496 (4)局部稳定检算。竖板：当杆件的长细比>50时，桥规要求板件的宽厚比0.14+5，现 220=13.75<0.14?72.18+5=15.11 (可) 16 水平板：当杆件的长细比>50时，桥规要求板件的宽厚比bt =btb0.4+10，现 t b368=30.67<0.4?72.18+10=38.87 (可) =t12 (5)刚度检算。长细比max=72.18<=100 (可) 四、斜杆E2A3的设计 设计资料： 17 设计内力：296.71kN,-7

30、91.14kN；设计疲劳内力：Nmax=226.51kN，Nmin=-702.53kN；杆件几何长度l=13.6m，材料：Q370qD； 该斜杆是受拉兼受压杆件，由疲劳强度控制设计。 (1) 计算所需的净截面面积。由附表2及表1.5查得疲劳容许应力幅=130.7MPa，取=1.0，根据疲劳强度条件，所需的净截面面积为： Nmax-Nmin(226.51+702.53)?103 Aj=7108.2mm2 ()1.0?130.7 (2) 选取截面形式为H形（见下图），截面组成为： 竖板：2-440mm?14mm 水平板：1-372mm?10mm 每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm 提供毛截面面积：

31、 Am=16040(mm2) 栓孔削弱的面积： ?A=8?23?10=1840(mm2) 净截面面积： Aj=Am-?A =16040-1840=14200(mm2)>7108.2(mm2) (可) 截面提供的惯性矩： Ix=5.0201?108(mm4),I4 y=1.9879?108(mm) 回转半径 rx=176.91(mm),ry=111.33(mm) (3) 刚度检算。杆件计算长度： l0x=13601(mm) (主桁平面外) l0y=0.8?13601=10881(mm) (主桁平面内) 18 l0x13601=76.88<=100 rx176.91 l10881=97

32、.74<=100 y=0y=ry111.33长细比：x= (4) 整体稳定性检算。由y=97.74查表得?1=0.437，则 N791.14?103 =112.87(MPa)<210(MPa) (可) ?1Am0.437?16040 (5) 局部稳定性检算。竖板： = 水平板： =b t372=37.2<0.4?97.74+10=49.10 10bt220=15.71<0.14?97.74+5=18.68 14 (6) 强度检算。 Nmax791.14?103 =73.53(MPa)<210(MPa) (可) Aj10760 五、斜杆A1E2的设计 设计资料： 设

33、计最大内力：1212.35kN；设计疲劳应力：Nmax=1265.98kN，Nmin=152.97kN；杆件几何长度：8m，材料：Q370qD。 该斜杆是受拉杆件，内力较大且反复变化，一般由疲劳强度控制设计。 (1) 计算所需的净截面面积。由附表2及表1.5查得疲劳容许应力幅?=130.7MPa，取=1.0，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： Nmax-Nmin(1265.98-152.97)?103 Aj=8515.72mm2 1.0?130.7() 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： Am=Aj 0.85=10018.50mm2 () (2) 选取截面形式为H形（见下图），截面组成

34、为： 19 竖板：2-440mm?10mm 水平板：1-380mm?10mm 每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm 提供毛截面面积： Am=12600(mm2) 栓孔削弱的面积： ?A=8?23?10=1840(mm2) 净截面面积： Aj=Am-?A=12600-1840=10760mm2>8515.72mm2 (可) ()() 截面提供的惯性矩： Ix=3.8042?108(mm4),Iy=1.4201?108(mm4) 回转半径 rx=173.76(mm),ry=106.16(mm) (3) 强度和刚度检算。强度检算： Nmax1379.99?103 =128.25(MPa)<

35、210(MPa) (可) Aj10760 由于实际净截面面积大于所需净截面面积，疲劳强度自动满足，故不必再检算。 刚度检算： l0x8000=46.04<=100 rx173.76 l0y8000=75.36<=100 (可) yry106.16 x= 六、吊杆A3E3的设计 设计资料： 设计最大内力：862.32kN；设计疲劳应力：Nmax=767.11kN，Nmin=136.00kN；杆件几何长度：8m，材料：Q370qD。 20 该吊杆是受拉杆件，内力较大且反复变化，一般由疲劳强度控制设计。 (1) 计算所需的净截面面积。由附表2及表1.5查得疲劳容许应力幅?=130.7MP

36、a，取=1.0，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： Nmax-Nmin(767.11-136.00)?103 Aj=4828.72mm2 1.0?130.7() 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： Am=Aj 0.85=5680.85mm2 () (2) 选取截面形式为H形（见下图），截面组成为： 竖板：2-260mm?10mm 水平板：1-380mm?10mm 每侧布置4排栓孔，孔径d=23mm 提供毛截面面积： Am=9000(mm2) 栓孔削弱的面积： ?A=4?23?10=920(mm2) 净截面面积： Aj=Am-?A=9000-920=8080mm2>4828.72m

37、m2 (可) ()() 截面提供的惯性矩： Ix=2.4350?108(mm4),Iy=2.9325?107(mm4) 回转半径 rx=164.49(mm),ry=57.08(mm) (3) 强度和刚度检算。强度检算： Nmax862.32?103 =106.72(MPa)<210(MPa) (可) Aj8080 由于实际净截面面积大于所需净截面面积，疲劳强度自动满足，故不必再检算。 21 刚度检算： l0x8000=48.64<=180 rx164.49 l8000=140.15<=180 (可) y=0y=ry57.08 x= 22 第四章 节点设计与检算 说明：设计并检算主桁下弦大节点E2 一、主桁下弦大节点E2的构造 如3号图所示的主桁下弦节点E2，在主桁平面内有五根杆件在此 交汇，弦杆之间的竖板采用双面拼接。外拼接板是节点板，内拼接板被弦杆腹板分为上下两块，如果节点左右两侧的竖板厚度不同，则