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1、西南交通大学峨眉校区钢桥课程设计单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计姓 名：学 号：班 级：电 话：电子邮件：指导老师： 设计时间： 目 录第一章 设计资料1第一节 基本资料1第二节 设计内容2第三节 设计要求3第二章 主桁杆件内力计算3第一节 主力作用下主桁杆件内力计算3第二节 横向附加力作用下的主桁杆件内力计算6第三节制动力作用下的主桁杆件内力计算9第四节主桁杆件的内力计算的确定9第三章 主桁杆件截面设计13第一节 下弦杆计算13第二节 上弦杆的计算17第三节 端斜杆的计算17第四节 腹杆计算20第五节杆端高强螺栓计算24第四章 拼接板和节点板的计算26第一节 弦杆拼接计算26第二节节点
2、板计算27第五章 挠度计算及预拱度设计30第一节 挠度计算30第二节 预拱度设计31 第一章 设计资料 第一节 基本资料1 设计规范：铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005) 铁路桥梁钢结构设计规范(TB10002.2-2005) 钢桥构造与设计 苏彦江主编2 结构轮廓尺寸：计算跨度L75.8m，钢梁分10个节间，节间长度dL/10=7.58m，主桁高度H11d/8=10.42m，主桁中心距B5.75m，纵梁中心距b2.0m，纵联计算宽度B5.30m，采用明桥面、双侧人行道。3 材料：主桁杆件材料Q345q，板厚40mm，高强度螺栓采用40B，精制螺栓采用BL3，支座铸件采用ZG3
3、5 II、辊轴采用35号锻钢。4 活载等级：中荷载5 恒载 (1) 主桁计算桥面p110kN/m，桥面系p26.29kN/m，主桁架p314.51kN/m，联结系p42.74kN/m，检查设备p51.02kN/m，螺栓、螺母和垫圈p60.02(p2p3p4)=0.47kN/m，焊缝p70.015(p2p3p4)=0.35kN/m；(2) 纵梁、横梁计算纵梁(每线)p84.73kN/m(未包括桥面)，横梁(每片)p92.10kN/m。6 风力强度W01.25kN/m2，K1K2K31.0。7 连接：工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精制螺栓，栓径均为22mm、孔径均为23mm。
4、高强度螺栓设计预拉力P200kN，抗滑移系数00.45。第二节 设计内容1 主桁各杆件内力计算；2 主桁各杆件截面设计；3 挠度验算及上拱度设计；4 绘制E2节点图。第三节 设计要求主桁内力计算、设计汇总成表格；主桁内力计算表格项目包括： l、p、Np、k、Nk、1、1f、(1)Nk、a、纵联风力、桥门架效应风力与弯矩、制动力与弯矩、NI、NII、NIII、NC、疲劳计算内力Nnmin、Nnmax、弯矩Mnmin、Mnmax； 主桁内力计算推荐应用Microsoft Excel电子表格； 步骤清楚，计算正确，文图工整、装订成册。第2章 主桁杆件内力计算第1节 主力作用下主桁杆件内力计算1、恒载
5、假定 桥面 p110kN/m，桥面系p26.29kN/m 主桁架 p314.51KN/m，联结系p42.74kN/m 检查设备 p51.02kN/m，螺栓、螺母和垫圈 p60.47kN/m，焊缝 p70.35kN/m每片主桁所受恒载强度 2、 活载计算静活载换算均布活载k，由所求杆件内力的影响线最大纵坐标位置和加载长度L查表求的。例如：弦杆E2E4 斜杆 吊杆 其余斜杆按上述方法计算 并将其结果列于表中2-13、 恒载内力和活载内力：采用影响线面积法求恒载内力和活载内力。例如：弦杆E2E4 影响线最大纵距： 影响线面积 恒载内力 静活载内力动力系数其余斜杆计算结果列于表中2-1，其中最大的为活
6、载发展均衡系数：弦杆的总内力为（静强度时的最大内力）：计算疲劳时，应该采用运营系数，且不考虑活载发展均衡系数，计算疲劳时的最大内力为：斜杆：由于该杆件的影响线有正负面积，分别进行计算。正影响线最大纵距：，正影响线面积：负影响线最大纵距：负影响线面积：正、负影响线面积代数和：恒载内力 活载内力正负影响线单独计算。！正面积部分：静活载内力动力系数活载发展均衡系数：正面积部分的总内力：计算疲劳时，应该采用运营系数，且不考虑活载发展均衡系数，计算疲劳时的最大内力为：！负面积部分：静活载内力动力系数负面积部分的总内力：动力运营系数计算疲劳时的最大内力为：吊杆 影响线最大纵距： 影响线面积： 恒载内力 静
7、活载内力动力系数活载发展均衡系数：总内力：动力运营系数计算疲劳时的最大内力为：其余斜杆按上述方法计算 并将其结果列于表中2-1 第二节 横向附加力作用下的主桁杆件内力计算1、 横向力作用下的平纵联弦杆的内力计算(1) 平纵联上横向风力分布集度计算，只考虑桥上有车的情况。按照桥规，风压 WK1K2K3W01.01.25kPa=1250Pa(无车）风压 （有车）。 桥上有车时，作用在上平纵联上的横向风力分布集度为 作用在上平纵联上的横向风力分布集度为： 作用在上平纵联上的横向风力分布集度为： 作用在下平纵联上的横向风力分布集度为： 由于风力和列车摇摆力同时达到最大值的可能性较小，故两者不叠加，取交
8、大值验算。对上平纵联取进行计算，对下平纵联取进行计算。（2） 平纵联弦杆内力计算。采用影响线面积法，算例如下：上平纵联弦杆如图所示，对O点的力矩影响线纵距为： 影响线面积为： 弦杆内力为： 下平纵联弦杆如图所示，对O点的力矩影响线纵距为： 影响线面积为： 弦杆内力为： 其余节间弦杆内力可由同法求得，结果归入表2-1（3） 桥门架效应产生的杆件内力计算。作用在桥门架上的水平力为： 腿杆的反弯点位置： 腿杆的的水平反力H和竖直反力V分别为： 水平反力使端斜杆产生的附加弯矩： 竖向反力使弦杆产生的附加力 第三节 制动力作用下的主桁杆件附加力计算1、下弦杆制动力计算 以下弦杆 E2E4为例，将活载作如
9、图所示的布置，根据结构力学方法，当三角形影响线顶点左边的活载之和等于右边之和时，为产生最大杆力的活载布置位置。 解得：故桥上活载总重=在主力作用下的内力已计入冲击系数，制动力按静活载的7%计算：制动力 制动力作用下弦杆的内力为正负号表示列车行驶方向的不同，牵引力或制动力产生的内力为拉力或压力。其余节间弦杆内力可由同法求得，结果归入表2-1 第三章 主桁杆件截面设计第一节 下弦杆的设计由表2-1的资料可知设计最大内力：4281.06KN；设计疲劳内力：,，杆件几何长度：7.58m，材料Q345qD,由疲劳强度控制设计。（1） 计算所需的净截面面积。查表得到的疲劳应力幅，取。根据疲劳强度条件可知所
10、需的净截面面积为： 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： （2） 选取截面形式为H形，截面组成为： 竖板： 2-460mm30mm水平板： 1-400mm12mm 每侧布置四孔螺栓，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： 截面惯性矩计算结果： 截面回转半径计算结果： （3） 强度和刚度计算。强度验算： （可以）由于实际净截面面积大于所需净截面面积，疲劳强度自动满足要求，故不必再进行检算。刚度验算： 第二节 下弦杆的设计由表2-1的资料可知 设计最大内力：1899.60KN；设计疲劳内力：,，杆件几何长度：7.58m，材料Q345qD。 由于杆件为端下弦杆，除受设计内力外，还有制动
11、力产生的附加弯矩作用，先按疲劳强度设计，在按拉-弯构件进行强度检算（1）计算所需的净截面面积。查表得到的疲劳应力幅，取。根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： （2）选取截面形式为H形，截面组成为： 竖板： 2-460mm12mm水平板： 1-436mm10mm 每侧布置四孔螺栓，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： 截面惯性矩计算结果： 截面回转半径计算结果： 计算弯矩时还需要净截面惯性矩，栓孔所占面积对y-y轴的惯性矩为： 则截面对y-y轴的净惯性矩为： （3） 强度和刚度计算。已经求的制动力对下弦杆产生的制动力,由于制动力对固定铰支
12、座中心的偏心距，故产生的附加弯矩，该附加弯矩对下弦杆的分配弯矩为 （可以）刚度验算： 第三节 上弦杆的设计设计最大内力：-3316.76KN；杆件几何长度：7.58m，材料Q345qD。此杆为受压杆件，由整体稳定控制设计。（1） 选定H型截面，并假定杆件的长细比，查表得到的整体稳定允许应力折减系数，则所需要的毛截面面积为： （2）选取截面尺寸，截面组成为： 竖板： 2-460mm30mm水平板： 1-400mm12mm 每侧布置四孔螺栓，孔径提供毛截面面积： 惯性矩：；回转半径（3） 整体稳定性验算。杆件计算长度，长细比：， 可以（4） 局部稳定检算。竖板： 可水平板： 可以（5） 刚度检算。
13、长细比 可以第四节 端斜杆的设计设计最大内力（主力）：N=-3252.80KN；附加力（风力）：；此杆件为压弯杆件，先按主力作用下的轴心受压杆设计截面，然后按压弯构件进行各项检算。（1）选定H型截面，并假定杆件的长细比，查表得到的整体稳定允许应力折减系数，则所需要的毛截面面积为： （2）选取截面尺寸，截面组成为： 竖板： 2-600mm20mm水平板： 1-420mm12mm 每侧布置四孔螺栓，孔径提供毛截面面积： 惯性矩：；回转半径杆件计算长度：长细比：（3） 整体稳定性验算。由查得换算长细比：因为所以（4）强度检算。主力+风力：主力+制动力：制动力引起的弯矩对该杆的分配弯矩为 （5）局部稳
14、定检算。竖板： 可水平板： 可以（6） 刚度检算。长细比 可以第五节 斜杆设计设计最大内力：1278.60KN，-201.95kN；设计疲劳内力：,，杆件几何长度：12.887m，材料Q345qD,由疲劳强度控制设计。（4） 计算所需的净截面面积。查表得到的疲劳应力幅，取。根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： （5） 选取截面形式为H形，截面组成为： 竖板： 2-460mm20mm水平板： 1-420mm12mm 每侧布置四孔螺栓，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： 截面惯性矩计算结果： 截面回转半径计算结果： （6） 强度和刚度计算
15、。强度验算： （可以）杆件计算长度：长细比：(4) 整体稳定性检算。根据查表得 第六节 竖杆设计设计最大内力：1021.43KN；设计疲劳内力：,，杆件几何长度：10.42m，材料Q345qD,此杆件为压弯杆件，先按主力作用下的轴心拉杆设计截面，然后按拉弯构件进行各项检算。（1)计算所需的净截面面积。查表得到的疲劳应力幅，取。根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： （2）选取截面形式为H形，截面组成为： 竖板： 2-260mm14mm水平板： 1-436mm12mm 每侧布置四孔螺栓，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： 截面惯性矩计算结
16、果： 截面回转半径计算结果： （3) 刚度检算。杆件几何长度 （4） 强度检算横梁截面的惯性矩：竖杆的截面惯性矩： 求竖杆对x-x轴的净截面惯性矩：栓孔所占面积对x-x轴的惯性矩为： 则截面对y-y轴的净惯性矩为： 疲劳强度检算： 第四章 弦杆拼接计算和下弦端节点设计第一节 E2节点弦杆拼接计算由于弦杆截面对称，故只需取半个截面进行计算。根据前表3-1计算结果，已知杆半净面积杆半净面积节点板选用厚度节点板供给面积1、拼接板截面设计钢桥规范第9.0.7 条规定，主桁受拉杆件拼接板净面积应比被拼接杆件净面积大10。拼接板与节点板共需面积拼接板需要净面积选用作2-20036为内拼接板，供给面积（接近
17、所需面积，故认为可以）2、拼接螺栓按照钢桥规范第6.1.1条，高强度螺栓容许抗滑承载力为：式中高强螺栓的容许抗滑承载力；高强螺栓连接处的抗滑面数；高强螺栓连接的钢材表面抗滑移系数，不大于0.45；高强螺栓的设计预拉力，为；安全系数，采用1.7。拼接板在节点中心截面承受循环内力，其承载力可近似按杆的疲劳强度确定。杆：节点板每端需要高强螺栓数：两块内拼接板每端共需要高强螺栓数：3、内拼接板长度内拼接板实用24个，排成4行6列，端距采用50mm,间距按节点板样板标准孔布置，可以得出内拼接板长度。 第二节 节点板计算为保证横梁长度一致，本算例各节点板均采用厚度节点板的平面尺寸要先根据端连接螺栓排列需要
18、拟定，再根据强度验算确定。1、 主桁下弦节点节点板平面尺寸按外形方正，裁制简便，有足够强度的原则，节点板214402822001、 主力作用下节点中心处节点板竖向截面的法向应力检算由表可知，由表2-1可知， ，,所以 作用力N = 3816.24kN由于下弦杆在E2节点中断，竖直最弱截面只包括节点板与拼接板面积，该截面面积计算如表4-1。节点板竖直截面面积计算表截面组合毛截面面积扣孔面积净面积2144028806.4193.2613.242003830469.92234.08合计1110.4263.12847.28(1)求截面中性轴的位置y0值(2)求毛截面绕弦杆中性轴的惯性矩：栓孔所以 弦杆
19、中心线至截面中性轴的距离(3)节点板上下边缘到中性轴的距离y上缘到中性轴的距离下缘到中性轴的距离(4)求法向应力节点板上缘 ： 节点板下缘: 2、 主力作用下腹杆与弦杆之间的节点板水平截面的剪应力检算作用于节点板截面上的水平剪力为： 净截面面积剪应力 3、 斜杆与节点板连接处节点板的撕裂应力根据前面表3-3计算结果，斜杆与杆的承载力分别为:，:由于节点板平面尺寸对称，故仅需检算杆引起的撕裂。按照钢规第9.0.8条规定，节点板任何连接截面的撕裂强度，应较各被连接杆件的强度至少大于10%。及撕裂面的强度应满足其中，垂直于被连接杆件中线的截面部分，如图截面，以及在主力作用下检算主桁节点板法向应力时采
20、用基本容许应力；与被连接杆件中线倾斜相交或平行的截面部分，在主力作用下检算主桁节点板剪应力时采用基本容许应力。第一撕裂面已知数据：。第二撕裂面已知数据：。第三撕裂面已知数据：。 第五章 挠度计算和预拱度设计第1节 挠度计算全桥满布单位均布荷载时简支桁架跨中挠度为：式中单位集中荷载作用在跨中时各杆件内力；全桥满布单位均布荷载时各杆内力，即杆件影响线总面积；、桁架各杆长度和毛截面积；钢材的弹性模量。跨中单位集中荷载作用下各杆内力分别为弦杆斜杆吊杆：其余竖杆 式中、 分别为影响线顶点位置及桁高；斜杆与弦杆夹角表5-1 杆件加载点位置毛截面面积杆件长度N1A1A30.2000 324.001516-4
21、4.10-0.730.015A3A50.4000 444.001516-66.15-1.450.033E0E20.1000 154.00151624.810.360.009E2E40.3000 324.00151657.881.090.029E4E40.5000 540.96151668.911.820.035E0A10.1000 290.401289-42.55-0.620.001 A1E20.1000 341.92128932.330.620.001 E2A30.1000 321.601289-25.51-0.620.001 A3E40.1000 234.40128918.750.620.
22、001 E4A50.1000 377.761289-13.01-0.620.000 A5E50.5000116.0010427.5810.001 0.126 恒载产生的挠度：，取2.27cm活载产生的挠度：式中 为影响线长、顶点时每片主桁的换算均布静活载第二节 预拱度设计钢桥规范要求当恒载和静活载挠度超过跨度的1/1600=4.74cm 时，应设上拱度。，故应设上拱度。按钢桥规范规定，下弦各节点应设拱度等于恒载加一半静活载所产生的挠度，跨中E5节点应设拱度：钢桁架起拱方法，采用将弦上每个节间伸长d(利用调节上弦节点栓孔位置使上杆件伸长)，杆长不变，形成拱度。由几何关系， 为节点到跨中的距离，
23、单位为m，单位为cm表5-2 下弦各节点预拱度设置节点E0E1E2E3E4E5X(m)-37.9-30.32-22.74-15.16-7.580.00 0.000 2.664 4.736 6.217 7.105 7.401 第7章 设计总结1、 通过本次课程设计，较好掌握如下问题：（1） 用影响线法求桁架杆件内力（2） 各杆件节点构造细节（3） 通过计算内力对各杆件截面进行计算（4） 用MIDAS软件对结构进行建模和静力和模态分析2、 本次课程设计还存在以下不足：（1） 在截面设计中并没有考虑到各杆件装配等的细节合理问题（2） 存在浪费截面设计偏于保守（3） 在midas的应用方面还有待提高3
24、、 通过本次课程设计和钢桥课程学习，我有如下体会和看法（1） 通过学习我了解了全球各地钢桥设计的不同理念（2） 希望能提供实际桥梁的清晰图纸对构造细节的学校（3） 通过学校案例教学能我们对实际桥梁工程问题的理解，对钢桥设计的一些影响使用和耐久的设计细节有一个直观的了解。方便我们对实际工程钢桥设计的一种直观感觉。4、 其他方面 本课程在学习的过程中感觉上课效率还不错，老师结合案例教学我们兴趣较浓。但在课后复习中还有一些问题。第8章 设计总结2、 通过本次课程设计，较好掌握如下问题：（5） 用影响线法求桁架杆件内力（6） 各杆件节点构造细节（7） 通过计算内力对各杆件截面进行计算（8） 用MIDA
25、S软件对结构进行建模和静力和模态分析3、 本次课程设计还存在以下不足：（4） 在截面设计中并没有考虑到各杆件装配等的细节合理问题（5） 存在浪费截面设计偏于保守（6） 在midas的应用方面还有待提高4、 通过本次课程设计和钢桥课程学习，我有如下体会和看法（4） 通过学习我了解了全球各地钢桥设计的不同理念（5） 希望能提供实际桥梁的清晰图纸对构造细节的学校（6） 通过学校案例教学能我们对实际桥梁工程问题的理解，对钢桥设计的一些影响使用和耐久的设计细节有一个直观的了解。方便我们对实际工程钢桥设计的一种直观感觉。5、 其他方面 本课程在学习的过程中感觉上课效率还不错，老师结合案例教学我们兴趣较浓。但在课后复习中还有一些问题。