M钢桥课程设计.doc
《M钢桥课程设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《M钢桥课程设计.doc（37页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
西南交通大学钢桥课程设计
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：
文曙东
设计时间：
2010年12月
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 2
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
第二节横向风力作用下的主桁杆件附加力计算 7
第三节制动力作用下的主桁杆件附加力计算 8
第四节疲劳内力计算 10
第五节主桁杆件内力组合 11
第三章主桁杆件截面设计 14
第一节下弦杆截面设计 14
第二节上弦杆截面设计 16
第三节端斜杆截面设计 17
第四节中间斜杆截面设计 19
第五节吊杆截面设计 20
第六节腹杆高强度螺栓计算 22
第四章弦杆拼接计算和下弦端节点设计 23
第一节E2节点弦杆拼接计算 23
第二节E0节点弦杆拼接计算 24
第三节下弦端节点设计 25
第五章挠度计算和预拱度设计 27
第一节挠度计算 27
第二节预拱度设计 28
第六章桁架桥梁空间模型计算 29
第一节建立空间详细模型 29
第二节恒载竖向变形计算 30
第三节活载内力和应力计算 30
第四节自振特性计算 31
第七章设计总结 32
25
单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计
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）。
2结构轮廓尺寸：
计算跨度L=79m，钢梁分10个节间，节间长度d=L/10=7.9m，主桁高度H=11d/8=11×7.9/8=10.9m，主桁中心距B=5.75m，纵梁中心距b=2.0m，纵梁计算宽度B0=5.30m，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ZG35II、辊轴采用35号锻钢。
4活载等级：
中—活载。
5恒载
（1）主桁计算
桥面p1=10kN/m，桥面系p2=6.29kN/m，主桁架p3=14.51kN/m，
联结系p4=2.74kN/m，检查设备p5=1.02kN/m，
螺栓、螺母和垫圈p6=0.02（p2+p3+p4），焊缝p7=0.015（p2+p3+p4）;
（2）纵梁、横梁计算
纵梁（每线）p8=4.73kN/m（未包括桥面），横梁（每片）p9=2.10kN/m。
6风力强度W0=1.25kPa，K1K2K3=1.0。
7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。
高强度螺栓设计预拉力P=200kN，抗滑移系数μ0=0.45。
第二节设计内容
1主桁杆件内力计算；
2主桁杆件截面设计
3弦杆拼接计算和下弦端节点设计；
4挠度验算和上拱度设计；
5空间分析模型的全桥计算。
第三节设计要求
1主桁内力计算结果和截面设计计算结果汇总成表格。
2主桁内力计算表格项目包括：
加载长度l、顶点位α、面积Ω、总面积ΣΩ、Np、k、Nk=kΩ、1+μ、（1+μ）Nk、a、amax-a、η、η（1+μ）Nk、NS、平纵联风力Nw、桥门架风力Nw’、制动力NT、主力NI=Np+（1+μ）Nk+NS、主+风NII=NI+NW（NW'）、主+风弯矩MII、主+制NIII=NI+NT、主+制弯矩MIII、NC=max{NI,NII/1.2,NIII/1.25}、1+μf、Nn=Np+（1+μf）Nk、吊杆下端弯矩MB。
3主桁内力计算和截面设计计算推荐采用MicrosoftExcel电子表格辅助完成。
4步骤清楚，计算正确，文图工整。
5设计文件排版格式严格要求如下：
（1）版面按照A4纸张设置，竖排（个别表格可以横排），页边距推荐为上2cm、下2cm、左2.5cm、右1.5cm、页眉1.5cm、页脚1.75cm。
（2）设计文件要求采用单一的PDF文件格式，按封面、目录、正文（包括表格、插图）、节点图顺序，正文起始页码为第1页。
（3）特别要求正文采用四号宋体和TimesNewRoman字体，段落采用单倍行距、段前0行、段后0.5行，不设置文档网络的自动右缩进、不设置文档网络的对齐网格；章名采用二号黑体居中（新章起页，章名前空两行）；节名采用三号黑体居中（节名前、后空一行）；
（4）特别要求正文内的表格完整、表格排版符合页宽要求。
（5）特别要求正文内的图形和节点图完整、清晰。
第二章主桁杆件内力计算
第一节主力作用下主桁杆件内力计算
1恒载
桥面p1＝10kN/m，桥面系 p2＝6.29kN/m, 主桁架p3＝14.51，联结系 p4＝2.74kN/m，
检查设备p5＝1.02kN/m，
螺栓、螺母和垫圈p6＝0.02（p2+p3+p4），焊缝p7＝0.015（p2+p3+p4）
每片主桁所受恒载强度
p＝[10+6.29+14.51+2.74+1.02+0.02（6.29+14.51+2.74）+0.015（6.29+14.51+2.74）]/2
＝17.69kN/m，
近似采用p ＝18kN/m。
2影响线面积计算
（1）弦杆
影响线最大纵距
影响线面积
A1A3：
l1＝15.6，l2＝63.4，α＝0.2
，
E2E4：
l1＝23.6，l2＝55.4，α＝0.3，
其余弦杆计算方法同上,计算结果列于下表2.1中。
（2）斜杆
，，
式中
E0A1：
l1＝7.5，l2＝71.5，α＝0.1
A3E4：
其余斜杆按上述方法计算
（3）吊杆
3恒载内力
4活载内力
（1） 换算均布活载k
按α及加载长度l查表求得例如
（2）冲击系数
弦杆，斜杆：
吊杆：
（3）静活载内力
（4）活载发展均衡系数
活载发展均衡系数：
5，列车横向摇摆力产生的弦杆内力
横向摇摆力取S＝100kN作为一个集中荷载取最不利位置加载，水平作用在钢
轨顶面。
摇摆力在上下平纵联的分配系数如下：
桥面系所在平面分配系数为1.0，
9
另一平面为0.2。
上平纵联所受的荷载S上＝0.2×100＝20kN,
下平纵联所受的荷载S下＝1.0×100＝100kN。
摇摆力作用下的弦杆内力Ns＝yS,y为弦杆在简支平纵联桁架的影响线纵距,例如：
上弦杆A1A3长度为两个节间，受力较大的为第二个节间，其影响线顶点对应于该节间交叉斜杆的交点O，影响线纵距：
第二节横向风力作用下的主桁杆件附加力计算
1.平纵联效应的弦杆附加力
依设计任务书要求，风压W＝K1K2K3W0＝1.0×1.25kPa,故有车风压
W’＝0.8W＝1.0kPa。
（1）下平纵联的有车均布风荷载
桁高H＝10.9m，h＝纵梁高+钢轨轨木高＝1.29+0.4＝1.69m
w下＝[0.5×0.4×H+（1-0.4）×（h+3）]W’＝[0.5×0.4×10.9+（1-0.4）×（1.69+3）]×
1.0＝4.994kN/m
（2）上平纵联的有车均布风荷载
w上＝[0.5×0.4×H+0.2×（1-0.4）×（h+3）]W’
=[0.5×0.4×10.9+0.2×（1-0.4）×（1.69+3）]×1.0＝2.74kN/m
（3）弦杆内力
弦杆横向风力影响线顶点对应位置和纵距同上述的摇摆力计算。
上弦杆A1A3在均布风荷载w上作用下的内力
为：
2桥门架效应的端斜杆和端下弦杆附加力
桥门架所受总风力
计算结果列在表2.1中。
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x=9.78m
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
2端斜杆制动力计算
E0E1杆力影响线顶点位置离左端点支点7.9m，设将列车荷载的第4轴重Pl置于影响线顶点处。
因为影响线为三角形，故根据结构力学所述的法则，若满足下列条件，则该活载位置是产生最大杆力时的荷载
将第3轴重或第5放到顶点位置上均不满足上述条件，故将上述活载即为产生最大杆力时的活载。
制动力所产生的杆件内力Nt和M2：
轴向力
下弦杆弯矩
第四节疲劳内力计算
1.疲劳轴力
疲劳荷载组合包括设计载荷中的恒载和活载（包括冲击力、离心力，但不考虑活载发展系数）。
列车竖向活载包括竖向动力作用时，应将列车竖向静活载乘以运营动力系数（1+μf）。
同时，第4.3.5条又规定，焊接及非焊接（栓接）构件及连接均需进行疲劳强度检算，当疲劳应力均为压应力时，可不检算疲劳。
疲劳计算采用动力运营系数
弦，斜杆：
吊杆：
其余计算内力见表2-1。
2吊杆疲劳弯矩
作用在纵梁上的恒载p=9.73KN|m
由恒载产生纵梁对横梁的作用力Np=76.867KN
当L=16m和a=0.5时，k=59.7KN\m
由活载产生纵梁对横梁的作用力
由恒载产生的简支梁弯矩
由静活载产生的简支梁弯矩
冲击系数
第五节主桁杆件内力组合
1主力组合
2主力和附加力组合
表 2.1主桁杆件内力计算
第三章主桁杆件截面设计
第一节下弦杆截面设计
一、中间下弦杆E4E4'
1 初选杆件截面
选用腹板1-412×24
翼缘2-460×36
每侧有4排栓孔，孔径d＝23mm;
毛截面Am＝2×46×3.6＋41.2×2.4＝430.08cm2
栓孔削弱面积ΔA＝2×4×3.6×2.3＝66.24cm2
净截面面积Aj＝Am-ΔA＝430.08-66.24=363.84cm2
2 刚度验算
杆件自由长度
通过验算。
无需验算。
3拉力强度验算
式中γ为板厚的修正系数，依《钢桥规范》3.2.1条及其条文说明，查“续说
明表3.2.1”，对于Q345q，35≤tmax≤50mm板厚γ＝315/345＝0.913。
4疲劳强度验算
由表2.1可知Nmin＝1309.09kN、Nmax＝4997.45kN得
拉——拉杆件验算式：
式中线路系数=1.0，
损伤修正系数=1.0，
板厚修正系数
查规范表3.27-2的杆件验算截面为第Ⅲ类疲劳等级，查表3.27-1知其疲劳容
许应力[σ0]＝130.7MPa
故1.0×1.0×（137.35-35.98）＝101.37MPa
≤0.912×130.7＝119.20MPa，通过验算。
二、端下弦杆E0E2
1 初选截面
选用腹板1-428×12
翼缘2-460×16
毛、净截面面积、毛截面惯性矩计算方法同上
净截面惯性矩Iyj＝Iy-ΔIy＝25962-1.6×2.3×4×（92+172）＝20515.6cm4
2刚度验算
λy＝69.06≤[λ]＝100，通过验算。
3 拉力强度验算
（1） 主力作用
NI＝2177.22kN
（2）主力＋制动力作用
NII＝2418.78kN，制动力弯矩MII＝36.16kN·m
1.25为主力＋制动附加力作用验算的放大系数。
4 疲劳强度验算
由表2.1可知Nmin＝471.27kN、Nmax＝1891.82kN得
拉——拉杆件验算式：
故通过验算。
第二节 上弦杆截面设计
以上弦杆A1A3为例。
1 初选截面
选用腹板1-412×18、翼缘2-460×24
2刚度检算
λy＝69.61≤[λ]＝100，通过验算。
3 总体稳定验算
由λy＝69.61，查表内插求得φ1＝0.6116
通过验算
4局部稳定验算
（1）翼缘板
按照《钢桥规范》，查表5.3.3，当时，板件的宽厚比
翼缘板
（2）腹板
按照《钢桥规范》，查表5.3.3，当时，板件的宽厚比
腹板通过验算
同理，设计计算其他上弦杆。
第三节端斜杆截面设计
1 初选截面
选用腹板1-412×18、翼缘2-600×24
截面面积，惯性矩计算方法同上。
2 刚度验算
λy＝91.28，λx＝79.24≤[λ]＝100，通过验算。
3 总体稳定验算
（1） 主力作用
由λy＝79.24，查表得φ1＝0.549
（2） 主力＋横向风力作用
端斜杆E0A1在主力作用下为受压杆件，在主力与横向力作用下为压弯杆。
附
加力为横向力时，弯矩作用于主平面外。
参照《钢桥规范》第4.2.2条规定，对受压并在一个主平面内受弯曲的杆件，总稳定性计算公式为
换算长细比，查表得
式中——系数，焊接杆件取1.8；
——杆件两翼缘板外缘距离，即截面宽度，。
因端斜杆采用H形截面，且失稳平面为主桁平面，和弯矩作用平面不一致。
按《钢桥规范》第4.2.2条，此可用作。
所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值
式中——构件在弯矩作用平面内的长细比；
——钢材的弹性模量（MPa）;
——压杆容许应力安全系数。
主力组合时取用，应按主力组合采用；主力加附加力组合时取用，应按主力加附加力组合采用。
主力+制动力作用
依照《钢桥规范》4.2.2条规定，当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时，
所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值
局部稳定验算
同上，见表3.1。
第四节中间斜杆截面设计
以斜杆E4A5为例。
1初选截面
选用腹板1-428×10、翼缘2-460×16
截面面积、惯性矩计算方法同上。
2刚度验算
λmax＝λy＝91.28≤100，通过验算
3总体稳定验算
由λmax＝λy＝91.28，查表内插得φ1＝0.465
通过验算
4局部稳定验算
（1）翼缘板
按照《钢桥规范》，查表5.3.3，当λ≥50时，板件的宽厚比
翼缘板，通过验算。
（2）腹板
按照《钢桥规范》，查表5.3.3，当λ≥50时，板件的宽厚比
腹板，通过验算。
5疲劳检算
由表2.1可知Nmin＝-913.41kN、Nmax＝546.84kN得
可知E4A5为以压为主的拉压杆件，验算公式为
通过验算。
6拉力强度验算
杆件同时承受拉力，故还应验算其净截面的拉力强度
，通过验算。
第五节吊杆截面设计
1 初选截面
选用腹板1-436×10、翼缘2-260×12
截面面积，惯性矩计算方法同上。
2 刚度验算
《钢桥规范》规定仅受拉力且长度≤16m的腹杆容许最大长细比为180，由表3.1可知λx＝57.93，λy＝152.73≤180，通过验算。
3 疲劳强度验算
吊杆无附加力，在主力作用下，吊杆除受到轴力外，还受到横向钢架作用产生的弯矩，故应检算轴力与弯矩共同作用下的疲劳。
由表2.1可知Nmax＝774.43kN、Nmin＝144kN，
Mmax＝94.4kN.m、Mmin＝8.954kN.m
吊杆A1E1净截面积Aj＝94.96cm2，毛惯性矩Imx＝38224cm4。
栓孔惯性矩；
净惯性矩Ijx＝Imx-ΔIx＝38224-5541＝32683cm2
故rdrn（σmin-σmax）＝1.00×1.00×（147.99-21.47）＝126.52MPa
≤rt[σ0]＝1.00×130.70＝130.70MPa，通过验算。
哦表 3.1 主桁杆件验算总表
第六节腹杆高强度螺栓计算
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。
主桁腹杆杆端高强度螺栓个数n应满足。
为杆件的承载力，对于主桁杆件：
受拉杆件；
受压杆件；
受拉压杆件。
一下各取一杆件举例说明：
1拉杆
杆件承载力
螺栓数个；
2压杆
杆件承载力
螺栓数个；（至少取7排，共80个）
3拉压杆
杆件承载力
螺栓数个。
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
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％。
根据前面表3-1计算结果，杆（2-460×16，1-428×12）一半净面积为
杆（2-460×36，1-412×32）一半净面积为
节点板选用厚度
一块节点板作为外拼接板提供的面积
（取杆件高度46cm部分）
初选内拼接板为4-200×32（一侧两块），两块内拼接板净面积为
内外拼接板净面积为
2拼接螺栓和拼接板长度
单抗滑面高强螺栓的容许承载力为：
一侧节点板（外拼接板）所需高强螺栓
数：
一侧两块内拼接板所需高强螺栓数：
3内拼接板长度
内拼接板一侧40个高强度螺栓，排成10排，端距取50mm，其长度为
第二节E0节点弦杆拼接计算
1拼接板截面设计
根据前面表3-1计算结果，E0E2杆（2-460×16，1-428×12）一半净面积为
节点板选用厚度
一块节点板作为外拼接板提供的面积（取杆件高度46cm部分）
初选内拼接板为4-200×16（一侧两块），两块内拼接板净面积为
内外拼接板净面积为
通过验算。
2拼接螺栓和拼接板长度
单抗滑面高强螺栓的容许承载力为：
一侧节点板（外拼接板）所需高强螺栓：
个（至少取5排，共20个）
一侧两块内拼接板所需高强螺栓数：
个（至少取5排，共20个）
3内拼接板长度
内拼接板一侧20个高强度螺栓，排成5排，端距取50mm，其长度为
根据节点布置的实际需要，最后两块上端内侧内拼接板P1取200×16×
940，两块下端内侧内拼接板P4取210×16×940，满足验算要求。
第三节下弦端节点设计
根据端横梁高度、端斜杆一侧计算高强度螺栓数60.66个（至少取7排，共2×（6×6+1×4）＝80个）、节点板（弦杆一侧外拼接板）计算高强螺栓数16.68个（至少取5排、共20个，实际取7排、共28个）、一侧内拼接板计算高强螺栓数为18.63个（至少取5排，共20个）、长度为940mm等要求，画图、布置、设计下弦端节点如下图
E0节点构造图
第五章挠度计算和预拱度设计
第一节挠度计算
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。
挠度计算见表5-1
表3钢桁架单位均布荷载挠度计算表
杆件
加载点位置α
毛截面积Am
杆件长度l
N0=∑Ω
N1
单位
cm2
cm
kN
kN
cm
A1A3
0.2
295
1492
-43.4
-0.73
0.015
A3A5
0.4
426.24
1492
-65.1
-1.45
0.031
E0E2
0.1
154
1492
24.41
0.36
0.008
E2E4
0.3
463.04
1492
56.97
1.09
0.019
E4E4，
0.5
393.28
746
67.82
1.82
0.022
E0A1
0.1
362.2
1268
-41.5
-0.62
0.009
A1E2
0.1
190
1268
32.29
0.62
0.013
E2A3
0.1
234.4
1268
-23.1
-0.62
0.007
A3E4
0.1
190
1268
13.84
0.62
0.005
E4A5
0.1
190
1268
-4.61
-0.62
0.002
E5A5
0.5
106
1026
7.46
1
0.007
0.138
恒载产生的挠度：
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δd（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，单位为m，单位为cm
，故
表5-2中给出各节点实设上拱度。
表4下弦各节点预拱度设置
节点
E0
E1
E2
E3
E4
E5
E4，
E3，
E2，
E1，
E0，
纵坐标x（m）
-39.5
-31.6
-23.7
-15.8
-7.9
0.00
7.9
15.8
23.7
31.6
39.5
fm（cm）
0
1.57
3.32
4.56
5.31
5.56
5.31
4.56
3.32
1.57
0
第六章桁架桥梁空间模型计
升级会员 