畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）鐵路簡(jiǎn)支鋼板梁橋設(shè)計(jì)

1、第1章 緒 論1.1 簡(jiǎn)支鋼板梁橋的優(yōu)點(diǎn)及其在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展簡(jiǎn)支鋼板梁橋具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、強(qiáng)度高、自重輕、工廠化生產(chǎn)程度高、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)，早在20世紀(jì)50年代起，在日本、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)由于鋼材產(chǎn)量原因，20世紀(jì)90年代以前鋼橋的應(yīng)用僅限于鐵路橋梁，公路鋼橋的極少。20世紀(jì)90年代以后，由于大跨度橋梁建設(shè)的需要，鋼結(jié)構(gòu)橋梁有了很大的發(fā)展，特別是在大跨度懸索橋、斜拉橋和鋼管混凝土拱橋中得到廣泛應(yīng)用。但是，除城市高架橋、立交橋等特殊情況外，在中小跨徑橋梁中還是很少采用鋼橋。1.1.1 國(guó)內(nèi)鋼橋的發(fā)展史我國(guó)鋼橋的建設(shè)已經(jīng)有100多年的歷史，就鐵路鋼橋而言，解放前由于材料、設(shè)計(jì)水平、制

2、造水平、施工技術(shù)等條件的限制，當(dāng)時(shí)所建的鋼橋多是跨度很小的鋼板梁橋。解放后，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)鐵路鋼橋的整體技術(shù)水平有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，使結(jié)構(gòu)型式多樣化、橋梁規(guī)模大型化、鋼橋連接全焊化，這表現(xiàn)在鋼橋材料的不斷開(kāi)發(fā)利用，設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)手段的更新和提高，科研工作的不斷深化并及時(shí)應(yīng)用于設(shè)計(jì)、施工，同時(shí)施工、制造水平的提高。特別是近10年來(lái)，整體節(jié)點(diǎn)的出現(xiàn)使得焊接不但用于構(gòu)件組成，而且用于構(gòu)件的聯(lián)接，節(jié)省了鋼材用量并使結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量更加易于保障，結(jié)合梁的采用使鋼橋的應(yīng)用空間得到進(jìn)一步的拓展，主跨312m的蕪湖長(zhǎng)江公鐵兩用大橋的建成標(biāo)志著我國(guó)鐵路大跨度鋼橋的建設(shè)達(dá)到了一個(gè)新的高度。就公路橋梁而言

3、，20世紀(jì)80年代中期以前，由于國(guó)家鋼材缺乏，加之公路橋梁的中小跨度可以采用rc梁或pc梁予以解決，使得公路鋼橋極少采用鋼梁，20世紀(jì)80年代中期以后，尤其是近十年來(lái)，我國(guó)公路大跨度鋼橋得到了飛速的發(fā)展，無(wú)論是跨度還是設(shè)計(jì)制造技術(shù)都正在迅速向世界水平接近，其中已經(jīng)建成采用全焊鋼箱梁懸索橋的江陰長(zhǎng)江大橋主跨達(dá)1385m，居世界第4位，采用全焊鋼箱梁斜拉橋的南京長(zhǎng)江二橋南汊橋主跨達(dá)628m，居世界第3位?？梢哉f(shuō)，20世紀(jì)世界焊接鋼橋技術(shù)有了很大的發(fā)展，而20世紀(jì)的后10年，也是我國(guó)焊接鋼橋技術(shù)飛速發(fā)展并接近世界水平的黃金發(fā)展階段。1.1.2 國(guó)內(nèi)鋼橋的建設(shè)情況新中國(guó)成立后，建設(shè)面貌為之一新，各項(xiàng)建

4、設(shè)蓬勃發(fā)展，橋梁事業(yè)亦不例外，推動(dòng)我國(guó)鐵路鋼橋發(fā)展決定性作用的有武漢、南京、九江、蕪湖四座長(zhǎng)江上的橋梁。這四座大橋都是公鐵兩用橋，鐵路為雙線，公路為四車道。 武漢長(zhǎng)江大橋，新中國(guó)成立后的1950年即著手興建，正橋長(zhǎng)1156m，三聯(lián)三等跨128m的連續(xù)鋼桁梁，公鐵兩用橋。鋼梁的鋼材是進(jìn)口蘇聯(lián)的ct3m(三號(hào)橋梁鋼，屈服強(qiáng)度240mpa)技術(shù)有蘇聯(lián)專家援助，主要的還是我國(guó)自己設(shè)計(jì)和建造，是我國(guó)自力更生建設(shè)現(xiàn)代化橋梁的開(kāi)端。 南京長(zhǎng)江大橋，1958年規(guī)劃興建，1968年建成通車。正橋全長(zhǎng)1576m，計(jì)10孔，三聯(lián)3160m連續(xù)鋼桁梁加一孔128m簡(jiǎn)支梁，鋼材為屈服強(qiáng)度350mpa低合金鋼。新中國(guó)成立

5、后，我國(guó)被封鎖禁運(yùn)，初期還有蘇聯(lián)的援助，上世紀(jì)50年代末，蘇聯(lián)也停止了對(duì)我國(guó)的援助，完完全全在獨(dú)立自主自力更生條件下建成的，建設(shè)這座大橋在材料方面遇到最困難是鋼材。 在舊中國(guó)，鋼的年產(chǎn)量不到100萬(wàn)噸，新中國(guó)成立后的短短幾年內(nèi)，在鋼材的底子很薄弱情況下，為本橋開(kāi)發(fā)出屈服強(qiáng)度350mpa的16錳橋梁鋼(16mnq) ，的確是件重大的成就。武漢、南京兩橋鋼梁均是鉚接的。我國(guó)栓焊鋼梁在上世紀(jì)50年代開(kāi)始研制。1961年湘桂線雒容江橋換梁時(shí)，用了一孔41.62m栓焊梁。在三線建設(shè)時(shí)大量推廣應(yīng)用，跨度大多在40m以下，最大跨度112m，當(dāng)時(shí)的16錳橋梁鋼(16mnq)，鉚接梁是可以的，用在栓焊梁，材質(zhì)是

6、欠缺的，我國(guó)栓焊梁的跨度長(zhǎng)期停留在雙線鐵路橋80m，單線鐵路橋112m。所有附連件都是栓接的，是少焊多栓的栓焊梁。 九江長(zhǎng)江大橋正橋全長(zhǎng)1806.7m，主跨180m+216m+180m的剛性梁柔性拱，專門開(kāi)發(fā)了15錳釩氮橋梁鋼(15mnvnq)，焊接構(gòu)件最大板厚達(dá)56mm及材質(zhì)35vb的大直徑高強(qiáng)度螺栓，建成了雙線鐵路、四車道公路最大跨度達(dá)216m的栓焊梁，也是少焊多栓，從此鉚接鋼橋退出新建鐵路鋼橋的歷史舞臺(tái)。蕪湖長(zhǎng)江大橋正橋全長(zhǎng)2193.7m，主跨為180m+312m+180m矮塔斜拉橋，加勁梁為鋼筋混凝土板與鋼桁梁結(jié)合共同受力的結(jié)合鋼桁梁，開(kāi)發(fā)了綜合性能優(yōu)異的14錳鈮橋梁鋼(14mnnbq

7、)，實(shí)現(xiàn)了厚板(50mm)焊接整體節(jié)點(diǎn)的栓焊梁，達(dá)到了多焊少栓的焊接橋梁，為全焊無(wú)栓的鐵路橋梁打下基礎(chǔ)。 因受飛行凈空的限制，橋塔高度受到限制，如果是高塔，跨度可以增大。所以這種體系的橋梁，增大跨度留有很大空間。 在封鎖禁運(yùn)，獨(dú)立自主，自力更生條件下，中國(guó)橋梁工程師奮斗了幾十年，初步實(shí)現(xiàn)了上世紀(jì)70年代初期制訂的鐵路橋梁發(fā)展目標(biāo)“高強(qiáng)、大跨、輕型、整體”的技術(shù)政策。1.2 中國(guó)鋼橋技術(shù)最新進(jìn)展1.2.1 新一代橋梁用鋼的研制 鋼橋的發(fā)展離不開(kāi)橋梁用鋼的不斷開(kāi)發(fā)，但是相對(duì)于橋梁技術(shù)的發(fā)展而言，橋梁鋼材的發(fā)展雖然起步早，但由于產(chǎn)量、用量的限制，在一定時(shí)期內(nèi)發(fā)展較為緩慢，16mn、16mnq鋼在鐵路

8、、公路鋼橋的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，并占據(jù)了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，但也反映出鋼橋設(shè)計(jì)選材上的局限性，而且16mnq鋼的板厚效應(yīng)明顯，限制了鐵路鋼橋一般橋式跨度的進(jìn)一步發(fā)展。為了改變這一被動(dòng)局面，鐵道部與原冶金部聯(lián)合進(jìn)行了適應(yīng)鋼橋發(fā)展新鋼種的研制，在鐵路研制并應(yīng)用了15mnnbq、14mnnbq鋼種，其中典型的是14mnnbq，以16mnq為基礎(chǔ)，適當(dāng)降低碳當(dāng)量并加入nb等微量元素，采用先進(jìn)的控溫控軋和鋼液爐外精煉技術(shù)，進(jìn)行正火處理，細(xì)化晶粒并降低有害元素和氣體的含量，大大降低板厚效應(yīng)，在鋼板使用厚度上達(dá)到50mm，針對(duì)yb/168-70和yb(t)10-81中u型缺口沖擊要求難以滿足橋梁設(shè)計(jì)要求的實(shí)際情況，這一

9、鋼種采用與國(guó)際接軌的v型缺口沖擊韌性作為交貨條件，并具有良好的缺口沖擊韌性和焊接性能。蕪湖長(zhǎng)江大橋的沖擊韌性交貨條件為-40c的v型缺口沖擊韌性值為120j，實(shí)際供貨的-40c的v型缺口沖擊韌性值的平均值達(dá)234j。南京長(zhǎng)江二橋要求采用wq490e熱軋鋼板，其沖擊韌性交貨條件為-40c的v型缺口沖擊韌性值為30j，其實(shí)際供貨的-40c的v型缺口沖擊韌性值的平均值達(dá)158j。可以看出，我國(guó)橋梁用鋼由于采用了先進(jìn)的冶煉、軋制及熱處理等技術(shù)，保證了鋼板的抗斷裂性能和焊接性能要求。 1.2.2 新結(jié)構(gòu)形式 (1)蕪湖長(zhǎng)江大橋 蕪湖長(zhǎng)江大橋是國(guó)內(nèi)首次采用板桁組合結(jié)構(gòu)建造的一座公鐵兩用橋梁，其中鐵路全長(zhǎng)1

10、0521m，公路全長(zhǎng)5681m，正橋主航采用主跨312m的低塔、斜拉索加勁的連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)，該橋的低塔是由于受附近機(jī)場(chǎng)靜空限制，在總體布置和方案選取上具有相當(dāng)難度和復(fù)雜性，因而在設(shè)計(jì)上采用了一系列新材料、新結(jié)構(gòu)和新工藝，并針對(duì)設(shè)計(jì)、制造和施工進(jìn)行了一系列科研攻關(guān)，對(duì)荷載等級(jí)、剛度標(biāo)準(zhǔn)、鋼材選型、構(gòu)造細(xì)節(jié)疲勞設(shè)計(jì)、焊接韌性標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行了理論和試驗(yàn)研究，為該橋的設(shè)計(jì)、制造和施工提供了保證。(2) src梁、結(jié)合梁應(yīng)用于鐵路橋梁 src梁是將鋼梁作為勁性骨架并外包混凝土的橋梁形式，適用于跨線橋等對(duì)施工或梁高等有特殊要求的地段，一般使用在中小跨度的橋梁，鋼梁一般為焊接工字梁，施工時(shí)可以不必采用施工鷹架，

11、在跨線施工時(shí)可以不影響線下運(yùn)營(yíng)。這種橋梁形式充分發(fā)揮了鋼與混凝土各自在力學(xué)性能上的優(yōu)勢(shì)，在歐洲、日本鐵路已經(jīng)使用幾十年，經(jīng)過(guò)鐵道科學(xué)研究院的理論和試驗(yàn)研究，已經(jīng)在京九線等新建線路和既有線改造中采用了src簡(jiǎn)支梁(跨度12m)、連續(xù)梁(兩跨24m)和斜梁(45跨度27.6米斜梁)。在我國(guó)第一條客運(yùn)專線秦沈線建設(shè)中采用了結(jié)合梁的結(jié)構(gòu)形式，其中鋼梁有工字梁和箱形梁兩種形式，在廠內(nèi)焊接制造，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行混凝土部分及橋面板的灌注，共有24m、32m、48m和50m幾種跨度。 (3)鋼管拱橋水柏線北盤(pán)江大橋 水柏線北盤(pán)江大橋主橋?yàn)樯铣惺戒摴芑炷凉皹?，為我?guó)第一座鐵路鋼管混凝土拱橋，是目前世界上最大跨

12、度的上承式鐵路鋼管混凝土拱橋，其跨度達(dá)236m，橋面距江面高差達(dá)280米，也是目前國(guó)內(nèi)最高的鐵路拱橋，鋼管采用廠內(nèi)預(yù)制，現(xiàn)場(chǎng)節(jié)段間焊接，拱圈施工采用兩岸半拱平轉(zhuǎn)法合攏，轉(zhuǎn)體重量達(dá)上萬(wàn)噸。 1.2.3 新構(gòu)造及聯(lián)接形式 (1)整體節(jié)點(diǎn) 整體節(jié)點(diǎn)是焊接代替栓接一個(gè)重要進(jìn)步，節(jié)約鋼材并保證連接的可靠性，這一進(jìn)步也是在厚板性能和焊接工藝得到保證的前提下取得的。京九鐵路的孫口黃河大橋正橋4m108m無(wú)豎桿三角形雙線桁梁首次采用了整體節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)外拼接新技術(shù)，桿件為箱形截面，在工廠焊接制造成節(jié)段，采用整體節(jié)點(diǎn)使高強(qiáng)度螺栓節(jié)省30%，鋼材節(jié)省4%。蕪湖長(zhǎng)江大橋主橋也普遍采用了整體節(jié)點(diǎn)。(2)錨箱結(jié)構(gòu) 南京長(zhǎng)江

13、二橋和蕪湖長(zhǎng)江大橋的斜拉索與橋梁連接均采用了錨箱結(jié)構(gòu)形式，錨箱結(jié)構(gòu)由于其整體性好、剛度大因而具有很高的可靠性。南京長(zhǎng)江二橋的錨箱由承壓板、縱錨板、蓋板組成，并與鋼箱梁腹板依斜拉索角度焊接成整體。蕪湖長(zhǎng)江大橋錨箱則采用雙室箱，并與鋼桁梁高強(qiáng)度螺栓連接，錨箱的特點(diǎn)是鋼板厚、鋼板立體連接、幾何精度要求高、焊接難度大且焊接變形難以控制。采用了空間組裝工藝、立體連接的高強(qiáng)度螺栓孔鉆制、焊接順序選擇及焊接變形控制等保證質(zhì)量要求。(3)鋼橋現(xiàn)場(chǎng)全斷面焊接 秦沈客運(yùn)專線是我國(guó)第一條接近高速的客運(yùn)專線，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)和施工質(zhì)量要求很高。在我國(guó)鐵路橋梁史上首次使用鋼混凝土結(jié)合全焊工型板梁。其主要優(yōu)點(diǎn)是全橋整

14、體性強(qiáng)，傳力明確，省料，施工簡(jiǎn)單，造型美觀，但同時(shí)，也提出了現(xiàn)場(chǎng)焊、手工焊、厚板對(duì)接焊三大技術(shù)難題。鐵道部專門列科研課題進(jìn)行研究，通過(guò)科研攻關(guān)、相應(yīng)試驗(yàn)研究及焊接工藝評(píng)定，解決了上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)的全斷面焊接，為鐵路鋼橋的現(xiàn)場(chǎng)斷面焊接打下了良好的基礎(chǔ)。 1.2.4 科研成果及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) (1)鋼橋設(shè)計(jì)理論我國(guó)鋼橋的設(shè)計(jì)長(zhǎng)期采用容許應(yīng)力理論和極限強(qiáng)度理論，其中大跨度鐵路鋼橋設(shè)計(jì)采用容許應(yīng)力理論。鐵道部從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始研究可靠度理論用于橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范，并已取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，現(xiàn)在上部結(jié)構(gòu)的規(guī)改工作已經(jīng)完成，預(yù)計(jì)基于可靠度理論的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范的頒布執(zhí)行將會(huì)使鋼橋設(shè)計(jì)邁上一個(gè)新臺(tái)階。 (2)針對(duì)鋼橋建設(shè)的

15、試驗(yàn)研究對(duì)于新的鋼橋結(jié)構(gòu)和構(gòu)造形式，需要相應(yīng)的理論和試驗(yàn)研究加以保證，為此，針對(duì)h形壓桿殘余應(yīng)力和極限承載能力、整體節(jié)點(diǎn)受力性能、大型鋼箱梁節(jié)段間焊栓受力性能、錨箱結(jié)構(gòu)板材抗層狀撕裂及整體性能、實(shí)橋模型力學(xué)性能等方面做了深入的理論分析和試驗(yàn)研究，取得的成果為鋼橋設(shè)計(jì)和制造提供了可靠依據(jù)。 (3)鐵路鋼橋疲勞設(shè)計(jì)方法研究鐵路鋼橋承受的荷載為循環(huán)往復(fù)荷載，因而既有鋼橋的疲勞問(wèn)題比較突出，為了解決這一問(wèn)題，鐵道部科學(xué)研究院結(jié)合新線建設(shè)蕪湖長(zhǎng)江大橋和高速鐵路研究進(jìn)行了有針對(duì)性的鐵路鋼橋疲勞設(shè)計(jì)研究。根據(jù)蕪湖長(zhǎng)江大橋采用新材料、整體節(jié)點(diǎn)等特點(diǎn)，做了9組大尺寸構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞試驗(yàn)并回歸分析得到疲勞試驗(yàn)曲線，

16、結(jié)合以往數(shù)據(jù)得到蕪湖橋鋼梁14種構(gòu)造細(xì)節(jié)的疲勞強(qiáng)度，為設(shè)計(jì)提供了可靠依據(jù)。(4)焊縫強(qiáng)度及斷裂韌性準(zhǔn)則的變遷鋼橋的焊縫存在初始缺陷并處于應(yīng)力集中的位置，因而是結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，以往我國(guó)鋼橋的防斷裂設(shè)計(jì)采用常規(guī)u型缺口沖擊值來(lái)確定韌性指標(biāo)，這難以反映鋼材和相應(yīng)焊縫的實(shí)際情況，近年來(lái)的鋼橋設(shè)計(jì)開(kāi)始采用v型缺口沖擊值作為韌性指標(biāo)，同時(shí)將焊縫強(qiáng)度(韌性值)與基材強(qiáng)度(韌性值)匹配考慮，從而橋梁結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)性能達(dá)到最優(yōu)化。蕪湖長(zhǎng)江大橋焊接接頭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下：(1)焊縫強(qiáng)度對(duì)接焊縫屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度不低于基材標(biāo)準(zhǔn)，并不超過(guò)基材標(biāo)準(zhǔn)100mpa；角接焊縫屈服強(qiáng)度、極限強(qiáng)度不低于基材標(biāo)準(zhǔn)，并不超過(guò)基材標(biāo)準(zhǔn)120

17、mpa；(2)焊縫韌性(包括焊縫、熔合線、熱影響區(qū))對(duì)接焊縫及受拉的開(kāi)坡口的角接焊縫各部位-30c時(shí)的v型缺口沖擊功不低于48j；角接焊縫及棱角焊縫各部位-30c時(shí)的v型缺口沖擊功不低于34j。1.3 本設(shè)計(jì)主要完成的內(nèi)容 (1)鐵路簡(jiǎn)支板梁橋主要尺寸的擬定，包括主梁高度的選取和主梁中心距的選??；(2)主梁內(nèi)力的計(jì)算，包括主截面的選擇，變截面設(shè)計(jì)，翼緣與腹板的連接焊縫計(jì)算，梁總體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性的驗(yàn)算以及腹板中加勁肋的布置和頂梁的設(shè)計(jì)；(3)平縱聯(lián)的設(shè)計(jì)計(jì)算，上承式板梁橋的傾覆穩(wěn)定性計(jì)算；(4)計(jì)算部分完成后需要繪制的結(jié)構(gòu)圖包括：主梁結(jié)構(gòu)總圖，主梁翼緣和腹板的結(jié)構(gòu)總圖，上下平縱聯(lián)設(shè)計(jì)圖，中間

18、橫聯(lián)和端橫聯(lián)設(shè)計(jì)圖，頂梁設(shè)計(jì)圖。第2章 主梁的計(jì)算2.1 板梁主要尺寸擬定(1)按照主梁主要尺寸擬定的原則，以及鋼廠軋制鋼板的規(guī)格選定梁高 h=2.0m。(2)為使橋跨結(jié)構(gòu)具有必要橫向鋼度鐵路橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb 10002.22005)要求主梁中心距不得小于跨度的1/15且不小于2.2m所以中心距取2.2m。(3)主梁截面的選擇按鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定(tb10002.2005)規(guī)定腹板高度厚度。2.2 主梁內(nèi)力計(jì)算2.2.1 恒載作用下的內(nèi)力計(jì)算(1)為計(jì)算橋跨沿跨度每米的重量(kn/m)因此取翼緣板的截面積為mm所以橋面重 kn/m所以每片主梁所受恒載kn/m將主梁沿跨度以每7m為一單

19、位長(zhǎng)度分為4等份(如圖21)，計(jì)算各截面在恒載作用下的彎矩和剪力。圖21 主梁沿跨度等份圖(單位：m)a b o c d kn 2.2.2 活載作用下的內(nèi)力計(jì)算活載：同樣將橋分為4等份運(yùn)營(yíng)動(dòng)力系數(shù) 根據(jù)右側(cè)各截面的剪力和彎矩的影響線圖分別求各截面的最大彎矩和剪力(1)b截面剪力和彎矩計(jì)算b截面的剪力和彎矩影響線如圖22、23圖22 b截面剪力影響線(單位：kn)3/41/4 圖23 b截面彎矩影響線(單位：knm)21/4 此時(shí) 計(jì)算：查表得，表中無(wú)此值，估需按直線內(nèi)插法求值。當(dāng) 時(shí)： 當(dāng) 時(shí)： 故當(dāng)，時(shí)，k值應(yīng)為從而求得：計(jì)算：此時(shí) 表中無(wú)此值，故需由直線內(nèi)差法求k值當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) 故當(dāng) 時(shí)

20、，k值應(yīng)為從而得到： (2)o截面的彎矩和剪力計(jì)算o 截面的剪力和彎矩影響線如圖24、251/21/2圖24 o截面剪力影響線(單位：knm)7圖25 o截面彎矩影響線(單位：knm)此時(shí) 查表得： 此時(shí) 查表得：表中無(wú)此值 需由直線內(nèi)差發(fā)求值：當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí) 故當(dāng) 時(shí)，k值應(yīng)為 從而得到： (3)c截面的彎矩剪力計(jì)算c截面的剪力和彎矩影響線如圖26、271/43/4圖26 c截面剪力影響線(單位：kn)21/4圖27 c截面彎矩影響線(單位：knm)此時(shí) 查表得： 此時(shí) 查表得： kn(4)計(jì)算a截面的剪力a截面的剪力影響線如圖28此時(shí) 查表得：表中無(wú)此值 需由直線內(nèi)差發(fā)求值：當(dāng) 時(shí) 當(dāng) 時(shí)

21、 128 a截面的剪力影響線(單位：kn)故當(dāng) 時(shí)，k值應(yīng)為 kn2.2.3 恒載和活載共同作用下的內(nèi)力計(jì)算a截面： knb截面： kn o截面： kn c截面： kn 由上得：跨中彎矩值最大，左端剪力最大2.3 主梁截面的選擇2.3.1 翼緣截面尺寸的擬定按照主梁主要尺寸擬定的原則，選定腹板高度m腹板厚度mm計(jì)算翼緣截面積根據(jù)資料規(guī)定得： 得 翼緣板寬度b取480mm厚度取60mm利用2塊30mm的鋼板根據(jù)上面計(jì)算得主梁的截面尺寸如圖29480200020圖29 主梁截面尺寸(單位：mm)2.3.2 截面應(yīng)力的計(jì)算(1)驗(yàn)算彎曲應(yīng)力截面中性軸距受壓翼緣的距離對(duì)截面中性軸主截面的慣性矩式中，m

22、跨中最大彎矩；w跨中截面抵抗，驗(yàn)算受拉翼緣時(shí)，w用凈截面抵抗矩驗(yàn)算受壓翼緣時(shí)w用毛截面抵抗矩；鋼材的容許應(yīng)力。(2)驗(yàn)算剪應(yīng)力 符合要求式中，v梁端最大剪力； s梁端截面中性軸以上的截面積對(duì)中性軸的面積矩；i梁端截面的毛截面慣性矩；梁端處腹板厚度；考慮截面上剪應(yīng)力分布不均勻而引用的系數(shù)；許容剪應(yīng)力；腹板高度。2.4 變截面梁設(shè)計(jì)由于在本設(shè)計(jì)中，鋼板梁的跨度為28m，且翼緣用兩塊鋼板，因此，要對(duì)翼緣板進(jìn)行便界面設(shè)計(jì)。方法是：在離支座大約1/6跨度處作為變截面點(diǎn)(本題取離支座5m處)，并將板端沿板寬度方向加工成不陡于14的斜邊，厚度方向加工成不陡于18的斜坡，末端寬度取100mm。變截面設(shè)計(jì)圖如圖

23、2-10所示。50009000480230160401004035001105圖2-10 半跨主梁翼緣截面設(shè)計(jì)尺寸(單位：mm)2.4.1 翼緣板的變截面設(shè)計(jì)由上面計(jì)算得：在梁的1/4截面處梁的法向應(yīng)力和剪應(yīng)力較大，故取1/4截面進(jìn)行換算應(yīng)力驗(yàn)算截面檢算處的法向應(yīng)力(即彎曲應(yīng)力)截面檢算處的剪應(yīng)力2.4.2 換算應(yīng)力的驗(yàn)算式中，截面檢算處的法向應(yīng)力(即彎曲應(yīng)力)；h腹板高度；截面檢算處的剪應(yīng)力；s翼緣截面積對(duì)中性軸的面積矩。2.5 翼緣與腹板的連接焊縫計(jì)算(1)求單位長(zhǎng)度水平剪力根據(jù)鐵路橋梁鋼機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.22005)中關(guān)于角焊縫最小尺寸的規(guī)定，本橋焊角尺寸取12mm式中，v梁

24、所受的最大剪力；s一個(gè)翼緣截面對(duì)中性軸的面積矩；梁毛截面慣性矩；焊角尺寸。沿梁跨度單位長(zhǎng)度(1mm)內(nèi)剪應(yīng)力的總和為(2)求最大輪壓p產(chǎn)生的豎向剪力沿跨長(zhǎng)1mm內(nèi)的豎向剪力按鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載最大輪壓故所以(3)求單位長(zhǎng)度1mm內(nèi)翼緣焊縫承受的總剪力水平剪力和豎向剪力的合力(按向量相加)為：(4)1mm長(zhǎng)的焊縫(包括左右兩側(cè)焊縫)截面所能承受的剪力為：式中 ，a焊縫工作截面的面積；焊縫的焊腳尺寸；焊縫容許剪力(與基本鋼材的容許應(yīng)力相同)。(5)翼緣焊縫的驗(yàn)算公式1mm長(zhǎng)度內(nèi)的總剪力應(yīng)不大于相應(yīng)的焊縫承載能力。即故得： 符合要求2.6 梁的總體穩(wěn)定性計(jì)算根據(jù)以往設(shè)計(jì)資料，上(下)平縱聯(lián)兩相鄰節(jié)點(diǎn)間距2

25、mm，計(jì)算主梁截面繞y軸的慣性矩和回轉(zhuǎn)半徑：主梁受壓翼緣兩相鄰節(jié)點(diǎn)的距離等于上平縱聯(lián)兩相鄰節(jié)點(diǎn)間距l(xiāng)=2.0m而主梁截面高h(yuǎn)=2120mm換算長(zhǎng)細(xì)比為：式中，系數(shù)，焊接梁用1.8，鉚接板梁用2.0；l上平縱聯(lián)兩相鄰接點(diǎn)間間距；主梁截面對(duì)xx，yy軸的回轉(zhuǎn)半徑；h主梁高度。查表310得：梁的總體穩(wěn)定性滿足要求式中，m計(jì)算彎矩(上平縱聯(lián)相鄰點(diǎn)的中央1/3范圍內(nèi)的最大彎矩)；毛截面抵抗矩；構(gòu)件只在一個(gè)平面內(nèi)受彎時(shí)的容許應(yīng)力折減系數(shù)，其值可按換算長(zhǎng)細(xì)比查表310得。2.7 梁的局部穩(wěn)定性和加勁肋的計(jì)算(1)梁的局部穩(wěn)定性計(jì)算鋼板梁受壓翼緣板局部穩(wěn)定應(yīng)滿足： 滿足要求(2)腹板中加勁肋的布置因?yàn)?，應(yīng)設(shè)

26、置中間加勁肋由于肋板所受剪力沿主梁跨長(zhǎng)變化，間支梁端區(qū)段剪力較大跨中段剪力較小，故在梁端段豎向加勁肋布置間距較小，而在跨中段布置間距較大。本算例在主梁與主梁連接構(gòu)造上考慮豎向加勁肋與上、下縱向聯(lián)結(jié)系或橫向聯(lián)結(jié)系之間的關(guān)系。先按等間距(a=2m)布置豎向加勁肋，然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。將半跨主梁劃分，以2m為單位的8個(gè)板段，根據(jù)直線內(nèi)差法求各段中點(diǎn)處的剪力v，計(jì)算值如表211表211 根據(jù)直線內(nèi)差法求各段中點(diǎn)處的剪力(單位：kn)板段編號(hào)12345672307.392061.361815.321569.31323.271077.242831.21457.68551.53445.38339.23

27、233.08126.93120.780加勁肋間距計(jì)算值2500264728203033330336614168實(shí)際值2000200020002000200020002000其中 按表中計(jì)算結(jié)果取豎向加勁肋間距a=2m進(jìn)行布置滿足要求。為了保證加勁肋不喪失局部穩(wěn)定，如同受壓翼緣一樣，對(duì)其伸出肢的寬厚比應(yīng)加以限制，除端加勁肋外，其伸出肢的寬厚比應(yīng)不大于15，且其寬度不得小于，為腹板的高度 得 取每對(duì)豎向加勁肋繞腹板水平截面中線的慣性矩為 滿足要求(3)豎向加勁肋與翼緣及腹板的焊接設(shè)計(jì)根據(jù)鐵路剛結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb1002.2005)中規(guī)定：加勁肋與腹板焊接的焊縫的兩端至翼緣角焊縫的距離為90mm加勁

28、肋與上翼緣相連的焊縫其端頭至翼緣角焊縫的距離為70mm。依據(jù)以上尺寸可以得出豎向加勁肋切出的斜角邊長(zhǎng)為，如圖2119070圖211 加勁肋焊接尺寸(單位：mm)(4)端加勁肋的計(jì)算由于板梁端部豎向加勁肋的主要作用是承受并傳遞支座反力，可采用一對(duì)較厚的板做成，取=180mm，mm，(滿足)中心受壓桿件驗(yàn)算端加勁肋在垂直于腹板平面的穩(wěn)定性根據(jù)主梁1/4處的橫載及活載共同作用下產(chǎn)生的彎矩求主梁a端的最大支座反力：由式查鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.2-2005)表3.2.6得：,則：式中，支座最大反力；加勁肋的全部截面積加每側(cè)不大于15倍板厚的腹板長(zhǎng)度截面積；壓桿容許應(yīng)力折減系數(shù)。按長(zhǎng)細(xì)比

29、查鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.2-2005)表3.2.6求得，其中為自由長(zhǎng)度，其值可取橫向聯(lián)結(jié)系上下兩節(jié)點(diǎn)間距的0.7為計(jì)算截面繞x-x軸的回轉(zhuǎn)半徑算端加勁肋端部面積的承壓強(qiáng)度同豎向加勁肋一樣，端加勁肋切去斜角的尺寸也為90mm70mm，端加勁肋與下翼緣磨光頂緊的面積為：則： (不滿足)所以，應(yīng)把斜角尺寸改為90 mm50 mm。則： 滿足要求式中，支座反力；端加勁肋與下翼緣磨光頂緊的面積；端部承壓(磨光頂緊)容許應(yīng)力。(3)端加勁肋與腹板連接焊縫計(jì)算由，得：式中，焊縫高度(亦稱焊縫的計(jì)算厚度)；焊縫數(shù)目，如用一對(duì)端加勁肋則n=4；焊縫長(zhǎng)度；焊縫容許剪應(yīng)力。2.8 疲勞強(qiáng)度的驗(yàn)算根

30、據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的特性，現(xiàn)主要對(duì)下翼緣底面與腹板的焊接處進(jìn)行驗(yàn)算?？缰薪孛嫦乱砭壍酌鏋槔瓚?yīng)力最大處。則： (疲勞強(qiáng)度滿足要求)式中，最大、最小應(yīng)力，拉力為正，壓力為負(fù)；疲勞容許應(yīng)力幅(見(jiàn)鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.2-2005)表3.2.7-1中的規(guī)定，這里取110.3)；雙線橋的雙線系數(shù)，見(jiàn)鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.2-2005)表4.3.2，雙線橋橫梁及相應(yīng)的掛桿和單線橋均取1；損傷修正系數(shù)(見(jiàn)鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.2-2005)表4.3.5-1)；板厚修正系數(shù)，板厚mm，mm，。圖 2-12 頂梁設(shè)計(jì)圖(單位：mm)20030017447540200

31、402.9 頂梁的設(shè)計(jì)計(jì)算頂梁所用鋼材仍選用q370qe型號(hào)的一塊鋼板，板厚選用10mm，其余尺寸如圖2-12所示(圖中虛線與虛線的交點(diǎn)為安裝螺栓處)。在距離左端200mm處設(shè)置一對(duì)豎向加勁肋焊接于頂梁板上，其尺寸為180mm10mm，在豎向加勁肋底部設(shè)置一塊截面尺為180mm10mm的鋼板。fnf1lf1f1hx387ty圖 2-13 螺栓強(qiáng)度計(jì)算圖(單位：mm)fno頂梁與端加勁肋連接所用螺栓為35vb的高強(qiáng)螺栓，故螺栓的直徑d=35mm。螺栓承壓強(qiáng)度計(jì)算(如圖2-13所示)：在通過(guò)螺栓組截面形心的力作用下，每個(gè)螺栓上所受的力相等，即： 將外力向轉(zhuǎn)動(dòng)中心點(diǎn)簡(jiǎn)化，得力和扭矩：在扭矩作用下，其

32、所承受的力與其到轉(zhuǎn)動(dòng)中心的距離成正比。 , ,， 根據(jù)平衡條件 ，得：將式代入上式，得：由此解出： 其中，； ； 。將以上這些數(shù)據(jù)代入得： 則由矢量相加可得螺栓1所受剪力為：所以，螺栓1剪切面上的切應(yīng)力為： 滿足要求式中，各個(gè)螺栓至o點(diǎn)的距離；螺栓的截面積。第3章 平縱聯(lián)的設(shè)計(jì)和上承式板梁橋的傾覆穩(wěn)定性計(jì)算3.1 平縱聯(lián)的設(shè)計(jì)計(jì)算作用在上平縱聯(lián)的橫向力包括：列車、橋面、主梁上半部所受的風(fēng)力，作用在下平縱聯(lián)的橫向力只有主梁下半部的風(fēng)力。kn/mkn/m上平縱聯(lián)斜桿的內(nèi)力計(jì)算(斜桿內(nèi)力影響線如圖3-1所示)： m11y圖 3-1 斜桿的內(nèi)力影響線所以，斜桿的內(nèi)力為：其他斜桿影響線類似，故其他斜桿的

33、內(nèi)力大小見(jiàn)表3-1。表31 各斜桿的內(nèi)力計(jì)算值斜桿(上)內(nèi)力(kn)斜桿(上)內(nèi)力(kn)平縱聯(lián)中斜桿截面尺寸選擇：依據(jù)鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.2-2005)的規(guī)定，連接性桿件易采用q345c工字型鋼材。xy100174圖 3-2 斜桿截面尺寸(單位：mm)從強(qiáng)度條件入手，初步擬定截面尺寸如圖3-2所示，豎板2塊：100mm12mm，腹板1塊：150mm12mm。截面特性：mm2根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，桿件的凈截面積大致為毛截面積的0.85倍。mm2mm4mm4mmmm剛度驗(yàn)算：自由長(zhǎng)度：mm (是從相交點(diǎn)至桿端節(jié)點(diǎn)較長(zhǎng)的一段長(zhǎng)度) (滿足) (滿足)強(qiáng)度驗(yàn)算：對(duì)上下平縱聯(lián)中所涉及的所有桿件

34、，只需驗(yàn)算內(nèi)力最大的桿件即可，若其滿足要求，則其余斜桿均滿足。對(duì)下平縱聯(lián)斜桿，其所受內(nèi)力kn,則：疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算：對(duì)于下平縱聯(lián)斜桿： 滿足要求3.2 上承式板梁橋的橫向傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算按鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(tb10002.2-2005)的規(guī)定，橋跨結(jié)構(gòu)在計(jì)算荷載可能的最不利組合作用下，橫向傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于1.3，板梁橋的橫向傾覆穩(wěn)定性按橋上有車和無(wú)車兩種情況驗(yàn)算。(如圖33)3.2.1 板梁橋上有車時(shí)的傾覆穩(wěn)定性由風(fēng)力所產(chǎn)生的傾覆力矩：knm由橋跨結(jié)構(gòu)、車輛重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩：knm穩(wěn)定系數(shù)： (滿足)3.2.2 板梁橋上無(wú)車時(shí)的傾覆穩(wěn)定性穩(wěn)定系數(shù)： (滿足)式中，主梁所受的風(fēng)力；橋面所受的風(fēng)

35、力；車輛所受的風(fēng)力，合力作用于3m高度火車風(fēng)帶上，作用點(diǎn)位于軌頂以上2m；橫載重；空車重量(10kn/m)。g2m3m圖 3-3 板梁橋傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算示意圖列車p結(jié) 論經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的時(shí)間終于完成了對(duì)跨徑為28m的簡(jiǎn)支鋼板梁的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)主梁的計(jì)算及平縱聯(lián)的設(shè)計(jì)和上承式板梁橋的傾覆穩(wěn)定性計(jì)算對(duì)簡(jiǎn)支鋼板梁的整體組成和其各個(gè)組成部分的受力情況有了更為具體和準(zhǔn)確的了解。經(jīng)過(guò)對(duì)本橋的設(shè)計(jì)計(jì)算，首先：對(duì)鋼板梁橋的空間受力結(jié)構(gòu)有了更好更為準(zhǔn)確的理解；其次：把以前所學(xué)影響線計(jì)算內(nèi)力的方法由理論變?yōu)閷?shí)踐；再次：對(duì)某些鐵路規(guī)范有了更為具體的了解；最后：通過(guò)這次設(shè)計(jì)把以前所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了一次綜合應(yīng)用，提升了自己各方面

36、的綜合能力。致 謝忠心的感謝在本設(shè)計(jì)中學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)、各科老師以及同學(xué)們的大力支持和熱情幫助，最后特別感謝指導(dǎo)老師向敏精心指導(dǎo)和熱心的幫助。參考文獻(xiàn)1 鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范s002 .1-20052 鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范s002 .2-20053 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范s0017-20034 李富文，伏魁先.鐵路鋼橋m.中國(guó)鐵道出版社，1992(2)5 陳紹蕃.鋼結(jié)構(gòu)m.西安建筑科技大學(xué)6 向敏. 橋梁工程下m.中國(guó)鐵道出版社，20077 沈祖炎.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理m.中國(guó)建筑工業(yè)出版社8 李廉錕.結(jié)構(gòu)力學(xué)m.高等教育出版社附錄a英文文獻(xiàn)(31-34)中文翻譯(35-38)附錄：c階形法蘭的側(cè)向扭轉(zhuǎn)阻力強(qiáng)度在

37、文章6.10.8.2.3中指出當(dāng)放松長(zhǎng)度包括一個(gè)轉(zhuǎn)移過(guò)度截面，這個(gè)截面位于從支撐點(diǎn)起小于等于20%放松長(zhǎng)度的范圍內(nèi)時(shí)，側(cè)向扭轉(zhuǎn)阻力強(qiáng)度（ltb）可以認(rèn)為微小的轉(zhuǎn)移過(guò)渡是不存在的。在超過(guò)一個(gè)過(guò)渡法蘭的情況下，任何位于20%放松長(zhǎng)度范圍內(nèi)的小的彎矩都可以忽略，并且棱柱的放松長(zhǎng)度的側(cè)向扭轉(zhuǎn)阻力強(qiáng)度可以按存在截面的最小阻力強(qiáng)度計(jì)算。當(dāng)所有的過(guò)渡法蘭均定位于從支撐點(diǎn)起大于放松長(zhǎng)度時(shí)，側(cè)向扭轉(zhuǎn)阻力強(qiáng)度可以認(rèn)為是放松長(zhǎng)度內(nèi)的最小阻力強(qiáng)度。當(dāng)這樣的近似方法被應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意：斜度彎矩修正值,，應(yīng)當(dāng)取1.0，并且不應(yīng)按彈性有效長(zhǎng)度來(lái)修正。實(shí)際的圖樣設(shè)計(jì)(在ie中的第2-2部分)，當(dāng)過(guò)渡法蘭因微小的彎矩移動(dòng)到0.2倍

38、的時(shí)這個(gè)近似的做法將導(dǎo)致預(yù)測(cè)的側(cè)向阻力強(qiáng)度出現(xiàn)重大的間斷。在這個(gè)特殊的例子中，放松長(zhǎng)度出現(xiàn)了一個(gè)增量,臨近的支架的由17.00feet移動(dòng)到20.00feet，一個(gè)基礎(chǔ)法蘭移動(dòng)到離支架15.00feet的位置，這導(dǎo)致了側(cè)向扭轉(zhuǎn)阻力強(qiáng)度從68.19ksi降到57.11ksi（減少了16%）。為了確定該預(yù)測(cè)的彎曲抵抗的下落是否合理，一個(gè)更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑诎ㄒ坏倪^(guò)渡法蘭的放松長(zhǎng)度之內(nèi)的過(guò)渡法蘭的側(cè)向扭轉(zhuǎn)阻力強(qiáng)度的方法被提出了。這個(gè)假設(shè)是有曾經(jīng)試圖證明一般情況的側(cè)向扭轉(zhuǎn)阻力強(qiáng)度的carskaddan和schiling在1974年提出的，這個(gè)報(bào)告的演算是根據(jù)以下公式： (c1)這里是一個(gè)對(duì)階形柱體有重要軸向彈性壓縮的荷載。這個(gè)比率是由公式得到的，也就是由carskaddan和schilling在1974年提出的公式3，這個(gè)數(shù)字是由公式2進(jìn)一步改編得到的，但是在國(guó)際上有所改變，這里： (c2) (c3)在第一部分，上述比喻欄是對(duì)應(yīng)側(cè)向扭曲壓縮法蘭，然而： (c4)根據(jù)公式（c1）壓縮法蘭在側(cè)向扭轉(zhuǎn)阻力強(qiáng)度跨步的放松長(zhǎng)度和最大彎矩處加強(qiáng)，壓縮法蘭在最大彎矩處可用如下公式表示： (c5)這里梯度彎矩修正值，是根據(jù)