鋼橋課程設(shè)計

1、鋼橋課程設(shè)計 鋼橋課程設(shè)計班 級： 學(xué) 號： * 指導(dǎo)老師： 姓 名： 中南大學(xué)土木工程學(xué)院橋梁系二一四年七月一、設(shè)計題目 跨度L=72m單線鐵路下承式簡支栓焊鋼桁梁設(shè)計二、設(shè)計依據(jù)1. 設(shè)計規(guī)范·鐵道部鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范(TB10002.1-2005)·鐵道部鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(TB10002.2-2005)2. 結(jié)構(gòu)基本尺寸 計算跨度L=72m；橋跨全長L=73.10m；節(jié)間長度d=9.00m；主桁節(jié)間數(shù)n=8；主桁中心距B=5.75m；平縱聯(lián)寬度B0=5.30m；主桁高度H=11.00m；縱梁高度h=1.45m；縱梁中心距b=2.00m；主桁斜角傾角，。3. 鋼

2、材及基本容許應(yīng)力 桿件及構(gòu)件用Q345qD；高強度螺栓用20MnTiB鋼；精制螺栓用BL3；螺母及墊圈用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼；鑄件用ZG25；輥軸用鍛鋼35。鋼材的基本容許應(yīng)力參照鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范。4. 結(jié)構(gòu)的連接方式及連接尺寸 連接方式：桁梁桿件及構(gòu)件采用工廠焊接，工地高強度螺栓連接；人行道托架采用精制螺栓連接。 連接尺寸：焊縫的最小焊腳尺寸參照橋規(guī)；高強度螺栓和精制螺栓的桿徑為22，孔徑為d=23mm。5. 設(shè)計活載等級標(biāo)準(zhǔn)中活載。6. 設(shè)計恒載 主桁；聯(lián)結(jié)系；橋面系；高強度螺栓；檢查設(shè)備； 橋面；焊縫。 計算主桁恒載時，按橋面全寬恒載。三、設(shè)計內(nèi)容1、主桁桿件內(nèi)力計算(全部)，并將結(jié)果

3、匯整于3號圖上；2、主桁桿件截面設(shè)計與檢算(交匯于E2、A3節(jié)點的桿件)；3、主桁E2、A3節(jié)點拼接計算與節(jié)點設(shè)計及檢算；4、分別繪制主桁E2、A3節(jié)點圖(兩張3號圖)。四、提交文件1、設(shè)計說明書1份；2、3號圖3張。第一部分 設(shè)計依據(jù) 1第二部分 主桁架桿件內(nèi)力計算 1一、內(nèi)力的組成二、恒載所產(chǎn)生的內(nèi)力三、活載所產(chǎn)生的內(nèi)力1四、橫向荷載(風(fēng)力或搖擺力)所產(chǎn)生的內(nèi)力1五、縱向荷載（制動力）所產(chǎn)生的內(nèi)力1六、立柱內(nèi)力七、豎向荷載通過橫向剛架作用在掛桿與立柱中引起的彎矩八、主桁桿件的內(nèi)力組合第三部分 主桁桿件設(shè)計一、主桁桿件的檢算內(nèi)容及設(shè)計步驟二、主桁桿件截面幾何特征計算三、主桁桿件截面檢算四、桿

4、端高強螺栓計算第四部分 弦桿拼接計算一、計算依據(jù)二、拼接板截面三、拼接螺栓四、內(nèi)拼接板長度第五部分 節(jié)點板設(shè)計 第六部分 節(jié)點板強度檢算 一、斜桿所引起的節(jié)點板撕裂強度檢算 二、節(jié)點板豎直最弱截面的強度檢算 三、節(jié)點板水平最弱截面撕破強度檢算第二部分 主桁架桿件內(nèi)力計算（一）主桁架桿件內(nèi)力計算一、內(nèi)力的組成主桁桿件的內(nèi)力有以下幾部分組成：豎向恒載所產(chǎn)生的內(nèi)力,，靜活載內(nèi)力，；豎向活載產(chǎn)生的內(nèi)力：橫向風(fēng)力（或列車搖擺力）所產(chǎn)生的內(nèi)力，僅作用在上、下弦桿；橫向風(fēng)力通過橋門架效應(yīng)在端斜桿和下弦桿所產(chǎn)生的內(nèi)力；縱向制動力所產(chǎn)生的內(nèi)力。根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，設(shè)計時候桿件軸力應(yīng)該按下列三種情況考慮：1主力 2主力

5、+風(fēng)力（或搖擺力） 3主力+制動力 =主桁桿件除述軸力外，還要受到彎矩作用，如節(jié)點剛性引起的次彎矩、風(fēng)力和制動力在某些桿件中引起的彎矩等，這些彎矩在檢算桿件截面時應(yīng)和軸力一起考慮，由于本設(shè)計所有桿件的高度均不超過長度的1/10，故根據(jù)橋規(guī)規(guī)定。不考慮節(jié)點剛性次內(nèi)力。主桁各桿的內(nèi)力如表1。二、恒載所產(chǎn)生的內(nèi)力根據(jù)設(shè)計任務(wù)書所提供的資料，每片主桁所承受的恒載內(nèi)力：恒載布滿全跨，故恒載內(nèi)力為：下弦桿為：三、活載所產(chǎn)生的內(nèi)力1換算均布活載換算均布活載是影響線加載長度與頂點位置二者的函數(shù)。它們之間的函數(shù)關(guān)系反映在橋規(guī)附錄所列的公式以及表中。根據(jù)與從該表中查得每線換算的均布活載，除以2即得每片主桁承受的換

6、算的均布活載。以下弦桿為例： 查表得 則。以斜桿為例：，查表得 則。，查表得 則。2靜活載所產(chǎn)生的內(nèi)力為了求得最大活載內(nèi)力，換算均布活載應(yīng)布滿同號影響線全長。下弦桿：3沖擊系數(shù)根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，鋼桁梁的沖擊系數(shù)按下式計算：掛桿的沖擊系數(shù)：4活載發(fā)展的均衡系數(shù)橋規(guī)要求：所有桿件因活載產(chǎn)生的軸向力、彎矩、剪力在計算主力組合時，均應(yīng)乘以活載發(fā)展均衡系數(shù)：下弦桿： 5活載產(chǎn)生的內(nèi)力:考慮沖擊作用和活載發(fā)展均衡系數(shù)在內(nèi)時,活載所產(chǎn)生的內(nèi)力為：下弦桿： 四、橫向荷載(風(fēng)力或搖擺力)所產(chǎn)生的內(nèi)力1橫向荷載計算主桁的上下弦桿兼為上下平縱聯(lián)的弦桿,端斜桿又是橋門架的腿桿, 橫向風(fēng)力或搖擺力作用在橋上時,將在這些桿件

7、中產(chǎn)生內(nèi)力。（1） 橫向風(fēng)力作用下荷載計算根據(jù)橋規(guī)規(guī)定,風(fēng)壓強度按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計考慮。風(fēng)力在下平縱聯(lián)（即橋面系所在平面）上的分配系數(shù)為1.0，在上平縱聯(lián)上的分配系數(shù)為0.2。對鋼桁梁而言，橫向風(fēng)力的受風(fēng)面積應(yīng)按照橋跨結(jié)構(gòu)理論輪廓面積乘以0.4。上、下平縱聯(lián)單位長度上所受到的風(fēng)荷載分別為：上平縱聯(lián)風(fēng)荷載：下平縱聯(lián)風(fēng)荷載：（2）橫向搖擺力作用下荷載計算根據(jù)橋規(guī)，列車橫向搖擺力以水平方向垂直線路中心線作用于鋼軌頂面，大小為。上、下平縱聯(lián)分配到的橫向搖擺力為：上平縱聯(lián)搖擺力： 下平縱聯(lián)搖擺力： 風(fēng)力和搖擺力不同時計算，故在本設(shè)計中上、下平縱聯(lián)均為風(fēng)力控制設(shè)計。2.橫向荷載通過縱聯(lián)在主桁桿件中所產(chǎn)生的內(nèi)力計算

8、上平縱聯(lián)桁架時，可將橋門架做為其支點，計算下平縱聯(lián)桁架時，支座為其支點，均不考慮中間橫聯(lián)的彈性支承作用。當(dāng)縱聯(lián)為交叉形桁架時，取二斜撐的交點為力矩中心，于是按照圖3（下頁）可以算出影響線面積及內(nèi)力。影響線面積： 弦桿內(nèi)力： 以下弦桿為例：3橫向荷載通過橋門架在主桁桿件中所產(chǎn)生的內(nèi)力上平縱聯(lián)作用于橋門架頂部的反力：橋門架腿桿反彎點距支座的距離：反力在端斜桿產(chǎn)生的軸力和彎矩、反力通過支座斜反力在下弦產(chǎn)生的軸力上平縱聯(lián)反力在支座引起的豎向反力列車及橋面上風(fēng)力在支座引起的豎向反力五、縱向荷載（制動力）所產(chǎn)生的內(nèi)力按照橋規(guī)規(guī)定，制動力與沖擊力同時計算時，制動力按豎向靜活載重量的計算。靜活載的位置應(yīng)分別與

9、各桿件殘生最大活載內(nèi)力時的實際活載位置一致。1制動力所產(chǎn)生的支座反力加載長度： 靜活載： 制動力： 水平反力： 支座豎向力 2制動力在弦桿中所產(chǎn)生的軸力由于本設(shè)計弦桿中線與支座中心間距離較小，因而忽略該項影響。加載長度： 靜活載： 制動力： 、桿內(nèi)產(chǎn)生的軸力為：六、立柱內(nèi)力 立柱作為減少上弦壓桿自由長度的支撐桿件，按橋規(guī)規(guī)定，應(yīng)以其所支撐的壓桿內(nèi)力的作為其內(nèi)力，予以檢算。表1中立柱在運營階段的內(nèi)力按上弦的最大內(nèi)力的算出。在安裝階段，立柱尚應(yīng)檢算在上弦的吊機壓力。七、豎向荷載通過橫向剛架作用在掛桿與立柱中引起的彎矩 橫梁與掛桿截面的初選參照標(biāo)準(zhǔn)桁梁。橋規(guī)規(guī)定，對于主桁掛桿和立柱，應(yīng)考慮橫梁承受豎

10、向荷載時，他們作為橫向閉合鋼架的腿桿所承受的彎矩。檢算它們在軸力和彎矩共同作用下的疲勞強度。所示計算圖示，可算出掛桿或立柱在下端及中間支點處主桁平面外的彎矩及分別為：豎桿下端彎矩： 豎桿中間彎矩： 式中：，、分別為橫梁與豎桿的慣性矩，其他符號見圖。已知：，代入以上兩式可以求得：下端： 中間支點：八、主桁桿件的內(nèi)力組合以上算出的主桁桿件所受單項軸力列表1第13-17項。按照橋規(guī)要求，各單項軸力應(yīng)按照表1第18-20項進(jìn)行組合。三種組合內(nèi)力中之大者為控制桿件強度與穩(wěn)定的計算內(nèi)力，列于表1第21項。反復(fù)荷載出現(xiàn)拉力作用桿件，應(yīng)檢算疲勞；控制計算內(nèi)力不考慮活載發(fā)展及附加力影響，其值列于表1第23項、2

11、4項。端斜桿與掛桿在荷載作用下，還受有彎矩，應(yīng)與相應(yīng)荷載情況下的軸力一并檢算。 主桁桿件內(nèi)力及支座反力計算表 表1桿件名稱影響線豎向荷載活載要素均衡系數(shù)單向內(nèi)力主力加載長度頂點位置面積總面積均布恒載換算活載靜活載內(nèi)力沖擊系數(shù)動活載內(nèi)力恒載內(nèi)力活載內(nèi)力項 次1234567891011121314單 位mmmkN/mkN/mkNkNkNkN上弦桿A1A372、000、2544、1844、1818、5945、942029、711、252537、14+0、32380、00841、0014821、442540、69A3A3'72、000、558、9158、9118、5944、782637、951

12、、253297、44+0、33220、00001、00001095、253297、44下弦桿E0E272、000、125+25、77+25、7718、5947、49+1223、951、25+1529、93+0、31320、01901、0032+479、17+1534、77E2E472、000、375+55、23+55、2318、5945、29+2501、241、25+3126、55+0、32840、00371、0006+1026、80+3128、50斜桿E0A172、000、12540、7040、7018、5947、491932、841、252416、05+0、31320、01901、0032

13、756、702423、68A1E261、710、125+29、90+29、0718、5948、69+1455、801、25+1819、75+0、29700、03511、0059+540、50+1830、4010、290、1250、83+29、0772、4860、2075、257、18267、51472、2525169、50E2A351、430、12520、7717、4418、5950、311044、791、251305、99+0、24830、08381、0140324、301324、2320、570、125+3、3217、4459、82+198、75+248、441、30531、63751、2

14、729+316、25A3E441、140、125+13、29+5、8118、5952、18+693、501、25+866、87+0、12470、20751、0346+108、10+896、8430、860、1257、48+5、8154、85410、03512、540、21090、54311、0905558、93豎桿A1E118、000、50+9、00+9、0018、5957、10+513、901、483+761、99+0、21960、11261、0188+167、33+776、28A3E3A2E218、000、509、009、0018、5957、10167、33A4E4支座豎向72、550+3

15、6、28+36、2818、5950、12+1818、081、25+2272、61+0、29680、03541、0059+674、43+2286、01縱向72、550橫向 續(xù)表1桿件名稱單項內(nèi)力軸向力組合控制計算應(yīng)力附加力主力主力+附加力強度與穩(wěn)定疲勞縱聯(lián)風(fēng)力橋門架效應(yīng)制動力內(nèi)力項 次15161718192021222324單 位kNkNkNkNkNkNkNkNmkNkNm上弦桿A1A3164、19 3362、132938、603362、13A3A3'212、844392、693837、944392、69下弦桿E0E2+430、41+145、95+231、70+2013、94+2158、

16、58+1796、51+2158、58+2009、11+479、17E2E4+695、28+145、95+231、70+4155、30+4163、78+3509、60+4163、78+4153、35+1026、80斜桿E0A1148、953180、382774、443180、38+195、34134、90A1E2+2370、91+2370、91+2360、25+465、25+371、00+371、00E2A31648、541648、541630、2975、868、068、06A3E4+1004、95+1004、95+974、97404、44450、83450、83豎桿A1E1+943、61+94

17、3、61+929、32+167、33102、20A3E3A2E2299、11299、11A4E4支座豎向+218、58+13、15+2960、44+2649、19+2378、88縱向+233、24+186、59橫向第三部分 主桁桿件設(shè)計一、主桁桿件的檢算內(nèi)容及設(shè)計步驟主桁桿件根據(jù)受力性質(zhì)的不同，應(yīng)進(jìn)行下表所列項目的檢算。 各類桿件的檢算內(nèi)容 表2項目檢算內(nèi)容檢 算 桿 件1剛 度各類桿件2局部穩(wěn)定壓 桿3整體穩(wěn)定壓 桿4強 度各類桿件5疲 勞出現(xiàn)拉應(yīng)力的受循環(huán)荷載桿件用試算法設(shè)計各類桿件的步驟：1參考性質(zhì)相近（指內(nèi)力性質(zhì)及大小，桿長及截面式樣，材料和連接方式）的已有設(shè)計資料，初步擬定截面尺寸；

18、2根據(jù)初步擬定的截面尺寸，算出進(jìn)行各類檢算所需的截面幾何特征數(shù)據(jù)；3按上表要求進(jìn)行各項檢算。如初選截面不合適，則進(jìn)行修改，重新計算，直至符合要求為止；4為了減少桿件類型以簡化制造，便于互換和管理，同一組設(shè)計中之同類桿件內(nèi)力相差不大者，盡量采用相同的截面。二、主桁桿件截面幾何特征計算由于H形截面在制造、安裝、運營等方面比較優(yōu)越，本設(shè)計主桁桿件全部采用H形截面，桿寬為460mm，桿高最大為600mm，該值小于桿長的1/10，按橋規(guī)要求均可免算節(jié)點剛性次應(yīng)力。主桁桿件截面尺寸示下圖，各項幾何特征列于表3。桿件幾何特征計算以端斜桿為例說明如下：截面組成為2600×22+1416×1

19、4，截面布置及栓孔數(shù)見表3。毛截面積： 扣孔截面積：凈面積： 毛慣矩： 扣孔慣矩： 凈慣矩： 回轉(zhuǎn)半徑： 桿件計算長度主桁平面內(nèi)：主桁平面外：長細(xì)比： 表3所列截面尺寸全部符合橋規(guī)要求，以后不再檢算。三、主桁桿件截面檢算主桁桿件截面檢算結(jié)果列于表4。下面選擇有代表性者加以說明。1受拉桿件（以下弦桿為例）由表1知：控制計算內(nèi)力為；疲勞檢算內(nèi)力值為，（1）剛度計算由表3計算，下弦桿，。（2）強度計算由表3得下弦桿的凈面積（3）疲勞檢算循環(huán)特征系數(shù)：按橋規(guī)栓焊桿件組合焊縫處及高強螺栓連接處的疲勞強度，前者疲勞容許應(yīng)力為，后者為，由高強螺栓連接處疲勞強度控制桿件疲勞計算。2受壓桿件（以上弦桿為例）由表

20、1計算知上弦桿在主力或附加力作用下均只受壓力。由表1得計算內(nèi)力為主力控制（1）剛度計算由表3計算，上弦桿，。 （2）強度計算由表3得上弦桿的凈面積（3）整體穩(wěn)定檢算，查橋規(guī)表3、2、6，按照線性內(nèi)插計算得：容許應(yīng)力折減系數(shù)容許應(yīng)力：；計算應(yīng)力：（4）局部穩(wěn)定檢算a、水平板：按照橋規(guī)，查表5、3、3，當(dāng)時，水平板的寬厚比最大值為b、豎板：按照橋規(guī)，查表5、3、3，當(dāng)時，豎板的寬厚比最大值為3拉彎桿件（吊桿）由于本設(shè)計中無橋面系設(shè)計，即無掛桿的主平面外彎矩，因此掛桿只按照強度等進(jìn)行檢算。四、桿端高強螺栓計算按照鋼橋規(guī)范第6、1、1條，每個高強度螺栓的容許抗滑承載力計算式為：主桁腹桿桿端高強度螺栓個

21、數(shù)n應(yīng)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：。取若干桿件舉例說明：1拉桿：桿件承載力螺栓數(shù)個；2壓桿：桿件承載力螺栓數(shù)個； 主桁桿件檢算表 表4桿件名稱剛度強度局部穩(wěn)定整體穩(wěn)定疲勞高強螺栓水平板豎板計算應(yīng)力容許應(yīng)力桿件承載力螺栓個數(shù)需要實有項 次123456789101112單 位MpaMpaMpaMpaMpaMpakN個個上弦桿A1A376、45100、00131、0125、508、54110、42113、413453、0965、22200、0040、5815、70A3A3'79、47126、8114、146、75108、39109、494437、5

22、883、82100、00200、0041、7916、13下弦桿E0E280、25139、3784、70130、73097、6058、51112100、00200、00E2E476、90189、13119、96130、74403、2083、17112100、00200、00端斜桿E0A181、59121、6129、7113、3298、70113、55106、863443、5965、05100、00200、0042、6316、42108、95中間斜桿A1E2106、39186、51127、01130、72370、9144、7848180、00200、00E2A399、4497、4835、6714、

23、0083、0285、471697、0232、0548100、00200、0049、7718、92A3E489、5067、3236、0015、2957、4197、2178、81130、72985、6056、39100、00200、0045、8017、53豎桿A1E1152、7399、3771、89130、71899、2035、87A3E3180、00200、00A2E2117、1931、5043、6010、4228、2267、88719、4913、5928A4E4150、00200、0056、8721、41第四部分 弦桿拼接計算E2節(jié)點一、計算依據(jù)根據(jù)第二章表3計算結(jié)果，已知：桿半凈面積：桿半凈

24、面積：節(jié)點板選用厚度： 節(jié)點板供給拼接面積：二、拼接板截面拼接板與節(jié)點板共需凈面積選用2200×22作為內(nèi)拼接板，供給面積為：內(nèi)、外拼接板（節(jié)點板）合計供給面積為：內(nèi)、外拼接板供給面積較需要面積小，在一般設(shè)計容許誤差范圍內(nèi)。三、拼接螺栓拼接板在節(jié)點中心截面承受循環(huán)拉力，其承載力應(yīng)按桿的疲勞強度確定，但橋規(guī)未給出弦桿拼接板及節(jié)點板的疲勞強度，用基本容許應(yīng)力計算，這樣計算的連接較安全。節(jié)點板每端需要高強螺栓數(shù)：實際用32個。上、下拼接板每端共需要高強螺栓數(shù)：實際用28個。四、內(nèi)拼接板長度內(nèi)拼接板實際用28個螺栓，排成4行7列，端距采用50mm，間距按節(jié)點板樣板標(biāo)準(zhǔn)栓孔布置，具體情況見下圖

25、，可以得出內(nèi)拼接板長度：A3節(jié)點以下弦桿與在節(jié)點中心的拼接為例。由于弦桿截面對軸對稱，故只需取軸一側(cè)的半個截面進(jìn)行計算。一、計算依據(jù)根據(jù)第二章表3計算結(jié)果，已知：桿半凈面積：桿半凈面積：節(jié)點板選用厚度： 節(jié)點板供給拼接面積：二、拼接板截面拼接板與節(jié)點板共需凈面積選用2200×46作為內(nèi)拼接板，供給面積為：內(nèi)、外拼接板（節(jié)點板）合計供給面積為：三、拼接螺栓如未給出弦桿拼接板及節(jié)點板的疲勞強度，用基本容許應(yīng)力計算，這樣計算的連接較安全。節(jié)點板每端需要高強螺栓數(shù)：實際用32個。上、下拼接板每端共需要高強螺栓數(shù)：實際用56個。四、內(nèi)拼接板長度內(nèi)拼接板實際用56個螺栓，排成4行14列，端距采用

26、50mm，間距按節(jié)點板樣板標(biāo)準(zhǔn)栓孔布置，具體情況見下圖8，可以得出內(nèi)拼接板長度：m圖8 拼接板螺栓布置示意圖第五部分 節(jié)點板設(shè)計為保證橫梁長度一致，本設(shè)計節(jié)點的節(jié)點板均采用。節(jié)點板的平面尺寸系先根據(jù)桿端連接螺栓排列需要擬定，再根據(jù)強度檢算確認(rèn)。以節(jié)點為例，節(jié)點板平面尺寸按外形方整，裁制簡便，根據(jù)等強度原則，經(jīng)修改定案后，長，高。節(jié)點板上實際螺栓個數(shù)的確定：在節(jié)點板最小輪廓線與設(shè)計輪廓線之間空下的栓孔位置，應(yīng)按橋規(guī)規(guī)定的容許最大栓距補上一定數(shù)量的螺栓。此時即可統(tǒng)計出節(jié)點板、拼接板和桿件上的實際螺栓個數(shù)，如表5。 主桁桿件檢算表 表5螺栓位置節(jié)點板上A1E2E2A3E0E2E2E4E2A2需要43、155、62*16、72*16、733、1實際56562*322*3236螺栓位置桿件上拼接板上A1E2E2A3E0E2E2E4E0E2，E2E4需要43、155、647、471、52*26、3實際56561201202*28第六部分 節(jié)點板強度檢算為了保證節(jié)點板在交匯桿件外力作用下有足夠的強度，對節(jié)點板的各個可能破壞截面應(yīng)進(jìn)行強度檢算。橋規(guī)要求任何可能破壞截面的強度均應(yīng)比作用于該截面的桿件強度大，并規(guī)定了破壞截面