單線鐵路鋼桁梁橋(西南交大鋼橋課程設(shè)計)

1、 . . . 30 / 30第一章 設(shè)計資料第一節(jié) 基本資料1設(shè)計規(guī)：鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)（TB10002.1-2005），鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)（TB10002.2-2005）。2結(jié)構(gòu)輪廓尺寸：計算跨度L=80+(50-50) 0.2=80，要求L=80m的改為L=92m，鋼梁分10個節(jié)間，節(jié)間長度d=L/10=9.2m，主桁高度H=11d/8=119.2/8=12.65m，主桁中心距B=6.4m，縱梁中心距b=2.0m，縱梁計算寬度B0=5.95m，采用明橋面、雙側(cè)人行道。3材料：主桁桿件材料Q345q，板厚40mm，高強度螺栓采用40B，精制螺栓采用BL3，支座鑄件采用ZG35II、輥軸采用

2、35號鍛鋼。4 活載等級：中活載。5恒載（1）主桁計算橋面p1=10kN/m，橋面系p2=6.29kN/m，主桁架p3=14.51kN/m，聯(lián)結(jié)系p4=2.74kN/m，檢查設(shè)備p5=1.02kN/m，螺栓、螺母和墊圈p6=0.02（p2+ p3+ p4），焊縫p7=0.015（p2+ p3+ p4）;（2）縱梁、橫梁計算縱梁（每線）p8=4.73kN/m（未包括橋面），橫梁（每片）p9=2.10kN/m。6風力強度W0=1.25kPa，K1K2K3=1.0。7工廠采用焊接，工地采用高強度螺栓連接，人行道托架采用精制螺栓，栓徑均為22mm、孔徑均為23mm。高強度螺栓設(shè)計預(yù)拉力P=200kN，

3、抗滑移系數(shù)0=0.45。第二節(jié) 設(shè)計容1主桁桿件力計算；2主桁桿件截面設(shè)計3弦桿拼接計算和下弦端節(jié)點設(shè)計；4撓度驗算和上拱度設(shè)計；第三節(jié) 設(shè)計要求1 主桁力計算結(jié)果和截面設(shè)計計算結(jié)果匯總成表格。2主桁力計算表格項目包括：l、p、Np、k、Nk、1、1f、(1)Nk、a、縱聯(lián)風力、橋門架效應(yīng)風力與彎矩、制動力與彎矩、NI、NII、NIII、NC、疲勞計算力Nnmin、Nnmax、彎矩Mnmin、Mnmax；3主桁力計算推薦采用Microsoft Excel電子表格輔助完成。4步驟清楚，計算正確，文圖工整。第二章 主桁桿件力計算第一節(jié) 主力作用下主桁桿件力計算1恒載橋面p110kN/m，橋面系p2

4、6.29kN/m,主桁架p314.51，聯(lián)結(jié)系p42.74kN/m，檢查設(shè)備p51.02kN/m，螺栓、螺母和墊圈p60.02(p2+p3+p4)，焊縫p70.015(p2+p3+p4)；每片主桁所受恒載強度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)/217.69 kN/m，近似采用 p18 kN/m。2 影響線面積計算（1）弦桿 影響線最大縱距 影響線面積 E2E4：l127.6， l264.4，0.3， 其余弦桿計算方法同上，計算結(jié)果列于下表 2.1 中（2）斜桿， ， 式中 E0A1：l17

5、.46，l267.14，0.1A3E4：其余斜桿按上述方法計算 并將其結(jié)果列于表中。(3)吊桿3 恒載力4活載力(1)換算均布活載 k按與加載長度 l 查表求得 例如（2）沖擊系弦桿，斜桿：吊桿：（3）靜活載力（4）活載發(fā)展均衡系數(shù)活載發(fā)展均衡系數(shù)：其余桿件計算同上，并將其計算結(jié)果列于表 2.1 中5，列車橫向搖擺力產(chǎn)生的弦桿力橫向搖擺力取 S100kN 作為一個集中荷載取最不利位置加載，水平作用在鋼軌頂面。搖擺力在上下平縱聯(lián)的分配系數(shù)如下：橋面系所在平面分配系數(shù)為1.0，另一平面為 0.2。上平縱聯(lián)所受的荷載 S 上0.210020kN,下平縱聯(lián)所受的荷載 S 下1.0100100kN。搖擺

6、力作用下的弦桿力 NsyS, y 為弦桿在簡支平縱聯(lián)桁架的影響線縱距,例如：上弦桿 A1A3長度為兩個節(jié)間，受力較大的為第二個節(jié)間，其影響線頂點對應(yīng)于該節(jié)間交叉斜桿的交點 O，影響線縱距：第二節(jié)橫向風力作用下的主桁桿件附加力計算1.平縱聯(lián)效應(yīng)的弦桿附加力依設(shè)計任務(wù)書要求，風壓 WK1K2K3W01.01.25kPa,故有車風壓 W0.8W1.0kPa。(1)下平縱聯(lián)的有車均布風荷載桁高 H10.2575m，h縱梁高+鋼軌軌木高1.29+0.41.69m w 下0.50.4H+ (1-0.4)(h+3)W0.50.411+ (1-0.4)(1.69+3)1.04.8655kN/m (2)上平縱聯(lián)

7、的有車均布風荷載w 上0.50.4H+ 0.2(1-0.4)(h+3)W =0.50.410.2575+0.2(1-0.4)(1.69+3)1.02.6143kN/m(3)弦桿力弦桿橫向風力影響線頂點對應(yīng)位置和縱距同上述的搖擺力計算。上弦桿 A1A3在均布風荷載 w 上作用下的力為：2橋門架效應(yīng)的端斜桿和端下弦桿附加力橋門架所受總風力計算結(jié)果列在表2.1中。第三節(jié) 制動力作用下的主桁桿件附加力計算1下弦桿制動力計算以下弦桿 E2E4為例，將活載作如圖所示的布置，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學方法，當三角形影響線頂點左邊的活載之和等于右邊之和時，為產(chǎn)生最大桿力的活載布置位置。解得x=8.588m故橋上活載總重=在

8、主力作用下的力已計入沖擊系數(shù)，制動力按靜活載的7%計算：制動力2端斜桿制動力計算E0E1桿力影響線頂點位置離左端點支點7.46m，設(shè)將列車荷載的第 4 軸重 Pl置于影響線頂點處。因為影響線為三角形，故根據(jù)結(jié)構(gòu)力學所述的法則，若滿足下列條件，則該活載位置是產(chǎn)生最大桿力時的荷載將第 3 軸重或第 5 放到頂點位置上均不滿足上述條件，故將上述活載即為產(chǎn)生最大桿力時的活載。制動力所產(chǎn)生的桿件力Nt和M2：軸向力下弦桿彎矩第四節(jié) 疲勞力計算1.疲勞軸力疲勞荷載組合包括設(shè)計載荷中的恒載和活載(包括沖擊力、離心力，但不考慮活載發(fā)展系數(shù))。列車豎向活載包括豎向動力作用時，應(yīng)將列車豎向靜活載乘以運營動力系數(shù)(

9、1+f)。同時，第 4.3.5 條又規(guī)定，焊接與非焊接(栓接)構(gòu)件與連接均需進行疲勞強度檢算，當疲勞應(yīng)力均為壓應(yīng)力時，可不檢算疲勞。疲勞計算采用動力運營系數(shù)弦，斜桿：吊桿：其余計算力見表2-1。2 吊桿疲勞彎矩作用在縱梁上的恒載p=9.73KN|m由恒載產(chǎn)生縱梁對橫梁的作用力Np=72.5858KN當L=14.92m和a=0.5時，k=60.988KNm由活載產(chǎn)生縱梁對橫梁的作用力由恒載產(chǎn)生的簡支梁彎矩由靜活載產(chǎn)生的簡支梁彎矩沖擊系數(shù)第五節(jié) 主桁桿件力組合1主力組合2主力和附加力組合表2.1 主桁桿件力計算恒載搖擺力僅有軸力桿件加載長度l頂點位?面積?總面積?NpkNk=k?1+?(1+?)N

10、kaamax-a?(1+?)NkNS平縱聯(lián)風力NW橋門架風力NW制動力NT主力NI=Np+(1+?)Nk+NS主+風NII=NI+NW(NW)主+風彎矩MII主+制NIII=NI+NT主+制彎矩MIIINC=maxNI,NII/1.2,NIII/1.251+?fNn=Np+(1+?f)Nk吊桿下端彎矩MBmmmkNkN/mkNkNkNkNkNkNkNkNkNkN?mkNkN?mkNkNkN?m1234567891011121314151617181920212223242526A1A3000.200-43.40-43.40-781.2046.33-2010.721.244-2501.340.3

11、1230.01241.0021-2506.59-31.62-123.34-3319.41-3442.75-3319.41A3A574.600.400-65.11-65.11-1171.9845.03-2931.901.244-3647.280.32130.00341.0006-3649.47-51.09-199.24-4872.54-5071.77-4872.54E0E274.600.10024.4124.41439.3847.751165.581.2441449.980.30300.02171.00361455.20165.42300.2163.94224.982060.002424.142

12、284.9833.721.161791.45E2E474.600.30056.9756.971025.4645.402586.441.2443217.530.31870.00601.00103220.75295.16535.66220.084541.375077.034761.454541.371.164025.73E4E474.600.50067.8267.821220.7644.563022.061.2443759.440.32470.00001.00003759.44321.10582.75214.485301.305884.055515.785301.301.164726.35E0A1

13、74.600.100-41.51-41.51-747.1847.75-1982.101.244-2465.730.30300.02171.0036-2474.61-108.69-3221.79-3330.48131.4959.0066.3132.8048.681596.701986.290.29260.03211.00541997.022578.242578.241.162433.398.29-0.5179.22-40.40-50.26-11.564311.88902.9815-149.85-149.85-149.851.16534.3658.02-25.1149.81-1250.73-155

14、5.910.26680.05791.0097-1571.00-1986.08-1986.081.16-1865.9316.582.0563.53130.24162.02-2.56192.88661.4811239.97239.97239.971.16-264.0049.7318.4551.20944.641175.130.21200.11271.01881197.221446.341446.341.161344.9024.87-4.6158.20-268.30-333.77-0.74641.07111.1785-393.35-393.35-393.351.16-62.1141.44-12.81

15、52.79-676.24-841.240.09860.22611.0377-872.95-955.93-955.931.16-867.4233.168.2054.80449.36559.00-0.14840.47311.0789603.11603.11603.111.16438.28豎桿EiAi14.920.5007.467.46134.2860.99454.991.510687.030.19540.12931.0216701.87836.15836.151.33739.428.38,87.26內(nèi)力組合581.22影響線活載附加力疲勞計算內(nèi)力A1E20.10032.291.244桿件名稱單位1

16、.2440.100-23.061.244E4A50.100-4.611.244-82.98下弦桿斜桿A3E4E2A30.10013.84項次上弦桿-415.08249.12第三章 主桁桿件截面設(shè)計第一節(jié) 下弦桿截面設(shè)計一、中間下弦桿 E4E41初選桿件截面選用腹板 1-41224翼緣 2-46036每側(cè)有 4 排栓孔，孔徑 d23cm; 毛截面 Am2463.641.22.4430.08cm2栓孔削弱面積 A243.22.358.88 cm2凈截面面積 AjAm-A430.08-58.88371.2 cm22剛度驗算桿件自由長度通過驗算。無需驗算。3 拉力強度驗算式中 為板厚的修正系數(shù)，依鋼橋

17、規(guī)3.2.1條與其條文說明，查“續(xù)說明表 3.2.1”，對于 Q345q，35tmax50mm 板厚 315/3450.913。4 疲勞強度驗算由表 2.1 可知 Nmin1220.8kN、Nmax4726.35kN 得拉拉桿件驗算式：式中線路系數(shù)=1.0，損傷修正系數(shù)=1.0，板厚修正系數(shù)查規(guī)表 3.27-2 的桿件驗算截面為第類疲勞等級，查表 3.27-1 知其疲勞容許應(yīng)力0130.7MPa故 1.01.0(127.33-32.89)94.43MPa0.833130.7108.87MPa，通過驗算。二、端下弦桿 E0E21初選截面選用腹板 1-42812翼緣 2-46016毛、凈截面面積、

18、毛截面慣性矩計算方法同上凈截面慣性矩 IyjIy-Iy25962-1.62.34(92+172)20515.6cm42剛度驗算y65.24100，通過驗算。3拉力強度驗算(1)主力作用NI2059.997kN(2)主力制動力作用NII2284.997kN，制動力彎矩 MII33.72kNm1.25 為主力制動附加力作用驗算的放大系數(shù)。4疲勞強度驗算由表 2.1 可知 Nmin439.38kN、Nmax1791.45kN 得拉拉桿件驗算式：故通過驗算。第二節(jié)上弦桿截面設(shè)計以上弦桿A1A3為例。1初選截面選用腹板 1-41218、翼緣 2-460242剛度檢算y64.93100，通過驗算。3總體穩(wěn)

19、定驗算由 y64.93，查表插求得 10.6435通過驗算4 局部穩(wěn)定驗算（1） 翼緣板 按照鋼橋規(guī)，查表5.3.3，當時，板件的寬厚比翼緣板(2)腹板按照鋼橋規(guī)，查表5.3.3，當時，板件的寬厚比腹板通過驗算 同理，設(shè)計計算其他上弦桿。第三節(jié)端斜桿截面設(shè)計1初選截面選用腹板 1-41218、翼緣 2-60024 截面面積，慣性矩計算方法同上。2剛度驗算y62.85，x73.88100，通過驗算。3總體穩(wěn)定驗算(1)主力作用由 y73.88，查表得 10.584(2)主力橫向風力作用端斜桿E0A1在主力作用下為受壓桿件，在主力與橫向力作用下為壓彎桿。附加力為橫向力時，彎矩作用于主平面外。參照鋼

20、橋規(guī)第 4.2.2條規(guī)定，對受壓并在一個主平面受彎曲的桿件，總穩(wěn)定性計算公式為換算長細比，查表得式中系數(shù)，焊接桿件取1.8；桿件兩翼緣板外緣距離，即截面寬度，。因端斜桿采用H形截面，且失穩(wěn)平面為主桁平面，和彎矩作用平面不一致。按鋼橋規(guī)第4.2.2條，此可用作。所以應(yīng)考慮彎矩因構(gòu)件受壓而增大所引用的值式中構(gòu)件在彎矩作用平面的長細比；鋼材的彈性模量（MPa）;壓桿容許應(yīng)力安全系數(shù)。主力組合時取用，應(yīng)按主力組合采用；主力加附加力組合時取用，應(yīng)按主力加附加力組合采用。主力+制動力作用依照鋼橋規(guī)4.2.2條規(guī)定，當驗算的失穩(wěn)平面和彎矩作用平面一致時，所以應(yīng)考慮彎矩因構(gòu)件受壓而增大所引用的值局部穩(wěn)定驗算同

21、上，見表3.1。第四節(jié) 中間斜桿截面設(shè)計以斜桿 E4A5為例。1初選截面選用腹板 1-42810、翼緣 2-46016截面面積、慣性矩計算方法同上。2剛度驗算maxy86.80100，通過驗算3總體穩(wěn)定驗算由 maxy86.80，查表插得 10.503mANmMPa10.503200100.504MPa，通過驗算4局部穩(wěn)定驗算(1)翼緣板按照鋼橋規(guī)，查表 5.3.3，當 50 時，板件的寬厚比翼緣板，通過驗算。(2) 腹板按照鋼橋規(guī)，查表 5.3.3，當 50 時，板件的寬厚比腹板，通過驗算。5 疲勞檢算由表 2.1 可知 Nmin-867.42kN、Nmax438.28kN 得可知 E4A5

22、為以壓為主的拉壓桿件，驗算公式為通過驗算。6拉力強度驗算桿件同時承受拉力，故還應(yīng)驗算其凈截面的拉力強度，通過驗算。第五節(jié) 吊桿截面設(shè)計1初選截面選用腹板 1-43610、翼緣 2-26012截面面積，慣性矩計算方法同上。2剛度驗算鋼橋規(guī)規(guī)定僅受拉力且長度16m 的腹桿容許最大長細比為 180，由表 3.1 可知x54.93，y142.47180，通過驗算。3疲勞強度驗算吊桿無附加力，在主力作用下，吊桿除受到軸力外，還受到橫向鋼架作用產(chǎn)生的彎矩，故應(yīng)檢算軸力與彎矩共同作用下的疲勞。由表 2.1 可知 Nmax739.42kN、Nmin134.28kN，Mmax87.26kN.m、Mmin8.38

23、kN.m 吊桿A1E1凈截面積 Aj94.96cm2，毛慣性矩 Imx38224cm4。栓孔慣性矩；凈慣性矩IjxImx- Ix38224-554132683 cm2故 rdrn(min-max)1.001.00(143.032-21.038)122.994MPart01.00130.70130.70 MPa，通過驗算。表3.1 主桁桿件驗算總表第六節(jié) 腹桿高強度螺栓計算按照鋼橋規(guī)第6.1.1條，高強度螺栓容許抗滑承載力為：式中高強螺栓的容許抗滑承載力；高強螺栓連接處的抗滑面數(shù)；高強螺栓連接的鋼材表面抗滑移系數(shù)，不大于0.45；高強螺栓的設(shè)計預(yù)拉力，為；安全系數(shù)，采用1.7。主桁腹桿桿端高強度

24、螺栓個數(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。一下各取一桿件舉例說明：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；（至少取7排，共80個）3拉壓桿桿件承載力 螺栓數(shù)個。第四章 弦桿拼接計算和下弦端節(jié)點設(shè)計第一節(jié) E2節(jié)點弦桿拼接計算1 拼接板截面設(shè)計鋼橋規(guī)第9.0.7 條規(guī)定，主桁受拉桿件拼接板凈面積應(yīng)比被拼接桿件凈面積大10。根據(jù)前面表3-1 計算結(jié)果， 桿(2-46016，1-42812)一半凈面積為桿(2-46036，1-41232)一半凈面積為節(jié)點板選用厚度一塊節(jié)點板作為外拼接板提供的面積(取桿件高度46cm 部分)初選拼接板為4-2003

25、2 (一側(cè)兩塊)，兩塊拼接板凈面積為外拼接板凈面積為通過驗算。2 拼接螺栓和拼接板長度單抗滑面高強螺栓的容許承載力為：一側(cè)節(jié)點板(外拼接板)所需高強螺栓 數(shù)：個(至少取12 排，共48 個)一側(cè)兩塊拼接板所需高強螺栓數(shù)：個(至少取12 排，共48 個)3 拼接板長度拼接板一側(cè)48個高強度螺栓，排成12排，端距取50mm，其長度為第二節(jié) E0節(jié)點弦桿拼接計算1 拼接板截面設(shè)計根據(jù)前面表3-1 計算結(jié)果，E0E2 桿(2-46016，1-42812)一半凈面積為節(jié)點板選用厚度一塊節(jié)點板作為外拼接板提供的面積(取桿件高度46cm 部分)初選拼接板為4-20016 (一側(cè)兩塊)，兩塊拼接板凈面積為外拼

26、接板凈面積為通過驗算。2 拼接螺栓和拼接板長度單抗滑面高強螺栓的容許承載力為：一側(cè)節(jié)點板(外拼接板)所需高強螺栓：個(至少取5 排，共20個)一側(cè)兩塊拼接板所需高強螺栓數(shù)：個(至少取5 排，共20個)3 拼接板長度拼接板一側(cè)20 個高強度螺栓，排成5 排，端距取50mm，其長度為根據(jù)節(jié)點布置的實際需要，最后兩塊上端側(cè)拼接板P1 取20016940，兩塊下端側(cè)拼接板P4 取21016940，滿足驗算要求。第三節(jié) 下弦端節(jié)點設(shè)計根據(jù)端橫梁高度、端斜桿一側(cè)計算高強度螺栓數(shù)60.66個(至少取7排，共2(66+14)80個)、節(jié)點板(弦桿一側(cè)外拼接板)計算高強螺栓數(shù)16.68個(至少取5排、共20個，實際取7排、共28個)、一側(cè)拼接板計算高強螺栓數(shù)為18.63 個(至少取5排，共20個)、長度為940 mm 等要求，畫圖、布置、設(shè)計下弦端節(jié)點如下圖E0節(jié)點構(gòu)造圖第五章 撓度計算和預(yù)拱度設(shè)計第一節(jié) 撓度計算全橋滿布單位均布荷載時簡支桁架跨中撓度為：式中單位集中荷載作用在跨中時各桿件力；