鋼橋第六講桁架節(jié)點設計

主要內容和課時安排（一）●緒論（2學時）鋼橋的分類、特點結構體系與構造鋼橋建筑歷史、現狀及發(fā)展成就●鋼橋設計概述（2學時）鋼橋設計內容鋼橋的設計特點鋼橋設計原則和科學依據主要內容和課時安排（二）●鋼桁架橋桁架橋分類、特點、構造及其作用（2學時）主桁設計原理與強度驗算（2學時）主桁節(jié)點拼接和撕裂強度驗算（2學時）鋼橋抗疲勞設計（2學時）鋼橋剩余壽命評估（2學時）●鋼桁梁架設和常備鋼結構（2學時）●鋼橋橋面結構與防護（2學時）桁架橋基礎知識分類特點構造及其作用一般的三角形腹桿體系桁高增加的三角形腹桿體系我國鐵路簡支鋼桁架橋設計標準圖式（一）我國鐵路簡支鋼桁架橋設計標準圖式（二）我國鐵路簡支鋼桁架橋設計標準圖式（三）仔細看過武漢長江大橋嗎大節(jié)點連接模型鋼桁架梁的力學計算鋼桁梁的實際工作狀況：剛性節(jié)點的空間結構是高次靜不定靜結構?？刹捎每臻g整體分析方法。常用計算圖式的假定-鉸接平面結構：將鋼桁梁劃分為若干個平面結構，鉸接節(jié)點，每個平面只承受作用于該平面內荷載的影響。實際工作狀況下的變形平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響

(1)平縱聯和主鋼桁弦桿的共同作用。當主桁在豎向荷載作用下受力而變形時，平縱聯與弦桿一起變形，共同受力，使平縱聯的斜桿和橫撐中產生附加內力。(2)橋面系和主桁弦桿的共同作用。在豎向荷載作用下，下弦桿將伸長，這時，連接到下弦各節(jié)點的橫梁將隨著節(jié)點的移動而移動，但卻受縱梁的牽制。因此，縱梁將因橫梁的移動受到拉力，橫梁則因縱梁的牽制而引起水平彎曲，弦桿的變形也將因此而減小。這種共同作用通常應在計算中加以考慮，但若縱梁的連續(xù)長度不超過，可不檢算橋面系與主桁的共同作用。平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響(3)橫向框架效應。由主桁豎桿、橫梁和橫向聯結系的端部桿件所構成的橫向框架，當橫梁在豎向荷載作用下梁端發(fā)生轉動時，豎桿的上端和下端均將產生力矩。在設計豎桿時，應考慮此力矩的影響。平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響（4）節(jié)點剛性次應力。主桁各桿件用許多高強度螺栓緊固在節(jié)點板上，形成剛性的連接，桿端不能自由轉動。因此，當主桁在荷載作用下發(fā)生變形而節(jié)點轉動時，連接在同一節(jié)點的各桿件之間的夾角不能變化，迫使桿件發(fā)生翹曲，因而在主桁桿件內產生附加的應力(或稱為‘次應力’)?！稑蛞?guī)》規(guī)定，若桿件高度與其長度之比在簡支析梁中不超過1/10.連續(xù)桁梁中不超過1/5時，可不考慮因節(jié)點剛性所產生的次應力;當考慮因節(jié)點剛性所產生的次應力時，容許應力可以提高。平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響主桁內力計算平面鉸接桁架。主力作用在主桁架平面內，包括恒載和活載兩部分，恒載又包括橋跨結構(主桁、橋面系和聯結系等)的自重和橋面重量恒載的計算通常采用一些近似方法，當計算出恒載內力和活載內力后進行截面設計，然后計算出桁架橋的實際恒載，實際恒載與前近似方法計算的恒載比較接近才行，否則按實際恒載計算桿件內力重新進行設計。主桁內力計算靜活載取換算均布活載k，由影響線最大縱坐標位置a值和加載長度L求得?？紤]到車輛活載對橋梁的動力作用，應將靜活載乘以一個大于1的動力系數(1+u)，其值在不同規(guī)范中取值不同。動力系數的取值活載發(fā)展均衡系數在設計時，將每個桿件的活載內力乘以一個增大系數η(叫做活載發(fā)展均衡系數)。有:主桁桿件內力簡化計算的內力組合恒載和活載作用下的內力計算實例例

64m單線鐵路下承式簡支栓焊鋼桁架橋主桁架的內力計算.

主桁幾何圖式采用三角形腹桿體系，節(jié)間長度為8m，桁高11m，主桁中心間距5.75m。主桁桿件截面設計和驗算主桁桿件的截面形式及其外輪廓尺寸主桁桿件的截面形式主要分成兩類:H形截面和箱形截面，如圖所示。主桁桿件截面設計受拉桿件當內力較大時一般是由靜強度或疲勞強度控制設計當內力較小時，則由剛度控制設計。受壓桿件的設計和驗算一般是由整體穩(wěn)定控制設計壓彎桿件的截面設計需要計算整體穩(wěn)定性、強度、剛度、局部穩(wěn)定端部節(jié)點構造圖節(jié)點構造實例上頁圖所示的主桁下弦端節(jié)點E0，在主桁平面內只有兩根桿件在此交匯。為了使節(jié)點構造剛勁牢靠，并使右端弦桿內力可靠地傳遞到節(jié)點中心，在節(jié)點板內的左側增設與右端弦桿截面相同的短桿并用拼接板連接；為了使端橫梁反力有效地傳遞到外節(jié)點板，在兩塊節(jié)點板間與橫梁腹板相對應的平面內設有隔板；端橫梁的上翼緣通過水平板和連接角鋼與節(jié)點板相連，以傳遞節(jié)點負彎矩；節(jié)點板與下拼接板的下緣磨光頂緊在座板上，以傳遞支座反力，座板與連接角鋼用8個22mm的單面埋頭螺栓相連。座板上開有32mm栓孔8個，與支座上擺相連；為了增加節(jié)點板的面外剛性，在節(jié)點板前后緣設置了隔板與加勁肋。主桁上弦端節(jié)點構造主桁上弦端節(jié)點A1，該節(jié)點在主桁平面內有4根桿件相連。為了使節(jié)點構造剛勁牢靠，并使右端弦桿內力可靠地傳遞到節(jié)點中心，在節(jié)點板內的左側增設與右端弦桿截面相同的短桿并用拼接板連接。由于在節(jié)點板內側需與平縱聯及橋門架的某些桿件相連，因此在弦桿中線位置設置一個小節(jié)點板，連接平縱聯斜桿及橫撐。在主衍端斜桿的內側翼板上設置一個折曲小節(jié)點板，橋門架的橫撐及斜桿與它連接。在設計節(jié)點時，還應考慮到安裝問題，為安裝時的臨時桿件預留某些栓孔。在節(jié)點的左邊，在節(jié)點板的靠邊處設置一對加勁角鋼，這是為了防止節(jié)點板在此處發(fā)生翹曲。在跨度較大的格架橋中平縱聯由于受力較大，常需采用工形桿件，這時平縱聯的節(jié)點板就需要采用兩塊并分別與工形桿件的上下翼緣相連。主桁上弦端節(jié)點構造主桁下弦節(jié)點E2主桁下弦節(jié)點E2主桁下弦大節(jié)點E2，在主桁平面內有五根桿件在此交匯，弦桿之間的豎板采用雙面拼接。外拼接板是節(jié)點板，內拼接板被弦桿腹板分為上下兩塊，如果節(jié)點左右兩側的豎板厚度不同，則需加設填板，然后再進行拼接。在該節(jié)點的內側弦桿中線位置設置一個橫T形的小節(jié)點板，使下平縱聯斜桿及橫梁下翼緣連接于此小節(jié)點板的水平板上。橫梁的腹板則用連接角鋼與內側節(jié)點板相聯。節(jié)點設計基本要求主桁節(jié)點既是主桁桿件交匯的地方，也是縱、橫聯桿件及橫梁連接于主桁的地方。連接方法：搭接、平接或焊接交匯于同一節(jié)點的各桿件的內力是通過節(jié)點板來平衡的，節(jié)點的構造和計算都比較復雜。節(jié)點的設計要考慮受力、制造和安裝等方面的一些要求。節(jié)點設計的具體要求(1)各桿件截面重心線應盡量在節(jié)點處交于一點，桿端連接螺栓群的合力線也應盡量與桿件截面重心線重合；(2)所有桿件應盡量伸入節(jié)點，使節(jié)點板尺寸應盡量減小，節(jié)點構造應緊湊剛勁，以降低節(jié)點剛性次應力和增加節(jié)點板面外剛度；(3)桿端和節(jié)點板上連接螺栓孔的位置應按工廠機器樣板布置；(4)螺栓群各栓孔之間的距離、栓孔與桿件邊緣的距離均應符合螺栓布置的有關要求；(5)弦桿在節(jié)點中心中斷時，在弦桿內側應設拼接板；(6)應避免不同平面內的栓釘釘頭發(fā)生沖突，所有工地安裝螺栓的位置均應考慮施工時螺栓扳手工作的空間；節(jié)點設計的具體要求(7)立柱與上弦桿的連接要考慮拼裝吊機在上弦工作時的荷載，端節(jié)點的構造要考慮懸臂拼裝和連續(xù)拖拉多孔鋼桁梁時相鄰兩孔鋼桁梁之間臨時連接桿件的設置；(8)節(jié)點內不得有積水、積塵的死角及難于油漆和檢查的地方。節(jié)點設計的具體要求節(jié)點的設計步驟(1)計算桿件在節(jié)點板上所需的連接螺栓數。(2)進行各桿件的拼接計算，確定拼接板尺寸和連接螺栓數。(3)按照結構計算圖式畫出交匯于節(jié)點的各桿件的截面重心軸線，這些軸線應交匯于一點。（但為了設置上拱度，有些桿件并不交匯于一點，如在簡支鋼衍梁主衍上弦大節(jié)點處，讓兩斜桿與上弦桿不在同一點處相交，偏離值根據上拱度計算確定。）(4)根據桿件的截面高度依次畫出弦桿、豎桿及斜桿的外輪廓。相鄰桿件邊緣間要留有一定的空隙以保證裁切時出現正公差時二者不致相碰。預設上拱度對栓孔起線的要求也應一并考慮。節(jié)點的設計步驟(5)按照節(jié)點的標準栓線網絡(見圖5．28)布置各桿件在節(jié)點板上的連接螺栓。節(jié)點的設計步驟(6)從節(jié)點板上最外排螺栓線向外推出40-50mm，所得全部連接螺栓的外包線即為節(jié)點板的最小輪廓線。調整節(jié)點板至規(guī)則形狀，必要時可增加某些桿端的栓釘排數。(7)節(jié)點板的厚度通常根據橋梁跨度的大小按照經驗進行選擇，從12mm到20mm不等。(8)檢算節(jié)點板的強度。節(jié)點的設計步驟(4)根據桿件的截面高度依次畫出弦桿、豎桿及斜桿的外輪廓。相鄰桿件邊緣間要留有一定的空隙以保證裁切時出現正公差時二者不致相碰。預設上拱度對栓孔起線的要求也應一并考慮。節(jié)點的設計步驟節(jié)點板的強度檢算節(jié)點板的受力比較復雜，既有壓應力，又有拉應力，還有剪應力，而且應力分布也極不均勻。節(jié)點板的精確計算應采用空間實體有限單元法。過去通常采用材料力學中的近似簡化計算方法。節(jié)點板的強度檢算節(jié)點板的強度檢算包括以下三個部分：

1．檢算主力作用下節(jié)點中心處節(jié)點板豎向截面上的法向應力強度驗算應滿足：節(jié)點板的強度檢算節(jié)點板豎向截面上的法向力為：節(jié)點板的強度檢算（2）檢算主力作用下腹桿與弦桿之間的節(jié)點板水平截面上的剪應力3．檢算斜桿與節(jié)點板連接處節(jié)點板的