土木工程重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计.doc

XXXX 大学大学 毕业设计 设计名称设计名称 重载运输下的铁路简支钢桁梁桥加固设计重载运输下的铁路简支钢桁梁桥加固设计 姓 名 学 号 学 院 土木工程学院 专业班级 桥梁工程班 指导教师 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 2 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 专业 土木工程 姓名 XX 指导老师 XX 摘 要 该铁路桥位于甘肃省嘉峪关市境内 建于上世纪 60 年代 共三跨 全长 184 米 其中两跨为上承式简支钢桁梁桥 跨度均为 64 米 一跨为预 应力混凝土简支梁桥 跨度为 28 7 米 由于钢桥服役年限较长 且桥上交 通运输量的逐年增长及运输速度的不断提高 桥梁安全运营可能存在隐患 本设计根据铁路桥梁标准中 活载及今后将施行的重载运营要求 依照 铁 路桥梁检定规范 对此钢桁桥的各受力杆件强度 连接点强度 横向刚度 等进行相关检算 分析 通过计算得出此钢桥在重载作用下 下弦杆及部 分节点板承载力不足 依据 铁路桥涵设计基本规范 及 铁路桥梁钢结 构设计规范 对该钢桥采用增加重力式桥墩的方法进行加固 并给出相应 的加固设计计算 经分析验算每片上承式简支钢桁梁加固方案合理 能够 实现预定的加固要求 加固后该桥的承载力能满足目前及今后重载运营指 标 符合设计任务的要求 关键词 铁路钢桁梁桥 承载力验算 加固设计 增加重力式桥墩 节点 板 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 3 ABSTRACT Within the territory of the railway bridge is located in the city of Jia Yu Guan in gansu province built in the 1960s a total of three cross two of the cross for the simply supported steel truss bearing type a cross for prestressed concrete beam bridge Because the service life of steel bridge is longer and traffic on the bridge increased year by year and the constant improvement of the transportation speed Bridges safety operation there may be a hidden danger According to the railway bridge standard live load and the future will be implemented overload operation requirements and in accordance with the railway bridge verification code we checked the main girder of steel bridge bar and vertical and horizontal beams longitudinal and transverse stiffness etc related check computation analysis Found the steel bridge under the effect of overloading the bearing capacity of the bottom chord and partial node plate According to he basic specifications for design of railway bridges and the railway bridge girder steel structure design specification we shall increase in main girder of the steel bridge reinforcement scheme and gives the corresponding reinforcement design Through analysis and calculation the calculation of this reinforcement scheme is correct and reasonable After strengthening the bridge bearing capacity and lateral stiffness is strong enough to meet current and future load safety operational indicators and is in line with the requirements of design task KeyKey words words Railway steel truss Bearing capacity Is checked and reinforcement Increase in main girder Prestreessing 目录 前言前言 6 1 1 国内现役钢桥概况 6 1 2 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 6 1 3 课题目的及意义 7 1 4 工程概况 8 1 5 设计主要内容 9 第一章第一章 全桥结构及构件图全桥结构及构件图 10 1 1 全桥构造布置 10 1 2 主桁杆件截面组成表 12 1 3 上下平纵联杆件截面组成及尺寸表 14 1 4 端 中横联杆件截面组成及尺寸表 16 1 5 纵横梁截面组成及尺寸表 17 1 6 纵梁间横联杆件截面组成及尺寸 18 1 7 小结 18 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 4 第二章第二章 桥梁各杆件截面几何特性计算桥梁各杆件截面几何特性计算 19 2 1 主桁杆件截面几何特性计算 19 2 2 纵梁及横梁截面几何特性计算 27 2 3 上下平纵联杆件截面几何特性计算 30 2 4 主桁杆件及纵横梁毛截面几何特性值汇总表 31 2 5 主桁杆件因栓孔损失的截面几何特性值计算 32 2 6 主桁杆件及纵横梁净截面几何特性值计算表 34 2 7 小结 35 第三章第三章 桥梁结构检算中构件有效面积计算桥梁结构检算中构件有效面积计算 36 3 1 无缀板受压杆件有效面积计算 36 3 2 有缀板受压杆件有效面积计算 40 3 3 受压杆件按缀板强度检算时杆件有效面积计算 43 3 4 主桁受拉杆件有效面积计算 45 3 5 各杆件连接或接头的有效面积计算 48 第四章第四章 主桁各杆件影响线面积计算主桁各杆件影响线面积计算 57 4 1 各杆件影响线图 57 第五章第五章 主桁杆件承载力检定计算主桁杆件承载力检定计算 61 5 1 主桁杆件检定容许换算均布活载K计算 61 5 2 主桁杆件及连接接头检定承载系数 K 值计算表 61 第六章第六章 主桁节点板的承载力检定计算主桁节点板的承载力检定计算 65 6 1 节点板的抗撕裂强度检算 65 6 2 节点板的法向应力检定计算 69 6 2 2 节点板法向应力检算 74 6 3 节点板水平剪应力检定计算 75 第七章第七章 纵横梁检算纵横梁检算 78 7 1 横梁与主梁连接验算 78 第八章第八章 桥梁平纵联 横联长细比检算桥梁平纵联 横联长细比检算 80 8 1 主桁平纵联长细比检算 80 8 2 横联长细比检算 81 第九章第九章 建立有限元分析模型对结构检算分析建立有限元分析模型对结构检算分析 84 9 1 恒载的施加 84 9 2 横向附加力的施加 84 9 3 纵向附加力的施加 86 9 4 列车活载的施加 86 9 5 接触网杆荷载的施加 88 9 6 检算荷载组合及检算应力标准 90 9 7 中 活载加网杆作用下 MIDAS软件检算 91 9 8 重载加网杆作用下 MIDAS软件检算 95 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 5 第十章第十章 增加桥墩的加固法增加桥墩的加固法 101 10 1 加重力式桥墩 101 10 2 对杆件进行验算及加固 106 10 3 4 H节点板加固后的检算 110 10 4 施工方案 113 10 5 小结 117 参考文献参考文献 118 答答 谢谢 119 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 6 前言 1 1 国内现役钢桥概况 钢桥因其有许多优点如钢材的抗拉 抗剪 抗压强度高 自重轻 跨 越能力强 钢桥施工速度快等而广泛的应用于各种领域 当钢结构服役到 一定年限时 其强度 刚度及稳定性不满足现今运营要求 此时应对钢结 构进行必要的检测 检算 找出结构存在的缺陷 并采取相应措施进行加 固和修复 在桥梁工程中 钢结构得到广泛的应用 由于现今交通运输量 大幅增长 行车密度及车辆载重日益增加 现役钢桥中有相当一部分已满 足不了承载能力和使用性能上的运营要求 据统计 我国现有铁路钢桥 3300 多座 其中将近有一半是解放前建造的 而且其中绝大多数是中小跨 度的桥梁 跨度小于 32m 的钢桥约占钢桥总数的 70 这些桥梁大多数修 建时采用的设计荷载等级低 用现行的荷载等级检验大都承载力不足 为 了能满足当前和今后的运输发展需要 提高桥梁设计荷载等级势在必行 这就需要对钢桥进行加固改造 1 2 本课题在国内外的研究状况及发展趋势 目前 我国加固钢桥的方法主要可分为 不改变原结构受力体系 如 加大构件截面 采用新材料等 改变结构受力体系 简支变连续 施加体 外预应力 增加主桁片 增加支墩 施加斜拉索等 其中前种方法实际运 用较多 理论和技术也相对比较成熟 改变结构体系的加固方法也有不少 运用 如加桁片 增加支墩等对提高桥梁的刚度和竖向承载力有很大的作 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 7 用 但用这些方法时还要考虑到实际状况是否允许 要因地制宜 预应力 加固钢桥方面的实践在我国寥寥可数 目前国内还没有关于预应力加固钢 桥系统的研究成果 只有一两篇文章涉及到此内容 且研究内容的深度和 广度还远远不够 而在国外预应力加固钢桁架桥已经被广泛的运用了 且 有较完整的理论体系 英国的 Monmouth 铁路桥是一个上承式的锻铁桁架 桥 其跨度为 45 27m 在桥建成之后一段时间 曾经采用增加下部箱形截 面对来原有结构进行了加固 但是后来箱形截面内部产生严重腐蚀 导致 横截面面积减小 因此 1957 年 对两根下弦杆利用四根高强钢筋施加了预 应力 钢筋对称地布置在弦杆的周围 并在距离为 39 0m 的两个装配焊接 锚固区间进行张拉 八根钢筋用液压千斤顶同时进行张拉 预应力增加了 5 56mm 的反拱度 为了减小钢筋的下垂 在中间每隔 4 47m 设置一个永久 性的柔性支撑 为避免钢筋腐蚀 将其包裹在外包塑料的密封材料中 并 将张拉端突出的螺纹端也用塑料套管进行保护 1 3 课题目的及意义 本设计是土木工程桥梁专业方向毕业生在校期间最后一次全面性 总 结性的教学实践环节 它既是本专业学生在教师指导下运用所学知识与技 能解决具体问题的一次初步尝试 又是本专业学生走向工作岗位前的一次 实战演习 其目的主要有以下几个方面 1 通过本次毕业设计 提高学生综合运用所学的基本理论知识解决 实际工程问题的能力 使学生受到工程技术和科学技术的基本训练以及工 程技术人员所必需的综合训练 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 8 2 勇于创新 并能正确地将独创精神与科学态度相结合 培养学生 实事求是 谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研 勇于创新的科学品质 3 初步掌握钢桁梁桥检算 加固设计流程和方法 严格要求学生 使学生在步入工作岗位后 可以较快的适应工作 缩短理论到实践的过渡 时间 1 4 工程概况 此钢桁梁桥是一座上承式钢桁梁桥 该桥建于 1960 年 该桥上部结构 是由 2 64 米的简支上承式钢桁梁桥 1 27 米的预应力混凝土简支梁桥组成 每跨钢桥是由两个主桁片组成 通过上下平纵联 中间横联 端横联等构 件将两片桁架连接成空间整体 两片主桁的中心间距为 4m 桁架高 8m 每跨钢桥有 8 个节间 每个节间长度 8m 桁架从端部起每隔 8m 在上弦节 点处安装有横梁 横梁高 1 45m 纵梁安装在钢横梁上 纵梁中心距为 2m 梁高 1 45m 在纵梁腹板侧面每隔 4m 处安装有悬臂托架 人行道安 装在悬臂托架上 预应力混凝土桥跨是由两片 27 7m 的预应力混凝土 T 型 梁通过湿接缝和横隔板相连组成的 该桥下部结构是由一个工字型墩身截 面重力式桥墩 一个工字型墩身截面高墩及两个桥台组成 其中 1 号重力 式桥墩高 44 37m 2 号重力式桥墩高 78 13m 基础均为矩形截面的沉井基 础 线路情况 该桥是单线 平坡 4 直线桥梁 荷载 该桥设计荷载采用中 活载 基本风压强度取 800Pa 恒载 摇 摆力 制动力 横纵向风力 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 9 地质情况 河床为卵石土 基本承载力 1000KPa o 近年来随着经济的快速发展 铁路运输量大大增加 列车荷载也随之 增大 由于该桥建于上世纪六十年代 建设年代早 服役时间长 无电气 化设施 设计荷载值也偏低 而今荷载增大车速提高 该桥出现承载力和 横向刚度不足等安全隐患 具体表现为 钢桁梁部分节点板有撕裂裂纹 部分铆钉脱落 较多铆钉有一定锈蚀 个别铆钉锈蚀非常严重 经采用有 限元结构软件建模检算分析 该桥横向刚度偏低 还有部分杆件和节点板 承载力不足 远不能满足重载运输的要求 因此需要进行加固改造 使该 桥在重载运输作用时 能够安全运营并满足基本运营指标 1 5 设计主要内容 1 计算内容 计算内容 1 桥梁整体结构竖向承载能力检算 2 钢桁梁桥竖向承载力加固方案的选定 3 结构加固前后的整体承载力计算 4 加固前后各个杆件及节点板的内力和应力计算 2 出图内容 出图内容 1 全桥加固总体布置图 2 节点构造图 3 结构加固局部构造图 本设计中采取对于采取增加支墩的加固方法 因桥梁所处的地方河沟 较窄 河面距离桥跨结构下部有将近九十多米的高差 在此处进行下部结 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 10 构的施工场地狭小且施工设备运到沟底相当困难 第一章 全桥结构及构件图 1 1 全桥构造布置 此铁路钢桥为 64m 上承式钢桁梁桥 共有 8 个节间 每个节间跨度为 8m 主桁高度 8m 桥面系主要由纵梁 横梁及纵梁之间的连接系组成 纵梁间的中心距为 2m 梁高 1 45m 每跨 8m 共计 8 跨 该桥的纵梁安置于 横梁的上翼缘上 在桁架的每个上弦节点处都安装有横梁 梁高 1 45m 共 计 9 片 主桁两端的端竖杆下方还安装有两片起重横梁 其与主桁上弦杆 节点处的横梁尺寸一样 主桁由上弦杆 下弦杆 腹杆组成 上弦杆包括 杆件 X1 X2 X3 下弦杆包括杆件 X4 X5 斜杆包括杆件 F1 F2 F3 F4 竖杆包括 S1 S2 S3 S4 上平纵联横撑代号 上20 平纵联斜杆代号 制动横撑代号 15 11 16 17 18 19 1 F C 下平纵联平面图下平纵联横撑代号 下平纵联 1 F C23 3 7 HS 竖杆下方横撑 斜杆代号 主桁的端部有端横联 中间每处的竖杆安装有22 21 14 中横联 为了方面说明 现将桥梁的布置示意图列如下 图 1 1 1 桥面系 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 11 图 1 1 2 纵横梁侧立面图 图 1 1 3 上平纵联平面图 图 1 1 4 主桁侧立面图 图 1 1 5 上平纵联平面图 图 1 1 桥梁的布置示意图 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 12 1 2 主桁杆件截面组成表 主桁杆件均为组合杆件 杆件 F2 S2 S4 F4 均带缀板 为工字型 截面 杆件 F3 带缀板为箱形截面 其它杆件均为实腹工字型截面杆件 杆 件截面具体组成如下表 1 1 表 1 1 杆件截面组成表 杆件图示尺寸 杆 1 F 4200 120 12 腹1420 10 A 翼2600 12 A 2 333 84 m Acm 杆 2 F 缀板厚 10mm 2 420016 2 245 76 m Acm 杆 2 X 4200 120 12 腹1420 10 A 翼2600 14 A 2 357 84 m Acm 杆 3 X 4200 120 12 腹1410 14 A 翼 2600 9 A 翼 2600 12 A 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 13 2 457 24 m Acm 杆 2 S 4 S 空缀 4140 90 10 2 88 m Acm 杆 实腹 3 S 4150 100 14 腹1430 9 3625 A 2 170 86 m Acm 杆 实腹 5 X 4200 120 12 4600 9 A 1410 14 A 2 421 24 m Acm 杆 实腹 1 S 4150 100 14 1430 9 3625 A 2 170 86 m Acm 杆 1 X 4200 120 12 1420 9 A 2600 9 A 2 293 64 m Acm 杆 4 X 4200 120 12 1420 9 A 2600 9 A 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 14 2 293 64 m Acm 杆 3 F 2 49010 2440 12 A 2 173 6 m Acm 杆 4 F 缀板厚 10mm 4200 120 12 2 147 84 m Acm 1 3 上下平纵联杆件截面组成及尺寸表 表 1 2 上平纵联杆件截面表 15 缀板厚 16mm 宽 210mm 475 75 8 11 缀板厚 16mm 宽 210mm 475 75 8 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 15 16 19 缀板厚 16mm 宽 210mm 475 75 8 17 缀板厚 16mm 宽 210mm 475 75 8 18 缀板厚 16mm 宽 210mm 475 75 8 横撑 20 缀板厚 16mm 宽 210mm 4100 75 8 表 1 3 下平纵联杆件截面表 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 16 22 缀板厚 10mm 高 130mm 2140 90 10 21 14 填板厚 10mm 高 100mm 2120 80 12 23 填板厚 10mm 高 100mm 2120 80 12 1 4 端 中横联杆件截面组成及尺寸表 表 1 4 端横联斜杆截面组成表 1 H 缀板厚 10mm 高 130mm 表 1 5 端横联下方起重横梁截面组成表 1 H 4100 100 12 11440 10 A 2 234 24 m Acm 4 686301 40 x Icm 4 1920 18 y Icm 表 1 6 中横联杆件截面组成表 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 17 5 H 缀板厚 10mm 高 130mm 6 H 缀板厚 10mm 高 80mm 7 H 缀板厚 10mm 高 110mm 1 5 纵横梁截面组成及尺寸表 表 1 7 纵梁 横梁截面组成表 横梁截面 图 及栓孔位 图 4100 100 12 11440 10 A 纵梁截面 图 及栓孔位 图 4150 100 14 11440 9 A 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 18 1 6 纵梁间横联杆件截面组成及尺寸 表 1 8 纵梁间横向联结系杆件截面组成 尺寸单位 mm Z12 Z13填板厚 12 Z1490 90 10 Z1590 90 10 1 7 小结 本章对全桥的杆件进行了系统的编号并对尺寸和拼接构成进行了提取 一一将其列表以方便以后章节的检算与设计 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 19 第二章 桥梁各杆件截面几何特性计算 2 1 主桁杆件截面几何特性计算 依据 铁路桥梁检定规范 以后简称 检规 对桁架各杆件检算时 需要先求出杆件截面毛截面面积及对自身对称轴的惯性矩 在计算时将不 规则截面划分成规则图形 可运用平行移轴定理求得 杆件计算如下 1 X 4 X 图 2 1 毛截面积 2 2 60 0 942 0 94 18 8 1 24 12 1 2293 64 m Acm 对 x 轴惯性矩 3333 22 0 9 6042 0 91 2 18 812 1 2 24 1 2 18 8 110 5 4 12 1 2 1 05 12121212 x I 4 46149 37cm 对 y 轴惯性矩 3333 22 0 9 4260 0 918 8 1 21 2 12 24 18 8 1 2 21 5 4 12 1 2 16 1 12121212 y I 24 2 60 0 9 22 55117828 12cm 栓孔损失惯性矩 4 7162 18 x Icm 4 22311 05 y Icm 得净截面惯性矩 4 38987 19 xj Icm 4 95517 07 yj Icm 杆件计算如下 2 X 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 20 图 2 2 毛截面积 2 2 60 1 44 18 8 1 24 12 1 242357 84 m Acm 对 x 轴惯性矩 3333 22 42 11 4 601 2 18 812 1 2 224 1 2 18 8 11 1 4 12 1 2 1 1 12121212 x I 4 64256 45cm 对 y 轴惯性矩 333 22 1 4260 1 418 8 1 2 2 60 1 4 22 3 4 18 8 1 2 21 121212 y I 3 24 1 2 12 4 12 1 2 15 6 144261 56 12 cm 栓孔损失惯性矩 4 8865 47 x Icm 4 26093 45 y Icm 得净截面惯性矩 4 55390 98 xj Icm 4 118168 11 yj Icm 杆件计算如下 3 X 图 2 3 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 21 毛截面积 2 4 20 12 1 2 1 241 1 42 60 0 92 60 1 2457 24 m Acm 对 x 轴惯性矩 333 22 33 4 41 1 410 8 1 21 2 20 4410 7 121212 0 9 601 2 60 89894 26 1212 x I cm 10 8 1 2 1 3 20 1 2 22 对 y 轴惯性矩 333 22 33 224 1 4 411 2 10 820 1 2 4 1 2 10 8 14 3 4 1 2 20 20 3 121212 60 0 960 1 2 2 60 0 9 21 35 2 60 1 2 22 4 180246 55cm 1212 y I 栓孔损失惯性矩 4 24314 55 x Icm 4 40610 62 y Icm 得净截面惯性矩 4 65579 71 xj Icm 4 139635 93 yj Icm 杆件计算如下 5 X 图 2 4 毛截面积 m A 2 4 20 12 1 2 1 24 60 0 941 1 4421 24cm 对 x 轴惯性矩 333 22 41 1 410 8 1 21 2 20 41 3410 7 121212 x I 10 8 1 2 20 1 2 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 22 3 4 0 9 60 79094 25 12 cm 4 对 y 轴惯性矩 333 22 33 224 1 4 411 2 10 820 1 2 414 6420 6 121212 60 0 960 0 9 60 0 9 21 65 60 0 9 22 55 165899 84 1212 y I cm 10 8 1 2 20 1 2 22 栓孔损失惯性矩 4 21427 59 x Icm 4 37381 52 y Icm 得净截面惯性矩 4 57666 66 xj Icm 4 128518 32 yj Icm 杆件计算如下 1 F 图 2 5 毛截面积 2 2 60 1 242 14 18 8 1 24 12 1 2333 84 m Acm 对 x 轴惯性矩 3333 22 1 2 6042 11 2 18 812 1 2 24 1 2 18 8 11 1 4 12 1 2 1 1 12121212 x I 4 57056 41cm 对 y 轴惯性矩 333 22 1 421 2 6018 8 1 2 2 60 1 2 22 4 4 18 8 1 2 21 2 121212 y I 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 23 3 24 1 2 12 4 12 1 2 15 8 134083 48 12 cm 栓孔损失惯性矩 4 8184 67 x Icm y I 4 23965 08cm 得净截面惯性矩 4 48871 74 xj Icm 4 110118 4 yj Icm 杆件计算如下 2 F 图 2 6 毛截面积 2 4 18 4 1 620 1 6 245 76 m Acm 对 x 轴惯性矩 33 22 1 6 2018 4 1 6 4 1 6 20 10 5 4 18 4 1 6 1 3 1212 x I 4 18602 8cm 对 y 轴惯性矩 y I 33 22 20 1 61 6 18 4 4 1 6 20 22 2 4 18 4 1 6 12 2 1212 4 83960 63cm 杆件计算如下 3 F 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 24 图 2 7 毛截面积 4 8 1 9 1 44 1 2 2 m A 2 173 6cm 对 x 轴惯性矩 x I 3 1 2 44 2 12 33 22 1 91 8 4 1 9 17 5 4 8 1 21 5 1212 4 43099 47cm 对 y 轴惯性矩 333 222 1 2 441 91 8 2 44 1 2 22 4 4 1 9 21 3 4 8 1 16 8 121212 y I 4 78536 71cm 栓孔损失惯性矩 4 5510 34 x Icm 4 9707 31 y Icm 得净截面惯性矩 4 37589 13 xj Icm 4 68829 4 yj Icm 杆件计算如下 4 F 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 25 图 2 8 毛截面积 4 18 8 1 2 4 1 2 2 m A 2 147 84cm 对 x 轴惯性矩 x I 33 22 1 2 18 812 1 2 4 18 8 1 2 11 1 4 12 1 2 1 1 1212 4 13852 95cm 对 y 轴惯性矩 33 22 1 2 18 812 1 2 4 18 8 1 2 22 4 4 12 1 2 17 1212 y I 4 62627 25cm 杆件计算如下 3 S 图 2 9 毛截面积 0 9 434 13 6 1 4 4 1 4 10 m A 2 170 86cm 对 x 轴惯性矩 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 26 333 22 43 0 91 4 13 610 1 4 4 1 4 13 6 8 65 4 10 1 4 1 15 121212 x I 4 6958 18cm 对 y 轴惯性矩 333 22 0 9 431 4 1013 6 1 4 4 10 1 4 18 4 13 6 1 4 22 3 121212 y I 4 62459 74cm 栓孔损失惯性矩 4 19 42 x Icm 4 4918 78 y Icm 得净截面惯性矩 4 6938 76 xj Icm 4 57540 96 yj Icm 截面计算如下 1 S 图 2 10 毛截面积 0 9 434 13 6 1 4 4 1 4 10 m A 2 170 86cm 对 x 轴惯性矩 333 22 43 0 91 4 13 610 1 4 4 1 4 13 6 8 65 4 10 1 4 1 15 121212 x I 4 6958 18cm 对 y 轴惯性矩 333 22 0 9 431 4 1013 6 1 4 4 10 1 4 18 4 13 6 1 4 22 3 121212 y I 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 27 4 62459 74cm 栓孔损失惯性矩 4 19 42 x Icm 4 4918 78 y Icm 得净截面惯性矩 4 6938 76 xj Icm 4 57540 96 yj Icm 截面计算如下 2 S 4 S 图 2 11 毛截面积 2 88 m Acm 对 x 轴惯性矩 33 22 1 1319 4 13 1 0 45 1 6 5 4 1 9 0 450 5 1212 x I 4 4054 35cm 对 y 轴惯性矩 y I 33 22 13 191 4 13 1 230 5 4 1 9 234 5 1212 4 38893 33cm 2 2 纵梁及横梁截面几何特性计算 纵横梁的截面也是组合截面 需要对其截面几何特性进行计算 以便 利用其截面特性进行有限元建模 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 28 图 2 12 横梁截面图 尺寸单位 mm 截面组成 4100 100 12 11440 10 A 毛截面积 2 4 10 10 1 2 1 2 144 1234 24 m Acm 对 x 轴惯性矩 333 224 1 1441 2 8 810 1 2 41 2 8 8 66 941 2 10 71 9 686301 40 121212 x Icm 对 y 轴惯性矩 333 224 144 18 8 1 21 2 10 41 2 8 8 1 141 2 10 5 5 1920 18 121212 y Icm 栓孔损失面积 2 2 2 3 3 415 64Acm 栓孔损失惯性矩 x I 24 2 2 3 3 4 66 569163 99cm 得 净截面几何特性值 2 218 6 j Acm 4 617137 41 xj Icm 4 1920 18 yj Icm 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 29 图 2 13 纵梁截面图 尺寸单位 mm 截面组成 4150 100 14 11440 9 A 毛截面积 2 4 15 10 1 4 1 4 144 0 9261 76 m Acm 对 x 轴惯性矩 333 22 4 0 9 1441 4 8 615 1 4 466 841 4 15 71 8 121212 828708 02 x I cm 1 4 8 6 对 y 轴惯性矩 333 22 144 0 98 6 1 41 4 15 41 15415 7 95 121212 2251 92 y I cm 1 4 8 6 1 4 栓孔损失面积 2 17 022 2 3 3 7Acm 栓孔损失惯性矩 x I 24 2 2 3 3 7 65 573020 06cm 得 净截面几何特性值 2 244 74 j Acm 4 755687 96 xj Icm 4 2251 92 yj Icm 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 30 2 3 上下平纵联杆件截面几何特性计算 制动横撑杆件截面组成 2120 80 10 毛截面几何特性 2 38 m Acm 4 556 64 x Icm 4 348 67 y Icm 2 45 12 m Acm 4 651 32 x Icm 4 525 67 y Icm 下平纵联斜杆毛截面几何特性 22 22 22 261244 522 m Acmcm 4 891 x Icm 4 597 68 y Icm 图 2 14 上平纵联斜杆 尺寸单位 mm 毛截面面积 2 4 7 57 50 8 0 845 44 m Acm 对 x 轴惯性矩 33 22 0 8 6 76 77 5 0 8 4 0 8 6 7 11 0 8 4 7 5 0 8 11 0 4 12212 x I 4 3784 14cm 对 y 轴惯性矩 33 22 6 7 0 80 8 7 57 5 4 6 7 0 8 0 80 4 4 0 8 7 5 0 8 12122 y I 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 31 4 641 38cm 图 2 15 上平纵联横撑 尺寸单位 mm 毛截面面积 2 4 107 50 8 0 853 44 m Acm 对 x 轴惯性矩 33 22 0 8 9 27 5 0 8 4 0 8 9 2 11 0 84 6 4 7 5 0 8 11 0 4 1212 x I 4 3828 81cm 对 y 轴惯性矩 33 22 9 2 0 80 8 7 57 5 4 9 2 0 8 0 80 4 4 0 8 7 5 0 8 12122 y I 4 653 32cm 2 4 主桁杆件及纵横梁毛截面几何特性值汇总表 表 2 1 主桁杆件及纵横梁毛截面几何特性值汇总表 杆件 m A 2 cm x I 4 cm y I 4 cm 1 X 4 X293 6446149 37117828 12 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 32 2 X357 8464256 45144261 56 3 X457 2489894 26180246 55 5 X421 2479094 25165899 84 1 S170 866958 1862459 74 3 S170 866958 1862459 74 2 S 4 S884054 3538893 33 1 F333 8457056 41134083 48 2 F245 7618602 883960 63 3 F173 643099 4778536 71 4 F147 8413852 9562627 25 2 5 主桁杆件主桁杆件因栓孔损失的截面几何特性值截面几何特性值计算 由于此钢桥上的杆件连接都是采用铆接的 杆件上的铆栓孔较多 因 而其对杆件的净截面积及惯性矩造成的损失挺大 在进行有限元建模时用 的是杆件的净截面几何特性值 故在计算过程中需要除去栓孔所带来的截 面几何特性值的损失 表 2 2 栓孔位置图及损失惯矩计算表 F2F4S2S4 均为有缀板杆件其上钻孔较少 算净截面几何特性值时按无钻孔 计 杆件图示计算内容 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 33 1 X 左右 相同 22 24 4 2 3 2 1 30 13 4 2 3 2 1 9 1 22 3 3 37162 18 12 x I cm 2 24 8 2 3 2 1 23 1 05 2 2 3 3 3 237 4 22311 05 y I cm 2 8 2 3 2 12 2 3 3 353 82Acm 2 X 22 34 4 2 3 2 6 174 2 3 2 6 9 1 22 3 3 48865 47 12 x I cm 2 24 8 2 3 2 6 23 1 3 2 2 3 3 4 237 9 26093 45 y I cm 2 8 2 3 1 2 1 4 2 2 3 1 2 2 1 53 82 A cm 3 X 左右 相同 22 234 4 2 3 2 1 264 2 3 3 3 17 1 4 2 3 3 3 922 3 3 824314 55 12 x I cm 2 224 4 2 3 2 1 23 1 05 8 2 3 3 3 23 1 65 2 2 3 3 8 23 8 6 40610 62 y I cm 2 4 2 3 2 1 8 2 3 3 32 2 3 3 8 97 52 A cm 4 X 22 24 4 2 3 2 1 30 13 4 2 3 2 1 9 1 22 3 3 37162 18 12 x I cm 2 24 8 2 3 2 1 23 1 05 2 2 3 3 3 237 4 22311 05 y I cm 2 8 2 3 2 12 2 3 3 353 82Acm 5 X 22 234 4 2 3 1 8 304 4 2 3 3 30 13 1 4 2 3 3 922 3 3 821427 59 12 x I cm 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 34 2 224 4 2 3 1 8 230 9 8 2 3 3 23 1 5 2 2 3 3 8 23 8 3 37381 52 y I cm 2 4 2 3 1 88 2 3 32 2 3 3 889 24Acm 1 F 22 34 4 2 3 2 4 174 2 3 2 4 9 1 22 3 3 48184 67 12 x I cm 2 24 8 2 3 23 1 2 2 42 2 3 3 4 239 2 23965 08 y I cm 2 8 2 3 2 42 2 3 2 459 8Acm 3 S 34 1 2 2 3 3 719 42 12 x Icm 24 2 2 3 3 7 236 4918 78 y Icm 2 2 2 3 3 717 02Acm 2 6 主桁杆件及纵横梁净截面几何特性值计算表 表 2 3 杆件截面净截面几何特性数据表 杆件 Ix 4 mIy 4 mA 2 m Y mz m X10 00038987 0 0009551710 0239820 30 23 X20 00055391 0 0011816810 0294360 30 23 X30 00065580 0 0013963590 0359720 30 23 X40 00038987 0 0009551710 0239820 30 23 X50 00057667 0 0012851830 03320 30 23 F10 00048872 0 0011011840 0274040 30 23 F20 00018603 0 0008396060 0245760 2050 23 F30 00037589 0 0006882940 0153360 220 23 F40 00013853 0 0006262730 0147840 2050 23 S10 00006939 0 000575410 0153840 15450 23 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 35 S20 00004054 0 0003889330 00880 14450 23 S30 00006939 0 000575410 0153840 15450 23 S40 00004054 0 0003889330 00880 14450 23 所得到的杆件截面都是组合截面 有限元建模中仅有标准型钢截面供 直接输入 故计算净截面几何特性值是为了有限元分析建模时直接输入净 截面数据便于分析 另外我们上述计算中所用的 x 轴实际上对应与有限元 建模中局部坐标系的 y 轴 相应的计算中 y 轴则对应局部坐标系 z 轴 上 述表格中的的 y z 值是相应于有限元中截面在该轴方向最边缘纤维点离中性 轴的距离 其便于有限元程序分析计算杆件截面的最大组合应力 2 7 小结 本节为了对以后对杆件应力的检算因此对桥梁的各个杆件的截面特性 值进行了计算 且一一汇列成表方便以后章节使用 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 36 第三章 桥梁结构检算中构件有效面积计算 3 1 无缀板受压杆件有效面积计算 由于桁架杆件中 有一部分主要承受压力 需要按照 检规 计算压 杆的受压承载力是否满足规范要求 故需要按照要求对压杆的有效面积进 行计算 考虑到受压杆件稳定性的要求 也需要计算杆件轴心受压容许应 力这件系数 需要用到杆件长细比 计算主桁杆件长细比时其计算长度应 按下表计算 表 3 1 杆 件弯曲平面计算长度 0 l 弦 杆面内及面外l 面内 0 0 9l 端斜杆 端立杆 连续梁中间指点处立柱厚斜杆 作为桥门架时 面外l 面内 0 0 8l 无相交和无交叉 面外l 面内 1 l 与杆件相交或相交叉 不包括与拉杆 相交叉 面外l 面内 1 l 主 桁 桁 架 的 腹 杆 与拉杆相交叉 面外0 7l 无交叉面内及面外 2 l 面内 1 l 纵 向 及 横 向 联 于拉杆相交叉 面外 2 0 7l 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 37 面内 1 l 结 系与杆件相交叉或相交叉 不包括与拉杆相交叉 面外 2 l 受压杆件截面的有效面积应按式计算 0 A 1 节点内 0 0 9 g AA 2 节点外 0g AA 式中 受压杆件容许应力折减系数 应按规范附录表取值 杆件的毛截面积 g A 2 cm 连接或接头的有效面积计算方法与受拉杆件相同 受压杆件容许应力折减系数 应按杆件的长细比确定 应按下 0 0 列计算确定 1 整体杆件在两个平面内及组合杆件在与缀条或缀板面 向垂直的平面内发生弯曲时 为计算长度与回转半径之比 即 0 2 用缀板时 式中 缀板平面内 杆件按整 0 0 l r 22 01 体截面计算的长细比 分肢的长细比 分肢的计算长度为两相邻 1 缀板上最边缘铆钉间距离 杆计算如下 1 X 桁架平面内及平面外杆件的计算长度 800 xy lllcm 毛截面几何特性值 2 293 64 m Acm 4 46149 37 x Icm 4 117828 12 y Icm 截面回转半径 12 54 x x m I rcm A 20 03 y y m I rcm A 杆件长细比 63 80 x x x l r 39 94 y y y l r 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 38 据 中较大者查表得 x y 0 722 节点内有效面积 2 0 0 90 9 293 64264 28 m AAcm 节点外有效面积 2 0 0 722 293 64212 01 m AAcm 杆计算如下 2 X 桁架平面内及平面外杆件的计算长度 800 xy lllcm 毛截面几何特性值 2 357 84 m Acm 截面回转半径 13 40 x x m I rcm A 20 08 y y m I rcm A 杆件长细比 59 70 x x x l r 39 84 y y y l r 据 中较大者查表得 x y 0 746 节点内有效面积 2 0 0 90 9 357 84322 06 m AAcm 节点外有效面积 2 0 0 746 357 84266 95 m AAcm 杆计算如下 3 X 桁架平面内及平面外杆件的计算长度 800 xy lllcm 毛截面几何特性值 2 457 24 m Acm 截面回转半径 14 02 x x m I rcm A 19 85 y y m I rcm A 杆件长细比 40 30 y y y l r 57 06 x x x l r 据 中较大者查表得 x y 0 763 节点内有效面积 2 0 0 90 9 457 29411 56 m AAcm 节点外有效面积 2 0 0 763 457 29348 91 m AAcm 杆计算如下 1 F 重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计 39 杆件几何长度 11 31lm 毛截面几何特性值 2 333 84 m Acm 桁架平面内杆件计算长度 x l 0 8904 8lcm 桁架平面外杆件计算长度 y l 1131lcm 截面回转半径 13 07 x x m I rcm A 20 04 y y m I rcm A 杆件长细 69 23 x x x l r 56 44 y y y l r 据 中较大者查表得 x y 0 690 节