48米下承式简支栓焊钢桁梁桥课程教学设计

1、现代钢桥课程设计学 院：土木工程学院班 级：1210姓 名：罗勇平学 号：1208121326指导教师：周智辉时 间：2015年9月19日错. 误 !未定义书签。 51.4.2.3.目录第一章 设计说明 第二章 主桁杆件内力计算 第三章 主桁杆件截面设计与检算第四章 节点设计与检算 第一章 设计说明一、设计题目单线铁路下承式简支栓焊钢桁梁设计二、设计依据1. 设计规范铁道部铁路桥涵设计基本规范 (TB10002.1-2005) 铁道部铁路桥梁钢结构设计规范 (TB10002.2-2005)2. 结构基本尺寸计算跨度 L=48m ；桥跨全长 L=49.10m ；节间长度 d=8.00m ； 主

2、桁 节 间 数 n=6 ； 主 桁 中 心 距 B=5.75m ； 平 纵 联 宽 度 B0=5.30m ；主桁高度 H=11.00m ；纵梁高度 h=1.45m ；纵梁 中 心 距 b=2.00m ； 主 桁斜 角 倾角 53.973 ， sin 0.809 ， cos 0.588 。3. 钢材及基本容许应力杆件及构件用 Q370qD ；高强度螺栓用 20MnTiB 钢；精制螺栓 用BL3;螺母及垫圈用45号优质碳素钢；铸件用ZG25 辊 轴用锻钢 35 。钢材的基本容许应力参照铁路桥梁钢结构设计 规范。4. 结构的连接方式及连接尺寸 连接方式：桁梁杆件及构件采用工厂焊接， 工地高强度螺栓连

3、接； 人行道托架采用精制螺栓连接。连接尺寸：焊缝的最小焊脚尺寸参照桥规；高强度螺栓和精 制螺栓的杆径为 22 ，孔径为 d 23mm。5. 设计活载等级标准中活载。6. 设计恒载主桁 P312.70kN/m ；联结系 2.80kN / m ;桥面系 P26.50kN/m ;高强度螺栓P6 （P2 P3 P4） 3% ；检查设备P51.00kN /m ;桥面Pi 10.00kN /m ;焊缝 P7 （P2 P3 P4） 1.5%。计算主桁恒载时， 按桥面全宽恒载 P P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 。三、设计内容1. 确定主桁型式及主要参数；2. 主桁杆件内力计算 （全部 ），并将结果

4、汇制于 2 号图上；3. 交汇于 E2、A3 节点（要求是两个大节点）的所有杆件截面设计与检算；4. 主桁下弦 E2 节点设计与检算；5. 绘制主桁 E2 节点图 （3 号图）。四、设计内容1. 设计说明书 1 份；2. 2、3 号图各一张。五、要求1. 计算书条理清楚、语句通顺、计算正确；2. 结构图按制图要求比例恰当、粗细线条明确、尺寸标注清楚、投 影关系无误。第二章主桁杆件内力计算说明：计算图式采用平面铰接桁架，主力（包括恒载和活载）作用在主桁平面内一、影响线恒载计算:据第一章所提供的资料，每片主桁所承受的恒载内力:p 0.5 Pi P2 P3 P4 P5 P6 P716.995近似地采

5、用p=17kN/m.三、活载计算：静活载取换算均布活载k,由所求杆件内力的影响线最大纵坐标 位置a值和加载长度L查表求得。弦杆 EoE2：a=1/6 , L=48m ,由内插法求得 k=50.20(kN/m)( 片主桁，下同)弦杆 E2E2: a=1/2 , L=48m , k=47.25(kN/m)弦杆 AiA3：a=1/3 , L=48m , k=48.10(kN/m)端斜杆 EoA仁 a=1/6 , L=48m , k=50.20(kN/m)斜杆 E?A3：a=1/6 , L=19.2m , k=60.19(kN/m)a=1/6 , L=28.8m , k=55.06(kN/m)斜杆 A

6、iE2：a=1/6 , L=38.4m , k=52.09(kN/m)a=1/6 , L=9.6m , k=73.63(kN/m)吊杆 AiEi：a=1/2 , L=16m , k=59.70(kN/m)吊杆 A3E3：a=1/2 , L=16m , k=59.70(kN/m)四、恒载内力和活载内力:1.弦杆 E0E2：采用响线面积法求恒载内力和活载内力。影响线最大纵距:LH0.60606148 11影响线面积:0.5Ly 0.5 48 0.60606014.5455 m恒载内力:Np17 14.5455247.27 kN静活载内力:Nk50.2014.5455730.18 kN2811.31

7、8240 48247.27272840 L Np1Nk动力系数:0.25691.3182 730.1818其余各杆的a值计算结果见2号图上所示，其中最大的amax为:amaxNp17Nk1.3182 47.25 0.2729活载发展均衡系数:amaxa10.2729 0.25691.00276弦杆EoE2的总内力为Ni Np（计算静强度时的最大内力）：1 Nk 247.27 1.0027 1.3182 730.18121235 kN计算疲劳时，应采用动力运营系数，1 f 1化1就12045，且不考虑活载发展均衡系数，计算疲劳时的最大内力为:N maxNp 1 f Nk 247.271.2045

8、 730.181126.81kN2.弦杆 E2E2:影响线最大纵距:LH24 241.09090948 11影响线面积:0.5Ly 0.5 48 1.09090926.1818 m恒载内力:Np17 26.1818445.09kN静活载内力:Nk47.2526.1818 1237.09 kN动力系数:2840NpNk“ 2811.318240 48445.09091.3182 1237.0909 0.2729活载发展均衡系数:amax1 0.2729 0.27291.00006NiNpNk445.09 1.0000 1.3182 1237.092075.79 kN动力运营系数:181 f 14

9、0 L181.204540 48则计算疲劳时的最大内力为:N maxNp 1 fNk445.09 1.2045 1237.091935.22 kN3.弦杆 A1A3：影响线最大纵距:16 32LH48 110.969697影响线面积:0.5L0.5 480.96969723.2727 m恒载内力:Np17 23.2727395.64 kN静活载内力:Nk48.1023.27271119.42 kN动力系数:282840NpNk40 48395.63641.31821.3182 1119.41820.2681活载发展均衡系数:1-0.2729 0.26811.00086总内力:Ni NpNk39

10、5.64 1.0008 1.3182 1119.421872.41 kN上弦杆为受压构件，不需要考虑疲劳时的内力。4.端斜杆E0A1：影响线最大纵距:LH騎 130414影响线面积:0.5L0.5 48 1.03041424.7299 m恒载内力:Np17 24.7299420.4091 kN静活载内力:Nk50.2024.72991241.4433 kN动力系数:2840Np1旦40 48420.40911.31820.25691.3182 1241.4433活载发展均衡系数:amax1 1 0.2729 0.25691.00276总内力:Ni NpNk420.41 1.0027 1.318

11、2 1241.44332061.22 kN端斜杆为压弯构件，不需要考虑疲劳时的内力。5.斜杆 E2A3：由于该杆件的影响线具有正、负面积，必须分别进行计算。正影响线最大纵距:l2Lsin 53.97160.41216648正影响线面积:0.5 112y 0.53.20 160.4121663.9568 m负影响线最大纵距:ysinl2Lsin 53.9724480.618249负影响线面积:0.5 l10.54.80 240.6182498.9028 m正、负影响线面积之代数和:4.9460 mNp p17 4.946084.08 kN活载内力也按影响线正、负面积分别计算?正面积部分：静活载内

12、力：Nkk 60.193.9568238.17 kN动力系数:14082840 19.20 1.4730恒载内力与活载内力之比:Np84.08180.2397Nk1.4730 238.1725活载发展均衡系数:amax1-0.27290.23971.08546正面积部分的总内力:NiNpNk84.08 1.0854 1.4730 238.17296.17 kN动力运营系数:18f 140 L181.30414019.20则计算疲劳时的最大内力为:N maxNp 1 fNk84.08 1.3041 238.17226.51 kN?负面积部分:静活载内力:Nk k 55.06 8.9028490.

13、20 kN动力系数:1128 281.4070140L40 28.80Np84.08180.1219a1Nk1.4070 490.20活载发展均衡系数：11amax1 a 1 - 0.27290.12191.025266NiNpNk84.08 1.0252 1.4070 490.20791.14 kN动力运营系数:18f 140 L181.261640 28.80则计算疲劳时的最大内力为:NmaxNp 1 fNk84.08 1.2616 490.20702.53 kN6.斜杆 A1E2：由于该杆件的影响线具有正、负面积，必须分别进行计算。正影响线最大纵距:1 l2L320.824332sin

14、53.9748正影响线面积:0.5 112y 0.56.40 320.82433215.8272 m负影响线最大纵距：112L sin 53.97480.206083负影响线面积:0.5 1112 y 0.51.60 80.2060830.9892 m正、负影响线面积之代数和:14.8380 m恒载内力:Np p17 14.8380 252.25 kN活载内力也按影响线正、负面积分别计算。?正面积部分:静活载内力:Nk52.0915.8272824.45 kN动力系数:40 L11.357140 38.40恒载内力与活载内力之比:NpNk252.24551.3571824.4476。”254活

15、载发展均衡系数:amax10.2729 0.22541.00796正面积部分的总内力:NiNpNk252.25 1.0079 1.3571 824.451840 38.401.22961379.99 kN动力运营系数:则计算疲劳时的最大内力为:N maxNp 1 fNk252.25 1.2296 824.451265.98 kN?负面积部分:静活载内力:Nk73.630.989272.84 kN动力系数:1 40NpNk28281.564540 9.60252.24551.5645 72.83792.2135活载发展均衡系数:amax1-0.2729 2.21351.41446负面积部分的总内

16、力：Np91.07 kNNiNk252.25 1.4144 1.5645 72.8379动力运营系数:18f 140 L181.362940 9.60则计算疲劳时的最大内力为:N max N p 1 fNk252.25 1.3629 72.8379152.97 kN7.吊杆 A1E1：影响线最大纵距:1.00影响线面积:0.5Ly 0.5 16 18.00 m恒载内力:Np17 8.00136.00 kN静活载内力:Nk59.708.00477.60 kN动力系数:2840 NpNk2811.5000040 16136.000.18981.5000 477.60活载发展均衡系数:1-0.272

17、9 0.18981.01386总内力:NiNp862.32 kNNk136.00 1.0138 1.5000 477.60动力运营系数:f 1亠40 L则计算疲劳时的最大内力为：N max N p 1 f767.11 kNNk8.吊杆 A3E3：影响线最大纵距:1.00影响线面积:0.5L y 0.5 16恒载内力:Np181.321440 16136.00 1.3214 477.6018.00 mp 17 8.00 136.00 kN静活载内力:Nkk 59.708.00477.60 kN动力系数:281 -40NpN；0.18981.5000 477.60281.5000040 16136

18、.00活载发展均衡系数:amax10.2729 0.18981.01386总内力:NiNpNk136.00 1.0138 1.5000 477.60862.32 kN动力运营系数:181.321440 1618f 140 L则计算疲劳时的最大内力为:N maxNp 1 fNk136.00 1.3214 477.60767.11 kN第三章主桁杆件截面设计与检算、下弦杆E0E2的设计设计资料:设计最大内力：1212.35kN ；设计疲劳应力：Nmax 1126.81kN ,Nmin 247.27kN ；杆件几何长度：8m，材料：Q370qD。铁路简支钢桁架桥的主桁下弦杆都是受拉杆件，内力较大且反

19、复 变化，一般由疲劳强度控制设计。(1) 计算所需的净截面面积。由钢桥构造与设计附表 2及表1.5查得疲劳容许应力幅130.7MPa，取 1.0，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为:AjN maxNmin1126.81247.271031.0 130.726729.4 mm根据设计经验，估计杆件的毛截面面积:-7917.0 mm20.85(2) 选取截面形式为H形(见下图)，截面组成为:400竖板：2- E3440mm 10mm水平板：1- O380mm 10mm每侧布置4排栓孔，孔径d 23mm 提供毛截面面积：2Am 12600 mm栓孔削弱的面积：A 8 23 101840 mm2净

20、截面面积：A 凡 A 12600 1840 10760 mm2 6729.4 mm2（可）截面提供的惯性矩：lx 3.8042 108 mm4 ,ly 1.4201 108 mm4回转半径rx 173.76 mm, 口 106.16 mm(3) 强度和刚度检算。强度检算：maxNmax 12佗35 10112.67 MPa 210 MPa (可)A 10760疲劳强度自动满足，故不由于实际净截面面积大于所需净截面面积，必再检算。刚度检算：l 0xrxry8000173.768000106.1646.04 75.36 100100 （可）、下弦杆E2E2的设计设计资料：设计最大内力：2075.7

21、9kN ；设计疲劳应力：Nmax 1935.22kN，Nmin 445.09kN ;杆件几何长度：8m，材料：Q370qD。铁路简支钢桁架桥的主桁下弦杆都是受拉杆件，内力较大且反复 变化，一般由疲劳强度控制设计。(1) 计算所需的净截面面积。由钢桥构造与设计附表 2及表1.5查得疲劳容许应力幅130.7MPa，取 1.0，根据疲劳强度条 件可知所需的净截面面积为：3N max N min1935.22 445.09 102A,11401.2 mmj 1.0 130.7根据设计经验，估计杆件的毛截面面积：Aj2Am13413.1 mm0.85(2) 选取截面形式为H形(见下图)，截面组成为:40

22、0竖板：2- 03440mm 14mm水平板：1- O372mm 10mm每侧布置4排栓孔，孔径d 23mm 提供毛截面面积：2Am 16040 mm栓孔削弱的面积：A 8 23 142576 mm2净截面面积：AA 16040 2576 13464 mm2 11401.2 mm2（可）截面提供的惯性矩：84lx 5.0201 108 mm4 ,Iy 1.9879 10 mm回转半径rx 176.91 mm ,5111.33 mm(3)强度和刚度检算。强度检算：max143.73 MPa 210 MPa（可）Nmax 1935.22 103 Aj13464由于实际净截面面积大于所需净截面面积，

23、疲劳强度自动满足，故不必再检算。刚度检算：l ox 8000rx176.9145.22 1000yry8000111.3371.86 100（可）三、上弦杆A1A3的设计设计资料:设计最大内力：1872.41kN ;杆件几何长度:8m，材料:Q370qD。上弦杆A1A3为受压杆件，由整体稳定控制设计(1) 选定H形截面，并假定杆件的长细比70，查附表4求得整体稳定容许应力折减系数1 0.609，则所需的毛截面面积为：N187241 1032Am14640.8 mm21 0.609 210竖板：2-(2) 选取截面形式为H形(见下图)，截面组成为：水平板：1- O368mm 12mm每侧布置4排

24、栓孔，孔径d 23mm 提供毛截面面积：Am 2 440 16 368 1218496 mm2 14640.8 mm2(可)截面提供的惯性矩：lx 5.6918 108 mm4 ,ly 2.2721 108 mm4 回转半径rx 175.42 mm, ry 110.83 mm(3)整体稳定检算。杆件计算长度x虫竺乞45.60, y rx 175.42由72.18查表得 1 0.595，N187241 103TAm 0.595 18496则:lxl0yryloy l 8m，长细比:800072.18110.83170.14 MPa 210 MPa局部稳定检算。竖板：当杆件的长细比50时，桥规要求

25、板件的宽厚比b- 0.145，现- 13.75 0.14 72.18 5 15.11 (可)t 16水平板：当杆件的长细比50时，桥规要求板件的宽厚比-0.410，现bt(5)刚度检算斜杆E2A3的设计设计资料：设计内力：296.71kN, 791.14kN ；设计疲劳内力：Nmax 226.51kN， 702.53kN ；杆件几何长度I 13.6m，材料：Q370qD ；该斜杆是受拉兼受压杆件，由疲劳强度控制设计。(1)力幅积为：四、Nmin36830.670.4 72.18 1038.87（可）12长细比 max 72.18 100（可）max计算所需的净截面面积。由附表2及表1.5查得疲

26、劳容许应130.7MPa，取1.0，根据疲劳强度条件，所需的净截面面3A Nmax Nmin 226.51 702.53 10 “ c 2Aj max mjn7108.2 mmJ 1.0 130.7选取截面形式为H形（见下图），截面组成为：400竖板：2- 03440mm 14mm 水平板：1- O372mm 10mm每侧布置4排栓孔，孔径d 23mm 提供毛截面面积：2Am 16040 mm栓孔削弱的面积：2A 8 23 101840 mm2净截面面积：A AmA16040 1840 14200 mm27108.2 mm2（可）截面提供的惯性矩：lx 5.0201 108 mm4 ,Iy 1

27、.9879 108 mm4回转半径rx 176.91 mm ,口 111.33 mm(3)刚度检算。杆件计算长度：13601 mm(主桁平面外)(主桁平面内)lxly长细比:0.8l 0xrxSyry1360110881 mm13601176.9110881111.3376.88 97.74 100100(4) 整体稳定性检算。由97.74查表得10.437，则N 791.14 103iAm0.437 16040112.87 MPa 210 MPa（可）(5) 局部稳定性检算。竖板:b 22015.710.14 97.74 5 18.68t 14水平板:b 372 t 1037.20.4 97

28、.74 1049.10(6)强度检算。N max791.14 1031076073.53 MPa210 MPa五、斜杆A1E2的设计设计资料：设计最大内力：1212.35kN ；设计疲劳应力： Nmax 1265.98kN，Nmin 152.97kN ；杆件几何长度：8m，材料：Q370qD。该斜杆是受拉杆件，内力较大且反复变化，一般由疲劳强度控制 设计。(1) 计算所需的净截面面积。由附表2及表1.5查得疲劳容许应力幅130.7MPa，取 1.0，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为：3AjNmax Nmin1265.98 152.97 108515.72mm21.0 130.7根据设计经

29、验，估计杆件的毛截面面积：Aj2Am- 10018.50 mm0.85(2) 选取截面形式为H形(见下图)，截面组成为:10o_400_竖板：2- 03440mm 10mm水平板：1- O380mm 10mm每侧布置4排栓孔，孔径d 23mm提供毛截面面积：2Am 12600 mm栓孔削弱的面积：2A 8 23 101840 mm净截面面积：A 珞 A 12600 1840 10760 mm2 8515.72 mm2（可）截面提供的惯性矩：lx 3.8042 108 mm4 ,ly 1.4201 108 mm4回转半径rx 173.76 mm, 口 106.16 mm1379.99 10310

30、760(3) 强度和刚度检算。强度检算:由于实际净截面面积大于所需净截面面积,疲劳强度自动满足，故不必再检算。刚度检算：10x 800046.04 100xrx173.76yloy8000ry106.1675.36 100 （可）N maxA128.25 MPa210 MPa（可）六、吊杆A3E3的设计设计资料：设计最大内力：862.32kN ；设计疲劳应力：Nmax 767.11kN，minNmin 136.00kN ;杆件几何长度：8m，材料：Q370qD。该吊杆是受拉杆件，内力较大且反复变化，一般由疲劳强度控制 设计。(1)计算所需的净截面面积。由附表2及表1.5查得疲劳容许应 力幅13

31、0.7MPa，取 1.0，根据疲劳强度条件可知所需的净截面 面积为：Nmax Nmin 767.11 136.00 1032Aj竺 竺4828.72 mm2j 1.0 130.7根据设计经验，估计杆件的毛截面面积：Aj2Am5680.85 mm0.85(2)选取截面形式为H形(见下图)，截面组成为：竖板：2-水平板：1- O380mm 10mm每侧布置4排栓孔，孔径d 23mm 提供毛截面面积：2Am 9000 mm栓孔削弱的面积：A 4 23 10920 mm净截面面积：Aj AA 9000 920 8080 mm2 4828.72 mm2（可）截面提供的惯性矩：lx 2.4350 108

32、mm4 ,ly 2.9325 107 mm4回转半径rx 164.49 mm, ry 57.08 mm(3) 强度和刚度检算。强度检算：maxNmax 862.32 103 竺106.72 MPa 210 MPa (可)Aj8080疲劳强度自动满足，故不由于实际净截面面积大于所需净截面面积，必再检算。刚度检算：1 0xrxSyry800048.64 164.498000140.15 57.08180180（可）第四章节点设计与检算说明：设计并检算主桁下弦大节点 El一、主桁下弦大节点El的构造如3号图所示的主桁下弦节点 El，在主桁平面内有五根杆件在 此交汇，弦杆之间的竖板采用双面拼接。外拼接

33、板是节点板，内拼接 板被弦杆腹板分为上下两块，如果节点左右两侧的竖板厚度不同，则 需加设填板，然后再进行拼接。在该节点的内侧弦杆中线位置设置一 个 形的小节点板，使下平纵联斜杆及横梁下翼缘连接于此小节点 板的水平板上。横梁的腹板则用连接角钢与内侧节点板相联。二、节点板的强度检算(1)检算主力作用下节点中心处节点板竖向截面上的法向应力 将节点El沿螺栓孔线截开，取左边部分为分析对象，根据平衡 条件，节点板竖向截面上的法向力 N为：N se0e2 sa,e2 cS Sa/3下弦杆EoEl的承载力为Se0E2 Aj n1406.33kN斜杆AiEl的承载力为Sa!E2 Aj n1406.33kNN Seoe2 Sae2Cs 2233.50kN截面组成毛截面面积Ami扣孔面积厶Ai净面积Ajimm Xmmmm 2mm 2mm 22 Q115 X204460010120344804 200 X2016000368012320合计606001380046800纯弯曲状态下截面中性轴至弦杆中心轴的距离计算:eAmiyiAm446001115 4402248.39mm60600净截面对中性轴惯性矩的计算:201115320111511152 248.39 220122 20200320200248.39220100 2m2122020032