钢桥计算书邹越

1、钢结构课程设计学生姓名：邹越 学生班级：道桥141 学 号：14442059 指导教师：秦泗风 设计时间：2017年6月16日至2017年6月21日1、课程设计任务书一一钢结构1.1、课程设计性质及目的钢结构是土木工程专业的一门主要专业课程，课程设计的目的是使学生综合运用本课程所学知识进行整体结构设计，提高学生思考和解决问题能力。通过课 程设计使学生学会钢桁架结构的设计及其施工图的绘制，为今后进行复杂钢结构的 设计和研究等工作打下坚实的基础。1.2、课程设计的要求1、掌握钢桁架荷载的计算；2、掌握杆件内力的计算和组合，截面选择及构造要求;3、掌握桁架节点设计的原则和要求，主要节点设计及计算和构

2、造;4、掌握钢结构施工图的内容和绘制。1.3、设计任务和设计资料1、设计任务某下承式公路桁架桥由两榀主桁架组成，计算跨径64m主桁高度H=8m节间长度为8m。主桁中距为17.5m。主桁立面布置图如图1所示，上平联及下平联分别A2 M 嗣 Ay A? AB.1 B2 E3 B4 B5 B4' BT BF Br8x3=64如图2,3所示（图1-3均为杆件轴线布置图）。各杆件均为工字型截面，设计该桥。图2.上平联计算图示（单位：m）2、设计荷载车辆荷载：公路-I级，双向四车道;桥面系荷载：40KN/m；二期恒载(桥面板、人行道板、铺装、栏杆等重量)：(20+0.1n)KN/m n为学号后两位

3、(25.9 KN/m)；3、主要材料钢材：钢桁架采用Q345qE勺钢材，应符合桥梁用结构钢(GB/T 714-2008)中相关要求。螺栓及焊接材料：高强度螺栓、螺母、垫圈应符合GB/T 1231-2006标准的 10.9S级，摩擦系数0.4。焊接材料应根据焊接工艺评定试验结果确定。选定焊接材料应保 证焊缝金属与母材性能的匹配，并符合相关标准的规定。1.4、课程设计应完成成果课程设计应完成以下成果：1、钢桁架计算书一份，具体包括桁架荷载计算、内力计算、杆件的选择、各种 连接的计算等。计算书以封面、正文的顺序装订，手工书写，同任务书一同装入袋 中。计算书包括:(1)封皮 封皮包括：课程设计名称、班

4、级、学号和姓名(2)内容设计资料；荷载分析、计算;内力分析、计算；截面设计(上、下弦杆，腹杆及联结系杆件)连接计算； 节点设计(主桁一个节点) ；2 、桁架施工图一份，具体包括桁架布置图、桁架的重要节点详图。3、图纸尺寸为A3,微机出图，要求严格按桁架施工图标准绘制，保证图幅清晰、表答清楚。4、编制规范的材料表。1.5 、考核方法及成绩评定课程设计成绩分优、良、中、及格、不及格五档。成绩采取综合评定的方式给出，即：总成绩 =出勤( 20%)+计算书( 40%)+图纸( 40%)；1.6 、参考文献1、公路桥涵设计通用规范 (JTG D60-2004)2、公路桥涵钢结构及木结构设计规范 (JTJ

5、 025-86)3、钢结构设计规范(GB 50017-2003)4、铁路桥梁钢结构设计规范 ( TB10002.2-2005)5、结构设计原理，叶见曙，人民交通出版社6、现代钢桥，吴冲，人民交通出版社102、截面性质根据已有的设计图纸，拟选定截面形式、面积、惯性矩如表2-1所示:表2-1几何性质上、下弦杆斜杆竖杆截面形式截面积A（m2）惯性矩I（m4）1 1C12 p41IQ4"i1 11*-1J；1hOB1 -化J10.0350000.0265800.025380Ix= 1.3273E-03Iy= 0. 6564E-03Ix= 0.9915E-03Iy= 0.3688E-03Ix=

6、 0.9360E-03Iy= 0.3039E-033、内力计算3.1恒荷载计算3.1.1已知条件:已知桥面系荷载:A=0.025380 m2。40KN/m；弦杆：A=0.035000m2、斜腹杆:A=0.026580 m2、竖腹杆:3.1.2程序修改:d文件:secti onY=-11 A=0.035000q=2.7475E=2.1e8 :弦杆2 A=0.026580q=2.08653:斜腹杆3A=0.025380q=1.99233:竖腹杆PFR恒载计算D.in 输入数据的输出，以供核对数据用D.F 杆件内力D.U 杆件位移3.1.3主桁各单元恒荷载数据表3-1主桁编号123456891011

7、恒载内力(kN )-2071.6-2071.6-2765.9-2765.9-2071.6-2071.61203.91203.92592.32592.3主桁编号12131415212223242526恒载内力(kN )2592.32592.31203.91203.9301.5-22.0301.5-22.0301.5-22.0主桁编号273132333435363738恒载内力(kN )301.5-1694.21235.5-728.0253.8253.8-728.01235.5-1694.23.2、汽车荷载计算3.2.1、已知条件:车辆荷载：公路-I级，双向四车道;3.2.2、程序输入:in L6

8、 影响线计算Load 活载计算Load / d/qf.out3.2.3、主桁各单元汽车荷载数据表3-2主桁编号123456891011车载MAX(kN)0000001242.71242.72662.82662.8车载MIN(kN)-2130.3-2130.3-2840.4-2840.4-2130.3-2130.30000主桁编号12131415212223242526车载MAX(kN)2662.82662.81242.71242.7954.20954.20954.20车载MIN(kN)0000000000主桁编号273132333435363738车载MAX(kN)954.201412.234

9、5.2815.9815.9345.21412.20车载MIN(kN)0-1757.4-156.9-1098.4-564.8-564.8-1098.4-156.9-1757.44、荷载组合公路桥涵设计通用规范组合I:基第2.1.2条设计桥涵时，应根据可能同时出现的作用荷载选择下列荷载组合。本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种相组合。(T =2 70MPa4.1、组合I（1.2恒载+1.4汽车）表4-1主桁编号123456891011恒载+MAX (kN)-2485.9-2485.9-3319.1-3319.1-2485.9-2485.93184.53184.56838.76838.7汽车

10、MIN(kN )-5468.3-5468.3-7295.6-7295.6-5468.3-5468.31444.71444.73110.83110.8主桁编号12131415212223242526恒载+MAX (kN)6838.76838.73184.53184.51697.7-26.41697.7-26.41697.7-26.4汽车MIN( kN )3110.8311081444.71444.7361.8-26.4361.8-26.4361.8-26.4主桁编号273132333435363738恒载+MAX (kN)1697.7-2033.03459.7-390.31446.81446.8

11、-390.33459.7-2033.0汽车MIN(kN)361.8-4493.41262.9-2411.4-486.2-486.2-2411.41262.9-4493.45、强度验算5.1验算项目由4.1、4.2的荷载组合可知，主桁各杆的受力状况：上弦杆（单元号1-6）受压， 下弦杆（单元号8-15）受拉，斜杆（单元号31-38）拉压、腹杆（单元号21-27）拉 压。现进行在荷载组合I和荷载组合n下的强度验算。对于有孔洞削弱的轴心受拉、受压构件的强度计算式中：N构件的计算轴心力构件的截面面积C 钢材的基本容许应力，当构件承受动力荷载作用时，则计算应力？?得超过容许疲劳应力门。在本例中，对于荷载

12、I,取C=270MPa5.2验算结果受力 状况截面面积（希组合I最 大荷载（KN）组合I最大 应力（MPa组合I容许 应力?（MPa上弦杆受压0.0294006838.7232.609270上弦杆受拉0.0294007295.6248.140270斜杆拉压0.0224804493.4199.884270腹杆拉压0.0212801697.779.779270表5-1故各杆件的强度满足要求。6、稳定性验算6.1验算项目对于轴心压杆，要进行整体稳定性验算与局部稳定性验算。即对上弦杆（单元号1-6）、斜杆（单元号31、33、36、38）、腹杆（单元号22、24、26）进行稳定性 验算。6.1.1整体稳

13、定性验算 为保持构件整体稳定条件：截面应力不超过截面应力。?因此，整体稳定性计算公式为：Am式中 N轴心受压杆的计算压力Am毛截面面积纵向弯曲系数（稳定系数）门一一钢材的轴向容许应力6.1.2局部稳定性验算为保证构件的局部稳定性：保证实腹式截面的板件的局部稳定承载整体稳定：故限制板的宽厚比。即：b b6.2验算结果6.2.1整体稳定性验算（1）截面性质计算表表6-1截面面积A（m2）构件计算长度 Lo（ m惯性矩ly（m4回转半径i /A （m长细比|oy y iy稳定系数上弦杆0.03500080.6564E-030.136958.4370.8230斜杆0.02658011.310.3688

14、E-030.117876.8080.6861腹杆0.02538080.3039E-030.109458.5010.7877(2) 构件的平面外整体稳定表6-2组合I取大何载(KN组合 I N (Mpa)A组合I限值(tMpa上弦杆-7295.6253.28270斜杆-4493.4246.39270腹杆-26.41.25270故各杆件的强度满足要求。(3) 局部稳定性验算表6-3几何性质上、下弦杆斜杆竖杆截面形式” P 1匚I*IB 1-1- -1|<|nC58.43776.80858.501< 30< 3011长细比翼缘宽度比bt限值bt10.4011.5510.80<

15、 12 0.2=8.15腹板高度比ht限值ht400/20=20.00主要杆件不大于1&次要杆件不大于20410/18=22.780.5+5=34但不大于45< 12 0.2=11.507410/18=22.78故构件的局部稳定性满足要求7、刚度验算7.1杆件的刚度验算轴心受力构件的刚度以其长细比来衡量:I oxx|xl oyiy式中|ox loy相应方向的构件计算长度:公路桥规规定，对于桁架的腹杆平 面内弯曲长度的计算长度为0.8 Io :平面外的弯曲为Io。仏|y J V A|x |y 相应方向的截面回转半径：ix受拉或受压构件的容许长细比。表7-1截面面积A （ m2）构件

16、计算长度L0惯性矩Ix（m4）惯性矩Iy（m4）平面内回 转半径（m）l oxxIx平面外回 转半径（m）l oy yIy容许长细比下弦杆0.035000（m）1.3273E-030.6564E-030.194741.0890.136958.437130上弦杆0.03500081.3273E-030.6564E-030.194741.0890.136958.437100受拉斜杆0.02658011.310.9915E-030.3688E-030.193158.5710.117876.808130受压斜杆0.02658011.310.9915E-030.3688E-030.193158.5710

17、.117876.808100受拉腹杆0.02538080.9360E-030.3039E-030.192041.6670.109441.667130受压腹杆0.02538080.9360E-030.3039E-030.192041.6670.109441.667100故该桁架结构各构件的刚度满足要求。7.2整体刚度验算213< 式中程序输入:3 规定的容许度。NODEUVCETA10.01299-0.01688020.01107-0.03104030.00915-0.04073040.00662-0.04464050.00409-0.04073060.00217-0.03104070.0

18、0025-0.01688090.00104-0.017110100.00209-0.031040110.00472-0.041960120.00662-0.044640130.00852-0.041960140.01115-0.031040150.01219-0.01711016000(1) 、更改d文件中的M=1;(2) 、inL6 影响线计算；(3、)Load 活载计算，Load /d/qf.out。输出文件：可以得出，跨中节点(4、12)的竖向位移V=44641 1L *640.08mm800800=0.04464&节点设计与计算8.1杆端连接螺栓个数计算为防止结构的变形过大而造

19、成损坏，应验算结构的变形。即:3 3 结构在可变荷载作用下产生的最大挠度杆件的承载力要大于其内力。对于承受活荷载的杆件，为保证活载发展或遇到 种超重列车时，杆件的承载力能充分发挥，应使其连接部分与杆件有同等的承载 即按承载力计算的等强原则，这适合于主桁杆件设计。An特力,对于受拉杆件：nAn 1对于受压杆件：nN式中An 、Am分别为杆件净截面、毛截面面积；N单栓的容许承载力，对于摩擦性高强螺栓，选用 26mmu = 0.4 ,1轴心压杆的容许应力折减系数。弦杆设计两个摩擦面，内设拼接板，NRkrif腹杆设一个摩擦面，则NRkrif则P 0.9 1.0 2 0.4P 0.9 1.0 1 0.4

20、10.9 级 M24225 162 KN225 81KN孔径为对于腹杆桥规容许其连接螺栓数可按1.1倍的杆件内力与75%的杆件净面积强度二者取较大值进行计算。由毛截面面积可粗略布置弦杆单侧螺栓个数：4*9=36个；斜杆单侧螺栓数：4*7=28个;腹杆单侧螺栓数：4*7=28个。由净截面面积计算的螺栓个数如下表所示。表8-1杆件受力 状态毛截面面积Am mm净截面 面积An mm单栓容许 承载力N KN稳定系 数容许应 力受拉：Ann N 受压：An 1nN螺栓个 数取 用值下弦杆受拉35000294001620.823027070.97172斜杆受压42658022480810.6861270

21、52.48356腹杆受压2538021280810.787727054.598568.2节点螺栓的布置及节点板的设计详见附图1经计算，杆件的净面积:A 480 760 4 450 877 2 540 1112 4 312426249636.6cm2节点板净面积:2 2An 2244 1437 2 2 339 339 312 2660825.9cm421.1A54600.3cm8.3、节点板的强度计算V凶因®0ESISIS瞳8.3.1节点板撕破强度验算-o .皿曲因図B L 芦虽 raategssm-eGsss边因図 凶la一凶风一OMi0 Ml如图所示节点板，在腹杆外力作用下的撕破方

22、式。可沿 1-2-3-6-7 截面撕破，故要对这些撕破截面进行撕破强度验算。由于节点板的应力状态复杂及计算方法的近似性，公路桥规规定，节点 板的撕破强度应 较被连接杆件至少大10%,撕破截面的容许应力为：垂直于被连接杆 件轴线的截面为基本容许应力L12=53.7L35=53.7各截面的强度：N12 = 2 X (53.7 - 0.51-2-3-4、1-2-3-5、C ;斜交或平行于被连接杆件轴线的截面为0.75 (T 。L34=68.0L67=38.0、L23=32.0、L36=28.7、N23 = 2 X (32.0 - 3 X 2.6)X 2.6) X 1.8X 1.8X 0.75 (T

23、= 141.48(T (T = 87.12(T T =377.1 T N和剪力Q,节 破坏。由于弦杆在该截面处已中断，8-8与10-10所受的剪力Q不一8-8截面，根据平衡条件，采用组COS45 ° = 6562.7KNX 24 X 1.8 = 694.8cm2X 24 X 1.8 = 140.4cm2- 140.4 = 554.4 cm2(18.12 45.12)11.967 105 cm42 263.474.4 )549.611 10 cmN34 = 2X (68.0-6.5X 2.6)X 1.8X 0.75T = 137.97T N35 = 2X (53.7-0.5X 2.6)

24、X 1.8X 0.75T = 141.48T N36 = 2X (28.7-1 X2.6) X1.8 X0.75 T=70.47 TN67 = 2X (38.0-3.5X 2.6)X 1.8X 0.75T = 78.03T (T =366.57 (T (T =370.08 T 截面的撕破强度=(141.48+87.12+137.97)截面的撕破强度=(141.48+87.12+141.48)1-2-3-41-2-3-51-2-3-6-7 截面的撕破强度=(141.48+87.12+70.47+78.03)已知斜杆的净截面面积为 A=(480X 20 - 26 X 20 X 4) X 2 = 1

25、50.40cm2 故:1.1A? T = 1.1 X 150.40 T = 165.44 t 以上三个截面的撕破强度均不小于所连接杆件强度的1.1倍。故撕破强度无问题。832节点板中心竖直截面的法向应力验算节点中心截面已知节点板：22244 X 18X 1437 内拼接板：42244X 18X 240节点板中心竖直截面，在其一侧杆件外力的作用下，产生法向力 点板可能 沿中部数字最薄弱截面8-8或10-10 故其面积均只包括节点板与拼接板的面积，但截面 样，对于E10节点，显然应验算所受剪力较大的 合I的荷载值，该截面的法向力 N为N = N2 + N4 X cos 0= 6838.7- 390.3 X毛截面面积：？= 1.8 X 145 X 2 + 4?扣孔：?A = 2 X 2.6 X 11 X 1.8 + 4 净截面面积：Aj = Am- ?A = 694.8 节点中心竖截面的形