土木工程重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计

重载运输下铁路简支钢桁梁桥加固设计西北民族大学毕业设计设计名称重载运输下的铁路简支钢桁梁桥加固设计姓名xxxxx学号xxxxxxxxxxx学院土木工程学院专业班级桥梁工程班指导教师xxxxxx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：xxxxxxxxx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，其中两跨为上承式简支钢桁梁桥，一跨为预应力混凝土简支梁桥。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》对该钢桥采用增大截面和施加预应力的方法进行加固，并给出相应的加固设计计算。经分析验算，这两种加固方案合理、能够实现预定的加固要求，加固后该桥的承载力及横向刚度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，增加横截面积、预应力节点板ABSTRACTWithintheterritoryoftherailwaybridgeislocatedinthecityofJiaYuGuaningansuprovince,builtinthe1960s,atotalofthreecross,twoofthecrossforthesimplysupportedsteeltrussbearingtype,acrossforprestressedconcretebeambridge.Becausetheservicelifeofsteelbridgeislonger,andtrafficonthebridgeincreasedyearbyyear,andtheconstantimprovementofthetransportationspeed.Bridgessafetyoperationtheremaybeahiddendanger.Accordingtotherailwaybridgestandardliveloadandthefuturewillbeimplementedoverloadoperationrequirementsandinaccordancewith<<therailwaybridgeverificationcode>>,wecheckedthemaingirderofsteelbridgebar,andverticalandhorizontalbeams,longitudinalandtransversestiffnessetcrelatedcheckcomputationanalysis.Foundthesteelbridgeundertheeffectofoverloading,thebearingcapacityofthebottomchordandpartialnodeplate.Accordingto<<thebasicspecificationsfordesignofrailwaybridges>>and<<therailwaybridgegirdersteelstructuredesignspecification>>,weshallincreaseinmaingirderofthesteelbridgereinforcementscheme,andgivesthecorrespondingreinforcementdesign.Throughanalysisandcalculation,thecalculationofthisreinforcementschemeiscorrectandreasonable.Afterstrengthening,thebridgebearingcapacityandlateralstiffnessisstrongenoughKeywords:Railwaysteeltruss,Bearingcapacity,Ischeckedandreinforcement,Increaseinmaingirder，prestreessing,目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 2ABSTRACT 2前言 61.1国内现役钢桥概况 61.2本课题在国内外的研究状况及发展趋势 71.3课题目的及意义 71.4工程概况 81.5设计主要内容 9第一章全桥结构及构件图 101.1全桥构造布置 101.2主桁杆件截面组成表 121.3上下平纵联杆件截面组成及尺寸表 141.4端、中横联杆件截面组成及尺寸表 161.5纵横梁截面组成及尺寸表 171.6纵梁间横联杆件截面组成及尺寸 181.7小结 19第二章桥梁各杆件截面几何特性计算 192.1主桁杆件截面几何特性计算 192.2纵梁及横梁截面几何特性计算 272.3上下平纵联杆件截面几何特性计算 292.4主桁杆件及纵横梁毛截面几何特性值汇总表 312.5主桁杆件因栓孔损失的截面几何特性值计算 312.6主桁杆件及纵横梁净截面几何特性值计算表 332.7小结 34第三章桥梁结构检算中构件有效面积计算 353.1无缀板受压杆件有效面积计算 353.2有缀板受压杆件有效面积计算 393.3受压杆件按缀板强度检算时杆件有效面积计算 423.4主桁受拉杆件有效面积计算 443.5各杆件连接或接头的有效面积计算 47第四章主桁各杆件影响线面积计算 554.1各杆件影响线图 55第五章主桁杆件承载力检定计算 605.1主桁杆件检定容许换算均布活载k计算 605.2主桁杆件及连接接头检定承载系数K值计算表 60第六章主桁节点板的承载力检定计算 636.1节点板的抗撕裂强度检算 636.2节点板的法向应力检定计算 676.2.2节点中心处竖向截面法向应力检算表 726.3节点板水平剪应力检定计算 73第七章纵横梁检算 757.1横梁与主梁连接验算 75第八章桥梁平纵联、横联长细比检算 768.1主桁平纵联长细比检算 768.2横联长细比检算 77第九章 建立Midas分析模型 809.1恒载的施加 809.2横向附加力的施加 809.3纵向附加力的施加 829.4列车活载的施加 829.5接触网杆荷载的施加 84第十章 用Midas软件对结构检算分析 8510.1检算荷载组合及检算应力标准 8510.2中-活载加网杆作用下Midas软件检算 8610.3重载加网杆作用下Midas软件检算 90第十一章增大截面法加固下弦杆（X5） 101由MIDAS检算得出的结果可知下弦杆X5应力超出《铁路桥梁检定规范》中规定的极限值，因此需要对其进行加固，本章采用增大截面法对其进行加固。 10111.1X5杆件（下弦杆）加固设计 10111.2X5杆件（下弦杆）加固后验算 10411.3小结 106第十二章节点板加固 10712.1H2处节点板加固设计及验算 10712.2B1处节点板加固设计及验算 11112.2 小结 113第十三章体外预应力筋加固下弦杆（X5） 11413.1预应力张拉时构件稳定 11413.2预应力加固的方法 11413.3预应力加固设计 11613.4锚固端设计 118第十四章加固施工 12414.1增大截面法加固下弦杆（X5）的施工 12414.2节点板加固的施工 12414.3预应力加固施工 125参考文献 126答谢 127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。（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位于甘肃省嘉峪关市境内，是镜铁山支线跨越北大河的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。其中重力式桥墩高44.37m，另一个桥墩高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。地质情况：河床为卵石土，基本承载力=1000KPa。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）钢桁梁桥横向刚度加固方案的选定4）加固材料选定及新加结构或构件的尺寸拟定；5）结构加固前后的整体承载力计算；6）加固前后各个杆件的内力和应力计算。2．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。本设计中采取增大横截面积和施加预应力筋的加固方式。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X1X2X3，下弦杆包括杆件X4X5,斜杆包括杆件F1F2F3F4，竖杆包括S1S2S3S4。上平纵联横撑代号，上平纵联斜杆代号，制动横撑代号.下平纵联平面图下平纵联横撑代号下平纵联斜杆代号。主桁的端部有端横联，中间每处的竖杆安装有中横联。为了方面说明，现将桥梁的布置示意图列如下：桥面系纵横梁侧立面图上平纵联平面图主桁侧立面图上平纵联平面图图1-1桥梁的布置示意图1.2主桁杆件截面组成表主桁杆件均为组合杆件，杆件F2S2S4F4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：杆腹翼杆（缀板厚10mm）杆腹翼杆腹翼①翼②杆（空缀）杆（实腹）腹杆（实腹）杆（实腹）杆杆杆杆（缀板厚10mm）表1-1杆件截面组成表1.3上下平纵联杆件截面组成及尺寸表缀板厚16mm宽210mm缀板厚16mm宽210mm缀板厚16mm宽210mm缀板厚16mm宽210mm缀板厚16mm宽210mm横撑缀板厚16mm宽210mm表1-2上平纵联杆件截面表（尺寸单位：mm）缀板厚10mm高130mm填板厚10mm高100mm填板厚10mm高100mm表1-3下平纵联杆件截面表（尺寸单位：mm）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（尺寸单位：mm）缀板厚10mm高130mm表1-5端横联下方起重横梁截面组成表（尺寸单位：mm）表1-6中横联杆件截面组成表（尺寸单位：mm）缀板厚10mm高130mm缀板厚10mm高80mm缀板厚10mm高110mm1.5纵横梁截面组成及尺寸表表1-7纵梁、横梁截面组成表（尺寸单位：mm）横梁截面图及栓孔位图纵梁截面图及栓孔位图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）Z12Z13填板厚12mmZ14Z151.7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。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，在计算时我们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：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失惯性矩：得净截面惯性矩：杆件计算如下：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失惯性矩：得净截面惯性矩：杆件计算如下：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失惯性矩：得净截面惯性矩：杆件计算如下：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失惯性矩：得净截面惯性矩：杆件计算如下：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失惯性矩：得净截面惯性矩：杆件计算如下：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：杆件计算如下：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失惯性矩：得净截面惯性矩：杆件计算如下：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：杆件计算如下：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失惯性矩：得净截面惯性矩：截面毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：=栓孔损失惯性矩：得净截面惯性矩：截面毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：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，我们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。横梁截面图（尺寸单位：mm）截面组成：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失面积：栓孔损失惯性矩：得纵梁截面图（尺寸单位：mm）截面组成：毛截面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：栓孔损失面积：栓孔损失惯性矩：得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：毛截面几何特性：下平纵联斜杆毛截面几何特性：上平纵联斜杆（尺寸单位：mm）毛截面面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：上平纵联横撑（尺寸单位：mm）毛截面面积：对x轴惯性矩：对y轴惯性矩：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()()()293.642.5主桁杆件因栓孔损失的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，我们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左右相同左右相同（注：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）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（）Iy（）A（）Y（）z（）X10.000389870.0009551710.0239820.30.23X20.000553910.0011816810.0294360.30.23X30.000655800.0013963590.0359720.30.23X40.000389870.0009551710.0239820.30.23X50.000576670.0012851830.03320.30.23F10.000488720.0011011840.0274040.30.23F20.000186030.0008396060.0245760.2050.23F30.000375890.0006882940.0153360.220.23F40.000138530.0006262730.0147840.2050.23S10.000069390.000575410.0153840.15450.23S20.000040540.0003889330.00880.14450.23S30.000069390.000575410.0153840.15450.23S40.000040540.0003889330.00880.14450.23我们所得到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。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，我们需要按照《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：杆件弯曲平面计算长度主桁弦杆面内及面外端斜杆，端立杆，连续梁中间指点处立柱厚斜杆作为桥门架时面内面外桁架的腹杆无相交和无交叉面内面外与杆件相交或相交叉（不包括与拉杆相交叉）面内面外与拉杆相交叉面内面外纵向及横向联结系无交叉面内及面外于拉杆相交叉面内面外与杆件相交叉或相交叉（不包括与拉杆相交叉）面内面外受压杆件截面的有效面积应按式计算：1）节点内2）节点外式中——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（）。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：；2、用缀板时，式中——缀板平面内，杆件按整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缀板上最边缘铆钉间距离）。杆计算如下：桁架平面内及平面外杆件的计算长度：毛截面几何特性值：截面回转半径：杆件长细比：据中较大者查表得：节点内有效面积：节点外有效面积：杆计算如下：桁架平面内及平面外杆件的计算长度：毛截面几何特性值：截面回转半径：杆件长细比：据中较大者查表得：节点内有效面积：节点外有效面积：杆计算如下：桁架平面内及平面外杆件的计算长度：毛截面几何特性值：截面回转半径：杆件长细比：据中较大者查表得：节点内有效面积：节点外有效面积：杆计算如下：杆件几何长度：毛截面几何特性值：桁架平面内杆件计算长度：桁架平面外杆件计算长度：截面回转半径：杆件长细：据中较大者查表得：节点内有效面积：节点外有效面积：杆计算如下：杆件几何长度：毛截面几何特性值：桁架平面内杆件计算长度：桁架平面外杆件计算长度：截面回转半径：杆件长细：据中较大者查表得：节点内有效面积：节点外有效面积：杆计算如下：杆件几何长度：毛截面几何特性值：桁架平面内杆件计算长度：桁架平面外杆件计算长度：截面回转半径：杆件长细：据中较大者查表得：节点内有效面积：节点外有效面积3.2有缀板受压杆件有效面积计算当为有缀板的杆件时，其长细比的计算与无缀板杆件不相同，我们应按照《检规》的相应要求来计算。并用最后计算得到的长细比来查轴心受压杆件容许应力折减系数。杆受压计算如下：与缀板截面相垂直的面内弯曲时：杆件计算长度：截面几何特性值：截面回转半径：长细比：缀板面内弯曲时：杆件计算长度：截面几何特性值：截面回转半径：长细比：分肢长细比计算长度：相应截面几何特性值：相应截面回转半径：有效长细比：据两个面内长细比的较大者查表得：节点内有效面积：节点外有效面积：杆件计算如下：与缀板截面相垂直的面内弯曲时：杆件计算长度：截面几何特性值：截面回转半径：长细比：缀板面内弯曲时：杆件计算长度：截面几何特性值：截面回转半径：长细比：分肢长细比计算长度：相应截面几何特性值：相应截面回转半径：有效长细比：据两个面内长细比的较大者查表得：节点内有效面积：节点外有效面积：杆件计算如下：与缀板截面相垂直的面内弯曲时：杆件计算长度：截面几何特性值：截面回转半径：长细比：缀板面内弯曲时：杆件计算长度：截面几何特性值：截面回转半径：长细比：分肢长细比计算长度：相应截面几何特性值：相应截面回转半径：有效长细比：查表得：节点内：节点外：3.3受压杆件按缀板强度检算时杆件有效面积计算主桁杆件受力杆件F2F3F4上有缀板构造，它们承受荷载强度与其上的缀板有一定的关系。我们要计算这些杆件的容许换算均布活载时，需要用到有缀板构造的杆件的有效面积。根据《检规》受压杆件按缀板的强度检算时，对其容许换算均布活载计算时其中应按下式计算。1）按截面强度计算杆件的有效面积2）按连接强度计算杆件的有效面积式中——缀板组数；——一块缀板一侧的铆钉数；——铆钉系数，应按本规范相应表的规定取值；杆件有效面积的计算：按截面强度杆件有效面积计算式：——杆件按整体截面计算的容许应力折减系数。——分肢重心间距离。按铆接强度计算杆件的有效面积：插附录F：杆件按截面强度计算杆件的有效面积：——杆件按整体截面计算的容许应力折减系数。——分肢重心间距离。按铆接强度计算杆件的有效面积：查附录F：杆件按截面强度计算杆件的有效面积：——杆件按整体截面计算的容许应力折减系数。——分肢重心间距离。按铆接强度计算杆件的有效面积：查《检规》附录F：3.4主桁受拉杆件有效面积计算根据《检规》受拉杆件截面的有效面积（即净截面积），其最弱截面应按下列规定选取：1）杆件各组成部分的净截面积，采用垂直截面或锯齿形截面，取其中削弱最多的；2）组合杆件全部净截面取削弱最多的一个截面计算；3）如杆件组成部分各有其最大的消弱截面时，则在可能断裂的截面上，应连同其间连接铆钉的有效面积一并计算。本设计中，钢桁架各受拉杆件均为组合杆件其有效面积按其中的1）、2）条计算。连接或接头的有效面积应按下式计算：式中——检算截面中未断开部分的有效面积之和；——检算截面中断开部分有效面积之和，应取每一细部拼接处的拼接板，断缝一侧的连接铆钉（或焊缝）及断开的原截面有效面积三者中最小值之和。杆件计算如下：最弱截面位于距最左端端头7885mm处，单块板去如下图最薄弱截面。2块翼板有效面积为：（单个角钢）4块角钢有效面积为：总杆件4块翼板有效面积为：与杆件相同，因此4块角钢有效面积：总杆件计算如下：最弱截面选距梁左端端头处，2块板有效面积为：（单块角钢）单个角钢净面积为14.7，则4块角钢有效面积为58.8，则：总杆件：总杆件：总3.5各杆件连接或接头的有效面积计算杆件：(节点板厚度均为12mm)。结算四处（接头，翼缘断开截面，角钢断开截面，腹板断开截面）的有效面积，取最小值。接头处：未断开部分有效面积之和断开部分：①节点板。拼接板,左：。右：。垫板：。总左，总右。②原截面：③铆钉：。，因此不需要检验，取原截面。拼接处：（翼缘钢断开）未断开部分：。断开部分：①拼接板：②原截面：③铆钉：。，，因此无需要检验，取原截面。腹板断开：未断开部分：断开部分：①拼接板：②原截面：（取2最小）。③铆钉：，，取原截面同上不需检验。角钢断开：未断开部分：断开部分：①拼接板：②原截面：。③铆钉：，，取原截面同上不需检验。杆件。（分为接头，腹板断开处，翼缘断开处）接头处：（左端节点检验）未断开部分有效面积之和：断开部分：①原截面②节点板及拼接板：（节）：，左端无拼接板。右：（拼）：（垫）：总和，（取最小值）。③铆钉有效面积：左端66个，右端80个。综上，=，小于原截面，因此此处需要检验。左：（检），右：（不）。腹板断开处：未断开部分：断开部分：①原截面：②拼接板：③铆钉：。原截面最小，所以：=。节点外有效面积，因此不需要检验。翼缘断开处：同杆件，不需要检算。杆件：（分接头处于腹板断开处）接头处：未断开部分：断开部分：①原截面面积采用节点②节点板有效面积：（取）③铆钉处：左端，==，所以左端接头处需要检验。右端，因此右端皆有也需要检验。腹板断开处：未断开部分：断开部分：①原截面②拼接板：③铆钉：，=。节点外有效面积为，因此不需要检算。杆件：（分接头处，翼板断开处，腹板断开处）接头处：未断开部分：断开部分：①原截面采用节点内有效截面：②节点板：③铆钉：，=（左右端相同）。因此该接头左右端都需要检算。腹板断开处：未断开部分：断开部分：①原截面：②拼接板：③铆钉：，=。该杆件节点外有效面积为230.35，因此不需要检验。翼缘板断开处：未断开部分：断开部分：①原截面：②拼接板：③铆钉：，=。大于原截面有效面积，因此不需检算。（节点外：）。杆件接头处，未断开部分：断开部分：：①原截面：节点内有效面积②节点板：③铆钉：，=。因此需要检算。杆件：接头处，未断开处：断开处：①原截面：取节点内有效面积②节点板：③铆钉：，节点板有效面积为。因此需要检算。杆件（检算接头）接头处：未断开部分：断开部分：①原截面：节点内有效面积②节点板：③铆钉：，=。小于原截面有效面积因此需要检算。杆件：接头处，未断开部分：断开部分：：①原截面：节点内有效面积：②节点板：③铆钉：左端，右端。=。因此需要检算。杆件：（接头处，翼板断开处，腹板断开处）接头处，未断开部分：断开部分：：①原截面：节点内有效面积：（节点内）②节点板：（节点板厚都是12mm，拼接板各不相同，垫板与角钢厚度相同）。，拼接板：左：，右：，垫板：，左；右：。③铆钉：（左右端相同），=原截面，因此不需要检验。翼板断开处：未断开部分：断开部分：①原截面，②拼接板：③铆钉：，不需要计算。腹板断开出：未断开部分：断开部分：①原截面②拼接板：③铆钉：，=，不需要检算。杆件：（接头处，翼缘板断开处，腹板断开处，角钢断开处）接头部分，未断开部分：断开部分：①原截面有效面积，（节点内）。②节点板+拼接板，节：拼：垫：③铆钉：，==原截面有效面积（节点内），因此不需要检算承载系数。翼缘断开处，未断开部分：断开部分：①原截面有效面积：②拼接板：③铆钉：断缝一侧有52个，铆钉：，选原截面为，则=，原截面节点外有效面积为，因此不需要检算。腹板断开处：未断开部分：断开部分：①原截面有效面积：②拼接板：③铆钉：，=，大于节点外有效面积因此不需要检算。角钢断开处：未断开部分：断开部分：①原截面②拼接板：③铆钉：，=大于原截面有效面积，不需要检算。第四章主桁各杆件影响线面积计算4.1各杆件影响线图上承式桁架：桁高；节间长；主桁中心距为4m；；，θ为斜杆与弦杆间的夹角。我们再根据《检规》进行检算时，需要用到桁架各杆件的影响线面积总的代数和，以及当杆件受活载时的最不利位置时的影响线面积，据此对杆件所能承受的最大换算均布活载进行计算。因而需要做出各个主桁杆件的影响线图，计算杆件相应的影响线面积。杆件影响线左端支座反力右端支座反力4.1.1主桁弦杆的影响线面积计算杆件附注(m)米为零杆160.250.750.1875-48320.50.750.25-6480.1250.8750.109428.01240.3750.6250.234460.01主桁高度：主桁跨度：影响线的加载长度：最大纵坐标位置：4.1.2主桁斜杆的影响线面积计算杆件影响线加载长度（m）（m）最大纵坐标位置高h活载影响线面积（m）恒载影响线面积代数积（m）左9.141.140.1250.177-0.80928.294右54.866.860.1251.06129.103左18.292.290.1250.3543.24-16.96右45.715.710.1250.884-20.20左27.433.430.1250.53-7.275.66右36.574.570.1250.70712.936480.1251.237-39.58-39.584.1.3竖杆的影响线面积计算杆件（m）附注80.5-8竖杆为零杆80.5-8影响线加载长度，第五章主桁杆件承载力检定计算5.1主桁杆件检定容许换算均布活载k计算该桥采用的钢材钢号是A3q，即Q235q。其检定容许应力分别为：轴向应力=170MPa，弯曲应力=185MPa，剪切应力=100MPa。《检规》中桁架杆件或连接，应按下列各项检算确定其承载能力；1）杆件截面的强度及稳定；2）连接及接头的强度；3）承受反复应力的杆件或连接检验疲劳损伤度；单线双主梁桁架杆件容许换算均布活载应按下式计算：式中——钢材轴向检定容许应力（），应按《检规》表5.1.1的规定取值；——杆件，连接或接头的有效面积（）；——杆件恒载，活载影响线面积（）；——恒载（）。5.2主桁杆件及连接接头检定承载系数K值计算表一条线路上的恒载集度；；各主桁杆件的容许换算均布活载计算式；承受局部活载杆件动力系数为1.5，其他杆件为1.27，查《检规》附录D可得。检定承载系数计算，其中计算时计入了冲击系数，对于简支或连续的钢跨结构冲击系数其中L取桥跨长度64m，对于承受局部荷载的杆件（如竖杆、横梁等）L取影响线加载长度。如果检定承载系数K不小于1则承载力满足，当K<1时则说明承载力不满足，需要加固。检定承载系数计算表如下：杆件（）（）（）（）K附注4848640.25322.06180.85118.621.52受压4848640.25266.95141.81118.621.20受压6464640.5411.56171.36115.701.48受压6464640.5348.91138.08115.701.19受压39.5839.58640.125300.46210.82122.941.71受压39.5839.58640.125230.35150.60122.941.22受压88160.5153.77606.24179.13.38受压88160.577.74283.12179.11.58受压88160.5153.77606.24179.13.38受压88160.588.51328.89179.11.84受压28.0128.01640.125259.512267.73122.942.18受拉60.0160.01640.375402.56180.80116.841.55受拉39.5839.58640.125110.8847.97122.940.39左接头39.5839.58640.125110.8847.97122.940.39右接头29.10328.29454.860.12576.3243.20126.360.34左接头29.10328.29454.860.12576.3243.20126.360.34右接头20.216.9645.710.125288.52445.93130.353.42接缀板强度检算20.216.9645.710.125121.88165.45130.351.27接缀板强度检算29.10328.29454.860.125245.76241.146126.361.91受拉时12.935.6636.570.125147.84368.05134.932.73受拉时20.216.9645.710.12585.92104.922130.350.80接头（按压力算）12.935.6636.570.12576.32179.99134.931.33接头（按压力算）88160.563.12220.98179.11.23接头（按压力算）88160.563.12220.98179.11.23接头（按压力算）-7.275.6627.430.125133.06585.48142.954.10受压时-7.275.6627.430.12582.05346.92142.952.43受压时20.216.9645.710.125156.24223.28130.351.71受压时20.216.9645.710.125108.15142.34130.351.09受压时7.275.6627.430.12593.94402.62142.952.82接缀板强度检算7.275.6627.430.12562.7256.42142.951.79接缀板强度检算注：为零杆，故不必检算。根据检算结果，杆件F1F2F3的接头承载力不足需要加固。第六章主桁节点板的承载力检定计算6.1节点板的抗撕裂强度检算根据《铁路桥梁检定规范》，节点板按可能撕裂的最危险截面计算，应较各被连接杆件的强度至少大10%。在检算时，其净截面上的容许应力规定如下：垂直于被连接杆件中线的截面部分采用检定容许应力；与被连接杆件中线倾斜相交成平行的截面部分采用0.75。抗撕裂验算计算表右侧杆不满足抗撕裂检算要求右侧杆满足抗撕裂检算要求左侧杆件满足抗撕裂检算要求右侧杆满足抗撕裂检算要求左侧杆件不满足抗撕裂检算要求两侧相同杆满足抗撕裂要求根据检算结果，节点板B1的抗撕裂强度不满足要求需要进行加固。6.2节点板的法向应力检定计算根据《检规》容许换算均布活载应按下式计算：式中——钢材轴向检定容许应力（），应按规定取值；，——节点板（包括拼接板）的净截面积（）及净截面抵抗拒（）；——节点板对应的上弦杆的影响线面积（m）——外力作用于节点板（包括拼接板）截面的偏心距（）——恒载（）。6.2.1节点中心处竖向截面的净截面积及及净抵抗矩计算节点拼接板高250mm，厚36mm；节点板高1400mm，厚12mm；e=193.1mm净截面积：截面中性轴相对底面位置：毛截面对弦杆中心线惯性矩：栓孔对弦杆中心线惯矩：节点拼接板高250mm，厚40mm；节点板高1320mm，厚12mm；e=159.1mm①净截面积：②中性轴相对底面位置：③毛截面对弦杆中心线惯矩：④栓孔对弦杆中心线惯矩：节点拼接板高250mm，厚40mm；节点板高1320mm，厚12mm；e=159.1mm①净截面积：②中性轴相对底面位置：③毛截面对弦杆中心线惯矩：④栓孔对弦杆中心线惯矩：节点拼接板高250mm，厚28mm；节点板高1320mm，厚12mm；e=274.6mm①净截面积：②中性轴相对底面位置：③毛截面对弦杆中心线惯矩：④栓孔对弦杆中心线惯矩：①净截面积：②截面中性轴相对底面位置：③毛截面对弦杆中心线惯矩：④栓孔对弦杆中心线惯矩：⑤对弦杆中心线净惯矩：⑥净截面对中性轴惯矩：⑦净截面抵抗矩：①净截面积：②截面中性轴相对底面位置：③毛截面对弦杆中心线惯矩：④栓孔对弦杆中心线惯矩：⑤对弦杆中心线净惯矩：⑥净截面对中性轴惯矩：⑦净截面抵抗矩：①净截面积：②截面中性轴相对底面位置：③毛截面对弦杆中心线惯矩：④栓孔对弦杆中心线惯矩：⑤对弦杆中心线净惯矩：⑥净截面对中性轴惯矩：⑦净截面抵抗矩：①净截面积：②截面中性轴相对底面位置：③毛截面对弦杆中心线惯矩：④栓孔对弦杆中心线惯矩：⑤对弦杆中心线净惯矩：⑥净截面对中性轴惯矩：⑦净截面抵抗矩：6.2.2节点中心处竖向截面法向应力检算表节点板法向应力检算检定容许应力，一条线路上的恒载集度为，节点板中心竖向截面法向应力计算式为，检算表如下：节点（）（）（）（）（）（）477.768828.52480291.13118.622.45523.66896.48640230.88115.702.00513.847546.21480.8297.89118.622.51529.126954.38640.8217.69115.701.88法向应力检算满足6.3节点板水平剪应力检定计算节点板的水平剪应力检定计算按《检规》如下：容许换算均布活载应按以下两公式计算，取值较小者：式中——检定容许应力（），应按规定取值；——节点板承受水平剪力的净截面积（）；，——节点左，右侧斜杆的影响线总面积（m）；——节点左侧斜杆的活载影响线面积（m）；——节点右侧斜杆按左侧斜杆活载加载的影响线面积（m）；——节点右侧斜杆的活载影响线面积（m）；——节点左侧斜杆按右侧斜杆活载加载的影响线面积（m）；——恒载（）；——斜杆也弦杆的夹角。6.3.1节点板水平剪应力检算检定容许应力，，θ为斜杆与弦杆的夹角。检算表格如下：节点（）（）（）（）（）（）（）（）左416.64-39.5928.294-39.58-39.5829.10329.103右左375.60-16.965.66-20.2-20.212.9312.93右左370.8028.294-16.9629.10329.103-20.20-20.20右左357.125.665.6612.9312.9312.9312.93右6.3.2节点板水平剪应力检定承载系数K（）33.90105.0353.35174.63（）122.94130.35126.36130.350.280.810.421.34根据检算B1B3H2三块节点板水平剪应力不足。第七章纵横梁检算7.1横梁与主梁连接验算根据《检规》检算横梁与主梁的连接时，其容许应力换算均布活载应按下式计算：式中——系数，当横梁的连接结构不能承受支点的弯矩时，计算连接横梁竖角钢肢上的钉（栓）=1.1，计算连接主梁竖角钢肢上的钉（栓）=1.2,；当横梁的连接结构能承受支点的弯矩时，（如有肱板），计算连接主梁及横梁竖角钢肢上的钉（栓）均按=1.1。其他符号意义同前。横梁与主梁的连接有肱板时，应按一下两种情况考虑：1，横梁与肱板固着于立柱角钢处的铆钉剪力或承压力；2，横梁（全高内）固着于立柱角钢处的铆钉剪力或承压力及横梁固着于肱板水平角钢的铆钉拔头力。；；；；，支点不承受弯矩。横梁：（）（）=主梁：（）（）=满足要求。第八章桥梁平纵联、横联长细比检算主梁联结系杆件的长细比应符合下列规定根据《检规》纵向联结系，支点外横向联结系，制动联结系的容许最大长细比为130，中间横向联结系的容许最大长细比为150。8.1主桁平纵联长细比检算上平纵联斜杆：在上平纵联平面内及平面外的计算长度：长细比为：上平纵联横撑长细比计算：截面几何特性值：回转半径：长细比：下平纵联长细比计算：截面几何特性：（平纵联平面外）=（平纵联平面内）=截面回转半径：长细比：下平纵联长细比计算：截面几何特性：（平纵联平面外）（平纵联平面内）回转半径：长细比：下平纵联横撑长细比计算：截面几何特性：上平纵联平面内平面外计算长度：回转半径：长细比：综上得该桥上下平纵联、横联的长细比满足规范的要求。8.2横联长细比检算端横联长细比计算：杆件截面几何特性：回转半径：得长细比为：符合中横联长细比计算：计算长度=截面几何特性：回转半径：得长细比为：满足要求长细比计算：计算长度=截面几何特性：回转半径：得长细比为：满足要求长细比计算：计算长度=截面几何特性：回转半径：得长细比：根据以上检算，此桥的平纵联、横联杆件长细比均满足规范要求。建立Midas分析模型9.1恒载的施加此设计中采用梁单元进行此桥Midas建模，桥梁主桁节间长度8m,主桁高8m,主桁中心间距4m,两纵梁间距2m,横梁间距8m,纵梁跨度为8m。模型材质取A3q钢（Q235q）,取用主桁架各杆件的净截面几何特性数据,添加截面时均为在数值选项栏里面直接输入计算截面特性值，考虑到此桥节点处的刚性很大，主桁各杆件之间采用刚性连接即建模时不释放梁端部约束。实际桥梁中各主桁杆件都采用铆接组合截面并且加用了大量的拼接板、填板等，实际桥梁中还有大量的大节点板，以及桁架桥上、下平纵联，各横联杆件端部连接用的小节点板，桥梁各构件间连接用的角钢等。因而按净截面计算所得出的桥梁的总重要与实际桥梁重量有百分之八左右的出入。为了使建模检算更加精确，我们在施加结构恒载时取用自重系数z(-1.12),模型中的桥梁结构自重与实际相吻合。我们把桥面重量即枕木、钢轨、护轨等荷载取10KN/m,作为梁单元荷载施加于纵梁单元上。9.2横向附加力的施加9.2.1横向风荷载计算及施加对于横向附加荷载之一风荷载，按有车风荷载和无车风荷载分别施加于一侧主桁各个杆件之上。作用于桥上的风荷载按《铁路桥涵设计基本规范》中计算，其中基本风压值参照规范附录全国基本风压分布图取用800Pa,地形、地理系数取1.25。故按标准设计风力强度，有车时W=800<1250Pa，无车时W=1400。参照规范取=1.3，=1.44，则有车时W=1250Pa，无车时W=2621Pa。分有车和无车两种风压强度情况分别计算主桁一侧各个杆件的有车和无车时所受到的风力荷载强度。由于此桥是上承式钢桁梁桥，并且纵梁是摞在横梁上翼缘上的。计算桥体所受到的风荷载时，需要考虑纵梁的挡风面积求其所受到的无车、有车风荷载强度。按《铁路桥涵设计基本规范》列车受风面积应按3m高的长方带计算，其作用点在轨顶以上2m高度处，因而可计算出列车所受的风荷载强度。列车受到的风荷载强度为1.25×3=3.75KN/m。我们在施加列车所受到的风荷载时，是将其所受横向风载按力的平衡转化为作用在两片纵梁上的横向线荷载3.75/2KN/m和竖向线荷载+3.75KN/m、-3.75KN/m。各杆件所受风力强度计算表杆件宽度（）无车风载集度（）有车风载集度（）上弦杆0.61.570.75下弦杆0.61.570.75纵梁1.854.852.310.3090.810.390.2890.760.360.411.070.510.61.570.750.441.150.559.2.2列车横向摇摆力的施加对于横向附加力之一的横向摇摆力我们按《铁路桥涵设计基本规范》取一集中力100KN代替，以水平方向垂直线路中心线于最不利位置作用在桁架上。横向摇摆力在上下平纵联的分配系数按《铁路桥涵设计基本规范》中取即横向摇摆力在桥面系所在平纵联的分配系数为1.0，另一平纵联为0.2。故分配到桥跨中心上弦杆节点的力值为100KN，作用于桥跨中心下弦杆节点的力值为20KN。因此桥为直线桥，故其不受离心力作用。9.3纵向附加力的施加对于纵向附加力制动力的施加，我们按《铁路桥涵设计基本规范》中制动力或牵引力T的大小，按竖向静活载重量（相当于主力作用下求各杆件内力时的活载）的10%计算。但当与离心力或冲击力同时计算时，其值按竖向静活载的7%计算。T=0.07×(5×220+30×92+(64-37.5)×80)=418.6KN，将此力施加于桥跨中部。9.4列车活载的施加对于主力之一列车活荷载的施加，为方便施加列车活载，我们建立了一条虚拟车道，其单元截面采用直径为0.001m的实复圆形截面，用户自定义材料，弹性模量为1KN/㎡，泊松比为0.3。总之是让此虚拟车道不对结构产生影响便于加载。用Midas分析桁梁桥受到标准“中—活载”作用时，我们可直接在添加车辆选项中选取标准的中—活载荷载计算图示，在选取桥梁冲击系数计算式时，我们根据《铁路桥涵设计基本规范》中列车竖向活载包括列车竖向动力作用，该列车竖向活载等于列车竖向静活载乘以动力系数（1+μ），对于简支或连续的钢跨结构其中L取桥跨长度64m，对于承受局部荷载的杆件（如竖杆、横梁等）L取影响线加载长度。由于Midas软件中没有标准重载数据，添加车辆时我们采用用户自定义车辆。我们根据2006年铁道部发布的对客货共线和货运专线铁路桥梁活载标准的研究成果即“中—活载（2005）”，其荷载图式是在现行“中—活载”的基础上，根据铁路运输装备发展特点，吸纳国际上的先进经验制定的，将铁路分为城际铁路、客运专线、客货共线、货运专线四个类别。我们采用的重载图式是根据其中的货运专线铁路荷载图式如下图①并结合实际取其中Z值为1.2而得来计算所用的荷载计算图示如下图②。图①图②9.5接触网杆荷载的施加对于此桁梁桥上后来安装于其上的电力接触网杆，我们采用近似处理的办法，将其所受的自重及外界风力作用其上所产生的荷载简化为作用于从一跨桁梁端部计起3×8+3×8处的两片桁架的上弦节点处。每跨钢桁梁桥上有两组接触网杆，每组接触网杆由两个底座、两个钢管柱、一个硬横跨梁组成。钢管柱1550kg/个，硬横跨梁650kg/个，底座360kg/个。钢管柱的外径为，硬横跨梁外径为，钢管柱的高度为9.3m,硬横跨梁两边在竖向的高度为0.4m,钢管柱的轴线和弦杆中心线的距离为0.95m，硬横跨的跨度为5.72m。接触网杆横桥向一根钢柱挡风面积=0.4×0.1808+9.3×0.299=2.85，纵桥向总挡风面积为=2×9.3×