钢桁架构件分类及计算

§21钢桁架构件§21.1钢桁架构造及其联结系一．钢桁架梁桥的组成1.钢桁架简支梁桥的组成

二、联结系的构造（图21－2，21－3，21－4）1、纵向联结系承受各种横向荷载，由主桁架的弦杆及其间的水平腹杆组成；三角形体系菱形体系，交叉式体系和K式体系，上、下部纵向水平联结系2、横向联结系设在桥跨结构的横向平面内端横联，桥门架，中横联交叉式、三角式、菱形体系§21.2钢桁架构件截面形式一、构件的种类及使用场合1.分类基本构件受力特点：轴心受拉构件，轴心受压构件，偏心受拉构件、偏心受压构件连接方法：焊接构件、铆接构件和螺栓连接构件结构型式：实腹式构件和空格式组合构件2.应用广泛，桁架和屋架的弦杆和腹杆，塔架，平台支架的柱子，各种钢结构的支撑杆二、截面型式及尺寸1、截面型式：可用钢板和型钢组合成各种型式，P398，图21-5，常见的几种截面型式及回转半径a)T形截面（铆合）b)焊接I字形截面受力不太大的受拉构件c)十字形（铆合）受力较小的拉杆和压杆d)H形（铆接）e)H形（焊接）f)箱形（铆接）g)箱形（焊接）h.i和j组合式截面受力较大的拉压杆b,d～g实腹构件a,c和h～j组合

选择时，考虑满足强度和刚度要求，便于连接另外便于施工及日后的油漆、养护、检测，定型化减少种类，互换2.尺寸外廓尺寸，外形高度和宽度。钢桥，宽度一致，便于节点板的连接钢板厚≥8mm(次梁构件，缀条，填板除外)≥10mm（主梁节点板，焊接板厚）填板≥4mm角钢≥100×100×10纵横梁间的连接角钢≥75×75×8主梁行车系，联结系，加劲角钢及隔板中的角钢≥45×45×5缀条角钢三、组合构件1.组合构件：一般是用缀条或缀板将各个分肢连成整体构件，使各肢能够共同工作，并可适当调整两肢间的距离，以满足两个主轴方向的稳定性要求2.缀条的布置：单格式和双格式21-6可由扁钢或角钢组成设端缀板3.缀板：设置在分肢翼缘两侧平面内4.双肢翼缘15cm的空隙，便于油漆养护5.在杆件端部和箱内每隔3m以内设置横隔板§21.3轴心受拉构件一、构件的截面选择尺寸的选择取决于强度和刚度条件，一般由强度确定:初估：净截面全截面积由Am,考虑连接，可确定截面型式和尺寸二、强度验算1.铆钉或螺栓：截面尺寸及型式确定后，经过铆钉或螺栓的设计计算，考虑铆钉或螺栓孔的削弱，可得实际An:强度验算公式：式中：[σ]—钢材基本容许应力，动荷时σ<[σn]An

—净截面积

2.摩擦型高强螺栓强度验算公式：全截面验算公式三、刚度验算过分细长，易弯曲变形，振颤，降低寿命，不直接计算，由重要性，是否动荷载，影响程序，限制拉杆的长细比。公式：式中：loxloy,—构件对主轴x轴y轴的计算长度;

i—杆件全截面的回转半径－计算长细比[λ]—容许长细比附表4-7受拉主桁弦杆[λ]=130；腹杆，[λ]=180，各联结系的受拉构件[λ]=200其它详见《公桥规》§21.4轴心受压构件一、轴心受压构件的承载能力基本计算公式：式中：

N计算轴向力，Am构件的毛截面积，φ1纵向弯曲系数，按λ从附表4－9中查得；λ=lo/r，r为截面回转半径,取各方向中的最小值lo,构件的自由长度，根据各种构件的具体情况确定，见附表4-8上式，可理解为构件总体稳定的验算式，而在钢筋砼和砖石结构中理解为强度计算式，二者理解上有何差别？理想的轴压构件不存在，存在初始偏心距α、初弯曲和残余应力，加载：N→N+Nαα→α+f又N+N（α+f）N

越大，N（α+f）越大当初始偏心距为某一α时：如图21-11

N小,f小，N→Nu，f迅速↑A是最高点,对应的外力为NL钢筋砼结构学中，NL理解为极限承载力强度计算公式。钢结构中，从稳定理论中的压溃理论出发，Nu为压杆的压溃荷载。此理论认为：曲线的BA是上升段，杆件稳定平衡，如某点受干扰变形，除去干扰后，变形小，回复，稳定的表现，AD段是下降段，不稳定平衡状态，干扰变形大，只能减少N，才能平衡，否则破坏，这种经不起干扰的平衡，是不稳定的表现。压溃荷载既代表杆件的最大承载力，又是稳定向不稳定平衡的分界。故不稳定是一种极限状态。为不出现此状态,以NL为标准，除以K，确定压杆的容许应力，合理。基于以上认识，钢结构中将公式理解为总体稳定的验算式二、受压构件的局部稳定

1.钢压杆，通常系由若干较薄的钢板和型钢组成，在轴心压力作用下，有可能在压杆丧失总体稳定以前，压杆中某一薄而宽的板件在压力达到一定值时，不能再继续保持平面状态的平衡而发生局部翘曲，构件的部分板件发生翘曲的这种现象，叫做压杆丧失局部稳定后果降低承载力，提前破坏，应防止。2.公式设计压杆时要求压杆各板件的临界应力值均不小于整个杆件丧失总体稳定时的临界应力值方便设计，对H形和箱形截面，进行局部稳定试验，直接确定受压构件的单板或板束的宽度与其厚度δ的最大比值。只要压杆板件的宽厚比不超过容许的比值，可保证局部稳定，公式：式中：b和t—板件诞的宽舱度和筹厚度[b/唱t]—容许杆的板全件宽借厚比芝，其射规定约见附丝式表4-返10三、夹刚度代验算1.为什项么必创须验姜算刚鸡度意外丹的外巩力弯垫曲变渠形，身如自葵重→队挠曲槐，活李载→稿颤振鹊，偶默然碰若撞→匀弯曲换变形导致浆临界印应力宣减小浮，过慰早失腊去稳地定性虹，对穷压杆匆的刚版度要抓求比认拉杆婚更高境。2.公式压杆签的长棋细比钟应不贼超过疾容许层最大融长细邮比λ≤[凡λ]式中玩：[λ]—容许最霜大长细叮比：附朝表4-7规定如乞下：主桁楼架的淹受压虚弦杆端和受眼压或休压一局拉腹誉杆10怜0联结的刮受压或腹受压一纽奉拉构件13氏0组合透压杆按的单夸斜杆可式缀猴条180板拱和窝柱构件100四、截离面设计往步骤1.设计任津务或目晴的：自宋由长度lo，轴销心压党力N和钢华材标欧号，港确定葡构件梅的截明面型种式和糊尺寸2.设计步责骤：由总补体稳焰定性戏和刚飞度，随宜选运外廓驶尺寸素大，五厚度锈小的举钢板垮或型景钢，i大，λ小由局堂稳，驼宜选呆厚而递窄的解，减他小宽策厚比兄。大触多由连总体错稳定寺控制耕，少信量长断的由浇刚度渴控制饶。设吧计时据可首寒先根袍据总樱体稳游定性哄的要档求来抹选择斥截面饿的型百式和情尺寸赏，然婚后验醋算其册局部波稳定壳性和缺刚度恒。设计鄙法Am和φ1未知重，先房诚假定λ→φ1→Am试选截揭面，进膀反复验告算修正价。具体步代骤：（1）据脑结构翠物的躁要求员选定西构件色的截肝面型领式并范根据车构件算的重素要性框假定炕一λ,上弦杆λ=迈60～80，腹杆λ=8冒0～10偏0（2）由λ查附表4-弓9查得φ1，Am=N陶/φ1[σ]（3）由λ和lo值，努求i=lo/λ（4）按然选定疾的型帝式和i，拟改定h和b即h=虽ix/αlb=iy/α2见P39押8图21－5（5）据Am,b×隶h选配截遇面，注阳意型钢胡钢板应荡符合产夕品规格橡，H、I型截盖面腹育板不汪宜过随薄，未见《公桥盛规》规定铆接H形：腹申板厚≥0.4亿×翼缘板喘厚焊接H形：腹撑板厚≥0.咱5×翼缘板巡寿厚（翼闷厚≥24mm）腹板厚芬≥0.衡6×翼缘命板厚辰（翼和厚≤24mm）（6）按餐选定香的构学件截放面尺辞寸计削算Am，及验钳算构件场的总体险稳定性禽、局部复稳定性称和刚度忘。如满笛足（允浪许误差±5姐%）则扎合适方，否售则重督新验乳算，接直至辰满足肥要求载。例21浩-2：有一吃钢桁架议的上弦卖杆，承祥受N=4廉17偶0kN，l=8m，焊牛接H形截面搬，钢筋歇采用Q3由45钢，容廉许最大龄长细比[λ]=1也00。该桁搅架的横享向联系拐间距等驱于桁架仿节间长怜度lo，试设趋计该弦喊杆。解：1.初选截就面尺寸设选框用钢债板厚附度在17～25mm之间，环由附表4-桃1，[σ]显=20南0MP耻a，假位定λ=6谎0，查血附表4-董9得φ1=0剂.7让05，则由附刑表4-酿8，lox=loy=8数00cm所需截餐面回转捡半径：由图21-淋5e：则：选翼板捆宽度：h=5园40奖mm则翼捞板厚仍度（盘由附崇表4-拳10）：泪，即：取24mm，由《公桥规》，腹板程厚：，取1.瞎2cm。∴腹板习宽：取320mm初定：刊翼板2-5蜜40×浪24mm，腹驾板2-申32粉0×快12位0mm实际：如图21日-1礼3：2.总体稳调定验算由图叫知：由附完表4-敏9，查荡得，北则满足苦总体促稳定紧性。3.局部稳嫌定性验典算翼板摧：由附耍表4-1串0可知，赌翼缘构巩件的宽兽厚比不座能超过12和0.2渠λ=0捡.2*侧55=蚂11，可见越翼缘板榴局部稳奖定性满胶足要求腹板：故稳定4.刚度壁验算斗：刚度铁满足驱要求侧。§21局.5组合隙式受晕压构冠件（哥略，李不做蛋讲授奔）§21朵.6实腹挪式拉蓬弯及寄压弯留构件一、狱拉弯形构件1.计算公牵式：①静吐力：式中谜：N—验算截揭面的计茅算轴心券拉力或惩轴心压夸力M—验算截扯面的计词算弯矩A—验算蒜截面页的构李件净旗截面摸面积W—验算敌截面燥的构抬件净冻截面荷模量铁，可堆按照型截面例重心疮轴进突行计谁算[σ]或[σw]—当之；②受拉工并在一从个主平泛面内受际弯曲或咬与所相优当的拉夹弯构件航承受动拌荷载，筒其疲劳看强度的吨验算公话式：式中必：[σn]—结构构域件的疲煤劳容许乞应力，洪应根据的变化灾范围决临定ρ值，喝再用《公桥葬规》公式算弦出[σn]值。③稳定除性不需痰要验算④刚般度要软求与例轴拉侮构件通相同例21－4有一焊杠接H形截氏面的害抗弯绞构件嘉，宽垫度b=4光60m侍m(图21-桂23)。构羞件与闲节点捆板采帐用高码强度渣螺栓办连接神（孔土径d0=2俱3m蜂m）。纪已知课构件务两个绞方向套的计颗算长六度lox=8站.8烦m,啄loy=11鼠.0m。钢材遮为Q3歉45钢，锯承受N1=850锅kN（拉力企），N=隙14与0k哗N（拉力痛），相钓应的弯廉矩My1=84液kN.m,My2=6烟.9哥kN.m。试进碑行构件煤截面设吨计。解：1）初步效确定构陕件截面估尺寸：（1）确定钳疲劳容揉许应力[σn]应力循甘环特征杀系数由附表4-4及附咱表4-3可得到跃：（2）初选有截面尺罢寸：所需拐净截坏面积房诚为：所需魔毛截遮面积孤为：选用冒截面因为腹安板：1-4顿36×锐10；翼缘戴板：2-2御60×酬12截面布爱置和尺份寸见图21孔-2邮4实际的到毛截面吵面积：每块意翼缘喊板上撑布置4排高猛强螺岭栓，姐故实裂际净饿截面阶面积帅为2）截匙面几伸何特冶性计夺算：毛截哲面惯懒性矩晒：净截面3）强度踩验算：净截粘面的声受拉基边缘顶应力勺：应力期循环逃系数妇为：相应的补疲劳容臂许应力盛为截面满日足强度末要求。4）构件宪刚度验伐算：满足迷刚度弄要求。二、亡偏心驻受压砌构件偏心盼受压设构件蒜的计吴算包案括强惜度总土体稳性定性获，局抵部稳蜜定性君和刚予度，烛通常引由总橡体稳凡定性训控制（一湿）强悟度验件算构件解截面合边缘谋处的肃最大晓压应马力式中：Am—验算截节面的构故件毛截质面面积Wm—验算两截面料的构弃件毛辉截面予模量（二触）弯自矩作油用平惨面内妖的稳膛定性印验算验算公始式为：式中：N—计算轴虑向压力Am—构件极毛截改面面币积μ—考虑N对弯圆矩值洽增大百的影炮响系若数—轴心委受压裂构件霉纵向扣弯曲逃系数凶，按愚附表4-9M—构件中出部1/连3长度臣范围乎内的个最大索弯矩当种时鸦，μ=1，即告不考芹虑N对弯优矩增苗大的舞影响当盆时，其中苦：λ—弯矩贡作用股平面朋内的烧构件壶长细位比E—钢材颈的弹沾性模心量n1—荷载组膀合Ⅰ产生取1.奴7，Ⅱ～Ⅲ取1.4m—荷载愚组合Ⅰ产生取1.0，Ⅱ～Ⅲ取1.大4（三）壁垂直于脱弯矩平馅面方向鸣的稳定朴性验算验算公掠式为：式中越：—偏心受格压构件幼在一个斗主平面必受弯时车的纵向排弯曲系架数，对坝于焊接动或铆接毯的H形和骄工形吉截面秋，弯贿矩一座般作备用在x-x平面装内，策按鱼换算针长细揉比债查附牢表4-苦9。其中自：α—焊接Ⅰ、H形1.淹8，铆接2.阶0lo—对y-黄y轴的自跑由长度h—构件饱沿x轴的尤宽度虎。图21-辅22x、y—回转半亩径对于箱扮形截面2=1。以上两辛式可综陪合为式中：在验遣算弯隶曲作竟用平哀面内蚂的稳鼓定性文时，(四)局部稳珠定性和页刚度验钟算同轴战心受压毛构件例21第-5。如图21晴-2刮5所示。解：1.强度验抗算：N=1兄18浑5kNAm=2演×4抗00念×1秘8+称42莲×1店44崖=2今.0杠3×性104cm2因∴2.弯矩渡作用恐平面药内的扇稳定索性验所算由表18-革2查得：φ1=代0.7奇67∵则∴3.垂直于谢弯矩平译面的稳香定性计堪算由表18绞-2查N：根据拆入由孤表18仇-2，查证运：∴4.局部稳场定性的泡验算由表18嫩-5及同18-狠8知，腹卵板宽b2=42cm，腹谱板厚δ2=1铺.4cm现λx=5甜1.历4>搁500.绍5λ艺+5就=2止5.巴7+庸5=森10基.7秩>故腹君板的座局部领稳定莲性能乒保证收。（2）翼目板的第局部陆稳定基性由表18沸-5及图18-撕8知，换翼板黄原T3=1.黄8cm，翼板馆宽度的宰一半b3=4端0/本2=见20cm。§2飞1.萝7简易钢宾桁架的价节点设贵计一、水简易殊钢桁猪架的双应用壁和型伟式（一）狗简易钢腥桁架的某应用桁架是俱主要承娘受横向秤荷载的驴空腹式仆受弯构留件。与池实腹梁钩相比，畏当跨径错较大时很，它具透有用钢烂量省、刚度装大、犯制造衬、运耀输、计拼装崭方便取，能每够根稀据荷搁载中失情况灯制成茧各种粘不同塔的外必形等纺优点勾。应用居广泛南。桥张梁、洲工业种与民杂用建乖筑中碍的屋该架、介桁架伐式吊煮车梁衣、电坑视塔榆、输户电线殿路支喘架以狡及其否它临顾时性广空腹由式结愚构等斩均可示采用先。以简易畜钢桁架哲为重点清，就其似选型、耕构造和鞋设计等德作简要卖介绍，惧为今后商学习钢浩桥设计款奠定基洪础。（二）扶简易钢裤桁架的滥形式1.主桁架帽的选择2.分类①受力见图21-摄26a、b②外形（三）捉钢桁架仗的主要谎尺寸主要尺斧寸有桁走架的跨继径、高燥度、节箱间长度行斜杆倾联角及主忍桁架的椅中心距终离等1.跨径独或长钓度，陵取决污于使碧用要迷求和食建筑洽物的庭总体姜布置恶方案2.高度伯：取捐决于彩经济毕要求饿、刚翼度要戏求、袖运输昼条件陶的限各制等接。经茎济高呈度3.节间长森度的大唐小应和吨腹杆体呆系的选箩择及纵跟横梁布蒜置的要渣求综合盲考虑确催定4.主桁旗架的不中心须间距阻与桁也架桥开的横穿向刚淡度有挣关。背为了愁保证份桥梁庸具有语足够逃的横董向刚始度，软主桁免架的哲中心搞距不骑宜小处于跨促径的1/2录0以上几葱个主要讯尺寸是授相互联丝式系的二、简糟易钢桁等架的杆捧件设计（一敌）桁谨架的驼内力蚂计算1.荷载昨及其原荷载致组合酷按《公桥饲规》的规泄定进鹅行2.桁架各天杆件的索内力，限在一般第情况下行，可根角据节点故为铰接盗的假定鲜，用《结构力让学》的方法绵求得3.节点：释各构件浸截面高煎度与节湾点中距刮之比不找超过1/誓10时，锄可视霉为铰疤接。咬否则盘，应盆计算爽由于边节点背刚性先所产胞生的阔弯距掌和次技应力担。高汽强螺箱栓或赖铆钉短，视录为铰亮接4.上弦杆而节点负M2=0释.6碗M。节间李正M1=0.躬8M（二遍）杆矛件的畅计算畜长度理想的笔铰接桁皆架中，把压杆在咐桁架平构面内的盘计算长吼度等于翻节点中避心间的愁距离，苦也就是猫杆件的项几何尺蔽