米下承式简支栓焊钢桁梁桥课程设计讲解

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：26 指导教师：周智辉 时 间：2015年9月19日 目录第一章 设计说明3第二章 主桁杆件内力计算5第三章 主桁杆件截面设计与检算14第四章 节点设计与检算23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，。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，孔径为。5. 设计活载等级 标准中活载。6. 设计恒载 主桁；联结系；桥面系；高强度螺栓；检查设备；桥面；焊缝。 计算主桁恒载时，按桥面全宽恒载。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、 影响线二、 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：近似地采用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值和加载长度L查表求得。 弦杆E0E2:=1/6，L=48m，由内插法求得k=50.20(kN/m)（一片主桁，下同）弦杆E2E2:=1/2，L=48m，k=47.25(kN/m)弦杆A1A3:=1/3，L=48m，k=48.10(kN/m)端斜杆E0A1:=1/6，L=48m，k=50.20(kN/m)斜杆E2A3:=1/6，L=19.2m，k=60.19(kN/m)=1/6，L=28.8m，k=55.06(kN/m)斜杆A1E2:=1/6，L=38.4m，k=52.09(kN/m)=1/6，L=9.6m，k=73.63(kN/m)吊杆A1E1:=1/2，L=16m，k=59.70(kN/m)吊杆A3E3:=1/2，L=16m，k=59.70(kN/m)四、 恒载内力和活载内力：采用响线面积法求恒载内力和活载内力。1. 弦杆E0E2:影响线最大纵距： 影响线面积： 恒载内力： 静活载内力： 动力系数： 其余各杆的值计算结果见2号图上所示，其中最大的为： 活载发展均衡系数： 弦杆E0E2的总内力为（计算静强度时的最大内力）： 计算疲劳时，应采用动力运营系数，且不考虑活载发展均衡系数，计算疲劳时的最大内力为： 2. 弦杆E2E2:影响线最大纵距： 影响线面积： 恒载内力： 静活载内力： 动力系数： 活载发展均衡系数： 总内力： 动力运营系数： 则计算疲劳时的最大内力为： 3. 弦杆A1A3:影响线最大纵距： 影响线面积： 恒载内力： 静活载内力： 动力系数： 活载发展均衡系数： 总内力： 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： 影响线面积： 恒载内力： 静活载内力： 动力系数： 活载发展均衡系数： 总内力： 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： 正影响线面积： 负影响线最大纵距： 负影响线面积： 正、负影响线面积之代数和： 恒载内力： 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： 动力系数： 恒载内力与活载内力之比： 活载发展均衡系数： 正面积部分的总内力： 动力运营系数： 则计算疲劳时的最大内力为： 负面积部分：静活载内力： 动力系数： 活载发展均衡系数： 负面积部分的总内力： 动力运营系数： 则计算疲劳时的最大内力为： 6. 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： 正影响线面积： 负影响线最大纵距： 负影响线面积： 正、负影响线面积之代数和： 恒载内力： 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： 动力系数： 恒载内力与活载内力之比： 活载发展均衡系数： 正面积部分的总内力： 动力运营系数： 则计算疲劳时的最大内力为： 负面积部分：静活载内力： 动力系数： 活载发展均衡系数： 负面积部分的总内力： 动力运营系数： 则计算疲劳时的最大内力为： 7. 吊杆A1E1:影响线最大纵距： 影响线面积： 恒载内力： 静活载内力： 动力系数： 活载发展均衡系数： 总内力： 动力运营系数： 则计算疲劳时的最大内力为： 8. 吊杆A3E3:影响线最大纵距： 影响线面积： 恒载内力： 静活载内力： 动力系数： 活载发展均衡系数： 总内力： 动力运营系数： 则计算疲劳时的最大内力为： 第三章 主桁杆件截面设计与检算一、 下弦杆E0E2的设计设计资料：设计最大内力：；设计疲劳应力：，；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，取，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： (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-每侧布置4排栓孔，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： (可)截面提供的惯性矩： ,回转半径 ,(3) 强度和刚度检算。强度检算： (可)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： (可)二、 下弦杆E2E2的设计设计资料：设计最大内力：；设计疲劳应力：，；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，取，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： (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-每侧布置4排栓孔，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： (可)截面提供的惯性矩： ,回转半径 ,(3) 强度和刚度检算。强度检算： (可)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： (可)三、 上弦杆A1A3的设计设计资料：设计最大内力：；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，查附表4求得整体稳定容许应力折减系数，则所需的毛截面面积为： (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-每侧布置4排栓孔，孔径提供毛截面面积： (可)截面提供的惯性矩： ,回转半径 ,(3) 整体稳定检算。杆件计算长度，长细比： ,由查表得，则： (4)局部稳定检算。竖板：当杆件的长细比时，桥规要求板件的宽厚比，现 (可)水平板：当杆件的长细比时，桥规要求板件的宽厚比，现 (可)(5)刚度检算。长细比 (可)四、 斜杆E2A3的设计设计资料：设计内力：,；设计疲劳内力：，；杆件几何长度，材料：Q370qD；该斜杆是受拉兼受压杆件，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，取，根据疲劳强度条件，所需的净截面面积为： (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-每侧布置4排栓孔，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： (可)截面提供的惯性矩： ,回转半径 ,(3) 刚度检算。杆件计算长度： (主桁平面外) (主桁平面内)长细比： (4) 整体稳定性检算。由查表得，则 (可)(5) 局部稳定性检算。竖板： 水平板： (6) 强度检算。 (可)五、 斜杆A1E2的设计设计资料：设计最大内力：；设计疲劳应力：，；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，取，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： (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-每侧布置4排栓孔，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： (可)截面提供的惯性矩： ,回转半径 ,(3) 强度和刚度检算。强度检算： (可)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： (可)六、 吊杆A3E3的设计设计资料：设计最大内力：；设计疲劳应力：，；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，取，根据疲劳强度条件可知所需的净截面面积为： 根据设计经验，估计杆件的毛截面面积： (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-每侧布置4排栓孔，孔径提供毛截面面积： 栓孔削弱的面积： 净截面面积： (可)截面提供的惯性矩： ,回转半径 ,(3) 强度和刚度检算。强度检算： (可)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： (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E2一、 主桁下弦大节点E2的构造如3号图所示的主桁下弦节点E2，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E2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： 下弦杆E0E2的承载力为 斜杆A1E2的承载力为 截面组成毛截面面积Ami扣孔面积Ai净面积Ajimmmmmm2mm2mm2211152044600101203448042002016000368012320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：净截面对中性轴惯性矩的计算：因为在节点中心处弦杆中断，所以，承受力N的截面只包括节点板和拼接板的截面，则危险截面上的法向应力应满足以下两个条件：节点板下缘： 节点板上缘： (2) 检算主力作用下腹杆与弦杆之间的节点板水平截面上的剪应力节点板水平截面上的剪力T为： 水平截面上节点板的净截面面积： 则水平截面上的剪应力应满足： (3) 检算斜杆与节点板连接处节点板的撕裂应力如上图所示，斜杆受力时，节点板将可能沿1-2-3-4或5-2-3-6或1-2-3-7-8截面撕裂，因此，要对这些截面进行撕裂应力验算。由于节点板的应力状态复杂，要求节点板的抗撕裂强度应较杆件强度（或斜杆内力）至少大10%。撕裂时的容许应力规定为：当撕裂面垂直于斜杆内力时，按计算；当撕裂面与斜杆内力斜交或平行时，按0.75计算。截面1-2-3-4的撕裂强度检算公式如下： 截面5-2-3-6的撕裂强度检算公式如下： 截面1-2-3-7-8的撕裂强度检算公式如下： 因此，节点板强度满足要求。