鋼橋課程設(shè)計(jì)書_圖文

1、中南大學(xué) 鋼 橋 課 程 設(shè) 計(jì) 指導(dǎo)老師:學(xué)生姓名:學(xué) 號(hào):班 級:日期:2014年 7月 8日1鋼橋課程設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)目的:跨度 L=72m單線鐵路下承載式簡支栓焊鋼桁梁設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)依據(jù):1. 設(shè)計(jì)規(guī)范鐵道部鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 (TB10002.1-2005鐵道部鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (TB10002.2-20052. 結(jié)構(gòu)基本尺寸計(jì)算跨度 72m L =;橋跨全長 73.10m q L =;節(jié)間長度 9.00m d =; 主桁節(jié)間數(shù) 8n =; 主桁中心距 5.75m B =;平縱聯(lián)寬度 05.30m B =;主桁高度 11.00m H =;縱梁高度1.45m h =; 縱 梁

2、中 心 距 2. 00m b =; 主 桁 斜 角 傾 角 50. 708= , sin 0.774=,cos 0.633=。3. 鋼材及其基本容許應(yīng)力:桿件及構(gòu)件用 Q345qD ;高強(qiáng)度螺栓用 20MnTiB 鋼;精制螺栓用 BL3;螺母及墊圈 用 45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼; 鑄件用 ZG25II ; 輥軸用鍛鋼 35。 鋼材的基本容許應(yīng)力參照 鐵 路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 。4. 結(jié)構(gòu)的連接方式及連接尺寸:連接方式:桁梁桿件及構(gòu)件采用工廠焊接,工地高強(qiáng)螺栓連接;人行道托架采用精制螺栓連接。連接尺寸:焊縫的最小焊腳尺寸參照橋規(guī) ;高強(qiáng)螺栓和精制螺栓的桿徑為 22,孔徑為 d=23mm。5. 設(shè)計(jì)活載等

3、級:標(biāo)準(zhǔn)中活載6. 設(shè)計(jì)恒載主桁 314.80kN/m p =, 聯(lián)結(jié)系 42.80kN /m p =; 橋面系 26.50kN /m p =;高強(qiáng)螺栓 6234=+p p p p ( 3%;檢查設(shè)備 51.00kN /m p =;橋面 111.00kN/m p =; 焊縫 7234=+1.5%p p p p ( 。2 計(jì)算主桁恒載時(shí),按橋面全寬恒載 1234567=+p p p p p p p p 。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容:1. 主桁桿件內(nèi)力計(jì)算(全部 ,并將計(jì)算結(jié)果匯整于 3號(hào)圖上;2. 主桁桿件截面設(shè)計(jì)與檢算(交匯于 E 2、 A 3節(jié)點(diǎn)的桿件 ;3. 主桁 E 2、 A 3節(jié)點(diǎn)拼接計(jì)算與節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

4、及檢算;4. 繪制主桁 E 2、 A 3節(jié)點(diǎn)圖 (兩張 3號(hào)圖 。四、提交文件:1. 設(shè)計(jì)說明書 1份;2. 3號(hào)圖 3張。五、要求:1. 計(jì)算書條理清楚、語句通順、計(jì)算正確;2. 結(jié)構(gòu)圖按繪制要求比例恰當(dāng)、粗細(xì)線條明確、尺寸標(biāo)注清楚、投影關(guān)系無誤。目 錄第一部分 設(shè)計(jì)依據(jù) 1第二部分 主桁架桿件內(nèi)力計(jì)算 3一、內(nèi)力的組成 3二、恒載所產(chǎn)生的內(nèi)力 4三、活載所產(chǎn)生的內(nèi)力 4四、橫向荷載 (風(fēng)力或搖擺力 所產(chǎn)生的內(nèi)力 6五、縱向荷載(制動(dòng)力所產(chǎn)生的內(nèi)力 9六、立柱內(nèi)力 11七、豎向荷載通過橫向剛架作用在掛桿與立柱中引起的彎矩 11八、主桁桿件的內(nèi)力組合 12 第三部分 主桁桿件設(shè)計(jì) 15一、主桁

5、桿件的檢算內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟 15二、主桁桿件截面幾何特征計(jì)算 15三、主桁桿件截面檢算 19四、桿端高強(qiáng)螺栓計(jì)算 21 第四部分 弦桿拼接計(jì)算 24一、計(jì)算依據(jù) 24二、拼接板截面 24三、拼接螺栓 24四、內(nèi)拼接板長度 25 第五部分 節(jié)點(diǎn)板設(shè)計(jì) 26第六部分 節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度檢算 26一、節(jié)點(diǎn) E2強(qiáng)度撿算 27二、節(jié)點(diǎn) A3強(qiáng)度撿算 32參考文獻(xiàn) 36第一部分:設(shè)計(jì)依據(jù)一、設(shè)計(jì)規(guī)范中華人民共和國鐵道部 2005年鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (TB10002.2-2005 ; 中華人民共和國鐵道部 2005年鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)范 (TB10002.1-2005 。二、所用鋼材桿件 Q345qD高強(qiáng)螺栓

6、 20MnTiB 鋼螺母墊圈 45號(hào)優(yōu)質(zhì)碳素鋼焊縫 力學(xué)性能不低于基材精制螺栓 BL3鑄件 ZG25II琨軸 鍛鋼 35號(hào)三、連接方式工廠連接采用焊接。工地連接采用高強(qiáng)螺栓連接。人行道托架工地連接采用精制螺栓連 接。螺栓孔徑一律為 d=23mm。高強(qiáng)螺栓桿徑為 22。四、容許應(yīng)力Q345qD 的基本容許應(yīng)力:軸向應(yīng)力 =200M p a;彎曲應(yīng)力 =210M p aw;剪應(yīng)力 =120M p a;端部承壓(磨光頂緊應(yīng)力 =300Mpac。疲勞容許應(yīng)力及其它的容許應(yīng)力見橋規(guī) 。五、計(jì)算恒載計(jì)算主桁時(shí)(每線 :橋面 1=11. 00k N /mp ;橋面系 2=6. 50k N /mp ;主桁架

7、3=14. 80k N /mp ;1聯(lián)結(jié)系 4=2. 80k N /m p ; 檢查設(shè)備 5=1. 00k N /m p ; 高強(qiáng)螺栓 6234=+p p p p ( 3%; 焊縫 7234=+1. 5%p p p p ( 。 計(jì)算主桁恒載時(shí),按橋面全寬恒載 1234567=+p p p p p p p p 。六、活載等級按“中華人民共和國鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載(中活載 ” 。標(biāo)準(zhǔn)活載的計(jì)算圖式見橋規(guī) 。七、結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算跨度 72m L =; 橋跨全長 73.10m q L =; 節(jié)間長度 9.00m d =;主桁節(jié)間數(shù) 8n =;主桁中心距 5.75m B =; 平縱聯(lián)寬度 05.30m B =; 主

8、桁高度 11.00m H =; 縱梁高度 1.45m h =; 縱梁中心距 2.00m b =; 斜桿傾角 50.708= , sin 0.774=, cos 0.633=。 其它尺寸 見圖 1: =72mL 圖 1 簡支梁桁梁結(jié)構(gòu)的基本尺寸第二部分: 主桁架桿件內(nèi)力計(jì)算一、內(nèi)力的組成主桁桿件的內(nèi)力有以下幾部分組成: 豎向恒載所產(chǎn)生的內(nèi)力 p N , p N p =, 靜活載內(nèi)力 k N , k N k =; 豎向活載產(chǎn)生的內(nèi)力:(1 k N +橫向風(fēng)力(或列車搖擺力所產(chǎn)生的內(nèi)力 w N ,僅作用在上、下弦桿; 橫向風(fēng)力通過橋門架效應(yīng)在端斜桿和下弦桿所產(chǎn)生的內(nèi)力 ' w N ; 縱向制

9、動(dòng)力所產(chǎn)生的內(nèi)力 t N 。根據(jù)橋規(guī)規(guī)定,設(shè)計(jì)時(shí)候桿件軸力應(yīng)該按下列三種情況考慮:1、主力 I N I (1 P k N N N =+2、主力 +風(fēng)力(或搖擺力 II N ' II I 1( 1.2w w N N N N =+ 3、主力 +制動(dòng)力 III N III I 1( 1.25t N N N N =+ 主桁桿件除述軸力外,還要受到彎矩作用,如節(jié)點(diǎn)剛性引起的次彎矩、風(fēng)力和制動(dòng)力在 某些桿件中引起的彎矩等, 這些彎矩在檢算桿件截面時(shí)應(yīng)和軸力一起考慮, 由于本設(shè)計(jì)所有 桿件的高度均不超過長度的 1/10,故根據(jù)橋規(guī)規(guī)定。不考慮節(jié)點(diǎn)剛性次內(nèi)力。主桁各桿的內(nèi)力圖 2和表 1。 二、恒載所

10、產(chǎn)生的內(nèi)力根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書所提供的資料,每片主桁所承受的恒載內(nèi)力:12345671(+ 2p p p p p p p p =1(11+6.50+14.80+2.80+1.00+0.72+0.362=18.59kN /m =恒載布滿全跨,故恒載內(nèi)力為: 下弦桿 24E E 為:18.59(55.23=1026.80kNp N p =+斜桿 23E A 為:18.59(17.44 324.30kN p N p =-=-三、活載所產(chǎn)生的內(nèi)力1. 換算均布活載換算均布活載是影響線加載長度 l 與頂點(diǎn)位置 二者的函數(shù)。它們之間的函數(shù)關(guān)系反映 在橋規(guī)附錄所列的公式以及表中。根據(jù) l 與 從該表中查得每線換算

11、的均布活載 K ,除 以 2即得每片主桁承受的換算的均布活載 k 。 仍以下弦桿 24E E 為例:72.00m l =, 0.375=, 查表得 0.37590.58kN/mK =, 則 0.375145.29kN/m2k K =。 再以斜桿 23E A 為例:151.43m l =,0.125=,查表得 0.125100.63kN/mK =, 則 0.125150.31kN/m2k K =。 220.57m l =,0.125=, 查表得 0.125119.64kN/mK =, 則 0.125159.82kN/m2k K =。 2. 靜活載所產(chǎn)生的內(nèi)力為了求得最大活載內(nèi)力,換算均布活載 k

12、 應(yīng)布滿同號(hào)影響線全長。 下弦桿 24E E :45.2955.23=2501.24kN/mk N k =再以斜桿 23E A 為例, 產(chǎn)生最大活載內(nèi)力的加載情況有兩種:活載布滿后段 1l 長度產(chǎn)生最大壓力,活載布滿左段 2l 長度產(chǎn)生最大拉力。故分別加載后得:11150.31(20.77 1044.79kN/mk N k =-=- 22259.82(+3.321044.79kN/mk N k =-3. 沖擊系數(shù) 1+根據(jù)橋規(guī)規(guī)定,鋼桁梁的沖擊系數(shù) 1+按下式計(jì)算:281+140L=+ 式中 L 除承受局部活載桿件為影響線加載長度外,其余均為橋梁跨度。 弦桿、斜桿及支座沖擊系數(shù):281+11.

13、2504072=+=+掛桿的沖擊系數(shù):281+11.4834018=+=+4. 活載發(fā)展的均衡系數(shù) 橋規(guī)要求:所有桿件因活載產(chǎn)生的軸向力、彎矩、剪力在計(jì)算主力組合時(shí),均應(yīng)乘 以活載發(fā)展均衡系數(shù) :1+(a a m -61+1= kpN N a +=1式中 m a 全部桿件 a 值中代數(shù)值之最大者。下弦桿 24E E :1026.800.3284(1 3126.55p kN a N =+(0.33220.32841.0006m a a 11=1+-=1+-=66斜桿 23E A :1324.30+0.2483(1 1305.99p kN a N -=+-2324.301.3053(1 +248.

14、44p kN a N -=-+(110.33220.24831.0140m a a 11=1+-=1+-=66 (220.3322+1.30531.2729m a a 11=1+-=1+=665. 活載產(chǎn)生的內(nèi)力 :考慮沖擊作用和活載發(fā)展均衡系數(shù)在內(nèi)時(shí) , 活載所產(chǎn)生的內(nèi)力為:(k N +1下弦桿 24E E :(1 1.00061.252501.243128.50kN k N +=斜桿 23E A :1(1 1.01401.25(1044.79 1324.23kN k N +=-=- 2(1 1.27291.25(198.75 316.25kN k N +=+=+四、橫向荷載 (風(fēng)力或搖擺力

15、 所產(chǎn)生的內(nèi)力1. 橫向荷載計(jì)算主桁的上下弦桿兼為上下平縱聯(lián)的弦桿 , 端斜桿又是橋門架的腿桿 , 橫向風(fēng)力或搖擺力 作用在橋上時(shí) , 將在這些桿件中產(chǎn)生內(nèi)力。 (1 橫向風(fēng)力作用下荷載計(jì)算根據(jù)橋規(guī)規(guī)定 , 風(fēng)壓強(qiáng)度 W 按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)考慮。有車時(shí) 12800w W K K = ,并不大于 1250Pa ;無車時(shí) 121400y W K K = 。 式中: 1K 風(fēng)載體型系數(shù);2K 風(fēng)壓高度變化系數(shù);主桁桿件計(jì)算由橋上有車時(shí)荷載組合控制,本設(shè)計(jì)中取 1250Pa y W =。風(fēng)力在下平縱聯(lián)(即橋面系所在平面上的分配系數(shù)為 1.0,在上平縱聯(lián)上的分配系數(shù) 為 0.2。對鋼桁梁而言,橫向風(fēng)力的受風(fēng)面積

16、應(yīng)按照橋跨結(jié)構(gòu)理論輪廓面積乘以 0.4。 列車受風(fēng)面積應(yīng)按 3m 高的長方帶計(jì)算,其作用點(diǎn)在軌頂以上 2m 高度處。上、下平縱聯(lián)單位長度上所受到的風(fēng)荷載分別為:7上平縱聯(lián):123=(0.40.5 +(1-0.40.2(+ a y k h h h h W (kN/m下平縱聯(lián):123=(0.40.5 +(1-0.41.0(+ e y k h h h h W (kN/m其中, h 為主桁高度, =11mh ;1h 為列車高度, 1=3mh ;2h 為橋面高度, 2=0.16+0.24=0.40mh ;3h 為橋面系高度, 3=1.29mh代入數(shù)值得:上平縱聯(lián)風(fēng)荷載:=(0.40.5 11+(1-0.

17、40.2(3+0.40+1.291.25a k =3.454kN/m下平縱聯(lián)風(fēng)荷載:=(0.40.5 11+(1-0.41.0(3+0.40+1.291.25e k =6.268kN/m(2 橫向搖擺力作用下荷載計(jì)算根據(jù)橋規(guī) ,列車橫向搖擺力 ts F 以水平方向垂直線路中心線作用于鋼軌頂面,大小為5.5kN/m。上、下平縱聯(lián)分配到的橫向搖擺力為:上平縱聯(lián)搖擺力:' =0.2=0.25.5=1.1kN/ma ts k F 下平縱聯(lián)搖擺力:' =1.0=1.05.5=5.5kN/me ts k F 風(fēng)力和搖擺力不同時(shí)計(jì)算,故在本設(shè)計(jì)中上、下平縱聯(lián)均為風(fēng)力控制設(shè)計(jì)。2. 橫向荷載通

18、過縱聯(lián)在主桁桿件中所產(chǎn)生的內(nèi)力計(jì)算上平縱聯(lián)桁架時(shí),可將橋門架做為其支點(diǎn),計(jì)算下平縱聯(lián)桁架時(shí),支座為其支點(diǎn), 均不考慮中間橫聯(lián)的彈性支承作用。當(dāng)縱聯(lián)為交叉形桁架時(shí),取二斜撐的交點(diǎn)為力矩中心, 于是按照圖 3(下頁可以算出影響線面積及內(nèi)力。 影響線面積:122l l B=± 弦桿內(nèi)力: N k =以下弦桿 24E E 為例 :1231.540.5=110.935m225.75l l B = =6.268110.935=695.28kNN k = 8圖 3 鋼桁架所受橫向荷載再以上弦桿 13A A 為例 :1213.540.5=47.543m 225.75ll B =-=3.454(47.

19、543=164.19kN N k =-3. 橫向荷載通過橋門架在主桁桿件中所產(chǎn)生的內(nèi)力(如圖 4圖 4 橫向荷載作用下帶桁式頂撐的剛架內(nèi)力計(jì)算9上平縱聯(lián)作用于橋門架頂部的反力 W :0.50.53.4545493.24kN a a W k l =橋門架腿桿反彎點(diǎn)距支座的距離 0l :(參考標(biāo)準(zhǔn)桁梁取 8.5m c =(028.58.5214.2135.02822228.514.213c c l l m c l +=+反力 W 在端斜桿產(chǎn)生的軸力 1' W N 和彎矩 0M 、 a M 1' 014.2135.02893.24148.95kN 5.75W l l N W B -=

20、-=-=- 005.02893.24234.41kN 22l M W = 08.55.02893.24161.88kN 22a c l M W -=-=-=- 反力 W 通過支座斜反力 R 在下弦產(chǎn)生的軸力 ' 2w N' 293.2414.213cos cos 0.6332145.95kN 5.75w Wl N R B = 上平縱聯(lián)反力 W 在支座引起的豎向反力 1w V193.2414.213sin sin 0.774178.38kN 5.75w Wl V R B = 列車及橋面上風(fēng)力在支座引起的豎向反力 2w V221331(10.4 (2 (10.4 22w y L V

21、 W h h h B =-+- 21721.25(10.4 3(1.292 (10.4 1.29225.75=-+- 40.20kN =12178.38+40.20=218.58kNw w w V V V =+=五、縱向荷載(制動(dòng)力所產(chǎn)生的內(nèi)力按照橋規(guī)規(guī)定,制動(dòng)力與沖擊力同時(shí)計(jì)算時(shí),制動(dòng)力按豎向靜活載重量的 7%計(jì)算。 靜活載的位置應(yīng)分別與各桿件殘生最大活載內(nèi)力時(shí)的實(shí)際活載位置一致。 為簡化計(jì)算, 下 面近似按圖 5的加載位置計(jì)算。10 圖 5 制動(dòng)力在主桁桿件中所產(chǎn)生的內(nèi)力1. 制動(dòng)力所產(chǎn)生的支座反力加載長度: 72.55m L =靜活載: =5220+3092+(72.5537.5 80=

22、6664kNW -制動(dòng)力: =0.07=466.48kNT W 水平反力: 0.5233.24kN t H T =支座豎向力 10.371.290.420.50.5466.4813.15kN 72t hV T L +=2. 制動(dòng)力在弦桿中所產(chǎn)生的軸力由于本設(shè)計(jì)弦桿中線與支座中心間距離較小,因而忽略該項(xiàng)影響。加載長度: 72m L =靜活載: =5220+3092+(7237.5 80=6620kNW -制動(dòng)力: =0.07=463.4kNT W 02E E 、 24E E 桿內(nèi)產(chǎn)生的軸力為:463.4=231.7kN22T11 六、立柱內(nèi)力立柱作為減少上弦壓桿自由長度的支撐桿件,按橋規(guī)規(guī)定,應(yīng)

23、以其所支撐的壓桿內(nèi)力的 3%作為其內(nèi)力,予以檢算。表 1中立柱在運(yùn)營階段的內(nèi)力按上弦的最大內(nèi)力 ' 33A A 的 3%算出。在安裝階段,立柱尚應(yīng)檢算在上弦的吊機(jī)壓力。七、豎向荷載通過橫向剛架作用在掛桿與立柱中引起的彎矩橫梁與掛桿截面的初選參照標(biāo)準(zhǔn)桁梁。橋規(guī)規(guī)定,對于主桁掛桿和立柱,應(yīng)考慮橫梁承受豎向荷載時(shí),他們作為橫向閉合 鋼架的腿桿所承受的彎矩。檢算它們在軸力和彎矩共同作用下的疲勞強(qiáng)度。圖 6 豎向荷載在立柱及掛桿中所產(chǎn)生的彎矩由圖 6所示計(jì)算圖示,可算出掛桿或立柱在下端及中間支點(diǎn)處主桁平面外的彎矩 0M 及 a M 分別為:豎桿下端彎矩: 02b s M M i i =+豎桿中間

24、彎矩: 012a M M =式中:620.5=-, c l =, a b B +=, b b EI i B =, s s EI i c =, b I 、 s I 分別為橫梁與豎桿的慣性矩,其他符號(hào)見圖 6。已 知 :575c m B =,187.5cm a =, 200cm b =, 577.5cm c =, 1035.5cm l =, 0.674a b B +=, 0.588cl =, 4=651000cmb I , 4=38200cms I , 3=1132cm b b EI i E B =, 3=66.1cm s s EI i E c =, =17.12b si i , 6=3.4820

25、.5=-, 873kN D =, =1638kNm M D a = 代入以上兩式可以求得:下端: 0=102.2kNm 2b sM M i =+中間支點(diǎn):01=28.5kNm 2a M M = 八、主桁桿件的內(nèi)力組合以上算出的主桁桿件所受單項(xiàng)軸力列表 1第 13-17項(xiàng)。按照橋規(guī)要求,各單項(xiàng)軸力 應(yīng)按照表 1第 18-20項(xiàng)進(jìn)行組合。 三種組合內(nèi)力中之大者為控制桿件強(qiáng)度與穩(wěn)定的計(jì)算內(nèi)力, 列于表 1第 21項(xiàng)。反復(fù)荷載出現(xiàn)拉力作用桿件,應(yīng)檢算疲勞;控制計(jì)算內(nèi)力不考慮活載發(fā)展 及附加力影響,其值列于表 1第 23項(xiàng)、 24項(xiàng)。端斜桿與掛桿在荷載作用下,還受有彎矩,應(yīng)與相應(yīng)荷載情況下的軸力一并檢算

26、。主桁桿件內(nèi)力及支座反力計(jì)算表 表 1 14 第三部分: 主桁桿件設(shè)計(jì)一、主桁桿件的檢算內(nèi)容及設(shè)計(jì)步驟主桁桿件根據(jù)受力性質(zhì)的不同,應(yīng)進(jìn)行下表所列項(xiàng)目的檢算。 1. 參考性質(zhì)相近(指內(nèi)力性質(zhì)及大小,桿長及截面式樣,材料和連接方式的已有設(shè) 計(jì)資料,初步擬定截面尺寸;2. 根據(jù)初步擬定的截面尺寸,算出進(jìn)行各類檢算所需的截面幾何特征數(shù)據(jù); 3. 按上表要求進(jìn)行各項(xiàng)檢算。如初選截面不合適,則進(jìn)行修改,重新計(jì)算,直至符合 要求為止;4. 為了減少桿件類型以簡化制造,便于互換和管理,同一組設(shè)計(jì)中之同類桿件內(nèi)力相 差不大者,盡量采用相同的截面。二、主桁桿件截面幾何特征計(jì)算由于 H 形截面在制造、安裝、運(yùn)營等方

27、面比較優(yōu)越,本設(shè)計(jì)主桁桿件全部采用 H 形截 面,桿寬為 460mm ,桿高最大為 600mm ,該值小于桿長的 1/10,按橋規(guī)要求均可免算節(jié) 點(diǎn)剛性次應(yīng)力。以端下弦桿 E 0E 2截面設(shè)計(jì)為例說明 1 初選截面:選用腹板 1 428×12 翼緣 2 460×16 2 截面幾何特征計(jì)算:毛截面積:256. 1982. 18. 426. 1462cm A m =+= 扣孔截面積:244. 293. 26. 18cm A =凈面積:212. 16944. 2956. 198cm A A A m j =-=-= 毛慣性矩:43343. 259622. 18. 42121466.

28、 11212cm I mx =+= 432373. 804178. 422. 11215. 234626. 1461212cm I my =+= 凈慣性矩:4661. 1971477. 624743. 25962cm I I I x m x jx =-=-= 4236. 6590249. 1451573. 80417cm I I I x m x jx =-=-= 回轉(zhuǎn)半徑: cm A I r m mx x 435. 1156. 19843. 25962=cm A I r mmy x 125. 2056. 19873. 80417=主桁平面內(nèi)計(jì)算長度:cm l l x 9000=主桁平面外撿算長

29、度 :cm l l y 9000= 長細(xì)比:707. 78435. 11900=x x x r l 721. 44125. 20900=x x x r l 其他桿件截面擬定和計(jì)算如上所示。 主桁架桿件截面尺寸擬定如下: 主桁桿件截面幾何特征 表 3 1719三、主桁桿件截面檢算主桁桿件截面檢算結(jié)果列于表 4。下面選擇有代表性者加以說明。 1. 受拉桿件(以下弦桿 24E E 為例由表 1知:控制計(jì)算內(nèi)力為 4163.78kN m N =; 疲勞檢算內(nèi)力值為 max 4153.35kN m N =,min 1026.80kN m N = (1剛度計(jì)算由表 3計(jì)算,下弦桿 24E E , 80.0

30、6x =, 45.00y =。max 80.06100=<=(2強(qiáng)度計(jì)算由表 3得下弦桿 24E E 的凈面積 2396.8j A cm =344163.7810104.9200396.810j N MPa MPa A -=<= (3疲勞檢算3max max 4j N 4153.3510104.67MPa A 396.810-= 3min min4j N 1026.801025.88MPa A 396.810-= 根據(jù)橋規(guī) ,疲勞應(yīng)力為拉拉構(gòu)件時(shí),簡算公式為:d n max min t 0r r ( r -式中:0疲勞容許應(yīng)力幅;d r 雙線橋的雙線系數(shù); n r 損傷修正系數(shù);t

31、 r 板厚修正系數(shù)。查規(guī)范表 3.27-1得下弦桿 24E E 的疲勞容許應(yīng)力幅類別為,查表 3.27-1知其疲 勞容許應(yīng)力幅為 0130.7MPa =;對于單線鐵路 d r 1=;橋梁跨度為 72m 20m >,取 n r 1=;20下弦桿 24E E 板厚 t r 0.96= 代入簡算公式:d n max min r r ( 11(104.6725.88 78.79-=-=t 0r 0.96130.7125.47<=2. 受壓桿件(以上弦桿 '33A A 為例由表 1計(jì)算知上弦桿 '33A A 在主力或附加力作用下均只受壓力。由表 1得計(jì)算內(nèi)力為主力控制, 43

32、92.69kN m N =- (1剛度計(jì)算由表 3計(jì)算,上弦桿 ' 33A A , 76.9x =, 45.23y =。max 76.9100=<=(2強(qiáng)度計(jì)算由表 3得上弦桿 ' 33A A 的凈面積 2360.48j A cm =344392.6910121.86MPa 200MPa 360.4810j N A -=<= (3整體穩(wěn)定檢算max 76.9x =,查橋規(guī)表 3.2.6,按照線性內(nèi)插計(jì)算得:容許應(yīng)力折減系數(shù) 10.521=容許應(yīng)力:10.521200104.2MPa =;計(jì)算應(yīng)力:3144392.6910102.94MPa 104.2426.7210

33、m N MP A -=<=(4局部穩(wěn)定檢算a 、水平板按照橋規(guī) ,查表 5.3.3,當(dāng) 50時(shí),水平板的寬厚比最大值為22b 0.4100.476.91035.76=+=+= 2222b b 463.6216.172.4-=b 、豎板按照橋規(guī) ,查表 5.3.3,當(dāng) 50時(shí),豎板的寬厚比最大值為2133b 0.1450.1476.9515.77=+=+=3333b b (462.46.0523.6-=3. 拉彎桿件(吊桿 22A E 由于本設(shè)計(jì)中無橋面系設(shè)計(jì),即無掛桿的主平面外彎矩,因此掛桿只按照強(qiáng)度等進(jìn)行檢 算。(注:按設(shè)計(jì)要求需對交匯于 E 2節(jié)點(diǎn)的所有桿件進(jìn)行截面檢算,除上述下弦桿

34、24E E 、吊桿 22A E 外的其它桿件,其強(qiáng)度、剛度、局部穩(wěn)定性、整體穩(wěn)定性以及疲勞驗(yàn)算的方法均相同,檢算過程不再累述,檢算結(jié)果詳見表 4 四、桿端高強(qiáng)螺栓計(jì)算按照鋼橋規(guī)范第 6.1.1條,高強(qiáng)度螺栓容許抗滑承載力為:kN K N m P 94. 527. 120045. 010=式中 P 高強(qiáng)螺栓的容許抗滑承載力;m 高強(qiáng)螺栓連接處的抗滑面數(shù);0高強(qiáng)螺栓連接的鋼材表面抗滑移系數(shù),不大于 0.45;N 高強(qiáng)螺栓的設(shè)計(jì)預(yù)拉力, 22M 為 kN 200; K 安全系數(shù),采用 1.7。主桁腹桿桿端高強(qiáng)度螺栓個(gè)數(shù) n 應(yīng)滿足 PN n 。 N 為桿件的承載力,對于主桁桿件:受拉桿件 j A N

35、 =; 受壓桿件 1m A N =;受拉壓桿件 max1m j A A N , =。 一下各取一桿件舉例說明: 1拉桿 21E A :22桿件承載力 kN A N j 20. 32112056. 160= 螺栓數(shù) 66. 6094. 5220. 3211=P N n 個(gè); 2壓桿 31A A :桿件承載力 1294.960.584203445.13m N A kN = 螺栓數(shù) 3445.1365.0752.94N n P =個(gè); 3拉壓桿 43E A :桿件承載力 160.56203211.20j A kN = 11900.503201911.4=m A kN1max3211.20=j m N

36、 A A kN ,螺栓數(shù) 3211.2060.6652.94N n P =個(gè)。主桁桿件檢算表 表 4 23第四部分: 弦桿拼接計(jì)算一、 E2節(jié)點(diǎn)弦桿拼接計(jì)算1 拼接板截面設(shè)計(jì)鋼橋規(guī)范第 9.0.7 條規(guī)定,主桁受拉桿件拼接板凈面積應(yīng)比被拼接桿件凈面積大 10%。 根據(jù)前面表 3-1 計(jì)算結(jié)果20E E 桿 (2-460×16, 1-428×12 一半凈面積為: 2156. 8412. 16921cm A j = 42E E 桿 (2-460×36, 1-412×32 一半凈面積為: 2240. 12580. 25021cm A j =節(jié)點(diǎn)板選用厚度:20

37、mm = 一塊節(jié)點(diǎn)板作為外拼接板提供的面積(2p1A' 4642.3273.6cm =-=初選內(nèi)拼接板為 4-200×24 (一側(cè)兩塊 ,兩塊內(nèi)拼接板凈面積為(2p2A' 22042.32.473.92cm =-= 內(nèi)外拼接板凈面積為22p p1p2j2A' A' A' 73.673.92147.52cm 1.1A 1.1125.4137.94cm =+=+= 通過驗(yàn)算。2 拼接螺栓和拼接板長度單抗滑面高強(qiáng)螺栓的容許承載力為:010.4520052.941.7m N P kN K = 一側(cè)節(jié)點(diǎn)板所需高強(qiáng)螺栓數(shù):1P11N'A '

38、 73.620n 27.81P P 52.94=個(gè) (取 13 排,共 52 個(gè) 一側(cè)兩塊內(nèi)拼接板所需高強(qiáng)螺栓數(shù):''22273.922027.9252.94P N A n PP=個(gè) (取 8排,共 32個(gè) 3 內(nèi)拼接板長度內(nèi)拼接板一側(cè) 32個(gè)高強(qiáng)度螺栓,排成 8排,端距取 50mm ,其長度為(L 29080908380501420mm =+-+= 以下弦桿 02E E 與 24E E 在節(jié)點(diǎn) 2E 中心的拼接為例。 由于弦桿截面對 -y y 軸對稱, 故只需取-y y 軸一側(cè)的半個(gè)截面進(jìn)行計(jì)算。二、 A3節(jié)點(diǎn)弦桿拼接計(jì)算由于弦桿截面對 -y y 軸對稱,故只需取 -y y

39、軸一側(cè)的半個(gè)截面進(jìn)行計(jì)算。1、拼接板截面設(shè)計(jì)根據(jù)第二章表 3計(jì)算結(jié)果,已知:13A A 桿半毛面積:210.5294.96147.48cm m A ='33A A 桿半毛面積:220.5426.24213.12cm m A = 節(jié)點(diǎn)板選用厚度: 20mm =節(jié)點(diǎn)板供給拼接面積:' 2146242.3273.6cm j A =-=根據(jù) 橋規(guī) 規(guī)定:主桁受壓桿件的拼接板有效面積應(yīng)大于被拼接壓桿有效面積 (1m A 的 10%。在節(jié)點(diǎn)內(nèi)拼接時(shí),拼接板的受壓容許應(yīng)力折減系數(shù)采用 0.9;在節(jié)點(diǎn)外拼接時(shí),拼接 板容許應(yīng)力折減系數(shù)與該壓桿的受壓容許應(yīng)力折減系數(shù)相同。因此,拼接板與節(jié)點(diǎn)板共需

40、凈 面積 ' ' ' 21221.11.10.65211.28130.37cm j j j m A A A A =+=選用 2 200×20作為內(nèi)拼接板,供給面積為:'222202.042.32.061.6cm j A =-=內(nèi)、外拼接板(節(jié)點(diǎn)板合計(jì)供給面積為:'''21273.661.6135.2cm 130.37j j j A A A =+=+=>3、拼接螺栓E2處拼接板螺栓布置示意圖拼接板在 3A 節(jié)點(diǎn)中心截面承受循環(huán)壓力,其承載力應(yīng)按 '33A A 桿的 疲勞強(qiáng)度確定,但橋規(guī)未給出弦桿拼接板及節(jié)點(diǎn)板的疲勞強(qiáng)

41、度,用基本容許應(yīng)力 200Mpa =計(jì)算,這樣計(jì)算 的連接較安全。節(jié)點(diǎn)板每端需要高強(qiáng)螺栓數(shù) 1n :'4311173.6102001027.8152.94J A n T -=實(shí)際用 48個(gè)。上、下拼接板每端共需要高強(qiáng)螺栓數(shù) 2n :' 4322161.6102001023.7252.94p A n T -=實(shí)際用 28個(gè)。4、內(nèi)拼接板長度內(nèi)拼接板實(shí)際用 28個(gè)螺栓,排成 4行 7列,端距采用 70mm ,間距按節(jié)點(diǎn)板樣板標(biāo)準(zhǔn)栓 第五部分: 節(jié)點(diǎn)板設(shè)計(jì)為保證橫梁長度一致,本設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)板均采用 20mm 。節(jié)點(diǎn)板的平面尺寸系先根據(jù)桿端連接螺栓排列需要擬定,再根據(jù)強(qiáng)度檢算確認(rèn)。

42、對節(jié)點(diǎn) 2E 為,節(jié)點(diǎn)板平面尺寸按外形方整,裁制簡便,根據(jù)等強(qiáng)度原則,經(jīng)修改定案后,長 2420mm ,高 1700mm 。對節(jié)點(diǎn)3A ,為便于拼接安裝,中間斜桿取截面尺寸相同,上下弦桿寬度一致(均為 460mm ,節(jié)點(diǎn)板平面尺寸按外形方整,裁制簡便,根據(jù)等強(qiáng)度原則,經(jīng)修改定案后,長亦 為 2260mm ,高 1700mm 。節(jié)點(diǎn)板上實(shí)際螺栓個(gè)數(shù)的確定:在節(jié)點(diǎn)板最小輪廓線與設(shè)計(jì)輪廓線之間空下的栓孔 位置,應(yīng)按橋規(guī)規(guī)定的容許最大栓距補(bǔ)上一定數(shù)量的螺栓。此時(shí)即可統(tǒng)計(jì)出節(jié)點(diǎn)板、 拼接板和桿件上的實(shí)際螺栓個(gè)數(shù),如表 5。主桁桿件檢算表 表 5 第六部分:節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度檢算為了保證節(jié)點(diǎn)板在交匯桿件外力作用下

43、有足夠的強(qiáng)度,對節(jié)點(diǎn)板的各個(gè)可能破壞截 面應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度檢算。橋規(guī)要求任何可能破壞截面的強(qiáng)度均應(yīng)比作用于該截面的桿件強(qiáng)度大 10%,并 規(guī)定了破壞截面的容許應(yīng)力:1. 法向應(yīng)力,容許應(yīng)力為 ;2. 剪應(yīng)力與斜應(yīng)力,容許應(yīng)力為 0.75。一、節(jié)點(diǎn) E2強(qiáng)度檢算1、節(jié)點(diǎn)板撕破強(qiáng)度檢算由設(shè)計(jì)圖知各截面長度為:281266.15l cm = 2371.00l cm = 2434.00l cm = 4571.00l = 4620.60l cm = 4786.00l cm = 6887.00l cm = 各截面的強(qiáng)度122(66.150.52.3 20.75195N =-= 242(34.032.3 2108

44、.4N =-= 232(71.07.52.3 20.75192.5N =-= 452(71.07.52.3 20.75192.5N =-= 462(20.62.3 20.7554.9N =-= 472(860.52.3 20.75254.55N =-= 682(87.06.52.3 20.75216.15N =-=撕裂強(qiáng)度為:1-2-4-5截面:=(195+108.4+192.5 =495.9 1-2-4-7截面:=(195+108.4+254.55 =557.95291-2-4-6-8截面:=(195+108.4+54.9+216.15 =574.45 3-2-4-5截面:=(192.5+1

45、08.4+192.5 =493.4 已知 A 1E 2桿件凈截面積為 2160.56j A cm =故 1.11.1160.56176.62j A =以上四個(gè)截面的撕破強(qiáng)度均不小于所連接桿件 A 1E 2強(qiáng)度的 1.1倍。故撕破強(qiáng)度無問題。2、節(jié)點(diǎn)板中心豎直截面的法向應(yīng)力檢算(1計(jì)算依據(jù)節(jié)點(diǎn)板中心豎直截面在其一側(cè)桿件外力的水平分力作用下承受法向應(yīng)力 N , 在其 一側(cè)桿件外力豎直分力作用下承受剪力 Q 。 對于節(jié)點(diǎn) 2E , 沿節(jié)點(diǎn)板薄弱面破壞法向力N 和剪力 Q 分別為:0221131.1cos1.1=1.13732.62=4105.89kNE E E A A A N N N N =+=-2

46、11.1sin1.12985.600.7742541.94kN E A Q N =2. 截面幾何特性計(jì)算由于弦桿在 E 2節(jié)點(diǎn)中斷, 豎直最弱截面只包括節(jié)點(diǎn)板與拼接板面積, 見圖 10, 該 界面面積計(jì)算如表 6。E2節(jié)點(diǎn)板豎直截面面積計(jì)算 表 6 30 圖 10 節(jié)點(diǎn)板豎直最弱截面強(qiáng)度簡算截面中性軸 x-x 距弦桿中心軸 K-K 的距離計(jì)算:' ' ' 11137.94621.8(137.946 46672.4mi imA y e A -+=(33.93cm =對中性軸 X-X 慣性矩 'mx I 與 ' jx I 計(jì)算:'32321.812.

47、22137.9496.4(137.923 (42017613 12212mk I =+-+ 41870419.7cm =3' 2222221.82.321421.82.3(292174250586612kI =+22223222.274829098242.342.22.3(91712+ 4360517.6cm =' ' '41870419.7360517.61509902.1cm jk mk k I I I =-=-=1A 0E 2E ' 3A 3A 4E '1A ' 2E ' 0E 2E N 13A A N ' jA &

48、#39; jI 1A 2' y I 0E 2E31' 224672.433.93774097.1cm m A e =' 224516.033.93594042.4j A e cm =' ' ' 241870419.7774097.11096322.6cm mx mk m I I A e =-=-=' ' ' 241509902.1594042.4915859.7cm jx jk j I I A e =-=-=對中性軸 x-x 面積矩 ' mx S 計(jì)算:' 121.8(137.92333.93 (137.9

49、2333.93 2mx S =-411801.1cm =中性軸至節(jié)點(diǎn)板下邊緣與上邊緣距離 12y y 、 距離計(jì)算:12333.932356.93cm y e =+=+= 2137.92333.9380.97cm y =-= 3. 強(qiáng)度檢算節(jié)點(diǎn)板下邊緣法向應(yīng)力:33411' 484105.89104105.891033.9356.9310516.010915859.710j jx N Ne y A I -=+=+ 166.17MPa 200MPa =<= 節(jié)點(diǎn)板上邊緣法向應(yīng)力:33422' ' 484105.89104105.891033.9380.9710516

50、.0101096322.610j mx N Ne y A I -=-=- 23.32MPa 200MPa =-<= 中性軸處最大剪應(yīng)力:' 9max' 102541.911801.110221096322.61.810mx mx QS I -= 76.00MPa 0.75150MPa =<=3、腹桿與弦桿間節(jié)點(diǎn)板水平截面的剪應(yīng)力檢算斜桿 A 1E 2、 E 2A 3在主力作用下分別為 2370.94kN (拉 、 -1648.04kN (壓 (由主桁架的 設(shè)計(jì)計(jì)算得作用在節(jié)點(diǎn)板上的水平力32(1223(2370.941648.04 0.6332544.01A E E

51、 A T N N COS =+=+=承受此水平力的最危險(xiǎn)斷面全長 226cm ,其毛截面積'221.8226813.6m A cm =3max' 21.51.52544.011046.900.75150813.610m T MPa MPa A =所以,安全。二、節(jié)點(diǎn) A 3強(qiáng)度檢算1、節(jié)點(diǎn)板撕破強(qiáng)度檢算 由設(shè)計(jì)圖量得各截面長度:1258.1l cm = 2334.0l cm = 2494.0l cm = 3594.0l = 3687.9l cm = 3720.6l cm = 7887.0l cm = 各截面的強(qiáng)度122(58.10.52.3 20.75170.85N =-= 2

52、32(34.032.3 2108.40N =-=N24 = 2 ´ (94.0 - 6.5´ 2.3 ´ 2 ´ 0.75s = 237.10s N35 = 2 ´ (94.0 - 6.5´ 2.3 ´ 2 ´ 0.75s = 237.10s N36 = 2 ´ (87.9 - 0.5´ 2.3 ´ 2 ´ 0.75s = 260.25s N37 = 2 ´ (20.6 - 2.3 ´ 2 ´ 0.75s = 54.9s N78 = 2 

53、0; (87.0 - 6.5´ 2.3 ´ 2 ´ 0.75s = 216.50s 截面撕裂強(qiáng)度： 1-2-3-5 截面： s =（170.85+108.4+237.1） s =516.35 s 1-2-3-6 截面： s =（170.85.6+108.4+260.25） s =539.5 s 1-2-3-7-8 截面： s =（170.85+108.4+54.9+216.5 s =550.65 s 4-2-3-5 截面： s =（237.1+108.4+237.1）=582.6 s 已知 A3E4 桿件凈截面積為 Aj = 160.56cm 2 故 1.1Aj s = 1.1´160.56s = 176.62s 以上四個(gè)截面的撕破強(qiáng)度均不小于所連接桿件 A1E2 強(qiáng)度的 1.1 倍。故撕破強(qiáng)度無問題。 2、節(jié)點(diǎn)板中心豎直截面的法向應(yīng)力檢算 （1）計(jì)算依據(jù) 節(jié)點(diǎn)板中心豎直截面在其一側(cè)桿件外力的水平分力作用下承受法向應(yīng)力 N ， 在其 一側(cè)桿件外力豎直分力作用下承受剪力 Q 。對于節(jié)點(diǎn) E2 ，沿節(jié)點(diǎn)板薄弱面破壞法向力 N 和剪力 Q 分別