鋼橋第六講桁架節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容和課時(shí)安排（一）●緒論（2學(xué)時(shí)）鋼橋的分類、特點(diǎn)結(jié)構(gòu)體系與構(gòu)造鋼橋建筑歷史、現(xiàn)狀及發(fā)展成就●鋼橋設(shè)計(jì)概述（2學(xué)時(shí)）鋼橋設(shè)計(jì)內(nèi)容鋼橋的設(shè)計(jì)特點(diǎn)鋼橋設(shè)計(jì)原則和科學(xué)依據(jù)主要內(nèi)容和課時(shí)安排（二）●鋼桁架橋桁架橋分類、特點(diǎn)、構(gòu)造及其作用（2學(xué)時(shí)）主桁設(shè)計(jì)原理與強(qiáng)度驗(yàn)算（2學(xué)時(shí)）主桁節(jié)點(diǎn)拼接和撕裂強(qiáng)度驗(yàn)算（2學(xué)時(shí)）鋼橋抗疲勞設(shè)計(jì)（2學(xué)時(shí)）鋼橋剩余壽命評(píng)估（2學(xué)時(shí)）●鋼桁梁架設(shè)和常備鋼結(jié)構(gòu)（2學(xué)時(shí)）●鋼橋橋面結(jié)構(gòu)與防護(hù)（2學(xué)時(shí)）桁架橋基礎(chǔ)知識(shí)分類特點(diǎn)構(gòu)造及其作用一般的三角形腹桿體系桁高增加的三角形腹桿體系我國鐵路簡(jiǎn)支鋼桁架橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖式（一）我國鐵路簡(jiǎn)支鋼桁架橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖式（二）我國鐵路簡(jiǎn)支鋼桁架橋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圖式（三）仔細(xì)看過武漢長江大橋嗎大節(jié)點(diǎn)連接模型鋼桁架梁的力學(xué)計(jì)算鋼桁梁的實(shí)際工作狀況：剛性節(jié)點(diǎn)的空間結(jié)構(gòu)是高次靜不定靜結(jié)構(gòu)?？刹捎每臻g整體分析方法。常用計(jì)算圖式的假定-鉸接平面結(jié)構(gòu)：將鋼桁梁劃分為若干個(gè)平面結(jié)構(gòu)，鉸接節(jié)點(diǎn)，每個(gè)平面只承受作用于該平面內(nèi)荷載的影響。實(shí)際工作狀況下的變形平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響

(1)平縱聯(lián)和主鋼桁弦桿的共同作用。當(dāng)主桁在豎向荷載作用下受力而變形時(shí)，平縱聯(lián)與弦桿一起變形，共同受力，使平縱聯(lián)的斜桿和橫撐中產(chǎn)生附加內(nèi)力。(2)橋面系和主桁弦桿的共同作用。在豎向荷載作用下，下弦桿將伸長，這時(shí)，連接到下弦各節(jié)點(diǎn)的橫梁將隨著節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而移動(dòng)，但卻受縱梁的牽制。因此，縱梁將因橫梁的移動(dòng)受到拉力，橫梁則因縱梁的牽制而引起水平彎曲，弦桿的變形也將因此而減小。這種共同作用通常應(yīng)在計(jì)算中加以考慮，但若縱梁的連續(xù)長度不超過，可不檢算橋面系與主桁的共同作用。平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響(3)橫向框架效應(yīng)。由主桁豎桿、橫梁和橫向聯(lián)結(jié)系的端部桿件所構(gòu)成的橫向框架，當(dāng)橫梁在豎向荷載作用下梁端發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，豎桿的上端和下端均將產(chǎn)生力矩。在設(shè)計(jì)豎桿時(shí)，應(yīng)考慮此力矩的影響。平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響（4）節(jié)點(diǎn)剛性次應(yīng)力。主桁各桿件用許多高強(qiáng)度螺栓緊固在節(jié)點(diǎn)板上，形成剛性的連接，桿端不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，當(dāng)主桁在荷載作用下發(fā)生變形而節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連接在同一節(jié)點(diǎn)的各桿件之間的夾角不能變化，迫使桿件發(fā)生翹曲，因而在主桁桿件內(nèi)產(chǎn)生附加的應(yīng)力(或稱為‘次應(yīng)力’)?！稑蛞?guī)》規(guī)定，若桿件高度與其長度之比在簡(jiǎn)支析梁中不超過1/10.連續(xù)桁梁中不超過1/5時(shí)，可不考慮因節(jié)點(diǎn)剛性所產(chǎn)生的次應(yīng)力;當(dāng)考慮因節(jié)點(diǎn)剛性所產(chǎn)生的次應(yīng)力時(shí)，容許應(yīng)力可以提高。平面系統(tǒng)間的共同作用和相互影響主桁內(nèi)力計(jì)算平面鉸接桁架。主力作用在主桁架平面內(nèi)，包括恒載和活載兩部分，恒載又包括橋跨結(jié)構(gòu)(主桁、橋面系和聯(lián)結(jié)系等)的自重和橋面重量恒載的計(jì)算通常采用一些近似方法，當(dāng)計(jì)算出恒載內(nèi)力和活載內(nèi)力后進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，然后計(jì)算出桁架橋的實(shí)際恒載，實(shí)際恒載與前近似方法計(jì)算的恒載比較接近才行，否則按實(shí)際恒載計(jì)算桿件內(nèi)力重新進(jìn)行設(shè)計(jì)。主桁內(nèi)力計(jì)算靜活載取換算均布活載k，由影響線最大縱坐標(biāo)位置a值和加載長度L求得?？紤]到車輛活載對(duì)橋梁的動(dòng)力作用，應(yīng)將靜活載乘以一個(gè)大于1的動(dòng)力系數(shù)(1+u)，其值在不同規(guī)范中取值不同。動(dòng)力系數(shù)的取值活載發(fā)展均衡系數(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)，將每個(gè)桿件的活載內(nèi)力乘以一個(gè)增大系數(shù)η(叫做活載發(fā)展均衡系數(shù))。有:主桁桿件內(nèi)力簡(jiǎn)化計(jì)算的內(nèi)力組合恒載和活載作用下的內(nèi)力計(jì)算實(shí)例例

64m單線鐵路下承式簡(jiǎn)支栓焊鋼桁架橋主桁架的內(nèi)力計(jì)算.

主桁幾何圖式采用三角形腹桿體系，節(jié)間長度為8m，桁高11m，主桁中心間距5.75m。主桁桿件截面設(shè)計(jì)和驗(yàn)算主桁桿件的截面形式及其外輪廓尺寸主桁桿件的截面形式主要分成兩類:H形截面和箱形截面，如圖所示。主桁桿件截面設(shè)計(jì)受拉桿件當(dāng)內(nèi)力較大時(shí)一般是由靜強(qiáng)度或疲勞強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)當(dāng)內(nèi)力較小時(shí)，則由剛度控制設(shè)計(jì)。受壓桿件的設(shè)計(jì)和驗(yàn)算一般是由整體穩(wěn)定控制設(shè)計(jì)壓彎桿件的截面設(shè)計(jì)需要計(jì)算整體穩(wěn)定性、強(qiáng)度、剛度、局部穩(wěn)定端部節(jié)點(diǎn)構(gòu)造圖節(jié)點(diǎn)構(gòu)造實(shí)例上頁圖所示的主桁下弦端節(jié)點(diǎn)E0，在主桁平面內(nèi)只有兩根桿件在此交匯。為了使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造剛勁牢靠，并使右端弦桿內(nèi)力可靠地傳遞到節(jié)點(diǎn)中心，在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)的左側(cè)增設(shè)與右端弦桿截面相同的短桿并用拼接板連接；為了使端橫梁反力有效地傳遞到外節(jié)點(diǎn)板，在兩塊節(jié)點(diǎn)板間與橫梁腹板相對(duì)應(yīng)的平面內(nèi)設(shè)有隔板；端橫梁的上翼緣通過水平板和連接角鋼與節(jié)點(diǎn)板相連，以傳遞節(jié)點(diǎn)負(fù)彎矩；節(jié)點(diǎn)板與下拼接板的下緣磨光頂緊在座板上，以傳遞支座反力，座板與連接角鋼用8個(gè)22mm的單面埋頭螺栓相連。座板上開有32mm栓孔8個(gè)，與支座上擺相連；為了增加節(jié)點(diǎn)板的面外剛性，在節(jié)點(diǎn)板前后緣設(shè)置了隔板與加勁肋。主桁上弦端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造主桁上弦端節(jié)點(diǎn)A1，該節(jié)點(diǎn)在主桁平面內(nèi)有4根桿件相連。為了使節(jié)點(diǎn)構(gòu)造剛勁牢靠，并使右端弦桿內(nèi)力可靠地傳遞到節(jié)點(diǎn)中心，在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)的左側(cè)增設(shè)與右端弦桿截面相同的短桿并用拼接板連接。由于在節(jié)點(diǎn)板內(nèi)側(cè)需與平縱聯(lián)及橋門架的某些桿件相連，因此在弦桿中線位置設(shè)置一個(gè)小節(jié)點(diǎn)板，連接平縱聯(lián)斜桿及橫撐。在主衍端斜桿的內(nèi)側(cè)翼板上設(shè)置一個(gè)折曲小節(jié)點(diǎn)板，橋門架的橫撐及斜桿與它連接。在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)，還應(yīng)考慮到安裝問題，為安裝時(shí)的臨時(shí)桿件預(yù)留某些栓孔。在節(jié)點(diǎn)的左邊，在節(jié)點(diǎn)板的靠邊處設(shè)置一對(duì)加勁角鋼，這是為了防止節(jié)點(diǎn)板在此處發(fā)生翹曲。在跨度較大的格架橋中平縱聯(lián)由于受力較大，常需采用工形桿件，這時(shí)平縱聯(lián)的節(jié)點(diǎn)板就需要采用兩塊并分別與工形桿件的上下翼緣相連。主桁上弦端節(jié)點(diǎn)構(gòu)造主桁下弦節(jié)點(diǎn)E2主桁下弦節(jié)點(diǎn)E2主桁下弦大節(jié)點(diǎn)E2，在主桁平面內(nèi)有五根桿件在此交匯，弦桿之間的豎板采用雙面拼接。外拼接板是節(jié)點(diǎn)板，內(nèi)拼接板被弦桿腹板分為上下兩塊，如果節(jié)點(diǎn)左右兩側(cè)的豎板厚度不同，則需加設(shè)填板，然后再進(jìn)行拼接。在該節(jié)點(diǎn)的內(nèi)側(cè)弦桿中線位置設(shè)置一個(gè)橫T形的小節(jié)點(diǎn)板，使下平縱聯(lián)斜桿及橫梁下翼緣連接于此小節(jié)點(diǎn)板的水平板上。橫梁的腹板則用連接角鋼與內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)板相聯(lián)。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)基本要求主桁節(jié)點(diǎn)既是主桁桿件交匯的地方，也是縱、橫聯(lián)桿件及橫梁連接于主桁的地方。連接方法：搭接、平接或焊接交匯于同一節(jié)點(diǎn)的各桿件的內(nèi)力是通過節(jié)點(diǎn)板來平衡的，節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造和計(jì)算都比較復(fù)雜。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)要考慮受力、制造和安裝等方面的一些要求。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的具體要求(1)各桿件截面重心線應(yīng)盡量在節(jié)點(diǎn)處交于一點(diǎn)，桿端連接螺栓群的合力線也應(yīng)盡量與桿件截面重心線重合；(2)所有桿件應(yīng)盡量伸入節(jié)點(diǎn)，使節(jié)點(diǎn)板尺寸應(yīng)盡量減小，節(jié)點(diǎn)構(gòu)造應(yīng)緊湊剛勁，以降低節(jié)點(diǎn)剛性次應(yīng)力和增加節(jié)點(diǎn)板面外剛度；(3)桿端和節(jié)點(diǎn)板上連接螺栓孔的位置應(yīng)按工廠機(jī)器樣板布置；(4)螺栓群各栓孔之間的距離、栓孔與桿件邊緣的距離均應(yīng)符合螺栓布置的有關(guān)要求；(5)弦桿在節(jié)點(diǎn)中心中斷時(shí)，在弦桿內(nèi)側(cè)應(yīng)設(shè)拼接板；(6)應(yīng)避免不同平面內(nèi)的栓釘釘頭發(fā)生沖突，所有工地安裝螺栓的位置均應(yīng)考慮施工時(shí)螺栓扳手工作的空間；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的具體要求(7)立柱與上弦桿的連接要考慮拼裝吊機(jī)在上弦工作時(shí)的荷載，端節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造要考慮懸臂拼裝和連續(xù)拖拉多孔鋼桁梁時(shí)相鄰兩孔鋼桁梁之間臨時(shí)連接桿件的設(shè)置；(8)節(jié)點(diǎn)內(nèi)不得有積水、積塵的死角及難于油漆和檢查的地方。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的具體要求節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟(1)計(jì)算桿件在節(jié)點(diǎn)板上所需的連接螺栓數(shù)。(2)進(jìn)行各桿件的拼接計(jì)算，確定拼接板尺寸和連接螺栓數(shù)。(3)按照結(jié)構(gòu)計(jì)算圖式畫出交匯于節(jié)點(diǎn)的各桿件的截面重心軸線，這些軸線應(yīng)交匯于一點(diǎn)。（但為了設(shè)置上拱度，有些桿件并不交匯于一點(diǎn)，如在簡(jiǎn)支鋼衍梁主衍上弦大節(jié)點(diǎn)處，讓兩斜桿與上弦桿不在同一點(diǎn)處相交，偏離值根據(jù)上拱度計(jì)算確定。）(4)根據(jù)桿件的截面高度依次畫出弦桿、豎桿及斜桿的外輪廓。相鄰桿件邊緣間要留有一定的空隙以保證裁切時(shí)出現(xiàn)正公差時(shí)二者不致相碰。預(yù)設(shè)上拱度對(duì)栓孔起線的要求也應(yīng)一并考慮。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟(5)按照節(jié)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)栓線網(wǎng)絡(luò)(見圖5．28)布置各桿件在節(jié)點(diǎn)板上的連接螺栓。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟(6)從節(jié)點(diǎn)板上最外排螺栓線向外推出40-50mm，所得全部連接螺栓的外包線即為節(jié)點(diǎn)板的最小輪廓線。調(diào)整節(jié)點(diǎn)板至規(guī)則形狀，必要時(shí)可增加某些桿端的栓釘排數(shù)。(7)節(jié)點(diǎn)板的厚度通常根據(jù)橋梁跨度的大小按照經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇，從12mm到20mm不等。(8)檢算節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟(4)根據(jù)桿件的截面高度依次畫出弦桿、豎桿及斜桿的外輪廓。相鄰桿件邊緣間要留有一定的空隙以保證裁切時(shí)出現(xiàn)正公差時(shí)二者不致相碰。預(yù)設(shè)上拱度對(duì)栓孔起線的要求也應(yīng)一并考慮。節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)步驟節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度檢算節(jié)點(diǎn)板的受力比較復(fù)雜，既有壓應(yīng)力，又有拉應(yīng)力，還有剪應(yīng)力，而且應(yīng)力分布也極不均勻。節(jié)點(diǎn)板的精確計(jì)算應(yīng)采用空間實(shí)體有限單元法。過去通常采用材料力學(xué)中的近似簡(jiǎn)化計(jì)算方法。節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度檢算節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度檢算包括以下三個(gè)部分：

1．檢算主力作用下節(jié)點(diǎn)中心處節(jié)點(diǎn)板豎向截面上的法向應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算應(yīng)滿足：節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度檢算節(jié)點(diǎn)板豎向截面上的法向力為：節(jié)點(diǎn)板的強(qiáng)度檢算（2）檢算主力作用下腹桿與弦桿之間的節(jié)點(diǎn)板水平截面上的剪應(yīng)力3．檢算斜桿與節(jié)點(diǎn)板連接處節(jié)點(diǎn)板的