单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥-课程设计.doc

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单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥

课程设计

目录

第一章设计资料 1

第一节基本资料 1

第二节设计内容设计内容 1

第三节设计要求 2

第二章主桁杆件内力计算 3

第一节主力作用下主桁杆件内力计算 3

第二节横向风力作用下的主桁杆件附加内力计算 6

第三节制动力作用下的主桁杆件附加内力计算 8

第四节疲劳内力计算 9

第五节主桁杆件内力组合 11

第三章主桁杆件截面设计 13

第一节下弦杆截面设计 13

第二节上弦杆截面设计 15

第三节端斜杆截面设计 16

第四节中间斜杆截面设计 17

第五节吊杆截面设计 19

第六节腹杆高强螺栓数量计算 21

第四章弦杆拼接计算和下弦端节点设计 22

第一节E2节点弦杆拼接计算 22

第二节E0节点弦杆拼接计算 23

第三节下弦端节点设计 24

第五章挠度计算及预拱度设计 25

第一节挠度计算 25

第二节预拱度设计 26

第六章桁架梁桥空间模型计算 27

第一节建立空间详细模型 27

第二节恒载竖向变形计算 28

第三节恒载和活载内力和应力计算 28

第四节自振特性计算 29

第七章设计总结 30

下弦端节点设计图 32

12

第一章设计资料

第一节基本资料

1设计规范：

铁路桥涵设计基本规范（TB10002.1-2005），铁路桥梁钢结构设计规范（TB10002.2-2005）。

2结构轮廓尺寸：

计算跨度L＝86.8m，钢梁分10个节间，节间长度d＝8.68m，主桁高度H＝11.935m，主桁中心距B＝5.75m，纵梁中心距b＝2.0m，纵联计算宽度B0＝5.30m，采用明桥面、双侧人行道。

3材料：

主桁杆件材料Q345q，板厚≤45mm，高强度螺栓采用40B，精制螺栓采用BL3，支座铸件采用ZG35II、辊轴采用35号锻钢。

4活载等级：

中－荷载。

5恒载

（1）主桁计算

桥面p1＝10kN/m，桥面系p2＝6.29kN/m，主桁架p3＝14.51kN/m，

联结系p4＝2.74kN/m，检查设备p5＝1.02kN/m，

螺栓、螺母和垫圈p6＝0.02（p2＋p3＋p4），焊缝p7＝0.015（p2＋p3＋p4）；

（2）纵梁、横梁计算

纵梁（每线）p8＝4.73kN/m（未包括桥面），横梁（每片）p9＝2.10kN/m。

6风力强度W0＝1.25kPa，K1K2K3＝1.0。

7工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精制螺栓，栓径均为22mm、孔径均为23mm。

高强度螺栓设计预拉力P＝200kN，抗滑移系数μ0＝0.45。

第二节设计内容

1主桁杆件内力计算；

2主桁杆件截面设计；

3弦杆拼接计算和下弦端节点设计；

4挠度验算和上拱度设计；

5空间分析模型的全桥计算。

第三节设计要求

1主桁内力计算结果和截面设计计算结果汇总成表格。

2主桁内力计算表格项目包括：

加载长度l、顶点位α、面积Ω、总面积ΣΩ、Np、k、Nk＝kΩ、1+μ、（1+μ）Nk、a、amax-a、η、η（1+μ）Nk、NS、平纵联风力Nw、桥门架风力Nw’、制动力NT、主力NI＝Np＋η（1+μ）Nk＋Ns、主+风NII＝NI＋Nw（Nw’）、主+风弯矩MII、主+制NIII＝NI＋NT、主+制弯矩MIII、Nc＝max{NI,NII/1.2,NIII/1.25}、1+μf、Nn＝Np+（1+μf）Nk、吊杆下端弯矩MB。

3主桁内力计算和截面设计计算推荐采用MicrosoftExcel电子表格辅助完成。

4步骤清楚，计算正确，文图工整。

5设计文件排版格式严格要求如下：

（1）版面按照A4纸张设置，竖排（个别表格可以横排），页边距推荐为上2cm、下2cm、左2.5cm、右1.5cm，页眉1.5cm、页脚1.75cm。

（2）设计文件要求采用notebook，按封面、正文（包括表格、插图）、节点图顺序。

（3）字体要求按模板

（4）特别要求正文内的表格完整、表格排版符合页宽要求。

（5）特别要求正文内的图形和节点图完整、清晰。

6设计文件在规定时间内提交，提交方式为电邮至LIHG@，邮件主题统一为组号。

第二章主桁杆件内力计算

第一节主力作用下主桁杆件内力计算

1恒载

桥面p1＝10kN/m，桥面系p2＝6.29kN/m,主桁架p3＝14.51kN/m，联结系p4＝2.74kN/m，

检查设备p5＝1.02kN/m，

螺栓、螺母和垫圈p6＝0.02（p2+p3+p4），焊缝p7＝0.015（p2+p3+p4）

每片主桁所受恒载强度

p＝[10+6.29+14.51+2.74+1.02+0.02（6.29+14.51+2.74）+0.015（6.29+14.51+2.74）]/2＝17.69kN/m，

近似采用p＝18kN/m。

2影响线面积计算

（1）弦杆影响线最大纵距y+

影响线面积Ω=

A1A3：

l1=17.36,l2=69.44,α=0.2

y==-1.16,

Ω=×86.8×（-1.16）=-50.50m

E2E4：

l1=26.04,l2=60.76,α=0.3

y==1.53,Ω=×86.8×1.53=66.28m

其余弦杆计算方法同上，计算结果列于下表2.1中。

（2）斜杆

y=,y’=,===1.236

Ω=（l1+l2）y,Ω’=（l1’+l2’）y’

式中，==,l1=

E0A1：

l1＝8.68，l2＝78.12，α＝0.1,y=-1.236×=-1.11，

Ω=-×86.8×1.11=-48.17m

A3E4：

l2＝52.08，l2'=26.04，y=1.236×=0.74，

y’=-1.236×=-0.37,l1==5.79,α＝=0.1

l1'=8.68-5.79=2.89,α＝=0.1

Ω=×（5.79+52.08）×0.74=21.46m，

Ω’=×（2.89+26.04）×（-0.37）=-5.36m,

ΣΩ=21.46-5.36=16.09m

其余斜杆按上述方法计算并将其结果列于表中。

（3）吊杆

y=1.0，Ω=×1×17.36=8.68m

3恒载内力

Np=pΣΩ，例如

E0E2：

Np=18.0×28.41=511.38kN

E4A5：

Np=18.0×（-5.36）=-96.48kN

A5E5：

Np=18.0×8.68=156.24kN

4活载内力

（1）换算均布活载k

按α及加载长度l查表求得例如

E2E4：

α=0.3，l=86.8,k==44.578kN/m（每片主桁）

E4A5：

α=0.1，l=48.22，k==51.51kN/m（用内插法求得）

α’=0.1,l’=38.58,k==53.395kN/m

A5E5：

α=0.5，l=17.36，k==57.932kN/m

（2）冲击系数

弦杆、斜杆：

1+μ=1+=1+=1.221

吊杆：

1+μ=1+=1.488

（3）静活载内力Nk

Nk=kΩ，例如

E0E2：

Nk=46.602×28.41=1323.963kN

E4A5：

Nk=51.51×（-14.9）=-767.499kN

Nk’=53,395×9.54=509.388kN

A5E5：

Nk=57.932×8.68=502.850kN

（4）活载发展均衡系数

活载发展均衡系数:

η=1+（αmax-α）

α=,αmax为跨中弦杆E4E4’的α值，αmax=0.338,可计算各杆件η，例如

E0E2：

α==0.316，η=1+（0.338-0.316）=1.001

E4E5：

α==0.103，η=1+（0.338-0.103）=1.039

α’==-0.1551，η=1+（0.338+0.1551）=1.082

A5E5：

α==0.2088，η=1+（0.338-0.2088）=1.0215

其余杆件计算同上，并将其计算结果列于表2.1中。

5列车横向摇摆力产生的弦杆内力

横向摇摆力取S＝100kN作为一个集中荷载取最不利位置加载，水平作用在钢轨顶面。

摇摆力在上下平纵联的分配系数如下：

桥面系所在平面分配系数为1.0，另一平面为0.2。

上平纵联所受的荷载S上＝0.2×100＝20kN,

下平纵联所受的荷载S下＝1.0×100＝100kN。

摇摆力作用下的弦杆内力Ns＝yS,y为弦杆在

简支平纵联桁架的影响线纵距,例如：

上弦杆A1A3长度为两个节间，受力较大的为第

二个节间，其影响线顶点对应于该节间交叉斜杆的

交点O，影响线纵距：

y＝==1.645Ns=yS=1.645×20=32.9kN

同理对A3A5：

Ns＝×20=59.439kN

下弦杆E0E2:

y＝=1.9247,Ns=yS=1.9247×100=192.47kN

E2E4：

Ns=×100=343.426kN,E4E4’：

Ns=×100=373.617kN

第二节横向风力作用下的主桁杆件附加力计算

1平纵联效应的弦杆附加力

依设计任务书要求，风压W＝K1K2K3W0＝1.0×1.25kPa,故有车风压W’＝0.8W＝1.0kPa。

（1）下平纵联的有车均布风荷载

桁高H＝11.935m，h＝纵梁高+钢轨轨木高

＝1.29+0.4＝1.69m

w下＝[0.5×0.4×H+（1-0.4）×（h+3）]W’＝[0.5×

0.4×11.935+（1-0.4）×（1.69+3）]×1.0＝5.201kN/m

（2）上平纵联的有车均布风荷载

w上＝[0.5×0.4×H+0.2×（1-0.4）×（h+3）]W’

＝[0.5×0.4×11.935+0.2×（1-0.4）×（1.69+3）]×1.0

＝2.95kN/m

（3）弦杆内力

弦杆横向风力影响线顶点对应位置和纵距同上述的摇摆力计算。

上弦杆A1A3在均布风荷载w上作用下的内力为：

Nw上＝Ωw上＝yLw上=××69.44×2.95=188.4397kN

A3A5:

Nw上＝Ωw上＝yLw上＝××69.44×2.95=304.404kN

下弦杆E0E2:

Nw下＝Ωw下＝yLw下＝××86.8×5.201=434.45kN

E2E4:

Nw下＝Ωw下＝yLw下＝××86.8×5.201=775.193kN

E4E4’:

Nw下＝Ωw下＝yLw下＝××86.8×5.201=843.348kN

2桥门架效应的端斜杆和端下弦杆附加力

桥门架所受总风力

Hw＝Lw上=×69.44×2.95=102.424kN

l=14.752m,c＝8.04m（课程设计可取此c值）,

端斜杆反弯点位置

l0＝==4.895m

端斜杆轴力V===175.581kN

端斜杆轴力V在下弦杆产生的分力

Nw’＝Vcosθ＝175.581＝103.311kN

端斜杆中部附加弯矩MF＝（c-l0）=（8.04-4.895）=162.905kN.m