中南大学钢桥课程设计.docx
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钢桥课程设计计算书
姓名___________
学号_________
学院___土木工程学院________
专业班级___土木工程1305______
2016年9月26日
第一部分：
设计依据
一、设计规范
中华人民共和国铁道部2005年《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）；
中华人民共和国铁道部2005年《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005），以下简称《桥规》。
二、钢材
杆件Q345qD。
高强螺栓20MnTiB钢。
螺母垫圈45号优质碳素钢。
焊缝力学性能不低于基材。
精制螺栓BL3。
铸件ZG25II。
琨轴锻钢35号。
三、连接方式
工厂连接采用焊接。
工地连接采用高强螺栓连接。
人行道托架工地连接采用精制螺栓连接。
螺栓孔径一律为d=23mm。
高强螺栓杆径为。
四、容许应力
Q345qD的基本容许应力：
轴向应力；
弯曲应力；
剪应力；
端部承压（磨光顶紧）应力。
疲劳容许应力及其它的容许应力见《桥规》。
五、计算恒载
计算主桁时（每线）：
桥面；
桥面系；
主桁架；
联结系；
检查设备；
高强螺栓；
焊缝。
计算主桁恒载时，按桥面全宽恒载。
六、活载等级
按“中华人民共和国铁路标准活载（中—活载）”。
标准活载的计算图式见《桥规》。
七、结构尺寸
计算跨度；
桥跨全长；
节间长度；
主桁节间数；
主桁中心距；
平纵联宽度；
主桁高度；
纵梁中心距；
斜杆倾角，，。
其它尺寸见图1：
第二部分：
主桁架杆件内力计算
一、内力的组成
主桁杆件的内力有以下几部分组成：
竖向恒载所产生的内力,，
静活载内力，；
竖向活载产生的内力：
横向风力（或列车摇摆力）所产生的内力，仅作用在上、下弦杆；
横向风力通过桥门架效应在端斜杆和下弦杆所产生的内力；
纵向制动力所产生的内力。
根据《桥规》规定，设计时候杆件轴力应该按下列三种情况考虑：
1、主力
2、主力+风力（或摇摆力）
3、主力+制动力
主桁杆件除述轴力外，还要受到弯矩作用，如节点刚性引起的次弯矩、风力和制动力在某些杆件中引起的弯矩等，这些弯矩在检算杆件截面时应和轴力一起考虑，由于本设计所有杆件的高度均不超过长度的1/10，故根据《桥规》规定。
不考虑节点刚性次内力。
主桁各杆的内力图2和表1。
影响响线计算公式
二、
弦杆
斜杆
挂杆
支座反力
二、恒载所产生的内力
根据设计任务书所提供的资料，每片主桁所承受的恒载内力：
恒载布满全跨，故恒载内力为：
下弦杆为：
上弦杆为：
斜杆为：
三、活载所产生的内力
1.换算均布活载
换算均布活载是影响线加载长度与顶点位置二者的函数。
它们之间的函数关系反映在《桥规》附录所列的公式以及表中。
根据与从该表中查得每线换算的均布活载，除以2即得每片主桁承受的换算的均布活载。
仍以下弦杆为例：
查表得则；
上弦杆：
查表得则；
斜杆：
，查表得则；
，查表得则
2.静活载所产生的内力
为了求得最大活载内力，换算均布活载应布满同号影响线全长。
下弦杆：
上弦杆：
再以斜杆为例，产生最大活载内力的加载情况有两种：
活载布满后段长度产生最大压力，活载布满左段长度产生最大拉力。
故分别加载后得：
3.冲击系数
根据《桥规》规定，钢桁梁的冲击系数按下式计算：
式中—除承受局部活载杆件为影响线加载长度外，其余均为桥梁跨度。
弦杆、斜杆及支座冲击系数：
挂杆的冲击系数：
4.活载发展的均衡系数
《桥规》要求：
所有杆件因活载产生的轴向力、弯矩、剪力在计算主力组合时，均应乘以活载发展均衡系数：
式中—全部杆件值中代数值之最大者。
上弦杆：
下弦杆：
斜杆：
5.活载产生的内力:
考虑冲击作用和活载发展均衡系数在内时,活载所产生的内力为：
下弦杆：
斜杆：
四、横向荷载（风力或摇摆力）所产生的内力
1.横向荷载计算
主桁的上下弦杆兼为上下平纵联的弦杆,端斜杆又是桥门架的腿杆,横向风力或摇摆力作用在桥上时,将在这些杆件中产生内力。
（1）横向风力作用下荷载计算
根据《桥规》规定,风压强度按标准设计考虑。
有车时，并不大于；无车时。
式中：
—风载体型系数；
—风压高度变化系数；
主桁杆件计算由桥上有车时荷载组合控制，本设计中取。
风力在下平纵联（即桥面系所在平面）上的分配系数为1.0，在上平纵联上的分配系数为0.2。
对钢桁梁而言，横向风力的受风面积应按照桥跨结构理论轮廓面积乘以0.4。
列车受风面积应按3m高的长方带计算，其作用点在轨顶以上2m高度处。
上、下平纵联单位长度上所受到的风荷载分别为：
上平纵联：
（）
下平纵联：
（）
其中，为主桁高度，；
为列车高度，；
为桥面高度，；
为桥面系高度，
代入数值得：
上平纵联风荷载：
下平纵联风荷载：
（2）横向摇摆力作用下荷载计算
根据《桥规》，列车横向摇摆力以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面，大小为。
上、下平纵联分配到的横向摇摆力为：
上平纵联摇摆力：
下平纵联摇摆力：
风力和摇摆力不同时计算，故在本设计中上、下平纵联均为风力控制设计。
2.横向荷载通过纵联在主桁杆件中所产生的内力
计算上平纵联桁架时，可将桥门架做为其支点，计算下平纵联桁架时，支座为其支点，均不考虑中间横联的弹性支承作用。
当纵联为交叉形桁架时，取二斜撑的交点为力矩中心，于是按照图3（下页）可以算出影响线面积及内力。
影响线面积：
;弦杆内力：
下弦杆：
下弦杆：
上弦杆：
上弦杆：
图3钢桁架所受横向荷载
3.横向荷载通过桥门架在主桁杆件中所产生的内力（如图4）
图4横向荷载作用下带桁式顶撑的刚架内力计算
上平纵联作用于桥门架顶部的反力：
桥门架腿杆反弯点距支座的距离：
（参考标准桁梁取）
反力在端斜杆产生的轴力和弯矩、
反力通过支座斜反力在下弦产生的轴力
上平纵联反力在支座引起的竖向反力
列车及桥面上风力在支座引起的竖向反力
五、纵向荷载（制动力）所产生的内力
按照《桥规》规定，制动力与冲击力同时计算时，制动力按竖向静活载重量的计算。
静活载的位置应分别与各杆件残生最大活载内力时的实际活载位置一致。
为简化计算，下面近似按图5的加载位置计算。
1.制动力所产生的支座反力
加载长度：
静活载：
制动力：
水平反力：
支座竖向力
2.制动力在弦杆中所产生的轴力
由于本设计弦杆中线与支座中心间距离较小，因而忽略该项影响。
加载长度：
静活载：
制动力：
、杆内产生的轴力为：
图5制动力在主桁杆件中所产生的内力
六、立柱内力
立柱作为减少上弦压杆自由长度的支撑杆件，按《桥规》规定，应以其所支撑的压杆内力的作为其内力，予以检算。
表1中立柱在运营阶段的内力按上弦的最大内力的算出。
在安装阶段，立柱尚应检算在上弦的吊机压力。
七、竖向荷载通过横向刚架作用在挂杆与立柱中引起的弯矩
横梁与挂杆截面的初选参照标准桁梁。
《桥规》规定，对于主桁挂杆和立柱，应考虑横梁承受竖向荷载时，他们作为横向闭合钢架的腿杆所承受的弯矩。
检算它们在轴力和弯矩共同作用下的疲劳强度。
图6竖向荷载在立柱及挂杆中所产生的弯矩
由图6所示计算图示，可算出挂杆或立柱在下端及中间支点处主桁平面外的弯矩及分别为：
竖杆下端弯矩：
竖杆中间弯矩：
式中：
，，，，，、分别为横梁与竖杆
的惯性矩，其他符号见图6。
已知：
，，，，，，，，，，，，，，
纵梁恒载反力：
代入以上两式可以求得：
下端：
中间支点：
八、主桁杆件的内力组合
以上算出的主桁杆件所受单项轴力列表1第13-17项。
按照《桥规》要求，各单项轴力应按照表1第18-20项进行组合。
三种组合内力中之大者为控制杆件强度与稳定的计算内力，列于表1第21项。
反复荷载出现拉力作用杆件，应检算疲劳；控制计算内力不考虑活载发展及附加力影响，其值列于表1第23项、24项。
端斜杆与挂杆在荷载作用下，还受有弯矩，应与相应荷载情况下的轴力一并检算。
18
主桁杆件内力及支座反力计算表表1
杆件名称
影响线
竖向荷载
活载要素
均衡系数
单向内力
主力
加载长度
顶点位置
面积
总面积
均布恒载
换算活载
静活载
内力
冲击系数
动活载
内力
恒载内力
活载内力
项次
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
单位
m
m
m
kN/m
kN/m
kN
kN
kN
kN
上弦杆
A1A3
76.00
0.25
-47.09
-47.09
18.44
45.62
-2148.25
1.241
-2665.97
0.3257
0.0087
1.0014
-868.34
-2669.83
A3A3'
76.00
0.5
-62.78
-62.78
18.44
44.44
-2789.94
1.241
-3462.32
0.3344
0.0000
1.0000
-1157.66
-3462.34
下弦杆
E0E2
76.00
0.125
27.47
27.47
18.44
47.07
1293.01
1.241
1604.63
0.3157
0.0187
1.0031
506.55
1609.64
E2E4
76.00
0.375
58.86
58.86
18.44
44.97
2646.93
1.241
3284.85
0.3304
0.0040
1.0007
1085.38
3287.02
斜杆
E0A1
76.00
0.125
-43.13
-43.13
18.44
47.07
-2030.13
1.241
-2519.39
0.3157
0.0187
1.0031
-795.32
-2527.25
A1E2
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