M钢桥课程设计.doc

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西南交通大学钢桥课程设计

单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥

课程设计

姓名：

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班级：

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指导老师：

文曙东

设计时间：

2010年12月

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 2

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力计算 7

第三节制动力作用下的主桁杆件附加力计算 8

第四节疲劳内力计算 10

第五节主桁杆件内力组合 11

第三章主桁杆件截面设计 14

第一节下弦杆截面设计 14

第二节上弦杆截面设计 16

第三节端斜杆截面设计 17

第四节中间斜杆截面设计 19

第五节吊杆截面设计 20

第六节腹杆高强度螺栓计算 22

第四章弦杆拼接计算和下弦端节点设计 23

第一节E2节点弦杆拼接计算 23

第二节E0节点弦杆拼接计算 24

第三节下弦端节点设计 25

第五章挠度计算和预拱度设计 27

第一节挠度计算 27

第二节预拱度设计 28

第六章桁架桥梁空间模型计算 29

第一节建立空间详细模型 29

第二节恒载竖向变形计算 30

第三节活载内力和应力计算 30

第四节自振特性计算 31

第七章设计总结 32

25

单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计

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=79m，钢梁分10个节间，节间长度d=L/10=7.9m，主桁高度H=11d/8=11×7.9/8=10.9m，主桁中心距B=5.75m，纵梁中心距b=2.0m，纵梁计算宽度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40mm，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—活载。

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+（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）设计文件要求采用单一的PDF文件格式，按封面、目录、正文（包括表格、插图）、节点图顺序，正文起始页码为第1页。

（3）特别要求正文采用四号宋体和TimesNewRoman字体，段落采用单倍行距、段前0行、段后0.5行，不设置文档网络的自动右缩进、不设置文档网络的对齐网格；章名采用二号黑体居中（新章起页，章名前空两行）；节名采用三号黑体居中（节名前、后空一行）；

（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。

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＝14.51，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

影响线面积

A1A3：

l1＝15.6，l2＝63.4，α＝0.2

，

E2E4：

l1＝23.6，l2＝55.4，α＝0.3，

其余弦杆计算方法同上,计算结果列于下表2.1中。

（2）斜杆

，，

式中

E0A1：

l1＝7.5，l2＝71.5，α＝0.1

A3E4：

其余斜杆按上述方法计算

（3）吊杆

3恒载内力

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

（2）冲击系数

弦杆，斜杆：

吊杆：

（3）静活载内力

（4）活载发展均衡系数

活载发展均衡系数：

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，

9

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：

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＝10.9m，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’＝[0.5×0.4×10.9+（1-0.4）×（1.69+3）]×

1.0＝4.994kN/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’

=[0.5×0.4×10.9+0.2×（1-0.4）×（1.69+3）]×1.0＝2.74kN/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：

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

计算结果列在表2.1中。

第三节制动力作用下的主桁杆件附加力计算

1下弦杆制动力计算

以下弦杆E2E4为例，将活载作如图所示的布置，根据结构力学方法，当三角形影响线顶点左边的活载之和等于右边之和时，为产生最大杆力的活载布置位置。

解得x=9.78m

故桥上活载总重=

在主力作用下的内力已计入冲击系数，制动力按静活载的7%计算：

制动力

2端斜杆制动力计算

E0E1杆力影响线顶点位置离左端点支点7.9m，设将列车荷载的第4轴重Pl置于影响线顶点处。

因为影响线为三角形，故根据结构力学所述的法则，若满足下列条件，则该活载位置是产生最大杆力时的荷载

将第3轴重或第5放到顶点位置上均不满足上述条件，故将上述活载即为产生最大杆力时的活载。

制动力所产生的杆件内力Nt和M2：

轴向力

下弦杆弯矩

第四节疲劳内力计算

1.疲劳轴力

疲劳荷载组合包括设计载荷中的恒载和活载（包括冲击力、离心力，但不考虑活载发展系数）。

列车竖向活载包括竖向动力作用时，应将列车竖向静活载乘以运营动力系数（1+μf）。

同时，第4.3.5条又规定，焊接及非焊接（栓接）构件及连接均需进行疲劳强度检算，当疲劳应力均为压应力时，可不检算疲劳。

疲劳计算采用动力运营系数

弦，斜杆：

吊杆：

其余计算内力见表2-1。

2吊杆疲劳弯矩

作用在纵梁上的恒载p=9.73KN|m

由恒载产生纵梁对横梁的作用力Np=76.867KN

当L=16m和a=0.5时，k=59.7KN\m

由活载产生纵梁对横梁的作用力

由恒载产生的简支梁弯矩

由静活载产生的简支梁弯矩

冲击系数

第五节主桁杆件内力组合

1主力组合

2主力和附加力组合

表 2.1主桁杆件内力计算

第三章主桁杆件截面设计

第一节下弦杆截面设计

一、中间下弦杆E4E4'

1 初选杆件截面

选用腹板1-412×24

翼缘2-460×36

每侧有4排栓孔，孔径d＝23mm;

毛截面Am＝2×46×3.6＋41.2×2.4＝430.08cm2

栓孔削弱面积ΔA＝2×4×3.6×2.3＝66.24cm2

净截面面积Aj＝Am-ΔA＝430.08-66.24=363.84cm2

2 刚度验算

杆件自由长度

通过验算。

无需验算。

3拉力强度验算

式中γ为板厚的修正系数，依《钢桥规范》3.2.1条及其条文说明，查“续说

明表3.2.1”，对于Q345q，35≤tmax≤50mm板厚γ＝315/345＝0.913。

4疲劳强度验算

由表2.1可知Nmin＝1309.09kN、Nmax＝4997.45kN得

拉——拉杆件验算式：

式中线路系数=1.0，

损伤修正系数=1.0，

板厚修正系数

查规范表3.27-2的杆件验算截面为第Ⅲ类疲劳等级，查表3.27-1知其疲劳容

许应力