《钢桥》课程设计模板.docx

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《钢桥》课程设计模板

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

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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=70+0.2×20=74.0m，钢梁分10个节间，节间长度d=L/10=7.46m，主桁高度H=11d/8=11×7.46/8=10.2575m，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。

（6）设计文件在规定时间内提交，，邮件主题统一为学号8位数字。

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＝14.92，l2＝59.68，α＝0.2

，

E2E4：

l1＝24，l2＝56，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＝7.46，l2＝67.14，α＝0.1

A3E4：

其余斜杆按上述方法计算并将其结果列于表中。

（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

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：

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：

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＝10.2575m，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+（1-0.4）×（1.69+3）]×

1.0＝4.8655kN/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’

=[0.5×0.4×10.2575+0.2×（1-0.4）×（1.69+3）]×1.0＝2.6143kN/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=8.588m

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7.46m，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=72.5858KN

当L=14.92m和a=0.5时，k=60.988KN\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＝23cm;

毛截面Am＝2×46×3.6＋41.2×2.4＝430.08cm2

栓孔削弱面积ΔA＝2×4×3.2×2.3＝58.88cm2

净截面面积Aj＝Am-ΔA＝430.08-58.88＝371.2cm2

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＝1220.8kN、Nmax＝4726.35kN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[σ0]＝130.7MPa

故1.0×1.0×（127.33-32.89）＝94.43MPa

≤0.833×130.7＝108.87MPa，通过验算。

二、端下弦杆E0E2

1初选截面

选用腹板1-428×12

翼缘2-460×16

毛、净截面面积、毛截面惯性矩计算方法同上

净截面惯性矩Iyj＝Iy-ΔIy＝25962-1.6×2.3×4×（92+172）＝20515.6cm4

2刚度验算

λy＝65.24≤[λ]＝100，通过验算。

3拉力强度验算

（1）主力作用

NI＝2059.997kN

（2）主力＋制动力作用

NII＝2284.997kN，制动力弯矩MII＝33.72kN·m

1.25为主力＋制动附加力作用验算的放大系数。

4疲劳强度验算

由表2.1可知Nmin＝439.38kN、Nmax＝1791.45kN得

拉——拉杆件验算式：

故通过验算。

第二节上弦杆截面设计

以上弦杆A1A3为例。

1初选截面

选用腹板1-412×18、翼缘2-460×24

2刚度检算

λy＝64.93≤[λ]＝100，通过验算。

3总体稳定验算

由λy＝64.93，查表内插求得φ1＝0.6435

通过验算

4局部稳定验算

（1）翼缘板

按照《钢桥规范》，查表5.3.3，当时，板件的宽厚比

翼缘板

（2）腹板

按照《钢桥规范》，查表5.3.3，当时，板件的宽厚比

腹板通过验算

同理，设计计算其他上弦杆。

第三节端斜杆截面设计

1初选截面

选用腹板1-412×18、翼缘2-600×24

截面面积，惯性矩计算方法同上。

2刚度验算

λy＝62.85，λx＝73.88≤[λ]＝100，通过验算。

3总体稳定验算

（1