钢桥计算书邹越.docx
《钢桥计算书邹越.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钢桥计算书邹越.docx（22页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
钢桥计算书邹越
土木工程专业交通土建方向
钢结构课程设计
学生姓名：
邹越
学生班级：
道桥141
学号：
14442059
指导教师：
秦泗风
设计时间：
2017年6月16日
至2017年6月21日
1、课程设计任务书——钢结构
1.1、课程设计性质及目的
《钢结构》是土木工程专业的一门主要专业课程，课程设计的目的是使学生综合运用本课程所学知识进行整体结构设计，提高学生思考和解决问题能力。
通过课程设计使学生学会钢桁架结构的设计及其施工图的绘制，为今后进行复杂钢结构的设计和研究等工作打下坚实的基础。
1.2、课程设计的要求
1、掌握钢桁架荷载的计算；
2、掌握杆件内力的计算和组合，截面选择及构造要求；
3、掌握桁架节点设计的原则和要求，主要节点设计及计算和构造；
4、掌握钢结构施工图的内容和绘制。
1.3、设计任务和设计资料
1、设计任务
某下承式公路桁架桥由两榀主桁架组成，计算跨径64m，主桁高度H=8m，节间长度为8m。
主桁中距为17.5m。
主桁立面布置图如图1所示，上平联及下平联分别如图2,3所示（图1-3均为杆件轴线布置图）。
各杆件均为工字型截面，设计该桥。
图1.主桁架的计算图示（单位：
m）
图2.上平联计算图示（单位：
m）
图3.下平联计算图示（单位：
m）
2、设计荷载
车辆荷载：
公路-Ｉ级，双向四车道；
桥面系荷载：
40KN/m；
二期恒载（桥面板、人行道板、铺装、栏杆等重量）：
（20+0.1n）KN/m，n为学号后两位（25.9KN/m）；
3、主要材料
钢材：
钢桁架采用Q345qE的钢材，应符合《桥梁用结构钢》（GB/T714-2008）中相关要求。
螺栓及焊接材料：
高强度螺栓、螺母、垫圈应符合GB/T1231-2006标准的10.9S级，摩擦系数0.4。
焊接材料应根据焊接工艺评定试验结果确定。
选定焊接材料应保证焊缝金属与母材性能的匹配，并符合相关标准的规定。
1.4、课程设计应完成成果
课程设计应完成以下成果：
1、钢桁架计算书一份，具体包括桁架荷载计算、内力计算、杆件的选择、各种
连接的计算等。
计算书以封面、正文的顺序装订，手工书写，同任务书一同装入袋中。
计算书包括：
（1）封皮封皮包括：
课程设计名称、班级、学号和姓名
（2）内容
⏹设计资料；
⏹荷载分析、计算；
⏹内力分析、计算；
⏹截面设计（上、下弦杆，腹杆及联结系杆件）；
⏹连接计算；
⏹节点设计（主桁一个节点）；
2、桁架施工图一份，具体包括桁架布置图、桁架的重要节点详图。
3、图纸尺寸为A3，微机出图，要求严格按桁架施工图标准绘制，保证图幅清晰、表答清楚。
4、编制规范的材料表。
1.5、考核方法及成绩评定
课程设计成绩分优、良、中、及格、不及格五档。
成绩采取综合评定的方式给出，即：
总成绩=出勤（20%）+计算书（40%）+图纸（40%）；
1.6、参考文献
1、《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）
2、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
3、《钢结构设计规范》（GB50017-2003）
4、《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）
5、《结构设计原理》，叶见曙，人民交通出版社
6、《现代钢桥》，吴冲，人民交通出版社
2、截面性质
根据已有的设计图纸，拟选定截面形式、面积、惯性矩如表2-1所示：
表2-1
几何性质
上、下弦杆
斜杆
竖杆
截面形式
截面积A
（m2）
0.035000
0.026580
0.025380
惯性矩I
（m4）
Ix=1.3273E-03Iy=0.6564E-03
Ix=0.9915E-03Iy=0.3688E-03
Ix=0.9360E-03Iy=0.3039E-03
3、内力计算
3.1恒荷载计算
3.1.1已知条件：
已知桥面系荷载：
40KN/m；弦杆：
A=0.035000m2、斜腹杆：
A=0.026580m2、竖腹杆：
A=0.025380m2。
3.1.2程序修改：
d文件：
section
Y=-1
1A=0.035000q=2.7475E=2.1e8:
弦杆
2A=0.026580q=2.08653:
斜腹杆
3A=0.025380q=1.99233:
竖腹杆
PFR2—恒载计算
D.in—输入数据的输出，以供核对数据用
D.F—杆件内力
D.U—杆件位移
3.1.3主桁各单元恒荷载数据
表3-1
主桁编号
1
2
3
4
5
6
8
9
10
11
恒载内力
（kN）
-2071.6
-2071.6
-2765.9
-2765.9
-2071.6
-2071.6
1203.9
1203.9
2592.3
2592.3
主桁编号
12
13
14
15
21
22
23
24
25
26
恒载内力
（kN）
2592.3
2592.3
1203.9
1203.9
301.5
-22.0
301.5
-22.0
301.5
-22.0
主桁编号
27
31
32
33
34
35
36
37
38
恒载内力
（kN）
301.5
-1694.2
1235.5
-728.0
253.8
253.8
-728.0
1235.5
-1694.2
3.2、汽车荷载计算
3.2.1、已知条件：
车辆荷载：
公路-Ｉ级，双向四车道；3.2.2、程序输入：
inL6—影响线计算Load—活载计算Load↙d↙qf.out
3.2.3、主桁各单元汽车荷载数据
主桁编号
1
2
3
4
5
6
8
9
10
11
车载MAX
（kN）
0
0
0
0
0
0
1242.7
1242.7
2662.8
2662.8
车载MIN
（kN）
-2130.3
-2130.3
-2840.4
-2840.4
-2130.3
-2130.3
0
0
0
0
主桁编号
12
13
14
15
21
22
23
24
25
26
车载MAX
（kN）
2662.8
2662.8
1242.7
1242.7
954.2
0
954.2
0
954.2
0
车载MIN
（kN）
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
主桁编号
27
31
32
33
34
35
36
37
38
车载MAX
（kN）
954.2
0
1412.2
345.2
815.9
815.9
345.2
1412.2
0
车载MIN
（kN）
0
-1757.4
-156.9
-1098.4
-564.8
-564.8
-1098.4
-156.9
-1757.4
表3-2
4、荷载组合
公路桥涵设计通用规范
第2.1.2条设计桥涵时，应根据可能同时出现的作用荷载选择下列荷载组合。
组合Ⅰ：
基本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种相组合。
[σ]=270MPa
4.1、组合Ⅰ
（1.2恒载+1.4汽车）
表4-1
主桁编号
1
2
3
4
5
6
8
9
10
11
恒载+汽车
MAX
（kN）
-2485.9
-2485.9
-3319.1
-3319.1
-2485.9
-2485.9
3184.5
3184.5
6838.7
6838.7
MIN
（kN）
-5468.3
-5468.3
-7295.6
-7295.6
-5468.3
-5468.3
1444.7
1444.7
3110.8
3110.8
主桁编号
12
13
14
15
21
22
23
24
25
26
恒载+汽车
MAX
（kN）
6838.7
6838.7
3184.5
3184.5
1697.7
-26.4
1697.7
-26.4
1697.7
-26.4
MIN
（kN）
3110.8
31108
1444.7
1444.7
361.8
-26.4
361.8
-26.4
361.8
-26.4
主桁编号
27
31
32
33
34
35
36
37
38
恒载+汽车
MAX
（kN）
1697.7
-2033.0
3459.7
-390.3
1446.8
1446.8
-390.3
3459.7
-2033.0
MIN
（kN）
361.8
-4493.4
1262.9
-2411.4
-486.2
-486.2
-2411.4
1262.9
-4493.4
5、强度验算
5.1验算项目
由4.1、4.2的荷载组合可知，主桁各杆的受力状况：
上弦杆（单元号1-6）受压，下弦杆（单元号8-15）受拉，斜杆（单元号31-38）拉压、腹杆（单元号21-27）拉压。
现进行在荷载组合Ⅰ和荷载组合Ⅱ下的强度验算。
对于有孔洞削弱的轴心受拉、受压构件的强度计算
式中：
N——构件的计算轴心力
A——构件的截面面积
[σ]——钢材的基本容许应力，当构件承受动力荷载作用时，则计算应力𝜎不得超过容许疲劳应力[σ]。
在本例中，对于荷载Ⅰ，取[σ]=270MPa
5.2验算结果
表5-1
受力状况
截面面积
（m2）
组合Ⅰ最大荷载
（KN）
组合Ⅰ最大应力
（MPa）
组合Ⅰ容许应力[𝜎]
（MPa）
上弦杆
受压
0.029400
6838.7
232.609
270
上弦杆
受拉
0.029400
7295.6
248.140
270
斜杆
拉压
0.022480
4493.4
199.884
270
腹杆
拉压
0.021280
1697.7
79.779
270
故各杆件的强度满足要求。
6、稳定性验算
6.1验算项目
对于轴心压杆，要进行整体稳定性验算与局部稳定性验算。
即对上弦杆（单元号1-6）、斜杆（单元号31、33、36、38）、腹杆（单元号22、24、26）进行稳定性验算。
6.1.1整体稳定性验算为保持构件整体稳定条件：
截面应力不超过截面应力。
𝑁
因此，整体稳定性计算公式为：
式中N——轴心受压杆的计算压力
Am——毛截面面积
——纵向弯曲系数（稳定系数）
[σ]——钢材的轴向容许应力
6.1.2局部稳定性验算为保证构件的局部稳定性：
保证实腹式截面的板件的局部稳定承载＞整体稳定：
故限制板的宽厚比。
即：
6.2验算结果
6.2.1整体稳定性验算
（1）截面性质计算表
截面面积A
（m2）
构件计算长度Lo（m）
惯性矩Iy
（m4）
回转半径
（m）
长细比
稳定系数
上弦杆
0.035000
8
0.6564E-03
0.1369
58.437
0.8230
斜杆
0.026580
11.31
0.3688E-03
0.1178
76.808
0.6861
腹杆
0.025380
8
0.3039E-03
0.1094
58.501
0.7877
表6-1
组合Ⅰ最大荷载（KN）
组合Ⅰ
（Mpa）
组合Ⅰ限值
[σ]Mpa
上弦杆
-7295.6
253.28
270
斜杆
-4493.4
246.39
270
腹杆
-26.4
1.25
270
（2）构件的平面外整体稳定
表6-2
故各杆件的强度满足要求。
（3）局部稳定性验算
表6-3
几何性质
上、下弦杆
斜杆
竖杆
截面形式
长细比
58.437
76.808
58.501
翼缘宽度比
10.40
11.55
10.80
限值
≤120.2
=8.15
主要杆件不大于18、
次要杆件不大于20
≤120.2
=11.507
腹板高度比
400/20=20.00
410/18=22.78
410/18=22.78
限值
≤30
0.5
+5=34
但不大于45
≤30
故构件的局部稳定性满足要求
7、刚度验算
7.1杆件的刚度验算
轴心受力构件的刚度以其长细比来衡量：
式中
——相应方向的构件计算长度：
《公路桥规》规定，对于桁架的腹杆平面内弯曲长度的计算长度为0.8
：
平面外的弯曲为
。
——相应方向的截面回转半径：
——受拉或受压构件的容许长细比。
表7-1
截面面积
A（m2）
构件计算
长度L0
（m）
惯性矩Ix
（m4）
惯性矩Iy
（m4）
平面内回
转半径
（m）
平面外回
转半径
（m）
容许长细比
下弦杆
0.035000
8
1.3273E-03
0.6564E-03
0.1947
41.089
0.1369
58.437
130
上弦杆
0.035000
8
1.3273E-03
0.6564E-03
0.1947
41.089
0.1369
58.437
100
受拉斜杆
0.026580
11.31
0.9915E-03
0.3688E-03
0.1931
58.571
0.1178
76.808
130
受压斜杆
0.026580
11.31
0.9915E-03
0.3688E-03
0.1931
58.571
0.1178
76.808
100
受拉腹杆
0.025380
8
0.9360E-03
0.3039E-03
0.1920
41.667
0.1094
41.667
130
受压腹杆
0.025380
8
0.9360E-03
0.3039E-03
0.1920
41.667
0.1094
41.667
100
故该桁架结构各构件的刚度满足要求。
7.2整体刚度验算
为防止结构的变形过大而造成损坏，应验算结构的变形。
即：
ω≤[ω]
式中ω——结构在可变荷载作用下产生的最大挠度
[ω]——规定的容许度。
程序输入：
（1）、更改d文件中的M=1；
（2）、inL6—影响线计算；
（3、）Load—活载计算，Load↙d↙qf.out。
输出文件：
NODE
U
V
CETA
1
0.01299
-0.01688
0
2
0.01107
-0.03104
0
3
0.00915
-0.04073
0
4
0.00662
-0.04464
0
5
0.00409
-0.04073
0
6
0.00217
-0.03104
0
7
0.00025
-0.01688
0
9
0.00104
-0.01711
0
10
0.00209
-0.03104
0
11
0.00472
-0.04196
0
12
0.00662
-0.04464
0
13
0.00852
-0.04196
0
14
0.01115
-0.03104
0
15
0.01219
-0.01711
0
16
0
0
0
可以得出，跨中节点（4、12）的竖向位移V=4464
=0.04464
8、节点设计与计算
8.1杆端连接螺栓个数计算
杆件的承载力要大于其内力。
对于承受活荷载的杆件，为保证活载发展或遇到特种超重列车时，杆件的承载力能充分发挥，应使其连接部分与杆件有同等的承载力，即按承载力计算的等强原则，这适合于主桁杆件设计。
对于受拉杆件：
对于受压杆件：
式中An、Am——分别为杆件净截面、毛截面面积；
[N]——单栓的容许承载力，对于摩擦性高强螺栓，选用10.9级M24，孔径为26mm，μ=0.4，
——轴心压杆的容许应力折减系数。
弦杆设计两个摩擦面，内设拼接板，则
腹杆设一个摩擦面，则
对于腹杆《桥规》容许其连接螺栓数可按1.1倍的杆件内力与75%的杆件净面积强度二者取较大值进行计算。
由毛截面面积可粗略布置弦杆单侧螺栓个数：
4*9=36个；
斜杆单侧螺栓数：
4*7=28个；
腹杆单侧螺栓数：
4*7=28个。
由净截面面积计算的螺栓个数如下表所示。
杆件
受力状态
毛截面面积Ammm2
净截面面积Anmm2
单栓容许承载力[N]KN
稳定系数
容许应力
受拉：
受压：
螺栓个数取用值
下弦杆
受拉
350004
29400
162
0.8230
270
70.971
72
斜杆
受压
26580
22480
81
0.6861
270
52.483
56
腹杆
受压
25380
21280
81
0.7877
270
54.598
56
表8-1
8.2节点螺栓的布置及节点板的设计
详见附图1
经计算，杆件的净面积：
节点板净面积：
8.3、节点板的强度计算
8.3.1节点板撕破强度验算
如图所示节点板，在腹杆外力作用下的撕破方式。
可沿1-2-3-4、1-2-3-5、1-2-3-6-7截面撕破，故要对这些撕破截面进行撕破强度验算。
由于节点板的应力状态复杂及计算方法的近似性，《公路桥规》规定，节点板的撕破强度应较被连接杆件至少大10%，撕破截面的容许应力为：
垂直于被连接杆件轴线的截面为基本容许应力[σ]；斜交或平行于被连接杆件轴线的截面为0.75[σ]。
L12=53.7、L23=32.0、L34=68.0
L35=53.7、L36=28.7、L67=38.0
各截面的强度：
N12=2×（53.7−0.5×2.6）×1.8×0.75[σ]=141.48[σ]
N23=2×（32.0−3×2.6）×1.8[σ]=87.12[σ]
N34=2×（68.0−6.5×2.6）×1.8×0.75[σ]=137.97[σ]
N35=2×（53.7−0.5×2.6）×1.8×0.75[σ]=141.48[σ]
N36=2×（28.7−1×2.6）×1.8×0.75[σ]=70.47[σ]
N67=2×（38.0−3.5×2.6）×1.8×0.75[σ]=78.03[σ]
1-2-3-4截面的撕破强度=（141.48+87.12+137.97）[σ]=366.57[σ]
1-2-3-5截面的撕破强度=（141.48+87.12+141.48）[σ]=370.08[σ]
1-2-3-6-7截面的撕破强度=（141.48+87.12+70.47+78.03）[σ]=377.1[σ]
已知斜杆的净截面面积为A=（480×20−26×20×4）×2=150.40cm2
故:
1.1A𝑗[σ]=1.1×150.40[σ]=165.44[σ]
以上三个截面的撕破强度均不小于所连接杆件强度的1.1倍。
故撕破强度无问题。
8.3.2节点板中心竖直截面的法向应力验算
节点中心截面
已知节点板：
2—2244×18×1437
内拼接板：
4—2244×18×240
节点板中心竖直截面，在其一侧杆件外力的作用下，产生法向力N和剪力Q，节点板可能沿中部数字最薄弱截面8-8或10-10破坏。
由于弦杆在该截面处已中断，故其面积均只包括节点板与拼接板的面积，但截面8-8与10-10所受的剪力Q不一样，对于E10节点，显然应验算所受剪力较大的8-8截面，根据平衡条件，采用组合I的荷载值，该截面的法向力N为
N=N2+N4×cosθ=6838.7–390.3×cos45°=6562.7KN
𝑚
毛截面面积：
𝐴’=1.8×145×2+4×24×1.8=694.8cm2
扣孔：
∆A=2×2.6×11×1.8+4×24×1.8=140.4cm2
净截面面积：
Aj=Am−∆A=694.8−140.4=554.4cm2
节点中心竖截面的形心对节点板底面的距离：
对形心轴的毛截面惯性矩：
对形心轴的净截面惯性矩：
节点板边缘对形心轴的距离：
外缘y1=60.59cm
内缘y2=145−60.59=84.41cm
作用在节点中心的拉力为：
N=N2+N4×cosθ=6562.7KN
、
均不大于[σ]，安全。
7.3.3腹杆与弦杆间节点板水平截面的剪应力验算
最不利抗剪的9-9只包括两块节点板的水平截面，而不包括拼接板截面，作用于节点板9-9
截面上的水平剪力为：
T=（N3+N4）cosθ=（3459.7−390.3）×cos45°=2170.4KN
A=239×1.8×2+2×1.8×234=1702.8
∆A=2×1.8×2.6×18=168.48
An=A−∆A=1534.32
则9-9截面上的剪应力为
综上，节点板的设计满足要求。
升级会员 