钢桥计算书邹越.docx

1、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

2、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-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）

3、：（20+0.1n）KN/m，n为学号后两位（25.9 KN/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/T 714-2008） 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/T 1231-2006 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

4、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（JTG

5、 D60-2004）2、公路桥涵钢结构及木结构设计规范（JTJ 025-86）3、钢结构设计规范（GB 50017-2003）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）0.0350000.0265800.025380惯性矩 I（m4）Ix= 1.3273E-03 Iy= 0. 6564E-03Ix= 0.9915E-03 Iy= 0.3688E-03Ix= 0.9

6、360E-03 Iy= 0.3039E-033、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=0.026580 m2、 竖腹杆：A=0.025380 m2。3.1.2 程序修改： d 文件： sectionY=-11 A=0.035000 q=2.7475 E=2.1e8 :弦杆2 A=0.026580 q=2.08653 :斜腹杆3A=0.025380 q=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

7、编号123456891011恒载内力（kN）-2071.6-2071.6-2765.9-2765.9-2071.6-2071.61203.91203.92592.32592.3主桁编号12131415212223242526恒载内力（kN）2592.32592.31203.91203.9301.5-22.0301.5-22.0301.5-22.0主桁编号273132333435363738恒载内力（kN）301.5-1694.21235.5-728.0253.8253.8-728.01235.5-1694.23.2、汽车荷载计算3.2.1、已知条件：车辆荷载：公路-级，双向四车道； 3.2.2

8、、程序输入：inL6 影响线计算 Load 活载计算 Load dqf.out3.2.3、主桁各单元汽车荷载数据 主桁编号123456891011车载 MAX（kN）0000001242.71242.72662.82662.8车载 MIN（kN）-2130.3-2130.3-2840.4-2840.4-2130.3-2130.30000主桁编号12131415212223242526车载 MAX（kN）2662.82662.81242.71242.7954.20954.20954.20车载 MIN（kN）0000000000主桁编号273132333435363738车载 MAX（kN）954

9、.201412.2345.2815.9815.9345.21412.20车载 MIN（kN）0-1757.4-156.9-1098.4-564.8-564.8-1098.4-156.9-1757.4 表 3-24、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：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。=270MPa4.1、组合 （1.2恒载+1.4汽车）表 4-1主桁编号123456891011恒载+ 汽车MAX（kN）-2485.9-2485.9-3319.1-3319.1-2485.9-2485.93184.53

10、184.56838.76838.7MIN（kN）-5468.3-5468.3-7295.6-7295.6-5468.3-5468.31444.71444.73110.83110.8主桁编号12131415212223242526恒载+ 汽车MAX（kN）6838.76838.73184.53184.51697.7-26.41697.7-26.41697.7-26.4MIN（kN）3110.8311081444.71444.7361.8-26.4361.8-26.4361.8-26.4主桁编号273132333435363738恒载+ 汽车MAX（kN）1697.7-2033.03459.7-3

11、90.31446.81446.8-390.33459.7-2033.0MIN（kN）361.8-4493.41262.9-2411.4-486.2-486.2-2411.41262.9-4493.45、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。现进行在荷载组合和荷载组合下的强度验算。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

12、𝜎不 得超过容许疲劳应力。在本例中，对于荷载，取=270MPa 5.2 验算结果 表 5-1受力 状况截面面积（m2）组合最 大荷载（KN）组合最 大应力（MPa）组合容 许应力𝜎（MPa）上弦杆受压0.0294006838.7232.609270上弦杆受拉0.0294007295.6248.140270斜杆拉压0.0224804493.4199.884270腹杆拉压0.0212801697.779.779270 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

13、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） 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0.03500080.6564E

14、-030.136958.4370.8230斜杆0.02658011.310.3688E-030.117876.8080.6861腹杆0.02538080.3039E-030.109458.5010.7877 表6-1 组合最大 荷载（KN）组合(Mpa)组合限值Mpa上弦杆-7295.6253.28270斜杆-4493.4246.39270腹杆-26.41.25270（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58.43776.80858.501翼缘宽度比10.4011.5510.80限值12 0.2=8.1

15、5主要杆件不大于18、 次要杆件不大于 2012 0.2=11.507腹板高度比400/20=20.00410/18=22.78410/18=22.78限值300.5+5=34但不大于4530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

16、弦杆0.03500081.3273E-030.6564E-030.194741.0890.136958.437130上弦杆0.03500081.3273E-030.6564E-030.194741.0890.136958.437100受拉斜杆0.02658011.310.9915E-030.3688E-030.193158.5710.117876.808130受压斜杆0.02658011.310.9915E-030.3688E-030.193158.5710.117876.808100受拉腹杆0.02538080.9360E-030.3039E-030.192041.6670.109441.6

17、67130受压腹杆0.02538080.9360E-030.3039E-030.192041.6670.109441.667100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： 式中 结构在可变荷载作用下产生的最大挠度 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 dqf.out 。 输出文件：NODEUVCETA10.01299-0.01688020.01107-0.03104030.00915-0.04073040.00662-0.044640

18、50.00409-0.04073060.00217-0.03104070.00025-0.01688090.00104-0.017110100.00209-0.031040110.00472-0.041960120.00662-0.044640130.00852-0.041960140.01115-0.031040150.01219-0.01711016000可以得出，跨中节点（4、12）的竖向位移 V=4464 =0.044648、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

19、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， = 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

20、如下表所示。杆件受力 状态毛截面 面积 Am mm2净截面面 积 An mm2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350004294001620.823027070.97172斜杆受压2658022480810.686127052.48356腹杆受压2538021280810.787727054.59856 表 8-18.2 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-

21、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；斜交或平行于被连接杆件轴线的截面为 0.75。 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 = 141.48N23 = 2 (32.0 3 2.6) 1.8 = 87.12N34 = 2 (68.0 6.5 2.6) 1.8 0.75

22、 = 137.97N35 = 2 (53.7 0.5 2.6) 1.8 0.75 = 141.48N36 = 2 (28.7 1 2.6) 1.8 0.75 = 70.47N67 = 2 (38.0 3.5 2.6) 1.8 0.75 = 78.031-2-3-4 截面的撕破强度=(141.48+87.12+137.97) =366.571-2-3-5 截面的撕破强度=(141.48+87.12+141.48) =370.081-2-3-6-7 截面的撕破强度=(141.48+87.12+70.47+78.03) =377.1已知斜杆的净截面面积为A=(480 20 26 20 4) 2 =

23、150.40cm2 故:1.1A𝑗 = 1.1 150.40 = 165.44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：22244181437 内拼接板：4224418240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

24、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 cos = 6838.7 390.3 cos45 = 6562.7KN𝑚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 = 554.4 cm2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 y

25、2 = 145 60.59 = 84.41cm作用在节点中心的拉力为：N = N2 + N4 cos = 6562.7KN 、均不大于，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)cos = (3459.7 390.3) cos45 = 2170.4KNA= 239 1.8 2 + 2 1.8 234 = 1702.8A = 2 1.8 2.6 18 = 168.48An= 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。