1、 課程名稱： 鋼橋 設計題目：單線鐵路下承式栓焊簡支鋼桁梁橋 院 系： 土木工程系 專 業：鐵道工程（橋梁組） 年 級： 2009 姓 名：唐浩然 指導教師： 李燕強 西南交通大學峨眉校區2012年 6月 12日目 錄第一章 設計資料1第一節 基本資料1第二節 設計內容2第三節 設計要求2第二章 主桁桿件內力計算3第一節 主力作用下主桁桿件內力計算3第二節 橫向風力作用下的主桁桿件附加力計算7第三節 制動力作用下的主桁桿件附加力計算8第四節 疲勞內力計算10第五節 主桁桿件內力組合11第三章 主桁桿件截面設計14第一節下弦桿截面設計14第二節上弦桿截面設計16第三節 端斜桿截面設計17第四節中

2、間斜桿截面設計19第五節吊桿截面設計20第六節 腹桿高強度螺栓計算22第四章 弦桿拼接計算和下弦端節點設計23第一節 E2節點弦桿拼接計算23第二節 E0節點弦桿拼接計算24第三節 下弦端節點設計25第五章 撓度計算和預拱度設計27第一節 撓度計算27第二節 預拱度設計28第六章 桁架橋梁空間模型計算29第一章 設計資料第一節 基本資料1設計規范：鐵路橋涵設計基本規范（TB10002.1-2005），鐵路橋梁鋼結構設計規范（TB10002.2-2005）。2結構輪廓尺寸：計算跨度L=70+（50-94）=71.2m，鋼梁分10個節間，節間長度d=L/10=7.12m，主桁高度H=11d/8=1

3、1×7.12/8=9.79m，主桁中心距B=6.4m，縱梁中心距b=2.0m，縱梁計算寬度B0=5.95m，采用明橋面、雙側人行道。3材料：主桁桿件材料Q345q，板厚40mm，高強度螺栓采用40B，精制螺栓采用BL3，支座鑄件采用ZG35II、輥軸采用35號鍛鋼。4 活載等級：中活載。5恒載（1）主桁計算橋面p1=10kN/m，橋面系p2=6.29kN/m，主桁架p3=14.51kN/m，聯結系p4=2.74kN/m，檢查設備p5=1.02kN/m，螺栓、螺母和墊圈p6=0.02（p2+ p3+ p4），焊縫p7=0.015（p2+ p3+ p4）;（2）縱梁、橫梁計算縱梁（每線）

4、p8=4.73kN/m（未包括橋面），橫梁（每片）p9=2.10kN/m。6風力強度W0=1.25kPa，K1K2K3=1.0。7工廠采用焊接，工地采用高強度螺栓連接，人行道托架采用精制螺栓，栓徑均為22mm、孔徑均為23mm。高強度螺栓設計預拉力P=200kN，抗滑移系數0=0.45。第二節 設計內容1主桁桿件內力計算；2主桁桿件截面設計3弦桿拼接計算和下弦端節點設計；4撓度驗算和上拱度設計；5空間分析模型的全橋計算。第三節 設計要求1 主桁內力計算結果和截面設計計算結果匯總成表格。2主桁內力計算表格項目包括：加載長度l、頂點位、面積、總面積、Np、k、Nk=k、1+、(1+)Nk、a、am

5、ax-a、(1+)Nk、NS、平縱聯風力Nw、橋門架風力Nw、制動力NT、主力NI=Np+(1+)Nk+NS、主+風NII=NI+NW(NW')、主+風彎矩MII、主+制NIII=NI+NT、主+制彎矩MIII、NC=maxNI,NII/1.2,NIII/1.25、1+f、Nn=Np+(1+f)Nk、吊桿下端彎矩MB。3主桁內力計算和截面設計計算推薦采用Microsoft Excel電子表格輔助完成。4步驟清楚，計算正確，文圖工整。5設計文件排版格式嚴格要求如下：（1）版面按照A4紙張設置，豎排（個別表格可以橫排），頁邊距推薦為上2cm、下2cm、左2.5cm、右1.5cm、頁眉1.5

6、cm、頁腳1.75cm。（2）設計文件要求采用單一的PDF文件格式，按封面、目錄、正文（包括表格、插圖）、節點圖順序，正文起始頁碼為第1頁。（3）特別要求正文采用四號宋體和Times New Roman字體，段落采用單倍行距、段前0行、段后0.5行，不設置文檔網絡的自動右縮進、不設置文檔網絡的對齊網格；章名采用二號黑體居中（新章起頁，章名前空兩行）；節名采用三號黑體居中（節名前、后空一行）；（4）特別要求正文內的表格完整、表格排版符合頁寬要求。（5）特別要求正文內的圖形和節點圖完整、清晰。（6）設計文件在規定時間內提交，提交方式為電郵至sdwen，郵件主題統一為學號8位數字。第二章 主桁桿件內

7、力計算第一節 主力作用下主桁桿件內力計算1恒載橋面p110kN/m，橋面系p26.29kN/m,主桁架 p314.51，聯結系p42.74kN/m，檢查設備 p51.02kN/m，螺栓、螺母和墊圈 p60.02(p2+p3+p4)，焊縫 p70.015(p2+p3+p4)每片主桁所受恒載強度p10+6.29+14.51+2.74+1.02+0.02(6.29+14.51+2.74)+0.015(6.29+14.51+2.74)/217.69 kN/m，近似采用 p18 kN/m。2 影響線面積計算（1）弦桿 影響線最大縱距 影響線面積 A1A3：l114.24，l259.96，0.2 ， E2

8、E4：l121.36， l249.84，0.3， 其余弦桿計算方法同上，計算結果列于下表 2.1 中（2）斜桿， ， 式中 E0A1：l17.12，l264.08，0.1A3E4：其余斜桿按上述方法計算 并將其結果列于表中。(3)吊桿3 恒載內力4活載內力(1)換算均布活載 k按及加載長度 l 查表求得 例如（2）沖擊系弦桿，斜桿：吊桿：（3）靜活載內力（4）活載發展均衡系數活載發展均衡系數：其余桿件計算同上，并將其計算結果列于表 2.1 中5，列車橫向搖擺力產生的弦桿內力橫向搖擺力取 S100kN 作為一個集中荷載取最不利位置加載，水平作用在鋼軌頂面。搖擺力在上下平縱聯的分配系數如下：橋面系

9、所在平面分配系數為1.0，另一平面為 0.2。上平縱聯所受的荷載 S 上0.2×10020kN,下平縱聯所受的荷載 S 下1.0×100100kN。搖擺力作用下的弦桿內力 NsyS, y 為弦桿在簡支平縱聯桁架的影響線縱距,例如：上弦桿 A1A3長度為兩個節間，受力較大的為第二個節間，其影響線頂點對應于該節間交叉斜桿的交點 O，影響線縱距：第二節橫向風力作用下的主桁桿件附加力計算1.平縱聯效應的弦桿附加力依設計任務書要求，風壓 WK1K2K3W01.0×1.25kPa,故有車風壓 W0.8W1.0kPa。(1)下平縱聯的有車均布風荷載桁高 H9.79m，h縱梁高+

10、鋼軌軌木高1.29+0.41.69m w 下0.5×0.4×H+ (1-0.4)×(h+3)W0.5×0.4×9.79+ (1-0.4)×(1.69+3)×1.04.772kN/m (2)上平縱聯的有車均布風荷載w 上0.5×0.4×H+ 0.2×(1-0.4)×(h+3)W =0.5×0.4×9.79+0.2×(1-0.4)×(1.69+3)×1.02.5208kN/m(3)弦桿內力弦桿橫向風力影響線頂點對應位置和縱距同上述的搖擺力計

11、算。上弦桿 A1A3在均布風荷載 w 上作用下的內力為：2橋門架效應的端斜桿和端下弦桿附加力橋門架所受總風力計算結果列在表2.1中。第三節 制動力作用下的主桁桿件附加力計算1下弦桿制動力計算以下弦桿 E2E4為例，將活載作如圖所示的布置，根據結構力學方法，當三角形影響線頂點左邊的活載之和等于右邊之和時，為產生最大桿力的活載布置位置。解得x=7.86m故橋上活載總重=在主力作用下的內力已計入沖擊系數，制動力按靜活載的7%計算：制動力第四節 疲勞內力計算1.疲勞軸力疲勞荷載組合包括設計載荷中的恒載和活載(包括沖擊力、離心力，但不考慮活載發展系數)。列車豎向活載包括豎向動力作用時，應將列車豎向靜活載

12、乘以運營動力系數(1+f)。同時，第 4.3.5 條又規定，焊接及非焊接(栓接)構件及連接均需進行疲勞強度檢算，當疲勞應力均為壓應力時，可不檢算疲勞。疲勞計算采用動力運營系數弦，斜桿：吊桿：其余計算內力見表2-1。第五節 主桁桿件內力組合1主力組合2主力和附加力組合第三章 主桁桿件截面設計第一節 下弦桿截面設計一、中間下弦桿 E4E41初選桿件截面選用腹板 1-384×32翼緣 2-460×38每側有 4 排栓孔，孔徑 d23cm; 毛截面 Am2×46×3.838.4×3.2472.48cm2栓孔削弱面積 A2×4×3.8

13、×2.369.92 cm2凈截面面積 AjAm-A402.56cm22剛度驗算桿件自由長度通過驗算。無需驗算。3 拉力強度驗算式中 為板厚的修正系數，依鋼橋規范3.2.1 條及其條文說明，查“續說明表 ”，對于 Q345q，35tmax50mm 板厚 315/3450.913。4 疲勞強度驗算由表 2.1 可知 Nmin1145.03kN、Nmax4517.96kN 得故 1.0×1.0×()83.786MPa1.01×130.7132.007MPa，通過驗算。二、端下弦桿 E0E21初選截面選用腹板 1-436×12翼緣 2-460×

14、;16毛、凈截面面積、毛截面慣性矩計算方法同上凈截面慣性矩 IyjIy-Iy25962-1.6×2.3×4×(92+172)20515.6cm42端斜桿制動力計算E0E1桿力影響線頂點位置離左端點支點7.12m，設將列車荷載的第 4 軸重 Pl置于影響線頂點處。因為影響線為三角形，故根據結構力學所述的法則，若滿足下列條件，則該活載位置是產生最大桿力時的荷載在第4軸不滿足，現移動到第三軸將第 5 放到頂點位置上均不滿足上述條件，故將上述活載即為產生最大桿力時的活載。制動力所產生的桿件內力Nt和M2：軸向力下弦桿彎矩2剛度驗算y62.27100，通過驗算。3拉力強度驗

15、算(1)主力作用NI1962.40kN(2)主力制動力作用NII2180.324kN，制動力彎矩 MII30.632kN·m1.25 為主力制動附加力作用驗算的放大系數。4疲勞強度驗算由表 2.1 可知 Nmin412.21kN、Nmax1714.72kN 得拉拉桿件驗算式：故1.0×1.0×()77.016MPa1.01×130.7132.007MPa通過驗算。第二節上弦桿截面設計以上弦桿A1A3為例。1初選截面選用腹板 1-412×18、翼緣 2-460×242剛度檢算y61.96100，通過驗算。3總體穩定驗算由 y61.96，

16、查表內插求得 10.6637通過驗算4 局部穩定驗算（1） 翼緣板 按照鋼橋規范，查表5.3.3，當時，板件的寬厚比翼緣板(2)腹板按照鋼橋規范，查表5.3.3，當時，板件的寬厚比腹板通過驗算 同理，設計計算其他上弦桿。第三節端斜桿截面設計1初選截面選用腹板 1-424×18、翼緣 2-600×18截面面積，慣性矩計算方法同上。2剛度驗算y73.16，y73.16100，通過驗算。3總體穩定驗算(1)主力作用由 y73.16，查表得 10.588(2)主力橫向風力作用端斜桿E0A1在主力作用下為受壓桿件，在主力與橫向力作用下為壓彎桿。附加力為橫向力時，彎矩作用于主平面外。參

17、照鋼橋規范第 4.2.2 條規定，對受壓并在一個主平面內受彎曲的桿件，總穩定性計算公式為換算長細比，查表得10.685式中系數，焊接桿件取1.8；桿件兩翼緣板外緣距離，即截面寬度，。因端斜桿采用H形截面，且失穩平面為主桁平面，和彎矩作用平面不一致。按鋼橋規范第4.2.2條，此可用作。所以應考慮彎矩因構件受壓而增大所引用的值式中構件在彎矩作用平面內的長細比；鋼材的彈性模量（MPa）;壓桿容許應力安全系數。主力組合時取用，應按主力組合采用；主力加附加力組合時取用，應按主力加附加力組合采用。主力+制動力作用依照鋼橋規范4.2.2條規定，當驗算的失穩平面和彎矩作用平面一致時，同上，見表3.1。第四節

18、中間斜桿截面設計以斜桿 E4A5為例。1初選截面選用腹板 1-424×14、翼緣 2-460×18截面面積、慣性矩計算方法同上。2剛度驗算maxy84.99100，通過驗算3總體穩定驗算由 maxy84.99，查表內插得 10.514通過驗算4局部穩定驗算(1)翼緣板按照鋼橋規范，查表 5.3.3，當 50 時，板件的寬厚比翼緣板，通過驗算。(2) 腹板按照鋼橋規范，查表 5.3.3，當 50 時，板件的寬厚比腹板通過驗算。5 疲勞檢算由表 2.1 可知 Nmin-833.65kN、Nmax463.71kN 得可知 E4A5為以壓為主的拉壓桿件，驗算公式為1.0×

19、1.0×24.5224.52MPa1.0×0.38×130.749.6MPa通過驗算。6拉力強度驗算桿件同時承受拉力，故還應驗算其凈截面的拉力強度通過驗算。第五節 吊桿截面設計1初選截面選用腹板 1-436×14、翼緣 2-260×12截面面積，慣性矩計算方法同上。2剛度驗算鋼橋規范規定僅受拉力且長度16m 的腹桿容許最大長細比為 180，由表 3.1 可知x53.73，y146.56180，通過驗算。 吊桿疲勞彎矩作用在縱梁上的恒載p=9.73KN|m由恒載產生縱梁對橫梁的作用力Np=69.2776KN當L=14.24m和a=0.5時，k=6

20、2.16KNm由活載產生縱梁對橫梁的作用力由恒載產生的簡支梁彎矩由靜活載產生的簡支梁彎矩沖擊系數63疲勞強度驗算吊桿無附加力，在主力作用下，吊桿除受到軸力外，還受到橫向鋼架作用產生的彎矩，故應檢算軸力與彎矩共同作用下的疲勞。由表 2.1 可知 Nmax715.41kN、Nmin125.95kN，Mmax117.1662kN.m、Mmin10.7588kN.m 吊桿A1E1凈截面積 Aj94.96cm2，毛慣性矩 Imx40987cm4。栓孔慣性矩；凈慣性矩IjxImx- Ix40987-554135446 cm2故 rdrn(min-max)1.00×1.00×()121.

21、4884MPart01.00×130.70130.70 MPa，通過驗算。第六節 腹桿高強度螺栓計算按照鋼橋規范第6.1.1條，高強度螺栓容許抗滑承載力為：式中高強螺栓的容許抗滑承載力；高強螺栓連接處的抗滑面數；高強螺栓連接的鋼材表面抗滑移系數，不大于0.45；高強螺栓的設計預拉力，為；安全系數，采用1.7。主桁腹桿桿端高強度螺栓個數n應滿足。為桿件的承載力，對于主桁桿件：受拉桿件；受壓桿件；受拉壓桿件。一下各取一桿件舉例說明：1拉桿桿件承載力 螺栓數個；需要螺栓數：48個2壓桿桿件承載力 螺栓數個；需要螺栓數：61個第四章 弦桿拼接計算和下弦端節點設計第一節 E2節點弦桿拼接計算1

22、 拼接板截面設計鋼橋規范第9.0.7 條規定，主桁受拉桿件拼接板凈面積應比被拼接桿件凈面積大10。根據前面表3-1 計算結果， 桿(2-460×16，1-428×12)一半凈面積為桿(2-460×38，1-384×28)一半凈面積為節點板選用厚度一塊節點板作為外拼接板提供的面積(取桿件高度46cm 部分)內外拼接板凈面積為初選內拼接板為4-200×34(一側兩塊)，兩塊內拼接板凈面積為通過驗算。2 拼接螺栓和拼接板長度單抗滑面高強螺栓的容許承載力為：一側節點板(外拼接板)所需高強螺栓 數：個(實際布置32個)一側兩塊內拼接板所需高強螺栓數：個(

23、實際布置28個)3 內拼接板長度內拼接板一側28個高強度螺栓，排成7排，端距取50mm，其長度為5 節點板計算為保證橫梁長度一致，本算例各節點板均采用厚度= 30 mm 。節點板的平面尺寸要先根據端連接螺栓排列需要擬定，再根據強度檢算確定。以節點為例，節點板平面尺寸按外形方整，裁制簡便，有足夠強度的原則，如圖4-2所示，節點板2-1280´30´2100，弦桿內拼接板為4-200´34´1260，弦桿高為460mm5 撕裂強度檢算根據前面表3-3計算結果，斜桿與的承載力分別為：N = 2507.35kN：N = 2024.28kN由于節點板平面尺寸對稱，

24、故僅需檢算桿引起的撕裂。按照鋼規規定，節點板任何連接截面的撕裂強度,應較各被連接桿件的強度至少大10。即撕裂面的強度應滿足1.1 = 1.1×2597.35=2857.085 kN其中，垂直于被連接桿件中線的截面部分，如2-3截面，以及在主力作用下檢算主桁節點板法向應力時采用基本容許應力 = 200 MPa；與被連接桿件中線傾斜相交或平行的截面部分，如1-2、3-4、3-6等截面，以及在主力作用下檢算主桁節點板剪應力時采用基本容許應力0.75由圖4-2，桿可能引起的撕裂方式有10-2-3-4，1-2-3-4,1-2-3-5三種(3) 第一撕裂面10-2-3-4已知數據：第二撕裂面1-

25、2-3-4已知數據：(4) 第三撕裂面1-2-3-5已知數據：2、法向應力檢算由表2-1可知，所以 作用力由于上弦桿在E2節點中斷，豎直最弱截面只包括節點板與拼接板面積，該截面面積計算如表4-1。 E2節點板豎直截面面積計算表截面組合毛截面積扣孔面積A'= nd凈面積Aj'= Am'-A'mm21440×30864103.5760.54200×3024055.2184.8合計1104158.7945.3(1) 求截面中性軸的位置值(2) 求毛截面繞弦桿中性軸的慣性矩：栓孔：所以弦桿中心線至截面中性軸的距離(3)求節點板上下邊緣到中性軸的距離y

26、上緣到中性軸的距離 下緣到中性軸的距離 (4) 求法向應力上緣法向應力下緣法向應力3、剪應力檢算 驗算截面圖4-2中9-9截面剪應力：剪力(可)其余節點板檢算略。第五章 撓度計算和預拱度設計第一節 撓度計算全橋滿布單位均布荷載時簡支桁架跨中撓度為：式中單位集中荷載作用在跨中時各桿件內力；全橋滿布單位均布荷載時各桿內力，即桿件影響線總面積；、桁架各桿長度和毛截面積；鋼材的彈性模量。跨中單位集中荷載作用下各桿內力分別為弦桿斜桿吊桿：其余豎桿 。式中、分別為影響線頂點位置及桁高；斜桿與弦桿夾角。撓度計算見表5-1表3 鋼桁架單位均布荷載撓度計算表桿件加載點位置毛截面積Am桿件長度lN0=N1單位cm

27、2cmkNkNcmA1A3 0.2294.961424-41.43 -0.730.014 A3A50.4424.321424-62.14 -1.450.029 E0E20.1198.56142423.30 0.360.006 E2E40.3457.12142454.37 1.090.018 E4E4，0.5472.4871264.73 1.820.017 E0A10.1292.321211-39.62 -0.620.010 A1E20.1224.96121130.81 0.620.010 E2A30.1180.641211-20.31 -0.620.008 A3E40.1154121113.21 0.620.006 E4A50.1224.961211-4.41 -