西南交通大學鋼橋課程設計單線鐵路下承式栓焊簡支鋼桁梁橋課程設計姓名王超然學號20084441班級08土木四班電子郵件790092190QQCOM指導老師文曙東設計時間2010年12月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第一節建立空間詳細模型29第二節恒載豎向變形計算30第三節活載內力和應力計算30第四節自振特性計算31第七章設計總結32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（TB1000212005），鐵路橋梁鋼結構設計規范（TB1000222005）。2結構輪廓尺寸計算跨度L79M，鋼梁分10個節間，節間長度DL/1079M，主桁高度H11D/81179/8109M，主桁中心距B575M，縱梁中心距B20M，縱梁計算寬度B0530M，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P110KN/M，橋面系P2629KN/M，主桁架P31451KN/M，聯結系P4274KN/M，檢查設備P5102KN/M，螺栓、螺母和墊圈P6002（P2P3P4），焊縫P70015（P2P3P4）（2）縱梁、橫梁計算縱梁（每線）P8473KN/M（未包括橋面），橫梁（每片）P9210KN/M。6風力強度W0125KPA，K1K2K310。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P200KN，抗滑移系數0045。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、NKK、1、1NK、A、AMAXA、1NK、NS、平縱聯風力NW、橋門架風力NW、制動力NT、主力NINP1NKNS、主風NIININWNW、主風彎矩MII、主制NIIININT、主制彎矩MIII、NCMAXNI,NII/12,NIII/125、1F、NNNP1FNK、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MICROSOFTEXCEL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25CM、右15CM、頁眉15CM、頁腳175CM。（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TIMESNEWROMAN字體，段落采用單倍行距、段前0行、段后05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。第二章主桁桿件內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P2629KN/M,主桁架P31451，聯結系P4274KN/M，檢查設備P5102KN/M，螺栓、螺母和墊圈P6002P2P3P4，焊縫P70015P2P3P4每片主桁所受恒載強度P106291451274102002629145127400156291451274/21769KN/M，近似采用P18KN/M。2影響線面積計算（1）弦桿影響線最大縱距HLY21影響線面積YL21A1A3L1156，L2634，02，E2E4L1236，L2554，03，其余弦桿計算方法同上,計算結果列于下表21中。（2）斜桿，LY2SIN1LY121SIN12121Y，式中1119898LYLY，E0A1L175，L2715，01A3E4其余斜桿按上述方法計算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）沖擊系數弦桿，斜桿吊桿（3）靜活載內力KN（4）活載發展均衡系數活載發展均衡系數61MAX（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所在平面分配系數為10，另一平面為02。上平縱聯所受的荷載S上0210020KN,下平縱聯所受的荷載S下10100100KN。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KNNSESYKNNSAKYSSLB0239175947132890,7157961E2452380616175214220532下弦桿同理對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WK1K2K3W010125KPA,故有車風壓W08W10KPA。1下平縱聯的有車均布風荷載桁高H109M，H縱梁高鋼軌軌木高12904169MW下0504H104H3W05041091041693104994KN/M2上平縱聯的有車均布風荷載W上0504H02104H3W050410902104169310274KN/M3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算。上弦桿A1A3在均布風荷載W上作用下的內力為KNYEYKNNWAYL7628947593421LWNW1463947956122182368747523121422053下下下下下下下下下下弦桿上上上上上上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MHLHWKKMKNLCHWMFBLMLCLMLKNLWHKN5718297458629732VCOSV754138604282,6135867426312000）（橫為的一半處）附加彎矩端斜桿端部（橫梁高度端斜桿中部附加彎矩在下弦桿產生的分力端斜桿軸力端斜桿軸力端斜桿反彎點位置上計算結果列在表21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。BRA352809273205XXX解得X978M故橋上活載總重KN46820795202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12KN8423TNT768406842其下弦桿內力見表制動力作用附加內力EKT2端斜桿制動力計算E0E1桿力影響線頂點位置離左端點支點79M，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89196872035741BRPARPBA將第3軸重或第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。KNT648390920517制動力所產生的桿件內力NT和M2軸向力32468NT下弦桿彎矩MKNHT2763M0216404/1端斜桿彎矩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乘以運營動力系數1F。同時，第435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15794081F吊桿3261FKNPNNKNKEF409MI904263571641AX42其余計算內力見表21。2吊桿疲勞彎矩作用在縱梁上的恒載P973KN|M由恒載產生縱梁對橫梁的作用力NP76867KN當L16M和A05時，K597KNM由活載產生縱梁對橫梁的作用力KNKN6347195由恒載產生的簡支梁彎矩MKNCBNPM1264275862由靜活載產生的簡支梁彎矩K38341沖擊系數51MKNNKP/5419384510369124MK1M607,8763478）（橫梁橫梁MKNEMECMICILBCAUPKIUIBPBPSBSBBPKSBBP419516739019635702826169,0613576302185032第五節主桁桿件內力組合1主力組合KNKNAEKNSKPIII754,087169827392621337,5431例如2主力和附加力組合（主力控制）縱向附加力（制動力）主力（主力控制）橫向附加力主力，附加風力主力控制設計）。（絕對值取大，故主力橫向附加力主力，附加風力主力為例以KN624813025138NKN025384I9547973164281IKNWK3E5087249651N4936149IK71308A,114213142E表21主桁桿件內力計算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141224翼緣246036每側有4排栓孔，孔徑D23MM毛截面AM246364122443008CM2栓孔削弱面積A2436236624CM2凈截面面積AJAMA43008662436384CM22剛度驗算33411642458906YICM桿件自由長度滿足驗算。,10756190843YMYYRLCAI通過驗算。無需驗算。XY,3拉力強度驗算MPAMPAANJJ651820135483601式中為板厚的修正系數，依鋼橋規范321條及其條文說明，查“續說明表321”，對于Q345Q，35TMAX50MM板厚315/3450913。4疲勞強度驗算由表21可知NMIN130909KN、NMAX499745KN得MPAAJ9835461039MINIJ77AXA拉拉桿件驗算式DNMAXINT0RR式中線路系數10，DR損傷修正系數10，N50板厚修正系數4T25R091236查規范表3272的桿件驗算截面為第類疲勞等級，查表3271知其疲勞容許應力01307MPA故101013735359810137MPA0912130711920MPA，通過驗算。二、端下弦桿E0E21初選截面選用腹板142812翼緣246016毛、凈截面面積、毛截面慣性矩計算方法同上凈截面慣性矩IYJIYIY259621623492172205156CM42剛度驗算Y6906100，通過驗算。3拉力強度驗算1主力作用NI217722KNMPAPAAJILJ20741286902172主力制動力作用NII241878KN，制動力彎矩MII3616KNMMPAPAIMAJJIJ5218362051316982430125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21可知NMIN47127KN、NMAX189182KN得MPAANJJ861269081747MAXAINI拉拉桿件驗算式DNMAXINT0RR故通過驗算。PA713983728610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141218、翼緣2460242剛度檢算Y6961100，通過驗算。3總體穩定驗算由Y6961，查表內插求得106116通過驗算4局部穩定驗算（1）翼緣板按照鋼橋規范，查表533，當時，板件的寬厚比505140B翼緣板2腹板按照鋼橋規范，查表533，當時，板件的寬厚50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141218、翼緣260024B041MPAMPAANMC3298962410358751469140294816B8437169408214B截面面積，慣性矩計算方法同上。2剛度驗算Y9128，X7924100，通過驗算。3總體穩定驗算1主力作用由Y7924，查表得105492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。參照鋼橋規范第422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121MMWMAN換算長細比，查表得4520188346XEYLRH10689式中系數，焊接桿件取18；桿件兩翼緣板外緣距離，即截面寬度，。HMH460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422條，此可用作。12所以應考慮彎矩因構件受壓而增大所引用的值1701632047541122MEANN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1N71N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。41NMPAMPANM8109254908593632107981MPAMPAANM670505971632051MPAMPAM81320549012314798068075916325主力制動力作用依照鋼橋規范422條規定，當驗算的失穩平面和彎矩作用平面一致時，02所以應考慮彎矩因構件受壓而增大所引用的值172016320479841122MEANNMPAMPAM251370254903860563798局部穩定驗算同上，見表31。第四節中間斜桿截面設計以斜桿E4A5為例。1初選截面選用腹板142810、翼緣246016截面面積、慣性矩計算方法同上。2剛度驗算MAXY9128100，通過驗算3總體穩定驗算由MAXY9128，查表內插得10465PAPAANM6720508593163207981通過驗算4局部穩定驗算1翼緣板按照鋼橋規范，查表533，當50時，板件的寬厚比B0145翼緣板，通過驗算。1856921406214B2腹板按照鋼橋規范，查表533，當50時，板件的寬厚比104B腹板，通過驗算。14708692401842B5疲勞檢算由表21可知NMIN91341KN、NMAX54684KN得MPAAJ8956160493MINIJ85AXA106349可知E4A5為以壓為主的拉壓桿件，驗算公式為DNMAXTP0RRMPAMPA674913086341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。MPAANJJ2045396107MPAMPAANM932046595219086第五節吊桿截面設計1初選截面選用腹板143610、翼緣226012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31可知X5793，Y15273180，通過驗算。3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21可知NMAX77443KN、NMIN144KN，MMAX944KNM、MMIN8954KNM吊桿A1E1凈截面積AJ9496CM2，毛慣性矩IMX38224CM4。栓孔慣性矩；32X1I41451CM凈慣性矩IJXIMXIX38224554132683CM2MPAWMANJNJN91473268049174MAAXMAXJNJN560III故RDRNMINMAX10010014799214712652MPART01001307013070MPA，通過驗算。表31主桁桿件驗算總表第六節腹桿高強度螺栓計算按照鋼橋規范第611條，高強度螺栓容許抗滑承載力為KNKNMP945271040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045；0高強螺栓的設計預拉力，為；N2MKN0安全系數，采用17。K主桁腹桿桿端高強度螺栓個數N應滿足。P為桿件的承載力，對于主桁桿件N受拉桿件；JA受壓桿件；1MKNANM763982051631受拉壓桿件。AXJ，一下各取一桿件舉例說明1拉桿21EA桿件承載力KNANJ20315610螺栓數個；9423PN2壓桿10E桿件承載力KNANM763982051631螺栓數個；（至少取7排，共80個）945278PN3拉壓桿54E桿件承載力1603120JAKNM764591AXJMNA，螺栓數個。32106594NNP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拼接板截面設計鋼橋規范第907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31計算結果，桿246016，142812一半凈面積為20E21568492CMAJ桿246036，141232一半凈面積為4E2240158CJ節點板選用厚度M一塊節點板作為外拼接板提供的面積取桿件高度46CM部分211643246CAP初選內拼接板為420032一側兩塊，兩塊內拼接板凈面積為2256983240CMP內外拼接板凈面積為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014520947MNPKNK內拼接板節點板一側節點板外拼接板所需高強螺栓數一側兩塊內拼接板所需高強螺栓數3內拼接板長度內拼接板一側40個高強度螺栓，排成10排，端距取50MM，其長度為ML1740583109802第二節E0節點弦桿拼接計算1拼接板截面設計根據前面表31計算結果，E0E2桿246016，142812一半凈面積為2965132CMAJ節點板選用厚度1一塊節點板作為外拼接板提供的面積取桿件高度46CM部分21643246CAP初選內拼接板為420016一側兩塊，兩塊內拼接板凈面積為228910MP內外拼接板凈面積為2221567914364CMACAJPP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014520947MNPKNK一側節點板外拼接板所需高強螺栓個至少取5排，共20個141620859PNAN一側兩塊內拼接板所需高強螺栓數個至少取5排，共20個22420186359PN3內拼接板長度內拼接板一側20個高強度螺栓，排成5排，端距取50MM，其長度為ML9405839082根據節點布置的實際需要，最后兩塊上端內側內拼接板P1取20016940，兩塊下端內側內拼接板P4取21016940，滿足驗算要求。第三節下弦端節點設計根據端橫梁高度、端斜桿一側計算高強度螺栓數6066個至少取7排，共2661480個、節點板弦桿一側外拼接板計算高強螺栓數1668個至少取5排、共20個，實際取7排、共28個、一側內拼接板計算高強螺栓數為1863個至少取5排，共20個、長度為940MM等要求，畫圖、布置、設計下弦端節點如下圖E0節點構造圖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MEALNF1012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；0N、桁架各桿長度和毛截面積；LMA鋼材的彈性模量。E跨中單位集中荷載作用下各桿內力分別為弦桿673910281HLN斜桿180SIN1吊桿5EA1其余豎桿。0N式中、分別為影響線頂點位置及桁高；H斜桿與弦桿夾角。撓度計算見表51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LN0N1單位CM2CMKNKNCMA1A30229514924340730015A3A5044262414926511450031E0E201154149224410360008E2E40346304149256971090019E4E4，053932874667821820022E0A101362212684150620009A1E201190126832290620013E2A301234412682310620007A3E401190126813840620005E4A50119012684610620002E5A5051061026746100070138恒載產生的撓度P1F803248CM活載產生的撓度LFKF790/564150式中為影響線長、頂點時每片主桁的換算均布靜活載。05KL第二節預拱度設計鋼橋規范要求當恒載和靜活載撓度超過跨度的1/1600時，應設上拱度。，故應設上拱度。CMLFKP94160/39815642按鋼橋規范規定，下弦各節點應設拱度等于恒載加一半靜活載所產生的撓度，跨中E5節點應設拱度PKF052480561C鋼桁架起拱方法，采用將弦上每個節間伸長D利用調節上弦節點栓孔011NLFEA01M2LEA位置使上桿件伸長，桿長不變，形成拱度。由幾何關系，2MF56AX為節點到跨中的距離，單位為M，單位為CMXF，故2A56/370932MFX表52中給出各節點實設上拱度。表4下弦各節點預拱度設置節點E0E1E2E3E4E5E4，E3，E2，E1，E0，縱坐標XM3953162371587900079158237316395FMCM01573324565315565314563321570第六章桁架橋梁空間模型計算第一節建立空間詳細模型采用如下構件截面建立桁架梁橋空間梁單元計算模型表5桁架梁橋構件截面特性值表桿號名稱類型截面形狀HB1BTWTF1TFB2TF2C1下弦桿E0E2用戶H型截面0460460012001604600162下弦桿E2E4用戶H型截面0460460018002404600243下弦桿E4E5用戶H型截面04840460024003604600364上弦桿A1A3用戶H型截面0460460018002404600245上弦桿A3A5用戶H型截面0460460024003604600366斜桿E0A1用戶H型截面0460600018002406000247斜桿A1E2用戶H型截面0460460010001604600168斜桿E2A3用戶H型截面0460460012002004600209斜桿A3E4用戶H型截面04604600100016046001610斜桿E4A5用戶H型截面04604600100016046001611豎桿用戶H型截面046026001000120