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1、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姓 名： 学 号：班 级：电 话：电子邮件：指导老师：文曙东设计时间：2010年12月目 录第一章 设计资料1第一节 基本资料1第二节 设计内容2第三节 设计要求2第二章 主桁杆件内力计算3第一节 主力作用下主桁杆件内力计算3第二节 横向风力作用下的主桁杆件附加力计算7第三节 制动力作用下的主桁杆件附加力计算8第四节 疲劳内力计算10第五节 主桁杆件内力组合11第三章 主桁杆件截面设计14第一节 下弦杆截面设计14第二节 上弦杆截面设计16第三节 端斜杆截面设计17第四节 中间斜杆截面设计19第五节 吊杆截面设计20第六节 腹杆高强
2、度螺栓计算22第四章 弦杆拼接计算和下弦端节点设计23第一节 E2节点弦杆拼接计算23第二节 E0节点弦杆拼接计算24第三节 下弦端节点设计25第五章 挠度计算和预拱度设计27第一节 挠度计算27第二节 预拱度设计28第六章 桁架桥梁空间模型计算29第一节 建立空间详细模型29第二节 恒载竖向变形计算30第三节 活载内力和应力计算30第四节 自振特性计算31第七章 设计总结32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=79m，钢梁分10个节间，节间长度d=
3、L/10=7.9m，主桁高度H=11d/8=117.9/8=10.9m，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）
4、;（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0=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、面积、总面积、Np、k、Nk
5、=k、1+、(1+)Nk、a、amax-a、(1+)Nk、NS、平纵联风力Nw、桥门架风力Nw、制动力NT、主力NI=Np+(1+)Nk+NS、主+风NII=NI+NW(NW)、主+风弯矩MII、主+制NIII=NI+NT、主+制弯矩MIII、NC=maxNI,NII/1.2,NIII/1.25、1+f、Nn=Np+(1+f)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Microsoft Excel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、
6、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Times New Roman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。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 p110kN
7、/m，桥面系p26.29kN/m,主桁架 p314.51，联结系p42.74kN/m，检查设备 p51.02kN/m，螺栓、螺母和垫圈 p60.02(p2+p3+p4)，焊缝 p70.015(p2+p3+p4)每片主桁所受恒载强度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 影响线面积计算（1）弦杆 影响线最大纵距 影响线面积 A1A3：l115.6，l263.4，0.2 ， E2E4：l123.6， l255.4，0.3， 其余弦杆计算方法同上
8、,计算结果列于下表2.1中。（2）斜杆， ， 式中 E0A1：l17.5，l271.5，0.1A3E4：其余斜杆按上述方法计算 (3)吊杆3 恒载内力4 活载内力(1)换算均布活载 k按及加载长度 l 查表求得 例如（2）冲击系数弦杆，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：5，列车横向摇摆力产生的弦杆内力横向摇摆力取 S100kN 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1.0，9另一平面为 0.2。上平纵联所受的荷载 S 上0.210020kN,下平纵联所受的荷载 S 下1.0100100k
9、N。摇摆力作用下的弦杆内力 NsyS, 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 WK1K2K3W01.01.25kPa,故有车风压 W0.8W1.0kPa。(1)下平纵联的有车均布风荷载桁高 H10.9m，h纵梁高+钢轨轨木高1.29+0.41.69m w 下0.50.4H+ (1-0.4)(h+3)W0.50.410.9+ (1-0.4)(1.69+3)1.04.994kN/m (2)
10、上平纵联的有车均布风荷载w 上0.50.4H+ 0.2(1-0.4)(h+3)W =0.50.410.9+0.2(1-0.4)(1.69+3)1.02.74kN/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=9.78m故桥上活载总重=
11、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7.9m，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
12、动力系数(1+f)。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=76.867KN当L=16m和a=0.5时，k=59.7KNm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 E4E41初选杆件截
13、面选用腹板 1-41224翼缘 2-46036每侧有 4 排栓孔，孔径 d23mm; 毛截面 Am2463.641.22.4430.08cm2栓孔削弱面积 A243.62.366.24 cm2净截面面积 AjAm-A430.08-66.24=363.84 cm22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 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，35tmax50mm 板厚 315/3450.913。4 疲劳强度验算由表 2.1 可知 Nmin1309.09kN、Nmax4997.45kN 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类疲劳等级，查表 3.27-1 知其疲劳容许应力0130.7MPa故 1.01.0(137.35-35.98)101.37MPa0.912130.7119.20MPa，通过验算。二、端下弦杆 E0E21初选截面选用腹板 1-42812翼缘 2-46016毛、净截面面积、毛截面惯性矩计算方法同上净截面惯性矩 IyjIy-Iy
