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1、中南大学 桥梁方向钢桥课程设计 中南大学土木建筑学院桥梁方向钢桥课程设计说明书姓名： 班级：学号：指导老师： 年 月钢桥课程设计任务书一、设计目的： 跨度L=42米单线铁路下承载式简支栓焊钢桁梁桥部分设计。二、设计依据： 1. 设计规范 现行桥规，也可采用铁道部1986TB12-85铁路桥涵设计规范简称老桥规。 2. 结构基本尺寸 计算跨度L=42m；桥跨全长L=42.10m；节间长度d=7.00m； 主桁节间数n=6；主桁中心距B=5.75m；平纵联宽B0=5.30m； 主桁高度H=12.00m；纵梁高度h=1.45m；纵梁中心距b=2.00m； 3. 钢材及其基本容许应力： 杆件及构件16
2、Mna；高强螺栓40B；精制螺栓ML3；螺母及垫圈45号碳素钢；铸件ZG25；辊轴锻钢35钢材的基本容许应力参照1986年颁布的铁路桥涵设计规范。 4. 结构的连接方式： 桁梁杆件及构件，采用工厂焊接，工地高强螺栓连接； 人行道托架采用精制螺栓连接； 焊缝的最小正边尺寸参照桥规； 高强螺栓和精制螺栓的杆径为22，孔径d=23mm； 5. 设计活载等级标准中活载 6. 设计恒载主桁P3=16.8kN/m；联结系P4=2.85kN/m； 桥面系P2=7.39kN/m；高强螺栓P6=(P2+P3+P4)3%；检查设备P5=1.00kN/m；桥面P1=10.00kN/m； 焊缝P7=(P2+P3+P4
3、)1.5%； 计算主桁恒载时，按每线恒载P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7。三、设计内容：1. 主桁杆件内力计算，并将计算结果汇整于2号图上；2. 围绕E2节点主桁杆件截面选择及检算；3. 主桁E2节点设计及检算；4. 绘制主桁E2节点图(3号图)。四、提交文件：1设计说明书；2 2、3号图各一张。要求：计算正确，书写条理清楚，语句通顺；结构图绘制正确，图纸采用的比例恰当，线条粗细均匀，尺寸标准清晰。第一章 设计依据一、设计规范 中华人民功和国铁道部1986年铁道桥涵设计规范（TBJ285），以下简称桥规。二、钢材 杆件 16锰桥（） 高强螺栓 40硼（） 螺母垫圈 甲45（） 焊缝
4、 力学性能不低于基材精制螺栓 铆螺3（） 铸件 铸钢25（）琨轴 35号缎钢（）三、连接方式 工厂连接采用焊接，工地连接采用高强螺栓连接，人行道托架工地连接采用精制螺栓连接，螺栓孔径一律为,高强螺栓杆径为。四、容许应力钢的基本容许应力：轴向应力 弯曲应力 剪应力 端部承压（磨光顶紧）应力，疲劳容许应力及其它的容许应力见桥规。五、计算恒载计算主桁时（每线）：主桁；联结系； 桥面系；高强螺栓；检查设备；桥面； 焊缝；计算主桁恒载时，按每线恒载。六、活载等级按“中华人民共和国铁路标准活载（中活载）”。标准活载的计算图式见桥规。七、结构尺寸计算跨度；桥跨全长；节间长度；主桁节间数；主桁中心距；平纵联宽
5、；主桁高度；纵梁高度；纵梁中心距；斜杆长度；斜杆倾角 斜撑倾角 其它见尺寸图： 桥门架结构图第二章 主桁架杆件内力计算一、内力的组成：主桁杆件的内力有以下几部分组成：竖向恒载所产生的内力静活载内力竖向活载产生的内力：横向风力（或列车摇摆力）所产生的内力仅作用在上下弦杆，横向风力通过桥门架效应在端斜杆和下弦杆所产生的内力；纵向制动力所产生的内力。根据桥规规定，设计时候杆件轴力应该按下列情况考虑：主力 =+主力加风力（或摇摆力） =主力+制动力 =主桁杆件除述轴力外，还要受到弯矩作用，如节点刚性引起的次弯矩，风力和制动力在某些杆件中引起的弯矩等，这些弯矩在检算杆件截面时应和轴力一起考虑，由于本设计
6、所有杆件的高度均不超过长度的1/10，故根据桥规规定。不考虑节点刚性的次内力。主桁各杆的内力图2和表1。二、 影响线三、恒载所产生的内力根据第一章所提供的资料，每片主桁所承受的恒载内力：恒载布满全跨，故恒载为：上弦杆：下弦杆：下弦杆为：端斜杆：斜杆：斜杆：吊杆：四、活载所产生的内力：1.换算均布活载是影响线加载长度L与顶点位置二者的函数，它们之间的函数关系反映在桥规附录所列的公式以及表中，根据L与从该表中查得每线换算的均布活载K，除以2得每片主桁承受的换算的均布活载。下弦杆件为例 斜杆为例 其余各杆件类似，不再赘述。2.静活载所产生的内力为了求得最大活载内力，换算均布活载K应布满同号影响线全长
7、。上弦杆：下弦杆：下弦杆：吊杆：再以斜杆为例，产生最大的活载内力的加载情况有两种：活载布满后段L1，长度产生最大的压力，活载布满左段L2长度产生最大的拉力，故分别加载后得：斜杆：斜杆：端斜杆：3.冲击系数 根据桥规规定，钢桁梁的冲击系数按下式计算：式中L对于主要杆件（弦杆、斜杆）为跨长，对于次要杆件（挂杆、立杆）等于影响线长度弦杆，斜杆及支座冲击系数为：挂杆的冲击系数：4.活载发展的均衡系数桥规要求：所有杆件因活载产生的轴向力，弯矩，剪力在计算主力的组合时：均应乘以活载发展均衡系数： 下弦杆： 上弦杆： 下弦杆： 端斜杆： 斜杆： 斜杆： 竖杆： 5.活载产生的内力:考虑冲击作用和活载发展的均
8、衡系数在内时,活载所产生的内力为上弦杆件: 下弦杆件: 端斜杆件: 斜杆: = =五、横向荷载(风力或摇摆力)所产生的内力1.横向荷载计算主桁的上下弦杆兼为上下平纵联的弦杆,端斜杆又是桥门架的腿杆, 横向风力或摇摆力作用在桥上时,将在这些杆件中产生内力。根据桥规规定,风压强度W按标准设计考虑.桥上无车风压强度用=2.25KPa,桥上的有车风压强度用=1.25KPa.主桁杆件计算由桥上的有车时荷载组合控制,主桁架受风面积按轮廓的40%计算，列车受风面积按3m计算，车上风力作用点在轨顶以上2m处，下承式桥梁列车、桥面系受风面积扣除主桁架遮挡部分。故本算例上下平纵联单位长度上所受到的风荷载和分别为:
9、上平纵联: 下平纵联: 其中 按桥规得上平纵联摇摆力 所以: 风力与摇摆力不同时计算，故在本算例中上，下平纵联均为风力控制设计。2.横向荷载通过纵联在主桁杆件中所产生的内力计算上平纵联桁架时，可将桥门架做为其支点，计算下平纵联桁架时，支座为其支点，均不考虑中间横联的弹性支承作用，纵联为交叉形珩架时，取二斜撑的交点为力矩中心，于是可以算出影响线面积及内力。影响线面积：弦杆内力：下弦杆：下弦杆：上弦杆：3.横向荷载通过桥门架在主桁杆件中所产生的内力上平纵联作用于桥门架顶部的反力:桥门架腿杆反弯点距支座的距离:反力在端斜杆产生的轴力和弯矩，为：反力W通过支座斜反力R在下弦产生的轴力为：六、纵向荷载所
10、产生的内力1.制动力所产生的支座反力加载长度 静活载 制动力 水平反力 支座竖向力 2.制动力在弦杆中所产生的轴力杆件产生的轴力为 杆件产生的轴力为七、立柱内力 立柱下端承受荷载与挂杆相同，上端在运营阶段不承受竖向荷载。立柱作为减少上弦压杆自由长度的支撑杆件，按桥规规定，应以其所支撑的压杆内力的3%作为其内力，予以检算，表一中主柱在运营阶段的内力按上弦的最大内力的3%算出，在安装阶段，立柱应检算在上弦的吊机压力。八、竖向荷载通过横向刚架作用在挂杆与立柱中引起的弯矩 桥规规定，对于主桁挂杆和立柱，应考虑横梁承受竖向荷载时，他们作为横向闭合钢架的腿杆所承受的弯矩。检算它们在轴力和弯矩共同作用下的疲
11、劳强度。竖向下端弯矩： 竖杆中间弯矩： 式中：, ,恒载与活载作用下竖杆弯矩：下端 中间支点 九、主珩杆件的内力组合以上算出的主桁杆件所受单项轴力列表1第1317项。按照桥规要求，各单项轴力应按照表一第1820项进行组合，三种组合内力中之大者为控制杆件强度与稳定的计算内力，列表于1第21项。反复荷载出现拉力作用杆件，应检算疲劳，控制计算内力不考虑活载发展及附加力影响。端斜杆与挂杆在荷载作用下还受到弯-矩，应与相应荷载情况下的轴力一起检算。第三章 主桁杆件设计一、 主桁杆件得检算内容及设计步骤主桁杆件根据受力性质的不同，应进行下表所列项目的检算。各类杆件的检算内容（表2）项目检算内容检算杆件1刚
12、度各类杆件2局部稳定压杆3整体稳定压杆4强度各类杆件5疲劳出现拉应力的受循环荷载杆件用试算法设计各类杆件的步骤：1. 参考性质相近（只内力性质及大小，杆长及截面式样，材料和连接方式）的已有设计资料，初步拟定截面尺寸；2. 根据初步拟定的截面尺寸，算出进行各类检算所需的截面几何特征数据；3. 按上表要求进行各项检算。如初选截面不合适，则进行修改，重新计算，直至符合要求；4. 为了减少杆件类型，以简化制造，同类杆件的内力相差不大者应尽量采用相同的截面。二、 主桁杆件截面几何特征计算由于H形截面在制造、安装、运营等方面比较优越。本设计主桁杆件全部采用H形截面，杆宽为460mm，杆高最大为600mm，该值小于杆长的1/10，按桥规要求均可免算节点刚性次应力。主桁杆件截面尺寸如下图：杆件几何特征计算以端斜杆为例说明如下：截面组成为260020+142012，截面布置见表3。毛截面积：扣孔截面积：净面积：毛惯矩：扣孔惯矩： 净惯矩：回转半径：自由长度主桁平面内：主桁平面外：长细比：注：中间斜杆，；挂杆和立柱，表3所列截面尺寸全部符合桥规要求，以后不再检算。三、 主桁杆件截面检算主桁杆件截面检算结果列于表41. 受拉杆件控制计算内力由表1知；疲劳检算内力值；。（1）刚度计算由表2计算，杆件，。（2）强度计算净面积 （3）疲劳检算循环特征系数： 按桥规栓焊杆件组合焊缝处及高强螺栓连接
