80m单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥

西南交通大学2003级钢桥课程设计参考文本由郑凯锋、吴臻旺、杨国静编写重要说明：本参考文本并非标准答案，请注意鉴别单单单线线线铁铁铁路路路下下下承承承式式式栓栓栓焊焊焊简简简支支支钢钢钢桁桁桁梁梁梁桥桥桥课课课程程程设设设计计计姓名：学号：班级：电话：电子邮件：指导老师：郑凯锋设计时间：2006年9月至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………………………………………………………….……..1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内力计算……………………….…..6第三节制动力作用下的主桁杆件附加内力计算………………………………..7第四节疲劳内力计算……………………………………………….…………..9第五节主桁杆件内力组合……………………………………….……………..10第三章主桁杆件截面设计………………..…………………………………………13第一节下弦杆截面设计……………………………………………………….13第二节上弦杆截面设计……………………….………………………………15第三节端斜杆截面设计……………………….………………………………16第四节中间斜杆截面设计……………………………………………………17第五节吊杆截面设计………………………….………………………………19第六节腹杆高强螺栓数量计算………………………………………………21第四章弦杆拼接计算和下弦端节点设计……………………………………………22第一节E2节点弦杆拼接计算…………………………………………………22第二节E0节点弦杆拼接计算…………………………………………………23第三节下弦端节点设计………………………………………………………24第五章挠度计算及预拱度设计………………………..……………………………25第一节挠度计算………………………………………………………………25第二节预拱度设计…………………………….………………………………26第六章桁架梁桥空间模型计算………………………..……………………………27第一节建立空间详细模型……………………………………………………27第二节恒载竖向变形计算……………………………………………………28第三节恒载和活载内力和应力计算…………………………………………28第四节自振特性计算…………………………………………………………29第七章设计总结……………………………………………………………………..30下弦端节点设计图……………………………………………………………………31单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计1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＝80m，钢梁分10个节间，节间长度d＝L/10，主桁高度H＝11d/8，主桁中心距B＝5.75m，纵梁中心距b＝2.0m，纵联计算宽度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－荷载。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)；(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μ0＝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；单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计23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α、面积Ω、总面积ΣΩ、Npk、Nk＝kΩ、1+μ、(1+μ)Nk、a、amax-a、η、η(1+μ)Nk、NS、平纵联风力Nw、桥门架风力Nw’、制动力NT、主力NI＝Np＋η(1+μ)Nk＋Ns、主+风NII＝NI＋Nw(Nw’)、主+风弯矩MII、主+制NIII＝NI＋NT、主+制弯矩MIII、Nc＝max{NI,NII/1.2,NIII/1.25}、1+μf、Nn＝Np+(1+μf)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MicrosoftExcel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、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NewTimesRoman字体，段落采用单倍行距、段前0行、段后0.5行，不设置文档网格的自动右缩进、不设置文档网格的对齐网格；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。6设计文件在规定时间内提交，提交方式为电邮至[e-mail]，邮件主题统一为学号8位数字。单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计3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p1＝10kN/m，桥面系p2＝6.29kN/m,主桁架p3＝14.51，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)每片主桁所受恒载强度p＝[10+6.29+14.51+2.74+1.02+0.02(6.29+14.51+2.74)+0.015(6.29+14.51+2.74)]/2＝17.69kN/m，近似采用p＝18kN/m。2影响线面积计算(1)弦杆影响线最大纵距Hllly⋅⋅=21影响线面积yl⋅=Ω21A1A3：1l＝16，2l＝64，α＝0.2,16.111806416−=××−=y，55.46)16.1(8021−=−××=ΩmE2E4：1l＝24，2l＝56，α＝0.3,527.111805624=××=y09.61527.18021=××=Ωm其余弦杆计算方法同上，计算结果列于下表2.1中。(2)斜杆lly2sin1⋅=θ，lly'2'sin1⋅=θ，236.1)118(1tan11sin122=+=+=θθ单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计4yll).(2121+=Ω，''2'1').(21yll+=Ω式中'1''118ylylyl−==，yyyl+='18E0A1：l1＝8，l2＝72，α＝0.1,11.18072236.1=×=y，51.4411.18021=×=ΩmA3E4：482=l，24'2=l,742.08048236.1=×=y,371.08024236.1'−=×−=y,33.5371.0742..0742.081=+×=l,1.04833.533.5=+=α，67.233.58'1=−=l,1.067.22467.2'=+=α,78.19742.0)4833.5(21=×+=Ωm,947.4)371.0()2467.2(21'−=−×+=Ωm,83.14947.478.19=−=Ω∑m其余斜杆按上述方法计算并将其结果列于表中。(3)吊杆0.1=y,816121=××=Ωm3恒载内力∑Ω=pNp，例如:20EE24.47118.260.18=×=pNkN54AE：92.88)94.4(0.18−=−×=pNkN55EA：14480.18=×=pNkN4活载内力(1)换算均布活载k按α及加载长度l查表求得例如42EE：3.0=α，80=l，04.45208.90==kkN/m(每片主桁)54AE：1.0=α，44.44=l，19.52238.104==kkN/m(用内插法求得)1.0'=α，56.35'=l，07.54213.108==kkN/m55EA：5.0=α，16=l，7.5924.119==kkN/m(2)冲击系数弦杆、斜杆：23.18040281402811=++=++=+Lμ单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计5吊杆：5.116402811=++=+μ(3)静活载内力NkΩ=kNk，例如20EE：17.123518.2618.47=×=kNkN54AE：10.717)74.13(19.52−=−×=kNkN82.47580.807.54'=×=kNkN55EA：6.47787.59=×=kNkN(4)活载发展均衡系数活载发展均衡系数:)(611maxααη−+=α＝Np/(1+μ)Nk,αmax为跨中弦杆'44EE的α值，330.0max=α,可计算各杆件η，例如20EE：309.049.152324.471==α,0035.1)300.0330.0(611=−+=η54AE：1006.02.88492.88==α,038.1)1006.0330.0(611=−+=η1517.046.58692.88'−=−=α,080.1)1517.0330.0(611'=++=η55EA：201.04.716144==α,0215.1)201.0330.0(611=−+=η其余杆件计算同上，并将其计算结果列于表2.1中。5列车横向摇摆力产生的弦杆内力横向摇摆力取S＝100kN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，另一平面为0.2。上平纵联所受的荷载S上＝0.2×100＝20kN,下平纵联所受的荷载S下＝1.0×100＝100kN。摇摆力作用下的弦杆内力Ns＝yS,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：单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计6y＝L1L2LB＝12×5264×5.75＝1.676,Ns＝yS＝1.696×20＝33.91kN同理对A3A5：Ns＝28×3664×5.75×20＝54.78kN下弦杆E0E2:y＝12×6880×5.75＝1.7739,Ns＝yS＝1.7739×100＝177.39kNE2E4：Ns＝28×5280×5.75×100＝316.52kNE4E4’：Ns＝44×3680×5.75×100＝344.35kN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W＝K1K2K3W0＝1.0×1.25kPa,故有车风压W’＝0.8W＝1.0kPa。(1)下平纵联的有车均布风荷载桁高H＝11m，h＝纵梁高+钢轨轨木高＝1.29+0.4＝1.69mw下＝[0.5×0.4×H+(1-0.4)×(h+3)]W’＝[0.5×0.4×11+(1-0.4)×(1.69+3)]×1.0＝5.01kN/m(2)上平纵联的有车均布风荷载w上＝[0.5