搜索
第九章下承式简支栓焊桁架桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥4、横向附加力作用下主桁杆件内力计算钢桁架桥是一个空间结构，主桁架的弦杆同时又是平纵联的弦杆。在计算主桁弦杆内力时，除考虑竖向荷载的作用外，必须同时计及横向力的作用。横向附加力主要有风力。对下承式桁架桥，由端斜杆和其间的撑杆组成的桥门架，在横向力作用下，端斜杆和下弦杆均产生附加内力，计算这些杆件的内力时，均应计及。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥（1）横向力作用下的平纵联弦杆的内力计算①计算图示在计算平纵联弦杆的内力时，可将简支桁架桥的平纵联当作水平放置的简支铰接桁架来计算。如下图所示桥梁工程第九章下承式简支桁架桥计算图示如左图下平纵联的计算跨度等于主桁跨度，上平纵联的计算跨度等于主桁上弦两端节点间的距离。1ll桥梁工程第九章下承式简支桁架桥②横向附加力数值计算的规定a.下承式桁架桥的上、下平纵联承受作用半个主桁架横向风力、列车和桥面系(桥面计算在内)的部分横向风力。b.在计算中，两片主桁架的受风面积按桥跨结构纵向竖直面内的理论轮廓面积乘以填充系数计。对于采用钢桁梁和钢塔架，填充系数为0.4。c.列车受风面积应按3m的长方带计算，其作用点在轨顶2m高度处；桥面系的受风面积按其侧向面积计，但它们和主桁架的填充面积有重复，计算时应减去被主桁填充面积挡住的部分。d.横向水平力在上下纵向联结系的分配系数见表3-2所示桥梁工程第九章下承式简支桁架桥横向风力对桥面系、桥面和火车与主桁的重叠桥梁工程第九章下承式简支桁架桥③横向风力的计算a.横向风力等于风荷载强度和受风面积的乘积。b.风荷载强度计算或选取：桥上无车时，按照《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-2005)规定计算，单位为Pa；当桥上有车时，风荷载强度按的80%计算，并不得大于1250Pa。由于弦杆在列车荷载下所受内力相当大，对弦杆内力最不利的组合一般都是桥上有车时的情况，所以在计算弦杆内力时所用的风荷载强度可按桥上有车时计。在标准设计中，风荷载强度按下列规定：桥上有车时，；桥上无车时，。c.风力强度桥上有车时平行弦下承式桁架桥上、下平纵联所受的风力强度(单位长度上的横向风力)计算：=WPa22002=W桥梁工程第九章下承式简支桁架桥下平纵联所受的风力强度：(kN/m)式中0.5—主桁所受风力对下平纵联的分配系数；0.4—主桁理论轮廓面积的填充系数；H—主桁理论高度(m)；h—纵梁及桥面共占的高度(m)；3.0—列车高度(m)；(1-0.4)—计算列车及桥面系受风面积时应扣去重复计算的主桁受风面积；—桥上有车时的风荷载强度(Pa)。(即，标准设计中)WhH′×−×++××)]4.01()0.3(4.05.0[＝下ωW′WPa12501=W桥梁工程第九章下承式简支桁架桥上平纵联所受的风力强度：(kN/m)式中0.2—列车及桥面系所受风力对上平纵联的分配系数，其余符号同前。桥上无车时，风荷载强度为下平纵联所受的风力强度(kN/m)上平纵联所受的风力强度(kN/m)WhH′×−×+×+××)]4.01()0.3(2.04.05.0[＝上ω2W2)]4.01(4.05.0[WhH×−×+××＝下ω2)]4.01(2.04.05.0[WhH×−××+××＝上ω桥梁工程第九章下承式简支桁架桥④横向力所产生的平纵联弦杆内力计算上下弦杆所受横向力产生的杆件内力，按上、下平纵联所形成的平面桁架计算。如右图所示现以下平纵联的弦杆为例计算。42EE桥梁工程第九章下承式简支桁架桥设作用在下平纵联的横向力强度为。对于采用交叉式腹杆体系的平纵联，可取各交叉点为力矩中心(如o点，即取弦杆所在的两个节间中，其平联之交叉点距左端支座之较远者)，求出均布的横向荷载对o点的力矩(用影响线面积法)，此力矩求两侧弦杆内力所形成的内力矩所平衡，即下ω2121llMw=BllBMNww221下ω±=±=下ω0MWN42EE下ω桥梁工程第九章下承式简支桁架桥桥梁工程第九章下承式简支桁架桥4、横向附加力作用下主桁杆件内力计算横向附加力主要有风力。横向风力引起主桁杆件的内力包括：①横向力作用下的平纵联弦杆的内力计算②对下承式桁架桥，由端斜杆和其间的撑杆组成的桥门架，在横向力作用下，端斜杆和下弦杆均产生附加内力，计算这些杆件的内力时，均应计及。（1）横向力作用下的平纵联弦杆的内力计算（2）桥门架效应引起主桁杆件的内力①桥门架效应下承式桁架桥的桥门架设置在端斜杆上，上平纵联所受的横向力经由两端的桥门架传至下弦端节点，使端斜杆和下弦杆产生附加内力。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥②桥门架的计算图式桥门架视为刚架，桥门架的两腿杆（斜杆）的下端固定在下弦节点上，不计横梁作用，如下图所示。在水平力作用下，刚架产生水平位移，刚架腿杆的反弯点位置可按下式求得：lClCCl++⋅=2220桥梁工程第九章下承式简支桁架桥③端斜杆和下弦杆的内力计算见上图，取反弯点以上部分为隔离体，在水平力作用下，两竖杆的反弯点处将产生水平反力(各等于)和数值相等而方向相反的竖直反力。对任一反弯点取矩，可将值求出，即当端斜杆产生这一附加轴向力时，相应地在下弦端节点将产生两个力和它相平衡，一是由支座承受的竖直力，一是由下弦杆承受的纵向水平力，其值为2/wHVVBllHVw)(0−=wN′′wN′′Vθcos•=′′VNw桥梁工程第九章下承式简支桁架桥在桁架桥背风侧的主桁端斜杆，是压力，是拉力，在计算端斜杆和下弦杆的附加轴向力时应分别计入。由于水平力的作用，使端斜杆承受附加弯矩，其值见图所示。VwN′′桥梁工程第九章下承式简支桁架桥特别说明：端斜杆及下弦杆等主桁杆件主要是承受由恒载及列车荷载所生的内力，故之值应按桥上有车时的风力强度计算。wH桥梁工程第九章下承式简支桁架桥5制动力作用下的主桁杆件内力计算列车在桥上行驶时因制动或加速而产生制动力或牵引力，它们是纵向水平力。制动力经由纵梁传给四根附加的短斜杆(为传递制动力而加设的杆件，称制动撑杆)经及点由平纵联斜杆传至主桁节点，最后由下弦杆传给固定支座。因此，每片主桁的下弦杆将承受附加制动力(随制动力方向的不同，其值可为拉力或压力)。其主桁节点的标注和制动力的传递及弦杆内力见下图所示。OO′桥梁工程第九章下承式简支桁架桥T/8T/83T/83T/8T/2T/2桥梁工程第九章下承式简支桁架桥此外，在端节点处，当制动力传给固定支座时，因作用力对支座铰中心尚有一偏心距离，见下图。因而产生一偏心弯矩值为：值由交汇于该节点的各杆件共同承受，并按各杆件的单位刚度比来分配。杆件所受的附加弯矩：杆件所受的附加弯矩：hTM•=2MM∑•=lIlIMM//11110AE10EE∑•=lIlIMM//222桥梁工程第九章下承式简支桁架桥特别说明：(1)制动力或牵引力的大小，按列车竖向静活载重量(相应于主力作用下求各该杆件内力时的活载)的10％计算。但当与离心力或列车竖向动力作用同时计算时，其值按竖向静活载的7％计算;(2)双线桥应采用一线的制动力或牵引力；三线或三线以上的桥应采用两线的制动力或牵引力，按此计算的制动力或牵引力不考虑双线竖向活载进行折减的规定。制动力或牵引力作用在轨顶以上2m处；采用特种活载时，不计算制动力或牵引力。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥6由于横向框架效应所引起的主桁杆件的内力在桁架梁中的竖杆与横梁、横联构成闭合框架，因而应计算当横梁承受竖向荷载时横梁的梁端发生转动，在竖杆的下端和上端将产生的附加弯矩。见下图所示。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥由于横向框架作用产生的附加力可近似地按下式进行计算点B处：点A处：式中：—横梁按简支计算的跨中最大弯矩(MN·m)；—横梁按简支计算的平均弯矩与跨中最大弯矩之比，对横梁恒载及双线桥纵梁反力所产生的弯矩，取；对单线桥纵梁反力所产生的弯矩，取；、—分别为横梁、竖杆在框架面内的刚度系数。MiiMsbBμβ3)5.02(3+−−=MMAβ21−=Mμ3/2=μBca/)(+=μLL′=/βbisiBEIibb/=LEIiss/=桥梁工程第九章下承式简支桁架桥请问：桁架桥在主力、附加力作用下，桁架桥不同杆件可能受到的力有哪些？A1A3、E0E2、E0A1等桥梁工程第九章下承式简支桁架桥7主桁杆件计算内力的确定在算出主力荷载产生的杆件内力及附加力产生的附加力后，要将它们按主力及主力+附加力进行组合。见下表序号内力组合容许应力提高系数1主力1.02主力+制动力1.253主力+风力1.24主力+次应力+制动力（风力）1.455钢梁安装主力1.26主力+风力1.3~1.4桥梁工程第九章下承式简支桁架桥如主力为，其相应的容许应力为；主力+制动力为，其相应的容许应力为；主力+风力为，其相应的容许应力为。将和按下列公式换算成和，然后同作比较，取其大者作为计算内力。1N][σ2N][25.1σ3N][2.1σ2N3N2N′3N′1N][25.1][22σσNN=′][2.1][33σσNN=′桥梁工程第九章下承式简支桁架桥8主桁杆件截面选取原则(1)主桁杆件主要截面形式H形截面王形截面箱形截面桥梁工程第九章下承式简支桁架桥H形杆件桥梁工程第九章下承式简支桁架桥王形和箱形杆件(2)H形(王形)截面特点及适用由两块竖板（或称翼板）和一块水平板（或称腹板）焊接而成。优点：构造简单，易于采用自动电焊机施焊，焊接变形易控制和修整，工地安装方便。缺点：截面对两主轴的回转半径相差较大，扩充截面需考虑的问题较多。（腹板为间接拼接不宜过厚，若加大翼板高度又受到局部稳定的限制，而加厚翼板尺寸。）适用范围：内力不很大的杆件和长度不太大的压杆。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥(3)箱形截面特点和适用由两块竖板和两块水平焊接而成。优点：载面对两个主轴的回转半径相近，且具有较大的抗扭刚度，扩充截面也容易。缺点：工厂制造费工，焊接变形也较难控制和修整。适用范围：通常只用于内力较大和长度较大的压杆和拉一压杆。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥(4)主桁杆件的外轮廓尺寸选取原则主桁杆件尺寸：高度h和宽度b。确定主桁杆件截面外轮廓尺寸的原则：①对压杆，应尽量满足等稳定的原则——经济。②同一桁架中所有杆件的宽度应相等——节点构造简单和合理，横梁长度一致。③确定截面高度，需考虑节点处螺栓的排数。——既能布置下足够的螺栓，又不致产生节点刚性引起的次应力。桥梁工程第九章下承式简支桁架桥④弦杆高度最好全跨相同，或者变化不多。——桁架各节点的构造合理且简单。⑤注意板宽与板厚的比例关系——保证薄板的局部稳定性，规范规定了结构各部分截面容许最小尺寸和组合压杆板束宽度与厚度最大比例关系，见表3-4和表3-5。规定了H型压杆的腹板的厚度在焊接构件中不宜小于0.5δ（δ≥24mm），和0.6δ（δ24mm）δ为翼缘厚桥梁工程第九章下承式简支桁架桥说明：我国钢桥设计中，根据工厂的设备条件，标准设计常用的主桁杆件宽度b有460、600、720mm等几种；主桁杆件高度h有260、440、460、600、760、920、1100mm等几种；第三节主桁杆件连接及相关计算主讲内容：(1)主桁下弦杆设计计算(2)主桁上弦杆设计计算(3)主桁端斜杆设计计算(4)主桁腹杆设计计算桥梁工程第九章下承式简支桁架桥一主桁杆件设计计算1主桁下弦杆设计计算简支下承式桁架桥的下弦杆都是拉-拉杆，设计的主要步骤如下：(1)先从强度或疲劳入手，求出所需的净截面积；(2)根据设计经验，杆件净截面积大致为毛截面积的0.85倍左右，即][1σNAj≥][)(0minmax2σγγγtndjNNA−≥),max(21jjjAAA=jmAA=85.0桥梁工程第九章下承式简支桁架桥(3)根据及决定杆件截面外轮廓尺寸的原则选定组成截面的各部件尺寸，同时要符合规范对钢板容许的最小厚度所作的规定。(4)进行节点连接的计算，确定所需的螺栓数,节点连接时讲授。(5)根据螺栓孔在杆件截面上的布置，算出实际的；然后进行拉-拉杆件下列方面的验算：①强度验算：②刚度验算：③疲劳强度的验算：mAjA][σσ≤=AN][0λγλ≤=l桥梁工程第