中南大学钢桥课程设计

钢桥课程设计计算书姓名___________学号_________学院___土木工程学院________专业班级___土木工程1305______2016年9月26日1第一部分：设计依据一、设计规范中华人民共和国铁道部2005年《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002.2-2005）；中华人民共和国铁道部2005年《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005），以下简称《桥规》。二、钢材杆件Q345qD。高强螺栓20MnTiB钢。螺母垫圈45号优质碳素钢。焊缝力学性能不低于基材。精制螺栓BL3。铸件ZG25II。琨轴锻钢35号。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d=23mm。高强螺栓杆径为22。四、容许应力Q345qD的基本容许应力：轴向应力=200Mpa；弯曲应力=210Mpaw；剪应力=120Mpa；端部承压（磨光顶紧）应力=300Mpac。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）：桥面1=11.00kN/mp；桥面系2=6.50kN/mp；2主桁架3=14.50kN/mp；联结系4=2.80kN/mp；检查设备5=1.00kN/mp；高强螺栓6234=++3%0.714/ppppkNm（）；焊缝7234=++1.5%=0.357kN/mpppp（）。计算主桁恒载时，按桥面全宽恒载1234567=++++++36.871/ppppppppkNm。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76mL；桥跨全长77.10mqL；节间长度9.50md；主桁节间数8n；主桁中心距5.75mB；平纵联宽度05.30mB；主桁高度11.50mH；纵梁中心距2.00mb；斜杆倾角50.44，sin0.771，cos0.637。其它尺寸见图1：3第二部分：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pN,pNp，静活载内力kN，kNk；竖向活载产生的内力：(1)kN横向风力（或列车摇摆力）所产生的内力wN，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'wN；纵向制动力所产生的内力tN。根据《桥规》规定，设计时候杆件轴力应该按下列三种情况考虑：1、主力INI(1)PkNNN2、主力+风力（或摇摆力）IIN'III1()1.2wwNNNN3、主力+制动力IIINIIII1()1.25tNNNN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。不考虑节点刚性次内力。主桁各杆的内力图2和表1。图2三角形简支梁桁梁影响线4二、二、恒载所产生的内力根据设计任务书所提供的资料，每片主桁所承受的恒载内力：12345671(++++++)2pppppppp1(11+6.50+14.50+2.80+1.00+0.714+0.357)218.44kN/m恒载布满全跨，故恒载内力为：下弦杆24EE为：18.44(58.86)=1085.38kNpNp上弦杆34AA为：18.44(62.78)=-1157.66kNpNp斜杆23EA为：18.44(18.48)340.77kNpNp2(1)1nmdnln11mndln2l1ll1sinnmn1sinsinmn12lllH1lHHdlnd1222l11l(1)nmddmd2d112dl影响响线计算公式弦杆122llH1ll斜杆212(1)sinmdn22(1)2(1)sinnmdn11(21)2sinmnd挂杆121n,0.5d支座反力,02l5三、活载所产生的内力1.换算均布活载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即得每片主桁承受的换算的均布活载k。仍以下弦杆24EE为例：76.00ml，0.375，查表得0.37589.94kN/mK则0.375144.97kN/m2kK；上弦杆34AA：76.00ml，0.5，查表得0.588.88kN/mK则0.5144.44kN/m2kK；斜杆23EA：154.286ml0.125，查表得0.12599.68kN/mK则0.125149.84kN/m2kK；221.714ml0.125，查表得0.125119.51kN/mK则0.125159.76kN/m2kK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。下弦杆24EE：k=44.9758.862646.93KNKN上弦杆34AA：k=-44.4462.782789.94KNKN再以斜杆23EA为例，产生最大活载内力的加载情况有两种：活载布满后段1l长度产生最大压力，活载布满左段2l长度产生最大拉力。故分别加载后得：111k49.84(22.003)1096.63KNKN222k=59.763.52210.36KNKN3.冲击系数1+根据《桥规》规定，钢桁梁的冲击系数1+按下式计算：281+140L6式中L—除承受局部活载杆件为影响线加载长度外，其余均为桥梁跨度。弦杆、斜杆及支座冲击系数：281+11.2414076挂杆的冲击系数：281+11.4754019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、剪力在计算主力组合时，均应乘以活载发展均衡系数：1+aamkpNNa1式中ma—全部杆件a值中代数值之最大者。上弦杆34AA：max-1157.660.3344(1)-2789.94*1.241pkNaN下弦杆24EE：1085.38a0.3304(1)1.2412646.93PKNNmax111(a-a)1(0.33440.3304)1.000766斜杆23EA：1340.77a0.2504(1)1.241(1096.63)PKNN2340.77a1.3053(1)1.241210.36PKNN1max111(a-a)1(0.33440.2504)1.014662max111(a-a)1(0.33441.3053)1.27336675.活载产生的内力:考虑冲击作用和活载发展均衡系数在内时,活载所产生的内力为：kN下弦杆24EE：1.00071.2412646.933287.14kNKN斜杆23EA：1.0141.241(1096.63)1379.97kNKN1.27331.241210.36332.40kNKN四、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。(1)横向风力作用下荷载计算根据《桥规》规定,风压强度W按标准设计考虑。有车时12800wWKK，并不大于1250Pa；无车时121400yWKK。式中：1K—风载体型系数；2K—风压高度变化系数；主桁杆件计算由桥上有车时荷载组合控制，本设计中取1250PayW。风力在下平纵联（即桥面系所在平面）上的分配系数为1.0，在上平纵联上的分配系数为0.2。对钢桁梁而言，横向风力的受风面积应按照桥跨结构理论轮廓面积乘以0.4。列车受风面积应按3m高的长方带计算，其作用点在轨顶以上2m高度处。上、下平纵联单位长度上所受到的风荷载分别为：上平纵联：123=(0.40.5)+(1-0.4)0.2(++)aykhhhhW（kN/m）下平纵联：123=(0.40.5)+(1-0.4)1.0(++)eykhhhhW（kN/m）其中，h为主桁高度，=11.5mh；1h为列车高度，1=3mh；2h为桥面高度，2=0.16+0.24=0.40mh；83h为桥面系高度，3=1.29mh代入数值得：上平纵联风荷载：=(0.40.5)11.5+(1-0.4)0.2(3+0.40+1.29)1.25ak=3.5785kN/m下平纵联风荷载：=(0.40.5)11.5+(1-0.4)1.0(3+0.40+1.29)1.25ek=6.3925kN/m(2)横向摇摆力作用下荷载计算根据《桥规》，列车横向摇摆力tsF以水平方向垂直线路中心线作用于钢轨顶面，大小为5.5kN/m。上、下平纵联分配到的横向摇摆力为：上平纵联摇摆力：'=0.2=0.25.5=1.1kN/matskF下平纵联摇摆力：'=1.0=1.05.5=5.5kN/metskF风力和摇摆力不同时计算，故在本设计中上、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。当纵联为交叉形桁架时，取二斜撑的交点为力矩中心，于是按照图3（下页）可以算出影响线面积及内力。影响线面积：122llB;弦杆内力：Nk下弦杆02EE：121.59.56.59.5==76.52m225.75llB=6.392576.52=489.13kNNk下弦杆24EE：123.59.54.59.5==123.603m225.75llB=6.3925123.603=790.132kNNk上弦杆13AA：91214.2542.75==52.975m225.75llB=3.5785(52.973)=189.563kNNk上弦杆'33AA：122.53.59.59.5==68.67m225.75llB=3.5785(68.67)=245.74kNNk图3钢桁架所受横向荷载3.横向荷载通过桥门架在主桁杆件中所产生的内力（如图4）10图4横向荷载作用下带桁式顶撑的刚架内力计算上平纵联作用于桥门架顶部的反力W：0.50.53.578557101.987kNaaWkl桥门架腿杆反弯点距支座的距离0l：（参考标准桁梁取8.5mc）028.58.5214.925.10522228.514.92ccllmcl反力W在端斜杆产生的轴力1'WN和弯矩0M、aM1'014.925.028101.987174.067kN5.75WllNWB005.105101.987260.322kN22lMW08.55.105101.987173.123kN22aclMW反力W通过支座斜反力R在下弦产生的轴力'2wN'2101.98714.92coscos0.637168.572kN5.75wWlNRB上平纵联反力W在支座引起的竖向反力1wV1101.98714.92sinsin0.771204.033kN5.75wWlVRB列车及桥面上风力在支座引起的竖向反力2wV221331(10.4)(2)(10.4)22wyLVWhhhB21761.25(10.