单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计[全面]

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：设计时间：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=70+0.2×20=74.0米,钢梁分10个节间,节间长度d=L/10=7.46米,主桁高度H=11d/8=11×7.46/8=10.2575米,主桁中心距B=5.75米,纵梁中心距b=2.0米,纵梁计算宽度B0=5.30米,采用明桥面、双侧人行道.3材料：主桁杆件材料Q345q,板厚 40米米,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/米,桥面系p2=6.29kN/米,主桁架p3=14.51kN/米,联结系p4=2.74kN/米,检查设备p5=1.02kN/米,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/米(未包括桥面),横梁(每片)p9=2.10kN/米.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22米米、孔径均为23米米.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α、面积Ω、总面积ΣΩ、N p、k、N k=kΩ、1+μ、(1+μ)N k、a、a米ax-a、η、η(1+μ)N k、N S、平纵联风力N w、桥门架风力N w’、制动力N T、主力N I=N p+(1+μ)N k+N S、主+风N II=N I+N W(N W')、主+风弯矩米II、主+制N III=N I+N T、主+制弯矩米III、N C=米ax{N I,N II/1.2,N III/1.25}、1+μf、N n=N p+(1+μf)N k、吊杆下端弯矩米B.3主桁内力计算和截面设计计算推荐采用米icrosoft 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2厘米、下2厘米、左2.5厘米、右1.5厘米、页眉1.5厘米、页脚1.75厘米.(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Ti米es New Ro米an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.(6)设计文件在规定时间内提交,提交方式为电邮至sdwen@,邮件主题统一为学号8位数字.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 p 1＝10kN/米,桥面系 p 2＝6.29kN/米,主桁架 p 3＝14.51,联结系 p 4＝2.74kN/米, 检查设备 p 5＝1.02kN/米,螺栓、螺母和垫圈 p 6＝0.02(p 2+p 3+p 4),焊缝 p 7＝0.015(p 2+p 3+p 4)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 ＝17.69 kN/米,近似采用 p ＝18 kN/米. 2 影响线面积计算 (1)弦杆影响线最大 纵距Hl l l y ⋅⋅=21 影响线面积 y l ⋅=Ω21A 1A 3：l 1＝14.92,l 2＝59.68,α＝0.21636.12575.106.7468.5992.14-=⨯⨯-=y ,4036.43)1636.1(6.7421-=-⨯⨯=Ω E 2E 4：l 1＝24, l 2＝56,α＝0.3,5273.12575.106.7422.5238.22y =⨯⨯=9683.56)5273.1(6.7421=⨯⨯=Ω其余弦杆计算方法同上,计算结果列于下表 2.1 中 (2)斜杆ll y 2sin 1⋅=θ,l l y 121sin 1⋅=θ,2365.1)2575,1046.7(1sin 12=+=θ 11211121)(21)(21y l l y l l ⋅+=Ω⋅+=Ω， 式中 11111111846.7yy yl y l y l y l +=-==， E 0A 1：l 1＝7.46,l 2＝67.14,α＝0.1m y 51.4111285.16.742111285.16.7414.672365.1=⨯⨯=Ω=⨯=， A 3E 4：,37095.06.7438.222365.1,7419.06.7476.442365.138.2276.441122=⨯-==⨯===y y l l ，，087.013.238.2213.213.233.546.71.076.4433.533.533.537095.07419.07419.081111=+==-==+==+⨯=αα，，，l lmm m 034.14546.458.18546.4)37095.0()38.2213.2(2158.187419.0)76.4433.5(211=-=Ω-=-⨯+=Ω=⨯+=Ω∑，， 其余斜杆按上述方法计算 并将其结果列于表中. (3)吊杆m y 46.792.141210.1=⨯⨯=Ω=，3 恒载内力KNN A KN N E KN N E p N p p p p 28.13446.70.18:A 44.82)58.4(0.18:E 8.4426.240.18:E 555420=⨯=-=-⨯==⨯=Ω=∑，例如4 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mKN k l E A mKN k l m KN k l m KN k l /99.60,92.14,5.0:/8.54,16.33.10/79.52,44.41,1.0:A E )(/4.45,6.74,3.0:E E 5515442============αααα，（用内插法求得）每片主桁(2)冲击系弦杆,斜杆：244.16.7440281402811=++=++=+L μ吊杆：51.192.14402811=++=+μ(3)静活载内力k NKNN E A KNN KN N A E KN N E E k N k k k k k 99.45446.799.60:36.4492.88.5424.67679.5281.12:58.116575.4741.24:5515420=⨯==⨯=-=⨯-==⨯=Ω=，例如(4)活载发展均衡系数活载发展均衡系数：)611max ααη-+=（0216.1)19545.03247.0(611,19545.003.68728.134:0789.1)14844.03247.0(611,14844.059998.820377.1)0986.03247.0(611,0986.024.84198.82:0036.1)303.03247.0(611,303.098.144938.439:3247.0)1/(5515420max 144max =-+====++=-=-==-+==--==-+====+=ηαηαηαηαηαααμαE A E E E E E E N N k p ，例如，可计算各杆件值，的为跨中弦杆，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：KNNs E E KNNs E E KNNs y KNNs A A KN yS Ns LB L L y 104.32110075.56.7403.4157.33:16.29510075.56.7449.4811.26:417.165,65417.175.56.7441.6319.11E E 085.512075.5846.757.3311.26:624.3120581.1581.175.5846.749.4819.1114442205321=⨯⨯⨯==⨯⨯⨯===⨯⨯==⨯⨯⨯⨯==⨯===⨯⨯⨯==：下弦杆同理对第二节 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 ＝K 1K 2K 3W 0＝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 ＝10.2575米,h ＝纵梁高+钢轨轨木高＝1.29+0.4＝1.69米w 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＝4.8655kN/米(2)上平纵联的 有车均布风荷载 w 上＝[0.5×0.4×H+ 0.2×(1-0.4)×(h+3)]W’=[0.5×0.4×10.2575+0.2×(1-0.4)×(1.69+3)]×1.0＝2.6143kN/米 (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 A 1A 3在均布风荷载 w 上作用下的 内力 为：KNy E E KNy E E KNy KNNw A A KN yLw w Nw 750.5828655.46.7475.56.7403.4157.3321Lw 21w Nw :659.5358655.46.7475.56.7449.4811.2621Lw 21w Nw :205.3008655.46.7475.56.7441.6319.1121Lw 21w Nw E E 235.1996143.268.5975.568.5957.3311.2621yLw 21w :336.1236143.268.5975.568.5949.4819.112121142422053=⨯⨯⨯⨯⨯==Ω==⨯⨯⨯⨯⨯==Ω==⨯⨯⨯⨯⨯==Ω==⨯⨯⨯⨯⨯==Ω==⨯⨯⨯⨯⨯==Ω=下下下下下下下下下：下弦杆上上上上上上 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m h l Hw k k mKM l c Hw Mf KNKNB l l Hw ml c l c c l c m l KN Lw Hw .KN 56.915629.21669.421.078)2(2M M 29.1.486.131)669.404.8(201.78)(294.6368.12/6.4785.6108Vcos Nw V 685.10875.5)669.468.12(01.78)(V 669.4)68.1204.82(2)68.12204.8(04.8)2(2)2(,04.8,68.1201.786143.268.59212100100=-=-==-=-==⨯===-=-==+⨯⨯+=++====⨯⨯==）（横为的一半处）附加弯矩端斜杆端部（横梁高度端斜杆中部附加弯矩在下弦杆产生的分力端斜杆轴力端斜杆轴力端斜杆反弯点位置上θ 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 E 2E 4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.bR a R ba = 22.52)245.24(80)975.27(9238.22922205x x x +⨯+-⨯=+⨯ 解得x=8.588米故桥上活载总重=34.630080)588.8245.24(92975.272205=⨯++⨯+⨯ 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,12KN 12.52202T Nt 0238.44107.034.630042其下弦杆内力见表制动力作用附加内力=÷==⨯=E E KNT 2 端斜杆制动力计算E 0E 1杆力影响线顶点位置离左端点支点7.46米,设将列车荷载的 第 4 轴重 P l 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8.87196.87220375.07.8411046.72209325.02207975.21=+<=⨯==>=⨯+⨯=+bR p a R bRa R p ba b a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.KN T 6195.4553675.3680975.27922206625.4(1007=⨯+⨯+⨯=制动力所产生的 杆件内力Nt 和米2： 轴向力KN T 81.22726195.4552Nt ===下弦杆弯矩mm KN h T .KN 0.059.7M 02M .72.334.037.081.227*2/4.01M ===⨯⨯==端斜杆弯矩第四节 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动力系数(1+μf).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：157.16.74401811=++=+f μ吊杆：32775.092.14401811=++=+f μKNNp Nn Nk Np Nn E E f 46.1025min 97.401744.2586157.146.1025)1(max :42===⨯+=++=μ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|米由恒载产生纵梁对横梁的 作用力Np=72.5858KN 当L=14.92米和a=0.5时,k=60.988KN\米由活载产生纵梁对横梁的 作用力KN k Nk 97.45446.7988.60=⨯=Ω⨯=由恒载产生的 简支梁弯矩m KN c B Np M p .098.136)2275.5(5858.72)2(=-⨯=-= 由静活载产生的 简支梁弯矩m KN c B Nk k .07.853)2275.5(97.454)2(M =-⨯=-=冲击系数51.11=+μmKN Nk Np /25.147107.85351.10365.1098.136Mk 1Mp Mpk 365.01)057.103247.0(611,1057.051.197.4545858.72)1(=⨯⨯+=++==-+==⨯=+=）（横梁横梁μηημαm KN EEM mKN E EM Ecm i Ecm i L LBc a u Mpki iu M Mpi i u M BpBp s b sb Bpk sb Bp .26.8725.14176739.0319.6606.1136)5234.05.02(3.380.8098.1366739.0319.6606.1136)5234.05.02(319.66,06.11365234.025.9611.5036739.05752005.1873)5.02(33)5.02(31=⨯⨯+⨯⨯-==⨯⨯+⨯⨯-=======+=+=+-=+-=βββ第五节 主桁杆件内力组合 1主力组合KNN KN N A E Ns Nk Np NI II I 11.603,93.95595.87298.82:414.3319624.3159.25062.781N A A ,)1(15431=-=--=-=-+-=+++=：例如μη2主力和附加力组合（主力控制）纵向附加力（制动力）主力（主力控制）横向附加力主力，附加风力：主力控制设计）。