钢桥第六讲桁架节点设计

节点板的强度检算
节点板的受力比较复杂，既有压应力，又 有拉应力，还有剪应力，而且应力分布也 极不均匀。
节点板的精确计算应采用空间实体有限单 元法。
过去通常采用材料力学中的近似简化计算 方法。
节点板的强度检算
节点板的强度检算包括以下三个部分： 1．检算主力作用下节点中心处节点板竖向
截面上的法向应力
需要计算整体稳定性、强度、刚度、局部 稳定
端部节点构造图
节点构造实例
上页图所示的主桁下弦端节点E0，在主桁 平面内只有两根杆件在此交汇。为了使节 点构造刚劲牢靠，并使右端弦杆内力可靠 地传递到节点中心，在节点板内的左侧增 设与右端弦杆截面相同的短杆并用拼接板 连接；为了使端横梁反力有效地传递到外 节点板，在两块节点板间与横梁腹板相对 应的平面内设有隔板；
动力系数的取值
活载发展均衡系数
在设计时，将每个杆件的活载内力乘以一 个增大系数η(叫做活载发展均衡系数)。有:
主桁杆件内力
恒载和活载作用下的内力
简化计算的内力组合
计算实例
例 64 m单线铁路下承式简支栓焊钢桁架桥 主桁架的内力计算.
主桁几何图式采用三角形腹杆体系，节 间长度为8m，桁高11m，主桁中心间距 5.75m。
主桁上弦端节点构造
在主衍端斜杆的内侧翼板上设置一个折曲小节点 板，桥门架的横撑及斜杆与它连接。
在设计节点时，还应考虑到安装问题，为安装时 的临时杆件预留某些栓孔。
在节点的左边，在节点板的靠边处设置一对加劲 角钢，这是为了防止节点板在此处发生翘曲。
在跨度较大的格架桥中平纵联由于受力较大，常 需采用工形杆件，这时平纵联的节点板就需要采 用两块并分别与工形杆件的上下翼缘相连。
(6)应避免不同平面内的栓钉钉头发生冲突， 所有工地安装螺栓的位置均应考虑施工时 螺栓扳手工作的空间；
节点设计的具体要求
(7)立柱与上弦杆的连接要考虑拼装吊机在上 弦工作时的荷载，端节点的构造要考虑悬 臂拼装和连续拖拉多孔钢桁梁时相邻两孔 钢桁梁之间临时连接杆件的设置；
(8)节点内不得有积水、积尘的死角及难于油 漆和检查的地方。
主桁上弦端节点A1，该节点在主桁平面内 有4根杆件相连。
为了使节点构造刚劲牢靠，并使右端弦杆 内力可靠地传递到节点中心，在节点板内 的左侧增设与右端弦杆截面相同的短杆并 用拼接板连接。
由于在节点板内侧需与平纵联及桥门架的 某些杆件相连，因此在弦杆中线位置设置 一个小节点板，连接平纵联斜杆及横撑。
端横梁的上翼缘通过水平板和连接角钢与 节点板相连，以传递节点负弯矩；节点板 与下拼接板的下缘磨光顶紧在座板上，以 传递支座反力，座板与连接角钢用8个 22mm的单面埋头螺栓相连。座板上开有 32mm栓孔8个，与支座上摆相连；为了增 加节点板的面外刚性，在节点板前后缘设 置了隔板与加劲肋。
主桁上弦端节点构造
节点设计
基本要求
主桁节点既是主桁杆件交汇的地方，也是纵、 横联杆件及横梁连接于主桁的地方。
连接方法：搭接、平接或焊接 交汇于同一节点的各杆件的内力是通过节点板来
平衡的，节点的构造和计算都比较复杂。 节点的设计要考虑受力、制造和安装等方面的一
些要求。
节点设计的具体要求
(1)各杆件截面重心线应尽量在节点处交于一 点，杆端连接螺栓群的合力线也应尽量与 杆件截面重心线重合；
节点板撕裂走向模式
4 N1
N2
N3
75
4
6 3
2
1
N4
N5
上图中净截面1234撕裂强度验算公式为：
或
节点板的撕裂强度检算
主要内容和课时安排（一）
●绪论（2学时） 钢桥的分类、特点 结构体系与构造 钢桥建筑历史、现状及发展成就
●钢桥设计概述（2学时） 钢桥设计内容 钢桥的设计特点 钢桥设计原则和科学依据
主要内容和课时安排（二）
●钢桁架桥 桁架桥分类、特点、构造及其作用（2学时） 主桁设计原理与强度验算（2学时） 主桁节点拼接和撕裂强度验算（2学时） 钢桥抗疲劳设计（2学时） 钢桥剩余寿命评估（2学时） ●钢桁梁架设和常备钢结构（2学时） ●钢桥桥面结构与防护（2学时）
主桁下弦节点E2
主桁下弦节点E2
主桁下弦大节点E2，在主桁平面内有五根杆件在 此交汇，弦杆之间的竖板采用双面拼接。外拼接 板是节点板，内拼接板被弦杆腹板分为上下两块， 如果节点左右两侧的竖板厚度不同，则需加设填 板，然后再进行拼接。
在该节点的内侧弦杆中线位置设置一个横T形的小 节点板，使下平纵联斜杆及横梁下翼缘连接于此 小节点板的水平板上。横梁的腹板则用连接角钢 与内侧节点板相联。
可采用空间整体分析方法。
常用计算图式的假定-铰接平面结构： 将钢桁梁划分为若干个平面结构，铰接节
点，每个平面只承受作用于该平面内荷载 的影响。
实际工作状况下的变形
平面系统间的共同作用和相互影响
(1) 平纵联和主钢桁弦杆的共同作用。当 主桁在竖向荷载作用下受力而变形时，平 纵联与弦杆一起变形，共同受力，使平纵 联的斜杆和横撑中产生附加内力。
恒载的计算通常采用一些近似方法，当计算出恒 载内力和活载内力后进行截面设计，然后计算出 桁架桥的实际恒载，实际恒载与前近似方法计算 的恒载比较接近才行，否则按实际恒载计算杆件 内力重新进行设计。
主桁内力计算
静活载取换算均布活载k，由影响线最大纵 坐标位置a值和加载长度L求得。考虑到车 辆活载对桥梁的动力作用，应将静活载乘 以一个大于1的动力系数(1+u)，其值在不同 规范中取值不同。
(2)所有杆件应尽量伸入节点，使节点板尺寸 应尽量减小，节点构造应紧凑刚劲，以降 低节点刚性次应力和增加节点板面外刚度；
(3)杆端和节点板上连接螺栓孔的位置应按工 厂机器样板布置；
节点设计的具体要求
(4)螺栓群各栓孔之间的距离、栓孔与杆件边 缘的距离均应符合螺栓布置的有关要求；
(5)弦杆在节点中心中断时，在弦杆内侧应设 拼接板；
桁架桥基础知识
分类 特点 构造及其作用
一般的三角形腹杆体系
桁高增加的三角形腹杆体系
我国铁路简支钢桁架桥设计标准图式 （一）
我国铁路简支钢桁架桥设计标准图式 （二）
我国铁路简支钢桁架桥设计标准图式 （三）
仔细看过武汉长江大桥吗
大节点连接 模型
钢桁架梁的力学计算
钢桁梁的实际工作状况： 刚性节点的空间结构是高次静不定静结构。
节点的设计步骤
(1) 计算杆件在节点板上所需的连接螺栓数。 (2) 进行各杆件的拼接计算，确定拼接板尺寸和连接
螺栓数。 (3) 按照结构计算图式画出交汇于节点的各杆件的截
面重心轴线，这些轴线应交汇于一点。 （但为了设置上拱度，有些杆件并不交汇于一点，
如在简支钢衍梁主衍上弦大节点处，让两斜杆与 上弦杆不在同一点处相交，偏离值根据上拱度计 算确定。）
平面系统间的共同作用和相互影响
(2)桥面系和主桁弦杆的共同作用。在竖向 荷载作用下，下弦杆将伸长，这时，连接 到下弦各节点的横梁将随着节点的移动而 移动，但却受纵梁的牵制。因此，纵梁将 因横梁的移动受到拉力，横梁则因纵梁的 牵制而引起水平弯曲，弦杆的变形也将因 此而减小。这种共同作用通常应在计算中 加以考虑，但若纵梁的连续长度不超过， 可不检算桥面系与主桁的共同作用。
节点板的强度检算
节点板竖向截面上的法向力为： 强度验算应满足：
节点板的强度检算
（2）检算主力作用下腹杆与弦杆之间的节点 板水平截面上的剪应力
节点板的强度检算
3．检算斜杆与节点板连接处节点板的撕裂应 力
节点板的撕裂强度wenku.baidu.com算
撕裂面长度的计算模式见下图，撕裂走向 为1234或1235。其中撕裂面2-3为垂直杆件 中线的截面部分，采用节点板钢材抗拉设 计强度，其余与杆件中线斜交或平行，这 两段采用节点板钢材抗拉设计强度的0.75倍。 通过寻找最短的撕裂面，来确定最危险的 节点板撕裂形式。
《桥规》规定，若杆件高度与其长度之比在简支 析梁中不超过1/10.连续桁梁中不超过1/5时，可不 考虑因节点刚性所产生的次应力;当考虑因节点刚 性所产生的次应力时，容许应力可以提高。
主桁内力计算
平面铰接桁架。主力作用在主桁架平面内，包括 恒载和活载两部分，恒载又包括桥跨结构(主桁、 桥面系和联结系等)的自重和桥面重量
平面系统间的共同作用和相互影响
(3) 横向框架效应。由主桁竖杆、横梁和横 向联结系的端部杆件所构成的横向框架， 当横梁在竖向荷载作用下梁端发生转动时， 竖杆的上端和下端均将产生力矩。在设计 竖杆时，应考虑此力矩的影响。
平面系统间的共同作用和相互影响
（4）节点刚性次应力。主桁各杆件用许多高
强度螺栓紧固在节点板上，形成刚性的连接，杆 端不能自由转动。因此，当主桁在荷载作用下发 生变形而节点转动时，连接在同一节点的各杆件 之间的夹角不能变化，迫使杆件发生翘曲，因而 在主桁杆件内产生附加的应力(或称为‘次应 力’)。
(6)从节点板上最外排螺栓线向外推出4050mm，所得全部连接螺栓的外包线即为节 点板的最小轮廓线。调整节点板至规则形 状，必要时可增加某些杆端的栓钉排数。
(7)节点板的厚度通常根据桥梁跨度的大小按 照经验进行选择，从12mm到20mm不等。
(8) 检算节点板的强度。
节点的设计步骤
(4) 根据杆件的截面高度依次画出弦杆、竖 杆及斜杆的外轮廓。相邻杆件边缘间要留 有一定的空隙以保证裁切时出现正公差时 二者不致相碰。预设上拱度对栓孔起线的 要求也应一并考虑。
主桁杆件截面设计和验算
主桁杆件的截面形式及其外轮廓尺寸 主桁杆件的截面形式主要分成两类:H形
截面和箱形截面，如图所示。
主桁杆件截面设计
受拉杆件 当内力较大时一般是由静强度或疲劳强度
控制设计 当内力较小时，则由刚度控制设计。
受压杆件的设计和验算
一般是由整体稳定控制设计
压弯杆件的截面设计
节点的设计步骤
(4) 根据杆件的截面高度依次画出弦杆、竖 杆及斜杆的外轮廓。相邻杆件边缘间要留 有一定的空隙以保证裁切时出现正公差时 二者不致相碰。预设上拱度对栓孔起线的 要求也应一并考虑。
节点的设计步骤
(5)按照节点的标准栓线网络(见图5．28)布 置各杆件在节点板上的连接螺栓。
节点的设计步骤