《钢结构设计原理》课程设计实例

《钢结构设计原理》课程设计

一、设计目的

1、巩固、提高、充实和运用所学的《钢结构》课程有关理论知识；

2、培养和锻炼独立工作能力及分析和解决实际问题的能力；

3、为将来毕业设计打下基础。

二、设计要求

必须符合钢结构设计规范GBJ17-88规定的有关设计公式及设计内容。

三、设计题目

按照表格中所给设计任务条件，进行简支钢板梁桥的主梁设计，截面都采用焊接双轴对称工型截面。

四、设计内容

包括主梁的截面选择、变截面设计、截面校核、翼缘焊缝计算、腹板加劲肋配置、支座处支承加劲肋设计等内容，并画出设计后的主梁构造图。

五、已知条件

跨度：15米钢号：16Mn 焊条号：E50 恒荷载标准值：98kN

活载标准值：202kN 集中荷载个数：5个集中荷载跨度C=2.5米

六、其它说明

1、恒、活荷载的分项系数分别为1.

2、1.4；

2、表中恒荷载标准值包括主梁上的次梁自重，且集中荷载F 是恒、活荷载通过次梁传到主梁上；

3、主梁自重估计值均为m kN q /4=，且主梁钢板采用手工焊接；

4、主梁允许最大挠度值[]400/1/=l v T ；

5、主梁的截面建筑容许最大高度为mm 2500。

七、设计过程

㈠主梁设计

1

主梁自重标准值m kN q GK /4=，设计值为m kN m kN q /8.4/42.1=⨯=。 则主梁最大剪力（支座处）为

kN kN ql F V 10372158.44.40025225max =⎪⎭

⎫

⎝⎛⨯+⨯=+⨯=

最大弯矩（跨中）为

m kN m kN F F F ql Rl M ⋅=⋅⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯-⨯-⨯-⨯=⨯-⨯-⨯--=5.46395.74.40025

.74.4008158.42152.12375

.255.72

822

2max

采用焊接工字形组合截面梁，估计翼缘板厚度mm t f 16≥，故抗弯强度设计值2/295mm N f =。

计算需要的截面模量为 3336

1014978295

05.1105.4639mm mm f M W x x x ⨯=⨯⨯==γ

2、试选截面

⑴确定腹板高度0h

①建筑允许最大高度 mm h 2500max = ②按刚度条件，梁的最小高度为

[]mm mm l v l f h T 13771500040010

285.1295

/10285.16

6min =⨯⨯⨯=⋅⨯=

③经济梁高，按经验公式

mm W h x ce 142630073=-⋅= 取梁的腹板高度为 mm h 14000= ⑵确定腹板厚度w t

①按抗剪要求腹板厚度为 mm mm f h V t v w 2.517014*********.12.13

0max =⨯⨯⨯=≥

②按经验公式 ()cm cm h t w 1.111/14011/0==

≥

取腹板厚度 mm t w 12=

⑶确定翼缘尺寸

每个翼缘所需截面积为

2

230078996140012140010149786mm mm h t h W A w x f =⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯-⨯=-= 翼缘宽度为

h/5b =～1400/5h/3=～2801400/3mm =～467mm 取320mm b =

翼缘厚度为 mm mm b 7.24320/7899/A t f === 取26mm t =

3、截面验算

⑴梁的截面几何参数

()mm mm t 145226214002h h 0=⨯+=⨯+= ()mm mm t h 14262/26214002/2h 01=⨯+=⨯+=

mm 21t =w

()[]

()

44333

03x 11204191408.302.14532121121I cm cm h t b bh w =⨯-⨯=⨯--=

33

x 154332

.145112041922W cm cm h I x =⨯==

()()2204.3446.23221402.12A cm cm bt h t w =⨯⨯+⨯=+=

⑵强度验算

①验算抗弯强度

2

223

6x /295/3.286/10

1543305.1105.4639M mm N f mm N mm N W nx x =<=⨯⨯⨯==γσ ②验算抗剪强度

()2

2243max /170/4.68/121011204193501270071326320101037V mm N f mm N mm

N t I S v w x =<=⨯⨯⨯⨯+⨯⨯⨯⨯==τ

③主梁的支承处以及支承次梁处均配置支承加劲肋，故不验算局部承压强度（即0c =σ）。 ④验算折算应力（腹板端部）

()()2

24

60max 1/290/1011204192/1400105.46392/mm N mm N I h M x =⨯⨯⨯==σ 2

24

311/8.8/12

10112041971326320102.200mm N mm N t I VS w x =⨯⨯⨯⨯⨯⨯==τ 则折算应力为

222222

12

1ZS /5.3241.1/4.290/8.832903mm N f mm N mm N =<=⨯+=+=τσσ

⑶刚度验算

全部永久荷载与可变荷载的标准值在梁跨中产生的最大弯矩为

()kN kN R 93015430030052

1

=⨯++⨯=

m kN m kN M k ⋅=⋅⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⨯-⨯-⨯⨯-⨯-⨯=5.34875.230053005.73002181542159302 []400

15511

1011204191006.2483.115000105.34875483.15456=<

=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⨯≈l v EI l M l v T x k T 4、变截面的设计

⑴变截面位置和端部截面尺寸

梁的截面在半跨内通常做一次改变，可以节约钢材，一般在距支座6/l 处改变截面比较经济。 此处的弯矩 m kN M ⋅='5.2577，剪力 kN V 1025=' 变截面所需的翼缘宽度

3636

10321.8295

05.1105.2577mm mm f M W x ⨯=⨯⨯='='γ