钢桥课程设计计算书

COLLEGEOFCIVILENGINEERINGCENTRALSOUTHUNIVERSITYCENTRALSOUTHUNIVERSITY钢桥课程设计班级：学号：指导老师：姓名：中南大学土木工程学院桥梁系二〇一二年九月钢桥课程设计第一部分设计依据1．设计《规范》铁道部《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002、1-2005）铁道部《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB10002、2-2005）。2．结构基本尺寸计算跨度72mL；桥跨全长73.10mqL；节间长度9.00md；主桁节间数8n；主桁中心距5.75mB；平纵联宽度05.30mB；主桁高度11.00mH；纵梁高度1.45mh；纵梁中心距2.00mb；主桁斜角倾角50.708，sin0.774，cos0.633。3．钢材及其基本容许应力杆件及构件用Q345qD；高强度螺栓用20MnTiB钢；精制螺栓用BL3；螺母及垫圈用45号优质碳素钢；铸件用ZG25II；辊轴用锻钢35。钢材的基本容许应力参照《铁路桥梁钢结构设计规范》。4．结构的连接方式及连接尺寸连接方式：桁梁杆件及构件采用工厂焊接，工地高强螺栓连接；人行道托架采用精制螺栓连接；连接尺寸：焊缝的最小焊脚尺寸参照《桥规》；高强螺栓和精制螺栓的杆径为22，孔径为d=23mm。5．设计活载等级标准—中活载6．设计恒载主桁314.80kN/mp，联结系42.80kN/mp；桥面系26.50kN/mp；高强螺栓6234=++pppp（）3%；检查设备51.00kN/mp；桥面111.00kN/mp；焊缝7234=++1.5%pppp（）。计算主桁恒载时，按桥面全宽恒载1234567=++++++pppppppp。钢桥课程设计第二部分设计说明书（一）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IIINN=1()1.25ItNN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。主桁各杆的内力如表1。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+14.80+2.80+1.00+0.72+0.36)218.59kN/m恒载布满全跨，故恒载内力为：下弦杆24EE为：18.59(55.23)=1026.80kNpNp1钢桥课程设计三、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。以下弦杆24EE为例：72.00ml，0.375，查表得0.37590.58kN/mK，则0.375145.29kN/m2kK。以斜杆23EA为例：151.43ml，0.125，查表得0.125100.63kN/mK，则0.125150.31kN/m2kK。220.57ml，0.125，查表得0.125119.64kN/mK，则0.125159.82kN/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：45.2955.23=2501.24kN/mkNk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+11.2504072挂杆的冲击系数：281+11.4834018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钢桥课程设计下弦杆24EE：1026.800.3284(1)3126.55pkNaN0.33220.32841.0006maa5．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)1.00061.252501.243128.50kNkN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。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。上、下平纵联单位长度上所受到的风荷载分别为：上平纵联风荷载：=(0.40.5)11+(1-0.4)0.2(3+0.40+1.29)1.25ak=3.454kN/m下平纵联风荷载：=(0.40.5)11+(1-0.4)1.0(3+0.40+1.29)1.25ek=6.268kN/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。钢桥课程设计影响线面积：122llB弦杆内力：Nk以下弦杆24EE为例：1231.540.5==110.935m225.75llB=6.268110.935=695.28kNNk3．横向荷载通过桥门架在主桁杆件中所产生的内力上平纵联作用于桥门架顶部的反力W：0.50.53.4545493.24kNaaWkl桥门架腿杆反弯点距支座的距离0l：028.58.5214.2135.02822228.514.213ccllmcl反力W在端斜杆产生的轴力1'WN和弯矩0M、aM1'014.2135.02893.24148.95kN5.75WllNWB005.02893.24234.41kN22lMW08.55.02893.24161.88kN22aclMW反力W通过支座斜反力R在下弦产生的轴力'2wN'293.2414.213coscos0.6332145.95kN5.75wWlNRB上平纵联反力W在支座引起的竖向反力1wV193.2414.213sinsin0.774178.38kN5.75wWlVRB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21721.25(10.4)3(1.292)(10.4)1.29225.7540.20kN钢桥课程设计12178.38+40.20=218.58kN五、纵向荷载（制动力）所产生的内力按照《桥规》规定，制动力与冲击力同时计算时，制动力按竖向静活载重量的7%计算。静活载的位置应分别与各杆件残生最大活载内力时的实际活载位置一致。1．制动力所产生的支座反力加载长度：72.55mL静活载：=5220+3092+(72.5537.5)80=6664kNW制动力：=0.07=466.48kNTW水平反力：0.5233.24kNtHT支座竖向力10.371.290.420.50.5466.4813.15kN72thVTL2．制动力在弦杆中所产生的轴力由于本设计弦杆中线与支座中心间距离较小，因而忽略该项影响。加载长度：72mL静活载：=5220+3092+(7237.5)80=6620kNW制动力：=0.07=463.4kNTW02EE、24EE杆内产生的轴力为：463.4==231.7kN22T六、立柱内力立柱作为减少上弦压杆自由长度的支撑杆件，按《桥规》规定，应以其所支撑的压杆内力的3%作为其内力，予以检算。表1中立柱在运营阶段的内力按上弦的最大内力'33AA的3%算出。在安装阶段，立柱尚应检算在上弦的吊机压力。七、竖向荷载通过横向刚架作用在挂杆与立柱中引起的弯矩横梁与挂杆截面的初选参照标准桁梁。《桥规》规定，对于主桁挂杆和立柱，应考虑横梁承受竖向荷载时，他们作为横向闭合钢架的腿杆所承受的弯矩。检算它们在轴力和弯矩共同作用下的疲劳强度。所示计算图示，可算出挂杆或立柱在下端及中间支点处主桁平面外的弯矩0M及aM分别为：钢桥课程设计竖杆下端弯矩：02bsMMii竖杆中间弯矩：012aMM式中：620.5，cl，abB，bbEIiB，ssEIic，bI、sI分别为横梁与竖杆的惯性矩，其他符号见图。已知：575cmB，187.5cma，200cmb，577.5cmc，1035.5cml，0.674abB，0.588cl，4=651000cmbI，4=38200cmsI，3=1132cmbbEIiEB，3=66.1cmssEIiEc，=17.12bsii，6=3.4820.5，873kND，=1638kNmMDa代入以上两式可以求得：下端：0=102.2kNm2bsMMii中间支点：01=28.5kNm2aMM八、主桁杆件的内力组合以上算出的主桁杆件所受单项轴力列表1第13-17项。按照《桥规》要求，各单项轴力应按照表1第18-20项进行组合。三种组合内力中之大者为控制杆件强度与稳定的计算内力，列于表1第21项。反复荷载出现拉力作用杆件，应检算疲劳；控制计算内力不考虑活载发展及附加力影响，其值列于表1第23项、24项。端斜杆与挂杆在荷载作用下，还受有弯矩，应与相应荷载情况下的轴力一并检算。钢桥课程设计主桁杆件内力及支座反力计算表表1杆件名称影响线竖向荷载活载要素均衡系数单向内力主力加载长度l顶点位置面积总面积均布恒载p换算活载k静活载内力kNk冲击系数1+动活载内力(1)kNamaa恒载内力pNp活载内力(1)kN项次1234567891011121314单位mmmkN/mkN/mkNkNkNkN上弦杆A1A372、000、25–44、18–44、1818、5945、94–2029、711、25–2537、14+0、32380、00841、0014–821、44–2540、69A3A3'72、000、5–58、91–58、9118、5944、78–2637、951、25–3297、44+0、33220、00001、0000–1095、25–3297、44下弦杆E0