中南大学钢桥课程设计(优秀)

中南大学《钢桥》课程设计书姓名：***学号：**********班级：土木****班指导老师：***20**年**月1《钢桥》课程设计任务书一、设计目的：跨度L=72m单线铁路下承载式简支栓焊钢桁梁设计二、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。2三、设计内容：1.主桁杆件内力计算（全部），并将计算结果汇整于3号图上；2.主桁杆件截面设计与检算（交汇于E2节点的杆件）；3.主桁E2节点拼接计算与节点设计及检算；4.绘制主桁E2节点图(3号图)。四、提交文件：1.设计说明书1份；2．3号图2张。五、要求：1.计算书条理清楚、语句通顺、计算正确；2.结构图按绘制要求比例恰当、粗细线条明确、尺寸标注清楚、投影关系无误。目录第一部分设计依据……………………………………………………………11第二部分主桁架杆件内力计算……………………………………………13一、内力的组成…………………………………………………………………13二、恒载所产生的内力…………………………………………………………14三、活载所产生的内力…………………………………………………………14四、横向荷载(风力或摇摆力)所产生的内力…………………………………16五、纵向荷载（制动力）所产生的内力………………………………………19六、立柱内力……………………………………………………………………11七、竖向荷载通过横向刚架作用在挂杆与立柱中引起的弯矩………………11八、主桁杆件的内力组合………………………………………………………12第三部分主桁杆件设计………………………………………………………15一、主桁杆件的检算内容及设计步骤…………………………………………15二、主桁杆件截面几何特征计算………………………………………………15三、主桁杆件截面检算…………………………………………………………19四、杆端高强螺栓计算…………………………………………………………21第四部分弦杆拼接计算………………………………………………………24一、计算依据……………………………………………………………………24二、拼接板截面…………………………………………………………………24三、拼接螺栓……………………………………………………………………24四、内拼接板长度………………………………………………………………25第五部分节点板设计…………………………………………………………25第六部分节点板强度检算…………………………………………………26一、斜杆所引起的节点板撕裂强度检算………………………………………26二、节点板竖直最弱截面的强度检算…………………………………………28三、节点板水平最弱截面撕破强度检算………………………………………30参考文献………………………………………………………………………………331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=14.80kN/mp；联结系4=2.80kN/mp；检查设备5=1.00kN/mp；高强螺栓6234=++pppp（）3%；焊缝7234=++1.5%pppp（）。计算主桁恒载时，按桥面全宽恒载1234567=++++++pppppppp。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；斜杆倾角50.708，sin0.774，cos0.633。其它尺寸见图1：0E1E2E4E3E3A4A2A1A=72mL图1简支梁桁梁结构的基本尺寸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。二、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图2三角形简支梁桁梁影响线4二、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斜杆23EA为：18.59(17.44)324.30kNpNp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：72.00ml，0.375，查表得0.37590.58kN/mK，则0.375145.29kN/m2kK。再以斜杆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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5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：11150.31(20.77)1044.79kN/mkNk22259.82(+3.32)1044.79kN/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+140L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+11.2504072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式中ma—全部杆件a值中代数值之最大者。下弦杆24EE：1026.800.3284(1)3126.55pkNaN0.33220.32841.0006maa斜杆23EA：1324.30+0.2483(1)1305.99pkNaN62324.301.3053(1)+248.44pkNaN110.33220.24831.0140maa220.3322+1.30531.2729maa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斜杆23EA：1(1)1.01401.25(1044.79)1324.23kNkN2(1)1.27291.25(198.75)316.25kNkN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：7