《钢结构设计原理》课程设计实例

《钢结构设计原理》课程设计第1页，共10页《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；《钢结构设计原理》课程设计第2页，共10页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mkNq/4，且主梁钢板采用手工焊接；4、主梁允许最大挠度值400/1/lvT；5、主梁的截面建筑容许最大高度为mm2500。七、设计过程㈠主梁设计1、荷载和内力的计算及内力图的绘制荷载标准值设计值恒荷载98kN98kN×1.2＝117.6kN活荷载202kN202kN×1.4＝282.8kN合计Fk＝300kNF＝400.4kN主梁自重标准值mkNqGK/4，设计值为mkNmkNq/8.4/42.1。则主梁最大剪力（支座处）为kNkNqlFV10372158.44.40025225max最大弯矩（跨中）为mkNmkNFFFqlRlM5.46395.74.40025.74.4008158.42152.12375.255.728222max采用焊接工字形组合截面梁，估计翼缘板厚度mmtf16，故抗弯强度设计值2/295mmNf。计算需要的截面模量为3336101497829505.1105.4639mmmmfMWxxx《钢结构设计原理》课程设计第3页，共10页2、试选截面⑴确定腹板高度0h①建筑允许最大高度mmh2500max②按刚度条件，梁的最小高度为mmmmlvlfhT13771500040010285.1295/10285.166min③经济梁高，按经验公式mmWhxce142630073取梁的腹板高度为mmh14000⑵确定腹板厚度wt①按抗剪要求腹板厚度为mmmmfhVtvw2.517014001010372.12.130max②按经验公式cmcmhtw1.111/14011/0《钢结构设计原理》课程设计第4页，共10页取腹板厚度mmtw12⑶确定翼缘尺寸每个翼缘所需截面积为2230078996140012140010149786mmmmhthWAwxf翼缘宽度为h/5b～1400/5h/3～2801400/3mm～467mm取320mmb翼缘厚度为mmmmb7.24320/7899/Atf取26mmt3、截面验算⑴梁的截面几何参数mmmmt145226214002hh0mmmmth14262/26214002/2h01mm21tw《钢结构设计原理》课程设计第5页，共10页4433303x11204191408.302.14532121121Icmcmhtbbhw33x154332.145112041922WcmcmhIx2204.3446.23221402.12Acmcmbthtw⑵强度验算①验算抗弯强度22236x/295/3.286/101543305.1105.4639MmmNfmmNmmNWnxx②验算抗剪强度22243max/170/4.68/121011204193501270071326320101037VmmNfmmNmmNtISvwx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）。④验算折算应力（腹板端部）22460max1/290/1011204192/1400105.46392/mmNmmNIhMx224311/8.8/1210112041971326320102.200mmNmmNtIVSwx则折算应力为222222121ZS/5.3241.1/4.290/8.832903mmNfmmNmmN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kNkNR930154300300521mkNmkNMk5.34875.230053005.73002181542159302400155111011204191006.2483.115000105.34875483.15456lvEIlMlvTxkT4、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mkNM5.2577，剪力kNV1025变截面所需的翼缘宽度363610321.829505.1105.2577mmmmfMWx《钢结构设计原理》课程设计第6页，共10页22236213032431426/6/140012145210321.8/6/mmmmhhthWtbw令厚度mmt26不变，采用mmb200仍满足各项要求。⑵变截面后强度验算①截面的几何参数494333031003.81400122001452200121121mmmmhtbhbIwx373910106.114521003.822mmmmhIWxx363111071.32/1426262002/mmmmhtbS36360011065.64140012214001071.342mmmmhthSSw②变截面强度验算a.验算抗弯强度22276/295/9.221/10106.105.1105.2577mmNfmmNmmNWMxxb.验算抗剪强度222963/170/7.70/121003.81065.6101025mmNfmmNmmNtISVvwxc.验算折算应力（腹板端部）229601/69.224/1003.82/1400105.25772/mmNmmNIhMx2296311/46.39/121003.81071.3101025mmNmmNtISVwx则折算应力为222222121/5.3241.1/9.234/46.39369.2243mmNfmmNmmNZS③变截面刚度验算跨中有5个间距（mC5.2）相等的集中荷载kNFk300,近似折算成均布荷载mmkNCFqkk/12445.23004，变截面位置在距支座6/l处，即6/1。《钢结构设计原理》课程设计第7页，共10页最大相对挠度为4001415161346111003.81011204192.311011204191006.21500012438453412.31384539445333lvIIEIlqlvTxxXkT5、翼缘焊缝设计⑴支座处mmmmfISVhwfxf71.12001003.84.11071.31010374.19631max⑵变截面处mmmmfISVhwfxf94.12001011204194.1713263201010254.1431对于手工焊mmthf65.7265.15.1maxmin，采用mmhf10。㈡设计和布置其腹板加劲肋66/235807.11612/1400/0ywfth，并且140/235170/0ywfth，应配置横向加劲肋。按构造要求横向加劲肋的间距应为mmmmha70014005.05.00，mmmmha28001400220。故在两个次梁与主梁连接处之间应增设一个横向加劲肋，加劲肋之间的间距取为mma2000，加劲肋成对布置于腹板两侧，如图所示，《钢结构设计原理》课程设计第8页，共10页1、计算区格腹板的局部稳定仅布置横向加劲肋，由于0c，故按公式122crcr进行计算。2、临界应力计算⑴cr的计算：由于主梁受压翼缘扭转受到约束85.0799.023534517712/1400235177/0ywbfth则2/295mmNfcr⑵cr的计算：0.14.11400/2000/0ha，故8.028.12353452000/1400434.54112/1400235/434.541/2200ywsfahth则22/856.121/1708.028.159.018.059.01mmNmmNfvscr3、各区格计算腹板局部稳定计算区格内力应力计算结果区格Ⅰ平均剪力kNkNV10312/10251037平均弯矩mkNmkNM75.12882/5.257702230/4.61/121400/101031/mmNmmNthVw2261/5.80/71.16005985/1075.1288/mmNmmNWM满足区格Ⅱ平均剪力kNkNV6.6182/6.6126.624平均弯矩mkNmkNM75.33502/41245.25772230/8.36/121400/106.618/mmNmmNthVw2261/3.209/71.16005985/1075.3350/mmNmmNWM满足区格Ⅲ平均剪力kNkNV2.2062/2.2002.212平均弯矩mkNmkNM75.43812/5.463941242230/3.12/121400/102.206/mmNmmNthVw2261/8.273/71.16005985/1075.4381/mmNmmNWM满足《钢结构设计原理》课程设计第9页，共10页公式122crcr（0c，295cr，856.121cr）4、加劲肋的设计横向加劲肋采用对称布置，其尺寸为外伸宽度为mmmmhbs7.864030140040300取mmbs90。厚度为mmmmbtss6159015取mmts6。5、支座支承加劲肋的设计①支座加劲肋的宽度为支座处翼缘的宽度mmbce200，则支座支承加劲肋采用mmmm16200②支座支承加加劲肋计算，如图所示2282.492.185.14206.1cmcmA《钢结构设计原理》课程设计第10页，共10页443381.10682.185.14121206.1121cmcmIxcmcmAIi63.482.4981.10682.301063.414000