单线铁路下承式简支栓焊钢桁梁设计Word文档下载推荐.docx
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第一章:
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。
辊轴
锻钢35号。
二、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
接米用精制螺栓连接。
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
卜l=200Mpa;
弯曲应力
L「w】=210Mpa;
剪应力
I-l=120Mpa;
端部承压(磨光顶紧)应力此l=300Mpa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):
b】=11.00kN/m;
桥面系
〔p2】=6.50kN/m;
主桁架
〔p3L14.5kN/m;
联结系
lp4l=2.80kN/m;
检杳设备
bl=1.00kN/m;
P6=(P2+P3+P4)3%
P7=(P2+P3+P4)1.5%。
计算主桁恒载时,按桥面全宽恒载P二P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7。
六、活载等级
按“中华人民共和国铁路标准活载(中一活载)”。
标准活载的计算图示见《桥规》。
七、结构尺寸
计算跨度L=68.00m;
主桁节间数n=8;
主桁高度H=11.00m;
第二章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NpNp=pi」
静活载内力NkN“k「
竖向活载产生的内力(「ENk
横向风力(或列车摇摆力)所产生的内力Nw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Nw'
;
纵向制动力产生内力Nt。
根据《桥规》规定,设计时候杆件轴力应该按下列情况考虑:
主力N]叫=NP+(1」)Nk
主力加风力(或摇摆力)弘Nn二丄(N「NwNw'
)
1.2
主力+制动力N皿N皿二丄(N「Nt)
1.25
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,不考虑节点刚性的次内力。
二、.影响线
主桁各杆的的影响线图形及计算公式如下图1所示:
图1主桁杆件影响线图形及计算公式
1。
本设计中d=8.50m,n=8,各杆影响线的计算结果见附表
三、恒载所产生的内力
根据第一章所提供的资料,,每片主桁所承受的恒载内力:
1
P=2P1P2P3P4P5P6P7
=寸(11+6.5+4.5+2.80+1.00+0.714+0.357=18.436kN/m
恒载布满全跨,故恒载内力为:
以下弦杆E2E4为例:
Np=P—18.43649.26=908.18kN
以斜杆E2A3为例:
Np门-18.436(-16.12)--297.17kN
四、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。
根据丨与〉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E0E2为例:
L=68.00m:
-=0.125,查表可得k=47.93kN/m
以斜杆AE2为例:
J=58.29m:
=0.125,查表得k=49.18kN/m
J=9.71m:
=0.125,查表得k=73.87kN/m
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。
Nk二k'
"
-45.6349.26=2247.78kN
以斜杆E2A3为例,产生最大活载内力的加载情况有两种:
活载布满后段h长度产生最大压力,活载布满左段>2长度产生最大拉力。
故分别加载后得:
Nk1-49.1827.632-1358.94kN
Nk2二k2,*-73.87(-0.768)=-56.73kN
3.冲击系数1+J
根据《桥规》规定,钢桁梁的冲击系数1+)按下式计算:
式中L—承受局部活载杆件为影响线加载长度
弦杆冲击系数:
2828
—11.259
40+L40+68
挂杆的冲击系数:
—281.491
40+17
斜杆AE2的冲击系数:
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:
「二am-a
o
Np
a=1」弘
——式中am—全部杆件a值中代数值之最大者。
下弦杆E0E2:
=0.306
423.825a=
1387.24
=110.324-0.306=1.00306
斜杆E2A1:
=1」(0.324一0.284)=1.0067
6
2=1(0.324-5.585)=1.9848
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:
农“「Nk
下弦杆E°
E2:
1JNk=1.00301.2591101.86=1391.40kN
斜杆E2A3:
1JNk=1.00671.2851358.94=1757.88kN
五、横向荷载(风力或摇摆力)所产生的内力
1平纵联效应的弦杆附加力
风压W=KKKWu1.0x1.25kPa=1.25kPa,故有车风压W=0.8W
=1.0kPa。
(1)下平纵联的有车均布风荷载
桁高h=11.00m,
w下=[0.5x0.4xH+(1-0.4)x(h,h3)]W
=[0.5x0.4x11+(1-0.4)x(1.29+4+3)]x1.0
=5.014kN/m
(2)上平纵联的有车均布风荷载
w上=[0.5X0.4xH+0.2X(1-0.4)x(h1h3)]W
=[0.5x0.4x11+0.2x(1-0.4)x(1.29+0.4+3)]x1.0
=2.763kN/m
(3)作用在上平纵联上的列车摇摆力分布集度为:
k上=0.25.5=1.1kN/m
(4)作用在下平纵联的列车摇摆力分布集度为:
k下=1.05.5=5.5kN/m
由于风力与摇摆力同时达到上述最大值的可能性很小,故二者不能叠
加计算,只取其较大值计算。
对上平纵联取2.763kN/m进行计算,对下平纵联取5.5kN/m进行计算。
(5)弦杆内力
主桁中心距B=5.75m
上弦杆A1A3在均布风荷载w上作用下的内力为:
Nw上=Qw±
=1yLw上£
x12.7538.25x51x2.763=117.18kN
2J25仆5.75
上弦杆A3A4在均布风荷载w上作用下的内力为:
112975汇2125
Nw上=Qwt=;
yLw上=x29.7521.25x51x2.763=151.89kN
225.15.75
下弦杆吕巳在摇摆力作用下的内力为:
Nw下=Qwr=1yLw下=1X12.7555.25x68X5.5=336.90kN
2268x5.75
下弦杆E2E4在摇摆力作用下的内力为:
Nw下=@WF=2yLw下=2xX68x5.5=544.23kN
将桥门架看成平面钢架,其腿杆(主桁端斜杆)
弦端节点上。
作用在桥门架上的水平力:
,
Hw=2Lw上=2X2.763X51=70.46kN
这里可取l=13.90m,c=8.04m(课程设计可取此c值),
端斜杆反弯点位置
l0=2(2;
?
l)=
8.048.04213.90
4.77m
228.0413.90
腿杆的水平反力H和竖直反力V分别为:
H=Hw=70.4^^35.23kN
22
竖直反力V使下弦杆产生的附加力力
Nw二Vcos:
-108.20空67.63kN
13.6
水平反力使端斜杆产生附加弯矩
MF=H(c-I0)=35.23X(8.04-4.77)=115.20kNm
hl1.29
Mk=出|0一号)=35.23X(4.77-)=145.32kNm
其中,取桥面系横梁的高度h1=1.29m
计算结果列在附表1中。
六、制动力作用下的主桁杆件附加力
1下弦杆制动力计算
以下弦杆E2E4为例,将活载作如图所示的布置,根据结构力学方法,当三角形影响线顶点左边的活载之和等于右边之和时,为产生最大杆力的活载布置位置。
由I=Rb可得:
522092x9230-x8012.5x
25.5一42.5
解得x=11.65m
kN
制动力:
T=5792X0.07=405.44kN
E2E4制动力作用附加内力NT=_T/2=_202.72kN
其下弦杆件内力见表1
2端斜杆制动力计算
EoEi杆力影响线顶点位置离左端点支点8.5m,设将列车荷载的第4轴重
Pl置于影响线顶点处。
因为影响线为三角形,故根据结构力学所述的法则,
若满足下列条件,则该活载位置是产生最大杆力时的荷载
由一>-r可得:
vab
V"
b~
R+R3x220+220‘门门lc.R220+30沃90+26.5沃80
=103.53>
「=84.7
a8.5b59.5
R3^220“vR+R220+5040oo
==77.65<
'
==88.40
将第3轴重或第5放到顶点位置上均不满足上述条件,故将上述活载
即为产生最大杆力时的活载。
制动力T=100(5X220+30X92+80X26.5)=418.6kN
制动力所生的杆件内力N■和M:
轴向力NT=T=4186=209.3kN
七、疲劳内力
疲劳荷载组合包括设计载荷中的恒载和活载(包括冲击力、离心力,但不考虑活载发展系数)。
列车竖向活载包括竖向动力作用时,应将列车竖向静活载乘以运营动力系数(1+卩f)。
同时,第435条又规定,焊接及非焊接(栓接)构件及连接均需进行疲劳强度检算,当疲劳应力均为压应力时,可不检算疲劳。
疲劳计算采用动力运营系数
弦杆:
1=1I81.167
40+68
18
吊杆:
1-if=11.316
E2吕:
Nma>
=N+(1+卩f)Nk=908.18+1.167X2247.78=1709.33kN
Nmin=Np=908.18kN
八、主珩杆件的内力组合
以上算出的主桁杆件所受单项轴力列于表1。
按照《桥规》要求,各
单项轴力应按照附表1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。
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。
各项检算结果参见附表1。
第三章主桁杆件设计
一、主桁杆件得检算内容及设计步骤
主桁杆件根据受力性质的不同,应进行下表所列项目的检算。
表1各类杆件的检算内容
项目
检算内容
检算杆件
刚度
各类杆件
2
局部稳定
压杆
3
整体稳定
4
强度
5
疲劳
出现拉应力的受循环何载杆件
用试算法设计各类杆件的步骤:
1.参考性质相近(只内力性质及大小,杆长及截面式样,材料和连接方式)的已有设计资料,初步拟定截面尺寸;
2.根据初步拟定的截面尺寸,算出进行各类检算所需的截面几何特征数据;
3.按上表要求进行各项检算。
如初选截面不合适,则进行修改,重新计算,直至符合要求;
4.为了减少杆件类型,以简化制造,同类杆件的内力相差不大者应尽量采用相同的截面
二、主桁杆件截面几何特征计算
本设计只对围绕节点的主桁杆件截面进行选择和设计。
由于H形截面在制造、安装、运营等方面比较优越,本设计主桁杆件全部采用H形截面,杆宽为460mm杆高最大为460mm该值小于杆长的1/10,按《桥规》要求可免算节点刚性次应力。
例如:
1.下弦杆E2A4的设计
设计资料:
设计最大内力:
3740.30kN;
设计疲劳内力:
Nmax=3530.59kN;
Nmin=908.18kN杆件长度:
8.5m
材料:
Q345qD
因铁路简支钢桁梁桥的主桁下弦杆都是受拉杆件,内力较大且反复变化,一般由疲劳强度控制设计。
I.计算所需的净截面面积。
查的疲劳容许应力幅Il-130.7MPa,取
=1.0,根据疲劳强度条件可知所需的净截面积为:
3530.59-908.18
1.0130.7
根据设计经验,估计杆件的毛截面面积:
Aj2
Am23605.1mm
0.85
II.选取截面形式为H型,截面组成为
竖板:
2-460mnK22mm
水平板:
1-416mm<
12mm
每侧布置4排栓孔,孔径d=23mm
提供毛截面面积:
Am=24602241612=25232mm2
栓孔削弱后的面积:
A=82322=4048mm
净截面面积:
Aj=珞-:
A=25232-4048=21184mm220064.3mm2(可)截面惯性矩计算结果:
8484
lx=10.4310mm,Iy=3.5710mm
截面回转半径计算结果:
rx=203.31mm,ry=118.94mm
Ill.强度和刚度检算。
强度检算:
由于实际净截面面积大于所需净截面面积,疲劳强度自动满足,故
不必验算
刚度验算:
2.上弦杆AA的设计
-3027.22kN;
杆件长度:
因上弦杆都是受压杆件,由整体稳定控制设计
I.选定H型截面,并假定杆件的长细比入=60查表可得整体稳定容许应力折减系数1=0.677,则所需的毛截面面积为:
N3027.22灯032
Am22357.6mm
・0.677200
2-460mnK24mrp
1-412mnX12mm
&
=24602441212=27024mm222357.6mm2
截面惯性矩计算结果:
1x^11.2010mm,1厂3.8910mm
rx=203.58mm,ry=120.04mm
III.整体稳定性检算
IV.
杆件计算长度IoxT°
y=1=8.5m,长细比:
由=70.81查表得1=0.649,则:
V.局部稳定检算。
当杆件的长细比■50时,《桥规》要求板件的宽厚比,现
—二——=9.33:
:
0.1470.815=14.91(可)
t24
当杆件的长细比「50时,《桥规》要求板件的宽厚比
b=皆=343:
0.470.8110=38.32(可)
t12
VI.刚度检算。
长细比dax=70.81:
:
L1一100(可)
3.斜杆AE4的设计
设计内力:
1005.86kN,-485.51;
Nmax=893.09kN;
Nmin=「384.41kN
13.9m材料:
因该斜杆是受拉兼受压杆件,由疲劳强度控制设计。
查的疲劳容许应力幅2l-130.7MPa,取
=1.0,根据疲劳强度条件可知所需的净截面积为:
2-460mnK12mm
1-436mm<
10mm
Am=15400mm
净截面面积:
Aj二Am-A=13193mm29774.29mm2(可)
截面惯性矩计算结果:
lx=6.23108mm4,Iy=1.95108mm4
rx=201.13mm,ry=112.44mm
由于实际净截面面积大于所需净截面面积,疲劳强度自动满足,故不必验算。
Ill.刚度检算
杆件的计算长度:
lox=13900mmloy=0.813900=11120mm
长细比:
强度验算
b225
18.75:
0.1498.895=18.84(可)
t10
b二436=436:
0.498.8910=49.56(可)
各杆截面尺寸及检算结果见附表二
按照《钢桥规范》第6.1.1条,高强度螺栓容许抗滑承载力为:
m^oN1x0.45x200P=—==52.94kN
K1.7
式中p――高强螺栓的容许抗滑承载力;
m高强螺栓连接处的抗滑面数;
卩o高强螺栓连接的钢材表面抗滑移系数,不大于0.45;
N――高强螺栓的设计预拉力,M22为200kN;
K――安全系数,采用1.7。
主桁腹杆杆端高强度螺栓个数n应满足n》曙。
[N]为杆件的承载力,对于主桁杆件:
受拉杆件[N]=Aj[]
受压杆件[N]=Am©
1[。
]
受拉压杆件[N]=max{Aj[(T],Am©
1[]}
以拉杆E0E2为例:
承载力N】=Aj卜丨-131.9220=2638.4kN
需要螺栓数:
n一ML26384=49.84个
P52.94
再以受变号力的拉压杆E2A3为例:
受拉时=A^1-169.1220=3382.4kN
受压时N2」A/l198.560.44920=1783.07kN
杆件承载力Nl-max^Nj丨N2F-3382.4kN..1599.89kN
此时,杆件承载力远大于内力,在以承载力算螺栓数不合理,应以杆件内力计算。
n』'
159989=30.22
各杆件所需螺栓数均列于附表二中。
第四章弦杆拼接(钢桁梁节点e2)计算
一、弦杆拼接计算
由于弦杆截面对y—y轴对称,故只需取y—y轴一侧的半个截面进行计算。
(1)计算依据
根据附表2计算结果知:
E0E2杆半净面积:
Ajj=0.5131.92=65.96cm2
E2E4杆半净面积:
Aj2=0.5211.84=105.92cm2
节点板选用厚度:
=14mm
F
节点板供给拼接面积:
Ap1=461.4-42.31.^51.52cm2
(2)拼接板截面
拼接板与节点板共需净面积
FFF
Ap二Ap1Ap2一1.1Aj2=116.51cm
拼接板需要净面积
FF
Ap2—1.1Aj2—Ap1=116.51—51.52=64.99cm2
选用2口200X24作为内拼接板,供给面积为:
Ap2=2202.4-42.32.4=73.92cm
内外拼接板合计供给净面积:
Ap=Ap1Ap2=51.5273.92=125.44cm116.51cm
(3)拼接螺栓
拼接板在日节点中心截面承受循环拉力,其承载力应按疲劳强度确定,
但《桥规》未给出弦杆拼接板及节点板的疲劳强度,用基本容许应力
I.1-200Mpa计算,这样计算的连接较安全。
节点板每端需要高强螺栓数:
上、下内拼接板每端共需要高强螺栓数:
43
实际用28个
73.92x10煜00切0=
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