单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥（终结版）

单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥 课程设计 姓 名：成 辉 学 号：20050400 班 级：05土木14 电 话：13551164815 电子邮件：hui441882@163.com 指导老师：郑凯锋 设计时间：2007 年 9 月至 12 月 目 录 第一章 设计资料-------------------------------------------------------1 第一节 基本资料------------------------------------------------1 第二节 设计内容------------------------------------------------2 第三节 设计要求------------------------------------------------2 第二章 主桁杠件内力计算-----------------------------------------------4 第一节 主力作用下主桁杆件内力计算------------------------------4 第二节 横向风力作用下的主桁杆件附加内力计算--------------------9 第三节 制动力作用下的主桁杆件附加内力计算----------------------11 第四节 疲劳内力计算--------------------------------------------12 第五节 主桁杆件内力组合----------------------------------------15 第三章 主桁杠件截面设计-----------------------------------------------17 第一节 下弦杆截面设计------------------------------------------17 第二节 上弦杆截面设计------------------------------------------19 第三节 端斜杆截面设计------------------------------------------20 第四节 中间斜杆截面设计----------------------------------------21 第五节 吊杆截面设计--------------------------------------------22 第六节 腹杆高强螺栓数量计算------------------------------------25 第四章 弦杆拼接计算和下弦端节点设计------------------------------------26 第一节 E2 节点弦杆拼接计算-------------------------------------26 第二节 E0 节点弦杆拼接计算-------------------------------------27 第三节 下弦端节点设计------------------------------------------28 第五章 挠度计算及预拱度设计--------------------------------------------29 第一节 挠度计算------------------------------------------------29 第二节 预拱度设计-----------------------------------------------30 第六章 桁架梁桥空间模型计算--------------------------------------------31 第一节 建立空间详细模型----------------------------------------31 第二节 恒载竖向变形计算----------------------------------------32 第三节 恒载和活载内力和应力计算--------------------------------32 第四节 自振特性计算---------------------------------------------33 第七章 设计 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf --------------------------------------------------------34 下弦端节点设计图------------------------------------------------35 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 1 第一章 设计资料 第一节 基本资料 1 设计MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1713519490928_0：铁路桥涵设计基本规范(TB10002.1-2005)，铁路桥梁钢结构设计规 范(TB10002.2-2005)。 2 结构轮廓尺寸：计算跨度L＝80m(课程设计要求L=70+0.2N，N 为个人学号最 后两位)，钢梁分10 个节间，节间长度d＝L/10，主桁高度H＝11d/8，主桁中心 距B＝5.75m，纵梁中心距b＝2.0m，纵联计算宽度B0＝5.30m，采用明桥面、双 侧人行道。 3 材料：主桁杆件材料Q345q，板厚≤40mm，高强度螺栓采用40B，精制螺栓采 用BL3，支座铸件采用ZG35 II、辊轴采用35 号锻钢。 4 活载等级：中－荷载。 5 恒载 (1) 主桁计算 桥面p1＝10kN/m，桥面系p2＝6.29kN/m，主桁架p3＝14.51kN/m， 联结系p4＝2.74kN/m，检查设备p5＝1.02kN/m， 螺栓、螺母和垫圈p6＝0.02(p2＋p3＋p4)，焊缝p7＝0.015(p2＋p3＋p4)； (2) 纵梁、横梁计算 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 2 纵梁(每线)p8＝4.73kN/m(未包括桥面)，横梁(每片)p9＝2.10kN/m。 6 风力强度W0＝1.25kPa，K1K2K3＝1.0。 7 工厂采用焊接，工地采用高强度螺栓连接，人行道托架采用精制螺栓，栓径 均为22mm、孔径均为23mm。高强度螺栓设计预拉力P＝200kN，抗滑移系数μ0 ＝0.45。 第二节 设计内容 1 主桁杆件内力计算； 2 主桁杆件截面设计； 3 弦杆拼接计算和下弦端节点设计； 4 挠度验算和上拱度设计； 5 空间分析模型的全桥计算。 第三节 设计要求 1 主桁内力计算结果和截面设计计算结果汇总成表格。 2 主桁内力计算表格项目包括：加载长度l、顶点位α、面积 Ω、总面积ΣΩ、Np k、 Nk＝kΩ、 1+μ、(1+μ)Nk、a、amax-a、η、η(1+μ) Nk、NS、平纵联风力Nw、 桥门架风力Nw’、制动力NT、主力NI＝Np＋η(1+μ)Nk＋Ns、主+风NII＝NI＋ Nw(Nw’)、主+风弯矩MII、主+制NIII＝NI＋NT、主+制弯矩MIII、Nc＝max{NI, NII/1.2, NIII/1.25}、1+μf、Nn＝Np+ (1+μf)Nk、吊杆下端弯矩MB。 3 主桁内力计算和截面设计计算推荐采用Microsoft Excel 电子表格辅助完成。 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 3 4 步骤清楚，计算正确，文图工整。 5 设计文件排版格式严格要求如下： (1) 版面按照A4 纸张设置，竖排(个别表格可以横排)，页边距推荐为上2cm、下 2cm、左2.5cm、右1.5cm，页眉1.5cm、页脚1.75cm。 (2) 设计文件要求采用单一的PDF 文件格式，按封面、目录、正文(包括表格、 插图)、节点图顺序，正文起始页码为第１页。 (3) 特别要求正文采用四号宋体和New Times Roman 字体，段落采用单倍行距、 段前0 行、段后0.5 行，不设置文档网格的自动右缩进、不设置文档网格的对齐 网格；章名采用二号黑体居中(新章起页，章名前空两行)；节名采用三号黑体居 中(节名前、后空一行)； (4) 特别要求正文内的表格完整、表格排版符合页宽要求。 (5) 特别要求正文内的图形和节点图完整、清晰。 6 设计文件在规定时间内提交，提交方式为电邮至kfzheng@swjtu.edu.cn,邮件主 题统一为学号8 位数字。 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 4 第二章 主桁杆件内力计算 第一节、主力作用下主桁杆件内力计算 1、恒载 桥面 p1 =10KN/m ，桥面系 p2=6.29KN/m ，主桁架 p3=14.51KN/m ，联结系 p4=2.74KN/m ，检查设备 p5=1.02KN/m ，螺栓、螺母、垫圈 p6=0.02（p2+p3+p4）， 焊缝 p7=0.015（p2+p3+p4）,每片主桁所受恒载强度： p=[10+6.29+114.51+2.74+1.02+0.02(6.29+14.51+2.74)+0.015(6.29+14.51+2.74)]/2 =17.69KN/m,近似采用 p=18KN/m。 2、影响线面积计算 （1）影响线最大纵距 y=l1∗l2l∗H ,影响线的面积 Ω=12l*y 。 上弦杆 A1A3：l1=14 ，l2=56 ，α= 1470 =0.2 ，y=- 14∗5670∗9.625=-1.16 ，Ω=12x70x（-1.16） =-40.6m A3A5: l1=28 ，l2=42 ，α=0.4 ，y= −28x4270x9.625 = −1.74 , Ω=12 x70x(−1.74) = −60.9m 下弦杆：E0E2：l1=7 ，l2=63 ，α=0.1 ，y= 7x6370x9.625 = 0.65 ，Ω=12 x70x0.65 = 22.75m E2E4：l1=21 ，l2=49，α=0.3 ，y= 21x4970x9.625 = 1.53 ，Ω=12 x70x1.53 = 53.55m 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 5 E4E’4: l1=35 ，l2=35 ，α=0.5 ，y= 35X3570x9.625 = 1.82，Ω=12 x70x1.82 = 63.7m (2) 斜杆 y= 1sin θ x l2l ，y’= 1sin θxl2′l ， 1sin θ = �1 + 1tan θ2=�1 + 79.625 = 1.236 ， Ω= 12 (l1 + l2)y ，Ω’ = 12 �l1’ + l2‘ �y ′ ,式中: l1y = l1′y ′ = 7−l1y ′ ,l1= 7yy ′+y , E0A1: l1=7 ，l2=63 ，α= 770 =0.1 , y=1.236x6370 = 1.11 ,Ω=12 x70x1.11 = 38.85m A1E2: l2=56 ,l’2=7 ,y=1.236x 5670 = 0.989 , y′ = 1.236x 770 = 0.124 , l1 = 7x0.9890.989+0.124 = 6.22 ,α= 6.226.22+56 = 0.1 ,Ω=12 (6.22 + 56)x0.989 = 30.77m l1′ = 7 − 6.22 = 0.78 ,α′= 0.780.78+7 = 0.1 ,Ω′=-12 x7.78x0.124 = −0.48 ∑Ω=30.77-0.43=30.29m 其余斜杆按上述方法计算 并将其结果列入表中。 （3）吊杆：y=1.0 ,Ω=12 x1x14 =7m 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 6 3. 恒载内力 NP=P∑Ω E0E2: Np=18x22.75=409.5KN , E2E4: Np=18X53.55=963.9 KN , E4E4’ ：NP＝18X63.7＝1146.6 KN A1A3：NP=18X（-40.6）=-730.8 KN , A3A5：NP=18X（-60.9）=-1096.2 KN E0A1: NP=18X38.85=699.3KN , A1E2: NP=18X30.29=545.22KN E2A3: NP=18X21.62=389.16KN , A3E4: NP=18X12.98=233.64KN E4A5: NP=18X4.34=78.12KN , A1E1: NP=18X7=126KN 4. 活载内力 （1）换算均布活载 K，按 α 及加载长度 l 表可得： E0E2: α=0.1 , l=70 , q=96.48KN／m , k= 96.482 = 48.24KN／m E2E4: α=0.3 , l=70 , q=91.68KN／m , k= 91.682 = 45.84KN／m E4E4′ : α=0.5 , l=70 , q=89.9KN／m , k=89.92 = 44.95KN／m A1A3: α=0.2 , l=70 , q=93.48KN／m , k= 93.482 = 46.74KN／m A3A5: α=0.4 , l=70 , q=90.7KN／m , k= 90.72 = 45.35KN／m E0A1: α=0.1 , l=70 , q=96.48KN／m , k= 96.482 = 48.24KN／m 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 7 A1E2: α=0.1 , l=62.22 , q=98.38KN／m , k= 98.382 = 49.19KN／m α′=0.1， l′=7.78 , q′=161.27KN／m , k′=161.27 2 = 80.64KN／m E2A3: α=0.1 , l=54.44 , q=100.82KN／m , k= 100.82 2 = 50.41KN／m α′=0.1 , l′=15.56 , q′=129.06KN／m , k′=129.06 2 = 64.53KN／m A3E4: α=0.1 , l=46.67 , q=103.52KN／m , k= 103.52 2 = 51.76KN／m α′=0.1 , l′=23.33 , p′=118.11KN／m , k′=118.11 2 = 59.05KN／m E4A5: α=0.1 , l=38.89 , q=106.65KN／m , k= 106.65 2 = 53.32KN／m α′=0.1 , l′=31.11 , q′=111.00KN／m , k′=111.00 2 = 55.5KN／m AiEi: α=0.5 , l=14 , q=133.3KN／m , k= 133.3 2 = 66.65KN／m （2）冲击系数 弦杆，斜杆：1+μ=1+ 28 40+а = 1 + 2840+70 = 1.25 吊杆：1+μ=1+ 28 40+14 = 1.52 （3）静活载内力 NK NK=KΩ , E0E2：NK=48.24X22.75=1097.46KN E2E4: NK=45.84X53.55=2454.73KN ,E4E4 ′ : NK=44.95X63.7=2863.32KN A1A3: NK=46.74X(-40.6)=-1897.64KN ,A3A5: NK=45.35X(-60.9)=-2761.82KN E0A1: NK=48.24X38.85=1874.12KN ,E4A5: NK=53.32X12.02=640.91KN Nk ′ = 53.32x(−7.68) = 409.50kn 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 8 （4）活载发展均衡系数 η 值 η=1+ 1 6 (αmax − α) ，α= NP(1+μ)NK ,αmax为跨中弦杆 E4E4‘的 α 值。αmax= 1146.61.25x2863.32=0.320 E0E2：α= 409.5 1.25x1097.46 = 0.298 ,η=1+16 (0.32− 0.298) = 1.0037 E4A5: α= 78.121.25x640.9 = 0.0975 ,η=1+16 (0.32− 0.0975) = 1.0371 其余杆件计算同上，并将其结果列于表 2.1 中。 5.列车横向摇摆力产生的弦杆内力 横向摇摆力取 S=100ＫＮ，作为一个集中荷载取最不利位置加载，水平作用在钢 轨顶面。摇摆力在上下平纵联的分配系数如下：桥面系所在平面分配系数为 1.0， 另一平面为 0.2. 上平纵联所受荷载 S 上=0.2x100=20KN，下平纵联所受荷载 S 下=1.0x100=100KN. 摇摆力作用下的弦杆内力Ns=yS，y系弦杆在简支平纵联桁架影响线纵距，例如： 上弦杆 A1A3长度为两个节间，受力较大的为第二个节间，其影响线顶点对应于 该节间交叉的交点 O。影响线的纵距：y=l1l2 LB =10.5x45.5 56x5.75 = 1.484 ，Ns = ys = 1.484x20 = 29.67KN ； 同理对A3A5：Ns = 24.5x31.556x5.75 x20 = 47.93KN ； 下弦杆：E0E2：Ns = 10.5x59.570x5.75 x100 = 155KN ；E2E4：Ns = 24.5x45.570x5.75 x100 = 276.96KN ； E4E4’：Ns = 38.5x31.570x5.75 x100 = 301.30KN ； 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 9 第二节、横向风力作用下的主桁杆件附加内力计算 1、平纵联效应的弦杆附加力 依设计任务书的要求，风压 W=K1K2K3W0=1.0x1.25kpa,故有车风压 W’=0.8xW=1.0kpa。 （1）下平纵联的有车均布荷载 W 下： 桁高 H=9.625m，h=纵梁高+钢轨轨木高=1.29+0.4=1.69m W下＝[0.5×0.4×H+ (1-0.4)×(h+3)]W’＝[0.5×0.4×9.625+ (1-0.4)×(1.69+3)]×1.0＝ 4.739kN/m (2) 上平纵联的有车均布风荷载 W上＝[0.5×0.4×H+ 0.2×(1-0.4)×(h+3)]W’ ＝ 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 10 [0.5×0.4×9.625+ 0.2×(1-0.4)×(1.69+3)]×1.0＝2.488kN/m (3) 弦杆内力 弦杆横向风力影响线顶点对应位置和纵距同上述的摇摆力计算。 上弦杆A1A3 在均布风荷载w 上作用下的内力为： Nw上=ΩW上= 1 2 yLW上 = 0.5x 10.5x45.556x5.75 x56x2.488 = 103.36KN A3A5:NW上=ΩW上= 1 2 yLW上 = 0.5x 24.5x31.556x5.75 x56x2.488 = 166.966KN 下弦杆：E0E2 NW下=ΩW下= 1 2 yLW下 = 0.5x 10.5x59.570x5.75 x70x4.739 = 257.45KN ， E2E4：NW下=ΩW下= 1 2 yLW下 = 0.5x 24.5x45.570x5.75 x70x4.739 = 459.37KN ， E4E’4: NW下=ΩW下= 1 2 yLW下 = 0.5x 38.5x31.570x5.75 x70x4.739 = 499.76KN 2、桥门架效应的端斜杆和端下弦杆附加力 桥门架所受总风力：Hw=0.5LW上=0.5x56x2.488=69.664KN l＝11.90m, c＝8.04m(课程设计可取此c 值), 端斜杆反弯点位置l0＝c(c+2l) 2(2c+l) = 8.04(8.04+2∗11.9)2∗(2∗8.04+11.9) = 4.57m 端斜杆轴力V＝Hw(l−l0) B = 69.664(11.9−4.57) 5.75 = 88.81KN 端斜杆轴力V 在下弦杆产生的分力 Nw’＝Vcosθ＝88.81x7/11.9=52.24KN 端斜杆中部附加弯矩MF=Hw(c-l0)/2=69.664(8.04-4.57)/2=120.87KN·m 端斜杆端部(横梁高度1.29m 的一半处)附加弯矩MK为： 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 11 MK= Hw 2 �l0 − h横 2 � = 69.664 2 �4.57− 1.292 � = 136.72KN ∙ m 计算结果列在表中。 第三节、制动力作用下的主桁杆件附加力计算 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。 Ra a = Rb b 5×220+92x 21 = 92×(30−x)+80×(19+x) 49 解得x=7.56m 故桥上活载总重＝5× 220 + 30× 92 + (19+7.56)×80 = 5984.8kN 在主力作用下的内力已计入冲击系数，制动力按静活载的7％计算: 制动力：T＝5984.8×0.07＝418.94kN E2E4 制动力作用附加内力NT＝T/2＝209.47kN 其下弦杆件内力见表2.1。 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 12 2、端斜杆制动力计算 E0E1 杆力影响线顶点位置离左端点支点7m，设将列车荷载的第3 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 Ra+P1 a > Rb b 2×220+220 7 =94.28>440+30×92+30×80 63 =88.88 Ra a > Rb+P1 b 440 7 = 62.86 < 660+30×92+3080 63 =92.38 将第2 轴重或第4 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=0.07(5× 220 + 30 × 92 + 80 × 30) = 438.2KN 制动力所产生的杆件内力NT和M2： 轴向力NT=0.5T=219.1KN ；M= T 2 h = 219.1 × 0.37 = 81.07ＫＮ · m(下弦杆中线至 支座下摆顶点的距离h＝0.37m) 下弦杆弯矩M1＝0.4M＝0.4×81.07=32.428KN∙ m 端斜杆弯矩M2＝0.7M＝0.7×81.07＝５６.７４９ＫＮ∙ m 第四节 疲劳内力计算 1、 疲劳轴力 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 13 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+μf)。同时，第4.3.5 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、斜杆： １＋μf＝１＋ １８４０＋Ｌ＝１＋ １８４０＋７０＝１.１６ 吊杆：１＋μf＝１＋ １８４０＋Ｌ＝１.３３ Ｅ２Ｅ４： Ｎnmax ＝Ｎp＋�１＋μf�Ｎk＝９６３.９＋１.１６× ２４５４.７３＝３８１１.３９ＫＮ Ｎnmin ＝Ｎp＝９６３.９ＫＮ 其余计算内力见表２.１ 2、 吊杆疲劳弯矩 作用在纵梁上的恒载：p=p1/2+p8=9.73 kN/m 由恒载产生纵梁对横梁的作用力(即纵梁梁端剪力) Np = p ×Ω = 9.73×7=68.11 kN 当L＝14m 和α＝0.5 时，换算均布荷载k＝133.3/2＝66.65kN/m 由活载产生纵梁对横梁的作用力Nk = k ×Ω = 66.65×7.0 = 466.55kN 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 14 由恒载产生的简支梁弯矩: Mp = Np（ B−c2 )=68.11× �5.75−22 � = 127.71KN ∙ m 由静活载产生的简支梁弯矩: Mk = Nk �B−c2 � = 466.55 × �5.75−22 � = 874.78KN ∙m 冲击系数:1+μ=1+ 2840+L = 1 + 2840+14 = 1.52 横梁α= NpNk（1+μ） = 68.11466.55×1.52 = 0.096 ， η = 1 + 16 (αmax − α) = 1 + 16 (0.320 − 0.096) = 1.037 横梁Mpk=Mp+η（1+μ）Mk=127.71+1.037× 1.52 × 874.78 = 1378.86KN ∙m ,MBp = 3u(2−0.5β)ibis +3 Mp , MBpk = 3u(2−0.5β)ibis +3 Mpk ,u=a+cB = 187.5+200575 =0.6739 ,β = L L′ =4.4/8.98=0.49 横梁、竖杆在框架面内的刚度系数： ib = EIbB = 653236E575 = 1136.06Ecm is = EIsB = 38224E440 = 86.87Ecm 式中E ——钢的弹性模量； Ib、Is——横梁、竖杆在框架平面内的惯性矩； L ——横联门楣最下端节点到衡量重心轴的距离； L'——上弦节点中心到横梁重心的距离； 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 15 MBp = 3 ∗ 0.6739 ∗ 127.71(2− 0.5 ∗ 0.49)1136.06 86.87 + 3 = 9.95KN ∙ m MBpk = 3 ∗ 0.6739∗ 1378.86(2− 0.5 ∗ 0.49)1136.06 86.87 + 3 = 107.42KN ∙ m 第五节 主桁杆件内力组合 1、 主力组合 NI ＝ Np+η(1+μ)Nk +Ns，例如 A1A3:NI = −731.8 + (−2377.91)− 29.73 = −3139.43KN E4 A5 ： N1= -78.12-830.888=909KN N‘1=-78.12+574.267=496.147KN 2、主力和附加力的组合 A1A3：主力N1=-3137.43KN ，附加力Nw=-103.4KN 主力+横向附加力：N11=-3137.43-103.4=-3240.83KN 其余杆件和力的组合见表2.1. 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 16 表 2.1 主桁杆件内力计算汇总表 杆件名称 影响线 恒载 活载 摇摆力 附加力 内力组合 仅有轴力 的杆件 疲劳计算内力 加载长 度 顶点位 置 面积Ω 总面积 ∑Ω Np k Nk=kΩ 1+μ (1+μ)Nk a amax-a η η（1+μ)Nk NS 平联纵风 力 Nw 桥门架 风力 Nw' 制动力 NT 主力 NI 主+风 NII 主+风弯 矩 MII 主+制 NIII 主+制 弯矩 1+uf Nn=Np+( 1+uf)Nk 吊杆下 端弯矩 单位 m m m KN KN/m KN KN KN KN KN KN KN KN KN KN.m KN KN.m KN 项次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 上弦杆 A1A3 70 0.2 -40.6 -40.6 -731 46.74 -1897.64 1.25 -2372.1 0.3081 0.0123 1.002 -2376.91 -29.727 -103.36 -3137.4 -3240.793 -3137.43 A3A5 70 0.4 -60.9 -60.9 -1096 45.35 -2761.815 1.25 -3452.3 0.3175 0.0028 1.0005 -3453.89 -47.935 -166.97 -4598 -4764.999 -4598.03 下 弦 杆 E0E2 70 0.1 22.75 22.75 409.5 48.24 1097.46 1.25 1371.83 0.2985 0.0218 1.0036 1376.82 155.217 254.45 52.24 209.47 1941.54 2195.9878 2151 32.43 1.16 1682.6 E2E4 70 0.3 53.55 53.55 963.9 45.84 2454.732 1.25 3068.42 0.3141 0.0062 1.001 3071.596 276.957 459.37 209.47 4312.45 4771.8224 4521.9 4312.452 1.16 3811.4 E4E4' 70 0.5 63.70 63.7 1147 44.95 2863.315 1.25 3579.14 0.3204 0.00 1.00 3579.144 301.304 499.76 209.47 5027.05 5526.8081 5236.5 5027.048 1.16 4468 斜杆 E0A1 70 0.1 -38.85 -38.9 -699 48.24 -1874.124 1.25 -2342.7 0.2985 0.0218 1.0036 -2351.19 -88.8 -3050.5 -3139.296 120.9 -3050 56.77 A1E2 62.2 0.1 30.77 30.29 545.2 49.19 1513.5763 1.25 1891.97 0.2882 0.0322 1.0054 1902.118 2447.34 2447.338 1.16 2301 7.78 0.1 -0.48 80.64 -38.7072 1.25 -48.384 -11.27 11.589 2.9315 -141.837 403.383 403.3826 1.16 500.32 E2A3 54.4 0.1 -23.54 -21.6 -389 50.41 -1186.651 1.25 -1483.3 0.2624 0.058 1.0097 -1497.65 -1886.8 -1886.81 1.16 -1766 15.6 0.1 1.92 64.53 123.8976 1.25 154.872 -2.513 2.8331 1.4722 228.001 -161.16 -161.159 1.16 -245.4 A3E4 46.7 0.1 17.31 12.98 233.6 51.76 895.9656 1.25 1119.96 0.2086 0.1117 1.0186 1140.814 1374.45 1374.454 1.16 1273 23.3 0.1 -4.33 59.05 -255.6865 1.25 -319.61 -0.731 1.0514 1.1752 -375.613 -141.97 -141.973 1.16 -296.6 E4A5 38.9 0.1 -12.02 -4.34 -78.1 53.32 -640.9064 1.25 -801.13 0.0975 0.2228 1.0371 -830.888 -909.01 -909.008 1.16 -821.6 31.1 0.1 7.68 55.5 426.24 1.25 532.8 -0.147 0.467 1.0778 574.2676 496.148 496.1476 1.16 494.44 竖杆 EiAi 14 0.5 7 7 126 66.65 466.55 1.52 709.156 0.1777 0.1427 1.0238 726.0197 852.02 852.0197 1.33 746.51 9.95 107.42 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 17 第三章 主桁杆件截面设计 第一节 下弦杆截面设计 一、中间下弦杆E4E4’ 1、初选杆件截面 选用腹板 1-412× 24 ，翼缘 2−460 × 24 每侧有 4 排栓孔，孔径 d=23mm 。 毛截面积 Am=2× 2.4 × 46 + 41.2 × 2.4 = 319.68cm2 ， 栓孔削弱面积∆A=2× 4 × 2.4 × 2.3 = 44.16cm2 ， 净截面面积Aj = Am − ∆A=319.68−44.16 = 275.52cm2 。 2、刚度验算 Iy = 2 × 112 × 2.4 × 463 + 112 × 41.2 × 2.43 = 38981.86cm4 ，杆件自 由长度 ly = 700cm ， iy = � IyAm = �38981.86319.68 = 11.04cm ，λy = Iyiy = 70011.04 = 63.40 ≤ [λ]= 100 ，通过验算。 λx < λy，无需验算。 3、拉力强度验算 σj = NIAj = 5027.68 × 10275.52 = 182.48 ≤ γ[σ] = 1 × 200 = 200MPa 式中γ 为板厚的修正系数,取 1.0 。 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 18 4、疲劳强度验算 由表 2.1 可知，Nmin = 1147KN ，Nmax = 4468KN ， σmin = NminAj = 1147 × 1000275.52 × 100 = 41.63MPa σmax = NmaxAj = 4468 × 1000275.52 × 100 = 162.27MPa 拉-拉杆件验算式: γdγn(σmax − σmin) ≤ γt[σ0] ,式中线路系数γd = 1.0，损伤修正 系数γn = 1.0 ，板厚修正系数γt = �25t4 = �25244 = 1.01 ，查规范表 3.27-2 的杆件验 算截面为Ⅲ类疲劳等级，查表 3.27-1 知其疲劳容许应力 [σ0] = 130.7MPa ,故 1.0× 1.0(162.27− 41.63) = 120.64 ≤ 1.01 × 130.7 = 132.0MPa,通过验算。 二、端下弦杆 E0E2 1、初选截面 选用腹板 1-428× 12 ，翼板 2− 460 × 16 。 毛截面面积：Am = 198.56cm2 ，栓孔削弱面积∆A = 29.44cm2 ， 净截面面积：Aj = 198.56− 29.44 = 169.12cm2 。 2、刚度验算 Iy = 25962.43cm4 ，iy = 11.43 ，λy = 61.24 < [λ] = 100 ，通过验算。 净截面惯性矩 Iyj＝Iy-ΔIy＝25962-1.6×2.3×4×(92+172)＝20515.6cm4 3、拉力强度验算 （1）主力作用：NI = 1941.54KN σIj = NIAj = 1941.54 × 10169.12 = 114.8MPa ≤ γ[σ] = 200MPa (2)主力+制动力作用：NⅢ = 2054.4KN ，制动弯矩MⅢ= 32.43KN ∙ m σⅢj= NⅢAj + MⅢwj = 2054.4 × 10169.12 + 32.43 × 230 × 10020515.6 = 157.83Mpa ≤ γ[σ]= 1.0 × 1.25 × 200 = 250MPa 。 1.25 为主力＋制动附加力作用验算的放大系数。 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 19 4、疲劳强度验算 由表 2.1 可知 Nmin＝409.5kN、Nmax＝1682.6kN 得 σmin = NminAj = 409.5 × 10169.12 = 24.23MPa σmax = NmaxAj = 1682.6 × 10169.12 = 99.49MPa 拉－拉杆件验算式：rdrn(σmax-σmin)≤ rt[σ0]，故 1.0× 1.0 × (99.49− 24.23) = 75.26Mpa ≤ 1.00 × 130.7 = 130.7MPa 通过验算。 第二节 上弦杆截面设计 以上弦杆 A1A3 为例。 1、 初选截面：选用腹板 1-412×18、翼缘 2-460×24 2、 刚度检算：λy ＝60.92≤[λ]＝100，通过验算。 3、 总体稳定验算 由 λy ＝60.92，查表内插求得 φ1＝0.726， σ = Nc Am = 3137.4 × 10 294.96 = 106.37MPa ≤ φ1[σ]＝0.726 × 200＝145.2MPa， 通过验算。 4、 局部稳定验算 (1) 翼缘板 按照《钢桥规范》，查表 5.3.3，当 λ≥50 时，板件的宽厚比b δ ≤ 0.14λ＋5 翼缘板 b δ = 46−1.82 2.4 = 9.21 < 0.14 × 69.61＋5＝14.75，通过验算。 (2) 腹板 按照《钢桥规范》，查表 5.3.3，当 λ≥50 时，板件的宽厚比b δ ≤ 0.4λ＋10 腹板 b δ = 41.2 1.8 ＝22.88 ≤ 0.4 × 69.61＋10＝37.84，通过验算。 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 20 同理，设计计算其它上弦杆。 第三节 端斜杆截面设计 1、 初选截面 选用腹板1-412×18、翼缘2-600×24 截面面积，惯性矩计算方法同上。 2、 刚度验算 λy＝69.32，λx＝58.97≤[λ]＝100，通过验算。 3、 总体稳定验算 (1) 主力作用 由 λx＝58.97，查表得 φ1＝0.74 σIm = NIAm = 3050.5 × 10362.16 = 84.23MPa ≤ φ1[σ]＝0.74 × 200＝148.06MPa， 通过验算。 (2) 主力＋横向风力作用 端斜杆E0A1在主力作用下为受压杆件，在主力与横向力作用下为压弯杆。附 加力为横向力时，弯矩作用于主平面外。参照《钢桥规范》第4.2.2 条规定，对 受压并在一个主平面内受弯曲的杆件，总稳定性计算公式为： ][1 21 1 σϕ ϕµ ϕ σ ≤+= mm W M A N 换算长细比λ e = α Lrxhrx = 1.8 1071×20.1846×15.45 = 54.74，查表得 77.0'1=ϕ 式中α ——系数，焊接杆件取 1.8； h ——杆件两翼缘板外缘距离，即截面宽度， mmh 460= 。 因端斜杆采用 H 形截面，且失稳平面为主桁平面，和弯矩作用平面不一致。 按《钢桥规范》第 4.2.2 条，此 1'ϕ 可用作 2ϕ 。 MPaMPa A N m 1.23][15.068.86 16.362 1029.3139 1 =≥= × = σϕ 所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值 1µ 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 21 796.0 16.362210000 1097.5829.31394.111 2 2 2 2 1 1 =×× ××× −=−= ππ λµ mEA Nn 式中λ ——构件在弯矩作用平面内的长细比； E ——钢材的弹性模量（MPa）; 1n ——压杆容许应力安全系数。主力组合时取用 7.11 =n ， ][σ 应按主力组合采用； 主力加附加力组合时取用 4.11 =n ， ][σ 应按主力加附加力组合采用。 σ∥m = 31392.9362.16 × 0.740.796 × 0.77 × 120.87 × 230 × 100147498 = 109.44MPa ≤ 0.74 × 1.2 × 200 = 177.6MPa 通过验算。 （3）主力+制动力作用 依照《钢桥规范》4.2.2 条规定，当验算的失稳平面和弯矩作用平面一致时， 0.12 =ϕ MPaMPa A N m 1.23][15.023.84 16.362 1049.3050 1 =≥= × = σϕ 所以应考虑弯矩因构件受压而增大所引用的值 1µ 802.0 16.362210000 1097.5849.30504.111 2 2 2 2 1 1 =×× ××× −=−= ππ λµ mEA Nn MPaMPa m 6.17720025.174.041.102 86420 30010077.56 0.1802.0 74.0 16.362 1049.3050 III =××≤= ×× × × + × =σ 4 局部稳定验算 同上，见表 3.1。 第四节 中间斜杆截面设计 以斜杆E4A5 为例。 1、 初选截面 选用腹板1-428×10、翼缘2-460×16 截面面积、惯性矩计算方法同上。 2、 刚度验算 λmax＝λy＝81.44≤100，通过验算 3、 总体稳定验算 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 22 由 λmax＝λy＝81.44，查表内插得 φ1＝0.573 σm = NAm = 909.01×10190 = 47.84MPa≤φ1[σ]＝0.573×200＝114.60MPa， 通过验算. 4、局部稳定验算 (1) 翼缘板 按照《钢桥规范》，查表 5.3.3，当 λ≥50 时，板件的宽厚比b δ ≤ 0.14λ＋5 翼缘板 b δ = （46−1.0）/2 1.6 = 14.06 ≤ 0.14 × 93.09＋5＝18.03，通过验算。 (2) 腹板 按照《钢桥规范》，查表 5.3.3，当 λ≥50 时，板件的宽厚比b δ ≤ 0.4λ＋10 腹板 b δ = 42.8 1.0 ＝42.8 ≤ 0.4 × 93.09＋10＝47.24，通过验算。 同理，设计计算其它上弦杆。 5、疲劳验算 由表2.1 可知 Nmin＝-821.6kN、Nmax＝416.32kN 得 σmin = NminAj = −821.6×10160.56 = −51.17MPa σmax = NmaxAj = 416.32×10160.56 = 25.92MPa ρ = σmin σmax = −51.17 25.92 = −1.97 可知E4A5 为以压为主的拉压杆件，验算公式为rd rn′ σmax ≤rt rp [σ0] rd rn′ σmax ＝1.0×1.0×25.92=25.92MPa ≤1.0×0.38×130.70＝49.67MPa，通过验算。 6、 拉力强度验算 杆件同时承受拉力，故还应验算其净截面的拉力强度 σj＝NAj = 496.148×10160.56 = 30.90MPa≤200MPa，通过验算。 第五节 吊杆截面设计 1、 初选截面 选用腹板1-436×10、翼缘2-260×12 截面面积，惯性矩计算方法同上。 2、刚度验算 《钢桥规范》规定仅受拉力且长度≤16m 的腹杆容许最大长细比为180， 单线铁路下承式栓焊简支钢桁梁桥课程设计 23 由表3.1 可知λx＝50.71，λy＝133.8≤180，通过验算。 3、 疲劳强度验算 吊杆无附加力，在主力作用下，吊杆除受到轴力外，还受到横向钢架作用 产生的弯矩，故应检算轴力与弯矩共同作用下的疲劳。 由表2.1 可知 Nmax＝746.51kN、Nmin＝126.00kN，Mmax＝107.42kN.m、Mmin ＝9.95kN.m 吊杆A1E1 净截面积Aj＝94.96cm2，毛惯性矩Imx＝38224cm4。 栓孔惯性矩ΔIx ＝4× （ 1 12 × 2.3 × 1.23 + 1.2 × 2.3 × 22.42) ＝ 5541 cm4； 净惯性矩Ijx ＝ Imx-ΔIx ＝ 38224-5541 ＝ 32683 cm4 σmax = Nnmax Aj + Mnmax wj = 746.51×10 94.96 + 107.42×23×100032683 = 154.21MPa σmin = Nnmin Aj + Mnmin wj = 126×10 94.96 + 9.95×23×100032683 = 20.27MPa 故rdrn(σmin-σmax)＝1.00×1.00×(154.21-20.27)＝133.94MPa >rt[σ0]＝1.00×130.70＝130.70 M