钢桁架桥计算书-毕业设计

目录

1.设计资料 ........................................................................................................................ 1 1.1基本资料 ..................................................................................................................... 1 1.2构件截面尺寸 ............................................................................................................. 1 1.3单元编号 ..................................................................................................................... 3 1.4荷载 ............................................................................................................................. 4 2.内力计算 ........................................................................................................................ 7 2.1 荷载组合 ..................................................................................................................... 7 2.2内力 ............................................................................................................................. 8 3.主桁杆件设计 .............................................................................................................. 10 3.1验算内容 ................................................................................................................... 10 3.2截面几何特征计算 ................................................................................................... 11 3.3刚度验算 ................................................................................................................... 14 3.4强度验算 ................................................................................................................... 15 3.5疲劳强度验算 ........................................................................................................... 15 3.6总体稳定验算 ........................................................................................................... 16 3.7局部稳定验算 ........................................................................................................... 17 4.挠度及预拱度验算 ...................................................................................................... 18 4.1挠度验算 ................................................................................................................... 18 4.2预拱度 ....................................................................................................................... 18 5.节点应力验算 .............................................................................................................. 19 5.1节点板撕破强度检算 ............................................................................................... 19 5.2节点板中心竖直截面的法向应力验算 ................................................................... 20 5.3腹杆与弦杆间节点板水平截面的剪应力检算 ....................................................... 21 6.课程设计心得 .............................................................................................................. 22

1. 设计资料

1.1 基本资料

(1) 设计规范

《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）； 《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）； (2) 工程概况

该桥为48m下承式公路简支钢桁架梁桥，共8个节间，节间长度为6m，主桁高10m，主桁中心距为7.00m，纵梁中心距为3m，桥面布置2行车道，行车道宽度为7m。

(3) 选用材料

主桁杆件材料采用A3钢材。 (4) 活载等级 采用公路I级荷载。

1.2 构件截面尺寸

各构件截面对照图

2

各构件截面尺寸统计情况见表1-1：

表1-1 构件截面尺寸统计表

1.3 单元编号

(1) 主桁单元编号

(2) 桥面系单元编号

(3) 主桁纵向联结系单元编号

(4) 主桁横向联结系单元编号

1.4 荷载

(1) 钢桥自重

按A3钢材程序自动添加。 (2) 桥面板自重

桥面板采用C55混凝土，厚度为250mm，宽度为7m，取容重 =25kNm3。假设桥面板不参与受力，将其视为恒载施加在纵梁上，两纵梁各自承担50%。

q1 0.250 7 25kN/m 43.75kN/m

那么，每片纵梁承担21.875kN/m的荷载。

(3) 桥面铺装

不计外侧护墙和内侧护栏基座的作用，沥青混凝土容重 =23kNm3，防水混凝土容重 =24kNm3。则二期恒载集度为：

q2 (0.09 23 0.05 24) 7kN/m 22.89kN/m

(4) 汽车活载

根据《公路桥涵设计通用规范》，取公路I级荷载。其中，车道荷载的均布荷载标准值

qk 10.5kN/m，集中荷载标准值Pk 180

360 180

(48 5) 352kN，计算剪力效应时，上

50 5

述集中荷载标准值应乘以1.2的系数。

在Midas中，定义了2个车道，并定义冲击系数。

(5) 汽车荷载制动力

根据《公路桥涵设计通用规范》第4.3.6条，汽车荷载制动力标准值为：

P10.5 48+352） 10%=85.6kN 制=（

但公路I级荷载的制动力标准值不得小于165kN，所以取标准值为165kN。

(6) 横向风荷载

根据《公路桥涵设计通用规范》第4.3.7

条，横桥向风荷载假定水平地垂直作用于桥梁

各部分迎风面的形心上，其标准值按下式计算：

Fwh k0k1k3WdAwh Wd W0

Vd2

2g

2 V10

2g

Vd k2k5V10

0.012017e 0.0001Z

式中：Fwh——横桥向风荷载标准值（kN）；

W0——基本风压（kN/m2），查表取南京市50年一遇的风压0.4kN/m2； Wd——设计基准风压；

Awh——横向迎风面积（m2），按桥跨结构各部分的实际尺寸计算； V10——桥梁所在地区的设计基本风速（m/s），查表取27.1m/s）； Vd——高度Z处的设计基准风速（m/s）；

； Z——距地面或水面的高度（m）； ——空气重力密度（kN/m3）

k0——设计风速重现期换算系数，此处取0.9； k3——地形、地理条件系数，查表取为1.00； k5——阵风风速系数，按B类地表取1.70；

k2——考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数，查表取为1.19； k1——风载阻力系数，查表取1.8；

g——重力加速度，取9.81m/s2。

假设钢桁架桥下弦杆高度Z=30m，分别计算上弦杆、下弦杆、腹杆等横向风荷载。计算结果如下表：

2. 内力计算

2.1 荷载组合

根据《公路桥涵设计通用规范》第4.1.5-4.1.6条规定进行荷载效应组合，根据不同的效应组合分别进行包络可得到各类组合下的最不利效应值。组合情况如下表：

2.2 内力

内力计算均采用Midas/civil 2010计算。 (1) 主桁内力

对荷载组合进行包络，承载能力极限状态基本组合下的计算结果如下图：

承载能力极限状态基本组合轴力包络

承载能力极限状态基本组合弯矩-y包络包络

承载能力极限状态基本组合弯矩-z包络包络

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，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。其值按下式计算：

1 f 1

14

40 L

式中： L—桥梁跨度（m），承受局部活载杆件为影响线加载长度；

f—活载冲击力的动力系数。

1 f 1

1414

1 1 0.16 1.16 40 L40 48

3. 主桁杆件设计

3.1 验算内容

根据主桁杆件受力性质的不同，分别对相应杆件进行下表所列项目的检算。

用试算法设计各类杆件的步骤：

a) 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；

b) 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； c) 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；

d) 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。

3.2 截面几何特征计算

(1) 下弦杆E2E4

选用腹板1-436×12，翼缘2-460×20；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm; 毛截面Am 2 46 2 43.6 1.2 236.32cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 2.2 2.3 40.48cm2 净截面面积Aj Am A 236.32 40.48 195.84cm2 (2) 下弦杆E0E2

选用腹板1-436×12，翼缘2-460×12；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm; 毛截面Am 2 46 1.2 43.6 1 154cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 1.4 2.3 25.76cm2 净截面面积Aj Am A 154 25.76 128.24cm2 (3) 上弦杆A1A3

选用腹板1-436×12，翼缘2-460×20；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm;

毛截面Am 2 46 2 43.6 1.2 236.32cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 2.2 2.3 40.48cm2 净截面面积Aj Am A 272.24 40.48 195.84cm2 (4) 上弦杆A3A3

选用腹板1-412×20，翼缘2-460×24；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm; 毛截面Am 2 46 2.4 41.2 2.0 303.2cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 2.6 2.3 47.84cm2 净截面面积Aj Am A 303.2 47.84 255.36cm2 (5) 斜腹杆E0A1

选用腹板1-420×12，翼缘2-600×20；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm; 毛截面Am 2 60 2.0 42.0 1.2 290.4cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 2.2 2.3 40.48cm2 净截面面积Aj Am A 290.4 40.48 249.92cm2 (6) 斜腹杆A1E2

选用腹板1-436×10，翼缘2-440×12；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm; 毛截面Am 2 44 1.2 43.6 1 149.2cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 1.4 2.3 25.76cm2 净截面面积Aj Am A 149.2 25.76 123.44cm2 (7) 斜腹杆E2A3

选用腹板1-428×10，翼缘2-460×16；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm; 毛截面Am 2 46 1.6 42.8 1.0 190cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 1.8 2.3 33.12cm2 净截面面积Aj Am A 190 33.12 156.88cm2 (8) 斜腹杆A3E4

选用腹板1-436×10，翼缘2-440×12；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm; 毛截面Am 2 44 1.2 43.6 1 149.2cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 1.4 2.3 25.76cm2 净截面面积Aj Am A 149.2 25.76 123.44cm2 (9) 竖杆

选用腹板1-436×10，翼缘2-260×12；每侧有4排栓孔，孔径d＝23cm; 毛截面Am 2 26 1.2 43.6 1 106cm2 栓孔削弱面积 A 2 4 1.4 2.3 25.76cm2 净截面面积Aj Am A 106 25.76 80.24cm2 利用Midas计算截面特征，如下表：

3.3 刚度验算

(1) 下弦杆E2E4

利用迈达斯计算截面特性有Iz 32451.38cm4 杆件自由长度lz

600cm

iz

11.77cm z

验算通过。

由于 y z，无需验算。 (2) 下弦杆E0E2

lz600 50.98 [ ] 100 iz11.77

利用迈达斯计算截面特性有Iz 25811.31cm4 杆件自由长度lz

600cm

iz

11.7cm

z

验算通过。

由于 y z，无需验算。

lz600 51.29 [ ] 100 iz11.7

同理，可计算其他杆件的稳定性，结果如下表：

《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，所以竖杆验算通过，所有杆件均能满足刚度要求。

3.4 强度验算

承载能力极限状态基本组合应力图

计算结果表明，最大拉应力为68.13MPa，最大压应力51.75MPa，不超过各板厚对应的抗拉、压强度设计值。

3.5 疲劳强度验算

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）规定，对于只受压的构件可不进行疲劳强度验算，对出现拉应力的受循环荷载杆件进行疲劳强度验算。

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）表1.2.17-1，按轴向受力杆件，计算疲劳强度。下面以杆件单元1为例说明：

由上表可知Nmin＝497.49kN、Nmax＝920.08kN得：

min max

Nmin497.49 1000

30.54MPa Aj162.88 100Nmax920.08 1000

60.64MPa Aj162.88 100

min30.54

0.50 max60.64

查《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）表1.2.17-4，判定杆件验算截面为第C类容许应力类别，根据表1.2.17-2所列公式计算疲劳容许应力：

165

[ ] min{,140} 140MPa

1 0.6 N978.04 51.58MPa

Aj162.88

因此， [ ]，满足规范要求。

其他需进行疲劳强度验算的杆件也都满足要求，计算结果列于上表。

3.6 总体稳定验算

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）规定，对于受压的构件需进行总体稳定验算。

以14号单元为例，即中间上弦杆为例说明：

由λz＝50.8，查《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）表1.2.16-2，内插求得φ1＝0.77。

Nc1561.8 10

51.5MPa 1[ ] 0.77 140=107.8MPa Am303.2

满足要求。

其他需进行总体稳定验算的杆件也都满足要求，计算结果列于上表。

3.7 局部稳定验算

下面以19号单元为例说明：

对翼缘板，根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）表1.2.22，当 y 60，板的宽厚比

b

14。

600 12

b 13.36 14， 22

翼缘板局部稳定满足要求。

对腹板，根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025-86）表1.2.22，当 z 50，板的宽厚比

b

0.6 z 5,50 min。

b

480 2 22

31.14 0.6 z 5 0.6 55.62 5 38.37

14

腹板局部稳定满足要求。

4. 挠度及预拱度验算

4.1 挠度验算

为保证行车的安全平稳，应保证一定的竖向刚度。根据《公路桥涵钢结构及木结构实际规范》（JTG 025-86）第1.1.5条，汽车荷载（不计冲击力）所引起的竖向挠度，对于简支梁不应超过L。

活载作用（不计冲击力）下桁架位移图

桁架在活载作用（不计冲击力）下，竖向最大挠度为1.65cm，简支梁挠度限制

/800 6cm，1.65cm 6cm，桁架竖向刚度满足要求。

4.2 预拱度

根据《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTG 025-86）第1.1.6条，桥跨结构应设置预拱度，其值等于结构重力与1/2静活载所产生的竖向挠度和；起拱应做成平顺曲线。如桥面在竖曲线上，预拱度应与竖曲线纵坡一致。当结构重力和静活载所产生的挠度不超过跨径的1/1600时，可不设预拱度。

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