現(xiàn)代鋼橋課程設(shè)計(jì)48米單線鐵路下承式栓焊簡支梁主桁設(shè)計(jì)docx

1、48米單線鐵路下承式栓焊簡支梁主桁設(shè)計(jì)姓名： 學(xué)號(hào)：08231051 班級(jí)：土木0802班 學(xué)院：土木建筑工程學(xué)院 2011年11月15日目錄第一部分 設(shè)計(jì)說明書一、 設(shè)計(jì)資料 -4二、 鋼梁上部總體布置及尺寸擬定 -41、鋼桁架梁橋的優(yōu)缺點(diǎn) -42、設(shè)計(jì)假定和計(jì)算方法 -43、主桁桿件截面選擇 -54、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則 -55、設(shè)計(jì)思路和步驟 -56、參考文獻(xiàn) -6第二部分 設(shè)計(jì)計(jì)算書一、打開軟件 -7二、創(chuàng)建模型 -71 設(shè)定造作環(huán)境 -72 定義材料和截面 -73 建立節(jié)點(diǎn)和單元 -84 輸入邊界條件 -85 輸入荷載（1）加載自重-96 運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析（1） -107 查看結(jié)果 -108 輸

2、入荷載（2）活載添加-129 運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析（2） -1310查看結(jié)果 -13三、主力求解 -141 沖擊系數(shù) -142 活載發(fā)展均衡系數(shù) -143 活載產(chǎn)生內(nèi)力 -14四、橫向附加力產(chǎn)生主桁內(nèi)力計(jì)算-151 由已知條件確定橫向控制力-152 用軟件計(jì)算橫向力作用下的桁架桿件內(nèi)-163 橋門架效應(yīng)計(jì)算 -17五、縱向荷載產(chǎn)生主桁內(nèi)力計(jì)算 -18六、內(nèi)力組合 -19七、截面驗(yàn)算 -211驗(yàn)算內(nèi)容 -212主桁桿件截面幾何特征計(jì)算 -213主桁桿件截面驗(yàn)算 -24八、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算與驗(yàn)算 -27第一部分 設(shè)計(jì)說明書一、設(shè)計(jì)資料1. 設(shè)計(jì)規(guī)范：鐵路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范2. 活載等級(jí)：中活載3. 結(jié)構(gòu)輪廓尺寸：計(jì)

3、算跨度48米，橋全長48.6米，桁高11米，主桁中距5.75米，節(jié)間長度8米，傾斜角4材料：主桁采用16Mnq鋼，板厚限于24mm，高強(qiáng)螺栓用40B鋼5連接：工廠焊接，工地栓接，基本參數(shù)為：栓直徑23mm，預(yù)緊力200KN，摩擦系數(shù)0.456恒載：鋼橋橋面為明橋面，雙側(cè)人行道，自重按34KN/m計(jì)，風(fēng)力為1000KN/m*m二、鋼梁上部總體布置及尺寸擬定一、鋼桁架梁橋的優(yōu)缺點(diǎn)鋼桁架梁橋具有自重輕、跨度大，結(jié)構(gòu)形式更趨于合理，形成更多優(yōu)美、實(shí)用的體系等優(yōu)點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件適合于工業(yè)化制造與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，便于運(yùn)輸和安裝，施工期限短，不受季節(jié)限制。如果意外遭到破壞，可以更換損壞構(gòu)件，容易修復(fù)。鋼桁架梁橋的

4、主要缺點(diǎn)是：構(gòu)件容易銹蝕，需要定期檢查、除銹、油漆，維護(hù)費(fèi)用高；列車過橋時(shí)，鋼橋發(fā)出的噪音大，而且隨著車速的提高更加明顯。二、設(shè)計(jì)假定和計(jì)算方法由于本設(shè)計(jì)中所有干見的高度不超過其長度的十分之一，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定，不考慮節(jié)點(diǎn)剛性次應(yīng)力。所有桿件按照桁架單元建立模型，不考慮桿件的壓彎、拉彎效應(yīng)。三、主桁桿件截面選擇根據(jù)相關(guān)同類設(shè)計(jì)資料，如下選擇桿件桿件類型截面編號(hào)單元（號(hào)碼）截面組成（mm*mm）上弦1上弦邊桿7、102440*18；1400*102上弦中桿8、92440*22；1400*18下弦3下弦邊桿1、2、5、62440*22；1420*84下弦中桿3、42440*18；1400*10端斜桿5

5、端斜桿11、212560*18；1400*10中間斜桿6中斜桿一13、192420*10；1420*87中斜桿二15、172440*14；1400*8豎桿8豎桿12、14、16、18、202260*12；1420*10四、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)原則鋼桁梁的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造和受理相當(dāng)復(fù)雜，它連接了位于主桁平面、平縱聯(lián)平面和橫聯(lián)平面三個(gè)正交平面的桿件，這些桿件的內(nèi)力通過節(jié)點(diǎn)取得平衡。節(jié)點(diǎn)將不同受力類型的桿件聯(lián)結(jié)成一個(gè)空間穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，它是鋼桁梁不可缺省的部分。在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意：各桿件截面中心線應(yīng)盡量在節(jié)點(diǎn)處交于一點(diǎn)，桿端連接螺栓群的合力線盡量與桿件截面重心線重合。主桁桿件的桿端螺栓數(shù)用等強(qiáng)度法計(jì)算，聯(lián)結(jié)系桿件桿端螺栓

6、數(shù)用內(nèi)力法計(jì)算。弦桿拼接處，節(jié)點(diǎn)板強(qiáng)度一般不夠，需要設(shè)置內(nèi)拼接板加強(qiáng)。所有桿件應(yīng)盡量向節(jié)點(diǎn)中心靠攏，連接螺栓應(yīng)布置緊湊。五、設(shè)計(jì)思路和步驟1 初步選定截面；2 桁架節(jié)點(diǎn)單元編號(hào)或者用軟件建模；3 分析受力情況；4 用軟件求解主力作用下主桁內(nèi)力；5 求解附加力作用下主桁內(nèi)力；6 內(nèi)力組合，求解出控制內(nèi)力；7 計(jì)算各桿件的幾何尺寸并且根據(jù)桿件受力特性分別驗(yàn)算強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等；8 計(jì)算設(shè)計(jì)要求的螺栓數(shù)量及布置，繪制節(jié)點(diǎn)圖。六、參考文獻(xiàn)1現(xiàn)代鋼橋 吳沖主編 人民交通出版社 20062橋梁工程 夏禾主編 高等教育出版社 20113橋梁工程裘伯永等 中國鐵道出版社 20044鋼橋李富文等 中國鐵道出版

7、社 19935鋼橋徐君蘭等 人民交通出版社第二部分 設(shè)計(jì)計(jì)算書一、荷載計(jì)算一、打開軟件二、創(chuàng)建模型 1. 設(shè)定造作環(huán)境文件/新項(xiàng)目文件/保存（鋼橋） 2定義材料和截面材料/添加類型鋼材；鋼材規(guī)范GB（S）；數(shù)據(jù)庫16Mnq截面/添加用戶定義；并按下列擬定截面輸入一片梁模型創(chuàng)建單元編號(hào)：桿件類型截面編號(hào)單元（號(hào)碼）截面組成（mm*mm）上弦1上弦邊桿7、102440*18；1400*102上弦中桿8、92440*22；1400*18下弦3下弦邊桿1、2、5、62440*22；1420*84下弦中桿3、42440*18；1400*10端斜桿5端斜桿11、212560*18；1400*10中間斜桿6

8、中斜桿一13、192420*10；1420*87中斜桿二15、172440*14；1400*8豎桿8豎桿12、14、16、18、202260*12；1420*103.建立節(jié)點(diǎn)和單元建立節(jié)點(diǎn)輸入第一點(diǎn)（0，0，0）且復(fù)制 6次間距 8, 0, 0輸入下一點(diǎn)（8，11，0）且復(fù)制4 次間距 8, 0, 0；建立單元按要求創(chuàng)建，并且使每一個(gè)單元的截面材料屬性與前面定義的保持一致4、 輸入邊界條件1定義X、Z的平動(dòng)約束，7定義Z的平動(dòng)約束，見下圖5輸入荷載（1）加載自重（A）選擇：荷載/自重靜力荷載工況：名稱桁架桿件自重；類型恒荷載（D）自重系數(shù)：z=-1操作：添加（B）其他恒載：參照已有的設(shè)計(jì)資料，

9、估計(jì)取值聯(lián)結(jié)系2.8kN/m橋面系7.1kN/m高強(qiáng)螺栓0.5kN/m檢查設(shè)備1.0kN/m橋面重5kN/m所以，每片主桁除了桁架桿件自重以外，承受恒載強(qiáng)度為p=0.5*（2.8+7.1+0.5+1.0）+5=10.7 kN/m選擇：荷載/梁單元荷載（標(biāo)準(zhǔn)）靜力荷載工況：名稱桁架其他恒載；類型恒荷載（D）如下圖：5、運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析6、查看結(jié)果選擇結(jié)果輸出文本結(jié)果，截取桁架桿架在自重作用下的內(nèi)力列表如下：查看桁架在自重作用下的變形和桿件內(nèi)力圖：8、輸入荷載（2）活載添加選擇：荷載/移動(dòng)荷載分析數(shù)據(jù)/移動(dòng)荷載規(guī)范/China選擇：荷載/移動(dòng)荷載分析數(shù)據(jù)/車道/添加車道名稱01車道荷載分布車道單元車輛

10、移動(dòng)方向往返偏心距離2.875 米橋梁跨度48 米選擇兩點(diǎn),輸入坐標(biāo)選擇：荷載/移動(dòng)荷載分析數(shù)據(jù)/車輛/用戶定義荷載類型列車特殊車輛鐵路普通活載類型車輛荷載車輛荷載名稱中-活載列車荷載（以中-荷載的一半的值進(jìn)行加載）選擇：荷載/移動(dòng)荷載分析數(shù)據(jù)/移動(dòng)荷載工況9、運(yùn)行結(jié)構(gòu)分析（2）10、查看結(jié)果選擇結(jié)果輸出文本結(jié)果，截取桁架桿架在活載下的內(nèi)力列表如下：按默認(rèn)形式打印桁架單元的內(nèi)力 單位體系: kN , m _單元 材料 截面 工況 內(nèi)力-I 內(nèi)力-J- - - - - - - 1 1 3 桁架001 162.2 162.22 1 3 桁架001 162.2 162.2 3 1 4 桁架001 2

11、85.5 285.5 4 1 4 桁架001 285.5 285.5 5 1 3 桁架001 162.2 162.26 1 3 桁架001 162.2 162.2 7 1 1 桁架001 -253.8 -253.8 8 1 2 桁架001 -253.8 -253.89 1 2 桁架001 -253.8 -253.8 10 1 1 桁架001 -253.8 -253.8 11 1 5 桁架001 -275.8 -275.8 12 1 8 桁架001 97.1 97.113 1 6 桁架001 155.7 155.714 1 8 桁架001 0.0 0.015 1 7 桁架001 -53.9 -5

12、3.916 1 8 桁架001 87.2 87.2 17 1 7 桁架001 -53.9 -53.918 1 8 桁架001 0.0 0.0 19 1 6 桁架001 155.7 155.7 20 1 8 桁架001 97.1 97.121 1 5 桁架001 -275.8 -275.8（將上列值填入表二第 1 項(xiàng)）三、主力求解 1、沖擊系數(shù) 根據(jù)橋規(guī)，沖擊系數(shù)上弦桿，下弦桿，斜桿，L取跨度將1.318填入表二第2項(xiàng)2、活載發(fā)展均衡系數(shù)根據(jù)橋規(guī)，所有桿件因活載產(chǎn)生的軸向力、彎矩、剪力在計(jì)算主力組合時(shí)，均應(yīng)乘以活載發(fā)展局衡系數(shù)，其中為全部桿件中中的最大值+0.3046計(jì)算結(jié)果填入表二第四項(xiàng)3、活

13、載產(chǎn)生內(nèi)力將計(jì)算了均衡系數(shù)的活載內(nèi)力填入表二第8項(xiàng)表二 主桁桿件主力結(jié)果列表?xiàng)U件名稱（取左半部分）活載要素均衡系數(shù)主力值靜活載內(nèi)力沖擊系數(shù)動(dòng)活載內(nèi)力恒載內(nèi)力活載 內(nèi)力項(xiàng)次123（1*2）45678單位kNkNkNkN上弦桿7-253.81.318-334.5+0.26230.00871.0034-144.39-335.648-253.81.318-334.5+0.26230.00871.0034-144.39-335.64下弦桿1+162.21.318+213.8+0.24150.02351.0025+89.26+214.332+162.21.318+213.8+0.24150.02351.0

14、025+89.26+214.333+285.51.318+376.3+0.29750.00351.0007+163.48+376.56斜桿11-275.81.318-363.5+0.24350.02561.0032-161.84-364.6613+155.71.318+205.2+0.22160.03761.0049+88.81+206.2115-53.91.318-71.04+0.21040.08521.0291-38.95-73.11豎桿12+97.11.500+145.65+0.18050.17791.0537+13.77+153.471401.5000-22.56-1687.21.50

15、0+130.8+0.1576 0.16741.0486+20.63+137.16四、橫向附加力產(chǎn)生主桁內(nèi)力計(jì)算1、由已知條件確定橫向控制力任務(wù)書給定風(fēng)力為，橫聯(lián)尺寸如上圖：則上平縱聯(lián)所受風(fēng)荷載：下平縱聯(lián)所受風(fēng)荷載：根據(jù)橋規(guī)，上平縱聯(lián)搖擺力下平縱聯(lián)搖擺力故上平縱聯(lián)按風(fēng)力計(jì)算內(nèi)力，下平縱聯(lián)按列車搖擺力計(jì)算內(nèi)力。2、由midas計(jì)算橫向力作用下的桁架桿件內(nèi)力下平縱聯(lián)計(jì)算圖式：將下平縱聯(lián)當(dāng)作水平放置的簡支鉸接桁架來計(jì)算：計(jì)算結(jié)果：（只需取1-3號(hào)桿件，4-6號(hào)對(duì)稱）上平縱聯(lián)計(jì)算圖式：將上平縱聯(lián)當(dāng)作水平放置的簡支鉸接桁架來計(jì)算：計(jì)算結(jié)果：（只需取7-8號(hào)桿件，9-10號(hào)對(duì)稱）3、橋門架效應(yīng)計(jì)算 由傾斜角

16、，得，上平縱聯(lián)作用于橋門架頂部的反力：所以 橋門架腿桿反彎點(diǎn)距支座的距離：反力在端斜桿中產(chǎn)生的軸力 填入表三第2項(xiàng)反力通過支座斜反力R在下弦產(chǎn)生的軸力,填入表三第2項(xiàng)橋門架示意圖如下：五、縱向荷載產(chǎn)生的主桁內(nèi)力計(jì)算根據(jù)橋規(guī)，制動(dòng)力與沖擊力同時(shí)計(jì)算時(shí)，制動(dòng)力按豎向靜活載重量的7%計(jì)算。靜活載的位置分別與各桿件產(chǎn)生最大活載內(nèi)力時(shí)的實(shí)際活載位置一致。為了簡化計(jì)算，近似按下圖加載位置計(jì)算：制動(dòng)力在弦桿中產(chǎn)生的軸力：由于本設(shè)計(jì)中弦桿中線與支座較中心間距離較小，因而忽略該項(xiàng)影響，即：加載長度，靜活載： 制動(dòng)力 ：下弦桿產(chǎn)生軸力：表三 主桁桿件附加力結(jié)果列表?xiàng)U件名稱附加力縱聯(lián)風(fēng)力橋門架效應(yīng)制動(dòng)力內(nèi)力項(xiàng)次12

17、3單位kNkNkN上弦桿件7-28.198-59.46下弦桿件1+90.98+90.5+164.52+216.91+90.5+164.53+280.53+90.5+164.5端斜桿11-100.0 六、內(nèi)力組合見下表表四 內(nèi)力組合桿件名稱主力列值附加力列值主力值 1+2組合值（主+附）控制內(nèi)力恒載內(nèi)力活載內(nèi)力縱聯(lián)風(fēng)力N w橋門架效應(yīng)N w制動(dòng)力內(nèi)力NtN IN IIN IIIN項(xiàng)次123456789單位kNkNkNkNkNkNkNkNkN上弦桿7-144.39-335.64-28.19-480.03-423.5-480.038-144.39-335.64-59.46-480.03-449.58

18、-480.03下弦桿1+89.26+214.33+90.98+90.5+164.5+303.59+404.22+374.46+404.222+89.26+214.33+216.91+90.5+164.5+303.59+509.17+374.46+509.173+163.48+376.56+280.53+90.5+164.5+540.04+759.23+563.63+759.23斜桿11-161.84-364.66-100.0-526.5-522.08-526.513+88.81+206.2+295.01+295.0115-38.95-73.11-132.06-132.06 豎桿12+13.77

19、+153.47+167.24+167.2414-22.56-22.56-22.5616+20.63+137.16+157.79 +157.79注： 七、截面驗(yàn)算 1、驗(yàn)算內(nèi)容表5 各桿件驗(yàn)算內(nèi)容項(xiàng)目驗(yàn)算內(nèi)容驗(yàn)算桿件1強(qiáng)度各類桿件2剛度各類桿件3局部穩(wěn)定壓桿4整體穩(wěn)定壓桿2主桁桿件截面幾何特征計(jì)算根據(jù)已有的設(shè)計(jì)資料，本設(shè)計(jì)已在前面初步選定了截面，均為鋼板拼裝H 型截面，現(xiàn)以11號(hào)截面為例，例舉計(jì)算步驟，（2560*18；1400*10）頂板與底板布置螺栓孔，每板6孔，對(duì)稱布置毛截面面積：扣孔面積：凈面積：毛慣性矩：扣孔慣性矩： 凈慣性矩： 回轉(zhuǎn)半徑： 端斜桿實(shí)際長度 故 主桁平面內(nèi)自由長度：主桁

20、平面外自由長度：長細(xì)比： 將上述計(jì)算結(jié)果列于表六，其余桿件計(jì)算方式相同 表六 主桁桿件截面幾何特性計(jì)算列表?xiàng)U件名稱栓孔布置截面組成毛截面凈截面毛慣性矩凈慣性矩回轉(zhuǎn)半徑自由長度長細(xì)比項(xiàng)次123456789單位mmcmcm上弦桿7號(hào)每板 4 孔對(duì)稱布置2440*18；1400*10198.4161.6255582056211.3480070.55745676864219.3880041.278 號(hào)2440*22；1400*18265.6228.8364622876311.4580079.87865827562420.4680039.23下弦桿1 號(hào)、2 號(hào)2440*22；1420*8227.219

21、0.4334532567411.4480069.93573595057320.4780039.083 號(hào)2440*18；1400*10198.4161.6255582056211.6380068.79745676864221.4580037.29端斜桿11 號(hào)每板 6 孔對(duì)稱布置2560*18；1400*10241.6186.4526883435614.77122482.87934496671419.67136069.14中間斜桿13 號(hào)每板 4 孔對(duì)稱布置2420*10；1420*8117.680.8134561134511.49108894.69426543865420.04136067.8615 號(hào)2440*14；1400*8155.2118.4175431569311.42108895.27713856245520.81136065.35豎桿12、14、16 號(hào)每板 2 孔對(duì)稱布置2260*12 ；1436*1010687.6265724355